포보스

포보스는 화성을 도는 두 개의 작은 위성 중 더 크고 더 가까운 쪽으로, 태양계에서 가장 기이한 위성 중 하나다. 구형이 아니라 약 27×22×18km 크기의 울퉁불퉁하고 찌그러진 어두운 암석 덩어리로, 그 미약한 중력이 지구의 100분의 1도 안 될 만큼 작아서, 작심한 우주비행사라면 돌멩이를 던져 그대로 화성 궤도로 날려 보낼 수도 있을 정도다. 두려움을 의인화한 그리스 신, 즉 전쟁의 신 아레스의 아들이자 동반자의 이름을 딴 포보스는 붉은 행성에 어울리는 시종이다.

포보스를 특별하게 만드는 것은 그 크기가 아니라 그 운명이다. 포보스는 태양계의 어떤 다른 위성보다도 자신의 행성에 더 가까이 궤도를 돌며, 화성 자체가 자전하는 것보다 더 빠르게 화성 주위를 질주하고, 서서히 떨어져 내리고 있다. 수천만 년 안에 산산이 부서지게 될 것이다 — 그 결말이야말로 이 운명이 정해진 작은 위성을 우주선이 닿을 수 있는 범위 안에서 과학적으로 가장 흥미로운 천체 중 하나로 만든다.

발견과 명명

포보스는 1877년 8월 17일, 화성이 근접하던 시기에 워싱턴의 미국 해군 천문대에서 근무하던 미국 천문학자 아사프 홀에 의해 발견되었다. 홀은 며칠 앞서 더 희미하고 바깥쪽에 있는 위성 데이모스를 발견했으며, 좌절 속에서 탐색을 거의 포기할 뻔했다. 그 자신의 말에 따르면, 아내 앤절린 스티크니가 계속 찾아보라고 권했고, 그는 그 형제 위성을 발견한 지 엿새 만에 포보스를 찾아냈다. 두 위성의 이름은 그리스 신화에서 전쟁의 신 아레스의 쌍둥이 아들로, 각각 공포(포보스)와 전율(데이모스)을 의인화한 존재에서 따온 것이다.

홀의 아내는 그 위성 자체에서 기려지고 있다: 포보스의 한쪽 끝을 지배하는 거대한 크레이터 스티크니는 그녀의 결혼 전 성을 따서 붙여진 이름이다. 이 위성의 다른 많은 지형들은 그 발견과 관련된 인물들의 이름이나, 조너선 스위프트의 『걸리버 여행기』에 등장하는 인물과 장소의 이름을 따서 명명되었는데, 이 소설 속 라퓨타의 가상 천문학자들은 실제로 홀이 발견하기 100년도 더 전에 풍자적으로 화성에 두 개의 위성이 있다고 상상했었다.

포획된 소행성인가, 화성의 파편인가?

포보스는 매우 어두워서 자신에게 닿는 빛의 약 7%만을 반사하며, 그 표면은 탄소질 콘드라이트 운석이나 소행성대 바깥쪽의 D형 소행성에서 보이는 것과 같은, 탄소가 풍부한 원시적인 물질과 매우 흡사하다. 그러한 유사성 때문에 오랫동안 가장 단순한 이야기가 제시되어 왔다: 포보스는 화성에 너무 가까이 다가갔다가 포획된 떠돌이 소행성이라는 것이다. 문제는 그 궤도가 거의 원형에 가깝고 화성의 적도면에 거의 정확히 놓여 있다는 점으로, 이는 포획만으로는 이루기 어려운 조건이다.

이에 맞서는 이론은 포보스와 데이모스가 화성에서 일어난 거대한 충돌로 궤도에 흩뿌려진 파편 고리에서 뭉쳐 형성되었다는 것이다 — 지구의 달을 형성했다고 여겨지는 것과 같은 넓은 의미의 메커니즘이다. 약 1.88g/cm³라는 낮은 밀도와 약 30%로 추정되는 내부 공극률은 단단한 암석이 아니라 느슨하게 뭉쳐진 '자갈 더미'를 가리키며, 이는 더 작은 파편들이 다시 뭉쳐 형성된 물질과 일치한다. 이 문제를 해결하는 것이 앞으로의 탐사에서 핵심 목표다.

