가까운 듯 먼 '화성(Mars)' 이야기 4편-화성을 테라포밍할 수 있을까?

1. 테라포밍이란 무엇이며, 왜 화성이 후보가 되었을까?

테라포밍(Terraforming)은 말 그대로 ‘행성을 지구화(地球化)한다’는 개념이다. 단순히 사람이 우주복을 입고 잠시 머무는 것이 아니라, 인류가 장기적으로 거주할 수 있을 정도로 대기 조성, 기온, 압력, 물의 분포 등을 지구와 비슷하게 바꾸는 것을 의미한다. 여러 행성 가운데 화성이 가장 먼저 논의되는 이유는 몇 가지 과학적 특성이 지구와 비교적 유사하기 때문이다.

화성의 하루 길이는 지구와 거의 같다. 또한 축의 기울기도 비슷해 계절 변화가 존재하며, 극지방에는 드라이아이스와 물 얼음이 공존한다. 무엇보다 화성은 태양에서 너무 멀지도, 너무 가깝지도 않은 거리(태양으로부터 평균 1.52AU)에 있어 이론적으로는 ‘지표면에 액체 상태의 물이 존재할 가능성’이 완전히 배제되지 않는다. 이러한 조건 덕분에 화성은 수십 년 전부터 테라포밍 논의의 중심이 되어 왔다.

하지만 과학자들이 강조하는 사실은 단 한 가지다. 가능하다고 해서 현실적이라는 뜻은 아니다.
화성 테라포밍은 인류가 상상해왔던 거대한 비전인 동시에, 현재 기술로는 극도로 어려운 과제다. 그래서 4편에서는 테라포밍의 핵심 아이디어와 그 한계, 그리고 가장 현실적인 경로를 정리해보려 한다.

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2. 대기 압력을 높이는 문제: 테라포밍의 첫 번째 난관

현재 화성의 대기압은 지구의 약 1% 수준이다. 이 상태에서는 인간이 우주복 없이 호흡할 수 없을 뿐 아니라, 물이 표면에서 안정적으로 존재하기도 어렵다. 따라서 테라포밍의 첫 단계는 대기압을 높이는 일이다. 이를 위해 자주 언급되는 방법은 크게 세 가지다.

• 첫째, 극지방 CO₂(드라이아이스) 증발 유도

거대한 거울을 우주 상공에 띄우거나 핵융합 수준의 열원을 사용해 극지방의 얼어 있는 CO₂를 기체로 만들어 대기압을 높이는 방식이다. 하지만 계산에 따르면 극지방의 CO₂를 모두 기화해도 지구의 수십 분의 1 수준에 불과해 충분하지 않다.

• 둘째, 레골리스(화성 토양) 속 흡착 CO₂ 방출

화성 표토에는 CO₂가 미량 흡착되어 있지만, 이를 추출하려면 행성 전체에 걸친 산업 규모의 열처리 작업이 필요하다. 또한 그렇게 회수되는 양 역시 테라포밍을 뒷받침하기엔 많이 부족하다.

• 셋째, 인공적으로 기체를 투입

예를 들어 플루오린계 온실가스를 대량 방출해 기온을 올리는 전략이다. 이론적으로 가장 효과적이지만, 필요한 양이 행성 단위를 넘어설 만큼 방대하며, 생산·운반·분사에 드는 에너지가 현 기술로는 상상하기도 어렵다.

 

결론적으로 대기압을 단기간에 높이는 방법은 존재하지만, 규모가 너무 거대해 현실적이지 않다는 것이 현재의 학술적 합의에 가깝다.

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3. 온도 상승 문제: 화성을 따뜻하게 만들 수 있을까?

화성의 평균 기온은 영하 63도 정도다. 대기압이 낮아 열을 잡아두지 못하고, 태양으로부터 받는 복사 에너지도 부족해 지표면이 심하게 냉각된다. 그래서 테라포밍 과정에서는 대기압 확보와 동시에 온실 효과를 강화해 평균 기온을 상승시키는 작업이 필수적이다.

대표적인 아이디어는 다음과 같다.

