우주조약은 국제 우주법의 근간이 되는 조약으로 미국, 중국, 러시아 등 118개국이 비준했다. 조약은 핵무기를 지구 궤도나 우주 공간에 배치하는 것을 금지하고 있다. 궤도상에서 핵무기가 폭발하면 지구 상공 약 2000㎞ 이하인 저궤도 위성 대부분이 파괴될 수 있기 때문이다. 실제로 1962년 미국이 우주에서 실시한 1.4메가톤급 수소폭탄 실험 ‘스타피시 프라임’은 지구 내부 방사선대에 10의 29승 개(1000억 개의 100경 배)에 달하는 전자를 내뿜어 당시 궤도를 돌고 있던 초기 인공위성 상당수를 망가뜨렸다. 문제는 핵무기 관련 우주조약 위반 여부를 확인할 방법이 전무하다는 점이다. 2022년 2월 러시아가 지구 저궤도에 쏘아 올린 ‘코스모스 2553’(Kosmos 2553) 위성을 두고 러시아는 감시·원격탐사용 레이더 위성이라고 밝혔으나 미국은 “핵무장 위성요격무기 부품을 우주에서 시험하는 플랫폼일 수 있다”는 의혹을 제기하면서 검증 기술의 필요성이 급부상했다. 이런 상황에서 지구 궤도를 도는 위성에 핵무기가 숨겨져 있는지를 손쉽게 탐지할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 1967년 체결 이후 60년 가까이 검증 수단이 없었던 우주조약 이행 여부를 실제로 확인할 수 있는 길이 제시된 것이다. 미국 매사추세츠공과대(MIT) 원자력공학과 연구팀은 지구 자기장에 붙잡혀 있는 고에너지 양성자가 핵무기의 우라늄 부품과 부딪힐 때 발생하는 중성자를 포착해 핵무기를 탑재한 위성을 가려낼 수 있다는 개념 연구를 과학 저널 ‘네이처’ 7월 9일 자에 발표했다. 연구팀의 핵심 아이디어는 우주에 자연적으로 존재하는 방사선을 활용하는 것이다. 지구를 둘러싼 도넛 모양의 방사선 지대인 ‘밴앨런대’ 안쪽에는 수십억 전자볼트급 고에너지 양성자가 갇혀 있다. 고에너지 양성자가 우라늄처럼 무거운 원소에 부딪히면 원자핵이 깨지면서 중성자가 대량으로 튀어나오는 파쇄 반응이 일어난다. 수소폭탄은 100㎏이 넘는 우라늄 외피를 갖고 있어 밴앨런대 양성자에 노출되면 강한 중성자 신호를 내뿜을 수밖에 없다. 반면 일반 위성은 알루미늄과 수소가 풍부한 경량 소재로 만들어져 중성자를 거의 만들지 않는다. 중성자 신호 자체가 핵무기의 ‘지문’인 셈이다. 연구팀은 코스모스 2553과 같은 궤도에 수소폭탄을 실은 가상의 위성이 있다고 가정하고 이를 검증하는 탐지 위성 성능을 입자물리 표준 시뮬레이션 도구 ‘전트4’ 기반 몬테카를로 계산으로 분석했다. 그 결과, 탐지 위성에 실리는 검출기는 가로, 세로 각각 30㎝, 높이 12㎝로 중성자에 반응하는 플라스틱 섬광체를 1㎜ 두께의 인공 다이아몬드 검출판이 위아래로 감싼 형태로 소형 큐브샛 크기면 충분한 것으로 확인됐다. 시뮬레이션 결과 4㎞ 거리에서 큐브샛 1대로 약 7.2일 동안 관측하면 99% 이상으로 수소폭탄 탑재 여부를 확인할 수 있는 것으로 계산됐다. 큐브샛 10대를 편대로 운용하면 15시간으로 줄고 접근 거리를 1㎞로 좁히면 단 1시간 만에, 근접 통과만으로 판별할 수 있다. 연구를 이끈 아레그 다나굴리안 MIT 교수는 “이번 기술은 검사 대상 위성에 어떤 신호도 쏘지 않고 자연 방사선의 변화만으로 핵무기 탑재 여부를 확인할 수 있으며 특히 현재 상용화된 부품만으로도 구현이 가능하다는 장점이 있다”고 설명했다.

