인류의 시선이 달을 넘어 화성으로 향하고 있다. 지난 9월 멕시코 과달라하라에서 열린 국제우주대회(IAC)에서 테슬라·스페이스X의 최고경영자인 일론 머스크는 ‘화성 식민지 개척’을 선언했다. 2018년 무인 화성탐사선을 발사하고 2022년 유인 화성 탐사선을 보내겠다는 계획이었다. 이어 10월에는 ‘100년 안에 100만명을 화성으로 보내겠다’는 구체적인 목표까지 제시했다. 비단 머스크뿐 아니라 미국과 유럽, 중국, 일본, 러시아 같은 전통적 우주선진국들이 지금 화성 탐사에 앞을 다투고 있다. 단순한 과학적 호기심을 넘어 ‘제2의 지구’를 찾겠다는 게 목표다. 그런데 화성으로 가는 길이 생각만큼 쉽지는 않을 모양이다. 세계적인 과학저널 ‘사이언스’가 이달 초 화성과 그 너머 우주공간을 여행할 때 발생할 수 있는 5가지 걸림돌을 지적했다. 바로 ▲우주방사선 ▲고독감 ▲우주곰팡이 ▲미세중력 ▲인적 오류다. 1 우주방사선대기권 등 보호막 없어 피폭 우주방사선은 태양 흑점폭발로 인해 발생하는 태양방사선(SEP)과 초신성 폭발과 같이 태양계 밖에서 생기는 은하방사선(GCR)을 말한다. 지구는 지자기와 대기권으로 감싸여 있기 때문에 지표면과 사람에게 미치는 영향은 미미하지만 우주 밖에서는 이런 보호막이 전혀 없기 때문에 우주방사선에 그대로 노출될 수밖에 없다. 실제로 미국 캘리포니아 어바인대(UC어바인) 의대 연구진은 지난 10월 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’에 생쥐를 이용한 실험을 통해 6개월 이상 우주방사선에 노출될 경우 전두엽 피질의 뉴런 연결과 중추신경계의 밀도가 약해지고 뇌세포에 변형이 발생해 기억력 저하와 치매 같은 각종 인지기능 장애를 겪을 수 있다는 연구결과를 발표했다. 2 고독감고립된 공간·장시간 여행 탓 좁은 공간에 갇혀 먼 거리를 오랜 시간 여행할 경우 생기는 고독감도 큰 걸림돌이다. 미국항공우주국(NASA)의 지원으로 국제우주정거장(ISS)에서 우주비행사들과 함께 생활하며 그들의 행동을 관찰한 미국의 문화인류학자 잭 스투스터 박사는 “우주선에서는 행동과 심리적 제약으로 인해 지구에서라면 하찮았을 것조차 사람을 괴롭히고 미치게 만드는 요인이 될 수 있다”는 보고서를 발표하기도 했다. 러시아와 유럽우주기구, 중국이 공동으로 2007년부터 2011년까지 우주공간과 유사한 환경을 만들어 실험자들을 생활하도록 한 ‘마스 500’ 프로젝트나 나사가 하와이에 화성 기지를 모방한 돔 모양 구조물을 설치하고 과학자 6명을 상주시킨 ‘하이 시즈’ 프로젝트도 고립된 공간에서는 나타날 수 있는 인간의 변화를 관찰하기 위한 것이었다. 3 곰팡이면역력 약화돼 병원균 감염 높아 또 다른 우주여행의 문제는 ‘곰팡이’다. 달 탐사를 위한 아폴로 계획이 시작될 때 이미 일부 미생물이 극저온과 고온, 높은 방사선 환경에서도 살아남을 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 우주공간에서는 인체 면역력도 약화하기 때문에 바이러스나 박테리아 같은 병원균에 쉽게 감염될 수 있는 만큼 우주선은 청정공간으로 설계돼야 한다. 이와 관련, 미국 위스콘신메디슨대 연구진은 국제우주정거장(ISS) 내에서도 지구에서 쉽게 발견되는 ‘아스페르길루스 푸미가투스’라는 곰팡이가 서식할 수 있다는 사실을 밝혀내고 지난 10월 말 미국 생물학회에서 발간하는 학술지에 발표했다. 호흡기관을 통해 침투해 폐렴을 비롯한 각종 호흡기 질환을 유발시키는 것으로 알려진 이 곰팡이는 우주 공간 내에서 변이를 일으켜 인체에 더 심각한 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 4 미세중력뼈·근육 약화시켜 디스크 우려 무중력에 가까운 미세중력은 우주비행사의 뼈와 근육을 약화시켜 각종 디스크 질환을 쉽게 일으킬 뿐만 아니라 시신경과 안구에도 영향을 미쳐 시력 약화를 가져온다는 사실도 우주여행의 걸림돌 중 하나다. 우주인들은 근육 손실을 막기 위해 매일 2시간 정도 운동을 하도록 권고받지만 골밀도가 낮아지는 것은 운동으로도 막지 못한다. 5 인적 오류예측가능한 위험 철저한 대비를 이와 함께 우주여행 과정에서 발생할 수 있는 각종 위험에 대한 사소한 판단오류 또한 화성탐사에 있어서 가장 치명적이면서 예측하기 어려운 문제라고 사이언스는 지적했다. 우주 과학자들은 “영화 ‘마션’의 주인공처럼 예측 가능한 위험에 철저히 대비하고 과거의 자료를 통해 오류를 줄일 수 있다면 화성 탐사뿐만 아니라 그 너머의 공간 여행까지도 안전하게 떠날 수 있을 것”이라고 말했다. 문제는 ‘마션’의 주인공이 현실이 아니라 스크린 속에 존재한다는 점일 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

