[논문] 20년 간의 Mars Express 이미지는 붉은 행성의 모자이크를 만드는 데 도움이 됩니다.

유럽 ​​우주국(ESA)의 첫 번째 행성 간 임무인 Mars Express 궤도선은 2003년 6월 2일에 화성 주위 궤도에 진입했습니다. 이후 탐사선은 고해상도 스테레오 카메라(HRSC)를 사용하여 화성 표면의 지도를 작성했습니다. 독일 항공우주센터(DLR)와 상업 파트너가 함께합니다. 임무 20주년을 기념하여 지난 금요일(6월 2일) 독일 다름슈타트에 있는 ESA 유럽 우주 작전 센터(ESOC)에서 축하 행사가 열렸습니다.

축제 기간 동안 일련의 글로벌 색상 모자이크 이미지는 Mars Express 궤도선에서 지구로 실시간 스트리밍되었습니다. 모자이크는 HRSC 과학팀이 실시한 고공 캠페인과 최첨단 이미지 처리의 결과입니다. 그 결과 화성 환경에 대한 귀중한 통찰력을 제공하는 세부 사항, 공간 해상도 및 색상의 다양성에서 비교할 수 없는 모자이크가 탄생했습니다. 여기에는 표면 구성을 밝히는 것, 과거에 물이 어떻게 흘러갔는지 보여주는 것, 현대 기상 현상 등이 포함됩니다.

거의 20년 동안 HRSC는 전례 없는 해상도로 화성 전체 표면에 가까운 색상과 3차원 지도를 작성했습니다. 이는 카메라의 4가지 색상 채널(빨간색, 녹색, 파란색 및 적외선)과 5가지 전색성 최저점, 스테레오 및 측광 채널 덕분에 가능합니다. DLR 행성 연구 연구소에서 운영하는 이 카메라는 원래 화성 1년(지구 기준 약 687일)만 지속되도록 설계되었습니다. 그러나 임무의 성공으로 인해 ESA는 가장 최근에는 2026년 말까지 임무를 반복적으로 연장했습니다.

고고도 이미지는 베를린에 있는 독일 항공우주센터인 DLR(Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt)의 HRSC 팀에서 계획하고 획득했습니다. 색상 모델의 개발과 모자이크 처리는 베를린 자유대학교(Freie Universität Berlin)의 천체물리학자이자 방사선천문학자이자 HRSC의 공동 연구자인 Greg Michael 박사가 수행했습니다. HRSC 팀의 과학 논문은 ESA 게스트 저장 시설을 통해 제공되는 지리 참조 데이터 세트와 함께 가까운 시일 내에 출판될 예정입니다.

HRSC는 2004년 1월 취역한 이후 픽셀당 50~20m(164~65.6피트)의 해상도로 거의 행성 전체를 이미지화했습니다. 일반적으로 임무는 우주선이 궤도에서 행성에 가장 가까운 약 300km(186마일) 고도에서 화성을 촬영합니다. 그러나 모자이크의 경우 고도 4,000~10,000km(2485.5~6215마일)에서 촬영한 90개의 개별 이미지가 사용되었으며, 이는 직경 약 2500km(1550마일)의 영역과 2km(1.2마일)의 공간 분해능을 포함합니다. 픽셀당. 모자이크의 많은 영역은 장비의 가능한 최고 해상도(픽셀당 12.5m)로 나타납니다.

또 다른 인상적인 특징은 이미지에 포착된 색상 수준입니다. 일반적으로 화성은 대기의 투명도가 끊임없이 변화하기 때문에 표면 색상을 정확하게 포착하는 사진을 찍는 것이 매우 어렵습니다. 이는 대기 중 먼지의 정도가 다양하기 때문에 발생하며, 이로 인해 빛이 산란되고 반사되어 이미지 간에 색상이 변하게 됩니다. 이러한 효과를 억제하기 위해 우주국에서는 먼 거리에서 색상 변화를 줄이는 이미지 처리 기능을 사용하는 경우가 많습니다.

이번에는 HRSC 팀이 모자이크의 각 이미지를 색상 참조하는 데 사용한 글로벌 색상 모델을 구축하기 위해 새로운 고고도 관찰 캠페인이 사용되었습니다. 이를 통해 장거리 색상 변화가 가능해졌으며 이전에는 볼 수 없었던 수준의 색상 다양성을 갖춘 화성의 사진이 탄생했습니다. 색상 변화는 또한 표면 표토에 다량의 산화철을 포함하는 구성에 대한 정보를 보여줍니다. 이것이 화성을 “붉은 행성”이라는 별명을 얻게 된 이유이지만, 관측에 따르면 파란색, 회색, 검정색으로 보이는 어두운 영역도 있는 것으로 나타났습니다.

이 지역은 천문학자들이 수세기 동안 관찰해온 크고 어두운 모래층을 형성한 화산 모래에 해당합니다. 이 모래는 주로 바람에 의해 쌓여 풍화되지 않은 현무암 광물(지구에서 발견되는 화산 모래 및 바람에 날린 모래 언덕과 유사)로 구성된 바르칸 모래 언덕 필드를 형성했습니다. 또한 한때 화성 표면에 흘렀던(약 30억~20억년 전) 물에 의해 시간이 지남에 따라 풍화되어 더 가벼운 화산 모래 조각도 있습니다. 이것은 각각 Gale 및 Jezero 분화구의 점토 퇴적물 형태로 Curiosity 및 Perseverance 탐사선에 의해 연구되었습니다.

화성에서 가장 흔히 발견되는 두 가지 광물인 점토와 황산염 광물은 특히 밝기 때문에 컬러 합성 이미지에서 비교적 쉽게 발견할 수 있습니다. 예를 들어 황산칼슘(석고)과 황산마그네슘 (kieserite)는 적도를 따라 Valles Marineris 협곡 시스템 내에서 볼 수 있습니다(아래 참조). 이 광물은 더 어두운 모래의 얇은 베니어로 덮여 있지만 HRSC에서 밝혀진 색상 변화 덕분에 눈에 보입니다. 표면의 점토와 황산염은 이 행성의 과거 물이 있었음을 입증하는 많은 증거 중 하나입니다.

마리네리스 계곡(Valles Marineris)의 깊이에는 왼쪽 하단의 밝은 흰색 패치로 표시되는 희미한 구름과 같은 대기 현상이 겹쳐 있습니다. 또한 Valles Marineris에는 흐릿한 안개층이 있는데, 이는 일반적으로 하루 중 특정 시간 동안 협곡 내에서 형성됩니다. 유사한 안개 층이 남부 고지대의 Argyre 및 Hellas Basin과 같은 저지대 및 기타 저지대와 북부 저지대의 분화구 지역(Isidis 및 Utopia Basin 등)에서 관찰되었습니다.

HRSC의 성공은 화성 주변에서 19년 5개월 12일 동안(이 기사가 발행된 시점을 기준으로) 작동된 Mars Express 임무를 연장하기로 결정한 주요 요인이었습니다. 2023년 10월 19일 기준으로 이 임무는 화성의 타원 궤도 25,000개를 완료하여 NASA의 2001년 Mars Odyssey에 이어 두 번째로 오랫동안 지속적으로 활동하는 우주선이 될 것입니다. 여전히 화성 주위에서 활동하고 있습니다.