블랙홀은 이름 그대로 빛조차 흡수하는 검은 구멍이다. 따라서 블랙홀이 단독으로 존재하는 경우 우리는 그 존재를 알아내기 어렵다. 그런데 우주에 존재하는 거대질량 블랙홀의 경우 역설적이지만 우주에서 가장 밝은 천체 가운데 하나다. 거대한 중력으로 주변에서 물질을 흡수하면서 에너지를 내놓기 때문이다. 블랙홀로 흡수되는 물질은 강착원반이라는 거대한 고리를 형성하며 블랙홀로 다가간다. 그런데 블랙홀의 크기에 비해서 들어가는 물질이 너무 많으면 모든 물질이 흡수되지 못하고 상당 부분이 제트의 형태로 분출된다. 따라서 블랙홀이 내놓는 물질과 에너지는 흡수되는 물질의 양과 비례한다. 과학자들은 초고온의 강착원반과 제트를 관측해 블랙홀의 활동성을 파악하고 존재를 증명해왔다. 은하 중심 블랙홀은 태양의 수십만 배에서 수십억 배의 질량을 가지고 있어 강력한 중력으로 많은 물질을 흡수하면서 큰 에너지를 방출한다. 특히 막대한 에너지를 방출하는 경우 이를 활동성 은하핵(Active Galactic Nuclei·AGN)이라고 부른다. 흥미로운 사실은 변광성처럼 밝기가 변하는 활동성 은하핵이 있다는 것이다. 이는 어떤 이유에서인지 블랙홀로 흡수되는 물질이 갑자기 줄어들었다가 많아진 것이다. 마치 굶주렸던 사람이 폭식하는 것과 비슷한 상황이다. 과학자들은 미국항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 위성을 비롯한 다수의 관측 장비를 이용해서 활동성 은하핵 가운데 하나인 ‘마카리안 1018’(Markarian 1018)을 관측했다. 이 블랙홀은 천문학적인 관점에서 매우 짧은 시간인 5년 정도에 갑자기 밝아졌다 극도로 어두워졌다. 1980년대 이 사건이 있었을 때는 관측 장비가 부족했지만, 2010년에서 2016년 사이에는 찬드라 X선 위성은 물론 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT) 등 다양한 관측 장비들이 마카리안 1018을 정밀 관측할 수 있었다. 관측 결과 이 블랙홀이 갑자기 굶주렸다 폭식한 이유가 근방을 지나던 별을 흡수한 것 때문은 아니라는 사실이 밝혀졌다. 동시에 암흑 성운에 의해 가려서 생긴 현상도 아니었다. 관측 데이터가 지지한 가설은 두 개의 거대 블랙홀이 있어 서로 물질 흡수를 방해했다는 것이다. 은하 간의 충돌과 합체의 과정에서 은하 중심 블랙홀이 두 개가 되는 일이 있는데, 이 경우 은하 중심 물질의 흐름은 두 개의 블랙홀에 의해서 영향을 받게 된다. 그 결과, 물질이 지속적해서 흡수되지 못하고 중간중간 방해를 받게 된다. 과학자들은 이번 관측을 통해서 은하 합체 시 발생하는 은하 중심 블랙홀 간의 상호작용을 더 자세히 규명할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 굶주렸다가 폭식하는 일은 건강에 좋지 않지만, 블랙홀의 경우에는 감춰진 진실을 알아내는 중요한 단서가 될 수 있다. 사진=마카리안 1018의 X선과 광학망원경 영상(NASA/ESO) 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

지난 25일(현지시간) 미국 하와이에 위치한 천체망원경이 지구를 향해 날아오는 소행성을 감지했다. 곧 이 데이터는 미 항공우주국(NASA)이 개발한 새 프로그램에 전달됐고 10분이 채 안돼 이 소행성의 예상 궤적과 지구에 미칠 영향이 계산됐다. 지난 30일(현지시간) 미국 공영방송 NPR은 NASA가 지구를 위협하는 소행성을 탐지하는 침입경보시스템(Intruder Alert)을 테스트하고 있다고 보도했다. NASA의 제트추진연구소가 추진하고 있는 이 시스템의 이름은 스카우트(Scout). 지구를 위협할 가능성이 있는 소행성 등 천체를 발견해 이를 추적 관찰하고 재빨리 충돌 위험성을 계산해 내는 기능을 갖고 있다. 그 첫 번째 테스트 사례가 이번에 지구를 스쳐간 소행성 '2016 UR36'이다. 현재까지 NASA가 파악한 지구로 다가오는 천체(NEOs·Near-Earth Objects)는 약 1만 5000개. 이중 NASA는 90% 정도 파악하고 있다고 밝히지만 여전히 지구는 수많은 이름모를 천체에 노출돼 있는 형편이다. NASA 산하 지구접근물체연구센터(CNEOS)의 폴 조다스 박사는 "NASA의 관측 시스템에 매일 밤 5개의 천체가 새로 포착되고 있다"면서 "그중 대부분은 매우 작거나 지구와 멀찌감치 떨어져 지나가지만 지름 150m 이상의 위험한 것도 있다"고 설명했다. 이어 "이들 천체는 지구에 근접하기 며칠 전 발견되거나 심지어 발견 직후 지나가는 경우도 있다"면서 "스카우트는 천체의 발견부터 충돌 예측까지의 과정을 확실하고 빠르게 계산해 경보를 울리는 것이 목적"이라고 덧붙였다. 조다스 박사의 말처럼 실제로 지난 2008년 아프리카 수단에 떨어진 '2008 TC3'은 지구에 근접하기 19시간 전 관측됐으며 예상 충돌지점은 12시간 전 계산됐다. 이에 반해 지난 2013년 러시아 첼랴빈스크에 떨어진 20m 크기의 소행성은 사전에 누구도 알지 못했다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

