지난 2015년 7월 14일 명왕성을 최근접 통과한 후 심우주를 날아가고 있는 미 항공우주국(NASA)의 뉴허라이즌스가 새로운 기록을 눈앞에 두고 있다. 기록적인 속도로 지구에서 발사된 지 15년 후, 그리고 명왕성을 최초로 근접비행한 우주선이 된 지 6년이 지난 뉴허라이즌스는 역사상 다른 탐사선 4대의 뒤를 이어 가장 먼 우주를 날아간 이정표를 세우기 직전이다. 미국동부시간으로 17일 오후 8시 42분(한국시간 18일 오전 9시 42분), 뉴허라이즌스는 태양으로부터 50AU(천문단위)에 도달한다. 이는 지구-태양 간 거리의 50배로, 75억㎞에 달한다. 현재 뉴허라이즌스는 지구에서 다섯 번째로 멀리 날아간 우주선이다. 1972년에 발사된 파이어니어 10호는 소행성대를 통과하고 목성으로 날아간 최초의 탐사선으로, 1990년 9월 22일 50AU 거리에 도달했다. 현재 파이어니어 10호는 지구에서 약 129AU 떨어진 심우주를 날아가고 있다. 그 자매선인 파이어니어 11호는 그로부터 1년 후인 1991년에 50AU에 도달했다. 1973년에 지구를 떠난 이 탐사선은 목성을 플라이바이(근접비행)한 후 최초로 토성을 직접 관찰했다. 현재 지구로부터 약 105AU 거리에 있다. NASA는 쌍둥이 우주선인 보이저 2호가 출발한 지 16일 뒤인 1977년 9월 5일, 보이저 1호를 출발시켰다. 보이저 1호는 목성과 토성을 탐사했으며, 보이저 2호는 천왕성과 해왕성을 탐사했다.현재 인간의 피조물로 가장 멀리 날아간 기록을 세우고 있는 보이저 1호는 지구에서 152AU, 보이저 2호는 127AU 거리에 각각 있다. 빛으로는 각각 21시간, 18시간 걸리는 거리이다. 파이어니어 10과 11호는 몇년 전에 운영이 중단되었지만 두 보이저는 현재도 활동하고 있다. 현재 뉴허라이즌스와 가장 가까운 우주선은 목성 주위를 공전하는 NASA의 주노 탐사선이다. 보이저 과학자 앨런 스턴 박사는 “아주 먼 미래에 뉴허라이즌스는 우리가 사는 지구보다 보이저와 파이어니어들에게 더 가까워지겠지만, 속도가 빨라 그들을 따라잡진 못할 것”이라면서 “현재 보이저 1에서 거의 100AU 떨어진 거리에 있다”고 설명했다. 보이저 1호가 있는 곳을 보다 보이저 1호가 얼마나 멀리 여행했는지를 강조하기 위해 NASA는 1990년 지구에서 약 40.11AU 였을 때 보이저의 카메라를 내부 태양계 쪽으로 향하게 했다. ‘태양계 가족 사진’으로 알려진 이 유명한 모자이크 이미지는 금성, 지구, 목성, 토성, 해왕성 및 천왕성의 6개 행성을 각각 몇 개 픽셀의 빛으로 포착했다. 그러나 태양으로부터 50AU 거리에 있는 뉴허라이즌스는 이런 작업을 할 수 없다. 스턴 박사는 "이렇게 먼 거리에서도 태양은 장거리 정찰 영상 장치가 감당하기엔 너무 밝기 때문에 카이퍼 벨트를 지나기 전까지는 그렇게 하고 싶지 않다"고 설명했다.대신 스턴과 그의 팀은 보이저 1호 쪽을 향한 뉴허라이즌스를 가리키며, 카이퍼 벨트에 있는 우주선이 성간 공간을 날아가고 있는 먼 우주선의 위치를 처음으로 촬영했다. 스턴 박사는 ​“물론 보이저 1이 너무 희미해서 보이진 않지만, 대신 위치한 우주공간의 한 구역을 이미지로 잡아냈다”면서 “우리는 카이퍼 벨트에 있는 뉴허라이즌스 카메라로 가장 먼 우주선이 있는 곳을 보고 그 별밭 사진을 찍었다. 이것은 우리가 하는 일이지만, 보이저의 선구적인 미션에 대해 경의를 표하는 것이기도 하다”고 밝혔다. 2030년대 뉴허라이즌스 작동 중지 뉴허라이즌스가 50AU에 도달하는 것을 하나의 이정표로 삼는 것은 현재 미션을 수행하는 뉴허라이즌스가 계획된 설계 수명을 초과하고 있기 때문이다. 스턴 박사는 “우주선을 설계할 때 가장 먼저 수행하는 작업 중 하나는 요구 사항을 설정하는 것이고 우리가 설정한 목표치를 넘으면 승리를 선언할 수 있는데, 그 목표선이 50AU”라고 밝혔다.뉴허라이즌스는 2015년 7월, 우주선이 태양으로부터 39.2AU에 있을 때 명왕성을 근접비행하면서 처음으로 명왕성과 그 위성을 클로즈업한 모습으로 탐사했다. 그런 다음 2019년 새해 첫날, 태양으로부터 43.4AU 거리에 있는 작은 카이퍼 벨트 천체 아로코스를 근접 관측했다. 스턴 박사는 “우리는 지금도 뉴허라이즌스가 플라이바이 과정 중 얻은 데이터를 수신 중에 있다”면서 "세계에서 가장 큰 망원경 중 하나인 하와이의 스바루 망원경을 사용해 새로운 탐사 대상 천체를 찾고 있다. 우주선 탱크에 연료가 남아 있고 또 다른 근접비행을 할 수 있기 때문”이라고 설명한다. 희망은 뉴허라이즌스의 전력이 바닥나기 전에 다른 목표를 찾는 것이다. 핵 배터리(방사성 동위원소 열전 발전기/RTG)에서 전기를 끌어오지만 플루토늄 전력 공급 장치는 10년 마다 33와트씩 감소된다. 뉴허라이즌스가 태양으로부터 100AU 떨어지는 2030년대 전력이 너무 낮아 모든 기기는 작동을 멈추게 된다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

우주는 얼마나 어두울까? 새 연구에서 우주의 밝기가 측정되었다. 연구자들이 우주의 밝기를 측정하는 데는 명왕성과 카이퍼 벨트를 탐사하고 현재 태양계 외곽으로 날아가고 있는 미 항공우주국(NASA) 뉴호라이즌스 호의 관측을 이용했다. 이 연구 결과는 제237차 미국 천문학회의 온라인 회의에 발표되었으며, ‘천체물리학 저널‘에 게재되었다. 미국 국립과학재단(NSF)의 광-적외선천문연구실(NOIRLab) 소속 과학자 토드 라우어 박사와 우주망원경 과학연구소의 마크 포스트맨이 이 연구를 이끈 대표 저자로, “우주는 어둡지만 생각한 만큼 그렇게 어둡지는 않다”고 말했다. 우주는 본질적으로 흑암의 공간이다. 별이 빛나는 공간은 우주에서도 극히 일부로, 지구처럼 밝은 곳은 아주 예외적인 경우이다. 상상력을 발휘하여 우리은하를 떠나 심우주로 나아간다면, 우리 눈에 우주는 어떻게 보일까? 시골의 어둠 속에서 반딧불을 본 적이 있을 것이다. 아무리 큰 은하라 할지라도 광대한 우주 속에서는 작은 반딧불로 보일 뿐이다. 그런 희미한 반딧불이 몇 킬로미터 거리에 하나씩 띄엄띄엄 보이는 캄캄한 망망대해, 그것이 우주의 전형적인 풍경이다. 그럼에도 불구하고 우주가 완전히 검은 건 아니다. 우주는 셀 수 없이 많은 은하와 별들로부터 나온 희미한 빛들로 가득 차 있기 때문이다. 연구에서 사용한 NOIRLab의 과학장비들은 지상 기반의 시설들이지만, 과학자들은 천문학에서 가장 원초적인 질문 '우주는 얼마나 어두운가'의 답을 찾아내기 위해 우주망원경의 데이터를 함께 활용했다. NOIRLab 과학자인 토드 라우어가 이끄는 천문학자 연구팀은 뉴호라이즌스 과학연구팀과 우주망원경과학연구소의 마크 포스트맨과 공동으로 우주의 밝기를 측정하는 과제에 착수했다. 이것은 결국 우주배경복사로 알려진 우주 전체의 빛(COB·Cosmic Optical Background)이 얼마나 되는가를 측정하는 일이다. “우주배경복사는 빅뱅 이후 45만 년 지난 우주에 대해 말해주지만, 우주 전체의 빛(COB)은 그후 생성된 모든 별들이 뿜어낸 빛의 총량을 말한다“고 전제한 포스트맨은 ”그 빛의 총량은 우주에 생성된 은하의 총 갯수와 은하들이 존재한 위치에 의해 결정된다”고 덧붙였다.이 팀 접근 방식의 핵심은 허블 우주망원경이나 지구 또는 내부 태양계 주변에서 작동하는 탐사선에 의존하지 않고, 태양계의 변방을 항행하는 뉴호라이즌스의 망원 카메라를 사용하는 것이었다. 2015년에 명왕성을 근접비행한 후 2019년에 카이퍼 벨트 천체인 아로코스를 스쳐간 뉴호라이즌스는 이제 지구에서 70억㎞ 이상 떨어져 있다. 이 거리의 우주공간은 태양계의 빛공해가 비교적 적어 우주 전체의 빛을 측정하기 좋은 영역이다. 우리가 별을 보기 위해 빛공해가 심한 도심에서 멀리 떨어진 근교로 나가는 것과 같은 이치다. 내부 태양계는 분해된 소행성과 혜성에서 나온 작은 먼지 입자들로 가득 차 있다. 이런 작은 먼지 입자들에 의해 산란된 햇빛은 먼 우주에서 오는 희미한 배경 빛을 완전히 압도한다. 햇빛은 이 입자들을 반사시켜 지상의 관찰자들도 관찰할 수 있는 황도광(zodiacal light)이라 불리는 빛을 만들어낸다. 허블 망원경이 강력하지만, 여전히 빛공해를 겪고 있기 때문에 이러한 관측을 하는 데 적합하지 않다.태양계의 변두리 지역에서 뉴호라이즌스는 우주공간의 본원적인 밝기를 측정하고 우주를 채우고 있는 은하의 수를 추정할 수 있었다. 덕분에 허블 망원경이 볼 수 있는 가장 어두운 하늘보다 약 10배 더 어두운 심우주를 경험할 수 있었다. 연구팀은 은하수의 별빛과 성간 먼지의 반사와 같은 여러 잡광 요소들을 샅샅이 제거하고 측정 값을 수정했다. 그 같은 작업을 한 후에도 계산서에 약간의 빛이 남아 있는 것을 발견했다. 이 여분의 빛의 근원은 불분명하다. 가능성 중 하나는 근처에 탐지되지 않은 왜소은하들이 내는 빛일 수 있다는 것이다. 또 다른 가능성으로는 우리은하를 둘러싸고 있는 별들의 헤일로가 예상보다 밝을 수 있다는 것, 우주 전체에 퍼져 있는 떠돌이 별들 때문일 수도 있다는 점, 또는 이론이 제시하는 것보다 더 희미하고 먼 은하계가 더 많을 수도 있다는 점 등을 꼽을 수 있다. 연구 결과 희미해서 셀 수 없던 은하들이 얼마나 많은가에 대한 상한선이 설정됐는데, 그 이전까지는 약 2조 개의 은하가 있을 것으로 추정했지만 이번 연구에서는 그 수가 수천억 개에 불과한 것으로 조사됐다. 마크 포스트맨은 “이것은 우리가 알아야 할 중요한 숫자”라며 “우리는 확실히 2조 개의 은하에서 나오는 빛을 볼 수 없었다”고 밝혔다. 허블 우주망원경의 딥 필드 관측으로부터 도출된 은하 개수에 대한 초기 추정치는 1000억 개였다. 망원경이 더 발전한다면 이 숫자는 2000억 개 정도로 증가할 것으로 예측된다. 이 연구를 진행한 연구팀은 우주의 은하 90%는 가시광선을 관측하는 허블의 능력을 벗어난다는 결론을 내렸다. 반면 뉴호라이즌스 미션의 측정치에 의존했던 이번 연구에서는 훨씬 적은 수의 추정치를 제시했다. 토드 라우어는 “허블 망원경이 볼 수 있는 모든 은하를 두 배로 늘려보라. 그것을 우리가 보는 것이다. 하지만 그 이상은 없다“고 말한다. 우주의 밝기를 만들고 있는 빛의 근원이 무엇인지, 그에 대한 정확한 답은 NASA의 제임스웹 우주망원경을 통해 얻을 수 있을 것으로 과학자들은 기대하고 있다. 제임스웹의 울트라 딥 필드 관측이 이를 탐지해낼 수 있을지도 모른다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