인류의 식민지 후보인 화성은 잘 알려져 있지는 않지만 ‘초미니 달’을 2개나 가지고 있다. 울퉁불퉁 감자모양을 닮은 지름 27km의 포보스(Phobos)와 지름 16km의 데이모스(Deimos)가 그 주인공이다. 최근 유럽우주국(ESA)은 화성 궤도 탐사선인 TGO(Trace Gas Orbiter)가 촬영한 첫 번째 포보스 사진을 공개했다. 지난달 26일 약 7700km 거리에서 촬영된 포보스는 마치 누군가에게 얻어 맞은 듯 군데군데 파여있는 여러 크레이터와 긁힌 자국이 선명히 보인다. 반죽하다 만 듯한 볼품없는 모양이 우리의 달과는 비교조차 안되지만 이 사진 한 장에도 과학자들의 힘겨운 땀과 노력이 담겨 있다. 지난 3월 ESA와 러시아연방우주국은 화성 탐사를 위해 탐사선 ‘엑소마스'(ExoMars)를 쏘아올렸다. 7개월 간 4억 9600㎞를 날아가 화성에 도착한 엑소마스는 이후 TGO와 착륙선 스키아파렐리로 분리됐다. 안타깝게도 스키아파렐리는 화성 표면에 착륙하던 중 추락해 폭발했으나 TGO는 단 한 번에 화성 궤도에 진입하는데 성공했다. 물론 엑소마스가 달 인증샷이나 찍으러 머나먼 화성까지 간 것은 아니다. 엑소마스는 ‘화성 우주생물학'(Exobiology on Mars)의 줄임말이다. 곧 엑소마스의 임무는 화성 궤도를 돌면서 대기 속에 포함된 메탄 성분을 찾는 것이다. 메탄은 주로 미생물이 배출하기 때문에 강력한 생명체의 증거가 된다. 이제 홀로 남은 TGO는 4일을 주기로 길쭉한 타원형 궤도로 화성을 돌며 탐사를 벌일 예정이다. 　 한편 지난 1877년 미국 천문학자 아사프 홀에 의해 발견된 포보스는 풀리지 않는 미스터리를 갖고 있는 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. 이같이 붙어있는 특징 때문에 결국 포보스는 화성의 중력을 견디지 못하고 점점 가까워져 짧으면 수백만 년 내에 갈가리 찢겨 사라질 운명이다. 그리스 신화의 쌍둥이 형제에서 이름을 따온 포보스는 '공포'를 뜻한다. 자신의 운명과 가장 어울리는 명칭을 가진 셈이다. 사진=ESA 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

보이저 1호와 2호와 뉴호라이즌스호 같은 나사의 탐사선 덕분에 우리는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 명왕성과 그 위성의 생생한 사진을 볼 수 있습니다. 그런데 그 먼 거리에서 이 사진을 어떻게 보내오는 것일까요? 뉴 호라이즌스호는 지구에서 49억km 떨어진 지점에서 데이터를 전송해 명왕성과 그 위성들의 모습을 알려왔고 보이저 2호는 2016년 10월에 지구에서 168억km 지점을 지나고 있음에도 불구하고 아직도 통신이 가능한 상태입니다. 이를 가능하게 한 것은 나사의 딥 스페이스 네트워크(Deep Space Network·DSN)입니다. 딥 스페이스 네트워크는 태양계 탐사 초기와 아폴로 프로젝트 기간 건설된 나사의 안테나 네트워크입니다. 그 시작은 미국이 첫 위성을 발사한 1958년으로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 당시에 사용되던 무선 통신 방법으로는 우주에 있는 통신 위성은 물론 달이나 화성, 금성 등으로 발사하는 초기 탐사선과 교신할 수 없었기 때문에 나사는 캘리포니아 골드스톤, 스페인 마드리드, 호주의 캔버라 세 장소에 거대한 안테나 네트워크를 구축했습니다. 이렇게 세 곳에 안테나를 구축하면 지구의 자전과 관계없이 태양계 모든 장소에서 통신할 수 있기 때문입니다. 1960년대와 70년대를 거쳐 나사의 딥 스페이스 네트워크는 목성 궤도 너머의 먼 장소까지 통신이 가능한 능력을 확보했습니다. 이를 통해서 우리는 목성, 토성, 해왕성, 천왕성의 모습과 그 위성의 생생한 사진을 볼 수 있었습니다. 이 통신에 사용되는 주파수는 S 밴드(2.29-2.30GHz)와 X 밴드(8.40-8.50GHz), Ku 밴드 (31.8-32.3GHz)로 뉴호라이즌스호의 경우 X 밴드, 보이저 2호의 경우 S 밴드와 X 밴드를 사용합니다. 직진성이 강한 고주파수 전파를 이용해서 우주선과 지구 안테나 방향으로 전파를 보내는 것이죠. 