5. 우주는 어떻게 끝날까? 많은 이론 물리학자들은 우주가 언젠가 종말에 이를 것이며, 그 과정은 이미 시작되었다고 믿고 있다. 우주가 어떻게 끝날 것인지는 확실히 알 수 없지만, 대략 다음과 같은 3개의 시나리오를 뽑아놓고 있다. 이른바 대함몰(big crunch), 대파열(big rip), 대동결(big freeze) 시나리오다. 그들의 주장에 따르면, 우주는 결국 스스로 붕괴를 일으켜 완전히 소멸하거나, 우주 팽창 속도가 가속됨에 따라 결국엔 은하를 비롯한 천체들과 원자, 아원자 입자 등 모든 물질이 찢겨져 종말을 맞을 것이라 한다. '대파열' 시나리오에 따르면, 강력해진 암흑 에너지가 우주의 구조를 뒤틀어 처음에는 은하들을 갈가리 찢고, 블랙홀과 행성, 별들을 차례로 찢을 것이다. 이러한 대파열은 우주를 팽창시키는 힘이 은하를 결속시키는 중력보다 더 세질 때 일어나는 파국이다. 그 결과 우주는 무엇에도 결합되지 않은 입자들만 캄캄한 우주 공간을 떠도는 적막한 무덤이 될 것이라고 과학자들은 말한다. 또 다른 종말 시나리오는 '대함몰'이다. 이것은 우주가 팽창을 계속하다가 점점 힘이 부쳐 속도가 떨어지면, 어느 순간 팽창하는 힘보다 중력의 힘 쪽으로 무게의 추가 기울어져 우주는 수축으로 되돌아서게 된다. 수축 속도는 시간이 지남에 따라 점점 더 빨라져 은하와 별, 블랙홀들이 충돌하고 마침내 빅뱅의 한 점이었던 태초의 우주로 대함몰하게 된다. 마지막 시나리오는 '열사망'으로도 불리는 '대동결'이다. 이것이 현대 물리학적 지식으로 볼 때 가장 가능성 높은 우주 임종의 모습이다. 대동결설에 따르면, 우주 팽창에 따라 물질이 서서히 복사하여 소멸의 길을 걷게 되는데, 별들은 차츰 빛을 잃어 희미하게 깜빡이다가 하나둘씩 스러지고, 약 1조 년 후면 블랙홀과 은하 등 우주의 모든 물질이 사라지게 된다. 심지어 원자까지도 붕괴를 피할 길이 없다. 그러면 어떠한 에너지도 운동도 존재하지 않게 되어 우주는 하나의 완벽한 무덤이 된다. 이것을 '열사망'이라 한다. 4. 우리가 사는 우주 너머 다른 우주가 있나? 우리가 사는 우주가 수많은 우주 중에서 하나일 뿐일지도 모른다는 가설이 바로 다중 우주론이다. 다중 우주론은 지금 이 순간에도 우주는 빅뱅 이후에 시작된 ‘영구적인 인플레이션(Eternal Inflation)’ 과정에 있다고 본다. 다중 우주론을 배태시킨 인플레이션 우주론은 우주가 밀도가 무한한 한 공간에서 시작됐으며, 초창기에 우주가 기하급수적으로 팽창하는 시기가 있었다고 설명하는 인플레이션 이론을 바탕으로 한다. 이 인플레이션 과정에서 우주 안팎에 각각 다른 물리법칙들이 지배하는 새끼 우주들이 계속 생겨났다는 것이다. 다중우주론자들은 우주의 지평선 너머에 우리 우주와는 또 다른 우주가 밤하늘 별처럼 셀 수 없을 정도로 존재한다는 가설을 내놓고 있다. 그들은 우리 우주도 하나의 거품 형태로 존재한다고 보며, 그런 거품이 수도 없이 많다는 것이다. 그리고 각각의 우주는 따로 분리되어 있기는 하지만 물리법칙은 엇비슷하다고 가정한다. 이 같은 다중우주론은 그동안 수많은 논란을 불러일으켰으며, 아직까지 순전한 가설의 영역을 벗어나지 못하고 있다. 이것을 부정적인 시각으로 보는 사람들은 대부분 우리 우주에 어떤 영향도 주지 않으며, 어떠한 소통과 관측도 불가능한 이상, ‘관측할 수 없는 것이 존재하고 있다’는 것은 합당하지 않다고 주장한다. 다중우주론자들은 우주배경복사에서 우주 충돌의 단서를 열심히 찾고 있고, 또한 찾았다고 주장하지만, 증명까지 성공한 것은 아니다. 다중우주론이 신의 존재 증명처럼 영원히 증명할 수 없는 가설로 끝날지, 아니면 어떤 단서가 밝혀질지 현재로선 아무도 장담할 수 없다. 3. 내가 블랙홀 안으로 떨어지면 어떻게 될까? ​​ 블랙홀이란 엄청난 중력으로 주위의 모든 물질을 집어삼키며, 일단 여기에 한번 끌려들면 빛조차도 탈출할 수 없다는 무시무시한 존재다. 우주 속의 다양한 천체들 중에서 블랙홀만큼 흥미로운 대상도 없을 것이다. 얼마 전 블랙홀의 충돌로 빚어진 중력파를 역사상 최초로 검출하는 데 성공함으로써 블랙홀은 다시 한번 지구 행성인들에게 주목받는 존재가 되었다. 블랙홀에 관해서 사람들이 공통적으로 가장 궁금하게 여기는 점은 만약 내가 블랙홀 안으로 떨어진다면 어떻게 될까 하는 것이다. 무시무시한 상상이긴 하지만, 이 문제는 변함없이 사람들의 가장 큰 관심사다. 먼저 당신의 발이 블랙홀로 접근한다고 상상해보자. 그러면 블랙홀의 가공스러운 중력이 머리보다는 발 쪽에 더 강하게 작용할 것이다. 발끝과 머리에 가해지는 조석력의 차이는 이윽고 지구의 총중력과 동일하게 된다. 이 상황은 마치 두 대의 크레인이 당신의 머리와 발을 잡고 힘껏 끌어당기는 형국이나 비슷하다. 블랙홀 안으로 떨어진 당신은 블랙홀 중심에 이르기 전에 국수가락처럼 한정없이 늘어지다가 마침내는 낱낱의 원자 단위로 분해되고 말 것이다. 이것이 바로 블랙홀의 '스파게티화(spaghettification)'라고 불리는 현상이다. 일단 블랙홀 안으로 떨어지면 외롭겠지만, 당신은 스파게티가 되어 한정없이 블랙홀의 중심, 특이점으로 떨어져내릴 것이다. 그것을 멈출 수 있는 존재는 우주 안 어디에도 없다. 하지만 당신이 블랙홀 안에서 낱낱이 분해되기까지 걸리는 시간이 겨우 10분의 1초밖에 안된다는 사실이 조금은 위안이 될 수 있을지도 모른다. 2. 빅뱅은 왜 일어났는가? 빅뱅은 왜 일어났는가? 빅뱅 이전에는 무엇이 있었나? ​위의 두 질문보다 과학자들을 골치 아프게 하는 것도 없을 것이다. 첫째 질문에 대한 과학자들의 모범 답안은 이렇다. "과학은 '왜'라는 물음에 답하는 것이 아니라, '어떻게'라는 물음에 답하는 학문이다." ​요컨대 빅뱅이 왜 일어났는가에 대한 답을 추구하는 게 아니라, 어떻게 일어났는가를 연구하는 것이 과학이라는 주장이다. 일견 맞는 말인 듯하지만, 그래도 어쩐지 개운치는 않다. ​두번째 질문에 대한 모범 답안은 "빅뱅과 함께 시간과 공간이 창조되었으므로, 그 전이란 말은 의미가 없는 것이다. 그것은 마치 북극점에 서서 북쪽이 어디인가를 묻는 것과 같다." 이 답안은 상상은 잘 안 되지만, 반론을 펴기도 만만찮은 게 사실이다. ​어쨌든 빅뱅이 왜 일어났는가 하는 질문에 대해 보다 진전된 답안을 작성해본다면 다음과 같다. ​우주는 에너지가 무한대의 밀도로 응축된 초고온의 ​극미점(極微點), 곧 특이점에서 시작되었다. 그 특이점 역시 '무(無)'에서 나타났다고 과학자들은 말한다. 그러니까 우주가 무에서 생겨났다는 것이다. ​그런데 극미의 세계를 지배하는 법칙은 양자론인데, 양자론에서 볼 때 '무'의 상태란 있을 수가 없다. 아무리 빈 공간이라 하더라도 거기에는 불확정성 원리에 따른 양자 요동, 곧 가상입자들이 끊임없이 쌍생성과 쌍소멸을 하는 들끓는 곳이다. 실제로 진공 속에 금속판 2장의 마주 보게 두면 진공 에너지를 검출할 수 있다. 이것이 카시미르 효과라는 현상이다. ​또 극미 세계에서는 매우 짧은 시간에 입자가 확률적으로 에너지 벽을 뚫을 수 있는데 이를 터널 효과라 한다. 호킹에 의하면, 유한한 우주가 시간도 공간도, 에너지도 0인 '무'의 상태에서 이 터널 효과로 에너지의 벽을 뚫고서 돌연 태어났다고 한다. 따라서 빅뱅은 왜 일어났는가 하는 질문에 대해 현시점까지 작성된 모범 답안은 이렇다. ​"빅뱅은 무에서 양자 요동과 터널 효과에 의해 돌연 일어났다. 빅뱅은 모든 것의 기원이므로 그 이전의 과거 따위는 없다. 즉 우주가 시작된 방법을 파악할 '원인'이란 건 존재하지 않는다." ​ 1. 우주는 끝이 있을까? 사람들이 우주에 대해 가장 궁금해하는 것이 우주는 과연 끝이 있을까 하는 점이다. 이것은 인류의 두뇌를 아주 오랫동안 괴롭혀온 질문이다. 무릇 끝이란 말은 시작이 있다는 뜻이며, 그 끝에서 또 다른 무엇이 시작된다는 의미를 내포하고 있다. 현실 세계에 존재하는, 그리고 우리가 체험하는 모든 사물에는 시작과 끝이 있다. 즉 유한하다는 말이다. 무한이란 상상 속에 존재하는 관념일 뿐이다. 일찍이 아리스토텔레스는 무한이 실재하지 않은 것임을 이렇게 명쾌히 증명했다. -무한이라 해도 결국 유한한 것들의 집합일 뿐이다. 그런데 유한한 것들은 아무리 모아봐야 유한하다. 고로 무한이란 존재하지 않는다. 그렇다면 우주란 과연 어떤가? 우주는 유한하지 않고 끝이 있을까? 우선 우리의 경험칙으로 볼 때, 우주에 끝이 있다는 것도 모순이요, 끝이 없다는 것도 모순으로 보인다. 또한 끝이 없다는 상태는 상상하기 어렵다. 끝이 있다면 또 그 바깥은 무엇이란 말인가? 이 우주라는 시공간이 시작된 것이 약 138억 년 전이라는 계산서는 이미 나와 있다. 138억 년 전 ‘원시의 알’이 대폭발을 일으켰고, 그것이 팽창을 거듭하여 오늘에 이르고 있다는 이른바 빅뱅 우주론이다. 여기에 딴죽을 거는 과학자들은 거의 없다. 우주의 나이가 138억 년이지만, 초창기에는 빛보다 더욱 빠른 속도로 공간이 팽창했기 때문에 지금 우주의 지름은 약 940억 광년에 이른다. 여기서 당연히 이런 의문이 고개를 들 것이다. 그렇다면 우주도 유한하다는 얘기네. 그렇다. 현대천문학은 우주의 구조에 대해 이렇게 말한다. 우주는 유한하지만, 그 끝은 없다. 이게 무슨 뜻인가? 우주의 지름이 940억 광년으로 유한하지만, 그 경계는 딱히 없다는 뜻이다. 곧, 아무리 가더라도 그 끝에 닿을 수가 없다. 왜? 우주는 거대한 스케일로 휘어져 있어 가장자리란 게 존재하지 않으니까. 이런 얘기를 들으면, 누구나 ‘어찌 그럴 수가?’ 하는 의문을 갖지 않을 수 없다. 현대 우주론자들은 다음과 같이 답한다. 우주는 3차원 공간에 시간 1차원이 더해진 4차원의 시공간으로 휘어져 있어 중심도 경계도 없다. 2차원 구면이 중심이나 경계가 없는 것과 같은 이치다. 뫼비우스 띠만 해도 그렇다. ​종이 띠를 한 바퀴 비튼 후 이어붙이면 뫼비우스의 띠가 된다. 개미가 뫼비우스의 띠를 따라 표면을 이동하면 경계를 넘지 않고도 반대면에 이를 수 있다. 우주는 3차원의 뫼비우스 띠 같은 구조라는 것이다. 이처럼 우주의 시공간은 휘어져 있기 때문에 무한 사정거리의 총을 발사하면 그 총알은 우주를 한 바퀴 돌아 쏜 사람의 뒤통수를 때린다는 것이다. 그 사람이 그때까지 살아 있기만 한다면 말이다. 우주 공간이 평탄하게 보이는 것은 3차원의 존재인 우리가 휘어져 있는 4차원 시공간을 감득치 못해서 그렇다는 얘기다. 이처럼 우주는 중심도 가장자리도 없는 4차원 시공간이다. 내가 있는 이 공간이 우주의 중심이래도 틀린 말은 아닌 셈이다. 공간 속의 모든 지점은 동등하다. 신 앞에 모든 것은 공평하다고 하는 것이 바로 이를 두고 한 말인지도 모른다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

