오늘의 역사 : <8월 11일> 1877년 8월 11일 - <화성의 위성, 포보스와 데이모스 발견>

<화성의 위성인 데이모스(左)와 포보스(右)>

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<1. 포보스>

- 포보스(Mars I Phobos)는 화성의 제1 위성으로 화성의 또 다른 위성인 데이모스보다 크고, 더 안쪽으로 궤도를 돌고 있다. 1877년 8월 18일에 아사프 홀(Asaph Hall, 1829~1907)에 의해 발견되었다. 이름의 유래는 그리스신화의 신 포보스^[각주:1]에서 따왔다.

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포보스는 태양계 행성의 위성 중 가장 주성에 가까운 화성 표면에서 6,000km 이내의 궤도를 돌고 있다. 포보스의 궤도는 화성의 정지궤도보다 안쪽에 있으므로 공전 속도는 화성의 자전 속도보다 빠르다. 하루에 2회, 서쪽에서 떠오르면서 빠른 속도로 공중을 가로지르고 동쪽으로 가라앉는다. 다만, 표면에 가까우니 화성 어디서든 보이는 건 아니다. 또한, 화성의 자전보다 빠르게 공전하고 있어서 포보스는 화성의 기조력 때문에 점차 화성에 끌려가고 있다(1세기 당 1.8m씩). 그래서 3,000만년~ 5,000만년 사이에 화성 표면에 격돌하거나 파괴되어서 화성의 고리가 될 것이라고 예측하고 있다.

포보스에는 하나의 능선과 수십 개의 크레이터가 확인되고 있으며, 가장 큰 크레이터는 발견자인 홀의 아내 이름을 따온 스티크니(Stickney)로 명명한다. 스티크니를 중심으로 포보스에는 방사형의 홈(groove)을 볼 수 있는데, 스티크니를 만든 천체가 충돌했을 때의 충격으로 생겼다는 설과 화성으로부터의 조석력에 의한 파괴로 생겼다는 설이 있다.

포보스의 자전은 화성으로부터의 강대한 조석력에 의해 공전과 같으며, 공전방향 측과 그 반대쪽에서 반사 스펙트럼의 차이가 인지되었다. 포보스의 후행 반구의 가시-근적외방사 스펙트럼은 후행 반구가 포보스 적색부(Phobos Red Unit; PRU), 선행 반구는 포보스 청색 부(Phobos Blue Unit; PBU)라고 불리고 있다. 이들은 우주 풍화 작용 때문에 스펙트럼 적화도 차이를 반영하고 있을 가능성이 있는데, 참고로 스티크니 크레이터는 선행 반구, 즉 포보스 청색 부에 해당하는 영역에 있다.

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<2008년에 촬영한 포보스의 모습>

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포보스는 데이모스와 함께 기원에 대해서 알아보면, 크게 [포획설]과 [자이언트 임팩트설] 2가지의 가설이 있다. 어느 쪽의 가설도 추측이나 시뮬레이션에 의한 것으로, 샘플 리턴 미션^[각주:2]에 의한 구성 물질의 분석을 현재 기다리고 있다. 

포획설은 화성 중력에 포획된 소행성이라고 본다. 실제로 포보스의 가시- 근적외선 반사 스펙트럼으로 보면 포보스 적색 부는 D형 소행성, 포보스 청색 부는 T형 소행성의 그것과 비슷하다. 포보스가 이들 소행성 타입에 대응하는 천체라면 탄소질의 조성을 가졌을지도 모른다. 또, 포보스가 소행성 기원이라면 밀도가 낮은 것은 공극이나 얼음을 내부에 포함할 가능성을 시사하고 있다. 그렇지만, 포보스의 궤도 이심률, 궤도 경사각이 작은 이유를 설명하려면, 포획 후에 궤도 에너지를 흩어지게 하는 그 과정에 대한 증명이 필요하다.

자이언트 임팩트설은 화성과의 천체 충돌로 생긴 천체라고 보는 의견도 있다^[각주:3].

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<2024년 발사 예정인 JAXA(일본 우주항공연구개발기구)의 MMX(Martian Moons Exploration)>

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1988년 발사된 소련의 탐사선 포보스 2호는 이듬해 화성 주회 궤도에 들어갔으며 포보스로 접근 중에 고장이 났지만, 그 직전에 포보스에서 극소수의 기체가 안정적으로 분출되고 있는 것을 발견했다. 이 기체는 수증기로 여겨진다.

2011년에 발사된 러시아의 탐사선 포보스 그룬트(Фобос-Грунт)는 포보스의 샘플 리턴을 계획했으나, 지구 주회 궤도에서 이탈에 실패하고 대기권에 돌입했다.

2015년 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 화성 위성 탐사 계획(MMX)을 발표했다. 이 탐사선은 두 위성의 근접 탐사와 포보스 구성 물질의 샘플 리턴을 벌일 예정이며 2024년 발사, 2025년 화성권 도착, 2029년 지구 귀환을 목표로 하고 있다.

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<2. 데이모스>

데이모스(Mars II Deimos)는 화성의 제2 위성으로 상기한 포보스보다 작고 좀 더 바깥쪽을 공전한다. 마찬가지로 아사프 홀에 의해 발견되었으며, 그리스신화에서 패배의 신인 데이모스(Δεῖμος)의 이름을 따왔다.

다이모스는 포보스와 함께 화성 중력에 포획된 소행성으로 알려졌다. 실제로 다이모스의 가시- 근적외선 반사 스펙트럼은 D형 소행성과 비슷하며, 또 밀도가 매우 작다는 점에서 얼음과 공극도 포함한다고 볼 수 있다. 다만 포획설에서는 데이모스 및 포보스 궤도의 특징을 설명하기 어려워서, 화성에 대한 천체 충돌로 2개의 위성이 형성됐다는 설도 존재한다.

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<2009년에 촬영한 데이모스의 모습>

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데이모스에는 2개의 크레이터가 존재한다. 각각 스위프트와 볼테르라 불리는데, 실제로 존재한 인물들인 아일랜드의 소설가 '조너선 스위프트(Jonathan Swift, 1667~1745)'와 프랑스의 계몽주의 작가 '볼테르(François-Marie Arouet, 1694~1778)'에서 유래되었다. 

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1. Φόβος: 아레스와 아프로디테의 아들. [본문으로]
2. Sample return mission: 우주에서 채취한 샘플을 다시 지구로 가져오는 것 [본문으로]
3. 대표적으로 달의 자이언트 임팩트설이 있다 [본문으로]