고대 화성의 비, 생명체 구성 물질을 특정 지역에 전달했을 가능성

고대 화성에서 생명체 화학의 시작점이 될 수 있는 곳을 보여주는 지도

약 38억~36억 년 전 화성을 시뮬레이션한 연구에 따르면, 고대 화성의 비는 생명체 구성 물질의 화학적 재료를 지역에 따라 최대 약 100배 차이가 나도록 전달했을 수 있다. 전 지구 평균은 연간 제곱미터당 포름알데히드 약 5밀리그램으로 추정됐으며, 타르시스와 엘리시움 산지 주변에서는 약 50밀리그램에 달했다.

이번 연구는 대기 화학과 강우, 유기 분자가 축적될 수 있었던 장소 사이의 연관 가능성을 제시한다. 화성에 생명체가 존재했다거나 예측된 양의 포름알데히드가 오늘날까지 남아 있음을 입증하는 것은 아니다. 대신 고대 암석의 측정값과 비교할 수 있는 지리적 예측을 내놓았다.

연구진에는 도호쿠대와 지구생명과학연구소, 도쿄과학대의 과학자들이 참여했다. 도호쿠대의 연구 발표는 2026년 10월 1일자로, 이번 연구가 「온난한 초기 화성에서 수증기와 연관된 대기 포름알데히드 침적의 전 지구적 분포」라는 제목으로 2026년 9월 30일 The Planetary Science Journal에 게재됐다고 밝혔다. 논문 DOI는 10.3847/PSJ/ae9942다.

생명 기원 연구에서 포름알데히드가 중요한 이유

화학식 H2CO로 표기하는 포름알데히드는 강한 자극성과 독성을 지닌다. 이번 연구와 관련된 특성은 다른 데 있다. 물속에서 포름알데히드는 생명체와 관련된 당류와 아미노산, 기타 유기 화합물로 이어지는 반응에 참여할 수 있다.

따라서 포름알데히드는 생명이 존재하기 전의 화학 반응, 즉 생명 이전 화학의 출발 물질이 될 가능성이 있다. 이런 물질을 검출하거나 존재 가능성을 예측하는 것은 살아 있는 유기체를 발견하는 것과는 다르다. 유기 분자는 생물 작용 없이도 화학 반응으로 만들어질 수 있다.

기존 연구에서도 온난한 고대 화성의 대기에서 포름알데히드가 생성될 수 있다는 점이 제시된 바 있다. 새롭게 제기된 질문은 포름알데히드가 지표의 어느 곳에, 얼마나 많이 도달했느냐는 것이다. 유용한 분자를 만들 수 있는 대기라고 해서 그 분자가 호수나 강, 또는 추가 반응이 일어날 수 있는 다른 장소에 고르게 전달되는 것은 아니다.

연구진이 화학과 기후를 연결한 방법

연구진은 광화학 모델과 전 지구 기후 모델을 결합했다. 광화학은 빛에 의해 촉발되는 반응을 가리키며, 이번 연구에서는 화성 대기의 분자를 변화시키는 자외선 반응 등이 포함됐다. 기후 모델은 행성 전역의 대기 순환과 기온, 수증기, 구름, 강수량을 계산했다.

먼저 연구진은 지표 온도와 수증기, 대기압, 자외선 강도를 여러 조건으로 조합해 포름알데히드 생성량을 계산했다. 그런 다음 그 결과를 기준표로 정리해 기후 모델이 지역별 조건에서의 화학 물질 생성량을 추정하는 데 활용하도록 했다.

이 방법은 대기를 단일 수직 차원과 행성 평균으로 표현한 기존 계산을 한 단계 확장했다. 기존 계산으로는 포름알데히드 생성이 가능한지 살펴볼 수 있었지만, 지표로의 전달을 지도화하는 데 필요한 습도와 강수의 지리적 차이를 포착할 수는 없었다.

시뮬레이션은 약 38억~36억 년 전의 온난한 환경을 가정했다. 지질학적·광물학적 증거에 따르면 당시 화성에서는 액체 상태의 물이 지표에 존재할 수 있었던 시기가 있었다. 모델은 그런 조건에서 화학 물질이 어떻게 전달됐을지를 살펴본 것이며, 해당 기간 내내 행성 전체가 온난하고 습윤했다는 점을 입증하지는 않는다.