"미래의 지구 식민지 후보가 된 화성은 잘 알려져 있지 않지만 초미니 달을 2개나 가지고 있다. 울퉁불퉁 감자모양을 닮은 지름 27km의 포보스(Phobos)와 지름 16km의 데이모스(Deimos)가 그 주인공이다. 최근 미국 로렌스리버모어국립연구소(LLNL)는 과거 포보스가 작은 천체와의 충돌로 지금같은 데스스타(Death Star·죽음의 별)가 됐다는 연구결과를 발표했다. 영화 ‘스타워즈’ 속 제국군의 우주 요새인 데스스타는 한쪽이 움푹 들어간 모양을 한 것이 특징이다. 마치 누군가에게 얻어맞은듯 수많은 크레이터로 가득찬 포보스 역시 8km가 넘는 거대한 크레이터가 있어 이같은 별칭이 붙어있다. 　 과학자들이 의문을 갖게된 것은 이 정도 크레이터가 생길 정도면 작은 포보스가 조각조각으로 사라졌을 가능성이 높다는 점이다. 이번에 LLNL 측은 3D 시뮬레이션을 통해 포보스가 현재의 모습으로 살아남을 천체 충돌 조건을 계산해냈다. 그 결과 지름 250m의 소행성 혹은 혜성이 초속 6.4km로 날아와 현재의 거대 크레이터 부근과 충돌한 것으로 확인됐다. 연구를 이끈 메간 브룩 박사는 "이번 연구는 포보스의 과거를 밝히는 것이 주목적이 아닌 지구의 안전을 위한 것"이라면서 "지구와 충돌 위험이 있는 천체가 발견될 시 이를 파괴하기 위해서 어떤 조건이 필요한 지 예측할 수 있다"고 설명했다 한편 지난 1877년 미국 천문학자 아사프 홀에 의해 발견된 포보스는 생김새와 크기 모두 볼품없지만 풀리지 않는 미스터리를 갖고있는 위성이다. 포보스는 화성 표면에서 불과 6000km 떨어진 곳을 돌고 있는데 이는 태양계의 행성 중 위성과 거리가 가장 가깝다. 지구와 달의 거리가 평균 38만 ㎞에 달하는 것과 비교해보면 얼마나 가까운 지 알 수 있는 대목. 더욱 특이한 것은 포보스가 원래는 소행성일 가능성이 높다는 점이다. 최초 태양계를 떠돌던 소행성이 화성의 중력에 포획돼 달이 됐다는 가설이다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우리가 사는 태양계에는 의외로 많은 천체가 바다를 품고 있을지도 모르겠다. 최근 벨기에 왕립천문대 연구팀은 토성의 달인 디오네(Dione) 표면 아래에 거대한 바다가 숨겨져 있을 가능성이 높다는 연구결과를 발표했다. 이번 연구는 유로파, 명왕성의 바다 존재 가능성에 이어 나온 것이라 주목할 만 하다. 지난달 26일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 목성의 위성 유로파에서 수증기 발산 흔적이 발견됐다면서 바다 존재 가능성에 무게를 실었다. 또한 최근 미국 브라운 대학 연구팀은 뉴호라이즌스호의 데이터를 기반으로 분석한 결과 명왕성의 얼음 지각 아래 염도가 높은 바다가 존재할 가능성을 언급한 바 있다. 현재까지 전문가들의 연구를 종합하면 태양계 내 천체 중 바다가 존재할 가능성이 가장 높은 곳은 유로파이며 토성 위성 ‘엔셀라두스’와 ‘타이탄' 또한 디오네도 유력 후보에 올라있다. 　　 디오네는 1684년 천문학자 지오바니 카시니가 발견한 것으로, 지름 1120㎞, 공전주기는 2.7일이며 토성의 강력한 자기권 안에 있다. 특히 디오네는 우리의 달처럼 수많은 크레이터의 천국인데 이는 소행성 등의 천체 충돌과 과거 얼음 화산의 활동 때문인 것으로 추측된다. 또하나 흥미로운 점은 디오네가 하얗게 빛나는 '속사정'이다. 디오네는 바로 옆에 또 다른 위성 엔셀라두스를 이웃으로 두고있다. 지름이 약 500km에 불과한 엔셀라두스는 수증기와 얼음의 간헐천이 뿜어져 나오는 것이 특징이다. 이 간헐천은 최대 수백km에 달하는 거대한 장관을 연출할 뿐 아니라 그 결과물인 얼음이 위성의 표면을 눈송이처럼 하얗게 만든다. 수증기가 순식간에 얼어서 미세 얼음 입자가 되기 때문이다. 바로 이 미세입자가 이웃한 디오네의 표면을 덮어 ‘상처’ 난 곳에 연고를 바르듯 표면을 밝게 만든 것이다. 이번에 벨기에 연구팀이 디오네에 바다가 존재할 가능성을 제기한 것은 토성 탐사선 카시니호의 데이터를 분석한 결과다. 카시니호가 디오네에 근접비행하며 얻은 전파신호로 중력 분포를 조사한 결과 엔셀라두스와 같은 중력파동이 확인됐기 때문. 연구를 이끈 미카엘 뷰스 박사는 "엔셀라두스 보다 작고 희미하지만 디오네에서도 유사한 중력파동이 확인됐다"면서 "실제 표면 아래에 바다가 존재한다면 약 100km에 달할 것"이라고 주장했다. 　 그러나 이들 많은 천체에 실제로 바다가 존재하는지 검증하기 위해서는 한 마디로 ‘뚜껑’을 열어봐야 안다. 결과적으로 천문학적인 돈이 들어간다는 이야기지만 NASA는 오는 2020년대 중반까지 유로파의 얼음 지각을 뚫고 그 아래 잠수정이나 로봇을 내려보내는 계획도 세우고 있다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