스티크니와 수수께끼의 홈들

포보스에서 가장 두드러진 단일 특징은 지름이 약 22km에 불과한 천체 위에 자리한 약 9km 너비의 스티크니 크레이터다. 그것을 만든 충돌은 이 위성을 산산조각 낼 뻔했을 만큼 강력했다. 그 이후 미세한 먼지가 안쪽 벽을 따라 흘러내렸고, 바위들이 크레이터 바닥을 향해 굴러떨어지면서 어두운 줄무늬를 남겼다.

포보스의 넓은 영역에 걸쳐 방사형으로 뻗어 있는 것은 길고 평행한 홈들로, 대개 깊이 30m 미만, 너비 100~200m, 길이는 최대 20km에 이른다. 수십 년 동안 이 줄무늬는 스티크니 충돌로 생긴 균열로 여겨져 왔다. 그러나 최근의 모델링에 따르면 이는 그 충돌로 튕겨 나온 바위들이 줄지어 표면을 구르고 튀며 새겨진 것일 가능성이 더 크며, 다른 연구자들은 일부 홈이 이 위성을 서서히 갈라놓고 있는 조석 응력으로 인한 스트레치 마크라고 주장한다.

가장 빠르고 가장 가까운 위성 — 그리고 운명이 정해진 위성

포보스는 화성 중심으로부터 겨우 9,376km, 표면 위로는 약 6,000km 상공에서 궤도를 돌고 있다 — 알려진 그 어떤 위성보다도 자신의 행성에 더 가깝다. 포보스는 단 7시간 39분 만에 궤도를 한 바퀴 완주하며, 이는 화성의 하루 동안 대략 세 바퀴에 해당한다. 화성이 자전하는 것보다 더 빠르게 공전하기 때문에, 화성 표면에 있는 관측자는 포보스가 서쪽에서 떠올라 동쪽으로 지는 것을 보게 되며, 하루에 두 번 하늘을 가로지르고, 그 속도가 워낙 빨라 위상 변화까지 육안으로 보인다. 포보스는 조석 고정되어 있어 언제나 같은 상처투성이 면을 화성 쪽으로 향하고 있다.

그 낮고 빠른 궤도는 또한 치명적이기도 하다. 화성과의 조석 상호작용이 포보스를 세기당 약 2미터씩 안쪽으로 끌어당기고 있다. 추정컨대 3,000만~5,000만 년 안에 포보스는 화성 표면에 충돌하거나, 더 유력하게는 로슈 한계를 넘어 조석력에 의해 갈가리 찢겨 행성을 둘러싼 임시 잔해 고리가 될 것이다 — 이는 우리가 이미 그 파괴를 예측할 수 있는 드문 위성의 사례다.

방문한 우주선들

포보스는 화성으로 보내진 거의 모든 임무에 의해 촬영되었다. 매리너 9호는 1971년 최초의 상세 이미지를 전송했고, 바이킹 궤도선들은 1970년대 후반 선명한 근접 사진을 촬영했으며, 현대의 눈들 — 화성 정찰 궤도선의 하이라이즈 카메라와 2004년 이래 반복적으로 근접 비행을 해온 ESA의 마스 익스프레스 — 은 포보스의 홈과 스티크니를 정밀하게 지도화했다. 소련은 1988년 이 위성 탐사를 위해 포보스 1호와 포보스 2호 두 대의 탐사선을 전담시켰다. 포보스 2호는 예정된 근접 접근 직전에 통신이 끊기기 전까지 일부 데이터를 전송했다. 러시아의 표본 회수 시도인 포보스-그룬트는 2011년 지구 궤도를 벗어나는 데 실패했다.

다음 장은 일본의 몫이다. JAXA의 화성 위성 탐사(MMX) 임무는 2026년 말 발사가 예정되어 있으며, 화성을 궤도 비행한 뒤 포보스에 착륙해 10g이 넘는 표면 물질을 채취하고, 이를 2031년경 지구로 가져올 계획이다 — 화성계에서 처음으로 가져오는 표본이다. 만약 포보스가 정말로 화성의 파편이라면, 그 물질 일부는 이 위성을 만든 충돌로 우주로 발사된 고대 화성 그 자체일 수도 있다.