기호
♂
구분
내행성/외행성
지구형 행성
소속
우리 은하
평균 지름
6,779 ±0.2km
표면적
1.4437×108km²
질량
6.4174×1023 kg
궤도 장반경
1.5237 AU
227,939,366km
760 광초
12 광분 40 광초
원일점
1.6660 AU
근일점
1.3814 AU
이심률
0.0934
궤도 경사각
1.850° (황도면 기준)
5.65° (태양 적도 기준)
공전 주기
686.971일
670 화성일
자전 주기
24시간 37분 22초
자전축 기울기
25.19°
대기압
0.6~1.0kPa
대기조성
이산화 탄소 95.72%
질소 2.7%
아르곤 1.6%
산소 0.2%
일산화 탄소 0.07%
수증기 0.03%
일산화질소 0.03%
평균 온도
210K(섭씨 -64도)
최고 온도
308K(섭씨 35도)
최저 온도
97K~130K(섭씨 -143~-176도)
표면 중력
0.376G
겉보기 등급
+1.6 ~ -3.0
위성
2개 (포보스, 데이모스)
별칭
형혹(熒惑)
화성(火星, Mars)은 태양계의 네 번째 행성이다. 산화철로 인한 붉은 빛이 감도는 사막 지형이 형성되어 있다.
지구를 제외한 태양계 내 모든 행성 중 표면 탐사가 가장 많이 이루어진 행성이며, 물의 존재가 확인되고 테라포밍의 가능성이 보이는 등 인류 문명의 우주 개발에서 중요한 역할을 맡게 될 것으로 여겨지는 천체이다. 화성 표면에 생명체의 존재 가능성이 과거부터 논의되고는 있으나 아직까지 화성에서 생명체는 발견되지 않았다. 애초에 표면온도도 평균수치가 지구의 남극 수준으로 낮은 데다가 대기도 희박하고 태양풍을 막아주는 행성의 자기장도 약해서 고등 생명체가 살기에는 여전히 혹독한 환경이고, 생명체가 만약 존재한다고 쳐도 미생물정도일 것이다.
화성의 자전주기는 약 24시간 37분으로, 24시간인 지구와 비슷하며, 공전주기는 약 687일로, 지구보다 약 1.88배 길다. 남극과 북극에는 극관이라는 거대한 드라이아이스 덩어리가 있으며, 이는 여름에는 작아지고 겨울에는 커진다.
지구에서 관측할 수 있는 천체 중 달과 금성, 그리고 목성 다음으로 밝다. 그런데 충에 위치한 경우 목성보다 겉보기 등급이 미세하게 더 낮다. 표면에 산화철이 많아 붉게 빛나며, 지구에서 육안으로 보기에도 유독 주황빛을 띠어 다른 천체와 쉽게 구분된다. 베텔게우스와 같이 지구 대기 안에서 붉으면 그저 붉게 보이는 별이 있지 화성과 같이 아주 밝게 빛나는 주황색 별은 상당히 흔치 않기 때문이다.
대기권은 이산화 탄소와 소량의 질소와 아르곤, 그리고 극미량의 산소로 구성되어 있다. 의외로 화성 대기에서 산소의 비율은 지구 대기의 이산화 탄소 비율보다 높으나, 화성 지표의 기압이 0.0063기압 밖에 되지 않는 관계로 생명체가 호흡하기에는 부적합하다. 0.0063기압은 지구상에서 해발 80km 정도의 고도에 해당되는 기압으로 거의 진공 상태나 다름없는 정도라 공기가 존재한다고는 거의 볼 수 없는 정도다. 공기가 거의 없기 때문에 평균 온도는 영하 63도로 낮고 너무 낮은 기압으로 인해 물이 끓는 온도가 섭씨 27도밖에 되질 않아 물로 구성된 생명체가 살 수 없는 환경이다.
화성에 대기가 희박해진 이유는 태생적으로 작은 질량으로 인해 중력이 약해 산소와 같이 분자량이 작은 기체를 많이 잡아둘 수 없음과 동시에 화성의 핵이 지질학적으로 식어버린 상태라 행성 자기장이 지구 자기장의 1/800에 불과하기 때문이다. 이렇게 약한 자기장으로는 태양풍으로부터 행성을 보호할 수가 없어 태양풍으로 인해 화성의 대기가 거의 다 날아가 버려 화성에는 공기가 거의 존재하지 않는 상태가 되었다.
