화성에 사람이 살면 가장 먼저 무엇이 필요할까?

우주복 없이 화성 표면에 맨몸으로 서 있다고 상상해 보십시오. 영화에서처럼 숨이 막혀 서서히 질식하는 장면을 떠올릴지도 모릅니다. 하지만 실제로 벌어지는 일은 그보다 훨씬 빠르고, 훨씬 끔찍합니다. 화성의 대기압은 지구의 약 0.6%에 불과합니다. 이 정도의 압력에서는 산소가 부족해서 죽기도 전에, 몸속의 수분이 순식간에 기체로 변하기 시작합니다. 혈액 속의 질소와 체액이 끓어오르는 이른바 ‘이불리즘(ebullism)’ 현상이 십여 초 안에 시작되고, 사람은 의식을 잃습니다. 영하 60도를 오르내리는 혹한과 지구보다 수백 배 강한 우주 방사선은 그다음 문제입니다. 화성은 그만큼 인간에게 철저하게 적대적인 행성입니다.

그런데 흥미로운 사실이 있습니다. 인류는 이미 반세기 넘게 화성을 탐사해 왔고, 최근 몇 년 사이에는 민간 기업까지 나서서 “10년 안에 사람을 화성에 보내겠다”는 계획을 발표하고 있습니다. 그렇다면 정말로 화성에 첫 번째 인류가 발을 딛는 날이 온다면, 그 사람에게 가장 먼저 있어야 할 것은 무엇일까요? 산소일까요, 물일까요, 아니면 방사선을 막아줄 두꺼운 벽일까요? 답은 의외로 단순하면서도 복잡합니다. 이 질문을 따라가다 보면, 우리는 화성이라는 행성의 본질과 인류가 지구 밖에서 살아간다는 것이 정확히 무엇을 의미하는지를 이해하게 됩니다.

왜 이것이 중요한가

이 질문이 단순한 공상과학적 흥밋거리가 아닌 이유는, 이미 실제 우주 기관과 기업들이 구체적인 예산과 일정을 걸고 이 문제에 매달리고 있기 때문입니다. 미국 항공우주국(NASA)은 화성 유인 탐사를 장기 목표로 명시하고 있고, 스페이스X는 대형 우주선 ‘스타십(Starship)’을 화성행 이주선으로 설계하고 있습니다. 중국 역시 독자적인 화성 유인 탐사 계획을 공개적으로 언급한 바 있습니다.

이 계획들이 현실이 되려면, 단순히 로켓을 화성까지 보내는 기술만으로는 부족합니다. 도착한 사람이 ‘살아남아야’ 하고, 나아가 ‘계속 살아갈 수 있어야’ 합니다. 이 지점에서 생존의 우선순위를 정하는 문제가 중요해집니다. 자원은 한정되어 있고, 우주선에 실을 수 있는 화물의 무게에는 엄격한 한계가 있습니다. 무엇을 먼저 가져가고, 무엇을 화성 현지에서 만들어낼 것인지 결정하는 일은 곧 인류의 화성 정착 성패를 가르는 열쇠입니다. 이 질문에 대한 답을 아는 것은 단순한 교양을 넘어, 우리 시대 우주 개발의 최전선을 이해하는 하나의 창이 됩니다.

역사적·사회적 배경

화성에 대한 인류의 관심은 생각보다 오래되었습니다. 19세기 말, 이탈리아 천문학자 조반니 스키아파렐리가 망원경으로 화성 표면의 줄무늬를 관찰하고 이를 ‘카날리(canali, 수로)’라고 불렀습니다. 이 단어가 영어로 번역되는 과정에서 ‘운하(canal)’로 오역되면서, 화성에 지적 생명체가 만든 인공 수로가 있다는 상상이 퍼져나갔습니다. 미국의 천문학자 퍼시벌 로웰은 여기서 한 걸음 더 나아가 화성인 문명에 대한 책을 여러 권 펴냈고, 이는 훗날 허버트 조지 웰스의 소설 『우주 전쟁』에도 영향을 주었습니다. 즉, 화성은 오랫동안 과학적 대상이기 이전에 인류의 상상력을 자극하는 대상이었습니다.

실제 탐사는 1960년대 미국과 소련의 우주 경쟁 속에서 시작되었습니다. 1965년, 미국의 매리너 4호가 화성에 근접 비행하며 최초로 표면 사진을 지구로 전송했습니다. 사진 속 화성은 사람들이 기대했던 운하나 생명체의 흔적이 아니라, 달과 비슷한 황량한 크레이터 지형이었습니다. 이 사진 한 장으로 ‘화성 운하설’은 사실상 종말을 고했습니다. 이후 1976년 바이킹 1호와 2호가 화성 표면에 착륙해 토양을 분석했고, 1997년에는 소형 탐사 로봇 소저너가 화성 지표를 최초로 굴러다녔습니다. 2004년의 스피릿과 오퍼튜니티, 2012년의 큐리오시티, 그리고 2021년 착륙한 퍼서비어런스에 이르기까지, 화성 탐사는 점점 더 정교해졌습니다.