어제 아랍에미리트의 우주선 아말이 화성궤도 진입에 성공한 데 이어 중국의 첫 화성탐사선 톈원(天問) 1호가 화성궤도에 성공적으로 진입함으로써 중국은 세계에서 6번째로 화성에 도착한 국가 명단에 이름을 올렸다. 다음주에는 미 항공우주국(NASA)이 화성 표면에 무인 로봇 퍼시비어런스의 착륙을 시도한다. 10일 관영 신화통신에 따르면, 중국 국가항천국(CNSA)은 이날 오후 7시 52분께 톈원 1호가 화성궤도 진입을 위한 엔진 감속을 시작해 약 15분 만에 화성궤도에 들어섰다고 밝혔다. 전 세계에서 화성 궤도에 진입하려는 시도는 이제껏 52번 있었지만, 성공한 것은 22차례뿐이다. 게다가 단 한 번만에 성공한 나라는 아랍에미리트와 인도 두 나라뿐이다. 인도의 화성 탐사선 망갈리안이 2014년 9월 화성 궤도에 성공적으로 안착함으로써 인도는 미국, 러시아, 유럽연합 다음으로 4번째 화성에 우주선을 보낸 나라가 됐으며, 아시아 국가로서는 최초로 화성궤도 진입 기록을 세웠다. 인도에 앞서 중국은 2011년 11월 화성탐사선 잉훠(螢火) 1호를 발사했으나 행방불명됐으며, 일본은 1998년 화성 탐사위성 노조미호를 발사했으나 궤도 진입에는 실패했다. 미국과 러시아도 궤도 진입을 첫 시도만에 성공하지는 못했다. 유럽우주국(ESA)이 2003년 화성 궤도 진입의 첫 시도에 성공했지만, 단일 국가로는 인도가 최초다.궤도 진입에 성공한 톈원은 1호는 바로 탐사 로버의 착륙 준비에 들어간다. 착륙 예정지는 NASA의 바이킹-2의 착륙선이 내렸던 유토피아 평원 내에 있는데, 많은 양의 얼음이 있을 것으로 추정되는 그 지역에 대한 자세한 지형을 이미징하기 시작할 것이다. 그러나 착륙 준비를 하는 데는 많은 시간이 걸리므로 5월까지는 착륙이 이루어지지 않을 것이라 한다. 현재 톈원 1호는 화성에서 400㎞ 떨어진 궤도에서 화성을 공전하고 있다. 앞으로 톈원 1호는 카메라와 입자분석기 등을 이용해 화성을 탐사할 예정이다.CNSA는 “톈원 1호는 한 번의 임무로 궤도 진입, 착륙, 탐사 등을 하도록 설계됐다”며 “중국이 화성 탐사 프로그램의 핵심 단계를 완료했음을 의미한다”고 강조했다. 장케지안 국가항천국장은 성명을 통해 “오늘 아침 일찍 궤도에 성공적으로 진입한 아랍에미리트의 아말팀에게 축하를 전하며, 미국의 탐사로버 퍼시비어런스도 화성에 성공적으로 착륙하기를 바란다”고 밝혔다. 아랍에미리트의 아말은 앞서 9일 오전 1시(한국시각 기준) 궤도에 진입했으며, 미국의 탐사로버 퍼시비어런스는 오는 18일(현지시각) 화성 착륙을 시도한다. 이로써 이날은 인류 우주 탐사 역사에서 하루에 두 대의 탐사선이 화성에 도착하는 진기록을 세운 동시에 화성은 바야흐로 인류의 각축장이 되고 있다. 톈원 1호는 지난해 7월 23일 하이난 원창 우주발사장에서 중국 로켓인 ‘창정5호’에 실려 발사된 후, 197일 동안 지구-태양 간 거리의 약 3배인 4억7000만㎞를 비행했으며, 지구·달 사진, 탐사선 ‘셀카’, 3차례 중간수정, 한 차례 심우주 기동, 자체점검 등 일련의 작업을 성공적으로 수행했다. 중국이 화성궤도 진입 성공에 이어 화성 착륙과 탐사까지 성공할 경우 미국과 러시아에 이어 세계에서 3번째로 화성착륙에 성공한 국가가 되며 명실공히 우주강국 반열에 올라 중국의 우주굴기를 이어갈 것으로 전망된다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

아랍에미리트(UAE)가 쏘아 올린 아랍권 최초의 화성탐사선 ‘아말’(아랍어로 희망)이 화성 궤도 진입에 성공했다고 현지 언론들이 9일(이하 현지시간) 일제히 보도했다. 화성탐사선 발사는 전 세계에서 미국, 유럽연합(EU), 옛 소련, 중국, 인도, 일본에 이어 일곱번째였으며 화성 궤도 진입에 성공한 것은 미국과 옛 소련, 유럽우주국(ESA), 인도에 이어 다섯 번째다. 아말은 이날 저녁 7시 30분(한국시간 10일 0시 30분)부터 감속 엔진을 가동해 속도를 시속 1만 8000㎞까지 낮추며 화성 궤도에 진입했다. 화성 상공 240㎞ 궤도에 진입하며 화성 궤도 안착을 알린 아말은 두달 뒤 탐사 궤도인 화성 상공 1400㎞ 궤도에 이르면 최종적으로 궤도 진입에 성공하게 된다. 화성 궤도 진입을 시작한 것은 지난해 7월 20일 미쓰비시중공업의 발사체 ‘H2A’에 실려 일본 다네가시마(種子島) 우주센터를 떠난 지 7개월 가까이 흐른 뒤다. 아말은 그동안 시속 12만 1000㎞의 속도로 4억 9300만㎞의 우주공간을 날아갔다. 아말이 화성 궤도에 최종 안착하면 화성 대기를 1년간 탐사한다. 기상 변화는 물론 계절 단위의 변화까지 관측해 전세계 과학자들에게 공유한다는 계획이다. UAE의 우주 탐사는 지구에서 가장 가까운 천체인 달 탐사를 건너뛰고 태양계 심우주인 화성 탐사에 먼저 도전했다는 점에서 주목받는다. 이 나라가 우주 개척에 괄목할 만한 성장을 한 것은 대한민국과의 기술 협력이 큰 토대가 됐다. 인공위성 ‘두바이샛’ 1호와 2호를 한국 기업인 세트렉아이를 통해 개발해 2009년과 2013년 발사하는 데 성공했다. 아말 탐사선 프로젝트는 2014년부터 시작됐지만 2006년부터 두바이샛 1호 개발을 위해 한국과 협력하며 역량을 축적했다. UAE는 석유 의존에서 벗어나 과학기술을 토대로 한 산업구조 전환을 추진하고 있다. 첨단 과학기술 연구를 위한 교육 프로그램을 활성화시켰고 대학에는 물리학과를 비롯해 과학기술 관련 전공이 개설됐다. 이 과정에 여성 과학자들이 두각을 나타냈다. 아말 개발에 참여한 연구자의 34%가 여성 과학자다. 정부의 정책적 지원을 등에 업고 과학과 공학, 수학 분야 여성 과학자들이 입지를 넓히고 있다. 임병선 평화연구소 사무국장 bsnim@seoul.co.kr

2015년 개봉한 SF 영화 ‘마션’은 화성 탐사 도중 뜻하지 않은 사고로 남겨진 주인공 마크 와트니가 홀로 생존하는 과정을 그리고 있다. 식물학자이면서 기계공학자인 와트니가 어떻게 살아남는지 영화에 상세히 표현되고 있는데, 그중 감자 식물체를 재배하기 위한 일련의 과정이 식물학을 전공한 과학자인 필자에게는 특히 흥미로웠다. 기지 내에 화성의 흙을 깔고, 인분으로 거름을 만들어 감자를 심고, 부족한 물은 로켓 연료 하이드라진과 이리듐 촉매를 이용해 만들었다. 감자밭을 둘러싼 비닐에 물방울이 맺히고, 흙이 물기를 머금어 감자 싹이 올라오는 것을 지켜보며 영화 속 장면임에도 뿌듯했다. 그렇다면 우주방사선, 미세중력, 약한 자기장, 초진공 상태로 알려진 우주환경에서 식물 키우기가 실제로 가능할까? 미국항공우주국(NASA)은 국제우주정거장(ISS)에서 ‘베지’라는 식물 재배 모듈을 이용해 신선한 채소를 우주에서도 길러 섭취할 수 있음을 보여 줬다. 지난해 11월에는 무 20개를 직접 재배해서 수확했다는 발표도 있었다. 심우주 탐사를 할 때 식량을 안정적으로 공급받기 위해 우주 농작물 재배는 필수다. 단조로운 우주생활에서 성장하는 녹색 식물의 존재 자체가 우주비행사들에게 심리적 안정감을 줄 수 있다는 점 또한 간과할 수 없다. 개인 우주 여행까지 이야기되는 요즘 어쩌면 우주에서 직접 재배한 농작물을 지구에서도 맛볼 수 있을 날도 곧 오지 않을까 기대해 본다. 김진백 한국원자력연구원 방사선육종연구실장