대기업·신생 우주기업 시너지 확인삼성전자, 차세대 패키지 내성 평가하이닉스, 메모리 데이터 안전성 검증 미국 우주항공국(NASA)의 유인 달 탐사선 ‘아르테미스 Ⅱ’가 2일 발사에 성공하면서, 54년 만에 달을 향한 인류의 귀환을 넘어 자원 채굴 등 ‘달 경제(Lunar Economy)’ 시대가 막을 올렸다. 특히 한국의 초소형 위성 ‘K-라드큐브’가 아르테미스에 동승했고, 여기에 삼성전자 및 SK하이닉스의 반도체가 함께 실렸다. 우리나라 역시 미래 우주 산업의 핵심 공급망에 진입하기 위한 시험대에 오른 셈이다. 삼성전자와 SK하이닉스가 위성에 ‘부탑재체’ 형식으로 반도체를 실어 보낸 것은 우주의 가혹한 환경에 노출시키기 위해서다. 유인 탐사의 필수 조건인 방사선 내성을 실전에서 증명하고 기술적 신뢰성을 확보하려는 취지다. 이날 발사 약 5시간 뒤 고도 약 4만km 지점에 도달한 K-라드큐브는 향후 강력한 고에너지 입자가 밀집해 우주비행사에게 치명적일 수 있는 밴앨런대의 방사선을 고도별로 정밀 측정한다. 삼성전자는 이번 미션에서 머리카락 굵기의 수만 분의 일에 불과한 나노미터급 회로와 입체(3D) 구조를 갖춘 차세대 반도체 패키지(MCM)의 내성을 평가한다. 반도체 회로가 미세해질수록 미량의 방사선에도 데이터가 튀거나 기기가 멈추는 오류가 생기기 쉬워, 이번 테스트는 삼성의 초미세 공정 기술이 우주에서도 통한다는 증거가 될 수 있다. SK하이닉스는 공기가 없는 진공 상태와 뜨거운 태양 복사열이 반복되는 극한 환경에서 메모리 속 데이터가 깨지지 않고 안전하게 유지되는지를 검증한다. 한국천문연구원과 협업해 우주의 열기를 견딜 수 있는 특수 설계 보드를 제작했으며, 위성 내부 센서를 통해 반도체가 열에 어떻게 반응하는지 실시간으로 살핀다. 머지않은 미래에 달이나 우주 공간에 세워질 데이터센터에서도 국산 메모리가 안정적인 저장 능력을 보장할 수 있다는 실전 데이터를 마련하는 것이 실험의 핵심이다. 이번 미션은 대기업과 뉴스페이스 기업의 기술력이 결합된 ‘K-우주 원팀’의 시너지를 확인했다는 점에서도 의미가 크다. 위성 제조 기업인 나라스페이스테크놀로지는 NASA의 안전 기준을 충족하는 시스템 통합을 주도했고, KT SAT은 심우주 통신 인프라를 통해 지상과의 데이터 송수신을 책임진다. 이런 행보의 배경에는 거대한 우주 경제권의 부상이 깔려 있다. 글로벌 컨설팅 그룹 PwC는 달 경제가 2050년까지 연간 1273억 달러(약 192조원) 규모의 매출을 창출할 것으로 내다봤다. 다만 이를 위해선 정부 주도의 탐사를 넘어 민간 중심의 자생적 생태계가 뒷받침되어야 한다.

