우리 태양계의 물결치는 모래 언덕 탐험하기

Nov 13, 2023

모래 언덕은 태양계를 가로질러 휩쓸고, 바람이 조금만 불어도 건물은 어느 세계에서든 떠다닙니다. 일부는 바위나 얼음 조각으로 이루어져 있어 우리가 알고 있는 지구상의 지형과 비슷해 보이지만, 일부는 유기 물질로만 만들어진 훨씬 더 이질적인 것처럼 보입니다. 화성에서 명왕성, 작은 혜성에 이르기까지 과학자들이 보는 다양한 모래 언덕은 먼 세계의 과거와 현재 조건에 대한 정보를 제공하는 동시에 지구에서 모래 언덕이 어떻게 형성되는지에 대한 뛰어난 질문을 구체화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

모래 언덕 패턴을 연구하면 신체의 표면 구성에 대한 통찰력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 대기의 역사에 대한 힌트도 얻을 수 있습니다. 대기가 얇으면 입자를 공기 중으로 던지기가 더 어려워지므로, 고대 모래 언덕에서는 두꺼운 가스가 세계를 덮었을 때 하늘에서 모래 비가 어떻게 쏟아졌는지 알 수 있습니다. 이는 시간이 지남에 따라 무거운 대기가 천천히 빠져나가는 화성과 태양 주위를 여행하면서 대기 밀도가 증가하고 감소하는 명왕성과 같은 천체에 매우 중요할 수 있습니다.

모래 언덕을 만드는 방법

지구상에서 모래는 일반적으로 석영을 침식하여 만들어집니다. 그러나 조개껍데기, 산호, 탄산염, 화산재, 심지어 얼음까지 포함할 수도 있습니다. 이는 모래가 해변과 사막뿐만 아니라 남극 대륙의 얼어붙은 불모지에서도 발달하고 정착할 수 있음을 의미합니다. 더욱이, 모래의 정의는 구성과는 아무 관련이 없으며 모든 것은 크기 및 운반 방법과 관련이 있습니다. 즉, 공기 중으로 떠오를 수 있을 만큼 충분히 작고 가벼운 입자입니다. 지구상에서는 직경이 약 0.0025~0.08인치(0.06~2mm)입니다. 중력이 덜한 다른 세계에서는 모래 입자가 더 클 수 있습니다.

그렇다면 모래 입자에서 졸졸 흐르는 모래 언덕으로 어떻게 이동합니까? 모래 언덕의 핵심은 바람입니다. "공기 분자의 움직임이 있는 한, 우리는 결국 바람에 의해 쌓인 모래에 의해 조각된 풍경인 바람 장(aeolean field)으로 끝납니다"라고 유타주 브리검 영 대학교(Brigham Young University)의 Jani Radebaugh는 말합니다. (Aeolean은 그리스 바람의 신 Aeolus를 가리킨다.)

구성의 다양성에도 불구하고 지구상의 모래 언덕은 모두 거의 동일한 조건에서 형성되며 주로 모래가 얼마나 멀리 날아갈 수 있는지에 영향을 미치는 중력에 의해 제한됩니다. 모래 언덕으로 덮인 다양한 태양계 세계를 관찰함으로써 과학자들은 모래 언덕이 어떻게 형성되고 이동하는지에 대한 핵심을 파악하기를 희망합니다. 기본 아이디어는 간단합니다. 바람이 표면을 가로질러 모래를 운반하여 결국 모래 언덕에 쌓이게 됩니다. 그러나 세부 사항은 상황이 지저분해지는 부분입니다. 모래가 물을 조각한 모래 언덕을 만들기 위해 물 속을 헤엄치는 것처럼 공기를 통해 이동하는 유체 역학 모델을 따르고 있습니까? 아니면 바람에 의해 들어 올려진 첫 번째 모래 알갱이가 계속해서 더 많은 모래 알갱이를 밀어내는 충격 메커니즘 모델을 따르고 있습니까?

캘리포니아 주 패서디나에 있는 제트 추진 연구소의 연구원인 Serina Diniega에 따르면, 두 모델의 예측 결과가 너무 비슷하기 때문에 지구상에서 두 모델을 구별하기가 어렵습니다. 그러나 다른 세계에 모래 언덕을 건설하는 등 기압과 중력을 변경하면 어떤 모델이 올바른지에 대한 더 큰 통찰력을 얻을 수 있습니다. "다른 조건에서 다른 시체에서 모래 언덕을 찾는 것은 우리가 지구에서 테스트할 수 없는 모델을 구별하는 데 도움이 됩니다."라고 그녀는 말합니다.

다행히도 태양계에는 모래 언덕이 많이 있습니다.

1970년대 초, NASA의 궤도를 도는 마리너 9호는 화성을 지구의 달과 비슷하게 죽고 변하지 않는 세계로 보여주는 것처럼 보였습니다. 몇 년 후 바이킹 임무가 붉은 행성의 고해상도 이미지를 캡처하기 시작했을 때에만 사구를 포함한 활성 프로세스가 뷰에 나타났습니다.

대부분의 화성 모래는 원래 화산에서 나온 것으로 보입니다. 바위 같은 현무암은 수백만 년에 걸쳐 직경 약 0.002~0.02인치(0.05~0.5mm)의 입자로 침식된 오래전에 죽은 화산에서 폭발적으로 쏟아졌습니다. 먼 과거에 표면을 잠깐 흘렀을 수 있는 물이 잠재적으로 일부 암석 물질을 모래로 분해했을 수도 있지만, 오늘날 바람은 가장 널리 퍼진 침식 원인을 제공합니다. 그러나 바위를 침식하여 모래로 만드는 데 있어서 바람은 물에 비해 비효율적입니다. 이는 화성 모래가 얼마나 오래되었는지에 대한 의문을 제기합니다. 물이 표면을 가로질러 흐를 때 모든 것이 형성되었습니까? 아니면 오늘날에도 여전히 더 많은 모래가 생성되고 있습니까? 적어도 일부 모래는 풍화 입자가 퇴적암을 형성하고 나중에 다시 모래로 변하면서 재활용됩니다. Diniega는 대부분이 그럴 것이라고 추측합니다. 하지만 모래 입자가 여러 번 충돌한 후에는 지질학자들이 일반적으로 입자라고 정의하는 먼지로 분해됩니다. 약 0.0025인치(0.06mm)보다 작습니다. 따라서 화성에 여전히 모래가 있다는 사실은 모래 언덕의 움직임이 적거나(충돌이 거의 없음) 현재 추정되는 것보다 침식이 더 많이 진행되고 있음을 시사합니다.