‘화성 전쟁’이 본격적으로 불붙었다. 미국과 중국, 아랍에미리트의 화성 탐사선들이 2월 화성 도착을 앞두고 있는 가운데, 2월 10일 화성 궤도 진입을 예정하고 있는 중국의 톈원 1호가 과연 궤도 진입에 성공할 것인가를 두고 세계의 시선이 집중되고 있다. 전 세계에서 화성 궤도에 진입하려는 시도는 이제껏 51번 있었지만, 성공한 것은 21차례 뿐이다. 게다가 단 한 번만에 성공한 나라는 인도가 유일하다. 인도의 화성 탐사선 망갈리안이 2014년 9월 화성 궤도에 성공적으로 안착함으로써 인도는 미국, 러시아, 유럽연합 다음으로 네번째 화성에 우주선을 보낸 나라가 됐으며, 아시아 국가로서는 최초로 화성 궤도 진입 기록을 세웠다. 인도에 앞서 중국은 2011년 11월 화성탐사선 잉훠(螢火) 1호를 발사했으나 행방불명됐으며, 일본은 1998년 화성탐사위성 노조미호를 발사했으나 궤도 진입에는 실패했다. 미국과 러시아도 궤도 진입을 첫 시도 만에 성공하지는 못했다. 유럽우주국(ESA)이 2003년 화성 궤도 진입의 첫 시도에 성공했지만, 단일 국가로는 인도가 최초다. 중국 국가우주국(CNSA)은 톈원 1호 화성 궤도선과 착륙선이 2월 10일 화성 도착을 앞두고 속력을 내고 있으며 궤도 진입을 준비하는 중이라고 발표했다. CNSA에 따르면, 톈원 1호는 24주째 화성을 향해 순항 중이며, 현재 지구에서 1억3000만㎞, 화성에서 830만㎞ 거리에 있다. 모든 시스템이 정상적으로 작동하는 상태에서 우주선은 2월 10일 화성 궤도에 진입하기 위해 감속을 할 예정이다. 5톤 무게의 우주선이 화성의 중력에 잡히게 될 만큼 충분히 감속되도록 엔진을 분사할 것이다. CNSA의 발표에 따르면, 톈원 1호가 화성 궤도에 도착할 시점에 우주선과 지구와의 거리는 약 1억9000만㎞로, 이는 지구-태양 간 거리의 약 1.3배나 되는 먼 거리다. 전파신호가 가는 데만도 10분 이상이 걸리므로 우주선에 대해 실시간 제어가 불가능하다. 따라서 우주선은 자율적으로 명령을 수행해야 한다.톈원 1호를 제작한 중국우주기술아카데미의 리 젠카이 화성 탐사 프로젝트 부사령관은 "화성 궤도 진입을 위한 준비가 착착 진행 중"이라면서 "1월 24일 이전 베이징우주관제센터와 합동으로 모든 기동을 완료할 계획”이라고 밝혔다. 궤도에 진입하면 톈원은 바로 탐사 로버의 착륙 준비에 들어간다. 착륙 예정지는 NASA의 바이킹-2의 착륙선이 내렸던 유토피아 평원 내에 있는데, 많은 양의 얼음이 있을 것으로 추정되는 그 지역에 대한 자세한 지형을 이미징하기 시작할 예정이다. 그러나 착륙 준비를 하는 데는 많은 시간이 걸리므로 5월까지는 착륙이 이루어지지 않을 것이라 한다. 중국의 첫 화성탐사선 톈원 1호는 지난해 7월 23일 하이난 원창 우주발사장에서 중국 로켓인 ‘창정5호’에 실려 발사된 후, 지구·달 사진, 탐사선 ‘셀카’, 3차례 중간수정, 한 차례 심우주 기동, 자체점검 등 일련의 작업을 성공적으로 수행했다. 중국은 이번 발사로 화성 궤도 비행부터 착륙, 탐사까지 임무를 한꺼번에 수행할 계획이다. 탐사선은 화성 표면의 샘플을 채취해 지구로 가져올 예정이다. 중국이 화성착륙과 탐사까지 성공할 경우 미국과 러시아에 이어 세계에서 3번째로 화성착륙에 성공한 국가가 되며 명실공히 우주 강국반열에 올라 우주 굴기를 이어갈 것으로 전망된다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

2019년 12월 31일 중국 정부가 후베이성 우한 지역에서 원인을 알 수 없는 폐렴이 유행하고 있다며 세계보건기구(WHO)에 보고하면서 한 해가 마무리되고 또 시작됐다. 한두 달, 길어야 3~4개월이면 끝날 것이라 예상했지만 1년이 지났다. 코로나19로 시작한 2020년이 코로나19 3차 대유행과 함께 끝을 맺고 있다. 2021년 새해가 밝아도 인류는 코로나19와 여전히 살아갈 수밖에 없다는 것이 과학자들의 공통된 의견이다. 이런 가운데 네이처가 2021년 주목해야 할 과학기술 이슈들을 선정했다. 네이처는 2021년 가장 주목해야 할 과학 분야는 여전히 ‘기후변화’와 ‘코로나19’라고 밝혔다. 코로나19 상황이 전 세계적으로 심각하다 보니 인식하지 못하고 있지만 현재 인류가 당면한 절체절명의 문제는 ‘지구온난화로 인한 기후변화’다. 네이처는 조 바이든 미국 대통령 당선인이 취임 첫날 전임자인 도널드 트럼프 대통령이 탈퇴한 파리기후협약에 재가입하겠다고 밝힌 점에 대해 주목해야 한다고 했다. 또 2015년 파리협정 이후 6년 만인 2021년 11월 영국 글래스고에서 열리는 유엔기후변화회의에서 온실가스 감축과 관련해 어떤 목소리가 나오느냐에 인류의 미래가 달려 있다고 네이처는 밝혔다.2020년 말 영국, 미국에서 백신 접종이 시작되고 2021년에는 백신 접종국이 더 늘겠지만 코로나19에서 완전히 벗어날 수는 없다. 과학계는 코로나19 최초 발원지 추적과 더 많은 백신과 치료제 개발이 진행될 것으로 전망했다. WHO는 2021년 시작과 함께 국제조사단을 구성해 코로나19가 처음 확산된 중국 우한 지역에 파견할 계획이다. 조사단은 우한 수산시장에서 판매되는 동물 중 코로나19 바이러스 숙주가 될 만한 것들을 전부 수집해 코로나19 최초 발원지와 감염 경로, 감염 원인을 구체적으로 추적하게 된다. 정확한 최초 발원지 확인에는 오랜 시간이 걸리겠지만 2021년 말에는 일부 단서가 확인될 것으로 전망된다. 올해 말 공개된 화이자·바이오엔테크 백신과 모더나 백신은 메신저RNA(mRNA)를 이용해 만들었다. 병원균의 독성을 약화시켜 주사하는 전통적 방식 대신 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질을 만드는 유전정보를 주입해 체내 면역세포가 항체를 만들어 내는 원리다. 2021년에는 다양한 방식의 코로나19 백신이 등장해 바이러스와의 전쟁에 화력을 지원할 것으로 전망된다. 존슨앤드존슨 자회사 얀센은 아데노바이러스를 이용한 바이러스 벡터 방식의 백신을 개발 중인데 면역력이 오래 지속된다는 특징을 갖고 있다. 1월 중에 미국 식품의약국(FDA)의 긴급사용 승인을 받을 것으로 보인다. 미국 노바백스는 유전자 재조합 기술로 항원단백질을 만들어 인체에 주입하는 방식의 백신으로 제조와 유통이 쉽고 효과도 다른 백신들에 앞서는 것으로 알려져 있다. ‘코로나19 백신의 끝판왕’이라고 불리는 이 백신은 영국에서 3상 임상시험을 마치고 미국과 멕시코에서 3상 임상시험에 돌입해 내년 상반기 중에 상용화될 것으로 전망되고 있다. 한국에서도 위탁생산 계약이 돼 있어 노바백스 백신을 가장 먼저 만나는 나라가 될 수 있을 것으로 보인다.지난 7월 아랍에미리트(UAE), 중국, 미국이 잇따라 화성 탐사선을 발사했는데 내년 2월 속속 화성 궤도에 도달한다. 올해 가장 먼저 발사한 UAE의 ‘아말’호는 2월 9일 화성 궤도에 진입하고, 미국 항공우주국(NASA)의 화성 탐사선 ‘퍼시비어런스’는 2월 18일 화성 표면에 착륙한다. 중국의 톈원1호는 2월 11~24일쯤 화성 궤도에 진입하고, 4월 23일 전후로 화성 표면에 착륙선을 보낼 것으로 알려졌다. 이와 함께 1990년 발사돼 30년 동안 심우주 관측 임무를 수행해 왔던 허블 우주망원경의 뒤를 이을 제임스웹 우주망원경이 오는 10월 31일 발사된다. 또 미국 바이오기업 바이오젠이 개발한 알츠하이머 치료제 ‘아두카누맙’에 대한 FDA의 최종 승인 여부도 2021년 주목받는 과학 이슈이다. 아두카누맙은 알츠하이머 원인 베타아밀로이드 단백질을 제거하는 것으로 알려져 있지만 두 차례의 대규모 3상 임상시험 결과가 전혀 다르게 나타났다. FDA는 승인 거부 의견을 냈지만 최종 승인 여부는 내년 3월 7일 나올 전망이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