KT SAT이 미국 항공우주국(NASA)의 유인 달 탐사 프로젝트인 ‘아르테미스 2호’ 미션에 참여해 국내 심우주 탐사 기술의 실전 운용에 나선다고 2일 밝혔다. 이번 미션에서 한국형 큐브위성 ‘K-라드큐브’의 통합 관제와 지상국 운영을 전담하게 된 KT SAT은 그간 지구 저궤도에 머물렀던 국내 위성 운용 역량을 심우주 영역으로 확장하는 발판을 마련하게 됐다. 아르테미스 2호는 1972년 이후 약 50년 만에 재개되는 NASA 주도의 유인 달 탐사 프로젝트다. 우주비행사 4명을 태운 오리온 우주선이 달 궤도를 비행한 뒤 귀환하는 여정에 우리나라는 국제 파트너로 참여해 K-라드큐브를 함께 쏘아 올린다. 해당 위성은 국내 개발 위성 중 최초로 강력한 방사선대인 ‘밴앨런대’를 직접 통과하며 우주 방사선 데이터를 수집한다. 이는 향후 우주비행사의 안전과 우주용 반도체 부품의 신뢰성을 분석하는 데 필수적인 기초 자료가 될 전망이다. KT SAT은 위성의 성공적인 임무 수행을 위해 상태 모니터링부터 과학 데이터 수집까지 전 과정을 아우르는 통합 운용 체계를 구축했다. 심우주 미션은 통신 거리가 멀고 환경 변수가 많아 일반 위성보다 기술적 난도가 월등히 높다. 이에 KT SAT은 전용 소프트웨어를 개발하고 미국, 유럽, 아시아 등 전 세계 5개 지상국을 연동하는 글로벌 네트워크를 가동한다. 이번 사업은 민간 기업이 국가적 우주 프로젝트의 기술 기반을 실질적으로 뒷받침한다는 점에서 의미가 크다. 통신 서비스 제공을 넘어 난도 높은 비정지궤도 및 심우주 위성 운용의 원천 기술을 확보하는 과정이기 때문이다. 이번 미션이 성공하면 우리나라는 글로벌 우주 시장에서 독자적인 데이터 관리와 관제 기술력을 갖춘 국가로 인정받는 계기를 마련하게 된다. 서영수 KT SAT 대표는 “이번 임무를 통해 심우주 운용 역량을 고도화하고 향후 달·화성 탐사 등 글로벌 우주 프로젝트에 참여할 수 있는 기반을 공고히 다지겠다”고 밝혔다.

미국이 내년 발사를 목표로 진행 중인 유인 달 탐사 프로젝트 ‘아르테미스’ 2호에 한국의 큐브 위성이 탑재될 예정이다. 우주항공청은 2일 미국 항공우주국(NASA)과 아르테미스 2호 내 큐브위성 ‘K-라드큐브 협력을 위한 이행약정’을 체결했다고 밝혔다. K-라드큐브는 지구 주변 방사선 영역으로 고도 1000㎞ 이상 밴앨런복사대를 지나며 우주방사선을 측정하고 방사선이 우주인에 미치는 영향을 분석하는 과학 임무 큐브위성이다. 또, 한국산 반도체의 우주 환경 영향 평가도 수행할 예정이다. 이 위성의 크기는 12 유닛(U), 무게는 19㎏이다. 1U은 가로, 세로 각각 10㎝다. K-라드큐브는 최고 고도 7만㎞에서 지구에 100~200㎞까지 근접하는 형태의 타원형 지구 고 궤도를 돌며 밴앨런대를 가로지르게 되는데, 이 과정에서 밴앨런대의 방사선을 관측한다. 또 방사선 때문에 오작동할 수 있는 차세대 반도체 멀티칩 모듈과 메모리 반도체 칩을 장착해 이들이 방사선에 잘 견디는지도 살펴볼 예정이다. 