물은 분자의 생성과 지표로의 이동을 도왔다

수증기는 두 단계에서 중요했다. 첫째, 자외선이 물 분자를 분해해 반응성 수소를 방출했고, 이 수소는 포름알데히드를 생성하는 대기 반응에 관여했다. 따라서 대기 중 수분이 많은 지역은 포름알데히드 생성에 유리한 조건을 갖췄다.

둘째, 비가 포름알데히드를 녹여 지표로 운반했다. 수분은 화학 물질의 생성과 전달 모두에 영향을 줬으며, 예측된 분포가 크게 불균등한 이유를 설명하는 데 도움을 준다.

이 차이는 연구 결과의 핵심이다. 한 지역에 공급된 양은 그 위에서 생성된 포름알데히드의 양만으로 결정되지 않았다. 강우량에 따라 대기가 해당 화학 물질을 지표수로 얼마나 효과적으로 옮기는지도 달랐다. 그 결과로 만들어진 지도는 화성의 물 순환과 추가적인 유기 화학 반응의 재료가 도달했을 가능성이 있는 장소를 연결해 보여준다.

산지와 북부 수역에 더 많은 양이 도달

시뮬레이션에서는 설정된 북부 해양과 헬라스 분지에 비교적 많은 양이 도달하는 것으로 나타났다. 북반구의 평균 전달량은 남반구보다 몇 배 높았지만, 여기 소개된 결과에는 정확한 비율이 제시되지 않았다.

산악 지형에서는 또 다른 양상이 나타났다. 타르시스와 엘리시움 주변에서는 공기가 사면을 따라 상승하면서 강수가 촉진돼 포름알데히드 전달량이 높은 국지적 지역이 형성됐다. 이는 지형의 영향이다. 습한 공기가 상승하면 냉각되면서 구름과 비가 생기기 쉽다.

제곱미터당 연간 약 50밀리그램이라는 최대 추정치는 전 지구 평균인 5밀리그램의 약 10배다. 이는 지역 간 차이가 약 100배였다는 결과와는 다른 비교다. 전자는 최대 전달량과 행성 평균을 비교한 것이고, 후자는 지리적 분포의 전체적인 범위를 설명한다. 어느 수치도 오늘날 화성 토양에 남아 있는 포름알데히드의 양을 측정한 것은 아니다.

연구 결과는 반구 전체를 화학적으로 균일하다고 봐서는 안 된다는 점도 보여준다. 북반구의 평균 전달량이 더 많았지만, 헬라스 분지도 공급량이 비교적 높은 지역이었다. 남북의 전반적인 차이뿐 아니라 국지적인 물의 이용 가능성과 지형도 중요했다.

인근 분지가 화학 물질이 모이는 데 더 적합한 이유

비가 가장 많이 내린 곳과 포름알데히드가 가장 많이 농축된 곳이 반드시 일치하는 것은 아니었다. 연구진은 습윤 지역 인근의 분지가 유망한 환경일 수 있다고 봤다. 물이 물질을 그곳으로 옮긴 뒤 증발할 수 있기 때문이다.

전달량과 농도는 서로 다른 개념이다. 전달량은 일정한 면적과 시간 동안 지표에 도달하는 물질의 양이다. 농도는 해당 물질이 그것을 포함한 물에 비해 얼마나 들어 있는지를 나타낸다. 물이 많은 곳에 다량으로 유입되면 농도는 낮게 유지될 수 있지만, 증발로 물이 줄어들면 남은 물질이 농축될 수 있다.

연구진이 제안한 시나리오에서는 강우가 습윤 지역에 포름알데히드를 공급하고, 강이나 다른 흐름이 이를 분지로 모은 뒤 증발로 농도가 높아진다. 이런 환경에서는 더 복잡한 유기 분자로 이어지는 반응이 일어날 수 있다.

다만 이는 특정 분지에서 실제로 일어난 화학적 과거가 입증됐다는 뜻이 아니라 가능성에 해당한다. 지도는 대기에서 공급된 양을 추정한다. 전달 이후에 어떤 일이 있었는지 밝혀내려면 지표에서의 이동과 반응, 분해, 보존 과정을 이해해야 한다.

로버 관측으로 지도를 검증하는 방법

제안된 검증 방법 가운데 하나는 포름알데히드를 서로 다른 양으로 받았을 것으로 예측된 지역의 고대 암석층을 비교하는 것이다. 연구진은 유기 화합물의 양과 탄소 동위원소 패턴을 함께 조사할 수 있다. 동위원소는 중성자 수가 서로 다른 동일 원소의 형태로, 상대적인 함량을 통해 화학적 기원을 살펴보는 데 도움을 줄 수 있다.