NASA의 달 탐사선이 잡은 놀라운 이미지 지난 동짓날 21일 온 지구촌이 800년 만의 목성-토성 대접근으로 떠들썩했지만, 우리 지구인만이 이 우주 쇼를 보고 있었던 것은 아니다. 두 행성의 만남을 심우주에서 홀로 지켜본 존재가 있었다. 바로 달 궤도를 돌고 있는 미 항공우주국(NASA)의 달 정찰궤도선(LRO)이 태양계의 1, 2위인 두 거대 행성이 포개져 마치 하나의 밝은 '별'처럼 빛나는 장관을 렌즈에 담고 있었다.​2009년에 발사되어 앞으로 6년 동안 달 궤도를 도는 데 충분한 연료를 보유하고 있는 LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter) 탐사선은 이 우주적인 이벤트의 전 과정을 지켜보고 있었다. LRO의 협시야 카메라(NAC)는 두 행성이 최대한으로 접근해 0.1도 각거리의 분리지점에 이르른 지 불과 몇 시간 뒤에 이 놀라운 광경을 렌즈에 담았다. 대접근을 이룬 두 행성은 맨눈으로 봤을 때 완전히 하나의 둥근 별처럼 보였지만, 이 협시야 카메라 렌즈로 보면 뚜렷이 분리된 것을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 비록 희미하지만 토성의 고리까지 볼 수 있을 정도로 매우 해상력이 높다. 지구상에서 일반 천체 망원경으로 관측한 사람들은 목성의 4대 위성 정도는 볼 수 있었지만, 토성의 고리를 보기 위해서는 보다 배율이 높은 대구경 망원경이 필요하다. NAC가 두 행성의 이 이미지를 잡았을 때 목성은 토성보다 약 4배 더 밝았으므로 위의 사진은 원본 이미지의 밝기를 조정하여 두 행성이 비슷한 밝기로 보이게 했다.목성과 토성은 20 년에 한 번씩 접근하지만, 이같은 0.1도의 대접근은 1623년 이후 처음이었다. 하지만 당시는 태양이 너무 가까이 있어 관측이 불가능했다. 따라서 관측이 된 걸 기준으로 하면 1226년 이후 800년 만에 이루어진 대접근이었다. 이번 두 행성의 재회는 성탄절을 앞두고 이뤄졌다는 점에서 일반의 관심을 더욱 증폭시켰는데, 아기 예수를 만나러 길을 떠난 동방박사들을 이끈 것이 바로 목성과 토성이 함께 만들어낸 밝은 빛이라는 설이 있기 때문이다. 학계에서는 성경에 나오는 '동방박사 별'이 당시 목성과 토성, 혹은 목성과 금성의 행성 정렬 현상으로 추정하고 있다. 이런 연유로 이번 두 행성의 만남은 일반에게는 천문학적인 측면보다 '크리스마스 별'이라는 의미 부여가 더 큰 비중을 차지하게 되었다. 긴 기다림 끝에 이뤄진 만남을 뒤로 하고 앞으로 두 행성은 점점 멀어지게 된다. 그리고 지금으로부터 60년 뒤인 2080년 3월 16일에 또 다른 0.1도의 대접근이 있을 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

중국이 쏘아올린 화성탐사선 톈원(天問) 1호가 화성을 향해 순항하고 있는 것으로 전해졌다. 중국 국가항천국(國家航天局·CNSA)은 14일 21시 현재(현지시간) 144일 간 궤도를 비행한 톈원 1호의 비행거리는 3억6000만㎞, 지구와의 거리 1억㎞, 화성과의 거리 1200만㎞로 비행 상태가 양호하다고 밝혔다. 태양계 제4의 행성인 화성은 공전 궤도상 지구와의 거리가 항상 가변적인데, 가장 가까울 때는 5000만㎞에서 멀 때는 4억㎞ 이상 주기적으로 변한다. 톈원 1호가 화성 부근에 도착하는 시점에 지구와의 거리는 1억9000만㎞다. 중국의 첫 화성탐사선인 톈원 1호는 지난 7월 23일 하이난 원창 우주발사장에서 중국 로켓인 ‘창정 5호’에 실려 발사된 후, 지구·달 사진, 탐사선 ‘셀카’, 3차례 중간수정, 한 차례 심우주 기동, 자체점검 등 일련의 작업을 성공적으로 수행했다. 이후 수차례 궤도 수정을 거치며 내년 2월 중순 화성에 접근해 ‘브레이크’ 컨트롤로 화성궤도에 진입하고 화성 착륙을 준비할 예정이다. 중국은 이번 발사로 화성 궤도 비행부터 착륙, 탐사까지 임무를 한꺼번에 수행할 계획이다. 탐사선은 화성 표면의 샘플을 채취해 지구로 가져올 예정이다. 톈원 1호는 달 착륙선과 표면탐사 로봇인 로버로 구성됐으며, 내년 2월 중 화성궤도에 도착, 화성표면에 착륙해 탐사업무를 수행할 예정이다.중국이 화성착륙과 탐사까지 성공할 경우 미국과 러시아에 이어 세계에서 3번째로 화성착륙에 성공한 국가가 되며 명실공히 우주 강국반열에 오를 것으로 전망된다. 앞서 중국은 지난 2011년 화성탐사선 ‘잉훠 1호’를 러시아 화성탐사선과 함께 러시아 소유스 로켓에 실어 발사했으나, 지구 궤도를 벗어나지 못해 실패한 바 있다. 톈원 1호는 화성 전체를 광범위하게 조사하고 표면에 착륙할 로버는 지구와 통신하며 화성의 지질구조와 토양 특성, 물과 얼음의 분포 등을 조사할 계획이다. 착륙선은 화성 북부 유토피아 평원에 착륙할 예정으로 이곳은 많은 양의 얼음이 있는 것으로 추정되는 지역이다. 탐사 로버는 태양전지판을 장착하고 있으며 약 90일 간 임무 수행이 가능토록 설계됐다. 톈원 1호의 화성 탐사 임무는 중국이 우주 강국으로 가는 길의 중요한 이정표가 될 것으로 보인다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

일명 '보물 소행성'이라 불리는 '16프시케'(16 Psyche)를 향한 본격적인 탐사 시작의 막이 올랐다. 지난 7일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 16프시케 탐사에 대한 주요 설계 검토를 마치고 본격적으로 탐사선 제작에 착수했다고 밝혔다. 화성과 목성 사이 소행성 벨트에 위치한 16프시케는 지름이 226㎞에 달하는 비교적 큰 소행성이다. 거리는 지구와 태양 사이보다 3배 정도 먼 3억7000만㎞로, 우주적 관점에서는 코 앞이지만 인류에게는 닿기 어려운 곳에 위치해 있다. 이번 탐사 프로젝트가 언론의 주목을 받는 이유는 16프시케의 독특한 특징 때문이다. 일반적인 소행성이 암석과 얼음으로 이루어진 것에 반해 16프시케는 철과 니켈, 금 등 희귀 광물 덩어리로 가득차 있기 때문. 이같은 이유로 일각에서는 16프시케의 가치가 1000경(京) 달러에 달한다는 주장도 내놓고 있다.이미 16프시케를 향한 탐사 스케줄도 나와있다. NASA는 오는 2022년 8월 스페이스X의 대형 로켓인 '팰컨 헤비'에 소행성 이름과 같은 탐사선 프시케를 실어 발사할 예정이다. 예정대로 프시케가 순항하면 이듬해 탐사선은 화성을 지나 2026년 1월 16프시케 궤도에 진입하게 된다. 　 프시케 프로젝트 매니저인 헨리 스톤은 "가장 중요한 것은 신뢰성이 있는 하드웨어를 만드는 것으로 다양하고 종합적인 테스트가 이루어질 것"이라면서 "이번 임무에서 심우주에서 레이저로 통신하는 새로운 기술(Deep Space Optical Communications)도 테스트 할 예정"이라고 밝혔다. 한편 프시케 프로젝트의 주 목적이 '금 캐기'는 아니다. 16프시케가 태양계 생성 초기의 물질로 만들어져 태양계 기원에 대한 정보를 얻을 수 있기 때문이다. 그러나 소행성이 희귀 금속으로 가득차 있다는 점은 물론 보너스 가치다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

미 항공우주국(NASA)의 유서 깊은 심우주 탐사선 보이저 2호에 탑재된 5개의 과학 기기가 모두 정상 상태로 회복되어 작동을 재개했다. 이 기기들은 지난 1월 말 전력 초과 사용으로 인해 자체 보호 시스템에 의해 작동이 중단된 지 1개월 만에 과학 데이터 수집을 재개하기 시작했다고 NASA 관계자가 지난 3일(현지시간) 발표했다.　​ 우주선의 문제 해결은 지구와의 거리 때문에 느리게 진행된다. 전파로 보내는 명령 신호가 보이저 2에 도달하는 데만도 17시간이 걸리므로 명령 수행 여부를 확인하는 데는 거의 하루 반이 걸리기 때문이다. NASA 관계자는 성명을 통해 “보이저 2는 지난 1월 25일 이례적인 상황에 빠진 후 정상 운영으로 돌아왔다”고 밝히면서 “우주선의 자체 보호 시스템에 의해 전력 공급이 중단된 과학 기기 5개가 다시 정상으로 돌아와 과학 데이터 수집을 재개했다”고 보고했다. 보이저 2는 쌍둥이 보이저 1과 마찬가지로 1977년 8월 발사되어 지금까지 꼬박 43년째 심우주 탐사 임무를 수행하고 있다. 이 같은 광범위한 우주 탐사에는 막대한 비용이 든다. 따라서 NASA는 최대 가성비를 거두기 위해 모든 노력을 기울이고 있는데, 우주선이 예상 수명을 훨씬 초과함에 따라 특히 엔지니어들은 전력 공급에 만전을 기하고 있다. 우주선에 전력을 공급하고 있는 것은 탑재된 방사성 동위원소 열전 발전기다. 그러나 40년이 넘은 이 발전기는 꾸준히 성능이 떨어져 전력 공급이 갈수록 힘들어지고 있다. 보이저 팀의 엔지니어들은 이러한 상황에 대처하기 위해 과학 미션 수행에 관련이 없는 기기와 히터를 끄고 우주선의 전력 절감에 나섰다.1월의 사고는 보이저 2가 자기장 기기를 교정하기 위한 스핀 조작을 실패함으로써 발생했다. 이 고장으로 전력 소비가 많은 2개의 시스템이 동시에 작동을 중단했다. 우주선은 상황의 위험을 인식하고 사전 프로그래밍 된 오류 방지 모드에 들어갔다. 그 이후로 미션 엔지니어는 전력 과다 사용 시스템을 끄고 보이저 2의 나머지 과학 기기 5개를 다시 작동시키기 위해 노력해왔다. 이 기기들은 태양이 만들어내는 우주 거품인 헬리오스피어 너머 일어나는 상황에 관한 데이터를 수집하고 있다.　​ 보이저 2는 2018년 11월 헬리오스피어를 떠나 성간 공간으로 들어갔다. 현재 보이저 2의 위치는 지구-태양 간 거리의 124배(124AU), 184억km 떨어진 우주공간이다. 빛으로도 17시간이 걸리는 거리다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