특히 퍼서비어런스에 탑재된 ‘목시(MOXIE)’라는 작은 실험 장치는 이 글의 핵심과 밀접하게 연결됩니다. 목시는 화성의 이산화탄소 대기를 흡입해 산소로 변환하는 실험 장치로, 2021년부터 여러 차례 성공적으로 산소를 생산해냈습니다. 이는 ‘화성 현지에서 자원을 만들어 쓴다’는 개념, 즉 ISRU(In-Situ Resource Utilization, 현지자원활용)의 실증 사례였습니다. 인류가 화성에 무언가를 가져가는 대신 화성에서 직접 만들어 쓸 수 있다는 것을 증명한, 조용하지만 대단히 중요한 사건이었습니다.

화성 생존의 우선순위

왜 압력과 산소가 가장 먼저인가

인체가 견딜 수 없는 환경에서 가장 급박한 것부터 따져보면 답이 명확해집니다. 사람은 물 없이 며칠, 음식 없이 몇 주를 버틸 수 있지만, 압력이 없는 환경에서는 단 몇 초도 버티지 못합니다. 화성의 대기압은 지구 해수면 기준 약 6~10헥토파스칼로, 지구의 약 160분의 1 수준입니다. 이는 지구 대기권 상공 30킬로미터 높이와 비슷한 압력입니다. 이런 환경에서 보호장비 없이 노출되면 폐 속의 공기가 급격히 팽창해 폐 조직이 손상되고, 체액 속에 녹아 있던 기체가 거품처럼 빠져나오기 시작합니다. 잠수병과 비슷하지만 훨씬 빠르고 격렬한 방식으로 일어나는 현상입니다.

그래서 화성에 도착한 인간에게 가장 먼저, 그리고 절대적으로 필요한 것은 ‘지구와 비슷한 압력과 산소 농도를 유지하는 밀폐된 공간’입니다. 이것이 우주복이든, 착륙선의 선실이든, 혹은 이후에 지어질 거주 모듈(해비타트)이든, 형태는 다를 수 있지만 본질은 같습니다. 압력복 없이는 단 한 걸음도 화성 표면에 내디딜 수 없습니다.

어떻게 압력과 산소를 확보하는가

문제는 이 밀폐 공간을 ‘어떻게’ 유지하느냐입니다. 지구에서 산소통을 가득 채워 가져가는 방법은 초기 단기 탐사에는 유효하지만, 장기 거주에는 비효율적입니다. 산소 1킬로그램을 지구에서 화성까지 실어 보내는 데 드는 비용은 천문학적입니다. 로켓 발사 비용은 화물 무게에 정비례해서 증가하기 때문에, 몇 달 혹은 몇 년치 산소를 미리 싣고 가는 것은 사실상 불가능합니다.

그래서 등장한 것이 앞서 언급한 ISRU, 현지자원활용 개념입니다. 화성 대기의 약 95%는 이산화탄소입니다. 목시 장치는 고체 산화물 전기분해 방식을 이용해 이산화탄소 분자를 산소와 일산화탄소로 분리합니다. 즉, 화성에 이미 풍부하게 존재하는 이산화탄소를 원료 삼아 그 자리에서 산소를 만들어내는 것입니다. 실제로 목시는 2021년부터 2022년까지 여러 차례 실험을 거쳐, 한 시간에 약 6~10그램의 산소를 생산하는 데 성공했습니다. 이는 나무 한 그루가 만들어내는 산소량과 비슷한 수준이지만, 훨씬 큰 규모로 확장할 수 있다는 것이 증명되었다는 점에서 의미가 큽니다.

압력을 유지하는 문제는 또 다른 도전입니다. 화성에 지어질 거주 모듈은 기본적으로 지구의 잠수함이나 우주정거장과 비슷한 방식으로 설계됩니다. 단단한 금속이나 복합소재로 만든 외벽이 내부의 공기를 가두고, 외부의 진공에 가까운 저압을 막아냅니다. 흥미롭게도 화성의 동굴이나 용암 튜브(과거 화산 활동으로 생긴 지하 터널)를 활용하자는 제안도 있습니다. 이런 지하 공간은 이미 단단한 암석으로 둘러싸여 있어 방사선을 막아주고, 구조적으로도 안정적이어서 거주 모듈을 짓는 수고를 줄여줄 수 있기 때문입니다.