인류의 원대한 꿈을 싣고 머나먼 우주로 떠났던 최초의 혜성탐사선 로제타호가 그 임무를 다하고 오늘 역사 속으로 사라진다. 30일(현지시간) 유럽우주국(ESA)은 로제타호가 19km 거리의 하강기동을 시작해 한국시간으로 오늘 오후 7시 40분 쯤 혜성 ‘67P/추류모프-게라시멘코’(이하 67P)와 충돌한다고 밝혔다. '장엄한 피날레'로 묘사된 인류 최초의 혜성탐사선 로제타호의 모험은 이렇게 12년 간의 임무를 모두 마치고 오늘 종료된다. 　 　 　 - 역사적인 로제타 프로젝트의 시작　 인류에게 혜성만큼이나 두려움과 경이의 대상이 된 천체는 없었다. 이중에서 가장 널리 알려진 혜성은 바로 핼리혜성이다. 로제타 프로젝트의 뿌리는 지난 1986년 76년 만에 찾아온 핼리 혜성에 두고 있다. 이후 전문가들은 혜성을 망원경으로 관측하는 것을 넘어 직접 ‘뚜껑’을 열어볼 마음을 품기 시작했다. 과학자들이 혜성에 관심을 두게 된 것은 혜성이 태양계 생성 당시의 물질로 만들어진 일종의 '타임캡슐'이기 때문이다. 이에 ESA 측은 미 항공우주국(NASA)과 손잡고 혜성 탐사 프로젝트를 시작했으나 NASA의 예산 삭감으로 위기에 빠졌다가 일부 계획을 수정해 시작한 것이 바로 현재의 로제타 프로젝트다. 나폴레옹이 이집트 원정에서 발견한 로제타석의 이름에서 따온 로제타호는 이같은 우여곡절 끝에 지난 2004년 3월 인류의 원대한 꿈을 품고 발사됐다. - 10년을 날아 65억 ㎞ 떨어진 혜성에 도착하다 거침없이 순항한 로제타호는 무려 65억 ㎞의 대장정 끝에 10년 만인 지난 2014년 8월 시속 6만 6000㎞로 움직이는 혜성 67P 궤도에 무사히 도착했다. 그리고 3달 후인 11월 로제타호에 실린 탐사로봇 '필레'가 무한도전에 나섰다. 세탁기만한 크기의 탐사로봇 필레는 모선 로제타에서 분리돼 사상 처음으로 혜성 표면에 내려 앉는데 성공했다. 로제타호가 혜성과 같은 속도로 이동하면서 무게 100kg의 필레를 23km 상공에서 혜성 표면에 착륙시킨 것이다. 그러나 지구 중력의 10만 분의 1 수준인 혜성 표면에 필레가 착륙하는 것은 결코 쉽지 않았다. 이에 필레는 작살을 발사해 혜성 표면에 들러 붙는데는 성공했으나 햇볕이 잘드는 목표지가 아닌 그늘에 불시착했다. 문제는 필레에 탑재된 자체 배터리 지속시간이 64시간에 불과하다는 점이었다. 이에 필레는 태양빛을 조금이라도 더 받기위해 몸체를 35도 회전시키며 기를 썼지만 결국 배터리 방전으로 휴면상태에 들어갔으며 결국 지난 7월 ESA 측은 필레와의 통신망을 완전히 단절하며 영원한 작별을 고했다. - 로제타호와 필레가 남긴 것 혜성 궤도 진입에 성공한 것 자체가 2014년 과학계의 가장 획기적인 성과로 꼽힐 만큼 로제타호와 필레는 혜성에 관한 인류의 궁금증을 많이 풀어냈다. 혜성의 고해상도 표면 사진을 전송해 지리적 특성을 연구하는데 큰 도움을 준 것은 물론 대기에서 탄소 성분이 함유된 유기 분자와 코마(핵을 둘러싼 먼지와 가스)에서 산소분자가 다량으로 포함돼 있다는 사실을 밝혀냈다. 또 필레의 드릴 작업을 통해 혜성 표면 아래는 딱딱한 얼음으로 덮여있다는 것도 알아냈다. 이후에도 과학자들은 로제타호와 필레가 보내온 데이터를 연구해 추가적인 논문을 발표할 예정이다. - 굿바이! 로제타호 이날 저녁 로제타호는 사람 걸음 수준으로 서서히 혜성 표면으로 하강하며 죽을 때(충돌)까지 임무를 수행한다. 혜성 표면의 최근접 데이터를 마지막까지 수집해 지구로 전송하는 것이 최후의 미션인 것이다. ESA가 굳이 로제타호에 '자폭 명령'을 내리는 것은 혜성 67P가 태양에서 먼 목성 궤도로 이동하기 때문이다. 이 위치로 가게되면 로제타호의 태양전지 패널이 충분히 에너지를 받지 못해 어차피 임무가 종료된다. 이미 임무를 초과 달성해 놀랄만한 수준의 데이터를 보내온 로제타호는 이렇게 '친구'가 누워있는 필레 옆에서 영면에 든다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

작년 명왕성에 접근한 뉴호라이즌스호 덕분에 과학자들은 명왕성에 대해서 매우 상세한 자료를 수집할 수 있었다. 덕분에 명왕성에 대한 많은 비밀이 풀렸지만, 동시에 많은 의문점도 생겨났다. 그 의문 가운데 하나는 하트 모양의 거대한 지형인 스푸트니크 평원(Sputnik Planum)이다. 너비 900km에 달하는 이 평원 지형에는 충돌 분화구가 별로 없어 새롭게 생겨난 지형임을 보여주고 있다. 그런데 이렇게 거대한 지형이 어떻게 명왕성같이 작은 천체에서 새로 생겨날 수 있을까? 이를 설명하는 가설 가운데 하나는 과거 지름 200km에 달하는 소행성이 충돌한 흔적이라는 것이다. 하지만 이로 인해 거대한 크레이터가 생기는 대신 오히려 다른 천체에서는 보기 어려운 독특한 지형이 형성된 이유는 여전히 미스터리로 남아 있다. 브라운 대학의 지질학자 브랜던 존슨(Brandon Johnson)이 이끄는 연구팀은 뉴호라이즌스호의 데이터를 기반으로 다양한 시뮬레이션을 시행해서 어떤 조건에서 이런 지형이 생겨날 수 있는지를 검증했다. 이들이 세운 가설은 명왕성의 얼음 지각 아래 염도가 높은 액체 상태의 물이 존재한다는 것이다. 연구팀은 0~200km 두께의 물이 존재하는 다양한 모델을 시도했다. 그 결과 현재 이 지역에서 관측된 질량 이상을 설명하기 위해서는 30%의 염도와 100km의 두께가 가장 가능성이 큰 것으로 나타났다. 연구팀은 이 결과를 지질 물리학 연구 서신(Geophysical Research Letters)에 발표했다. 만약 이들의 연구 결과가 옳다면 태양에서 매우 멀리 떨어진 얼음 천체도 아래에는 바다가 존재할 수 있는 셈이다. 사실 명왕성의 다양한 지형과 지질활동의 증거들 역시 이런 가능성을 보여주고 있다. 비록 지구의 지각은 딱딱한 암석이지만, 그 아래에는 맨틀과 마그마가 존재해서 화산활동을 비롯한 다양한 지질활동이 일어나는 것과 같은 이치다. 하지만 유로파나 엔셀라두스처럼 수증기 분출이 확인되지는 않았기 때문에 실제 바다가 존재하는지는 아직 확실치 않은 부분이 있다. 이 미스터리를 푸는 것은 앞으로 명왕성을 다시 방문할 탐사선의 몫이 될 것이다. 아직은 미래의 일이 되겠지만, 인류는 언젠가 다시 명왕성을 방문해서 그 끝없는 호기심을 충족시킬 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

2011년 9월 발사된 중국의 우주정거장 톈궁(天宮) 1호가 통제 불능 상태가 되면서 내년 말 지구 어딘가로 ‘위험한 추락’을 하게 될 전망이다. 중국 측 정부 관계자는 최근 간쑤(甘肅)성 지우취안(酒泉) 우주센터에서 기자회견을 갖고 “톈궁 1호가 제어할 수 없는 상태가 됐다”면서도 “우리의 통계와 분석에 따르면 대부분 설비는 추락하는 동안 모두 불에 탈 것”이라고 밝혔다. 일반적으로 임무를 마친 인공위성은 철저한 통제 속에서 바다 지역으로 추락시키며 완전연소되도록 하거나 우주 궤도 아득히 먼 곳으로 떠내려가도록 한다. 하지만 톈공1호는 통제할 수 없는 상태가 됐기 때문에 좀 다르게 처리되는 셈. 만약 내년 하반기 어느 날 8톤에 이르는 이 우주정거장이 바다가 아닌, 육지 쪽으로 떨어진다면 자칫 초대형 사고도 우려되는 대목이다. 특히 톈궁1호가 통제불능 상태가 됐음은 지난 6월 미국의 아마추어 우주전문가가 관측을 통해 밝히기 전까지 중국 측은 쉬쉬하고 있어 더욱 문제가 됐다. 톈궁1호는 우주 도킹 실험을 위한 소형 우주정거장이었다. 중국은 지난 4월 톈궁1호가 2년에 걸쳐 주요 기능을 완수한 만큼 기능을 중단한다고만 밝힌 바 있다. 토마스 도르만은 “중국은 자신들의 우주정거장에 문제가 생겼다는 사실을 마지막 순간까지 밝히지 않은 채 기다렸을 것”이라고 말했다. 중국 측은 “톈궁이 우주의 다른 물체와 충돌하지 않는지 계속 모니터링 하고 있으며, 내년 추락이 예상되는 시점에서 모든 나라들에 떨어질 장소를 통보할 것”이라고 말했다. 전문가들은 추락의 시점과 장소를 모르지만 인명 피해는 없을 것이라고 예견했다. 조나단 맥도웰 하버드대 천체물리학 교수는 “세계인구의 절반은 육지의 10%에 살고 있으며 이 면적은 지구표면의 2.9%에 불과하다”면서 불안해할 필요 없다고 강조했다. 실제 통제되지 않는 인공위성의 추락은 1979년에도 발생한 적이 있다. 당시 77톤에 달하는 미국의 위성이 호주 마을로 떨어졌지만 인명피해는 없었다. 다만 호주에서 미국 측에 폐기물 투기로 400달러의 벌금을 매겼을 뿐이었다. 박성국 기자 psk@seoul.co.kr

