프랑스 과학자들이 화성 로봇탐사차 퍼시비런스에 탑재된 슈퍼캠 장비를 통해 번개 현상을 포착했다. 프랑스국립과학연구센터 제공


지구인의 화성에 대한 관심은 생명체에만 있는 것은 아니다. 화성의 환경이 지구와 얼마나 같고 다른지도 주요 관심사다. 번개와 같은 자연현상도 그 중 하나일 것이다. 대기가 있는 천체라면 일단 번개가 칠 수 있는 물리적 조건은 갖춰졌다고 볼 수 있다. 대기가 있다면 전하를 분리하는 입자간 충돌이 일어나면서 번개 씨앗을 만들 수 있다.
목성과 토성에서는 일찌감치 번개 바다이야기게임 현상이 확인됐다. 1979년 보이저 1호가 처음으로 목성에서 번개가 일으키는 섬광을 촬영했다. 보이저 1호는 이후 토성에서도 번개 특유의 전파 신호를 포착했다. 2016년 목성에 도착한 탐사선 주노도 2020년 목성의 번개를 광학카메라에 담았다. 그러나 정작 지구와 가까운 행성에서는 아직 그런 기회가 없었다.
화성에서도 미약하지만 번개 현 황금성사이트 상이 포착됐다. 프랑스 천체물리학 및 행성학 연구소와 대기 및 우주 관측 연구소가 중심이 된 국제연구진은 미국항공우주국(나사)의 화성 로봇탐사차 퍼시비런스의 녹음 기록에서 번개가 치면서 발생하는 소리와 전자기 신호를 찾아내 국제학술지 네이처에 발표했다.



2020년 12월 나 야마토게임하기 사의 목성 탐사선 주노가 3만2천km 상공에서 포착한 목성의 번개. 미국항공우주국 제공


연구진은 퍼시비런스가 2021년 화성에 착륙한 이후 화성일 기준 2년(지구일 기준 3.76년) 동안 고해상도 카메라 슈퍼캠의 마이크를 통해 수집한 28시간 분량의 소리를 분석한 결과, 번개가 55차례 발생했음을 골드몽 보여주는 소리와 전자기 신호를 확인했다고 밝혔다.
이 마이크는 원래 먼지 폭풍 등 화성 표면에서 발생하는 다른 소리를 녹음하기 위해 설치된 것이지만 연구진은 대기 중 전기 방전 소리도 녹음됐을 수 있다고 보고 분석에 들어갔다. 그 결과 55개의 독특한 소리가 감지됐다. 특히 이 가운데 7개가 전자기파가 마이크에 부딪히는 전자기 간섭과 동 골드몽 시에 발생한 것으로 나타났다. 전자기 간섭은 주로 바람이나 먼지 폭풍, 먼지 회오리가 퍼시비런스를 통과할 때 발생한다. 나머지 48개의 소리도 이와 비슷한 유형이었다. 연구진은 이를 근거로 이 소리가 대기 중 전기 방전으로 인해 발생한 스파크 소리라는 결론을 내렸다.
55개 중 하나를 제외한 모든 소리가 바람 세기가 상위 30%에 해당하는 시기에 발생했다. 이는 바람이 화성에서 전기적 전하를 생성하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 시사한다.



화성 궤도선에서 본 회오리바람. 화성 대기에서 발생하는 번개 중 일부는 ‘먼지 악마’로 알려진 회오리바람과도 관련이 있다. 미국항공우주국 제공


화성 탐사 때 위험 요소로 고려해야

지구에서는 구름 속 얼음 알갱이들이 부딪히며 발생한 마찰전기로 인해 양전하와 음전하가 분리(양전하는 위로, 음전하는 아래로)됐다가 전하량이 늘어 어느 순간 둘 사이를 잇는 통로가 생기면서 번개가 발생한다. 그러나 대기 중 물 분자가 극히 드문 화성에서는 이러한 뇌우형 물구름이 존재하지 않는다.

대신 화성 번개는 먼지 입자들의 마찰로 생기는 전하가 번개의 에너지원이 된다. 연구진은 “화성 번개는 아주 건조한 날씨에 문 손잡이를 만졌을 때 느낄 수 있는 미세한 정전기 충격과 비슷한 것”이라며 “오랫동안 이론으로만 존재했던 화성 대기의 방전 현상을 처음으로 확인했다”고 밝혔다.
연구진은 “지구에서도 먼지 입자, 특히 사막 지역에서 마찰 전기가 만들어질 수 있지만, 실제로 방전되는 경우는 드물다”며 “그러나 화성에서는 희박한 대기 때문에 이러한 현상이 훨씬 더 쉽게 일어난다”고 설명했다. 화성에는 절연체 역할을 하는 공기의 양이 적고, 따라서 스파크가 형성되기 위해 필요한 전하의 양도 지구보다 훨씬 적기 때문이라는 것이다. 화성의 대기 밀도는 지구의 약 1%다.
따라서 지구에서는 번개의 길이가 수km에 이르지만, 화성 번개는 작은 스파크 정도다. 연구진은 이번에 측정한 번개의 길이를 최대 1cm로 추정했다. 연구진은 소리와 전자기 간섭 간의 시차를 이용해 계산한 결과, 번개가 발생한 위치는 마이크에서 몇cm 떨어진 곳이었다고 밝혔다.
연구진은 이번 발견이 화성의 대기 화학, 기후, 생명체 존재 가능성에 대한 이해의 폭을 넓히는 한편 미래 화성 탐사에서 안전 대책을 세우는 데도 중요한 자료가 될 것으로 기대했다.
논문 공동저자인 퍼듀대 로저 윈스 교수(행성과학)는 대중과학지 사이언티픽아메리칸에 “화성 먼지 폭풍과 먼지 회오리에서 스파크가 발견된 것은 화성 탐사의 위험을 보여준다”며 “1971년 화성에 착륙한 최초의 우주선(소련의 마르스 3호)은 먼지 폭풍 속에서 추락했는데 이 우주선이 마찰전기의 영향을 받았을 가능성이 높다”고 말했다.
과거에도 화성에서 번개 징후를 포착하고 이를 확인하려 시도한 적은 있었다. 과학자들은 2006년 심우주네트워크(DSN)의 34m 전파망원경을 통해 처음으로 화성에서 번개로 생각되는 마이크로파 신호를 감지했다. 그러나 이후 유럽우주국의 화성 궤도선 마스익스프레스가 5년간 레이더로 추적했지만 번개 신호는 포착하지 못했다. 2016년엔 유럽과 러시아 공동의 엑소마스 궤도선이 화성에서 먼지 폭풍이 일어날 때 대기의 방전 현상을 측정하기 위해 장비를 내려보냈으나 도중에 추락하고 말았다. 비슷한 장비를 탑재한 두번째 엑소마스 궤도선은 2022년 발사될 예정이었으나 러시아-우크라이나 전쟁으로 중단된 상태다.
네이처는 그러나 이번 연구 성과에도 불구하고 아직 카메라를 통해 직접 방전 현상을 확인한 것은 아니기 때문에 확실한 결론을 내리기 위해서는 화성에 대기 방전 측정용 장비를 보내 확인할 필요가 있다고 지적했다.
*논문 정보
Detection of triboelectric discharges during dust events on Mars. Nature(2025).
https://doi.org/10.1038/s41586-025-09736-y
곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr