화성 (Mars) 벨리네트워크의 발생 프로세스에 관한 연구

Abstract

본 논문은 1960년대에 화성탐사 위성이 촬영한 사진에서 처음 발견된 이후 많은 관심을 받고 있는 벨리네트워크의 발생 프로세스를 파악해보고자 하였다. 이를 위해서 화성 벨리네트워크와 지구상의 하천이 가진 특성들을 비교분석하였다. 비교분석의 대상으로 선정한 지구상 하천들은 지하수의 새핑에 의한 하천과, 건조기후에서 발달한 하천, 습윤기후에서 발달한 하천의 세 그룹으로 구성하였다. 발생프로세스를 파악하기위한 정량적 특성으로는 힙소메트릭 전분(HI), 요형도 지수(concavity index), 분기율(bifurcation), 장률(length ratio)을 선정하였고, 각 분석대상으로부터 이들 네 개의 정량적 특성을 추출하였다. 끝으로 추출된 정량적 특성들의 비교분석을 위해, 통계분석기법인 판별분석과 주성분분석을 각각 시행하였다. 아울러 추정된 발생 프로세스를 기초로 벨리네트워크발생 당시의 기후조건을 추정해보았다. 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 화성의 벨리네트워크들은 하나의 발생우원인이 아닌 다양한 프로세스에 의해 형성된 것으로 나타났다. 20여개의 벨리네트워크 가운데 지하수의 새핑에 의해 형성된 것으로 추정된 것이 절반이상으로서 가장 빈도가 높았고, 건조기 후의 특성을 나타내는 벨리네트워크가 그 다음을, 습윤기후의 특징을 나타내는 벨리네트워크는 드문 빈도를 나타내었다. 이런 결과는 화성 벨리네트워크를 연구하는데 있어 단일한 프로세스로 그 발생을 설명하려는 시도는 적합하지 않다는 것을 보여주는 것이다. 둘째, 이와 같이 추정된 벨리네트워크의 발생 프로세스를 기초로 당시의 기후조건을 추정하면, 행성의 초기에 짧은 기간 동안 습윤한 기후를 거쳐 점차 건조한 행성으로 변화하였고, 이후 강우가 존재할 수 없는 현재와 같은 차고 건조한 기후가 장기간 지속된 것으로 보인다. 현장답사가 불가능한 조건에서 DEM을 이용한 지형분석만으로 화성 벨리네트워크의 발생프로세스를 명확히 밝히는 것은 어려운 작업이다. 또한 추정된 각 기후조건의 시기와 강도를 파악하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다. 본 연구에서 사용한 MOLA DEM은 비교대상인 지구의 하계망을 분석하기 위해 사용한 DEM과 해상도의 차이가 있다. 이로 인해 발생할 수 있는 스케일의 문제를 최소화 할 수 있도록 분석방법 및 연구대상의 선정에 신중을 기하였으나, 해상도의 차이가 미치는 영향을 완전히 제거할 수 있었는지는 판단하기가 어렵다. 그러나 이 문제는 현재의 화성 지형분석 단계에서 불가피한 부분으로 판단되며, 향후 더욱 해상도가 높은 화성DEM자료가 구축되면 좀 더 정확한 연구결과를 얻을 수 있을 것이다.

The primary purpose of this research is to understanding the forming processes of Martian valley networks that have been subject of intense debate since they were discovered in 1960s. In order to infer the forming processes of Martian valley networks, comparisons of fluvial geomorphological indices were made between Martian valley networks and trerrestrial river networks. The terrestrial river networks selected for this research groiped into three types of rivers, which are ground water sapping channels, rivers in arid climates and in humid climates. The geomorphological attributes used for the analysis include hypsometric integral, concavity index, bifurcation ratio and lenth ratio, which are derived from DEMs of both Martian valley networks and the terrestrial rivers. In order to infer the forming processes of Martian valley networks from derived geomorphological attributes, both principal component analysis and discriminant analysis were used. This is based on the assumption that forms of river channels reflect forming processes under different environmental conditions. In addition, based on inferred forming processes of valley networks, the past climatic conditions are proposed briefly. The major findings could be summarized as follows. Firstly, the selected Martian valley networks had been formed through three different processes. Among twenty valley networks analyzed in this research, most frequent(55~60%) cases are those which might be formed by sapping process, and those formed in dry climatic conditions are less common(30%) than those formed by sapping process, and those formed in wet climatic conditions are rare(10~15%). These results indicate that a single process might not be suitable to explain the formation of Martian valley networks. Secondly, based on the results of this research, the followings are the past climatic scenarios that appear to be consistent with morphological characteristics of Martian valley networks. The early Noachian mars had experienced a brief period of wet and warm climate, and then the atmospheric loss at late Noachian caused a decrease in temperature and precipitation rate, and finally resulted in a waning of fluvial activities by surface runoffs. At the last stage, the precipitation no longer existed, and Mars became

a colder and more arid planet as we can see now.

Some limitations of this study are as follows. Firstly, it is difficult to understand completely the forming processes of Martian valley networks only through the terrain analysis based on DEM. Furthermore, additional research is required to constrain the duration and intensity of individual climatic conditions.

There also remains a scale problem because the MOL A DEM and SRTM DEM data have different grid resolutions. Even though the size of Martian valley networks and geomorphological attributes were selected in the way to minimize the scale problem, it is unavoidable at the present stage of Martian terrain analysis.

If more detailed DEM can be constructed in the near future, this problem will be solved.