한국시간으로 8일 새벽 2시경, 소행성이 지구를 아슬아슬하게 스쳐 지나갈 것으로 보인다고 영국 일간지 데일리메일이 7일 보도했다. 2016RB1이라고 명명된 이 소행성은 길이 10m 정도며, 영국 시간으로 7일 저녁 6시 12분에 지구를 스쳐 지나갈 것으로 보인다. 전문가들은 이 소행성이 지구 표면으로부터 약 4만㎞ 상공을 지날 것으로 보고 있다. 이는 달의 중심과 지구 중심의 평균 거리인 38만 4400㎞의 약 10분의 1 정도의 거리다. 　이는 우주 프로젝트 전문사이트인 ‘The Virtual Telescope Project’ 관계자들이 지난 6일 발견했으며, 지구를 근접해 지나가는 소행성은 지구 남반구에서만 관찰할 수 있을 것으로 보인다. 이번 주, 지구를 인근을 지나가는 소행성은 2016RB1 하나 뿐은 아니다.　 미국항공우주국(NASA)에 따르면, 수 일 내로 길이가 각각 61m, 1.6㎞ 가량 되는 대형 소행성이 역시 지구를 스쳐 지나갈 것으로 예상된다. 다행히 이 소행성들은 지구 표면에서 매우 떨어진 거리를 지나가거나 시속 5만㎞의 빠른 속력으로 지구를 지나칠 것으로 알려졌다. 한편 지난달 28일 지구와 달 사이 거리의 5분의 1에 불과한 8만 ㎞까지 접근한 소행성의 크기는 수 십 m 정도였다. 전문가들은 최소 1㎞ 이상 길이의 소행성이 지구와 충돌할 경우에만 지구에 피해를 끼칠 수 있다고 보고 있다. 다만 지구에 근접한 천체들이 지구와 충돌할 가능성이 점차 높아지고 있다는 의견이 끊임없이 제기되는 만큼, 전문가들은 우주 탐구에 박차를 가하고 있다. NASA는 한국시간으로 9일 오전, 소행성 탐사선인 ‘오시리스-렉스’를 쏘아올린다. 이 탐사선은 소행성의 궤도를 예측하고, 지구와 충돌을 피하거나 피해를 최소화하는 방법을 찾는 한편 소행성으로부터 먼지와 자갈 등을 채집해 지구 생명체의 기원을 찾는 미션에 돌입한다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

지난 12일 밤부터 13일 새벽까지 150여개의 페르세우스 유성우(별똥별)가 떨어지는 장관을 볼 수 있다는 소식에 많은 사람이 뜬눈으로 밤을 새웠다. 그렇지만 빛공해가 심한 도심에서 별똥별을 기다렸던 사람들은 기대만큼 실망감도 컸다. 유성우는 혜성이나 소행성의 찌꺼기들이 비처럼 떨어지는 현상이다. 태양을 중심으로 타원형 궤도를 그리며 도는 혜성이나 소행성은 지구 안쪽 궤도를 지나갈 때 많은 물질을 남긴다. 암석이나 금속성 부스러기인 이 물질들은 지구 중력에 이끌려 초속 10~70㎞의 속도로 대기권으로 진입한 뒤 대기와의 마찰로 타오르면서 100㎞ 상공부터 빛을 내기 시작한다. 일반 유성보다 훨씬 밝은 빛을 내는 유성을 ‘화구’(fireball)라고 한다. 대기 중에서 큰 소리를 내면서 폭발하거나 완전히 타지 않고 지상에 떨어져 운석이 되기도 한다. 2013년 2월 15일 러시아 첼랴빈스크 인근에 떨어진 ‘첼랴빈스크 유성’은 지름 19m 크기로 수많은 건물을 부수고 1500명의 부상자를 내기도 했다. ●운석 충돌하면 지구 전체에 산성비 유성도 이 정도의 피해를 가져오는데 소행성이나 혜성이 지구로 날아든다면 어떻게 될까. 1994년 7월 중순 슈메이커레비9 혜성이 목성과 충돌했다. 목성의 중력권에 들기 전 여러 조각으로 나뉘어 떨어졌는데도 가장 큰 것의 위력이 TNT 600만 메가톤(Mt)급에 이르렀다. 지구에 있는 모든 나라의 폭탄을 동시에 폭파시킨 것의 600배 이상에 해당된다. 충돌 후 화구는 목성 상공 3000㎞까지 솟아올라 소형 망원경으로도 관측이 가능했을 정도였다. 목성에 떨어진 규모로 혜성이 지구와 충돌할 경우 현재 지구에 살고 있는 모든 생물이 절멸한다. 혜성이나 소행성의 충돌이 지구에 미칠 수 있는 대표적인 영향은 충격파, 해일, 전자기적 변화, 대기 중으로의 물질 유입 등이지만, 충돌 결과는 소행성의 크기와 충돌 속도에 따라 복잡한 형태로 나타난다. 소행성의 대기권 진입 속도는 초속 15~30㎞, 혜성은 초속 75㎞ 정도로 대기권에서 강력한 충격파가 발생해 천체와 주변 대기를 고온으로 가열시켜 공중 폭발을 일으키고 순간적으로 엄청난 에너지가 방출돼 광범위한 지역을 초토화시킬 수 있다. 바다에 떨어질 경우는 바다 깊숙이 크레이터(충돌 구덩이)를 만들고, 이 크레이터가 빠른 속도로 주변의 바닷물로 채워지면서 해수면의 급격한 하강과 함께 지진해일(쓰나미)을 일으킬 것으로 예상된다. 지름 400m의 천체가 태평양이나 대서양에 떨어질 경우 인접한 모든 해안에 10m 높이의 쓰나미를 일으킨다는 연구 결과도 나와 있다. 전자기 교란은 천체의 충돌로 강력한 에너지를 발생시켜 이온층을 교란시킴으로써 각종 전자 장비와 관련한 시설에 심각한 타격을 입히게 된다. 운석이 충돌하면 대기도 변화시킨다. 운석 충돌로 발생하는 엄청난 열로 인해 대기 중의 산소와 질소가 연소되면서 질산화물이 만들어진다. 이 대기 중의 질산화물은 산성비로 이어지고, 결국 수증기와 이산화탄소가 급증하면서 짧은 기간 동안 온실효과가 발생한다. 지구와 충돌할 수 있는 혜성은 태양계 최외곽부에 자리잡고 있는 오르트 구름대나 카이퍼 벨트에 있는 것들로 얼음과 먼지 덩어리로 이뤄져 있는 평균 지름 10㎞ 안팎이다. ●소행성 파괴·궤도 변경 기술은 없어 소행성은 목성 궤도나 목성과 화성 사이 소행성대라고 불리는 곳에 주로 존재하며 고유한 궤도를 갖고 태양 주위를 공전하는데 행성의 중력이나 소행성들 간 궤도가 변하는 경우가 많다. 특히 지구 주변엔 현재 수많은 소행성이 날아다니고 있는데 국제천문연맹에 등록된 지구와 충돌 가능성이 높은 근지구소행성(NEAs)만 9400여개로 알려져 있다. 과학자들은 지름 400m짜리 소행성 하나가 30년 내에 지구에 근접할 것으로 예상하고 있다. 미국 항공우주국(NASA)이 다음달 8일 소행성 ‘베누’를 탐사하기 위한 무인 탐사선 ‘오리시스렉스’를 발사하는 것도 이 때문이다. 40억년 전 만들어진 소행성인 베누는 150년 주기로 지구에 근접하는데 과학자들이 계산한 지구와의 충돌 확률은 2700분의1이다. 오리시스렉스는 베누에서 샘플을 채취해 2023년 지구로 귀환할 예정이다. 전문가들은 “현대 과학이 소행성의 비밀에 대해 많은 것을 밝혀내기는 했으나 아직까지는 영화에서처럼 소행성의 궤도를 바꾸거나 파괴하는 기술은 없다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우주의 심연에는 인간의 머리로는 상상할 수 없는 현상이 발생한다. 그중 하나는 거대한 은하끼리 서로 충돌해 하나의 은하로 탄생하는 것이다. 10일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경으로 촬영한 두 나선은하의 충돌 모습을 ‘오늘의 천체사진’(APOD)으로 공개했다. 사진 속 충돌로 인해 특유의 나선 모양이 일그러지는 두 은하는 NGC 7318(각각 NGC 7318a, NGC 7318b)이다. 지구로부터 무려 3억 광년 떨어진 페가수스자리에 위치한 NGC 7318은 서로 충돌 중인 상태로, 이 과정에서 중력이 일그러지고 가스를 배출하며 수많은 별들이 탄생한다. 영겁의 세월이 흐르면 결국 하나의 은하가 될 운명으로 우리 은하 역시 37억 년 정도 후면 안드로메다 은하와 충돌하고 65억 년 뒤면 완전히 합체해 거대한 타원은하가 된다. 특히 NGC 7318은 '스테판의 5중주'의 일원(아래 사진 참고)이다. 프랑스의 천문학자인 스테판이 1877년 처음 관측한 스테판의 5중주(Stephan‘s Quintet)는 5개의 은하가 모여 아름다운 풍경을 만든다고 해 이같은 이름이 붙었다. 흥미로운 점은 NGC 7320(아래 사진의 왼쪽 위)은 지구에서 4000만 광년 떨어진 반면, NGC 7318를 포함한 나머지 은하들은 약 3억 광년 떨어진 은하라는 사실이다. 실제로는 4개만 서로 인접해 있어 5중주가 아니라 4중주인 셈이다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