미 항공우주국(NASA)과 여러 국제 협력 파트너들은 달 궤도에 유인 우주 정거장인 '루나 게이트웨이'(Lunar Gateway)를 건설하기 위해 힘을 모으고 있다. 루나 게이트웨이 건설은 2022년부터 시작되며 2024년으로 예정된 달 재착륙과 이후 이뤄질 달 탐사의 기반 시설이 될 예정이다. 그리고 더 나아가 달은 물론 화성과 소행성처럼 더욱 먼 우주의 전진 기지로 활용할 예정이다. NASA는 루나 게이트웨이에 지금까지 개발한 최첨단 우주 기술을 모두 적용할 계획이다. 차세대 이온 로켓 엔진인 AEPS(Advanced Electric Propulsion System)가 그 대표적인 사례다. 기존의 화학 로켓은 강력한 힘을 낼 수 있지만, 막대한 연료를 소모한다는 단점이 있었다. 장거리 우주 탐사에서 우주선 무게의 대부분을 연료로 채울 순 없기 때문에 과학자들은 더 연료 효율이 높은 대안을 연구했다. 이온 로켓 엔진은 전자기장의 힘으로 이온 입자를 매우 빠른 속도로 발사해 추력을 얻기 때문에 화학 로켓 대비 절반 이하의 연료로 같은 속도를 얻을 수 있다. 하지만 한 번에 많은 연료를 연소시킬 수 없기 때문에 힘이 약해 우주선 자세 제어나 소형 우주 탐사선 엔진으로 사용됐다. NASA는 로켓 제조 전문 회사인 에어로젯 로켓다인(Aerojet Rocketdyne)사에 기존의 이온 로켓 엔진보다 훨씬 강력한 차세대 이온 추진 엔진인 AEPS의 개발을 의뢰했다.AEPS는 전문적인 용어로 ‘전자기 쉴드를 이용한 홀 효과 로켓'(Hall Effect Rocket with Magnetic Shielding, HERMeS)라는 형태의 이온 로켓 엔진으로 4.2-12.5kW의 출력을 낼 수 있다. 루나 게이트웨이의 엔진 모듈인 전력 및 추진 장치(Power and Propulsion Element, PPE)에는 이 엔진 네 개가 탑재되어 최대 50kW의 출력을 낼 수 있다. 연료로는 제논(Xenon)이 사용되는데, 루나 게이트웨이에는 5t 정도가 탑재되며 최대 5만 시간 작동할 수 있다. 제논 자체는 비활성 기체로 산소와 반응해 연소하지 않기 때문에 이를 빠른 속도로 방출하기 위해서는 전기 에너지가 필요하다. 이 에너지는 60kW급 태양전지인 ROSA(roll-out solar array)가 공급한다. AEPS는 차세대 우주 탐사의 끝이 아닌 시작이다. NASA는 루나 게이트웨이에서 50kW급 이온 추진 로켓의 신뢰성과 성능을 테스트할 것이다. 그리고 여기서 만족할 만한 성과를 거두면 앞으로 이 기술을 기반으로 더 강력한 이온 추진 로켓을 개발한다는 로드맵을 지니고 있다. 수백 kW급 추전력을 지닌 이온 추진 로켓을 개발할 수 있다면 대형 우주선을 화성과 그 너머로 보낼 수 있을 것이다. 물론 말처럼 간단한 일은 아니지만, 지금처럼 적극적인 연구와 투자가 이뤄진다면 우주 개발의 미래는 밝을 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

‘내 엉덩이를 걷어차 다오’ 2015년 7월, 역사적인 명왕성 근접 비행을 성공한 뉴호라이즌스호의 비행속도는 초속 20㎞(시속 7만 5200㎞)였다. 이는 인간이 만들어낸 속도 중 최고 속도로, 총알 속도의 20배에 달하는 것이다. 현재 인류가 가진 자원과 로켓으로 태양의 중력을 뿌리치고 나아갈 수 있는 한계는 목성 정도까지다. 그럼 무슨 힘으로 뉴호라이즌스는 명왕성까지 그처럼 빠른 속도로 날아갈 수 있었을까? 답은 '중력 도움'(gravity assist)이었다. 중력 보조라고도 하는 이 중력 도움은 영어로는 스윙바이(swing-by), 또는 플라이바이(fly-by)라고도 하는데, 한마디로 ‘행성궤도 근접 통과’로 중력을 슬쩍 훔쳐내는 일이다. ​ 그랜드피아노만 한 크기에 무게는 478㎏인 뉴호라이즌스가 발사될 때의 탈출속도는 지구 탈출속도인 11.2㎞를 훨씬 넘는 초속 16.26 km로, 지금까지 인간이 만들어낸 물체 중 가장 빠르게 지구를 탈출한 것으로 기록되었다. 그런데 탐사선이 1년을 날아가 목성에 근접해서는 이 중력 도움 항법으로 초속 4㎞의 속도를 공짜로 얻었다. 이로 인해 명왕성으로 가는 시간을 약 3년 단축할 수 있었다. 중력 도움을 간단히 설명하자면, 탐사선의 속도를 높이기 위해 천체의 중력을 이용한 슬링 숏(slingshot·새총쏘기) 기법으로, 행성의 중력을 이용해 우주선의 가속을 얻는 기법이다. 탐사선이 행성의 중력을 받아 미끄러지듯 가속을 얻으며 낙하하다가 어느 지점에서 적절히 진행각도를 바꾸면 그 가속을 보유한 채 새총알처럼 튕기듯이 탈출하게 된다. 행성의 각운동량을 훔쳐서 달아나는 셈이다. 말하자면 우주의 당구공 치기쯤 되는 기술이다. 행성의 입장에서 본다면 우주선의 엉덩이를 걷어차서 가속시키는 셈으로, 이론상으로는 행성 궤도속도의 2배에 이르는 속도까지 얻을 수 있다. ​중력 도움을 받기 위해 우주선은 대상 천체에 대해 쌍곡선 궤적을 그릴 수 있는 조건으로 접근해야 한다. 쌍곡선 궤적은 우주선이 어떤 행성(쌍곡선 궤적의 초점이 된다)의 중력권 내를 잠깐 비행하더라도 그 행성의 중력권에 잡히지 않는 궤도가 된다. 태양을 초점으로 공전하는 혜성들의 궤도가 대개 이 쌍곡선 궤적이다. 혜성들은 거의 태양을 향해 쌍곡선을 그리며 가까이 다가왔다가 다시 멀어지는 형태의 궤적을 그린다. 중력 도움을 받으려는 우주선의 상대속도가 행성의 중력에 포획되지 않을 만큼 충분히 빠를 때 이런 식의 근접비행이 가능하다. 현재까지 인류가 개발한 로켓의 힘으로는 겨우 목성까지 날아가는 게 한계이지만, 이 스윙바이 항법으로 우리는 전 태양계를 탐험할 수 있게 된 것이다. 중력 도움으로 목숨 구한 이야기 중력 도움이란 이 기발한 아이디어를 처음으로 떠올린 사람은 20세기 초반 러시아의 이론물리학자 ​유리 콘드라트유크였고, 뒤에 미국의 수학자 마이클 미노비치가 더욱 섬세하게 가다듬었다. 중력 도움을 최초로 활용한 우주선은 러시아의 달 탐사선 루나 3호였다. 1959년 달의 뒷면을 촬영하기 위해 발사된 루나 3호는 중력 도움으로 달의 뒷면을 돌면서 찍은 사진을 지구로 전송했다. 인류에게 달의 뒷면을 최초로 볼 수 있게 해준 루나 3호는 그후 달에 추락하여 고철 덩어리가 되었다. 중력 도움으로 사람의 목숨을 건진 사례도 있다. 바로 아폴로 13호의 얘기다. 1970년 4월 달 착륙을 목적으로 발사되었던 이 우주선은 지구로부터 32만㎞ 떨어진 달의 중력권에서 선체의 이상 진동으로 산소 탱크가 폭발해 사령선이 심각하게 파손되었다. 세 승무원은 사령선을 버리고 달 착륙선으로 옮겨 탔다. 당연히 달 착륙 미션은 중단되었고, 미 항공우주국(NASA) 관제본부의 비행감독 진 크렌즈는 세 승무원의 귀환시킬 수 있는 유일한 방법은 달의 중력 도움으로 달 착륙선을 귀환궤도에 올릴 수밖에 없다고 생각했다. 사령선의 엔진을 이용해 우주선을 지구로 돌리는 게 가장 간단한 방법이었지만, 폭발로 인해 엔진의 정상 가동을 장담할 수 없었다. 만약 실패한다면 3명의 승무원은 영원히 우주의 미아가 되고 말 판이었다. 달의 중력 도움도 결코 만만한 방법은 아니었다. 달 착륙선의 엔진을 이용해 달의 뒤편으로 돌아간 다음 정확한 침로를 잡으면 지구로의 귀환궤도에 오를 수 있지만, 약간의 오차만 나더라도 궤도 수정을 할 수 없기 때문에 지구와는 엉뚱한 방향으로 가버릴 위험이 있는 것이다. 참으로 목숨을 걸고 하는 도박이었다. 관제센터는 우주선의 궤도에 영향을 주지 않기 위해 우주선 바깥으로 소변을 투기하는 것까지 금지시켰다.(이 명령이 소변 금지인 줄 착각하는 바람에 소변을 참았던 한 승무원은 요로 감염에 걸렸다.) 승무원들은 손에 땀을 쥐게 하는 기동으로 달의 중력 도움을 받은 끝에 귀환 궤도에 올랐다. 그들이 지구 상공에 모습을 드러낼 때까지 세계는 숨을 죽이고 사태의 진행을 지켜보았다. 이윽고 착륙선 아쿠아리우스를 떼어낸 후, 사령선 오디세이가 무사히 태평양에 착수했을 때 세계는 환호성을 올렸다. 살아서 돌아올 확률이 지극히 낮았음에도 달의 중력 도움을 받은 끝에 무사히 귀환할 수 있었던 것이다. 만약 폭발이 착륙선을 떼어낸 후에 일어났으면 승무원들이 생환했을 확률은 제로였다. 아폴로 13호의 사고에 관한 내용은 1995년 '아폴로 13'이라는 제목으로 영화화되었다.​태양계를 누비는 힘 ‘스윙바이’​ 중력 도움이라는 아이디어가 없었더라면 목성 너머의 태양계는 우리에게 그림의 떡이었을 것이다. 목성에 갈릴레오호를, 토성에 카시니호를, 그리고 해왕성과 그 너머까지 보이저 1,2호를 보낼 수 있게 된 것도 모두 중력 도움 덕분이었다. 연료를 별로 사용하지 않고도 비교적 빠른 시간 내에 목적지에 도착할 수 있기 때문에 현재 거의 모든 탐사선이 다른 행성 궤도에 진입하는 스윙바이 항법을 선택한다. 스윙바이를 활용해 처음으로 토성에 다다른 탐사선은 1973년 발사된 파이어니어 11호였고, 태양계 바깥쪽의 거대 행성들인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 탐사하기 위해 발사된 보이저 1,2호는 처음부터 당시 최신 기술이던 중력 도움을 사용하도록 설계된 탐사선이다. ​ 1989년 미국 케네디 우주센터에서 발사된 목성 탐사선 갈릴레오는 자체 추진력으로만으로는 목성까지 갈 수가 없어 ‘여비’를 금성과 지구로부터 훔쳐왔다. 갈릴레오는 발사 4개월 정도 후에 금성으로부터 2.2㎞/s, 다시 10개월 후 지구로부터 5.2㎞/s, 다시 2년 후 지구로부터 3.7㎞/s의 속도를 각각 훔쳐냈는데, 세 차례에 걸쳐 훔쳐낸 속도 증가분은 무려 11.1㎞/s나 되었다. 갈릴레오가 지구로부터 두 차례 훔쳐낸 속도 증가분의 합은 8.9㎞/s나 된다. 지구는 그만큼 갈릴레오에게 각속도량을 빼앗긴 셈이다. 하지만 그래 봤자 갈릴레오의 질량 2,380kg은 지구 질량에 비하면 거의 0에 가깝다. 그래서 지구는 1억 년 동안 1.2cm쯤 늦춰지는 데 지나지 않는다. 어쨌든 중력 도움의 힘으로 6년 여 만인 1995년 12월 목성 궤도에 도착한 갈릴레오는 목성의 대기권과 그 주변, 특히 목성의 네 위성인 에우로파, 칼리스토, 이오, 가니메데의 탐사를 비롯해, 싣고 간 원추 모양의 탐사선을 목성의 구름 사이로 투하해 목성 대기의 온도, 기압, 화학 조성 등을 보고하는 등, 8년 동안 목성 궤도를 돌면서 혁혁한 전과를 올린 후, 2003년 9월 21일에 최후를 맞았다. 인공물로 가장 멀리 날아간 보이저 1호​​사람이 만든 물건으로 가장 우주 멀리 날아간 기록을 세운 것은 보이저 1호다. 총알 속도의 17배인 초속 17㎞의 속도로 날아가고 있는 보이저 1호 역시 중력 도움을 받은 탐사선이다. 본래 태양계 바깥쪽의 거대 행성들인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 탐사하기 위해 1977년에 발사된 보이저 1호는 올해로 꼬박 42년을 날아가는 셈이다.​ 일명 ‘행성간 대여행’이라 불리는 행성의 배치가 행성간 탐사선의 개발에 영향을 주었는데, 이 행성간 대여행은 연속적인 중력 도움을 활용함으로써, 한 탐사선이 궤도 수정을 위한 최소한의 연료만으로 화성 바깥쪽의 모든 행성(목성, 토성, 천왕성, 해왕성)을 탐사할 수 있었던 것이다. 이 항법을 활용하기 위해 보이저는 행성들이 직선상 배열을 이루는 드문 기회(몇백 년에 한 번꼴)를 이용했는데, 목성의 중력이 보이저를 토성으로 내던지고, 토성은 천왕성으로, 천왕성은 해왕성으로, 그 다음은 태양계 밖으로 차례로 내던지게 되는 것이다. 이렇게 우주의 당구치기를 하면서 날아갈 보이저 1호와 2호는 발사 시점도 대여행이 가능하도록 맞춰졌다. 현재 보이저 1호가 있는 곳은 태양계를 벗어난 성간공간으로 거리는 약 220억㎞쯤 된다. 이 거리는 초속 30만㎞인 빛이 달리더라도 20간이 넘게 걸리며, 지구-태양 간 거리의 145배(145AU)가 넘는 거리다. 거기에서 보이는 태양은 여느 별과 다름없는 흐릿한 별 하나에 지나지 않을 것이다. 보이저 1,2호가 지구를 떠날 때 공급받은 연료는 목성까지 갈 수 있는 분량이었다. 목성 너머 가는 에너지는 목성의 중력 도움으로 조달하라는 뜻이었다. 만약 목성이 탐사선의 엉덩이를 걷어차주지 않는다면, 보이저는 태양 기준으로 지구보다 더 가까워지지 않고 목성보다 더 멀어지지도 않는 타원형 궤도에 갇혀 영원히 뺑뺑이 도는 신세를 면치 못했을 것이다. 그러나 ​당시 최신 기술이던 중력 도움을 사용하도록 설계된 보이저 1호는 스윙바이 기법을 이용해 목성 중력에서 시속 6만㎞의 속도증가를 공짜로 얻었다. 보이저가 목성의 중력을 이용해 추진력을 얻을 때, 목성은 그만큼 에너지를 빼앗기는 셈이지만, 그것은 50억 년에 공전 속도가 1mm 정도 뒤처지는 것에 지나지 않는다. 보이저 1호는 목성의 중력 도움을 받은 덕으로 지금 이 순간에도 인간이 가본 적이 없는 미지의 세계를 향해 ​용맹정진하고 있다. 2025년이면 전력이 바닥나 지구와의 교신이 끊어지고 보이저는 침묵의 척후병이 되겠지만, 앞으로 4만 년 정도 더 날아가면 1.5광년, 15조㎞를 주파해 기린자리의 어느 이름없는 별 옆을 지날 것이다. 어쨌든 이처럼 인류가 지구상에 나타난 이래 최초로 태양계 너머 심우주 속으로 보이저라는 척후병을 보내 ​탐색할 수 있게 된 것도 ​한 물리학자의 상상력이 떠올린 중력 도움으로 가능해진 것이다. 이처럼 인간의 상상력은 위대하다. 아인슈타인의 말마따나 상상력은 지식보다 위대하다는 사실을 실감할 수 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