하지만 그래도 문제는 있습니다. 거리 때문에 신호가 너무 약해서 잡음과 구분이 매우 어렵다는 것이죠. 이 문제는 강력한 출력을 지닌 지상 안테나보다 우주선에서 지구 방향으로 보내는 무선 전파에서 더 심각합니다. 우주선의 동력원인 원자력 전지(RTG)는 출력이 약해서 안테나에 할당할 수 있는 출력은 최고 20W입니다. 그리고 이 전파를 목성 궤도에서 발사할 경우 지구에 도달할 때는 지구 지름의 1000배 정도로 퍼지게 됩니다. 그 결과 70m 지름의 딥 스페이스 네트워크 안테나에 잡히는 신호도 손목시계에 필요한 에너지의 200억 분의 1에 불과한 수준까지 낮아집니다. 이를 다른 전파신호는 물론 기타 잡음과 분리하는 일은 첨단 기술은 물론 상당한 시간을 필요로 합니다. 우주선에서 보내는 각 전파 신호는 제대로 된 신호가 맞다는 확인용 디지털 코드가 함께 들어 있습니다. 그리고 같은 신호를 반복해서 보내는 것이죠. 지구에서는 이를 하나씩 확인해서 하나의 화소(픽셀)을 확인하고 이를 모아서 전체 사진을 재구성합니다. 이 과정은 매우 오랜 시간이 걸려서 명왕성 부근에서 전송 속도는 1kbit/s에 불과합니다. 뉴호라이즌스호의 데이터를 모두 보내오는 데 무려 15개월이 걸린 이유입니다. 따라서 탐사선 내부에는 저장 장치가 있어 일단 사진을 찍어 디지털 신호로 저장한 후 지구로 천천히 전송하게 됩니다. 뉴호라이즌스호는 일종의 SSD 같은 디지털 저장장치가 있는데 용량은 8Gb 정도입니다. 반면 보이저 우주선은 오래된 우주선답게 64KB의 테이프 저장장치를 사용합니다. 사실 속도와 관계없이 이렇게 먼 거리에서 통신할 수 있다는 것만으로도 현대 기술의 기적 가운데 하나일 것입니다. 물론 기술은 더 발전할 것이고 인류는 더 먼 우주를 탐사할 것입니다. 언젠가 다른 별과 그 주변 행성을 사진을 찍어 지구로 전송할 우주선도 등장하게 될 것입니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

화성과 목성 사이 소행성 벨트에 위치한 왜소행성 세레스(Ceres)의 '속살'이 서서히 벗겨지고 있다. 지난 18일(이하 현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 탐사선 던(Dawn)이 촬영한 세레스의 표면과 '민낯'의 모습을 사진으로 공개했다. 지난달 17일 탐사선 던이 불과 1480km 거리에서 촬영한 사진(위쪽 사진)은 북반구에 위치한 오카토르 크레이터(Occator crater)의 모습을 생생히 담고 있다. 사진 속에서 오카토르는 동그란 원형에 가운데 하얀색으로 빛나는 것이 특징이다. 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 아래에 소금기 있는 얼음이 존재하고 소행성 충돌로 그 일부가 밖으로 드러나 태양빛을 받은 헥사하이드라이트가 반짝반짝 빛난다는 설명이다.　 또한 18일 NASA는 세레스의 전경이 담긴 사진 한 장을 더 공개했다. 지난해 촬영된 이 사진은 인간의 맨 눈으로 봤을 때의 세레스 모습이다. 만약 우주비행사가 탐사선을 타고 세레스에 도착했을 때 보이는 실제 모습인 것. 탐사선 던은 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.　　 사진=NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

고대 화성은 액체 상태의 물이 존재할 만큼 따뜻한 기후였다. 표면에 존재하는 수많은 지형이 그 당시 화성에 바다와 호수, 강이 존재했다는 것을 말없이 증언하고 있다. 그러나 화성의 약한 중력과 자기장으로 인해 대기를 잃어버렸고 그 이후 화성은 춥고 건조하고 매우 대기가 희박한 사막 행성이 되어버렸다. 고대 화성에 존재했던 물의 상당 부분은 우주로 달아났지만, 과학자들은 아직 많은 양의 물이 얼음의 형태로 화성 땅속에 잠자고 있다고 보고 있다. 그리고 일부 과학자들은 현재도 간간이 액체 상태의 물이 화성 표면을 흐르기도 한다고 생각한다. 다만 화성의 희박한 대기 압력과 낮은 기온으로 인해 바로 증발하거나 얼어버려서 흔적 이외에 실제 물을 발견하기는 매우 어렵다. 화성에 액체 상태의 물이 있다면 어쩌면 여기에 생명체의 흔적이나 혹은 생명체 자체가 존재할 가능성이 있다. 그런데 만약 화성에서 물을 찾는다면 어디서 찾아야 할까? 텍사스 대학의 과학자들은 현재 액체 상태의 물이 존재할지 모르는 새로운 장소를 찾아냈다. 화성 표면에는 수많은 크레이터가 있다. 