화성 대기 및 휘발성 진화(MAVEN) 우주선과의 통신을 재개하기 위한 6개월간의 싸움 끝에, NASA는 6월 3일 MAVEN 임무의 종료를 발표했습니다. 2013년에 화성 대기와 그 진화를 11년간 연구한 이 임무는 초기 예상보다 10년 이상 더 긴 시간이었습니다.
MAVEN은 더 이상 화성에서 새로운 측정을 하지 않지만, 수집한 데이터는 행성 과학자들에게 여전히 매우 가치 있으며 계속 분석되고 있습니다. 최근 한 과학자 팀은 MAVEN 데이터를 사용해 자기권이 없는 화성 대기에서 태양풍을 편향시키는 대기 효과를 발견했습니다.
NASA가 MAVEN의 11년 화성 임무를 마무리하다
MAVEN은 2013년 11월 아틀라스 V 로켓을 타고 화성에 발사되었고, 2014년 9월 궤도에 진입했으며, 2014년 11월부터 공식적으로 과학 관측을 시작했습니다. 2008년 NASA 화성 정찰 프로그램의 두 번째 임무로 선정된 MAVEN은 화성 대기를 탐사하고 시간에 따른 가스 손실을 연구하기 위해 설계된 8개의 과학 기기를 탑재했습니다. MAVEN은 붉은 행성 대기의 역사와 진화에 대해 심층 연구를 수행한 최초의 NASA 임무였습니다.
MAVEN이 아틀라스 V 위로 화성으로 발사됩니다. (출처: NASA)
발사 당시 MAVEN의 주요 임무는 2년간 지속될 것으로 예상되었으며, 그중 1년은 화성 궤도에서 과학 작전에 할애되었습니다. 우주선의 양호한 건강 상태와 반환되는 데이터의 품질 때문에, MAVEN의 과학 단계는 여러 차례 연장되었으며, 처음에는 2015년 6월부터 2016년 9월까지, 그리고 2016년 10월부터 2018년 9월까지 다시 연장되었습니다.
결국 임무가 끝날 무렵, MAVEN은 원래 계획보다 10년 더 화성에서 작전을 수행하게 되었습니다. 이 기간 동안 대기 측정을 계속 수집하고 지구와 다른 화성 우주선 간 통신을 지원했으며, 특히 NASA의 큐리오시티와 퍼서비어런스 로버를 지원했습니다.
NASA의 딥 스페이스 네트워크(DSN)는 2025년 12월 6일 MAVEN과의 연락이 두절되었습니다. DSN은 전 세계적으로 대형 라디오 안테나 네트워크로, 태양계 전역에 있는 NASA의 우주선 함대로부터 신호를 송수신합니다. 연락이 끊겼을 때, 위성은 2019년부터 화성 주위를 4,500km x 130km 궤도에서 하루 약 6.6회 공전하며 운용되고 있었습니다. 보통 MAVEN의 궤도가 화성 뒤쪽으로 이동하면 팀은 잠시 우주선과의 연락이 끊기다가 우주선이 나타나 DSN과 다시 연락을 취합니다. 하지만 12월 6일, DSN은 화성 뒤를 돌았던 우주선으로부터 아무런 신호도 받지 못했다.
신호 상실 후 우주선에서 소량의 데이터가 회수되어, 예상치 못한 높은 회전 속도로 인해 MAVEN이 안전 모드에 들어갔음을 보여주었고, 연구팀은 궤도가 교란되었을 것으로 추정했다. 흥미롭게도, 화성 뒤를 지나기 전 MAVEN 텔레메트리는 모든 우주선 시스템이 정상적으로 작동하고 있음을 보여주었다. NASA는 2월에 잠재적 회수 노력과 화성 우주왕복선의 예상 상태를 평가하기 위해 이상 검토 위원회를 소집했다.
심사 위원회는 자전 중 배터리가 방전되어 MAVEN이 전원을 잃고 지구와 통신할 수 없게 되어 우주선을 회수할 수 없게 되어 임무가 종료될 것이라고 결론지었다. 그러나 이상 현상의 원인은 아직 밝혀지지 않았으며, 심사위원회는 조사를 계속하고 올해 말 최종 보고서를 발표할 것으로 예상된다. 그동안 NASA는 MAVEN과 과학자 팀의 공식 퇴역 절차를 시작하고, 향후 화성 대기 연구에 사용할 임무 전체 데이터셋을 보관할 예정이다.
"MAVEN이 우리에게 준 과학은 인간을 화성에 보내기 전에 어떤 방사선 방호와 안전 조치를 취해야 하는지 결정하는 핵심입니다. MAVEN에서 수집된 데이터는 앞으로도 수십 년간 화성에 대한 귀중한 통찰을 제공할 것입니다."라고 NASA 행성과학부 국장 루이즈 프로크터가 말했습니다.