연구진의 기존 연구는 대기 중 포름알데히드와 관련된 탄소 동위원소 특성이 화성 탐사에서 검출된 유기 물질을 설명하는 데 도움이 될 수 있다고 제시했다. 이번에 나온 지리적 예측은 화학 조성만 살펴보는 데 그치지 않고, 그 가능성 있는 연관성을 연구할 또 다른 방법을 제공한다.

연구자이자 논문 저자인 고야마 슌고는 예측된 분포를 로버 관측 결과와 비교하는 방법을 다음과 같이 설명했다.

우리 지도를 로버의 관측 결과와 비교하면 H₂CO를 더 많이 받은 장소가 초기 생명체 관련 화학 반응에도 더 유리했는지 검증하기 시작할 수 있습니다.”라고 고야마 박사는 말했다. “향후 관측으로 이 관계가 확인된다면, 우리 지도는 앞으로 화성 탐사 임무에서 유망한 목표 지점을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

예측된 전달량과 보존된 유기 화학 물질 사이에 연관성이 발견된다면, 대기가 물질 공급에 기여했다는 가설을 뒷받침할 수 있다. 하지만 그것만으로 생물학적 기원을 입증할 수는 없다. 연구진은 화성 암석에서 오랜 세월에 걸쳐 그 화합물에 어떤 일이 있었는지도 고려해야 한다.

아직 밝혀지지 않은 점

가장 큰 불확실성은 수십억 년 전 모델이 추정한 전달량과 오늘날 측정할 수 있는 물질 사이의 간극이다. 추정치는 포름알데히드가 얼마나 영구적으로 축적됐는지, 얼마나 다른 화합물로 반응했는지, 얼마나 분해됐는지를 보여주지 않는다. 특정 장소에서 생명의 기원에 적합한 조건이 발달했는지도 입증하지 않는다.

연구진은 대기 화학과 기후를 3차원으로 직접 연결하는 모델을 개발할 계획이다. 이는 현재 전 지구 기후 시뮬레이션 안에서 기준표로 정리한 화학 계산을 사용하는 방법을 확장하게 된다.

유기 물질의 분해와 보존에 관한 실험도 계획돼 있다. 이 실험은 고대에 유입된 것으로 예측된 물질을 탐사 과정에서 발견할 수 있는 화학적 흔적과 연결하는 데 도움이 될 수 있다. 그 결과가 나올 일정은 제시되지 않았으며, 이번 연구에서 지도가 검증될 착륙 지점이나 예정된 탐사 임무를 발표하지도 않았다.

연구가 다루는 고대 환경과 현대의 발표 시점은 다음과 같이 구분된다.

• 약 38억~36억 년 전: 온난한 화성을 가정한 시뮬레이션의 대상 시기.
• 2026년 9월 30일: 도호쿠대가 밝힌 연구 논문 게재일.
• 2026년 10월 1일: 도호쿠대 연구 발표일.

이번 연구의 성과는 검증 가능한 화학 물질 공급의 지리적 양상을 제시한 데 있다. 생명체가 존재한 곳을 밝혀낸 것이 아니라, 대기 중 재료가 더 많이 도달하고 물이 이를 모아 추가 반응을 일으킬 수 있었던 장소를 가리킨다.

핵심 내용

• 고대 화성의 지역별 포름알데히드 전달량은 시뮬레이션상 약 100배 차이가 났다.
• 전 지구 평균은 연간 제곱미터당 약 5밀리그램이었으며, 타르시스와 엘리시움 주변에서는 최대 약 50밀리그램에 달했다.
• 수증기는 대기 중 생성에 기여했고, 강우는 포름알데히드를 지표로 운반했다.
• 습윤 지역 인근의 분지는 물의 흐름과 증발을 통해 화학 물질을 모아 농축했을 가능성이 있다.
• 고대 유기 화합물과 탄소 동위원소를 비교하면 예측된 분포를 검증할 수 있다.
• 이번 연구는 생명 이전의 화학적 가능성을 다룬다. 화성에 생명체가 존재했다는 증거나 오늘날 남아 있는 포름알데히드의 측정 결과는 아니다.