그런데 이 크레이터 가운데는 평범한 지층이 아니라 화성의 바람에 날려온 먼지에 덮여 있는 빙하 지형에 충돌한 것들이 존재한다. 과학자들은 얼음 지형 주변의 균열과 독특한 크레이터의 모양을 통해서 그 정체를 알아낼 수 있다. 그런데 텍사스 대학의 조셉 레비와 그의 동료들은 일부 크레이터의 모양이 다른 것과 다르다는 사실을 발견했다. 크레이터 가운데 일부가 운석 충돌이 아닌 화산 활동이나 열수 활동에 의해서 생성된 것으로 보였기 때문이다. 그린란드나 아이슬란드의 빙하 지형에는 화산 활동에 의한 열에 의해 빙하가 녹아 움푹 팬 지형이 존재한다. 화성의 일부 크레이터가 이와 비슷하다는 사실을 발견한 연구팀은 나사의 탐사선이 보내온 지형 자료를 바탕으로 3D 입체지도를 제작해 그 생성 원인을 연구했다. 그 결과 일부 크레이터는 운석 충돌 시 볼 수 있는 주변의 균열이나 파편의 흔적이 없어 화산 활동에 의한 것일 가능성이 큰 것으로 나타났다. 현재 화성에는 활화산이 없지만, 화산 활동의 증거는 다수 존재한다. 만약 연구팀의 추정이 옳다면 이 크레이터에 바닥이나 그 밑에는 지열에 의해 녹은 물이 존재할 가능성이 있다. 이는 미래 화성 탐사에서 매우 흥미로운 연구 목표가 될 것으로 보인다. 어쩌면 여기서 외계 생명에 대한 결정적인 증거가 나올지도 모르기 때문이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

영화 ‘스타트렉’의 세계에서는 ‘워프 항법’(워프 드라이브)라는 유명한 기술로 먼 은하까지도 손쉽게 여행할 수 있다. 즉 이 기술만 있으면, 우리 인류는 다른 항성계의 문명과 수백 년이 아닌 단 며칠 만에 접촉할 수 있는 것이다. 하지만 현실 세계에서는 그렇게까지 빠르게 이동할 수 없다. 왜냐하면 우주의 구조를 설명하는 아인슈타인의 특수 상대성 이론에서는 빛의 속도보다 빠르게 이동하는 것은 존재하지 않기 때문이다. 즉 현재의 로켓 추진 시스템은 이 법칙에 묶여 있는 것이다. 하지만 수많은 기술자와 물리학자들은 ‘스타트렉’ 속 우주 이동에 조금이라도 다가가기 위한 개념을 세우기 위해 야심 차게 노력하고 있다. “현재 가장 진보한 성간 여행(interstellar travel)에 관한 아이디어조차도 가장 가까운 항성까지 이동하는 데 수십 년에서 수백 년이 걸린다. 이는 아인슈타인의 특수 상대성 이론은 물론 초고속으로 이동하는 데 필요한 기술의 부족이 벽이 되는 것”이라고 성간 비행을 위한 대책 마련을 전문으로 하는 비영리단체 ‘이카루스 인터스텔라’의 창립자 리처드 오부시는 말했다. 또한 그는 “빛의 속도보다 빨리 이동할 수 있는 우주선을 만들 수 있다면 은하 탐사는 물론 인류 이주를 가능하게 할 것”이라고 설명했다. • 원자력 엔진과 레이저 추진 우주는 너무나 광대하므로, 천문학자들은 일반적으로 빛이 1년간 진행하는 거리를 뜻하는 ‘광년’으로 거리를 표현한다. 1광년은 약 9조4541억㎞에 해당한다. 현재 태양계에 가장 가까운 별은 4.23광년 떨어진 ‘센타우루스자리 프록시마’로 알려졌다. 즉, 광속으로 이동하더라도 편도만 4.23년이 걸리는 셈. 매우 느리게 느껴질 수도 있지만, 그래도 광속의 꿈이 이뤄진다면 현대 기술보다는 엄청난 발전이라고 할 수 있는 것이다. 지금까지 지구에서 발사된 가장 빠른 우주선은 보이저 1호로, 시속 약 6만 2120㎞로 비행하고 있다. 이 속도라면 센타우루스자리 프록시마 별까지 7만 년 이상이 걸린다. 과거에도 여러 연구팀은 적어도 광속의 일부 속도에 도달하는 법과 우리가 성간 공간을 탐사하는 것을 앞당길 방법을 제안해왔다. 1950년대, 미국의 방위업체 ‘제너럴 아토믹스’(General Atomics)의 연구자들은 ‘오리온 계획’(Project Orion)을 고안했다. 이는 우주선이 근본적으로 핵폭탄의 힘으로 움직이는 것이다. 연속 핵폭발을 제어함으로써 우주선을 빠르게 추진해 수백 톤의 화물과 8명의 우주 비행사를 화성과 태양계 밖으로 빠르게 나른다는 내용이었다. 또한 이 기술을 성간 여행에 적응하는 방법을 나타낸 청사진도 만들어졌지만, 핵 펄스 추진(nuclear-pulse propulsion)라고 명명된 이 방법은 1963년 핵실험 금지 조약으로 그때까지 행해진 모든 실험이 취소됐다. 그런데 지난 4월, ‘브레이크스루 스타샷’(Breakthrough Starshot)이라는 프로젝트가 발표돼 세간의 관심을 끌었다. 이는 비교적 폭발이 적은 방법을 사용해 성간 비행을 실현하는 노력이다. 