자체 추력기를 갖춰 궤도 근지점에서 지구에 추락하기 전 궤도를 상승시키는 방식으로 정상궤도에서 약 28시간 동안 과학 측정을 진행하며 위성과 탑재체 상태가 좋을 경우 최대 2주간 임무를 수행하는 것이 목표다. 우주청 산하 한국천문연구원 주관으로 위성 스타트업 나라스페이스테크놀로지가 본체 개발에 참여 중이다. 우주청은 오는 7월 K-라드큐브 개발 및 비행 인증을 완료해 NASA에 인도하고, NASA는 내년 4월로 예정된 아르테미스 2호 발사 때 이를 함께 실어 우주에 올릴 계획이다. 아르테미스 2호는 승무원 4명을 태우고 달 궤도를 돌며 유인 비행을 시험하는 아폴로 계획 이후 첫 유인 달 탐사 임무다. 아르테미스 2호는 NASA 우주발사시스템(SLS)과 유인우주선 ‘오리온’으로 구성되는데, K-라드큐브는 둘 사이를 잇는 오리온 스테이지 어댑터에 탑재된다. 미국 주도 달 탐사와 심우주 탐사 규범인 아르테미스 약정에 참여하는 국가들이 큐브위성을 싣게 되는데, 참여 여부가 공개된 국가는 지난해 10월 독일에 이어 한국이 두 번째다. 2023년 NASA가 한국에 참여를 타진했지만, 당시에는 R&D 예산 삭감이 예정돼 있어 예산 확보가 쉽지 않고, 개발 시간도 촉박하다는 이유로 한국 측에서 참여를 거절했다. 그러나, 다행히 발사가 2년 이상 미뤄지면서 추가 기회를 잡게 된 것이다. 강경인 우주청 우주과학탐사부문장은 이날 열린 기자설명회에서 “개발 및 운용 비용은 100억원 규모이며 발사 비용은 미국에서 지불한다”며 “반도체 참여 기업은 기밀유지 협약(NDA) 체결이 아직 이뤄지지 않아 공개하기 어렵다”고 말했다. 강 부문장은 “향후 유인 프로그램에서 선제적으로 필요한 건 우주 환경 이해와 지구 환경을 벗어나는 과정에서의 노출 분석”이라며 “위성은 아주 작지만 탑재된 센서 데이터는 우리나라가 우주 프로그램을 추진하는 데 있어 굉장히 유효하다”고 덧붙였다.

지구의 방패막인 지구 자기장(이하 지자기)에 있는 거대 균열이 점점 커지고 있다. 남대서양을 중심으로 남아메리카와 아프리카 남부 사이에 걸쳐 있는 이 취약한 영역은 2014년 이후 크기가 급격히 커졌고 심지어 두 개로 갈라지고 있는 정황까지 나올 만큼 급격히 약해졌다. 그렇다고 해서 태양에서 나오는 각종 입자를 막지 못하는 것은 아니므로 지상에 있는 사람들은 걱정할 필요는 없다.그렇지만 이른바 ‘남대서양 자기이상대’(SAA)로 불리는 이 균열은 이 움푹 들어간 곳을 지나는 우주선이나 국제우주정거장(ISS) 또는 저궤도 인공위성에 악영향을 줄 수 있어 관측 활동을 강화하고 있다고 미국항공우주국(NASA)이 지난 17일(현지시간) 밝혔다. 이는 그안에 있는 각종 컴퓨터나 전자회로에 문제가 생길 수 있기 때문이다. NBC뉴스 등 외신에 따르면, 이에 대해 NASA 지구물리학자 테렌스 사바카 연구원은 “태양에서 나오는 각종 입자는 인공위성 등의 기기에 심각한 피해를 줄 수 있어 SAA를 추적하고 그 형태의 변화를 조사해야만 예방 조치를 취할 수 있다”고 밝혔다. SAA, 커지고 갈라지는 중관련 연구자들은 이른바 ‘스웜’(SWARM)으로 총칭되는 유럽우주국(ESA)의 관측위성 3기를 사용해 지자기의 변화를 살피고 있다. 