주기적으로 지구를 스쳐가는 소행성을 향해 곧 인류의 탐사선의 발사된다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 오는 8일(현지시간) 소행성 베누(Bennu)를 향해 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-Rex)가 발사된다고 발표했다. 화성과 목성사이 소행성 벨트에 위치한 베누는 492m의 지름을 가진 비교적 큰 소행성이다. 태양계의 수많은 소행성 중 베누에 관심이 쏠리는 것은 정기적으로 지구를 근접해 지나치기 때문이다. 6년 간격으로 지구를 찾아오는 베누는 지난 2013년 2월에도 초당 7.8㎞의 속도로 지구에서 약 3만 5000㎞ 떨어진 거리를 지나쳐갔으며 지금 경로가 거듭된다면 언제가는 지구와 충돌할 가능성도 존재한다. 탐사선 오시리스-렉스의 향후 미션 계획은 이렇다. 먼저 오는 8일 오시리스-렉스가 발사되면 2년 후인 2018년 8월 목적지 베누에 도착한다. 이후 탐사선은 60~400g의 흙 등 표면의 샘플을 수집한 후 2023년 지구로 귀환한다. 　 오시리스-렉스 미션 수석연구원 단테 로레타 박사는 "베누는 태양계 생성의 비밀을 담은 타임캡슐 같은 천체"라면서 "탐사선이 수집해 올 샘플에는 '인간이 어디에서 왔는지'와 같은 근원적인 질문에 대한 답을 가지고 있을 수 있다"고 설명했다. 　 NASA 측은 또한 베누에 철, 니켈, 기타 금속 등 이른바 돈이 되는 자원이 풍부할 것으로 추정하고 있다. 곧 태양계에 대한 근원적인 질문과 돈되는 자원, 여기에 지구를 위협하는 소행성이라는 점이 탐사 가치를 높이는 셈이다. 로레타 박사는 "베누가 지구와 충돌할 가능성은 2700분의 1 수준으로 2175년, 2196년까지 이뤄지지 않을 것"이라면서 "만약 베누가 지구를 위협할 시기가 오면 미래의 과학기술로 충분히 파괴할 수 있을 것"이라고 말했다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

주기적으로 지구를 스쳐가는 소행성을 향해 곧 인류의 탐사선의 발사된다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 오는 8일(현지시간) 소행성 베누(Bennu)를 향해 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-Rex)가 발사된다고 발표했다. 화성과 목성사이 소행성 벨트에 위치한 베누는 492m의 지름을 가진 비교적 큰 소행성이다. 태양계의 수많은 소행성 중 베누에 관심이 쏠리는 것은 정기적으로 지구를 근접해 지나치기 때문이다. 6년 간격으로 지구를 찾아오는 베누는 지난 2013년 2월에도 초당 7.8㎞의 속도로 지구에서 약 3만 5000㎞ 떨어진 거리를 지나쳐갔으며 지금 경로가 거듭된다면 언제가는 지구와 충돌할 가능성도 존재한다. 탐사선 오시리스-렉스의 향후 미션 계획은 이렇다. 먼저 오는 8일 오시리스-렉스가 발사되면 2년 후인 2018년 8월 목적지 베누에 도착한다. 이후 탐사선은 60~400g의 흙 등 표면의 샘플을 수집한 후 2023년 지구로 귀환한다. 　 오시리스-렉스 미션 수석연구원 단테 로레타 박사는 "베누는 태양계 생성의 비밀을 담은 타임캡슐 같은 천체"라면서 "탐사선이 수집해 올 샘플에는 '인간이 어디에서 왔는지'와 같은 근원적인 질문에 대한 답을 가지고 있을 수 있다"고 설명했다. 　 NASA 측은 또한 베누에 철, 니켈, 기타 금속 등 이른바 돈이 되는 자원이 풍부할 것으로 추정하고 있다. 곧 태양계에 대한 근원적인 질문과 돈되는 자원, 여기에 지구를 위협하는 소행성이라는 점이 탐사 가치를 높이는 셈이다. 로레타 박사는 "베누가 지구와 충돌할 가능성은 2700분의 1 수준으로 2175년, 2196년까지 이뤄지지 않을 것"이라면서 "만약 베누가 지구를 위협할 시기가 오면 미래의 과학기술로 충분히 파괴할 수 있을 것"이라고 말했다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

달 표면에는 수많은 충돌 분화구가 존재한다. 이는 달의 생성 이후 수십억 년 동안 달에 충돌한 수많은 소행성이 남긴 흔적이다. 대부분은 매우 작은 크기의 소행성이지만, 이 중에는 지름 수십km의 대형 소행성도 존재한다. 그런데 최근 38억 년 전 달 표면에 지름 240km에 달하는 거대 소행성이 충돌했다는 증거가 발견되었다. 충돌 위치는 임브리움 분지(Imbrium basin)로 달 표면에 존재하는 지름 1200km의 분지다. 과거 이 분지에는 과거 거대한 소행성이 충돌한 자국이 있는데, 이전 추정으로는 80km 지름의 소행성이 충돌한 것으로 여겨졌다. 공룡과 수많은 생물을 멸종시킨 소행성의 지름이 10km 정도인 점을 생각하면 매우 큰 소행성 충돌이다. 하지만 브라운 대학의 피트 슐츠(Pete Schultz) 교수가 이끄는 연구팀은 사실 여기에 충돌한 소행성의 크기가 기존의 추정보다 세 배나 크다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 충돌의 각도와 속도, 그리고 주변에 파편의 흔적을 조사해서 실제 충돌이 어느 정도 규모였는지 규명했다. 정확한 크기 추정을 위해서 나사의 에임즈 연구소에 있는 특별한 대포(Vertical Gun Range)가 사용되었는데, 이 장치는 대략 4.2m의 포로 작은 물체를 최고 시속 2만 5700km로 발사하는 장치다. 연구팀은 이 장치를 이용해서 다양한 각도와 속도에서 충돌의 흔적과 파편을 연구했다. 그 결과 38억 년 전 임브리움 분지에 충돌한 천체가 지름 250km급이라는 사실이 밝혀졌다. 38억 년 전은 태양계에서 후기 대폭격기로 불리는 시기로 이때 수많은 소행성과 혜성이 태양계 안쪽으로 들어와 내행성과 수많은 충돌을 일으켰다. 이 시기 가장 거대한 소행성 가운데 하나가 달에 충돌한 것이다. 이 소행성은 행성을 형성한 원시행성 (protoplanet)의 일부일 가능성도 있다. 다행히 이 시기 이후 태양계에서 대규모 소행성 충돌은 더 일어나지 않았다. 간혹 비교적 큰 소행성이나 혜성이 지구나 다른 내행성에 충돌하긴 했지만, 충돌 가능성이 높은 대형 소행성은 이 시기에 대부분 충돌로 사라진 것이다. 오늘을 사는 우리에게는 매우 다행한 일이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

화성과 목성 사이 소행성 벨트에 위치한 왜소행성 세레스(Ceres)의 비밀이 서서히 드러나고 있다. 최근 미 항공우주국(NASA)의 던(Dawn) 미션 소속 노버트 쇼헤퍼 박사 연구팀은 세레스에 영구 그늘지역이 있어 충분한 양의 얼음이 존재할 것이라는 연구결과를 발표했다. 주로 세레스 북반구의 크레이터에 놓여있는 이 지역(사진의 파란색 지점)은 직접적으로 태양빛이 닿지않아 얼음이 존재하기에 좋은 조건이다. 여기에 이 지역 온도가 영하 151°C 정도 유지한다면 마치 얼음공장처럼 충분한 양의 얼음이 쌓여있을 가능성이 높다는 것이 연구팀의 설명. 　 　 또한 연구팀은 북반구에 놓여있는 수십 여 개의 영구 그늘지역을 찾아냈으며 이중 가장 큰 지역은 16km 정도다. 쇼헤퍼 박사는 "햇빛이 들지않는 그늘 지역은 주로 크레이터를 중심으로 하고 있다"면서 "태양과도 멀리 떨어져 있어 미치는 영향이 그만큼 작다"고 설명했다. 이어 "영하 151°C의 온도가 안정적으로 유지된다면 그늘 지역은 얼음이 존재할 최적의 장소"라고 덧붙였다. 　 이번 연구결과처럼 세레스에는 크고 작은 수많은 크레이터가 존재한다. 그중 가장 주목받고 있는 것이 역시 북반구에 위치한 오카토르 크레이터(Occator crater)다. 폭이 무려 92km, 깊이 4km의 오카토르는 일찌감치 던 탐사선에 포착돼 언론의 주목을 받아왔다. 그 이유는 유독 반짝반짝 빛나는 거대한 하얀 점을 가지고 있기 때문이다. 이에 전문가들은 그 하얀 점을 놓고 다양한 주장을 내놨으며 현재는 그 정체를 소금기 있는 황산마그네슘의 일종인 헥사하이드라이트(hexahydrite)로 보고있다. 곧 세레스의 표면 아래에는 소금기 있는 얼음이 존재하고 소행성 충돌로 그 일부가 밖으로 드러나 태양빛을 받은 헥사하이드라이트가 반짝반짝 빛난다는 설명이다. 한편 탐사선 던은 왜소행성 세레스와 소행성 베스타를 탐사하기 위해 지난 2007년 8월 발사됐다. 두 천체는 화성과 목성 사이에 있는 소행성대에서 가장 큰 천체로 베스타는 지름이 530㎞, 세레스는 지름이 950㎞나 된다. 던은 2011년 7월 16일 베스타 궤도에 진입, 14개월에 걸친 조사 임무를 성공적으로 수행한 후 현재 세레스에서 임무 수행 중이다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

거대한 토성의 ‘머리 꼭대기’에 앉아 있는 위성 테티스의 모습이 카메라에 포착됐다. 지난 11일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 토성 위에 흰색 점으로 붕 떠있는 위성 테티스(Tethys)의 모습을 공개했다. 1684년 프랑스 천문학자인 장 도미니크 카시니가 발견한 토성의 달 테티스는 지름 1062km 크기를 가진 ‘얼음 달’이다. 그리스 신화에서 이름을 따온 테티스는 하늘의 신 우라노스와 땅의 여신 가이아 사이에서 태어난 바다의 여신이다. 실제 바다의 여신임을 입증하듯 테티스의 표면 물질은 대부분 물로 만들어진 얼음으로 이루어져 있으며 표면은 천체와 충돌하면서 생긴 ‘상처’(크레이터·crater)들로 가득하다. 환상적인 이 사진은 지난해 1월 26일 토성탐사선 카시니호가 촬영했으며 토성과의 거리는 340만 km다. 　 사진=NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

화성과 목성 사이 소행성 벨트에 위치한 왜소행성 세레스(Ceres)의 비밀이 서서히 드러나고 있다. 최근 미 항공우주국(NASA)의 던(Dawn) 미션 소속 노버트 쇼헤퍼 박사 연구팀은 세레스에 영구 그늘지역이 있어 충분한 양의 얼음이 존재할 것이라는 연구결과를 발표했다. 주로 세레스 북반구의 크레이터에 놓여있는 이 지역(사진의 파란색 지점)은 직접적으로 태양빛이 닿지않아 얼음이 존재하기에 좋은 조건이다. 여기에 이 지역 온도가 영하 151°C 정도 유지한다면 마치 얼음공장처럼 충분한 양의 얼음이 쌓여있을 가능성이 높다는 것이 연구팀의 설명. 　 　 또한 연구팀은 북반구에 놓여있는 수십 여 개의 영구 그늘지역을 찾아냈으며 이중 가장 큰 지역은 16km 정도다. 쇼헤퍼 박사는 "햇빛이 들지않는 그늘 지역은 주로 크레이터를 중심으로 하고 있다"면서 "태양과도 멀리 떨어져 있어 미치는 영향이 그만큼 작다"고 설명했다. 이어 "영하 151°C의 온도가 안정적으로 유지된다면 그늘 지역은 얼음이 존재할 최적의 장소"라고 덧붙였다. 　 이번 연구결과처럼 세레스에는 크고 작은 수많은 크레이터가 존재한다. 그중 가장 주목받고 있는 것이 역시 북반구에 위치한 오카토르 크레이터(Occator crater)다. 폭이 무려 92km, 깊이 4km의 오카토르는 일찌감치 던 탐사선에 포착돼 언론의 주목을 받아왔다. 그 이유는 유독 반짝반짝 빛나는 거대한 하얀 점을 가지고 있기 때문이다. 이에 전문가들은 그 하얀 점을 놓고 다양한 주장을 내놨으며 현재는 그 정체를 소금기 있는 황산마그네슘의 일종인 헥사하이드라이트(hexahydrite)로 보고있다. 곧 세레스의 표면 아래에는 소금기 있는 얼음이 존재하고 소행성 충돌로 그 일부가 밖으로 드러나 태양빛을 받은 헥사하이드라이트가 반짝반짝 빛난다는 설명이다. 한편 탐사선 던은 왜소행성 세레스와 소행성 베스타를 탐사하기 위해 지난 2007년 8월 발사됐다. 두 천체는 화성과 목성 사이에 있는 소행성대에서 가장 큰 천체로 베스타는 지름이 530㎞, 세레스는 지름이 950㎞나 된다. 던은 2011년 7월 16일 베스타 궤도에 진입, 14개월에 걸친 조사 임무를 성공적으로 수행한 후 현재 세레스에서 임무 수행 중이다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

화성엔 지구와 달리 두 개의 위성이 존재한다. 포보스와 데이모스다. 천문학자들은 오랫동안 두 위성을 화성에 포획된 소행성으로 여겨왔다. 화성이 어떻게 이들을 포획해서 위성으로 만들었는지 해명하지는 못했다. 하지만 새로운 연구를 통해 ‘화성에 포획됐다’는 기존의 가설이 틀렸고, 두 위성은 천체 사이의 충돌로 만들어졌음을 밝혀냈다. 미국 과학 매체 사이언스데일리는 독립적이고 보완적인 두 건의 연구가 그동안 수수께끼에 쌓여있었던 퍼즐을 풀었다고 보도했다. 즉, 화성의 두 위성은 거대한 충돌로밖에 형성될 수 없었다는 것이다. 첫 번째 연구는 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)와 액상-마르세유대학 등이 천체물리학저널(The Astrophysical Journal) 최신호에 발표한 것으로, 소행성 포획을 배제한 상태에서 두 위성의 표면 특성과 양립할 수 있는 유일한 시나리오는 거대 충돌인 것으로 나타났다. 이어진 연구는 프랑스와 벨기에, 그리고 일본의 연구팀이 최첨단 디지털 시뮬레이션을 사용한 것으로, 두 위성이 어떻게 화성과 그 3분의 1 크기인 원시행성 사이에 거대 충돌이 발생해 그 잔해에서 생성될 수 있었는지를 보여준다. 파리 디드로 대학과 벨기에 왕립천문대가 CNRS와 렌 제1대학, 그리고 일본 지구생명과학연구소(ELSI)가 협력한 이 두 번째 연구는 네이처 지오사이언스 최신호에 실렸다. 기존의 가설을 뒤집고 내놓은 새로운 이론에 따르면, 화성은 형성 끝무렵에 거대한 원시행성과 충돌했다는 것이다. 남는 연구 과제는 거기서 나온 파편들이 왜 우리 지구와 같은 하나의 거대한 달 대신 두 개의 작은 위성을 형성했느냐는 것이다. 최첨단 디지털 시뮬레이션을 사용한 두 번째 연구는 마지막 남은 의문에 대해서도 실증적이면서도 완벽하고 일관된 시나리오를 제시한다. 이는 40억 년 전쯤 화성이 형성을 시작한지 1억~8억 년 사이에 그 행성의 3분의 1 정도 크기인 원시행성과 충돌해 두 위성이 만들어졌다는 것이다. 이 가설은 시뮬레이션으로도 고스란히 재현, 입증될 수 있었다. 또한 행성의 충돌 조건을 바꿔 300가지의 상황으로 계산해도 30%의 확률로 위성 2개가 형성됐다고 한다. 사진=파리 디드로 대학 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

"오는 9월 30일 로제타호는 그간 탐사해 온 혜성과 충돌하며 임무를 끝마칠 예정이다." 지난 30일(현지시간) 유럽우주국(ESA)이 12년 간 이어져 온 로제타(Rosetta) 프로젝트의 임무 종료를 알려 관심을 끌고있다. 장엄한 피날레로 묘사된 인류 최초의 혜성탐사선 로제타호는 목적지이자 탐사지였던 혜성 ‘67P/추류모프-게라시멘코’(이하 67P)와 충돌하며 영면에 들게된다. - 로제타 프로젝트의 시작　 역사이래 인류에게 혜성만큼이나 두려움과 경이의 대상이 된 천체는 없었다. 그중 세간에 가장 널리 알려진 혜성은 바로 핼리혜성이다. 로제타 프로젝트의 뿌리는 지난 1986년 76년 만에 찾아온 핼리 혜성에 두고있는데 이후 전문가들은 혜성을 망원경으로 관측하는 것을 넘어 직접 '뚜껑'을 열어볼 마음을 품기 시작했다. 특히나 혜성은 태양계 생성당시의 물질로 만들어진 일종의 '타임캡슐'로 연구가치가 그만큼 높다. 이에 ESA 측은 미 항공우주국(NASA)과 손잡고 혜성 탐사 프로젝트를 시작했으나 NASA의 예산 삭감으로 위기에 빠졌다. 이후 단독으로 프로젝트를 추진한 ESA는 일부 계획을 수정해 론칭한 것이 바로 현재의 로제타 프로젝트다. 나폴레옹이 이집트 원정에서 발견한 로제타석의 이름에서 따온 로제타호는 지난 2004년 3월 인류 최초로 혜성에 우주선을 착륙시킨다는 목표로 발사됐다. - 로제타호, 10년 만에 67P에 도착하다 2004년 3월 발사된 로제타호는 무려 65억 ㎞의 대장정 끝에 10년 만인 2014년 8월 시속 6만 6000㎞로 움직이는 혜성 67P 궤도에 무사히 도착했다. 그리고 3달 후인 11월 로제타호에 이은 탐사로봇이 무한도전에 나섰다. 로제타호에 실려 발사된 세탁기만한 탐사로봇 필레는 모선에서 분리돼 사상 처음으로 혜성 표면에 내려 앉았다. 로제타호가 혜성과 같은 속도로 이동하면서 무게 100kg의 필레를 23km 상공에서 혜성 표면에 착륙시킨 것. 그러나 지구 중력의 10만 분의 1 수준인 혜성 표면에 필레가 착륙하는 것은 결코 쉬운 문제가 아니었다. 이에 필레는 작살을 발사해 혜성 표면에 들러 붙는데에는 성공했으나 햇볕이 잘드는 목표지가 아닌 그늘에 불시착했다. 문제는 필레에 탑재된 자체 배터리 지속시간이 64시간에 불과하다는 점이었다. 이에 필레는 태양빛을 조금이라도 더 받기위해 몸체를 35도 회전시키며 기를 썼지만 결국 배터리 방전으로 휴면상태에 들어갔으며 결국 지난 2월 ESA 측은 사실상 작별을 고했다. - 로제타호와 필레의 업적 혜성 궤도에 진입한 일 자체가 2014년 과학계의 가장 획기적인 성과로 꼽힐 만큼 로제타호와 필레는 혜성에 관한 인류의 궁금증을 많이 풀어냈다. 혜성의 고해상도 표면 사진을 전송해 지리적 특성을 연구하는데 큰 도움을 준 것은 물론 대기에서 탄소 성분이 함유된 유기 분자와 코마(핵을 둘러싼 먼지와 가스)에서 산소분자가 다량으로 포함돼 있다는 사실을 밝혀냈다. 또 필레의 드릴 작업을 통해 혜성 표면 아래는 딱딱한 얼음으로 덮여있다는 것도 알아냈다. 이후에도 과학자들은 로제타호와 필레가 보내온 데이터를 연구해 추가적인 논문을 발표할 예정이다. - 굿바이 로제타호 오는 9월 30일 로제타호가 연락이 끊긴 필레 옆에 묻히는 이유는 혜성 67P가 태양에서 먼 목성 궤도로 이동하기 때문이다. 이 위치로 가게되면 로제타호의 태양전지 패널이 충분히 에너지를 받지 못해 어차피 임무가 종료된다. 이 때문에 ESA는 로제타호를 혜성 표면에 하강시켜서 죽을 때(충돌)까지 최대한 근접 데이터를 뽑아낼 요량인 것이다. ESA 로제타 프로젝트 매트 테일러 박사는 "하강동안 로제타는 고해상도 표면 사진 등 최대한의 관측 데이터를 지구로 전송할 것"이라면서 "이미 로제타는 임무를 초과 달성했으며 보내온 데이터는 놀랄만한 수준으로 학계에 큰 업적을 남겼다"고 밝혔다. 　　　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

4억7000만 년 전, 아직 육지에는 이렇다 할 생물체가 없고 바다에서는 어류의 조상을 비롯한 다양한 생물체가 넘쳐나던 시기에 지구에는 운석의 비가 내렸다. 지구 근방에서 대략 지름 20~30km 정도 되는 소행성이 더 큰 천체와 충돌해 산산조각이 났기 때문이다. 최근 국제 과학자팀은 스웨덴 남부의 석회암 채석장에서 100여 개에 달하는 운석 충돌 흔적을 발견했다. 당시 이곳은 얕은 바다였는데, 충돌한 운석의 흔적이 보존되기에 이상적인 장소였다. 물속에서 작은 충돌 분화구가 만들어진 후 모래와 흙이 퇴적되면서 보존되었기 때문이다. 오스트65(Oest65)라 불리는 이 천체는 당시 지구에 무수히 많은 흔적을 남겼다. 하지만 대부분의 경우 작은 운석 분화구는 보존되지 않고 사라진다. 이번에 발견된 흔적은 아주 예외적인 경우다. 과학자들은 이 충돌 흔적에서 지구 지각에는 매우 낮은 밀도로 존재하는 원소인 이리듐 농도를 측정해 이 흔적이 우연이 아니라 하나의 거대한 소행성에서 비롯된 것임을 증명했다. 더구나 운석의 종류 역시 이전에 보지 못했던 것이라 더 관심을 끌고 있다. 당시 지구는 오르도비스기로 척추동물이 이제 막 어류로 진화된 상태였다. 만약 이 거대 소행성이 지구 근방이 아니라 지구에 충돌했다면 이후 지구 생태계의 역사는 크게 바뀌었을 것이다. 공룡을 멸종시킨 10km 지름의 소행성보다 훨씬 크기 때문이다. 다행히 다른 소행성과 충돌하면서 그 파편들만 지구에 충돌했기 때문에 당시 지구 생태계는 큰 문제 없이 존속할 수 있었던 것으로 보인다. 지구 생명의 진화는 종종 우연에 의해 좌우될 수 있다. 6600만 년 전 소행성 충돌은 중생대를 끝내고 지금의 신생대를 만든 대표적인 우연이지만, 반대로 4억7000만 년 전 소행성 충돌이 지구를 피해간 것 역시 지금의 지구 생태계를 만든 큰 우연이었다. 사진=Birger Schmitz 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com