이론 물리학자 스티븐 호킹과 일론 머스크 등 억만장자들이 운영하고 있는 이 프로젝트는 4.3광년 떨어진 삼중성계 ‘센타우루스자리 알파’(Alpha Centauri) 별로 우표 크기의 우주선단을 보내는 것을 목표로 하고 있다. 이들이 꿈꾸는 작은 우주선에는 얇고 가벼운 돛이 장착된다. 여기에 지구 궤도에서 레이저를 비춰 추진시키는 기술을 사용해 우주 비행을 실현하는 것이다. 또한 이 기술이 적용된 우주선은 레이저의 힘이 더해져 광속의 20%까지 가속할 수 있다고 한다. 20년 정도면 목적지까지 도착할 수 있는 것이다. 물론 이 작은 우주선단이 대부분은 센타우루스자리 알파 별에 도달할 수 없을지도 모른다. 하지만 일부라도 살아남는다면 저 멀리 있는 삼중별의 궤도를 도는 행성 주위로 날아가 미지의 데이터를 보내올 것이다. 이에 대해 리처드 오부시는 “성간 비행 분야를 단번에 추진할 생각으로 민간 자본이 사용된다는 점은 어쨌든 흥미로운 것이다. 앞으로도 이런 일이 계속되면 좋을 것이다. 브레이크스루 스타샷에는 공학적인 과제가 여럿 존재하지만, 어느 것 하나도 극복할 수 없다고는 생각하지 않는다”고 말했다. • 초광속을 가능하게 하는 이론도 물론 진정한 돌파구는 워프 항법이 실현되는 것이다. 하지만 여기에는 이론적인 설계와 이를 유지할 기술이 필요하다. 지난 1994년, 멕시코의 이론 물리학자 미구엘 알쿠비에르는 ‘스타트렉’ 팬들에게 희망의 메시지를 전달했다. 그는 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 어긋나지 않는 급진적인 ‘초광속 우주선 추진설’(theory of hyper-fast space propulsion)을 제창한 것이다. ‘우주선 자체를 광속까지 가속하는 대신, 우주선 주변의 시공간 구조를 왜곡해 버리면 되지 않을까?’라는 생각으로, 알쿠비에르는 시공간에 거품을 만드는 계산을 제시했다. 이 거품은 그 후방이 확대해 전방으로 수축하는 것으로 추진한다. 이 이론에 따르면 우주선은 거품을 따라 옮겨져 광속의 10배 이상 속도까지 올릴 수 있다. 이는 이론적으로는 간단하지만, 실현하려면 반물질 등 아직 밝혀지지 않은 물체를 이용해야 한다. 앞서서 해결해야할 만만치 않은 난제가 존재하는 셈이다. 또 워프를 위한 거품을 만들어 조종하기 위해서는 아직 해결되지 않은 문제가 많이 있다고 오부시는 말했다. 이에 대해 그는 “이 중 한 가지 문제는 인과관계의 단절이라는 아이디어로, 예를 들어 거품 안에 있는 어떤 우주선이 거품 밖으로 ‘통신’할 수 없다는 점에서 우주선이 일단 거품 안으로 들어가면 거품을 없앨 수 없다는 것”이라고 지적했다. 우주여행 분야에서는 흔히 있는 일이지만, ‘스타 트렉’에서 우리가 봤던 것처럼 성간 여행을 하기 위한 개발에는 비용과 에너지의 측면에서 커다란 변화를 요구한다. 그는 “현재, 유인 성간 여행의 개념을 실현하는 데 필요한 에너지와 자금은 세계적인 지출이 되고 있다”면서 “구체적으로는 매년 여러 선진국에서 10조 달러가 넘는 돈을 들이고 있는 것”이라고 말했다. 그런데도 그는 “15세기에 아무리 뛰어난 생각이라도 21세기의 기술 우수성을 예상할 수 없었을 것”이라면서 “이와 마찬가지로 우리는 향후 27세기의 인류가 어떤 기술을 갖고 있을지 알 수 없는 것”이라고 덧붙였다. 사진=ⓒ memory-alpha.wikia(위), NASA/ESA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지구 달력으로 4년 전 ‘호기심’을 해결하기 위해 화성에 내려앉았던 탐사로봇 큐리오시티(Curiosity rover)가 정체불명의 물체를 발견했다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 화성 표면을 탐사 중인 큐리오시티가 검은색을 띤 울퉁불퉁한 외형의 특이한 암석을 발견했다고 밝혔다. 골프공 만한 크기의 이 암석은 붉은색 계열의 주위 토양과는 달리 유달리 눈에 띄는 짙은 회색이다. UFO 신봉론자들이 봤다면 아마 외계인이 놓고 간 물체라고 주장할 만큼 특이한 것은 사실. 그러나 곧 암석에 대한 호기심은 큐리오시티를 통해 해결됐다. 특이한 이 암석은 바로 운석. 그 성분은 철과 니켈, 인 등으로 우주에서 화성으로 떨어진 소행성에서 나온 것으로 추정된다. 지구에서는 찾기힘든 귀하디 귀한 '우주의 로또'를 로봇이 느릿느릿 기어가다 발견한 셈. 큐리오시티가 운석의 성분을 분석할 수 있는 것은 쳄캠(Chemcam)이라 부르는 화학카메라 분광기가 장착돼 있기 때문이다. 