이미 몇몇 연구에서는 SAA의 총면적이 지난 200년간 4배로 커졌고 해마다 계속해서 확대하고 있는 것으로 나타났다. NASA와 ESA의 과학자들에 따르면, 지난 5년간 SAA는 두 개로 갈라졌을 가능성이 크다. 그중 하나는 아프리카 남서쪽 해상에서 발달하고 있고, 또 다른 하나는 남아메리카 동쪽에 있다. 또한 SAA에서는 1970년 이후 지자기가 8% 약해졌다. 이는 지구 전체에서 일어나고 있는 현상을 반영한 것이다. ESA에 따르면, 지자기는 지난 200년간 그 세기가 9% 정도 약해졌다. 인공위성과 국제우주정거장에 문제를 일으켜 지자기가 약해지면 태양풍의 영향으로 더 많은 하전입자가 지구를 통과하게 된다. 보통 지자기는 이런 입자를 밀어내거나 ‘밴앨런대’로 불리는 영역 안에 가둔다. 하지만 SAA와 같이 자기장이 취약한 영역에서는 하전입자가 지구에 더 가까이 다가갈 수 있다.저궤도 위성이나 약 400㎞ 상공을 비행하는 ISS는 이런 하전입자로 채워진 영역을 지나야 한다. 그 결과 시스템에 문제가 생기거나 자료 수집이 멈추고 또는 허블우주망원경 같이 값비싼 컴퓨터 부품이 조기에 노후화할 가능성이 있다.NASA에 따르면 허블망원경은 매일 지구를 공전하는 15회 중 10회 동안 SAA를 지나는 데 이는 하루의 15%에 가까운 시간을 이 위험한 영역에서 보내고 있는 것이다. ISS에는 우주비행사들을 태양 복사로부터 보호하기 위한 차폐 장치가 있지만 정거장 안팎의 기기는 크게 보호되지 않는다. 따라서 만일 태양 입자가 기기의 중요한 부분에 충돌하면 기기를 완전히 파괴할 가능성도 있다. 지금까지 아무런 이상은 나타나지 않았지만, SAA는 지구의 수목 수가 감소하고 있는 모습을 ISS에서 관측하는 ‘글로벌 생태계 역학 조사’(GEDI·Global Ecosystem Dynamics Investigation) 임무에서 매월 2시간분의 자료를 확보하지 못하게 되는 원인이 되고 있다. ESA는 또 이 영역을 통과하는 위성은 통신 두절이라는 작은 기술적 오류를 일으킬 가능성이 높다고 지적했다. 이런 이유로 SAA를 지날 때는 전자 기기나 위성 전체가 훼손되는 것을 막기 위해 인공위성 운영 기관은 불필요한 장치를 정지하는 것이 일반적이라고 NASA 고다드우주비행센터는 설명했다. 지구 외핵의 이동으로 SAA의 위치가 변해이 취약한 영역이 앞으로 어떻게 변할지 예측하기 위해 NASA 과학자들은 지구의 깊숙한 곳으로 눈을 돌리고 있다. 지자기의 존재는 지표로부터 약 2890㎞ 아래에 있는 지구 외핵의 대류 활동 때문이다. 북쪽과 남쪽의 자기극(100만 년 전후 역전하는 경향)에 영향을 받는 지자기는 외핵 내부 움직임에 의해 세기가 강해지거나 약해진다. 이 액체 상태 금속 분포의 주기적 또는 무작위적 변화는 지자기에 이상을 일으킬 가능성이 있다. 지자기를 자기극과 지구의 핵을 지나는 고무줄에 비유하면 핵의 변화는 고무줄을 당기게 되는 것이다. 