NASA의 Perseverance Mars 탐사선은 수십억 년 전 화성에서 다양한 지질학적 또는 화학적 과정에 의해 남겨진 "화학적 발자국"을 찾기 위해 Jezero Crater에서 5년 동안 작업해 왔습니다. 이전에는 여러 암석 내부에서 유기 탄소를 발견했지만 이를 노출하려면 드릴링이나 마모가 필요했습니다.최근 결과에 따르면 고대 강 수로 가장자리에 있는 네레트바 계곡(Neretva Vallis)이라는 노두 지역에서 Perseverance는 노출된 암석 표면에서 직접 복잡한 거대분자 탄소를 발견했습니다.

이번 연구의 주저자이자 애리조나 주 투산에 있는 행성 과학 연구소의 연구원인 Ashley E. Murphy는 "우리가 아는 한 이것은 화성 표면의 가장 얕은 층에서 유기물이 발견된 경우입니다"라고 말했습니다. 지구상에서는 이러한 풍부하고 고분자 탄소 물질이 일반적으로 생물학적 기원을 가지고 있음을 암시합니다. 그러나 '브라이트 엔젤(Bright Angel)'이라는 이름의 이 암석에 어떤 종류의 탄소가 있고 어디서 유래했는지에 대해서는 아직 결론을 내릴 수 없습니다. 실제로 답을 찾으려면 샘플을 지구 실험실로 다시 가져와야 할 것 같습니다.

UV 라만 장비는 "고분자 탄소" 신호에 고정됩니다.

이번 발견의 핵심은 "Perseverance" 로봇 팔인 SHERLOC에 장착된 자외선 라만 분광계에 있습니다. SHERLOC은 "Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescent for Organics and Chemicals"를 의미합니다. 이 장비는 표적에 심자외선 레이저를 방출한 다음 반사된 빛 에너지의 작은 변화를 분석하여 특정 화학 결합의 존재를 식별합니다.

화성일(sol) 1180년에서 1218년 사이에 Perseverance는 Bright Angel 지역의 네 관측 지점에 자외선 레이저를 겨누었습니다. Steamboat Mountain이라고 불리는 암석 중 하나를 일반 암석으로 취급하여 대조 샘플로 사용했습니다. "체야바 폭포(Cheyava Falls)", "아폴로 신전(Apollo Temple)", "왈할라 글레이드(Walhalla Glades)"라는 세 개의 다른 암석의 스펙트럼 신호는 모두 거대분자 탄소의 존재를 보여줍니다. 이 신호를 "흑연 밴드"(G-밴드)라고 하며, 이는 다수의 환원된 탄소 원자에 의해 가교된 복잡한 네트워크를 특징으로 합니다. 화학적, 열적 안정성이 강하고 분해가 쉽지 않습니다.

Perseverance의 장비의 정확성 내에서 그 물질은 지구상의 케로겐과 유사합니다. 그러나 연구팀은 지구상에서 케로겐이라는 용어의 사용을 의도적으로 피했다. 왜냐하면 지구상에서 케로겐은 거의 전적으로 생물학적 물질, 주로 수백만 년 동안 묻혀 있던 미생물의 잔해에서 파생되기 때문이다. Murphy는 "'케로겐'이라는 단어는 분명한 생물학적 의미를 갖고 있으며, 우리는 그 기원이 불확실하고 생물학적 과정이거나 비생물학적 과정일 수 있음을 나타내기 위해 '거대분자 탄소'를 사용하는 것을 선호합니다."라고 설명했습니다. 연구팀은 특히 현재 화성 암석에서 발견되는 거대분자 탄소가 무생물 과정에 의해 생성되는 것이 전적으로 가능하다는 점을 강조했습니다.

'계기 유물', '오염된 승객' 제거

이러한 민감한 탐지 작업에서 비정상적인 결과는 일반적으로 두 가지 주요 질문을 제기합니다. 이것이 장비 자체의 인공물입니까? 이것이 지구에서 가져온 오염물질일까요? 연구팀도 이 아이디어를 따라 하나씩 조사했다.

첫째, 과학자들은 감지된 신호가 암석 표면이 아닌 SHERLOC 자체의 용융 석영 전면 창에서 비롯된 것이라고 우려했습니다. "Bright Angel"은 SHERLOC이 먼지 덮개 파손 후 처음으로 과학적 관찰을 수행한 장소라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 포커싱 메커니즘이 강제로 비활성화되었기 때문에 팀은 새로운 작업 모델을 채택해야 했습니다. 새로운 모드에서의 성능을 확인하기 위해 미국 제트추진연구소(JPL)의 SHERLOC 수석연구원 카일 우커트(Kyle Uckert)와 그의 동료들은 지상 실험실에서 백업 비행 광학 장치에 대한 분광 테스트를 실시했으며, 화성의 공백 영역과 알려진 교정 대상을 반복적으로 관찰하여 장비가 정상적으로 작동하는지 확인했습니다.

최종 확인은 비교 대상 '스팀보트 힐'에서 나왔다. Uckert는 "근처의 다른 암석 표적으로부터의 G-밴드 스펙트럼 신호는 없습니다"라고 말했습니다. 이는 "Bright Angel" 암석의 흑연 밴드 신호가 악기 하드웨어에서 나오는 것이 아니라 실제로 특정 암석 표면의 물질과 관련이 있음을 보여줍니다.