햇빛으로 추진되는 우주선이 지구 둘레를 돌게 될 것이라고 미국의 비영리 과학단체 행성협회가 3일(현지시간) 발표했다. 오는 22일 플로리다 케네디 우주센터에서 스페이스X 팰컨 헤비 로켓에 실려 우주로 발사될 이 햇빛돛(LightSail) 2호는 크기가 식빵 한 덩어리만한 것으로, 지구 궤도에 올라가면 접혀 있던 햇빛돛을 펼쳐 돛에 비치는 햇빛(광자)의 광압으로 추진력을 얻어 지구를 공전하게 된다. 햇빛은 태양계 어디서든 무제한으로 확보할 수 있는 만큼 햇빛돛 2호는 사실상 ‘무한동력’ 우주선인 셈이다. 대략 권투 경기장만 한 돛의 소재는 녹음 테이프나 포장지 등에 주로 이용되는 필름인 마일러(Mylar)이며, 무게는 5㎏에 불과하다. 햇빛돛 우주선이 실제 비행에 나서는 것은 이번이 처음이다. 지난 2015년 발사된 햇빛돛 1호는 우주에서 돛을 펴는 실험만 진행했다. 행성협회 대표들은 “성공하면 햇빛돛 2호는 햇빛을 사용하여 지구궤도를 도는 최초의 우주선이 될 것”이라면서 “빛은 질량이 없지만 다른 물체로 옮길 수 있는 운동량을 가지고 있다”고 설명한다. 햇빛돛은 태양으로부터 나오는 광자의 운동량을 추진력으로 사용해 비행하는 것이다.햇빛돛 2호의 주요 목적은 저비용의 큐브샛을 이용해 햇빛을 추진력으로 한 우주비행 시대를 열어 정부나 민간기구들로 하여금 보다 쉽고 저렴하게 우주탐사를 가능하게 하는 데 있다. 이 역사적인 햇빛돛 2호의 발사는 단독으로 이루어지는 것이 아니라, 미 국방부의 우주시험 프로그램-2의 일환으로 실시되는데, 이 프로그램은 24개의 우주선을 각기 다른 3개의 궤도로 진입시키는 것이다. 햇빛돛 2호는 지구궤도에서 다른 우주선과 근접 작업을 수행하는 방법을 보여주기 위해 설계된 조지아 공대의 우주선 프록스(Prox)-1에 실려 우주로 올라간다. 프록스-1은 우주에서 일주일을 보낸 뒤 지상에서 햇빛돛 2호를 궤도에 배치한다. 모든 것이 예상대로 진행된다면, 프록스 2에서 분리된 며칠 후 햇빛돛 2호는 태양 전지판을 펼친 다음 4개의 삼각형 마일러 햇빛돛을 전개한다. 광압이 누적될수록 우주선 고도는 점점 더 높아져 한 달 후면 지구 상공에서 720km 높이까지 치솟게 되는데, 이는 국제우주정거장(ISS) 고도의 두 배가 되는 고도이다. 720㎞의 높은 하늘은 공기 저항을 받지 않아 속력을 높이기 적합한 환경으로, 한번 가속되면 속도가 줄지 않고 연료를 보충할 필요도 없는 햇빛돛 2호는 우주 너머까지 여행할 수 있는 셈이다. 햇빛돛은 이미 우주탐사에 사용된 적이 있다. 2010년 일본우주항공기구(JAXA)는 최초의 우주 범선 이카로스를 발사하여, 지구에서 어느 정도 떨어진 곳에서 햇빛돛을 성공적으로 시연한 최초의 기관이 되었다. 미 항공우주국(NASA)은 2020년이나 2021년쯤 메가 우주발사 시스템 로켓이 탑재물들과 함께 달로 날아갈 때 심우주 햇빛돛 시험비행을 계획하고 있으며, NEA 스카우트 우주선은 햇빛돛을 사용하여 지구 근접 소행성을 탐사할 계획을 세우고 있다. 고인이 된 영국 물리학자 스티븐 호킹 박사도 초소형 우주 돛단배 1000대를 태양계 밖으로 보낸다는 야심찬 우주탐사 프로젝트를 추진한 바 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