이런 지자기의 변화는 자기장 특정 영역의 강약에 영향을 주고 또 자기극의 위치를 어긋나게 하는 원인이 될 수 있다. 따라서 NASA는 지자기의 미래 예측 모델을 사용해 이런 지자기의 강약과 SAA에 미치는 영향 예측을 계속해서 하고 있는 것이다. 이는 일기 예보와 비슷하지만 우리는 훨씬 긴 시간 규모로 작업하고 있다고 NASA의 수학자 앤드루 텅본 연구교수는 설명했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

매일 집을 나서기 전 일기예보를 확인한다. 소나기가 내릴 예정이면 미리 창문을 닫고 폭염주의보에는 물과 모자를 챙겨야 한다. 날씨가 우리의 일상에 큰 영향을 미치기 때문에 우리가 나누는 첫 인사도 늘 날씨가 소재다. 그런데 ‘우주날씨 이야기’는 날씨의 영역을 구름 위쪽, 지구 주변과 태양까지 과감하게 확장한다. 이 땅 위에 발 딛고 살아가는 우리가 왜 저 먼 우주의 날씨를 알아야 할까. 한국에서 우주환경을 연구해 온 황정아 박사는 우주날씨를 바로 우리의 일상으로 여길 수 있도록 흥미로운 이야기를 들려준다. 우주날씨의 시작은 태양이다. 태양은 지구의 33만배에 달하는 질량을 가진 뜨거운 가스 덩어리로 지구에 늘 크고 작은 영향을 미친다. 이 태양의 변화로 생겨나는 현상이 바로 우주환경이자 우주날씨다. 태양에서 거대한 플레어 폭발이 일어나면 지구도 큰 피해를 입고, 태양으로부터 끊임없이 흘러오는 태양풍은 지구의 자기권을 변화시켜 전력시설들을 고장 낸다. 태양은 지구 모든 생명의 원천이지만 동시에 지구를 위협하는 거대한 별이기도 하다. 다행히 지구는 태양으로부터 자신을 지키는 방어벽을 가지고 있다. 이 지구 자기장이 태양에서 오는 태양풍, 고에너지 입자, 우주로부터 오는 우주선을 막아 주지 않는다면 지구의 생물들은 모두 멸종하고 말 것이다. 지구 자기권은 여러 구역을 가지고 있는데, 저자의 연구 주제이기도 한 밴앨런대는 특히 흥미로우면서도 중요하다. 밴앨런대는 고에너지 양성자와 전자들로 구성되기 때문에 지구에 영향을 미치는 우주날씨와 가장 관련이 깊다. 한국의 연구 현장을 들여다보는 것은 ‘우주날씨 이야기’를 읽는 또 다른 즐거움이다. 밴앨런대를 관측하는 밴앨런 프루브 위성의 지상국은 세계에 딱 두 군데 있는데 그중 하나가 한국천문연구원이다. 우주날씨를 분석하는 한국천문연구원 우주환경감시실의 회의 풍경은 다급하고 생생하다. 저자는 인공위성 제작 과정에 대해서도 상세하게 이야기해 주는데, 설계 과정부터 험난한 우주환경을 고려해 만들어지는 인공위성은 발사 순간에도, 우주에 홀로 떠 있을 때도 우주날씨의 영향을 받는다. 우주날씨는 지구의 모든 곳에 영향을 미친다. 우주방사선과 우주쓰레기로 인한 피해는 한 국가만의 문제가 아니기에, 지구 곳곳의 사람들이 협력해서 우주날씨를 연구한다. 우리는 지구에 살고 있지만 동시에 우주에 살고 있기도 하다. 우주날씨를 생각하는 일은 우리의 시야를 이곳 땅 위에서 저 위의 태양, 그리고 태양 너머의 우주까지 밀어 넓힌다.