두 번째 질문은 오염의 위험입니다. 이러한 유기물이 지구에서 화성 탐사선이 가져온 "히치하이커"일 수 있습니까? 과학자들은 '퍼서비어런스'가 암석 표면을 연마하기 위해 사용하는 드릴 비트는 발사 전 엄격히 소독되었으며, 제제로 분화구의 많은 암석에 사용되었을 때 이렇게 강한 G밴드 신호는 이전에 볼 수 없었다는 점을 지적했습니다. 더 중요한 것은 암석 "Cheava Falls"는 어떤 하드웨어와도 직접 접촉한 적이 없으며 탐사선은 질소 주입을 통해서만 표면의 먼지를 제거한다는 것입니다. 대조 암석인 "Steamboat Mountain"은 다시 공백을 나타냈으며 유기 물질에 대한 스펙트럼 증거가 없었습니다. Uckert는 "스펙트럼에 유기물의 증거가 없다"고 강조했습니다. 이러한 배제 단계를 기반으로 팀은 "Bright Angel" 암석의 고분자 탄소 신호가 지구 오염보다는 화성 지역 물질일 가능성이 더 높다고 믿습니다.

다양한 광물과 연관되어 있어 여러 "탄소 격리" 사건을 암시합니다.

연구팀은 기본적으로 신호가 확실하고 신뢰할 수 있음을 확인한 후 탄소 물질의 형성 및 농축 과정을 추론하기 위해 이러한 거대분자 탄소 근처의 광물 조합을 추가로 분석했습니다. "이러한 연관된 ​​화학적 환경은 탄소 삽입이 지질학적 역사에서 적어도 두 번의 개별 사건에서 발생했을 수 있음을 시사합니다"라고 Murphy는 말했습니다.

아폴로 신전 암석에서 거대분자 탄소 신호는 탄산염 및 황산염 광물에 집중되어 있습니다. 이 광물은 일반적으로 오래된 암석 내부로 흐르는 물이 기공에 침전되는 산물입니다. "발할라(Valhalla)" 암석에서는 거대분자 탄소가 규산이 풍부한 퇴적물에 분포되어 있습니다. Murphy는 이 차이가 적어도 두 개의 저장 창을 나타낼 가능성이 있다고 믿습니다. 첫째, 고대 호수 바닥의 진흙 퇴적물과 함께 유기물이 암석에 묻혔을 때; 둘째, 나중에 지하수가 이러한 매장된 암석을 통해 다시 흐르면서 탄소 물질과 함께 새로운 탄산염 및 황산염 광물이 제자리에 남게 됩니다.

그러나 브라이트 엔젤 암석의 탄소가 정말로 고대 화성 생명체의 잔재인지에 대한 핵심 질문은 단기적으로는 여전히 열려 있을 것입니다. Uckert는 "'Perseverance'의 과학적 탑재량의 설계 목적은 비생물학적 과정과 생물학적 과정을 직접적으로 구별하는 것이 아니라 가능한 미래의 샘플 회수 임무를 준비하기 위해 화성에서 가장 가치 있고 지표가 되는 암석 샘플을 식별하는 것입니다."라고 말했습니다.

지구연구소는 좀 더 명확한 답을 주어야 한다

"Perseverance" 프로젝트의 수석 과학자이자 JPL 연구원인 Kevin P. Hand는 현재의 도구가 상당히 발전했지만 지구상의 "세계적 수준의 분석 기술"에 비해 그 능력은 여전히 ​​제한적이라고 지적했습니다. Hand는 "로버에 탑재된 장비의 조합은 훌륭하지만 지상 연구소에서 사용할 수 있는 최고 수준의 기술과 비교하면 부족합니다."라고 말했습니다.

핸드는 특히 브라이트 엔젤 암석에 있는 탄소의 동위원소 특성에 관심을 갖고 있는데, 그 이유는 동위원소 비율이 생명체의 관여에 대한 단서를 제공할 것으로 예상되기 때문입니다. 그는 또한 미래에 이러한 탄소 관련 분자의 키랄성을 분석하기를 희망합니다. 지구상의 생명체 시스템에서 특정 "키랄" 방향에 대한 분자의 선호는 강력한 생물학적 신호입니다. Hand는 "샘플을 지구로 다시 가져올 기회가 있다면 가장 강력한 현미경을 사용하여 가능한 미생물 화석을 검색함으로써 화성에서의 과거 생명체 활동에 대한 보다 직관적인 증거를 제공할 수도 있습니다"라고 덧붙였습니다.

동시에 연구팀은 현재 이러한 유형의 고분자 탄소에 대한 무생물 생산 메커니즘이 부족하지 않다는 점도 강조했습니다. 일부 환경에서는 유체와 암석 사이의 반응으로 생명체가 전혀 관여하지 않고 유기 화합물을 합성할 수 있습니다. 머피는 지구에서 탄산염 광물 근처에서 발견되는 탄소가 지질학적 환경에 따라 때로는 물과 암석의 화학 반응으로, 때로는 미생물 활동으로 추적될 수 있다고 지적합니다. Hand는 샘플이 지구로 다시 운송되기 전에 Perseverance가 심층 연구할 가치가 있는 암석을 화성에서 더 많이 찾을 수 있기를 희망한다고 말했습니다.

"지금 우리는 제제로 분화구 외부 지역을 탐험하고 있습니다. 현재 경로에 있는 암석은 탐사선이 연구한 것 중 가장 오래된 암석일 가능성이 높습니다."라고 Hand는 말했습니다. "만약 생명체가 진화 초기에 화성에 존재했다면, 우리는 이 고대 암석에서 몇 가지 단서를 찾을 수 있을 것입니다." 본 연구 결과는 사이언스 어드밴스(Science Advances)지에 게재되었으며, 논문번호는 2026 adx0047입니다.