그래서 그다음 필요한 것은 무엇인가

압력과 산소 문제가 해결된 뒤에는 물이 뒤따릅니다. 다행히 화성에는 물이 아예 없는 것이 아닙니다. 2008년 피닉스 착륙선이 화성 극지방 토양을 파낸 자리에서 얼음이 드러나는 장면을 촬영했고, 이후 여러 궤도선의 레이더 관측을 통해 화성 지표 아래에 상당량의 물 얼음이 존재한다는 사실이 확인되었습니다. 특히 화성 중위도 지역의 지하에는 얼음층이 넓게 퍼져 있는 것으로 추정됩니다. 이 얼음을 녹이고 정제하면 식수는 물론, 전기분해를 통해 산소와 수소를 추가로 얻을 수 있습니다. 수소는 로켓 연료의 원료로도 쓰일 수 있어, 물은 사실상 화성 정착의 두 번째 생명줄이라 할 수 있습니다.

그다음은 방사선 차폐입니다. 지구는 자기장과 두꺼운 대기층이 태양풍과 우주 방사선을 막아주는 천연 보호막 역할을 합니다. 반면 화성은 약 40억 년 전 핵심부의 자기장이 약해지면서 대기 대부분을 우주로 빼앗겼고, 지금은 지구 대기의 1%도 안 되는 얇은 대기만 남았습니다. 그 결과 화성 표면은 지구보다 훨씬 강한 우주 방사선에 노출되어 있습니다. 장기간 노출되면 암 발병 위험이 높아지고 중추신경계에도 손상을 줄 수 있습니다. 그래서 거주 모듈은 두꺼운 흙이나 얼음, 혹은 지하 공간으로 덮어 방사선을 흡수해야 합니다. 실제로 여러 화성 기지 설계안은 건물 위에 화성 토양을 몇 미터씩 쌓아 올리거나, 아예 지하에 기지를 건설하는 방식을 제안하고 있습니다.

오늘날 우리에게 어떤 의미인가

이 우선순위를 하나씩 따라가다 보면 알 수 있는 사실이 있습니다. 화성 정착은 단순히 ‘이사’가 아니라, 지구가 공짜로 제공해 온 생명 유지 시스템 전체를 처음부터 인공적으로 재현하는 작업이라는 것입니다. 우리는 지구에서 압력, 산소, 물, 방사선 차단을 당연하게 누리며 살아왔지만, 화성에서는 이 모든 것을 기술로 하나하나 만들어내야 합니다. 이는 역설적으로 지구라는 행성이 인류에게 얼마나 정교하고 소중한 생명 시스템을 제공해 왔는지를 새삼 깨닫게 해줍니다.

실제 사례

화성 정착을 위한 실험은 이미 지구에서도 진행되고 있습니다. 대표적인 것이 미국 애리조나에 지어진 ‘바이오스피어 2’ 프로젝트입니다. 1991년, 8명의 참가자가 완전히 밀폐된 유리 돔 안에서 2년간 자급자족 생활을 시도했습니다. 이 실험은 산소 농도가 예상보다 빠르게 떨어지는 등 여러 문제를 겪으며 완벽하게 성공하지는 못했지만, 밀폐 생태계를 유지하는 일이 얼마나 어려운지를 보여준 귀중한 선례가 되었습니다.

또 다른 사례는 하와이의 ‘하이시스(HI-SEAS)’ 프로젝트로, 화산 지대에 화성과 유사한 거주 모듈을 짓고 참가자들이 몇 달에서 1년 가까이 고립 생활을 하며 심리적, 물리적 데이터를 축적했습니다. NASA는 이런 실험을 통해 좁은 공간에서의 인간관계, 자원 관리, 스트레스 대응 방식을 연구해 왔습니다.

실제 화성에서의 성과로는 앞서 언급한 목시 장치가 가장 직접적인 사례입니다. 퍼서비어런스 탐사선에 실려간 이 작은 장치는 2023년까지 총 16차례의 산소 생산 실험을 성공적으로 마쳤고, NASA는 이를 바탕으로 훨씬 큰 규모의 산소 생산 시스템을 설계하는 데 필요한 데이터를 확보했습니다. 이는 공상과학이 아니라 이미 화성 표면에서 실제로 작동한 기술이라는 점에서 의미가 남다릅니다.