우리 지구 위에 치명적인 전자를 차단하는 보이지 않는 보호막이 존재한다는 것을 미국의 물리학자들이 밝혀냈다. 콜로라도대학 볼더캠퍼스 대기우주물리학연구소(LASP) 다니엘 베이커 교수팀은 지구로부터 약 1만 1600km 떨어진 상공에서 고에너지의 전자와 양성자가 이런 치명적인 전자를 차단한다고 설명했다. 연구팀은 이를 '밴앨런 복사대 제3의 고리'라고 부르는데, 흔히 밴앨런대로 불리는 '밴앨런 복사대'는 1958년 아이오와대학의 제임스 밴 앨런 교수팀이 발견했다. 당시 지상 650~1만km와 1만4000~5만8000km 사이에 걸쳐 안팎으로 두 개의 대(벨트)가 존재하는 것이 발견됐다. 이후 밴 앨런 교수 밑에서 박사 학위를 받았던 베이커 교수가 지난해 미국항공우주국(NASA)에서 발사한 밴앨런 쌍둥이 탐사선을 이용해 '제3의 고리'를 발견했는데, 안쪽과 바깥쪽 중간에 있는 이 고리는 우주 공간의 기상에 따라 나타났다가 사라진다. 그런데 최근 이 경계면이 거의 광속으로 날아오는 전자들을 지구 대기 안쪽으로 들어오지 못하도록 차단하는 것으로 나타났다. 베이커 교수는 “공상과학(SF) 드라마 ‘스타트랙’에서 외계인의 공격을 피하려고 치는 ‘실드’처럼 보이지 않는 밴앨런대의 제3의 고리가 보호막이 돼 전자를 차단하고 있다”면서 “매우 불가사의한 현상”이라고 말했다. 기존에는 전자가 자기권과 대기권을 통과할 때 해롭지 않게 된다는 것이 정설이었지만, 보호막의 발견으로 이 정설이 뒤집힐 수도 있다.　한편 이번 연구논문은 세계적인 학술지 네이처(Nature) 온라인판 11월 27일 자에 게재됐다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리 지구 위에 치명적인 전자를 차단하는 보이지 않는 보호막이 존재한다는 것을 미국의 물리학자들이 밝혀냈다. 콜로라도대학 볼더캠퍼스 대기우주물리학연구소(LASP) 다니엘 베이커 교수팀은 지구로부터 약 1만 1600km 떨어진 상공에서 고에너지의 전자와 양성자가 이런 치명적인 전자를 차단한다고 설명했다. 연구팀은 이를 '밴앨런 복사대 제3의 고리'라고 부르는데, 흔히 밴앨런대로 불리는 '밴앨런 복사대'는 1958년 아이오와대학의 제임스 밴 앨런 교수팀이 발견했다. 당시 지상 650~1만km와 1만4000~5만8000km 사이에 걸쳐 안팎으로 두 개의 대(벨트)가 존재하는 것이 발견됐다. 이후 밴 앨런 교수 밑에서 박사 학위를 받았던 베이커 교수가 지난해 미국항공우주국(NASA)에서 발사한 밴앨런 쌍둥이 탐사선을 이용해 '제3의 고리'를 발견했는데, 안쪽과 바깥쪽 중간에 있는 이 고리는 우주 공간의 기상에 따라 나타났다가 사라진다. 그런데 최근 이 경계면이 거의 광속으로 날아오는 전자들을 지구 대기 안쪽으로 들어오지 못하도록 차단하는 것으로 나타났다. 베이커 교수는 “공상과학(SF) 드라마 ‘스타트랙’에서 외계인의 공격을 피하려고 치는 ‘실드’처럼 보이지 않는 밴앨런대의 제3의 고리가 보호막이 돼 전자를 차단하고 있다”면서 “매우 불가사의한 현상”이라고 말했다. 기존에는 전자가 자기권과 대기권을 통과할 때 해롭지 않게 된다는 것이 정설이었지만, 보호막의 발견으로 이 정설이 뒤집힐 수도 있다.　한편 이번 연구논문은 세계적인 학술지 네이처(Nature) 온라인판 11월 27일 자에 게재됐다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