큐리오시티는 적외선 레이저를 암석, 토양 등에 쏴 그 구성성분을 파악할 수 있다. 큐리오시티가 운석을 찾아낸 곳은 샤프산 아래에 위치한 머레이 뷰츠(Murray Buttes)로 전체적인 모습이 지구의 황량한 사막과 매우 비슷하다. 큐리오시티는 현재 목적지 샤프산을 향해 가고 있는데 편안한 길을 놔두고 탐사를 위해 울퉁불퉁한 고원을 힘겹게 굴러가고 있다. 크레이터 중앙에 우뚝 선 샤프산은 침전물이 쌓여 형성된 것으로 추정되며 그 높이가 땅바닥을 기준으로 1만 8000피트(5486m)에 달한다. 사진=NASA/JPL-Caltech/MSSS　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

이민자에 강경·과학엔 무관심 뇌연구 등 기초연구 지원 줄 듯 “전 세계 과학연구에 재앙 될 것” “트럼프는 역사상 첫 반과학적 대통령(the first anti-science president)이 될 것이며, 그에 따른 결과는 놀라울 정도로 매우 심각할 것이다.” 기업인이자 리얼리티쇼 진행자인 도널드 트럼프가 9일 새벽(현지시간) 미국의 제45대 대통령에 당선되면서 지구촌의 많은 과학자가 충격과 불안감에 휩싸였다. 과학자들은 대통령 선거운동이 벌어졌던 18개월 동안 트럼프는 과학계와 어떤 접촉도 갖지 않았고 과학 이슈에 대해서도 무관심했다는 사실에 주목하고 있다. 이 때문에 세계적 과학저널 양대 산맥인 ‘네이처’와 ‘사이언스’도 트럼프의 대통령 당선이 확정되자 이례적으로 신속하게 과학계의 이런 분위기를 전했다. 특히 미국 내 연구자들 사이에서는 “과학과 연구, 교육은 물론 지구의 미래를 고려했을 때도 트럼프 대통령은 최악의 상황”이라는 반응이 팽배해 있는 것으로 알려졌다. 연구자들은 트럼프가 선거 기간 “무슬림이 미국에 들어오지 못하게 하겠다”, “멕시코 국경에 벽을 쌓겠다”는 등 이민자에 대한 강경한 입장을 표시한 데 대해 우려를 표시하고 있다. 현재 미국 과학계를 떠받치고 있는 것은 재능 있는 외국인 과학자들인데 트럼프의 이민정책이 현실화될 경우 이들이 미국 내 연구기관이나 대학에서 연구하는 게 사실상 불가능해질 수 있기 때문이다. 미국 세포생물학회 공공정책 분과의 케빈 윌슨 박사는 “트럼프의 당선이 미국행에 관심 있는 유능한 외국 과학자들에게 찬물을 끼얹는 효과를 가져올 것”이라고 걱정했다. 에머리대에서 환경과학을 연구하는 머리 러드 박사도 네이처와의 인터뷰에서 “본국인 캐나다로 돌아갈 생각”이라며 “과학계에서는 이미 트럼프가 대통령이 될 경우 기초과학에 대한 예산은 물론 범정부적 지원이 줄어들 것이라는 이야기가 있었다”고 전했다. 버락 오바마 정부는 뇌 연구를 위한 ‘브레인 이니셔티브’, 유인 화성탐사, 마이크로바이옴 연구 프로젝트, 친환경 에너지 개발 등 굵직굵직한 연구계획을 발표하는 등 과학연구에 적극적이었다. 반면 트럼프는 선거 기간 내내 놀라울 정도로 과학 분야에 대한 언급이 없었으며, 현재 진행 중인 주요 과학 프로젝트에 대한 폄하만 있었다고 네이처와 사이언스는 지적했다. 트럼프는 지구온난화에 따른 기후변화는 ‘중국의 거짓말’이라며 클린에너지 정책을 폐기하고 석유, 석탄 같은 화석연료의 지속적 사용을 강조하는 한편 파리 기후협약 탈퇴를 주장해 왔다. 이뿐만 아니라 ‘미국항공우주국(NASA)은 지구 저궤도에서 활동하는 군수기지’라는 표현을 쓰면서 현재 유인 화성탐사나 심우주 탐사 같은 기초연구보다는 상업적 우주산업의 역할 확대를 언급하기도 했다. 마이클 오펜하이머 프린스턴대 교수는 “트럼프의 당선은 생물학을 비롯한 기초과학과 기후변화, 우주탐사 분야 지원 등 미국 내 문제가 아니라 전 지구적인 과학연구에 악영향을 미치는 재앙이 될 것”이라고 지적했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