지구와 화성의 생존 조건

항목	지구	화성	비고
대기압	약 1,013헥토파스칼	약 6~10헥토파스칼	화성은 지구의 약 160분의 1
대기 구성	질소 78%, 산소 21%	이산화탄소 약 95%, 질소 약 3%	화성 대기는 산소가 거의 없음
평균 기온	약 15도	약 영하 60도	적도 한낮엔 영상까지 오르기도 함
자기장	있음(방사선 차단)	거의 없음	40억 년 전 소실 추정
하루 길이	24시간	약 24시간 39분	‘솔(Sol)’이라 부름
중력	1G	약 0.38G	지구의 약 38% 수준
물 존재	액체 상태로 풍부	극지·지하에 얼음 형태로 존재	액체 물은 매우 드묾

오늘날 우리에게 주는 의미

화성 정착 계획은 먼 미래의 이야기처럼 들리지만, 이 문제를 들여다보는 과정 자체가 지구 환경 문제를 이해하는 데도 도움을 줍니다. 폐쇄된 생태계에서 산소와 물을 순환시키고 재활용하는 기술은 우주선뿐 아니라 지구의 지속가능한 도시 설계, 사막 지역의 물 관리, 재난 대피소 설계 등에도 응용될 수 있습니다. 실제로 국제우주정거장(ISS)에서 개발된 물 재활용 시스템은 우주비행사의 소변과 습기를 정제해 식수로 되돌리는 기술로, 이는 물 부족 지역의 정수 기술에도 영향을 주고 있습니다.

또한 화성 정착이라는 목표는 인류에게 ‘지구가 유일한 대안이 아닐 수도 있다’는 새로운 관점을 제공합니다. 이는 자칫 지구를 함부로 대해도 된다는 안일한 태도로 이어질 위험도 있지만, 동시에 인류 문명이 하나의 행성에만 의존하는 것이 얼마나 취약한 일인지를 되새기게 하는 계기이기도 합니다. 화성이라는 거울을 통해 우리는 지구라는 행성을 다시 바라보게 됩니다.

핵심 정리

• 화성 표면은 대기압이 지구의 약 160분의 1에 불과해, 보호 장비 없이는 단 몇 초도 생존할 수 없습니다.
• 그래서 화성 정착에 가장 먼저 필요한 것은 압력과 산소를 유지하는 밀폐된 거주 공간입니다.
• 산소는 화성 대기의 이산화탄소를 전기분해하는 방식(ISRU)으로 현지에서 생산하는 기술이 이미 실증되었습니다.
• 그다음으로 중요한 것은 물로, 화성 지하와 극지방에 존재하는 얼음을 활용할 수 있습니다.
• 자기장이 없는 화성에서는 방사선 차폐를 위해 두꺼운 토양이나 지하 공간을 활용한 설계가 필요합니다.
• 이 모든 과정은 결국 지구가 인류에게 무상으로 제공해 온 생명 유지 시스템을 인공적으로 재현하는 작업입니다.

오늘의 한 문장

화성에서 살아남기 위해 가장 먼저 필요한 것은 산소통이 아니라, 지구가 공짜로 해주던 모든 일을 대신할 기술입니다.

FAQ

Q1. 화성에 물이 실제로 있나요? 네, 액체 상태의 물은 거의 없지만 극지방과 지하에 상당량의 물 얼음이 존재하는 것으로 확인되었습니다. 2008년 피닉스 착륙선이 극지방 토양 아래에서 얼음을 직접 확인했고, 이후 궤도선의 레이더 관측으로 중위도 지하에도 얼음층이 넓게 분포한다는 사실이 밝혀졌습니다.

Q2. 화성에서 숨을 쉴 수 없는 이유는 무엇인가요? 화성 대기의 약 95%가 이산화탄소이고 산소는 극히 미량이기 때문입니다. 게다가 대기압 자체가 지구의 약 160분의 1에 불과해, 설령 산소가 충분하더라도 폐가 정상적으로 기능하기 어려운 환경입니다.

Q3. 화성에서 직접 산소를 만들 수 있나요? 네, 가능합니다. NASA의 퍼서비어런스 탐사선에 실린 목시(MOXIE) 장치는 화성 대기의 이산화탄소를 전기분해해 산소를 생산하는 데 실제로 성공했습니다. 이 기술을 대형화하면 사람이 호흡할 산소와 로켓 연료용 산소까지 현지에서 조달할 수 있습니다.

Q4. 화성의 중력은 인체에 어떤 영향을 주나요? 화성의 중력은 지구의 약 38% 수준입니다. 장기간 저중력 환경에 노출되면 근육과 골밀도가 감소할 수 있어, 정기적인 운동과 신체 관리가 필요합니다. 이는 국제우주정거장에서 우주비행사들이 이미 겪고 있는 문제이기도 합니다.

Q5. 화성에 언제쯤 사람이 살게 될까요? 정확한 시점은 아무도 장담할 수 없지만, 스페이스X를 비롯한 여러 기관이 2030년대를 목표로 유인 화성 탐사 계획을 언급하고 있습니다. 다만 이는 어디까지나 목표치이며, 기술적·비용적 문제로 일정이 늦춰질 가능성도 충분히 있습니다.