참고
"MAVEN 임무는 화성 대기와 진화에 대한 우리의 이해를 진정으로 발전시켰습니다. 이 데이터셋은 이 분야에 엄청난 영향을 미쳤습니다. 우리 과학팀은 이 모든 놀라운 발견에 대해 매우 자랑스럽게 생각합니다."라고 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스 대기 및 우주 물리학 연구소의 MAVEN 수석 연구원 섀넌 커리가 말했습니다.
MAVEN은 화성에서 태양풍 편향 현상을 발견하다
비록 이 우주선은 더 이상 화성 주변에서 활동하지 않지만, 그 데이터는 전 세계 과학자 팀에 의해 계속 활용되고 있습니다. 웨스트버지니아 대학교의 크리스토퍼 파울러가 이끄는 팀 중 하나가 MAVEN 데이터를 활용해 화성 대기 내 태양풍 편향 과정을 발견했습니다. 이 현상은 지구 자기권에서 태양풍을 지구에서 멀리 튕겨내는 과정과 유사하게 작용합니다.
이 현상은 즈완-볼프 효과로 알려져 있으며, 태양에서 방출된 하전 입자는 화성 대기 내 자기 구조인 플럭스 튜브 안에 갇히게 됩니다. 이 효과는 1976년에 처음 발견되었으며, 파울러 등이 발견하기 전까지는 행성 자기권에서만 발생하는 것으로 여겨졌으며 대기권에서는 발생하지 않았습니다. 화성은 지구처럼 강한 자기권이 없기 때문에, 즈완-울프 효과는 대신 화성 표면에서 200km 아래에 위치한 행성의 전리층 내에서 발생합니다. 이 대기 영역에는 상당한 수의 전하 입자가 포함되어 있으며, 현재는 즈완-울프 효과를 통해 분포하는 것으로 알려져 있습니다.
화성 대기 내에서 발생하는 즈완-울프 효과의 예술가 인상. (출처: LASP/CU 볼더)
"데이터를 조사하다가 갑자기 매우 흥미로운 흔들림을 발견했습니다. 이런 현상이 행성 대기에서 본 적이 없어서 이런 현상일 거라고는 전혀 예상하지 못했어요," 파울러가 설명했다.
지구와 달리 화성의 자기권은 태양풍과 행성의 전리층 간의 상호작용에 의해 유도됩니다. 따라서 태양이 방출하는 태양풍의 양이 변동하기 때문에 화성의 자기권은 크기와 형태에서 크게 달라질 수 있습니다. MAVEN의 궤도는 우주선을 화성 대기권 외곽 지역으로 이끌었고, 대규모 태양 폭풍이 화성에 충돌했을 때 파울러 팀은 자기권을 연구하며 행성 자기장의 예상치 못한 변동을 관찰했습니다. MAVEN의 여러 장비는 화성 이온층을 연구하도록 설계되었으며, 과학자들은 데이터를 검토한 결과 즈완-울프 효과만이 관측된 자기장 변동의 유일한 설명임을 밝혀냈다.
태양 폭풍은 전리층 내에서 이 영향을 증폭시켰고, 파울러 팀이 이를 발견할 수 있게 했다. 흥미롭게도, 연구팀은 이 효과가 태양 폭풍의 도움 없이 전리층에서 지속적으로 발생할 수 있다고 언급했지만, MAVEN의 장비로는 이를 감지할 수 없었을 것입니다.
MAVEN은 2013년 발사 전 시험 중에 완전 배치되었습니다. (출처: NASA/킴 시플렛)
"아무도 이런 현상이 대기권 내에서 일어날 거라고는 예상하지 못했습니다. 그래서 이 상황이 더욱 흥미진진해집니다. "이것은 우리가 아직 탐구하지 못한 흥미로운 물리학을 도입하고, 태양과 우주 날씨가 화성 대기의 역학을 변화시킬 수 있는 새로운 방식을 제시합니다."라고 파울러는 말했습니다.
화성에서 발견된 즈완-울프 효과는 우주 날씨가 다양한 종류의 행성체, 특히 타이탄과 금성처럼 자기권이 거의 없거나 전혀 없는 천체에 어떤 영향을 미치는지에 대한 행성 과학자들의 이해를 더욱 깊게 할 것입니다. 더 나아가, 인류가 태양계 깊숙이 나아가면서 우주 날씨가 화성의 기후에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것은 미래의 우주비행사와 우주선을 준비하는 데 필수적입니다.
"우주 날씨가 화성과 어떻게 상호작용하는지 아는 것은 필수적입니다. MAVEN 팀은 데이터셋을 통해 새로운 발견을 계속하며 우리 모국 별과 붉은 행성 사이의 연관성을 찾아내고 있습니다,"라고 커리는 말했습니다.
(주요 이미지: 화성의 MAVEN 아티스트 인프레션. 출처: NASA)