행성의 자기장은 대개 행성 핵에 존재하는 철이 행성의 자전에 의해 회전하면서 생긴다. 화성의 자전 속도 자체는 지구와 거의 같지만, 그 자기장은 자전 속도가 약 58일인 수성이나 약 243일에 불과한 금성만큼이나 미약하다. 이는 화성 핵에 존재하는 철의 양이 상당히 적다는 증거로 볼 수도 있다.
화성 탐사선의 고지자기 연구에 따르면 약 4억 년 전까지는 화성에도 약한 행성 자기장이 있었다고 한다. 즉 이 당시에도 화성 핵에 활동하는 철이 있기는 했지만 강력한 자기장을 형성할 수 있는 수준의 액체 상태는 아니었던 것이다.
화성의 핵은 반지름이 1,810~1,860km 수준인데, 이는 지구 핵의 절반 크기이다. 화성의 지름이 지구 지름의 절반 정도인 점을 감안하면 핵의 비율은 서로 비슷한 셈이다. 다만 화성은 지구보다 밀도가 낮은 행성이기 때문에 핵에 가벼운 물질이 많이 포함되어 있는, 다시 말해 철과 같은 무거운 물질이 적은 것으로 추측되고 있다.
쾰른 대학교의 브리기테 크나프마이어-엔드룬 박사가 이끄는 연구팀은 지진파의 이동 속도를 통해 화성의 지각이 몇 개의 층으로 구성되어 있다는 사실을 확인했다. 가장 상부 층은 지표에서 8(±2) km 깊이에 있으며 20(±5) km 깊이까지 두 번째 층이 있었다는 연구 결과를 발표했다.
인사이트 탐사선이 조사한 200ｍ까지의 지층 구조를 분석한 결과 엘리시움 평원이 표면에서 3ｍ까지 모래가 주성분인 레골리스로 덮여 있고, 그 아래로는 15ｍ에 걸쳐 굵은 덩어리들이 쌓여 있다. 이 지층은 운석 충돌로 하늘로 분출됐다가 다시 가라앉은 돌덩어리가 형성한 것으로 분석됐다. 그 밑으로는 약 150ｍ 걸쳐 용암이 흐르다 식어 굳어진 현무암층이 형성돼 있고, 30~40ｍ에 걸친 퇴적암층으로 이어지는 것으로 나타났다.
인사이트(InSight)가 수집한 자료를 통해 화성의 자전 속도가 빨라졌고, 이에 따라 화성의 하루 길이가 연간 수분의 1 밀리초(1천분의 1초)씩 짧아지고 있는 것으로 파악됐다.
화성도 지구와 비슷한 약 45억 6,000만 년 전에 발생하여 표면이 100% 물로 덮여 있는 바다 행성 형태였고, 바닷물 밑 바닥에는 반 용융된 용암 바다의 형태의 시기를 누렸다. 다만 화성은 질량이 작고 밀도가 낮아 방사성 동위 원소들의 양도 지구에 비해 월등히 적다. 따라서 지각이 형성된 직후에는 상당량의 수증기가 방출되어 대기에 존재했었다.
45억 3,000만년 전에 바다 밑바닥에 단단한 지각이 형성되었으며 44억 6,000만년 전에는 맨틀 분화가 완성되었다.
45억년 전부터 43억 5,000만년 전까지는 온실 화성 시대인데, 이는 표면 온도가 영상을 유지했기 때문이다.
44억년 전 화성에는 물이 풍부했었고, 사마륨-146, 플루토늄-244와 같은 방사성 동위 원소들 덕분에 중심의 온도가 충분히 뜨거워 현 지구의 80%에 해당하는 강력한 자기장이 형성되었고 충분히 대기도 보호할 수 있었다. 이때 화성의 대기압은 현 지구의 1.6배였지만, 대부분 온실기체였므로 평균 표면은 섭씨 25도로 액체 상태의 물이 존재하였다. 또한 질량이 작아 내부열이 낮았고 지각이 일찍 두꺼워져 지구에 비해 더 이른 시기에 대륙이 형성되었다. 44억 년 전 화성에도 최초의 대륙이 형성되었으며 대륙의 지하에서는 온천수가 쏟아져 나왔고 화산 활동도 활발하여 화산 군도도 매우 많이 있었다. 또한 거대한 산맥들도 많이 형성되어 현 시대 지구의 사막 지대 표면과 유사한 풍경이었다. 다만 당시 화성은 대기가 풍부하였으므로 침식 활동으로 인해 이 시기의 흔적은 거의 없으며 지하의 대규모 얼음층으로 인해 추정 가능하다.