천문학자들이 허블 우주망원경의 도움으로 외계행성의 대기 온도와 수증기의 분포, 즉 날씨를 나타낸 최초의 지도를 작성했다. 이 지도로 목성과 같은 가스 행성의 형성과 대기역학 정보에 관련된 실마리를 엿볼 수 있다. 미국 시카고대 천문학자 케빈 스티븐슨 박사가 이끄는 국제 연구팀은 외계행성의 지도를 만들기 위해 외계행성 WASP-43b에 주목했다. 이 외계행성은 목성의 약 2배 질량으로 지구로부터 약 260광년 거리에 있다. 연구팀은 이 외계행성의 대기층을 관측하고 생명의 존재에 필수적인 물의 측정도 시행했다. 연구팀과 마찬가지로 외계행성의 대기를 연구 중인 미 캘리포니아공과대(칼텍) 천문학자 헤더 넛슨 박사는 제3자의 입장에서 “가슴 뛰는 연구결과다”면서 “기술적 어려움을 극복하고 그 외계행성의 대기에 관한 풍부한 정보를 제공하게 됐다”고 평가하고 있다. 외계행성의 온도 측정에 성공한 것은 사실 이번이 처음은 아니다. 불과 몇 주 전에도 해왕성에 필적하는 행성을 관측한 연구팀이 대기 중에서 수증기를 발견했다고 보고한 바 있다. 하지만 이보다 자세한 온도 분포도를 작성하기 위해서는 이 외계행성(WASP-43b)이 모성(WASP-43)을 3바퀴 도는 동안 쉬지 않고 관측할 필요가 있었다고 한다. 다행히 이 외계행성은 모성 근처를 돌고 있어 20시간 안에 ‘1년’이 경과된다. 그렇다고 하더라도 허블 망원경의 초점을 1개소에 맞추기에는 너무 긴 시간이었다고 한다. 방사선량이 비정상적으로 많아 전자기기에 손상을 줄 우려가 있는 지구자기축에 고리모양으로 둘러싸고 있는 ‘밴앨런대’의 남대서양 이상(異常)지대(SAA)를 수차례 통과하기 때문이다. 이번 연구에 참여한 시카고대 로라 크레이드버그 연구원은 “무리였다고 생각했지만, 허블의 운용 담당자가 노력해준 덕분에 가능했다”고 회상했다. 허블 망원경의 성능은 뛰어나지만 이 외계행성을 눈부시게 밝은 주성과 구별해 관찰하는 것은 불가능하다. 따라서 이 외계행성과 주성의 빛을 모두 관측했다. 특히 이 외계행성은 조석 작용으로 고정돼 있으므로 지구에서 보면 달이 항상 같은 면에 있는 것처럼 항상 같은 면이 주성을 향해 있다. 게다가 서로 매우 가깝게 위치하므로, 주성을 향하고 있어 항상 '낮'인 영역은 온도가 섭씨 1650도 정도로 철을 녹일 정도여서 스스로 빛을 발하고 있다. 반면 항상 어두워 '밤'인 영역의 온도는 약 548도로 은을 녹일 정도의 수준이지만 비교적 안정적이다. 주성의 광량은 기존 연구를 통해 알고 있었으므로 간단한 뺄셈으로 이 외계행성의 광량을 계산할 수 있었다고 한다. 또한 이 외계행성의 영휴(천체의 빛이 그 위치에 따라 늘어나거나 줄어드는 현상)를 통해 일기도를 만들 수 있었다고 한다. 허블은 낮인 영역의 대기 데이터를 위도 방향으로 상세하게 취득하고 거기에서 연구팀은 에너지의 크기를 측정했다. 이로 인해 경도(위도의 반대)에 따른 열량의 비율을 밝혔다. 스티븐슨 박사는 “이런 정보로 대기역학을 알 수 있었다. 열이 낮 영역에서 밤 영역으로 어느 정도 분배되는지 예측할 수 있었다”면서도 “의외로 낮 영역에서 밤 영역으로 열 이동은 별로 없다는 사실이 밝혀졌다”고 설명했다. 이 밖에도 연구팀은 이 외계행성에 존재하는 수분량을 측정했다. 행성이 주성의 앞을 통과할 때 주로 이 항성의 근적외선 스펙트럼을 통해 행성의 대기가 흡수하는 수증기의 흔적을 발견할 수 있었다. 외계행성에 물이 존재하는 것은 생명의 가능성을 시사한다. 하지만 현재로서는 지구형 행성이 아닌 생활에 적합하지 않는 고온 환경이나 거대한 가스 행성의 발견에 머물고 있다. 한편 이번 연구결과는 미국과학진흥협회(AAAS)가 발행하는 세계적인 학술지 ‘사이언스’(Science) 10일 자로 게재됐다. 사진=NASA/ESA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr