이건 미스테리 게시판에서 예전에 이야기한 적이 있는데 내용의 성격상 길게 설명하지 않을수가 없겠네요. 예전 글을 링크를 하려고 했는데 예전엔 주로 한쪽에 치중한 설명만 해놔서...
위에 내용은 전적으로 틀린 얘기는 아니지만 좀 잘못 알려진 사실입니다. 저거 가지고는 설명이 모자르고 보다 디테일한 설명이 필요합니다.
행성에서 어떠한 기체가 탈출하는 경우는 열적인 요인과 비열적인 요인이 있습니다. 그리고 열적인 요인과 비열적인 요인 모두 중력이라는 부분과의 관계도 같이 계산되어야 합니다. 중력이 어쨌든 탈출을 방해하는 요소니까요.
(( 아래 설명이 길다고 생각하면 맨아래 적어놓은 '정리'와 '결론' 부분만 읽으셔도 됩니다 ))
이 게시물에서 말하고 있는 자기장의 부재와 태양풍에 의한 영향은 비열적인 요인에 해당하는데 태양풍에 포함된 고에너지 입자가 화성대기 분자와 상호작용하면서 에너지를 얻은 대기분자가 대기상층부에서 다른 대기분자와 충돌하지 않고 화성 고유의 탈출속도를 넘게되면서 화성밖으로 튕겨져나간다는 설명입니다.
여기서 자기장이라는건 크게 두가지 역할을 합니다.
1. 하전된 태양풍 입자를 자기장이 편향시켜서 행성 대기권으로 들어와 행성대기분자와 충돌하는 빈도를 낮춤(충돌빈도 낮춤)
2. 태양으로부터 날아온 이온과 충돌해서 대기분자가 운동에너지를 얻을때 전자를 내어주면서 자기자신이 이온화하는데 탈출에너지를 얻었더라도 자기장 때문에 행성에 다시 포획이 될 가능성을 높임.(탈출빈도 나춤)
화성처럼 자기장이 미약하게 존재하면 1,2 요소가 작동하지 않기 때문에 태양풍으로 대기분자를 잃게 됩니다. 문제는 이 설명은 대기분자의 종류와 행성의 표면중력 특징에 따라 메인이 될수도 있고 메인이 아닐수도 있게 됩니다.
화성의 경우 순수 물분자인 경우엔 이게 주요한 이유가 아닙니다. 물분자의 경우는 열적인 요인이 주요한 이유인데
뭔소리냐 하면 행성의 대기상층부에선 아시다시피 대기밀도가 낮기 때문에 자외선과 같은 고에너지 태양광선에 노출되는 빈도가 높아서 H2O와 같은 물분자는 개별적인 원자로 광분해가 일어나기가 쉽습니다. 그렇게 광분해된 산소원자가 산소분자가 되면 태양으로부터 온 하전입자로부터 에너지를 얻어서 바로 탈출할 수가 있거든요. 물분자에서 떨어져나간 산소는 이러한 식으로 화성에서 주로 탈출하게 됩니다.
하지만 수소는 다릅니다. 수소가 화성을 탈출하는 주요한 원인은 위에 설명한 태양으로부터 온 하전입자와의 충돌로 인한 비열적인 요소가 아닌 열적인 요소가 행성으로부터 탈출하는 주요원인입니다. 수소원자는 가볍기 때문에 동일온도에서 더 빠르게 움직이기 때문에 해당 행성환경의 온도에 의한 열운동으로 자체적으로 탈출속도를 넘어 탈출할 수 있습니다.
아래 그림에서 특정원소를 가리키는 선 아래에 행성이 있으면 그 행성에서는 해당원소가 탈출속도를 넘게 된다는 뜻이 됩니다. 선이 가리키는 의미는 가로축 온도에서 세로축의 해당 평균분자속도를 가진다는 뜻입니다. 행성을 나타내는 점은 해당 표면온도와 행성의 탈출속도를 나타내구요.
위 그래프에서 수소와 헬륨선 아래에 지구와 화성이 모두 있다는건 수소와 헬륨은 지구와 화성에서 열적인 요인으로 인해 계속해서 빠져나간다는 걸 의미합니다. 그리고 물과 산소를 잘 보십시요. 지구에서는 물과 산소가 지구의 탈출속도보다 낮은 위치에 있지만 화성에서는 물은 화성의 탈출속도보단 큽니다. 따라서 화성에서는 순수 물분자는 열적요인에 의해 순수 분자운동으로 화성대기를 빠져나갈 수 있습니다. 이에반해 산소나 질소같은 분자는 열적요인으로 화성에서 탈출하지 못한다는걸 알수 있습니다.
- 정리 -
화성에서..
1. 순수물분자는 화성표면온도로 인한 열운동만으로도 화성대기를 탈출한다
2. 물분자에서 해리된 산소는 열적 요인이 아닌 태양풍과 같은 비열적 요인으로 화성대기를 탈출한다
3. 물분자에서 해리된 수소도 순수물분자처럼 열적요인에 의해 화성대기를 탈출한다.
- 결론 -
1. 화성이 메마른 이유는 태양풍을 막지 못하는 자기권 부재때문이 아니라 화성의 작은 표면중력으로 물분자가 행성으로부터 탈출하기 때문
2. 물분자와 물분자가 해리된 수소와 산소중 산소만이 위에 자기장부재로 설명된다.