1970년 대에 지구에서 발사된 우주선들이 반세기가 지난 현재도 여전히 ​​우리 태양계 밖을 날아가고 있다. 이들 우주선이 앞으로 몇백만 년 이내에 어떤 별들을 지나칠 것인지를 밝혀낸 새로운 연구결과가 12일(현지시간) 우주전문 사이트 스페이스닷컴에 보도되어 우주 마니아들의 호기심을 자극하고 있다. 미 항공우주국(NASA)은 47년 전인 1972년 3월 2일 파이오니어 10호를 발사한 데 이어, 약 1년 후에는 파이오니어 11호를 우주로 띄워보냈다. 파이오니어 10호는 우주탐사 역사상 최초로 화성과 목성 사이에 있는 소행성대를 통과한 우주선이 되었다. 파이오니어의 뒤를 이은 보이저 2호는 1977년 8월 20일에 발사되었고, 보이저 1호는 2주 뒤인 9월 5일에 우주로 떠났다. NASA의 탐사선 뉴호라이즌스 이외에 성간 우주에 도달할 수 있는 우주선으로 발사된 것은 이 보이저-파이오니어 시리즈뿐이다. 현재까지 보이저 1, 2호는 40여 년 날아간 끝에 마침내 태양계 울타리를 벗어나 성간 공간으로 진출하는 데 성공했다. 파이오니아 10, 11호와 NASA의 뉴호라이즌스 역시 항해를 계속해간다면 조만간 헬리오스피어(태양권)라 불리는 태양의 영향권을 벗어나 성간 공간으로 진출, 계속 심우주 탐사작업을 수행할 것으로 예상된다.그러나 이 우주선들은 결국 ‘죽음’을 맞게 된다. 우주선의 과학장비들을 구동하는 전력이 바닥나면 장비는 작동을 중단할 것이고, 지구와의 교신은 끊기고 말 것이다. 말하자면 우주의 미아가 되는 셈이다. 실제로 파이오니어 10호와 11호는 각각 2003년과 1995년에 최종 전파신호를 보낸 후 영원한 침묵 속으로 빠졌다. 그러나 연구원들은 이들 침묵의 우주선들이 앞으로 어떤 별들의 옆을 지나가게 될지 알 수 있는 항로를 계산해냈다. 이러한 계산은 대단히 까다로운 작업이다. 왜냐하면 지구를 떠난 우주선들이 날아가는 주위의 우주가 쉼없이 움직이고 있기 때문이다. 독일 막스플랑크 연구소의 코린 베일러-존스와 미국 캘리포니아의 NASA 제트추진연구소 지구근접물체센터의 다비데 파르노키아는 720만 개 별의 3D 위치와 3D 속도를 사용하여 우주선의 행선지를 찾아내는 데 성공했다. 이들 별의 데이터는 가이아 우주관측소가 데이터를 뽑아낸 10억 개 별들에 포함된 것들이다. ​ 새 연구에서 베일러-존스와 파르노키아는 보이저 1호가 지나칠 다음 별은 지구에서 가장 가까운 항성인 프록시마 센타우리로, 통과 시점은 약 1만 6700년 후가 될 것이라는 계산서를 뽑아냈다. 그러나 이 만남은 그리 인상적이진 않을 것으로 보인다. 보이저 1호가 프록시마 센타우리에 가장 근접하는 거리가 3.6광년이나 되기 때문이다. 지구에서는 도저히 관측하기 어려운 아득한 거리다. 현재 보이저 1호와 해당 별과의 거리가 4.24광년으로 그다지 차이나지 않는다. (지구의 태양과 프록시마 센타우리 별 사이의 거리가 4.24광년이다) 비록 보이저가 총알 속도의 17배인 초속 17㎞로 40년 이상을 날아갔지만 빛으로는 약 하루 거리에 불과할 뿐이다.보이저 2호와 파이오니어 11호의 다음 행선지도 역시 프록시마 별이지만, 파이오니아 10호의 행선지는 안드로메다자리의 조그만 별 로스(Ross) 248로, 지구로부터 10.3광년 거리에 있는 별이다. 우주선들의 이러한 행선지 접근은 그다지 흥미를 끌지 않을 수도 있다. 접근 거리가 너무 멀기 때문이다. 그러나 베일러-존스와 파르노키아는 우주선이 우리 태양계 바깥의 별들과 놀랄 만큼 가까이 접근하게 될 사례를 예측했다. 예컨대, 보이저 1호는 30만 2700년 후 태양으로부터 약 46.9광년 떨어진 TYC 3135-52-1 별에 매우 근접한다. 우주선은 이 별에 1광년 이내의 거리까지 접근하게 되는데, 이는 곧 이 별의 외부를 둘러싸고 있는 소행성 층인 오르트 구름을 관통한다는 뜻이다. 또한 보이저 1호는 태양으로부터 520광년 떨어진 가이아 DR2 2091429484365218432 별을 1.27광년 이내까지 접근할 것으로 밝혀졌다. 이것이 얼마나 가까운 접근인가는 프록시마 센타우리까지의 거리가 4.24광년이라는 것을 떠올려보면 실감할 수 있다. 보이저 1호는 앞으로 340만 년 후 이 별 옆을 지나갈 것이다. ‘오우무아무아'(Oumuamua)라고 불리는 신비로운 성간 천체의 기원과 미래의 목적지를 추적하는 이전 작업에서 영감을 받아 이 연구에 착수하게 되었다고 밝히는 베일러-존스는 “대부분 재미있었지만, 그것은 또한 우주선이 달성한 속도(태양 기준 상대 속도로 약 15㎞/s)로 가까운 별에 도달하는 데 얼마나 걸릴까 인식하게 되는 것에 의미를 찾을 수 있다”고 지적하면서 이렇게 덧붙였다. “가장 가까운 별에 가는 데만도 수십만 년이나 수백만 년이 걸리기 때문에 인간의 한 생애 내에 이들 별을 탐사하기 위해서는 우주선 속도를 비약적으로 높이지 않으면 안된다는 사실을 확인할 수 있었다.” 이 연구는 IOP사이언스 저널에 4월 5일자로 발표되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

천문학자들이 역사상 우주 최대 영역을 포괄하는 이미지를 만들어내는 데 성공했다. 그 방법은 심우주를 찍은 약 7500개의 이미지를 모자이크처럼 짜깁기해 한 장의 사진에 담아낸 것으로, 시간에 따른 거의 모든 형태의 은하들을 포함하고 있어 가히 ‘우주의 역사책’이라 할 만한 것이라는 평가를 받고 있다. 허블 레거시 필드(Hubble Legacy Field·HLF)라고 불리는 이 모자이크는 아무것도 없는 듯 보이는 검은 하늘을 촬영해 우주 깊은 곳에 숨어 있는 수천, 수만 개의 은하를 찾아내 포함시켰다. 미 항공우주국(NASA)의 설명에 따르면, 모자이크는 우주의 가장 먼 전망을 제공하는 ‘허블 딥필드'(1995년)와 ‘허블 울트라 딥필드'(2002년), '익스트림 딥 필드'(XDF·2012년) 등 16년 간에 걸친 3차례의 ’딥 필드‘ 관측치를 결합한 것이다. “이전의 조사보다 영역이 더 넓어졌으므로 우리는 허블이 만든 가장 큰 데이터 세트에서 훨씬 더 먼 은하를 수확하고 있다”고 밝힌 연구팀 리더 샌타크루즈 캘리포니아 대학의 가스 일링워스는 “이 한 장의 이미지에는 우주에서 은하 성장의 완전한 역사를 '유아'에서부터 성숙한 ’성인‘으로 성장할 때까지 전 과정을 포함하고 있다”고 설명했다.이미지에는 26만 5000개의 은하가 포함되어 있으며 138억 년 우주의 역사 중 133억 년 이상을 담고 있다. 모자이크에 잡힌 은하계 중 일부는 빅뱅 이후 불과 5억 년, 우주가 아직 젊고 행성이 막 형성되기 시작한 무렵의 것으로, 우주의 팽창을 더 깊이 연구하는 데 도움을 줄 것으로 천문학자들은 믿고 있다. NASA의 성명서에 따르면, 새로운 모자이크는 이전의 심우주 이미지에서 볼 수 있는 은하 개수에 비해 약 30배에 달하는 은하들을 담고 있다. 모자이크에는 자외선에서 근적외선에 이르는 영역의 허블 이미지가 포함되어 있어 긴 시간의 흐름에 따른 다양한 은하 형태를 자세히 살펴볼 수 있다. 또한 여기에는 은하 충돌이나 합병의 잔재가 포함되어 있다. 이 정보는 시간이 지남에 따라 은하가 어떻게 변하는지, 또 어떻게 형태를 만들어가는지를 알 수 있는 실마리를 제공해준다.　​ 1990년 허블 우주 망원경이 발사되기 전에는 천문학자들이 관측할 수 있는 한도는 최대 70억 광년 떨어진 거리의 은하에 불과했다. 이는 138억 년 우주의 역사에서 약 절반에 해당하는 영역에 지나지 않는다. 천문학자들은 미래의 망원경이 취역할 때까지 이 새로운 우주의 초상을 뛰어넘는 이미지는 나오지 않을 것이으로 보고 있다. 차세대 망원경으로는 NASA의 광역적외선탐사망원경(WISE·Wide-Field Infrared Survey Explorer)과 제임스웹 우주망원경이 준비 중에 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

일본항공우주국(JAXA)의 소행성 탐사선 하야부사 2호가 지난달 일련의 난이도 높은 기동 끝에 소행성 류구에 터치다운, 토양 샘플을 채취하는 놀라운 과정을 비디오에 담는 데 성공했다. 소행성 류구의 토양 샘플 채취는 하야부사2의 가장 중요한 미션으로, 채취된 샘플은 지구로 운송될 예정이다. 소행성의 토양 채취 비디오를 보면, 먼저 탐사선이 류구의 표면으로 내려앉는 장면이 나오고, 지표에 터치다운하자마자 토양 채취를 한 후 주위에 파편들을 흩날리며 곧바로 탐사선은 상승하기 시작한다. 일련의 채취 과정에서 우주선이 총알 같은 샘플링 장치를 발사하는 것과 그것이 만든 파편들을 흡입하는 장면은 비디오에 나타나지 않는다.JAXA는 올해 초 소행성 류구의 구조와 암석 구성을 모방한 인공 소행성을 사용하여 지구상에서 이 과정을 수행한 바 있다. 그러나 심우주의 소행성에서 그 같은 과정이 그대로 재현될 것이라고는 누구도 장담할 수 없는 일이었다. JAXA는 소행성 샘플 채취 광경을 담은 카메라는 일반의 기부금으로 탑재된 것이라고 밝혔다. 우주 미션의 걸작이라 할 수 있는 소행성 샘플 채취를 성공적으로 마친 하야부사2는 지구로 귀환하기 전에 수행해야 할 작업이 몇 가지 남아 있다. 첫째 임무는 4월에 지름 10여㎝의 작은 충돌장치를 초속 2㎞의 속도로 소행성 표면에 쏘는 방법으로 인공 분화구를 만든 후 어떤 일들이 일어나는가를 관측하는 일이다. 그리고 초여름에 우주선은 이 새로운 분화구 내부에 두 번째로 터치다운하여 표면을 조사한 다음, 늦여름에 소행성 표면을 다시 한번 조사하기 위해 탑재된 로버를 마지막으로 배치할 예정이다. 이 모든 미션을 끝나면 하야부사2는 지구로의 귀환길에 오르는데, 1년 동안 우주공간을 날아 2020년 말쯤 지구로 진입하면서 암석이 담긴 캡슐만 지구(호주 우메라 시험장)에 떨어뜨리고 우주여행을 계속할 예정이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