영화 ‘스타트렉’의 세계에서는 ‘워프 항법’(워프 드라이브)라는 유명한 기술로 먼 은하까지도 손쉽게 여행할 수 있다. 즉 이 기술만 있으면, 우리 인류는 다른 항성계의 문명과 수백 년이 아닌 단 며칠 만에 접촉할 수 있는 것이다. 하지만 현실 세계에서는 그렇게까지 빠르게 이동할 수 없다. 왜냐하면 우주의 구조를 설명하는 아인슈타인의 특수 상대성 이론에서는 빛의 속도보다 빠르게 이동하는 것은 존재하지 않기 때문이다. 즉 현재의 로켓 추진 시스템은 이 법칙에 묶여 있는 것이다. 하지만 수많은 기술자와 물리학자들은 ‘스타트렉’ 속 우주 이동에 조금이라도 다가가기 위한 개념을 세우기 위해 야심 차게 노력하고 있다. “현재 가장 진보한 성간 여행(interstellar travel)에 관한 아이디어조차도 가장 가까운 항성까지 이동하는 데 수십 년에서 수백 년이 걸린다. 이는 아인슈타인의 특수 상대성 이론은 물론 초고속으로 이동하는 데 필요한 기술의 부족이 벽이 되는 것”이라고 성간 비행을 위한 대책 마련을 전문으로 하는 비영리단체 ‘이카루스 인터스텔라’의 창립자 리처드 오부시는 말했다. 또한 그는 “빛의 속도보다 빨리 이동할 수 있는 우주선을 만들 수 있다면 은하 탐사는 물론 인류 이주를 가능하게 할 것”이라고 설명했다. • 원자력 엔진과 레이저 추진 우주는 너무나 광대하므로, 천문학자들은 일반적으로 빛이 1년간 진행하는 거리를 뜻하는 ‘광년’으로 거리를 표현한다. 1광년은 약 9조4541억㎞에 해당한다. 현재 태양계에 가장 가까운 별은 4.23광년 떨어진 ‘센타우루스자리 프록시마’로 알려졌다. 즉, 광속으로 이동하더라도 편도만 4.23년이 걸리는 셈. 매우 느리게 느껴질 수도 있지만, 그래도 광속의 꿈이 이뤄진다면 현대 기술보다는 엄청난 발전이라고 할 수 있는 것이다. 지금까지 지구에서 발사된 가장 빠른 우주선은 보이저 1호로, 시속 약 6만 2120㎞로 비행하고 있다. 이 속도라면 센타우루스자리 프록시마 별까지 7만 년 이상이 걸린다. 과거에도 여러 연구팀은 적어도 광속의 일부 속도에 도달하는 법과 우리가 성간 공간을 탐사하는 것을 앞당길 방법을 제안해왔다. 1950년대, 미국의 방위업체 ‘제너럴 아토믹스’(General Atomics)의 연구자들은 ‘오리온 계획’(Project Orion)을 고안했다. 이는 우주선이 근본적으로 핵폭탄의 힘으로 움직이는 것이다. 연속 핵폭발을 제어함으로써 우주선을 빠르게 추진해 수백 톤의 화물과 8명의 우주 비행사를 화성과 태양계 밖으로 빠르게 나른다는 내용이었다. 또한 이 기술을 성간 여행에 적응하는 방법을 나타낸 청사진도 만들어졌지만, 핵 펄스 추진(nuclear-pulse propulsion)라고 명명된 이 방법은 1963년 핵실험 금지 조약으로 그때까지 행해진 모든 실험이 취소됐다. 그런데 지난 4월, ‘브레이크스루 스타샷’(Breakthrough Starshot)이라는 프로젝트가 발표돼 세간의 관심을 끌었다. 이는 비교적 폭발이 적은 방법을 사용해 성간 비행을 실현하는 노력이다. 이론 물리학자 스티븐 호킹과 일론 머스크 등 억만장자들이 운영하고 있는 이 프로젝트는 4.3광년 떨어진 삼중성계 ‘센타우루스자리 알파’(Alpha Centauri) 별로 우표 크기의 우주선단을 보내는 것을 목표로 하고 있다. 이들이 꿈꾸는 작은 우주선에는 얇고 가벼운 돛이 장착된다. 여기에 지구 궤도에서 레이저를 비춰 추진시키는 기술을 사용해 우주 비행을 실현하는 것이다. 또한 이 기술이 적용된 우주선은 레이저의 힘이 더해져 광속의 20%까지 가속할 수 있다고 한다. 20년 정도면 목적지까지 도착할 수 있는 것이다. 물론 이 작은 우주선단이 대부분은 센타우루스자리 알파 별에 도달할 수 없을지도 모른다. 하지만 일부라도 살아남는다면 저 멀리 있는 삼중별의 궤도를 도는 행성 주위로 날아가 미지의 데이터를 보내올 것이다. 이에 대해 리처드 오부시는 “성간 비행 분야를 단번에 추진할 생각으로 민간 자본이 사용된다는 점은 어쨌든 흥미로운 것이다. 앞으로도 이런 일이 계속되면 좋을 것이다. 브레이크스루 스타샷에는 공학적인 과제가 여럿 존재하지만, 어느 것 하나도 극복할 수 없다고는 생각하지 않는다”고 말했다. • 초광속을 가능하게 하는 이론도 물론 진정한 돌파구는 워프 항법이 실현되는 것이다. 하지만 여기에는 이론적인 설계와 이를 유지할 기술이 필요하다. 지난 1994년, 멕시코의 이론 물리학자 미구엘 알쿠비에르는 ‘스타트렉’ 팬들에게 희망의 메시지를 전달했다. 그는 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 어긋나지 않는 급진적인 ‘초광속 우주선 추진설’(theory of hyper-fast space propulsion)을 제창한 것이다. ‘우주선 자체를 광속까지 가속하는 대신, 우주선 주변의 시공간 구조를 왜곡해 버리면 되지 않을까?’라는 생각으로, 알쿠비에르는 시공간에 거품을 만드는 계산을 제시했다. 이 거품은 그 후방이 확대해 전방으로 수축하는 것으로 추진한다. 이 이론에 따르면 우주선은 거품을 따라 옮겨져 광속의 10배 이상 속도까지 올릴 수 있다. 