• 우주 거울(Orbital Mirrors): 화성 상공에 수백 km 크기의 반사 거울을 띄워 태양광을 특정 지역에 집중시키는 방식. 이론적으로 극지방의 CO₂ 증발을 촉진할 수 있으나, 거울의 크기와 구조적 안정성, 발사 비용, 유지비가 문제다.
• 온실가스 생성 공장 건설: 화성 표면에서 산업적으로 온실가스를 만들어 대기 중에 분사하는 방식. 하지만 필요한 온실가스 양이 지구 전체 산업이 수백 년 동안 배출한 양에 맞먹을 정도라 사실상 불가능에 가깝다.
• 소행성 충돌 활용: 암모니아나 얼음이 많은 소행성을 화성에 충돌시켜 기체를 방출하는 방식. 하지만 충돌 방향 제어부터 거대한 위험성까지 모든 요소가 비현실적이다.

이처럼 온도 상승 문제 역시 기술적으로 가능하지만 실제 실행까지 이어지기에는 에너지와 비용의 장벽이 극단적으로 높다.

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4. 물과 산소 문제: 테라포밍의 핵심 자원

테라포밍은 단순히 기온과 대기압을 높이는 문제를 넘어서, 지구처럼 물이 순환하고 산소가 공급되는 안정된 환경을 구축해야 한다. 여기에는 세 가지 핵심 요소가 있다.

• 첫째, 지하 얼음 활용 가능성

화성에는 광범위한 지하 얼음층이 존재하는 것으로 보인다. 이것을 채굴해 녹이고, 대기압이 충분히 올라간 상황이라면 수면을 형성하는 것도 가능하다. 그러나 현재 수준의 기술로는 지하 깊숙한 얼음층을 광범위하게 회수하기 어렵다.

• 둘째, 광합성 기반 산소 생성

일부 과학자들은 광합성 미생물이나 지구식물의 유전공학적 개량종을 활용해 산소를 생산하는 전략을 제안하지만, 대기압·온도·방사선 등 화성 환경은 생명체에게 극도로 가혹하다. 자연적인 생태계를 조성하기 위해서는 수백 년에서 천 년 단위의 장기적 변화가 필요하다는 견해가 많다.

• 셋째, MOXIE 기술의 확장

NASA의 퍼서비어런스 로버에 탑재된 MOXIE 장비는 화성 대기의 CO₂에서 산소를 추출하는 데 성공했다. 이는 향후 유인 탐사에서 산소 공급 기술로 활용될 가능성이 높다. 그러나 테라포밍 스케일로 확대하려면 MOXIE보다 수백만 배 규모의 시스템이 행성 전체에서 동시에 작동해야 한다.

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5. 결론: 테라포밍은 가능한가? 다만 ‘우리 세대’의 목표는 아니다.

현재 과학계는 화성 테라포밍에 대해 “원리는 가능하나, 현재 기술과 자원으로는 불가능에 가깝다”는 입장에 가깝다. 테라포밍을 논의할 때 고려해야 할 요소는 단순한 기술 문제가 아니다. 다음과 같은 점도 복합적으로 작용한다.

• 행성 보호(Planetary Protection) 규정
• 수십~수백 년 단위의 프로젝트 지속성
• 국제 협력과 비용 부담 문제
• 예측 불가능한 생태계 교란 가능성

따라서 당분간의 현실적인 목표는 부분 테라포밍(Partial Terraforming), 혹은 *지역적 환경 개조(Local Environmental Modification)*다. 예를 들어 지하 거주 시설을 중심으로 제한된 공간에서 대기·기압·산소 환경을 조성하는 형태가 가장 실제적인 접근에 해당한다.

즉, 화성의 환경 전체를 바꾸기보다, 인간이 머무르는 공간을 지구화하는 방향이 현재 기술 수준과 가장 잘 맞는다. 장기적으로는 테라포밍 자체가 불가능하다고 단정할 필요는 없지만, 인류가 행성 단위의 변화를 주도할 수 있으려면 에너지·우주산업·행성공학이 지금보다 몇 단계는 더 발전해야 하는건 분명하다.