정확히 1년 전인 지난해 2월 6일(현지시간), 민간우주기업 스페이스X와 전기자동차 회사 테슬라의 최고경영자(CEO) 일론 머스크가 자동차 한대를 시험 발사한 팰컨 헤비 로켓(Falcon Heavy)에 실어 우주로 보냈다. 바로 테슬라의 전기차 로드스터(Roadster)로, 운전석에는 우주복을 입은 마네킹 '스타맨'(Starman)이 앉았다.또한 조수석 앞 대시보드에는 더글러스 애덤스의 책 `은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 안내서' 첫 머리에 나오는 경고문 '당황하지 마라'(Do not Panic)라는 문구를 새긴 명판을 붙어있다. 마치 사람이 자동차를 타고 우주여행을 하는듯한 모습은 세계적인 관심을 모았고 테슬라 입장에서는 자사의 차를 홍보하는 톡톡한 재미도 누렸다. 그로부터 1년 후 로드스터를 타고있는 스타맨은 우주의 어디쯤을 '달리고' 있을까? 현재 로드스터의 정확한 위치는 ‘로드스터는 어디에 있나'(Where is Roadster)라는 위치 추적 사이트를 통해 확인할 수 있다. 엔지니어 출신인 벤 피어슨이 개설한 사이트를 보면 현재 로드스터는 화성 궤도를 훌쩍 넘어 태양을 중심으로 지구 반대편 쪽에 위치해있다. 지구로부터의 거리는 약 3억6400만㎞로, 8176㎞/h의 속도로 우리와 멀어지고 있다. 로드스터가 지상에서 3만6000마일의 보증수리가 가능하다는 점을 고려하면 이미 1만3000배를 넘어섰다.흥미로운 점은 로드스터가 영원히 화성 너머에 머무르는 것은 아니라는 사실이다. 로드스터는 태양 중심 궤도를 타원형으로 돌면서 태양과 지구에 가까워지기도 하고 멀어지기도 한다. 지구와 가장 가까워지는 때는 오는 2091년으로 이 시기 로드스터는 지구와 달 거리만큼이나 다가온다. 물론 오랜 여행 중인 로드스터와 스타맨을 다시 고향으로 데려올 지는 스페이스X의 몫이다. 로드스터를 우주로 떠나보내는데 성공한 팰컨 헤비는 민간 최초의 심우주 로켓으로 길이는 70m, 폭 12.2m에 달한다. 미 항공우주국(NASA)의 막강한 새턴 V 달 로켓 이래 최강의 것으로, 발사 추진력이 다른 발사체의 두배이며, 보잉 747의 18대를 합쳐놓은 수준이다. 지구 저궤도(600~800㎞)를 기준으로 최대 63.8t까지 운반할 수 있다.지난해 2월 6일 시험발사에 성공하면서 '화성을 정복'하겠다는 머스크 회장의 야심찬 계획은 본격적인 닻을 올렸다. 이는 팰컨 헤비가 사람과 화물을 지구에서 화성으로 이주시키는 이른바 화성 식민지 프로젝트의 핵심이기 때문으로, 스페이스X는 오는 2024년까지 이 로켓에 대형 유인 탐사선을 탑재해 화성에 인간을 착륙시킬 계획이다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

인류를 화성으로 보낼 역사상 가장 강력한 로켓 ‘우주발사시스템’(SLS·Space Launch System)의 핵심단계 3분의2를 차지하는 1단로켓 연료탱크를 미국항공우주국(NASA)이 마침내 테스트하기 시작했다.NASA에 따르면, 연료탱크는 14일(현지시간) 미 앨라배마주(州) 헌츠빌 마셜우주비행센터 시험대에 안착됐다. 테스트는 높이 65m 시험대에 장착된 유압실린더 수십개가 연료탱크를 밀고당겨 실제 발사·비행 중 받게 될 응력·하중을 똑같이 재현, 내구성을 확인하는 것이다. 지름 8.4m, 높이 60m가 넘는 거대한 원통 모양의 연료탱크는 테스트용으로, 구조적으로는 정식판과 똑같다. 연료탱크에는 - 252℃의 극저온 액체수소 약 200만 ℓ를 저장한다. 별도의 공간에는 액체산소를 저장한다. SLS 우주발사체가 이륙할 때 1단로켓에 장착하는 RS-25 엔진 4기에 연료를 공급하는 것이다. 거대한 1단로켓에는 고체 로켓부스터2기가 부착되는 데 NASA는 이를 이른바 ‘코어 스테이지’라는 핵심단계로 부른다. 덕분에 SLS는 발사될 때 추력(로켓을 밀어올리는 힘)을 약 4000t까지 낼 수 있다. 이는 인류를 달로 보낸 새턴5 로켓보다 15% 더 강력한 것이다. 또한 SLS는 달과 화성, 심우주 탐사 등 임무에 따라 몇 가지 버전이 존재한다. 이른바 블록1으로 불리는 첫 번째 SLS 모델은 달 궤도를 향해 26t 이상의 적재물을 보낼 수 있다. 그다음 블록1B 모델은 탐사윗단(EUS·Exploration Upper Stage)으로 불리는 부분을 더해 우주인 4명을 태울 수 있는 오리온우주선과 심우주거주지 모듈을 실어나른다. 마지막은 블록2 모델로 추력을 5400t까지 낼 수 있어 달과 화성은 물론 다른 심우주 목적지에 인류를 비롯한 물자를 실어나르는 일꾼이 될 것이다. 특히 블록2 모델은 심우주까지 45t 이상의 적재물을 보낼 수 있다.얼마 전 NASA는 케네디 우주센터에 있는 39B 발사대에 수백만 ℓ의 물을 쏟아붓는 순간을 담은 영상을 공개하기도 했다. 앞으로 89억 달러가 더 든다고 알려진 SLS 로켓의 첫 비행을 준비하는 NASA는 이 우주발사체의 발사 과정에 생기는 엄청난 열과 소음을 줄이기 위해 약 170만 ℓ의 물을 사용한다. 이는 SLS 로켓은 물론 오리온우주선, 이동식발사기(Mobile Launcher), 그리고 자체 발사대 등 모든 부분을 보호하기 위한 것이다. 이른바 ‘웻 플로우’(wet flow)로 불리는 이 테스트에서는 엄청난 양의 물이 2분도 안 되는 시간에 거대 간헐천처럼 공중으로 약 30m까지 치솟았지만, 모든 부품이 제자리에 설치되면 그 모습은 다소 다를 것이다. 이같은 테스트는 SLS가 ‘탐사임무-1’(EM-1·Exploration Mission-1)과 미래 임무들을 안전하게 수행하는데 꼭 필요한 준비 사항이다.EM-1은 우주비행사를 태우는 향후 임무에 앞서 중요 시스템을 테스트하기 위한 무인 임무로 올해 말이나 내년 초에 시행될 예정이다. 이에 대해 NASA 워싱턴 본부의 EM-1 관리자 마이크 사라핀은 “이 임무는 지금까지 하지 않은 일을 실제로 함으로써 알려지지 않은 것을 배울 수 있을 것”이라면서 “유인 우주비행을 위한 새로운 길을 열 것”이라고 말했다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

“가슴 속에 하나둘 새겨지는 별을/이제 다 못 헤는 것은…별 하나에 추억과/별 하나에 사랑과/별 하나에 쓸쓸함과/별 하나에 동경과/별 하나에 시와…”(윤동주 ‘별 헤는 밤’ 중에서) 네덜란드 출신의 화가 빈센트 반 고흐는 “별을 보는 것은 언제나 나를 꿈꾸게 한다”며 ‘별이 빛나는 밤’과 ‘론강 위로 별이 빛나는 밤’이라는 명작을 남겼다. 청명한 밤하늘에 반짝이는 별, 하얀 꽃잎을 흩뿌려 놓은 듯 그사이를 가로지르는 은하수, 그리고 별똥별을 보고 있노라면 아무리 무감각한 사람일지라도 ‘아’ 하는 탄성이 절로 나오는 것을 막을 수는 없을 것이다. 세 번의 슈퍼문, 8차례의 유성우 현상에 수성의 태양면 통과, 개기월식, 금환일식 등 자연의 경이로움을 드러내는 우주 이벤트들이 올해 우리 머리 위에서 숨 가쁘게 이어질 것으로 보인다. ●아폴로 11호 달 착륙 50년… 심우주 관측 박차 올해는 더군다나 1969년 7월 20일 아폴로 11호가 인류 최초로 달에 발을 내디딘 지 50년이 되는 해이자, 1919년 5월 29일 영국의 천문학자 아서 에딩턴 경이 아인슈타인의 일반상대성이론을 입증한 일식 관측을 한 지 100년이 되는 해이다. 이 때문에 세계 각국은 달 탐사를 비롯해 심우주 관측을 위해 경쟁적으로 나서고 있다. 지난 1일 미국 심우주탐사선 ‘뉴허라이즌스호’는 태양계 최외곽에 해당하는 카이퍼 벨트에 있는 소행성 ‘울티마 툴레’와 조우하면서 2019년을 열었다. 3일에는 중국 달 탐사선 ‘창어4호’가 인류 최초로 달 뒷면에 착륙하면서 올해 다양한 천문 우주쇼가 벌어질 것을 일찌감치 예고하기도 했다.●21일 개기월식… 가장 큰 달은 2월 19일 우선 오는 21일 개기월식과 함께 슈퍼문 현상이 나타날 예정이다. 슈퍼문은 달이 지구와 가장 가까워지는 시기와 보름달이 뜨는 시기가 겹쳐 평소보다 보름달이 더 크게 보이는 현상을 말한다. 달은 지구를 원형이 아닌 타원형으로 공전하고 있기 때문에 달과 지구의 거리가 가깝고 보름달이 뜨는 시기는 자주 겹쳐지지 않는데 올해는 1월에 이어 2월 19일, 3월 21일에도 슈퍼문 현상이 있을 예정이다. 올해 가장 큰 달을 볼 수 있는 때는 두 번째 슈퍼문이 나타나는 2월 19일이다. 특히 착시현상으로 인해 달이 하늘 한가운데 떠 있을 때보다 지평선에 걸려 있을 때 더 크게 보인다.●별자리 가로지르는 8차례 유성우 세례 유성우는 아마 가장 화려한 천문 이벤트가 될 것이다. 유성우는 지구가 공전을 하면서 혜성이나 소행성이 지나간 지점을 통과할 때 그 잔해들이 지구인력에 빨려 들어와 대기권에서 타면서 비처럼 내리는 현상을 말한다. 4월 22일쯤 거문고자리 유성우를 시작으로 5월 6일 물병자리 에타유성우, 7월 28일 물병자리 유성우, 8월 13일 페르세우스자리 유성우를 비롯해 크리스마스이브 무렵 작은곰자리 유성우까지 밤하늘을 가로지르는 우주쇼를 모두 8차례 볼 수 있다. 한편 2월 1일에는 미국 민간우주기업 스페이스X가 미국항공우주국(NASA)과 함께 개발 중인 유인우주선 ‘드래곤’을 시험발사한다. 같은 날 인도는 궤도선과 착륙선, 탐사로봇을 탑재한 두 번째 달 탐사선 ‘찬드라얀2’를 발사하게 된다. 우주개발 분야에서는 후발국가인 이스라엘은 보름 뒤인 2월 15일 스페이스X의 팰컨9 로켓에 달 착륙선을 실어 발사할 계획이다. 3월 1일에는 미국 보잉사가 유인 우주선 ‘스타라이너’의 무인 시험발사가 예정돼 있다. 오는 10월 15일 유럽 우주기구(ESA)와 스위스 연방우주국은 태양계 바깥에 있는 지구형 행성들을 찾기 위한 우주망원경을 실은 ‘칩스’(CHEOPS) 우주선을 발사할 계획이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr