중국 무인 달 탐사선 ‘창어5호’가 지구로 가져온 달 토양 샘플에서 수십 종의 화학원소가 발견됐다. 현지 관영매체인 글로벌타임스의 28일(현지시간) 보도에 따르면 중국원자력과학연구원(CIAE)은 중성자 활성화 분석을 통해 달 탐사선 창어 5호가 채취한 샘플의 화학물질이 지구에서 확인되는 것과는 다른 성질이라는 사실을 확인했다. 중성자 활성화는 중성자 포획반응에 의해 생성된 방사성 동위원소가 붕괴하면서 특정 에너지의 감마선을 방출하는 과정을 말한다.CIAE 핵물리학 연구소의 궈빙 소장은 “원자로를 사용해 달 토양 표본을 연구한 결과, 40개 이상의 화학 원소를 확인했다. 이중 일부는 지구의 화학원소와 성질이 달랐다”면서 “정확도가 높은 중성자 활성화 분석은 달 토양의 성질을 파괴하지 않고도 정확히 어떤 원소가 포함돼 있는지 확인할 수 있다”고 설명했다. 이어 “지구에 있는 원소 대부분은 달에서도 발견된다. 하지만 동위원소 함량에서 차이를 보이며, 달에서만 발견할 수 있는 몇 가지 물질들이 있다”면서 “우리는 이번 연구를 통해 물과 헬륨-3의 흔적을 찾는데 초점을 맞추고 있다”고 덧붙였다. 헬륨-3는 현재 달 탐사를 진행하는 국가들이 가장 주목하는 자원이다. 핵융합 반응의 원료가 되는 헬륨-3 1g으로 핵융합을 하면 석탄 40t에 달하는 에너지를 친환경적으로 생산할 수 있다. 다만 해당 물질이 태양풍(태양에서 방출된 입자 전하)으로 인해 생성되는 까닭에 대기권이 두터운 지구상에는 거의 존재하지 않는다.반면 달에는 약 100만t가량의 헬륨-3가 침전돼 있을 것으로 추정된다. 전문가들은 향후 기술이 발전해 헬륨-3를 달에서 경제적으로 채취할 수 있고, 헬륨-3를 이용한 핵융합 조건들을 효과적으로 구현할 수 있게 된다면 핵융합에너지 연구방향도 획기적으로 달라질 수 있다고 입을 모은다. 한편, 창어5호는 2020년 12월 17일, 달 북서부 ‘폭풍의 바다’에서 채취한 토양과 암석 샘플 약 2㎏을 가지고 지구로 무사히 귀환하는 데 성공했다. 중국국가항천국(CNSA)이 지난해 2월 최초로 공개한 달의 토양과 암석 샘플 1731g을 담은 사진은 콘크리트와 유사한 짙은 회색빛을 띠는 달 토양과 암석을 볼 수 있으며, 달의 화산 활동으로 생성된 현무암 성분도 육안으로 확인할 수 있다.창어5호가 레이더와 드릴을 이용해 표본을 채취한 ‘폭풍의 바다’는 약 12억 1000만 년 전 토양과 암석이 존재하는 곳이다. 이는 지구에서 다세포 생물이 진화하기 시작한 12억년전부터 있었던 비교적 젊은 달 토양이다. 앞서 미국이 달에서 가져왔던 샘플은 31억~44억년 사이에 형성된 비교적 오래된 토양과 암석이다. 과학자들은 새로 채취한 토양이 태양과 지구의 진화를 이해하는데 도움을 줄 것으로 기대하고 있다. 2020년 1월 인류 최초로 창어 4호 탐사선을 달 뒷면에 착륙시키는 데 성공한 중국은 지난해 7월 자국 최초의 화성탐사선 톈원 1호를 쏘아 올린 데 이어 2년 사이 세 번째 우주 탐사 계획에 나서며 우주굴기를 이어가고 있다.

“오는 6월, 두 번의 실패는 없다.” 지난해 10월 21일, 임무 완료를 코 앞에 두고 90%의 성공으로 아쉬움을 남긴 한국형발사체 ‘누리호’ 2차 발사가 오는 6월로 결정됐다. 과학기술정보통신부는 ‘제40회 우주개발진흥실무위원회’를 열고 누리호의 기술적 보완조치 방안을 마련하고 향후 추진 일정을 확정했다고 25일 밝혔다. 2차 발사 예정일은 6월 15일, 발사 예비일은 6월 16~23일로 정해졌다. 발사관리위원회에서 기상상황을 포함한 다양한 조건을 고려해 예정일 한 달전, 일주일 전 발사 가능성을 조사하고 발사일을 최종 확정하게 된다. 지난해 10월 21일 1차 발사된 누리호는 목표 성공을 코 앞에 두고 3단 엔진 연소가 조기 종료되면서 위성모사체를 목표궤도에 안착시키지 못했다. 이후 발사조사위원회가 구성돼 지난해 12월까지 원인규명을 실시한 결과 3단 산화제탱크 내부 헬륨탱크 고정지지부가 진동으로 인해 풀리면서 문제를 일으킨 것으로 확인됐다. 누리호 발사 주체인 한국항공우주연구원 연구진은 누리호의 기술적 개선을 위한 세부적 조치방안을 마련했으며 산·학·연 외부 전문가들로 구성된 전담평가단을 통해 관련 조치방안 검토를 마쳤다. 연구원측이 마련한 기술적 개선 사항은 3단 산화제탱크의 헬륨탱크 하부지지부와 탱크덮개(맨홀덮개)의 구조를 변경, 보강하는 것이다. 헬륨탱크 하부지지부의 고정장치가 강화되도록 설계를 변경하고 맨홀덮개는 두께를 보강해 누리호가 비행 중에 변화하는 환경에서도 안정적으로 비행할 수 있도록 해줄 것이라고 연구팀은 설명했다.이 같은 기술적 조치로 변경될 부분에 대한 제작이 완료되면 지난해 조립이 완료된 2차 발사용 3단 로켓부를 해체한 뒤 재조립하고 기밀시험을 포함해 다양한 테스트를 실시할 계획이다. 기술적 개선조치를 모두 실시하고 점검을 마친 뒤 비행모델의 1, 2, 3단 조립을 마치고 성능검증위성을 누리호에 탑재하기까지는 1개월 정도의 추가기간이 소요될 것으로 예측되면서 발사일을 당초 예정했던 5월에서 6월로 변경한다. 이에 따라 당초 12월 예정됐던 3차 발사 일정도 내년 초로 연기될 것으로 전망된다. 고정환 항우연 한국형발사체개발사업본부장은 “6월 12일까지는 모든 준비가 완료 가능할 것으로 판단하고 있는 만큼 연기된 일정은 적당하다고 본다”며 “2차 발사에서는 성능검증위성과 1.3t 위성모사체를 함께 발사하는데 준비하는 과정에서 문제가 발생하면 추가로 연기될 가능성은 충분히 있다. 외국의 상용발사체도 발사 당일 이상이 발견돼 발사가 연기되는 경우도 비일비재하다”고 설명했다.

한국 과학자들이 포함된 국제공동연구팀이 별이 폭발하면서 내뿜는 빛을 포착해 별의 죽음을 밝힐 단서를 찾았다. 한국천문연구원, 캐나다 토론토대, 미국 카네기연구소, 캘리포니아공과대(칼텍), 애리조나대, 캘리포니아주립대, 라스 쿰브레스 천문대, 미국항공우주청(NASA) 국제공동연구팀은 한국의 외계행성탐색시스템(KMNet)을 이용해 별이 폭발한 지 1시간 정도밖에 지나지 않은 초신성에서 별의 진화 마지막 단계와 소멸을 보여 주는 관측 증거를 찾아냈다고 21일 밝혔다. 이번 연구 결과는 천문학 분야 국제학술지 ‘네이처 천문학’에 실렸다. la형 초신성은 폭발 시 최대 밝기가 일정해 우주 거리를 재거나, 철(Fe)과 같은 무거운 원소의 기원은 물론 별의 죽음을 연구하는 데도 활용된다. 그러나 지금까지 la형 초신성이 어떤 과정을 통해 폭발하는지 알려지지 않았다. 연구팀은 KMNet으로 만들어진 지 1시간이 되지 않은 초신성 ‘SN 2018aoz’를 관측했다. la형 초신성 관측 사상 가장 이른 시기의 폭발광이다. 초신성 빛을 빨리 탐지할수록 별의 크기와 별 내부 원소 측정이 쉽기 때문에 천문학자들은 이런 폭발광을 찾는 데 주력하고 있다. 2011년 SN 2011fe 초신성은 11시간, 2017년 SN 2017cbv는 7시간, 2019년 SN 2018oh는 3.6시간 만에 관측이 이뤄졌다. 이번 관측으로 폭발 후 1~12시간 사이 초신성의 색이 붉어진다는 것을 확인했으며 이는 철 성분이 초신성 가장자리에 많이 분포하기 때문이라고 연구팀은 설명했다. la형 초신성은 별의 가장 바깥쪽 헬륨 폭발로 시작하고 이후 폭발 물질들이 급격한 혼합 과정을 거치는 것으로 밝혀졌다.

한국과학자들이 포함된 국제공동연구팀이 우주의 거리를 알려주는 표준광원이 되는 별의 폭발장면을 포착해 별의 죽음에 얽힌 비밀을 밝혀낼 수 있게 됐다. 한국천문연구원, 캐나다 토론토대, 미국 카네기연구소, 캘리포니아공과대(칼텍), 애리조나대, 캘리포니아주립대, 라스 쿰브레스 천문대, 미국항공우주청(NASA) 국제공동연구팀은 한국의 외계행성탐색시스템(KMNet)을 이용해 초신성 폭발 직후 1시간 내 빛을 포착해 la형 초신성이 어떻게 폭발하는지 보여주는 관측적 증거를 찾아냈다고 21일 밝혔다. 이번 연구결과는 천문학 분야 국제학술지 ‘네이처 천문학’에 실렸다. la형 초신성은 폭발시 최대 밝기가 일정해 우주 거리를 재는 표준광원으로 이용된다. 또 철(Fe)과 같은 무거운 원소의 기원과 별의 죽음을 연구하는데 필수적이다. 그러나 지금까지 la형 초신성이 어떤 과정을 통해 폭발하는지 밝혀지지 않았었다. 연구팀은 KMNet을 이용해 폭발 후 1시간 밖에 되지 않은 초신성 ‘SN 2018aoz’를 관측했다. 이 관측은 la형 초신성 관측사상 가장 이른 시기의 폭발광을 포착한 것이다. 폭발 직후 빛을 빨리 포착할수록 별의 크기와 별 내부 원소 측정이 용이하기 때문에 천문학자들은 초신성 폭발 직후 가장 빠른 빛 관측에 주력하고 있다. 2011년 SN 2011fe 초신성은 폭발 뒤 11시간 후, 2017년 SN 2017cbv는 폭발 뒤 7시간, 2019년 SN 2018oh는 폭발 후 3.6시간 만에 관측이 이뤄진 적이 있다.이번 관측으로 초신성 폭발 후 1~12시간 사이 초신성의 색이 붉어진다는 것을 확인했으며 이는 철 성분이 초신성 가장자리에 많이 분포하기 때문이라고 연구팀은 설명했다. la형 초신성 폭발이 백색왜성의 바깥에 있는 헬륨 폭발로 시작하거나 폭발 물질들이 아주 급격한 혼합과정을 거친다는 설명이다. 국내 초신성탐사연구진을 이끌고 있는 김상철 천문연구원 광학천문본부장은 “이번 연구는 KMNet의 24시간 관측수행을 통해 la형 초신성에서 어떻게 폭발이 일어나는지 구체적으로 밝혀낸 첫 번? 연구”라며 “더 이른 시기의 초신성 관측과 다른 종류의 폭발을 일으키는 특이 초신성에 대한 연구도 추가로 진행할 것”이라고 설명했다.

 ​망원경으로 발견한 태양계의 제7, 8 행성인 천왕성과 해왕성은 푸른색으로 빛나는 거대한 얼음 행성들이다. 그러나 그 푸른빛의 농도가 같지 않다. 천왕성은 약간 푸르스름하게 보이는 옥빛을 띠는 데 비해 해왕성은 짙은 코발트색을 띠고 있다. 비슷한 조건과 환경에 놓인 두 행성이 이처럼 다르게 보이는 이유는 여태껏 풀리지 않은 미스터리였다. 그러나 이제 천왕성이 해왕성의 짙은 코발트색보다 더 창백하게 보이는 이유에 대한 수수께끼가 마침내 해결된 것으로 보인다. 과학자들이 찾아낸 답은 해왕성에 비해 천왕성의 대기에 있는 두 배나 두꺼운 연무층이 푸른빛을 누그러뜨려 더 밝은 색조를 만들어낸다는 것이다.   옥스퍼드 대학이 주도하는 연구원들은 이것을 에어로졸-2 층이라고 명명했으며, 가시광선 파장으로 보면 희게 보일 것이라고 말했다. 그것은 그림 위에 종이를 덧대어 선명한 색상을 유백색으로 보이게 하는 것과 유사한 방식으로 태양계 제7 행성의 모습을 밝게 하는 역할을 한다.   이번 연구의 주저자인 옥스퍼드 대학의 패트릭 어윈은 "이것은 천왕성이 해왕성보다 푸른빛이 더 옅은 이유를 설명해준다"고 말했다.  천왕성과 해왕성은 모두 대기에 수소, 헬륨, 메탄을 가지고 있지만, 각기 다른 고도에는 그밖의 화학물질로 형성된 연무도 존재하는 것으로 보여진다. 연구자들은 이 같은 연무는 메탄이 더 큰 탄화수소로 생성되기 전 태양의 자외선에 의해 분해될 때 생성되었을 가능성이 있는 것으로 믿고 있다.   연구의 저자에 따르면, 이 메탄이 해왕성과 천왕성을 모두 푸른색으로 보이게 하는데, 메탄이 붉은빛을 흡수하고 푸른빛을 통과시켜 반사되기 때문이다. 연구원들은 허블 우주 망원경과 지상 관측소의 데이터 그리고 보이저 2호 우주선의 정보를 사용하여 두 행성의 대기 모델을 만들었다.   그들의 연구논문을 보면, "태양계의 '얼음 행성'인 천왕성과 해왕성의 가시광선 및 근적외선 스펙트럼은 수년 동안 행성 천문학자들을 매료시켜왔다. 대류권 온도 프로파일을 비교해보면 두 얼음 행성은 유사한 대기를 가진 것으로 관찰된다"고 설명하면서 "목성과 토성이 노란빛을 띠는 것과 대조적으로 두 행성은 푸른색 또는 청록색으로 보인다"고 덧붙였다.  "우리는 이 청색이 가시 스펙트럼의 적외선 및 적색 부분에서 강한 흡수 밴드를 갖는 메탄 기체의 조합에서 비롯된다는 것을 알고 있다."  연구원들은 그들의 모델링이 천왕성의 대기가 해왕성의 대기보다 훨씬 더 두꺼운 것을 발견했다고 설명했다. 이것은 "인간의 눈에 천왕성이 해왕성보다 더 옅은 푸른빛으로 보이는 이유를 설명한다"고 그들은 밝혔다.  미 항공우주국(NASA)의 고다드 우주비행센터에서 천왕성과 해왕성 대기를 연구하는 나오미 로-거니는 '뉴사이언티스트(New Scientist)'와의 인터뷰에서 이렇게 말했다.  "저자들은 아직 완전히 풀리지 않은 부분은 추가 관측으로 해결할 수 있을 것으로 보며, 제임스웹 우주 망원경이 작동 첫 해에 두 행성을 관측함으로써 이 문제의 해결을 도울 것으로 확신한다"고 밝혔다.  이 연구는 '지구 및 행성 천체물리학( Earth and Planetary Astrophysics) 저널에 발표되었다.

바다는 물론 하늘을 이동할 수 있는 거대 요트가 가까운 미래 현실이 될 전망이다. 미국 CNN에 따르면, 이탈리아 설계업체 ‘라차리니 디자인 스튜디오’는 이달 새로운 형태의 이동 수단 ‘에어요트’의 디자인 랜더링 이미지를 공개했다. 에어요트는 80m짜리 선체를 중심으로 양측에 150m짜리 비행선을 단 형태다. 선체는 가벼우면서도 튼튼한 탄소 섬유로 만들어지며 각 비행선에는 공기보다 가벼운 헬륨 가스를 채워넣는 시설이 있어 동체를 띄우는 양력을 만든다.각 비행선 부분에는 기차의 창가 좌석처럼 바깥쪽에 객실이 5개씩 배치된다. 승객들은 4개의 다리를 통해 식당이나 수영장, 라운지와 같은 공용 공간이 있는 선체 중앙부를 쉽게 오갈 수 있다. 총 40만㎥(약 4억ℓ)의 헬륨 가스가 채워지는 에어요트는 태양광 패널과 초경량 배터리를 동력원으로 삼는 8개의 전동 모터가 추진력을 낸다.덕분에 에어요트는 이산화탄소와 같은 온실 가스를 배출하지 않고 시속 110㎞의 속도로 48시간 이상 비행을 계속할 수 있다.에어요트는 또 각 비행선에 별도의 공기를 채워 넣을 수 있는 팽창식 장치가 있어 고도를 낮춰 바다 위에 내려 앉을 수 있다. 덕분에 소음을 내지 않고 시속 9㎞의 속도로 항해할 수도 있다. 에어요트의 판매 가격은 현재 시점에서 5억5500만유로(약 7487억원) 안팎으로 추정된다. 라차리니는 구매자가 나오는대로 실물 제작을 시작해 비행 준비를 마치는 데까지 5년 정도 걸릴 것으로 내다보고 있다. 현재 라차리니는 에어요트 프로젝트를 앞당기기 위해 자금을 지원해줄 투자자와 협력 업체도 모집하고 있다. 라차리니는 “현재 한 개인 투자자의 지원으로 길이 24m의 시제품을 제작하고 있다”면서 “올해 안에는 비행 시험을 시작할 계획”이라고 밝혔다.

얼음 거인 천왕성과 해왕성은 별로 언론의 관심을 받지 못하고 있는데, 주로 그들보다 큰 자매인 목성과 토성이 주목받고 있기 때문이다. 언뜻 보기에 천왕성과 해왕성은 재미없고 지루한 분자 덩어리에 불과한 것 같다. 그러나 그 세계의 바깥층 아래에는 장엄한 그 무엇이 숨어 있을지도 모르는 일 아닌가. 천문학자들은 두 행성의 외층 아래 다이아몬드 비가 끊임없이 내리는 있을 것으로 보고 있다. '얼음 거인(ice giants)'이라는 말은 톨킨의 판타지 소설에 나오는 괴물을 연상시킬지도 모르지만, 이는 천문학자들이 태양계의 가장 바깥쪽 행성인 천왕성과 해왕성을 분류하는 데 사용하는 이름이다. 약간 헷갈리기는 하겠지만, 그 이름은 보통 의미의 얼음과는 아무 관련이 없다. 행성들이 무엇으로 이루어져 있는가에 따라 이 용어의 적용이 결정된다. 거대한 가스인 목성과 토성은 거의 전적으로 가스인 수소와 헬륨으로 이루어져 있다. 이 거대한 행성이 현재의 크기로 부풀어오를 수 있었던 것은 이러한 원소의 급속한 증가 덕분이다.  대조적으로, 천왕성과 해왕성은 대부분 물, 암모니아, 메탄으로 이루어져 있다. 천문학자들은 일반적으로 이 분자들을 '얼음'이라고 부르지만, 행성이 처음 형성되었을 때 그 원소들이 고체 형태였을 가능성이 있다는 점을 제외하고는 그렇게 부를 만한 이유가 별로 없다. ​천왕성과 해왕성의 녹색 또는 파란색 구름 꼭대기층 아래 깊숙한 곳에는 많은 물, 암모니아, 메탄이 있다. 그러나 이 얼음 거인은 아마도 특이한 양자 상태로 압축된 원소로 둘러싸인 암석 코어를 가지고 있을 것이다. 그 기이한 양자 상태는 일반적으로 어느 지점에서 표면에 가까워질수록 묽어지는 초고압 '수프'로 전환된다.  ​그러나 사실 우리는 얼음 거인의 내부에 대해 많이 알지 못한다. 우리가 이 두 세계에 대한 근접 데이터를 마지막으로 얻은 것은 30년 전, 보이저 2호가 역사적인 임무를 수행하던 때였다. 천왕성과 해왕성에 대한 우리의 견해는 망원경 관측으로 제한되었다.  그 행성 내부에 무엇이 있는지 이해하기 위해 천문학자들과 행성 과학자들은 행성 내부의 조건을 복제하려면 그 빈약한 데이터를 실험실 실험과 결합해야 한다. 다행히 수학적 모델링은 천문학자들이 제한된 데이터를 기반으로 주어진 상황에서 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하는 데 도움이 된다. 천문학자들은 수학적 모델링과 실험실 실험의 조합을 통해 천왕성과 해왕성이 이른바 '다이아몬드 비'를 가질 수 있음을 발견했다.  다이아몬드 비에 대한 아이디어는 1977년에 발사된 보이저 2호 미션 이전에 처음 제안되었다. 추론은 매우 간단했다. 우리는 천왕성과 해왕성이 무엇으로 이루어져 있는지, 그리고 행성 중심으로 갈수록 물질이 더 뜨거워지고 밀도가 높아진다는 것을 알고 있다. 수학적 모델링은 이러한 행성 맨틀의 가장 안쪽 영역의 온도가 약 7000켈빈(6727C)이고, 압력이 지구 대기의 600만 배인 것과 같이 세부 사항을 알아내는 데 도움이 된다.​ 동일한 모델은 맨틀의 가장 바깥쪽 층이 2,000K(또는 1727C)보다 약간 더 차갑고 압력이 다소 덜 강하다. 그래도 지구 대기압의 20만 배라고 한다. 따라서 다음과 같이 묻는 것이 당연하다. 그런 종류의 온도와 압력에서 암모니아와 메탄은 어떤 상태일까? 특히 메탄의 경우 강한 압력이 분자를 분해하여 탄소를 방출할 수 있다. 그런 다음 탄소는 형제를 찾아 긴 사슬을 형성한다. 그리고 긴 사슬이 함께 압착되어 다이아몬드와 같은 결정 패턴을 형성한다. 그런 다음 조밀한 다이아몬드 지층은 맨틀이 일정 온도로 뜨거워질 때까지 맨틀의 층을 통해 떨어져 맨틀에서 기화하고, 다시 위로 떠오른 후 순환을 반복한다. 그래서 '다이아몬드 비'라는 용어가 사용되는 것이다.  이 아이디어를 검증하는 가장 좋은 방법은 우주선을 천왕성이나 해왕성에 보내는 것이다. 하지만 그것은 선택 사항이 아니므로 두 번째로 좋은 방법인 실험실 실험을 해야 한다.  지구에서 우리는 목표물에 강력한 레이저를 쏘아 얼음 거인 내부에서 발견되는 온도와 압력을 매우 간단히 재현할 수 있다. 폴리스티렌(스티로폼이라고도 함)을 사용한 한 가지 실험은 나노 크기의 다이아몬드를 만들 수 있었다. 천왕성과 해왕성은 엄청난 양의 폴리스티렌을 포함하지 않지만, 실험실에서 처리하기가 메탄보다 훨씬 쉬웠고, 아마도 매우 유사하게 행동했을 것이다.  또한 천왕성과 해왕성은 실험실 레이저보다 훨씬 더 오랫동안 이러한 압력을 유지할 수 있으므로 다이아몬드는 아마도 나노 크기보다 훨씬 더 커질 수 있다는 사실도 감안할 필요가 있다.  그렇다면 최종 결과는 어떨까? 얼음 거인의 구성, 내부 구조, 실험실 실험 및 수학적 모델링 결과에 대해 우리가 알고 있는 모든 것을 바탕으로 볼 때 '다이아몬드 비'는 매우 실제적이라는 사실이다. 천왕성과 해왕성의 깊은 아래에서는 다이아몬드 비가 내리고 있을 것이다.  

중국 국책연구소가 핵융합 원자로 연구설비인 ‘인공태양’을 17분 이상 작동시켜 기록 경신에 성공했다. 핵융합 발전은 태양의 에너지 생성 방식을 본뜬 것이다. 우주에서는 수소로 이루어진 거대한 가스 덩어리가 높은 열을 받아 헬륨으로 변하는 핵융합이 끊임없이 계속되는데, 이런 우주의 핵융합을 지구에서 실현해내는 기술이 인공태양이다. 인공태양은 중수소와 삼중수소를 연료로 사용해 섭씨 1억도 이상의 초고온 플라스마를 생성하고 이를 자기장을 활용해 가두는 장치다. 이러한 핵융합 기술을 이용하면 바닷물 1ℓ로 휘발유 300ℓ에 달하는 에너지를 얻을 수 있다. 상용화가 가능해지면 인공 태양은 지구 에너지 문제를 해결할 새 대안이 될 것으로 기대하고 있다. 핵융합 에너지는 원료인 수소를 쉽게 얻을 수 있고 방사선 발생도 없어 ‘꿈의 에너지’로 불리지만, 실제로 핵융합을 통해 에너지를 효율적으로 얻으려면 초고온 상태 유지 등 기술적 제약을 해결해야 한다.중국은 2017년 7월 5000만도의 초고온 플라스마 상태를 101.2초간 유지했었고, 2018년 11월에는 1억도의 온도를 내는 데 성공했다. 지난해 6월에는 1억 2000만도 초고온에서 101초간 유지하는 데 성공하면서 세계 기록을 달성했다. 관영 신화통신의 4일 보도에 따르면 중국과학원 사하 허페이 물질과학연구원은 핵융합 실험로 ‘이스트’(EAST·Experimental Advanced Superconducting Tokamak)를 이용해 또 한번 최고 온도·최장 가동 시간을 기록했다. 연구진에 따르면 지난해 말 1억 2600만도의 초고온 플라스마 상태를 1056초(약 17분 6초) 동안 유지하는데 성공했다고 밝혔다. 지난해 6월 기록인 1억 2000만도에 비해 600만도 더 높고, 가동 시간도 무려 10배 늘어난 셈이다. 연구를 이끈 중국과학원 연구원 공셴주 박사는 “1억 2600만도의 온도에서 1056초 동안 정상 상태의 플라즈마가 유지되면서, 핵융합 발전을 위한 기반을 확고하게 다졌다”고 설명했다. 중국은 2035년까지 공업용 핵융합 원자로 시제품을 만들고, 2050년까지 인공태양의 대규모 상업적 이용을 시작할 예정이다.중국과 한국 등 세계 각국의 핵융합 발전소는 온실가스 배출량을 줄이고 탄소 중립을 달성하는데 인공태양이 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 인공태양은 화석 연료가 필요하지 않으며, 유해 폐기물과 같은 환경오염 물질을 전혀 남기지 않기 때문이다. 무엇보다 핵융합 에너지는 원료를 쉽게 얻을 수 있고 고갈될 염려도 적다는 특징이 있다. 핵융합 에너지의 연료인 중수소는 바닷물에서 얻을 수 있다. 한편, 한국의 한국핵융합에너지연구원은 2020년 11월 인공태양 ‘케이스타’(KSTAR)를 1억도에서 20초 동안 운행하는데 성공한 바 있다.

육십갑자를 육십 벌의 옷으로 생각하면 좀 재미있어진다. 새해를 맞을 때마다 오래된 옷장을 열고 그 안에서 올해의 옷을 꺼내 입는 것이다. 2021년에 우리는 ‘흰 소’라는 옷을 입었고, 2020년에는 ‘흰 쥐’를 입었다. 2022년의 옷은 ‘검은 호랑이’다. 모두가 지난해를 벗고 새해를 입는다. 모두에게 주어지는 설빔이니, 새 옷을 입지 않을 방법이 없다. 검은 호랑이를 본 적이 없기에 상상하는 것도 낯설지만, 예상 가능한 건 한 해를 살아가는 동안 누구라도 검은 호랑이와 친해질 기회를 얻을 거란 점이다. 검은 호랑이의 해래요, 라고 말하면서 우리는 아주 잠깐 ‘검은 호랑이’라는 이미지를 입게 되니까. 누군가는 검은 호랑이에게서 용맹함을 보고, 누군가는 최상위 포식자의 여유를 보고, 누군가는 친근한 캐릭터처럼 느낀다. 나는 ‘터널’을 떠올리고 있다. 검은 호랑이, 라는 단어를 입력하자마자 바로 그의 뱃속이 궁금해지는 건 아마도 그 뱃속을 무대로 삼은 전래동화 때문일 것이다. 내게 호랑이는 살아 움직이는 공간인 셈인데, 최근에 본 드라마 ‘로스트 인 스페이스’의 어느 에피소드가 그런 인상을 더 또렷하게 만들어 주었다.부부를 태운 차가 타르 구덩이에 빠진다. 자동차는 순식간에 아래로 가라앉고, 부부는 밀폐된 차 내부가 이산화탄소로 가득 차는 걸 느끼며 죽음을 예감한다. 탈출을 위한 헬멧은 하나뿐. 남편은 그것을 아내에게 씌워 준다. 한 사람이 헬멧을 쓰고 탈출을 시도하면, 열린 틈으로 타르가 쏟아져 들어올 것이고 다른 한 사람은 그 안에 묻힐 것이다. 그러나 남편은 아내에게 제발 살아 달라고 부탁한다. “사랑해!”라는, 그동안 하지 못했던 고백을 하면서. 잠시 후 선루프를 열면 “절대 돌아보지 말고” 위로 헤엄쳐 올라가기를 당부하면서. 이별 직전, 그들을 구원한 건 차 안에 있던 우주풍선이었다. 그것이 삶으로 이어지는 터널 역할을 한다. 그들은 헬륨가스를 가득 들이마시고 우주풍선 속을 기어 올라가 마침내 땅에 닿는다. 헬륨가스의 압력으로 타르를 밀어올린 것이다. 검은 늪을 통과한 후 땅에 닿자마자 아내가 말한다. “나도 사랑해!” 내가 진짜 좋아하는 부분이 이제 나온다. “나도 사랑해!” 하고 말하는 목소리가 헬륨가스 덕에 아주 익살스럽게 변해 있다. 두 사람은 동시에 그 헬륨가스표 폭소를 터뜨리는데 그게 마치 생의 축포 소리처럼 들렸다. 긴장이 풀린 몸으로 뒹굴며 생을 감각하는 지점을 몇 번이나 다시 보았다. 우리는 지금 우주풍선 안을 통과 중인 걸까, 땅에는 언제쯤 닿게 될까. 쉽게 답할 수 없는 질문을 읊조리면서 어느새 2021년의 끝, 2022년의 처음에 닿았다. 이제, 검은 호랑이를 입게 될 것이다. 불확실한 것투성이지만 드라마 속 우주풍선처럼, 2022년이 조금 더 나은 방향으로 놓인 터널일 거라고, 우리를 아래에서 위로 끌어올리는 시간일 거라고 믿어 본다. 호랑이가 어둠 속에서 사람보다 여섯 배 더 잘 본다는 사실도 기억해 두고 싶다. 하물며 그냥 호랑이도 아니고 검은 호랑이라니, 어쩐지 야간 시력이 더 좋지 않을까? 우리에겐 어두울 때 더 멀리 보는 힘이 필요하니까. 액정이 깨진 스마트폰을 한동안 쓰다가 바로 이전 폰을 부활시켰다. 서랍 속에서 2년 가까이 방전되어 있던, 2019년의 세계로 되돌아간 것이다. 그 안의 풍경이 낯설었다. 마스크가 필요하지 않고, 사람들이 복닥복닥 모여 있는 식당, 활기찬 동선…. 처음엔 팬데믹이 우리에게서 앗아간 것이 다 거기 있다고 생각했다. 팬데믹 이후에 사용한 스마트폰에서 사라진 것 중 하나가 항공권 검색 앱이었으니까. 사람들을 만날 기회가 적어지니 활짝 웃는 인물 사진도 줄어들었다. 배달 앱과 COOV 앱, 마스크와 위축된 궤적, 임시선별검사소의 위치 같은 것이 내 세계로 들어왔다. 옛 폰을 다시 사용한 지 일주일 만에 그 안에도 코로나 풍경이 담기기 시작했다. 이렇게 말하면 암울하게만 느껴지지만 반짝이는 게 모두 사라진 건 아니고, 심지어 새로운 발견들도 있다. 지난 2년간 나는 해가 지고 밤이 내려앉는 풍경을 매일 생포하기 위해 애썼다. 수십 장의 하늘 사진을 사랑의 부스러기처럼 흘리면서. 이전에도 있었으나 이제야 사랑한다고 고백하게 된 것, 이제야 보게 된 사각지대가 지금도 우리를 위로, 위로, 밀어올리고 있을 것이다. 그리고 그 힘으로 언젠가 터널 끝에 닿을 것이다. 그때까지 검은 호랑이는 최대한 단단한 외투 역할을 해 줄 것이다.

지난 10월 21일 전남 나로우주센터에서 발사했던 한국형발사체 ‘누리호’ 실패 원인이 헬륨탱크 고정장치가 풀렸기 때문이라는 최종조사결과가 나왔다. 이에 대한 기술적 보완 조치 때문에 당초 내년 5월로 예정됐던 2차 발사도 하반기로 미뤄질 가능성이 커졌다. 과학기술정보통신부, 한국항공우주연구원은 ‘누리호 발사조사위원회’를 구성해 5차례에 걸친 조사회의를 열고 누리호 1차 발사에서 위성모사체가 목표 궤도에 투입하지 못한 원인을 분석해 이 같은 결과를 얻었다고 29일 밝혔다. 조사위는 비행 중에 얻은 약 2600개의 텔레메트리 데이터를 기반으로 3단 산화제탱크의 압력이 저하돼 엔진이 조기에 종료됐음을 확인하고 구체적인 원인 분석에 나섰다. 조사위에 따르면 발사 후 36초가 지났을 때 특이 진동이 감지됐고 헬륨탱크에서 헬륨 누설이 시작됐고 산화제탱크 기체압력이 상승했으며 67.6초가 지난 시점에서는 산화제탱크 기체압력이 떨어지기 시작하고 산화제탱크 상부 표면온도가 급격히 하강했다. 115.8초가 지난 시점에서는 헬륨탱크 압력이 떨어지고 3단 산화제탱크 기체압력이 상승해 최종적으로 3단 엔진이 조기 종료되면서 위성모사체를 목표궤도에 올리지 못했다는 것이다. 이 같은 문제는 누리호 3단 산화제탱크 내부에 장착돼 있는 헬륨탱크의 고정장치를 설계할 때 비행 중 생기는 부력 증가를 충분히 고려하지 못했기 때문에 생겼다. 실제로 비행 중에 헬륨탱크에 가해지는 액체산소의 부력이 상승하면서 고정장치가 풀려 헬륨탱크가 고정부에서 이탈한 것으로 위원회는 추정했다. 고정장치에서 떨어져 나간 헬륨탱크가 계속 움직이면서 탱크 배관을 변형시켜 헬륨이 새기 시작했고 산화제탱크의 균열을 발생시켜 산화제가 누설됐다. 이로 인해 3단 엔진으로 유입되는 산화제의 양이 감소하면서 3단 엔진이 목표 연소시간을 채우지 못하고 조기에 종료됐다는 것이다. 권현준 과기부 거대공공정책관은 “이번 조사로 밝혀진 원인을 바탕으로 기술적 보완을 위한 세부 조치방안을 마련하고 향후 일정을 확정할 것”이라며 “당초 일정대로 내년 5월 2차 발사는 어렵고 하반기나 돼야 가능할 것으로 보인다”고 밝혔다.

지난 10월 21일 전남 나로우주센터에서 발사된 한국형발사체 ‘누리호’의 실패 원인이 다름 아닌 헬륨탱크 고정장치가 풀렸기 때문이라는 최종조사결과가 나왔다. 1986년 미국 우주왕복선 챌린저호 폭발이나 2003년 컬럼비아호 폭발사고 때처럼 예상치 못한 곳에서 문제가 발생해 임무 완수에 걸림돌이 됐다는 것이다. 과학기술정보통신부, 한국항공우주연구원은 ‘누리호 발사조사위원회’를 구성해 5차례에 걸친 조사회의를 열고 누리호 1차 발사에서 위성모사체가 목표 궤도에 투입하지 못한 원인을 분석해 이 같은 결과를 얻었다고 29일 밝혔다. 조사위는 비행 중에 얻은 약 2600개의 텔레메트리 데이터를 기반으로 3단 산화제탱크의 압력이 저하돼 엔진이 조기에 종료됐음을 확인하고 구체적인 원인 분석에 나섰다. 조사위에 따르면 발사 후 36초가 지났을 때 특이 진동이 감지됐고 헬륨탱크에서 헬륨 뉴설이 시작됐고 산화제탱크 기체압력이 상승했으며 67.6초가 지난 시점에서는 산화제탱크 기체압력이 떨어지기 시작하고 산화제탱크 상부 표면온도가 급격히 하강했다. 115.8초가 지난 시점에서는 헬륨탱크 압력이 떨어지고 3단 산화제탱크 기체압력이 상승해 최종적으로 3단 엔진이 조기 종료되면서 위성모사체를 목표궤도에 올리지 못했다는 것이다.이 같은 문제는 누리호 3단 산화제탱크 내부에 장착돼 있는 헬륨탱크의 고정장치를 설계할 때 비행 중 생기는 부력 증가에 대해 충분히 고려하지 못했기 때문에 생긴 일이라는 것이다. 실제로 비행 중에 헬륨탱크에 가해지는 액체산소의 부력이 상승하면서 고정장치가 풀려 헬륨탱크가 고정부에서 이탈한 것으로 위원회는 추정했다. 고정장치에서 떨어져 나간 헬륨탱크가 계속 움직이면서 탱크 배관을 변형시켜 헬륨이 새기 시작했고 산화제탱크의 균열을 발생시켜 산화제가 누설됐다. 이로 인해 3단 엔진으로 유입되는 산화제의 양이 감소하면서 3단 엔진이 목표 연소시간을 채우지 못하고 조기에 종료됐다는 것이다.과기부와 항우연은 이번 조사를 통해 밝혀진 원인을 기반으로 누리호의 기술적 보완을 위한 세부 조치방안을 마련하고 향후 추진일정을 확정해 나가겠다고 밝혔다. 기술적 보완은 헬륨탱크 고정부와 산화제탱크 구조를 강화하는 것을 중심으로 이뤄질 전망이다. 최환석 조사위 위원장(항공우주연구원 부원장)은 “설계시 비행 가속 상황에서 부력 증가에 대해 충분히 고려하지 못해 국민들의 성원에 부응하지 못한 점을 안타깝고 송구스럽게 생각한다”라면서 “향후 철저한 보완을 통해 내년 5월 2차 발사를 성공할 수 있도록 준비할 것”이라고 말했다.

어느새 2021년 한 해의 마지막 달이 됐다. 코로나19로 인해 2020년은 잃어버린 한 해가 됐다는 글을 쓴 게 엊그제 같은데, 안타깝게도 1년이 지난 현재 상황도 크게 달라진 것 같지는 않다. 코로나의 새로운 변형인 오미크론이 3~6개월이면 전 세계를 지배할 것이라는 얘기도 들려온다. 두 해째 팬데믹 속에서 연말을 보내며 필자는 우주공간 속 ‘창백한 푸른 점’ 지구의 탄생과 역사는 어떠했고, 지구를 대표하는 물질과 실질적으로 지배하는 생명체는 무엇일까 하는 질문을 던져 본다. 우선 지구를 대표하는 물질은 수소 원자 2개와 산소 원자 1개가 결합한 H2O, ‘물’이라고도 할 수 있다. 크고 작은 인공 연못부터 거대한 로마 시대의 수로와 수에즈 운하까지, 어떻게 보면 물은 ‘인간’을 이용해 지구 곳곳을 누비고 다닌 ‘주체’라고도 할 수 있을 것이다. 우주 전체에 가장 많은 원소는 수소와 헬륨이지만 지구 내부를 구성하는 질량 비율로는 철, 산소, 규소 순이다. 우리가 살고 있는 지구는 초신성 폭발, 중성자 충돌 같은 천체 현상에서 발생한 다양한 원소들로 구성된 ‘우주 먼지’가 45억년 전 중력으로 뭉쳐져서 형성됐다.지구의 45억년을 1년으로 압축한다면 시간별로 어떤 일들이 일어났을까? 지구의 1년 중 대부분의 기간은 생명체가 살 수 없는 극한 환경이었고, 겨우 11월 초가 돼서야 육지 식물이 생겨났으며, 12월 초에는 곤충과 네 발 달린 동물이 나타났다. 쥐라기 시대에 있었던 공룡은 12월 13일에 나타났으나 26일에 뉴욕 맨해튼 크기의 운석이 지구에 떨어지면서 멸종한다. 인간은 12월 31일 밤 11시 35분에 처음 지구에 모습을 보였다. 밤 11시 55분이 돼서야 비로소 인류 문명이 시작됐고, 환경 훼손의 시발점이 된 산업혁명은 12월 31일 밤 11시 59분 58.2초 이후, 자정이 되기 약 1.8초 전에 일어난 셈이 된다. 이렇게 유구한 세월 동안 유지돼 온 지구의 환경을 단시간에 교란시키고 위협하는 ‘깡패’ 동물은 다름 아닌 바로 인간이다. 인간이 등장하기 훨씬 전부터 존재했던 고생물의 유해로 생성된 석탄, 석유 등의 화석연료는 오랜 기간 인간의 편의를 도모하는 귀중한 에너지 자원이 돼 왔다. 하지만 무분별한 화석연료 사용으로 지구 온난화가 가속화됐고, 이로 인해 더 강력해진 태풍, 홍수 등은 어쩌면 인간에게 경종을 울리는 물의 반격, 더 나아가서는 지구의 반격일 수도 있다. 인간의 자기중심적 활동으로 인해 피해를 본 다른 생명체의 입장에서 본다면 이번 코로나 같은 바이러스가 인류에 대한 거대한 저항일 수도 있지 않을까 하는 생각이 들기도 한다. 인간이 아무리 최첨단 과학기술을 이루어 냈다 할지라도, 이제는 거대하고 위대한 자연 앞에서 겸손해져야 한다. 45억년 지구의 역사에서 뒤늦게 합류한 인간만이 특별하고, 세상을 지배할 수 있다는 오만한 패러다임에서 벗어나 식물과 동물, 그리고 무생물과 미생물 사이에 있는 바이러스조차도 지구를 지배할 수 있다는 것을 인정해야 한다. 다만 그동안 기세를 부린 코로나 바이러스는 이제 그만 공격을 멈추고 치명적이지는 않은 약한 감기처럼 인간과 공존하거나 지나가 주기를 간절히 기대해 본다. 그리고 지구라는 우주의 작은 외딴 섬에서 함께 존재하는 생물, 미생물, 그리고 돌조각 하나라도 소중히 여기는 겸허한 마음으로 2021년을 보내려 한다.

지구는 암석형 행성으로 태양과 적당한 거리 덕에 그 온기 속에서 생명체가 번성했지만 지구 공전 궤도 바깥 쪽에 있는 외행성들은 다르다. 이중 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 기체 행성으로 태양과 먼 거리 때문에 이 세계는 대부분 수소, 헬륨, 암모니아, 메탄의 차가운 기체 성분으로 구성되어 있다. 최근 미 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)이 공동으로 운영하는 허블우주망원경이 외행성에 대한 연례 그랜드투어를 완료했다. 이름도 거창한 그랜드투어는 매년 허블우주망원경이 외행성을 촬영하는 것으로 이를통해 전문가들은 각 행성 대기에서 벌어지는 미묘한 변화를 관측해 분석한다. 곧 최근 ESA가 공개한 이 사진들은 각 행성들의 최신판인 셈이다.먼저 '태양계 큰형님' 목성 사진은 지난 9월 4일 허블우주망원경이 촬영한 것으로 격동적인 대기 특성을 그대로 보여준다. 특히 목성의 적도 부근은 과거보다 더욱 짙은 주황색으로 보이는데 이는 목성 특유의 소용돌이 폭풍으로 인한 물리적 특성으로 해석된다.목성에 이어 사흘 후 촬영된 토성은 현재 초가을 상태인 행성 북반구에 있는 밴드의 색상 변화를 보여준다. 또한 남극은 잔잔한 푸른빛의 색을 띠는데 이는 겨울로 가고 있음을 의미한다.이에반해 지난 10월 25일 촬영한 천왕성은 북반구 쪽이 환하게 밝게 보인다. 이는 북반구가 봄철로 태양의 자외선이 증가하면서 극지방이 밝아진 것으로 풀이되지만 전문가들도 정확한 이유는 모른다. 　지난 9월 7일 촬영된 태양계 끝행성 해왕성도 천왕성과 마찬가지로 특유의 푸른색을 발한다. 해왕성과 천왕성이 푸르게 보이는 이유는 메탄이 풍부한 대기가 붉은빛을 흡수하기 때문이다. 　

금이나 우라늄과 같이 무거운 원소(이하 중원소)는 초신성 폭발이나 중성자별 간의 충돌로 생기는 커다란 에너지에 의해 생성된다. 그런데 이런 원소는 갓 태어난 블랙홀로 빨려 들어가는 가스나 먼지로 된 강착원반 속에서도 만들어지고 있을 가능성이 있다는 연구 결과가 나왔다. 이는 블랙홀이 우주의 연금술사일 수도 있다는 점을 시사하는 것. 빅뱅(대폭발) 이후 초기 우주에는 떠다니는 요소가 많지 않았다. 별들이 태어나고 그 중심부에서 원자핵 간의 충돌이 일어나기 전까지 우주는 대부분 수소와 헬륨으로 이뤄진 수프 같은 상태였다. 별의 핵융합은 우주에 탄소부터 철까지 무거운 원소를 불어넣는 원인이 됐다. 하지만 철이 만들어질 때는 약간의 문제가 발생한다. 핵융합을 통해 철을 생성하는 데 필요한 열과 에너지가 그 과정에서 발생하는 에너지를 넘어서 중심핵의 온도를 떨어뜨려 별의 죽음을 초래하는 데 그것이 바로 초신성 폭발이다. 초신성 폭발은 별에는 죽음을 뜻하지만, 그 안에서 탄생하는 것도 있다. 폭발의 에너지는 거대해서 원자는 충돌하며 서로의 중성자를 잇달아 포획한다. 이에 따라 금이나 우라늄과 같이 철보다 무거운 원소가 형성되는 것이다. 다만 이 과정은 빠르게 진행돼야만 한다. 그렇지 않으면 원자핵에 중성자가 붙기 전 방사성 붕괴가 일어난다. 따라서 이는 알과정(r-process)이라고도 부르는데 여기서 알은 빠름(rapid)을 뜻한다. 알과정은 초신성 폭발이나 중성자별 간의 충돌에 의해 일어나는 것으로 생각된다. 그 이외의 상황에서 알과정이 일어날지 어떨지는 지금까지 알 수 없었다. 다만 그 유력한 후보로 꼽히고 있는 것이 갓 태어난 블랙홀이라는 것이다. 예를 들어 중성자별들이 충돌할 때 그 질량이 블랙홀을 형성할 만큼 충분하면 알과정이 일어날 수 있다. 커다란 질량의 별이 자신의 중력으로 붕괴해 블랙홀화하는 사례에서도 마찬가지다. 두 경우 모두 갓 태어난 블랙홀은 거기에 흡입되는 물질의 소용돌이(강착원반)에 의해 둘러싸인다. 거기에는 대량의 중성미자(전기적으로 중성이며 질량이 0에 가까운, 경입자족에 속하는 소립자)가 방출돼 그 결과로 알과정에 의한 중원소의 형성이 일어나고 있을 가능성이 있는 것이다.‘영국 왕립천문학회 월간보고’(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) 10월8일자에 게재된 이번 연구에서는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이 같은 가설이 검증됐다. 독일 중이온연구소(GSI) 등 국제연구진은 블랙홀의 질량이나 스핀 등 다양한 매개변수를 조정하면서 방대한 수의 시뮬레이션을 시행했다. 그 결과, 조건에 따라 갓 태어난 블랙홀에서도 알과정이 일어나는 것으로 확인됐다. 이에 대해 연구 주저자로 GSI의 천체물리학자인 올리버 저스트 박사는 “결정적인 요인은 강착원반의 총 질량에 있다”면서 “강착원반의 질량이 클수록 중성미자의 방출로 전자가 포획돼 양성자로부터 중성자가 형성되기 쉬워진다”고 설명했다. 그만큼 알과정에서 중원소 재료가 되는 중성자가 늘어난다는 것이다. 다만 강착원반의 질량이 너무 크면 역반응이 증가해 중성미자가 원반을 떠나기 전 중성자가 그것을 포획해 버린다. 그러면 중성자가 양성자로 돌아가 알과정을 방해하는 것이라고 저스트 박사는 덧붙였다. 연구진에 따르면, 블랙홀 주위에서 중원소가 가장 활발하게 생성되는 조건은 강착원반의 질량이 태양의 1~10%일 때다. 그때 블랙홀은 이른바 중원소 공장이 되는 것이다. 다만 이런 질량을 지닌 강착원반이 우주에서 얼마나 일반적인지, 지금은 알 수 없다. 이 현상을 밝혀내기에는 데이터가 여전히 부족하기 때문이다. 하지만 현재 독일에서 건설 중인 차세대 입자가속기인 ‘중이온-반양성자 가속기 시설’(FAIR)이 완공돼 임무를 시작하면 더욱더 정밀한 연구를 할 수 있을 것이라고 연구 공동저자로 GSI의 천체물리학자 안드레아스 바우스와인 박사는 기대감을 드러냈다.

영겁의 시간을 사는 별도 모든 생명체처럼 태어나 결국은 늙어 죽는다. 우리의 태양 역시 50억 년 후에는 다른 별들처럼 최후를 맞을 것으로 보인다. 그렇다면 태양은 생이 끝난 후에는 과연 어떻게 될까? 최근 이같은 궁금증에 대한 답을 주는 흥미로운 천체 사진이 허블우주망원경에 포착됐다. 아름다운 거품처럼 부풀어 오른 이 천체의 이름은 NGC 2438. 행성상 성운(행성 모양의 성운)인 NGC 2438은 지구에서 약 1370광년 떨어진 고물자리에 위치해 있다.전문가들이 NGC 2438에 관심을 갖는 이유는 태양의 미래를 가늠해볼 수 있기 때문이다. 일반적으로 별은 종말 단계가 되면 중심부 수소가 소진되고 헬륨만 남아 수축된다. 이어 수축으로 생긴 열에너지로 바깥의 수소가 불붙기 시작하면서 적색거성으로 부풀어오른다. 이후 남은 가스는 행성상 성운이 되고 중심에 남은 잔해는 모여 지구만한 백색왜성을 이룬다. 현재 NGC 2438은 바로 행성상 성운의 단계로 대략 1만년 정도 지속될 것으로 예측된다. 사진에서 색으로 드러난 각각의 성분은 파란색은 산소, 녹색은 수소, 오렌지색은 질소, 빨간색은 황을 의미한다. 　

지구에서 128억 광년 떨어진 은하에서 물의 흔적이 발견됐다. 이는 지금까지 나온 흔적 중 가장 멀고, 가장 오래된 것으로 전해졌다. 미 어바나샴페인 일리노이대 연구진은 칠레 아타카마 사막의 알마(ALMA) 망원경을 사용해 빅뱅 이후 7억8000만 년 만에 생성된 고대 은하 ‘SPT0311-58’에서 수소(H)와 산소(O) 원자로 만들어진 물(H2O) 분자에 관한 증거를 찾았다. 이런 증거는 빅뱅 당시 형성된 우주 최초의 분자로 여겨지는 수소 이온과 헬륨으로 이뤄진 수소 이온화 헬륨(HeH＋·Helium hydride ion)에서 더 복잡한 분자가 매우 빠르게 만들어졌다는 점을 시사한다. 헬륨(He)이나 수소보다 무거운 원소는 별의 수명이 끝남에 따라 중심핵에서 융합된다. 따라서 이 연구는 우주 초기 8억 년 안에 처음 별들이 생겨나고 사라지면서 물 분자를 생성했다는 점을 시사한다. 그 결과, 그 자체는 지구와 태양, 태양계 그리고 인류 등 오늘날 우리가 아는 모든 물질로 이어졌다. 물의 흔적이 나온 은하는 2017년 알마 망원경을 사용한 과학자들에게 처음 발견된 것으로 사실 두 은하로 이뤄졌다. 게다가 이 은하가 지구로부터 128억 광년 떨어져 있다는 점은 우리가 지금 보는 빛이 128억 년 전부터 날아왔다는 것이다. 이른바 ‘재이온화 시대’(Epoch of Reionization)로 불리는 당시에는 최초의 별과 은하가 탄생했다. 날아온 빛을 보면 당시 두 은하는 융합하기 시작한 것처럼 보인다. 그리고 두 은하의 빠른 별 형성 속도는 결국 가스를 소진해 한 쌍의 거대 타원 은하를 형성했을 것이다. 연구 주저자인 스리바니 자루굴라 수석연구원은 “SPT0311-58로 알려진 한 쌍의 은하에서 분자 가스에 관한 알마 망원경의 고해상도 관측을 통해 두 은하 중 큰 쪽 은하에서 물과 일산화탄소 분자를 모두 발견했다”면서 “특히 산소와 탄소는 1세대 원소이며 일산화탄소와 물의 분자 형태에서는 우리가 알 수 있듯이 생명에 매우 중요하다”고 밝혔다.이 은하는 알려진 초기 은하 중 가장 커서 가스와 먼지도 많다. 이는 분자 관찰을 더 쉽게 해 물 분자와 같이 생명에 관여하는 요소가 초기 우주 발전에 어떤 영향을 줬는지를 더욱더 잘 이해할 기회를 줄 것이라고 주저자는 설명했다. 물은 수소와 일산화탄소 다음으로 우주에서 세 번째로 풍부한 분자다. 이전 연구에서는 물의 배출과 먼지의 원적외선 방출을 연관지었다. 먼지는 은하의 별로부터 자외선을 흡수해 원적외선 광자로 다시 방출한다. 이는 물 분자를 더욱더 활성화시켜 과학자들이 관찰할 물의 배출을 일으킨다. 이런 원리는 이번 연구에도 도움을 줬다. 이런 연관성은 물을 별 형성의 추적 지표로 쓸 수 있어 앞으로 우주적 규모로 적용할 수 있다. 자세한 연구 결과는 미국 코넬대에서 운영하는 출판 전 논문공개 사이트인 아카이브(arXiv.org)에 공개됐으며 곧 세계적인 학술지 ‘천체물리학저널’(ApJ·Astrophysical Journal)에 실릴 예정이다.

30만개 부품의 첨단 정밀과학 집약체무인특수차량에 실려 시속 1.6㎞로 이동발사대에 기립 상태서 연료 등 종합 점검발사 1시간 반 전 발표… 오후 4시쯤 유력이륙 뒤 포물선 그리며 700㎞ 상공으로K발사체 ‘누리호’ 발사가 코앞으로 다가오면서 발사 전후 진행 과정에 대한 궁금증이 커지고 있다. 로켓을 트레일러에 실어 옮긴 뒤 시간에 맞춰 쏘아 올리는 비교적 단순한 과정으로 본다면 오산이다. 첨단 정밀과학의 총체인 발사체는 복잡한 절차와 점검과정을 거쳐 발사된다. 누리호에도 약 30만개의 크고 작은 부품이 들어가 있다. 누리호는 발사 하루 전인 20일 오전 7시 20분에 전남 고흥군 나로우주센터의 발사체종합조립동에서 무인특수이동차량인 트랜스포터에 실려 제2발사대까지 옮겨졌다. 조립동에서 발사대까지의 거리는 약 1.8㎞이지만 시속 1.6㎞ 속도로 천천히 이동해 약 1시간 25분이 지난 오전 8시 45분에 발사대 발사패드까지 수평 이송됐다. 이후 기립장치인 이렉터의 도움을 받아 오전 11시 30분에 발사대에 수직으로 세워 발사패드에 고정하는 ‘발사체 기립’ 단계가 완료됐다.누리호를 발사대에 수직으로 세운 뒤 페어링 공조용 엄빌리컬 연결, 전기 엄빌리컬 연결 상태 점검, 연료 및 산화제 엄빌리컬 유공압라인 연결과 기밀 상태 시험, 발사체 기능점검에 돌입한다. 엄빌리컬 타워는 누리호를 수직으로 세운 상태에서 탯줄처럼 연료와 산화제, 전기를 공급할 수 있도록 한 장치이다. 발사 당일인 21일 이른 아침부터 현장 연구자와 기술자들은 초긴장 상태에 놓이게 된다. 발사대에 우뚝 서 있는 누리호는 연료와 전기계통을 중심으로 모든 부분을 종합적으로 점검한 뒤 밸브 및 엔진 제어용 헬륨을 충전하고 부족한 부분을 보충한다. 누리호 발사관리위원회는 오전에 기상 상황과 누리호 종합점검 결과, 우주물체 충돌 가능성 분석 결과 등을 바탕으로 최종 발사시간을 결정한 뒤 발사 1시간 30분 전에 정확한 발사시간을 발표한다. 현재로서는 오후 4시가 유력하다. 발사 시간이 결정되면 발사 4시간 전에 연료인 케로신과 산화제인 액체산소 주입을 위한 절차가 시작되고 발사 50분 전까지는 연료와 산화제 주입이 완료된다. 이후 발사 10분 전까지 누리호의 기립 상태와 부품별 상태는 물론 주변 기상 상태를 재확인하고서 발사에 영향을 미치지 않는다고 판단되면 누리호를 잡고 있던 이렉터가 철수하고 비행 중일 때 로켓을 제어하기 위한 관성항법유도시스템을 가동하게 된다. 발사 10분 전 카운트다운과 함께 ‘발사자동운용’(PLO)이 시작된다. PLO는 누리호가 이륙하기 직전까지 모든 작업을 발사관제시스템이 자동 처리하도록 한 발사준비작업이다. PLO는 발사 2~3초 전이라도 발사체에 이상이 감지되면 카운트다운이 자동 중지되도록 돼 있다. 카운트다운이 끝남과 동시에 누리호 1단 엔진 4기에 0.2초 간격으로 차례로 불이 붙게 되고, 초당 약 1t의 연료와 산화제를 태우면서 얻은 추진력으로 4초 후 이륙한다. 누리호는 수직 이륙한 뒤 정남쪽으로 방향을 틀어 포물선 궤적으로 700㎞ 상공을 향하게 된다. 발사 최종 성공 여부는 발사 후 967초(16분 7초) 뒤 위성모사체를 분리해 목표 궤도에 올려놓는 것으로 알 수 있게 된다. 하지만 실제 지상에서는 데이터 수신과 분석 과정 때문에 발사 후 약 30분 뒤에나 성공 여부를 알 수 있다.

태양계 모델을 본 적이 있다면 태양, 행성, 위성, 소행성들이 거의 같은 평면 위에 있다는 것을 눈치챘을 것이다. 모든 행성과 소행성들은 태양과의 거리는 각기 다르지만 같은 공전면 위에서 태양을 공전한다. 왜 그럴까? 이 질문에 답하기 위해 우리는 약 46억 년 전 태양계의 탄생 현장으로 시간여행을 해야 한다. 그 무렵에는 태양계란 존재하지 않았고, 앞으로 태양계를 이룰 거대한 ‘태양 성운’이 있었을 뿐이다. 지난 21일(현지시간) ‘라이브 사이언스’와 인터뷰한 하와이 대학 천문학자 네이더 해그하이푸어의 설명에 따르면, 당시 태양 성운는 먼지와 가스로 이루어진 거대한 회전 구름이었다. 성운의 크기는 무려 1만2000AU(천문단위)를 달했다. 1AU는 지구-태양 사이의 평균 거리로 약 1억5000만㎞니까 성운의 크기는 1조8000억㎞다. 이 어마무시한 크기의 구름 덩어리는 우주 먼지와 가스 분자로 가득 찬 존재였는데, 이것이 자체 질량으로 중력붕괴하면서 수축하기 시작했다고 해그하이푸어는 말했다. 먼지와 가스 구름이 붕괴하면서 회전속도를 높여가자 두리뭉실했던 구름 덩어리가 점차 편평해져갔다. 파이 반죽을 빠르게 회전시키면 납작해지는 것과 같은 이치다. 이 같은 현상이 바로 초기 태양계에 일어났던 것이다. 이렇게 성운 원반이 빠르게 회전하면, 그 중심에서 가스 분자들은 엄청난 압력으로 뭉쳐져 가승 공을 만들고 계속 온도가 치솟게 된다고 해그하이푸어는 설명한다. 이윽고 온도가 1000만 도를 돌파하면 중심부에서 하나의 사건이 일어나는데, 바로 수소가 융합하여 헬륨을 만들어내는 핵융합반응이 시작되는 것이다. 수소 원자 4개가 만나서 헬륨핵 하나를 만드는 과정에서 약간의 질량이 에너지로 바뀌는데, 아인슈타인의 그 유명한 공식 E=mc^2에 따라 여기서 엄청난 핵 에너지가 만들어지는 것이다. 이때 가스 공은 중력수축을 멈춘다. 가스 공의 외곽층 질량과 중심부 고온-고압이 평형을 이루어 별 전체가 안정된 상태에 놓이기 때문이다. 그렇다고 금방 빛을 발하는 별이 되는 것은 아니다. 핵융합으로 생기는 에너지가 광자로 바뀌어 주위 물질에 흡수, 방출되는 과정을 거듭하면서 줄기차게 표면으로 올라오는데, 태양 같은 항성의 경우 중심핵에서 출발한 광자가 표면층까지 도달하는 데 얼추 100만 년 정도 걸린다. 표면층에 도달한 최초의 광자가 드넓은 우주공간으로 날아갈 때 비로소 별은 반짝이게 되는 것이다. 이것이 바로 스타 탄생이다. 지금 하늘에서 우리를 비추고 있는 태양도 이러한 과정을 거쳐 탄생한 것이다. 아기 별 태양은 생후 5000만 년 동안 계속해서 성장하여 주변의 가스와 먼지를 모으고 강렬한 열과 복사를 뿜어냈다. 그리고 주위 물질을 집어삼키면서 점점 덩치를 키워나간다. 태양이 커짐에 따라 분자구름은 계속해서 붕괴되어 “별 주위에 원반이 형성되어 태양을 중심으로 하여 점점 더 팽창하면서 편평해진다”라고 해그하이푸어는 덧붙였다. 이 같은 과정이 진행되면서 이윽고 태양 성운은 젊은 별을 공전하는 원시행성 원반이라는 편평한 구조가 되었는데, 이 원반은 무려 수백 천문단위(AU)에 이르는 어마무시한 크기였지만, 두께는 그 너비의 10분의 1에 불과했다. 그후 수천만 년 동안 원시행성 원반의 먼지 입자는 부드럽게 소용돌이치며 때때로 서로 부딪쳐 합쳐지면서 밀리미터 크기의 알갱이가 되고, 그 알갱이들은 다시 센티미터 크기의 자갈이 되고, 자갈들은 계속 충돌, 합병하여 우주 암석을 만들어갔다. 결국 원시행성 원반에 있는 대부분의 물질은 서로 달라붙어 거대한 물체를 형성하기에 이르렀는데, 그 중 일부는 덩치를 충분히 키운 나머지 중력이 지배적인 힘으로 작용한 자신의 몸을 공처럼 둥글게 만드는 데 성공했다. 이것이 바로 행성, 위성, 큰 소행성 들이다. 덩치를 키우는 데 실패한 우주암석들은 울퉁불퉁한 위성이나 소행성, 혜성과 같이 불규칙한 모양이 되었다. 이러한 천체들은 크기는 다르지만 그들이 태어난 동일한 원반 평면에 머물게 되었으며, 이런 이유로 오늘날에도 태양계의 8개 행성을 비롯한 태양계 식구들은 거의 같은 공전면 위에서 태양 둘레를 돌게 된 것이다.

지구로부터 50광년 떨어진 우주공간에서 발견된 한 별은 차가우면서도 뜨거운 특징을 모두 갖췄다. 언뜻 보기에 모순된 특징을 지닌 이 별은 우연히 발견됐다고 해서 ‘엑시던트’(The Accident)라는 별명까지 붙여졌다. ‘천체물리학저널 레터’(ApJL) 최신호에 실린 연구논문에 따르면, 엑시던트의 연대는 100억 년에서 130억 년 사이로 우리은하가 탄생한 초기 우주에 만들어진 아주 오래된 별로 추정된다.엑시던트는 질량이 작아 경수소를 헬륨으로 핵융합할 수 없어 주계열성이 될 수 없던 천체인 갈색왜성으로 분류된다. 이는 주계열성과 행성의 중간 크기로 그 어느 쪽에도 속하지 않는다. 중수소의 핵융합은 일어나므로 적외선을 방출하지만 오래 가지 못하는 특징이 있다. 다만 엑시던트는 일반 갈색왜성과 전혀 다르다. 지금까지 발견되지 않았던 것도 바로 그 이유 때문이다. 갈색왜성은 또 오래될수록 식어서 빛의 파장마다 밝기가 변한다. 이는 가열한 금속이 식으면서 밝은 흰색에서 빨갛게 되는 것과 비슷하다. 그런데 엑시던트는 어떤 파장에서 매우 차가워 오래된 것처럼 보이지만, 또다른 파장에서는 매우 밝아서 온도가 높은 것처럼 보인다.이런 수수께끼의 항성을 처음으로 포착한 관측장비는 2009년 발사된 미국항공우주국(NASA)의 네오와이즈 우주망원경이고, 발견자는 아마추어 천문학자 댄 캐셀덴 연구원이다. 그는 자체제작 프로그램과 네오와이즈 관측데이터를 이용해 갈색왜성을 찾고 있었다. 우주에는 적외선을 방출하는 천체가 많은데 이들은 대개 지구에서 멀리 떨어져 있고 정지해 있는 것처럼 보인다. 하지만 갈색왜성은 어두운 별이라서 지구 근처에 있는 것밖에 발견되지 않는다. 이 때문에 이동하는 모습도 관측할 수 있다. 캐셀덴의 프로그램은 멀리 있고 움직이지 않는 별을 제외하고 갈색왜성 특징을 갖춘 이동하는 천체를 강조해서 표시하도록 제작돼 있었다. 그렇게 별의 후보를 찾다가도 이미 알려진 갈색왜성의 특징에 맞지 않아 강조되지 않은 엑시던트를 우연히 발견했다는 것이다. 그렇다면 대체 왜 엑시던트는 차가우면서도 뜨거운 것처럼 보일까? 그 비밀을 밝히기 위해 미국 캘리포니아공대의 천체물리학자 데이비 커크패트릭 박사 연구팀은 하와이의 WM 켁 천문대에서 우선 적외선을 관측했다. 하지만 적외선은 너무 어두워서 엑시던트를 관측할 수 없었다. 그래서 엑시던트가 어두운 것은 상상 이상으로 멀리 있기 때문이 아닐까 하는 가설을 세웠지만 그것도 아니었다. 허블 우주망원경과 스피처 우주망원경으로 거리를 측정했더니 50광년밖에 떨어져 있지 않았다. 그 대신 시속 80만㎞라는 고속으로 이동하고 있는 것으로 확인됐다. 같은 거리에 있는 다른 갈색왜성보다 훨씬 빨리 움직이고 있었던 것으로 전해졌다. 그리고 이는 엑시던트가 ‘오랜 시간’ 우리은하를 질주하고 있었다는 점을 시사한다. 그 사이 거대한 천체를 만나 그 중력에 의해 가속해 왔다는 것. 여기서 ‘오랜 시간’은 100억 년에서 130억 년으로, 일반적인 갈색왜성 연대의 두 배나 되는 기간이다. 따라서 엑시던트는 우리은하가 형성된 초기에 탄생한 아주 오래된 별이라는 것이다. 이에 대해 연구팀은 “이처럼 오래된 갈색왜성의 존재 자체는 오래 전부터 예측돼 왔지만, 이와 동시에 극히 드물다는 예측도 있다”면서 “따라서 이번 갈색왜성이 발견된 사례는 행운일지도 모른다”고 설명했다.

미 항공우주국(NASA)은 지금까지 총 3대의 우주선을 가스 행성으로 떨어뜨렸다. 그중 갈릴레오와 카시니는 임무가 막바지에 이르렀을 때 각각 목성과 토성의 대기로 뛰어들어 최후를 맞았다. 이중 갈릴레오 탐사선는 목성 대기권에 진입한 지 1시간 만인 150㎞ 깊이에서 NASA와의 연락이 끊겼다. 과학자들은 목성의 높은 압력과 온도에 의해 탐사선이 파괴되기 전까지 얼마나 깊이 진입했는지 확신하지 못하고 있다. 과연 우리는 목성이나 토성과 같은 거대 가스 행성에 우주선을 더 깊이 진입시킬 수 있을까? 이 거대한 행성에는 우주선이 충돌할 단단한 표면이 없다는 점을 감안한다면, 우주선이 과연 가스 행성을 통과할 수 있을까 하는 흥미로운 질문을 떠올리게 된다. 영국 레스터 대학의 행성과학 부교수인 레이 플레처에 따르면 짧은 대답은 '아니오'이다. 우주선은 가스 행성을 관통하는 여행에서 살아남을 수가 없다. 플레처 교수는 ‘라이브 사이언스’와의 인터뷰에서 “거대한 가스 행성을 통과하려는 시도에 있어서 문제는 가스의 밀도, 압력, 온도가 모두 엄청난 수준으로 증가한다는 것”이라고 말했다. 그는 "목성의 중심 근처에서 일반적으로 기체 상태인 수소가 액체 금속이 되어 이 지역을 태양의 표면처럼 이국적인 풍경으로 만든다"고 설명한다. 목성 중심 부근의 압력을 실감하려면 지구 바다에서 가장 깊은 곳인 마리아나 해구로 들어가보면 된다. 수심 11㎞에서의 압력은 1000바(10만 킬로파스칼)가 조금 넘는데, 이는 제곱미터당 703㎏의 압력에 해당한다. 해수면에서는 약 1바(100킬로파스칼)의 압력이다. 플레처 교수는 목성 중심 근처에서 압력이 메가바 또는 100만 바까지 치솟는다고 설명한다. 그 엄청난 압력에 더해 온도도 섭씨 수만 도까지 올라간다. 그 같은 환경에서는 어떤 우주선이라도 원자 단위로 완전 분해되고 만다.다음은 우주선이 목성 중심으로 가는 여정에서 만날 수 있는 가상의 상황들이다. 이상적인 목성 관통 탐사선은 가능한 한 아래로 떨어질 수 있도록 공기역학을 고려해 총알 모양이어야 한다고 플레처 교수는 강조한다. 우주선이 하강을 시작하면 희미한 암모니아 구름을 만나게 되며, 지구 대기에서 발생하는 것과 같은 빛 산란 현상으로 인해 잠재적으로 푸른 하늘을 통과할 것이다. 플레처 교수의 설명에 따르면, 그후 우주선은 황화암모늄의 '거칠고 적갈색을 띤' 구름을 통과한 후 약 80㎞ 깊이에 도달할 것이며, 우뚝 솟은 적란운이 있는 지역으로 접어들게 되는데, 거기에는 아마 거대한 번개 폭풍으로 인해 대낮처럼 밝을 것이다. 거기서 더욱 깊이 진입하여 7000~1만4000㎞ 사이에 이르면 우주선이 고온의 대기를 만나는데, 온도가 너무 높은 나머지 대기 자체가 빛날 것이다. 이곳은 온도가 섭씨 수만 도까지 올라가고 압력이 메가바까지 상승한다. 그리하여 우주선이 마침내 분해되기 시작한다. 목성 내부의 신비한 이 지역에서 수소와 헬륨은 액체가 된다. 2011년 발사된 주노 탐사선 임무에서 과학자들은 목성이 단단한 핵이 아니라, 질소, 탄소, 심지어 철을 포함한 물질의 확산 핵을 가지고 있다는 것을 알아냈다. 이 '흐릿하고 혼합된' 핵심에 도달할 때쯤이면 “당신은 더 이상 존재하지 않는다”라고 플레처 교수는 덧붙였다.