이는 이론적으로는 간단하지만, 실현하려면 반물질 등 아직 밝혀지지 않은 물체를 이용해야 한다. 앞서서 해결해야할 만만치 않은 난제가 존재하는 셈이다. 또 워프를 위한 거품을 만들어 조종하기 위해서는 아직 해결되지 않은 문제가 많이 있다고 오부시는 말했다. 이에 대해 그는 “이 중 한 가지 문제는 인과관계의 단절이라는 아이디어로, 예를 들어 거품 안에 있는 어떤 우주선이 거품 밖으로 ‘통신’할 수 없다는 점에서 우주선이 일단 거품 안으로 들어가면 거품을 없앨 수 없다는 것”이라고 지적했다. 우주여행 분야에서는 흔히 있는 일이지만, ‘스타 트렉’에서 우리가 봤던 것처럼 성간 여행을 하기 위한 개발에는 비용과 에너지의 측면에서 커다란 변화를 요구한다. 그는 “현재, 유인 성간 여행의 개념을 실현하는 데 필요한 에너지와 자금은 세계적인 지출이 되고 있다”면서 “구체적으로는 매년 여러 선진국에서 10조 달러가 넘는 돈을 들이고 있는 것”이라고 말했다. 그런데도 그는 “15세기에 아무리 뛰어난 생각이라도 21세기의 기술 우수성을 예상할 수 없었을 것”이라면서 “이와 마찬가지로 우리는 향후 27세기의 인류가 어떤 기술을 갖고 있을지 알 수 없는 것”이라고 덧붙였다. 사진=ⓒ memory-alpha.wikia(위), NASA/ESA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

아름다운 고리를 가진 토성의 하루는 몇 시간일까? 일반적으로 태양계에서 목성 다음으로 큰 토성은 한 번 자전하는데 10시간 남짓이 걸리는 것으로 알려져 있다. 다만 정확한 시간에 대해서는 학계마다 의견이 분분한데, 최근 미국항공우주국(이하 NASA)는 지구와 달리 토성은 자전 속도가 일정치 않고 계절에 따라서도 하루의 시간이 달라질 수 있다는 연구결과를 발표했다. 과거 목성과 토성 등 태양계 외곽에 위치한 행성을 탐사하기 위해 발사된 NASA의 무인우주탐사선 보이저호가 보낸 데이터에 따르면, 토성의 하루는 10.7시간이었다. 하지만 최근 토성탐사선 카시니호가 보낸 데이터에서는 다른 결과가 도출됐다. 어느 지점에서는 10.7시간보다 길었고, 또 어느 지점에서는 10.7시간보다 짧게 나타난 것. NASA는 카시니호에 장착된 장비를 이용해 토성 표면의 자기장이 시간에 따라 어떻게 변화하는지 추적했다. 일반적으로 자기장의 크기는 자전속도 및 별(행성) 내부의 가스 흐름과 밀접한 영향이 있다. 연구에 참여한 영국 임페리얼칼리지런던의 마이클 도허티 박사는 “토성의 자전율은 장소에 따라 10.6~10.8시간을 오갔다. 남반구와 북반구에 따라 다르게 나타났고, 남반구와 북반구 안에서도 토성의 계절에 따라 자전율이 다르게 나타났다”고 설명했다. 이어 “이러한 현상의 원인 중 하나는 토성의 대기에 자기장의 흐름을 방해하거나 자기장을 없애는 ‘무언가’가 있으며, 이것에 영향을 받은 자기장 때문에 자전 속도도 달라지는 것으로 추측된다”면서 “이 현상의 원인을 찾는다면 토성에 대해 자세히 아는데 더 도움이 될 것”이라고 덧붙였다. 연구진은 카시니호가 2017년 마지막 비행을 앞두고 전달할 데이터를 통해 토성 자전시간의 미스터리를 풀 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 한편 화성의 자전 주기는 24.623시간으로, 지구와 매우 유사하다. 반면 목성의 자전 주기는 9.553시간으로 토성보다 더 짧으며 태양계에서 가장 빠르다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

지구 달력으로 4년 전 ‘호기심’을 해결하기 위해 화성에 내려앉았던 탐사로봇 큐리오시티(Curiosity rover)가 정체불명의 물체를 발견했다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 화성 표면을 탐사 중인 큐리오시티가 검은색을 띤 울퉁불퉁한 외형의 특이한 암석을 발견했다고 밝혔다. 골프공 만한 크기의 이 암석은 붉은색 계열의 주위 토양과는 달리 유달리 눈에 띄는 짙은 회색이다. UFO 신봉론자들이 봤다면 아마 외계인이 놓고 간 물체라고 주장할 만큼 특이한 것은 사실. 그러나 곧 암석에 대한 호기심은 큐리오시티를 통해 해결됐다. 특이한 이 암석은 바로 운석. 그 성분은 철과 니켈, 인 등으로 우주에서 화성으로 떨어진 소행성에서 나온 것으로 추정된다. 지구에서는 찾기힘든 귀하디 귀한 '우주의 로또'를 로봇이 느릿느릿 기어가다 발견한 셈. 큐리오시티가 운석의 성분을 분석할 수 있는 것은 쳄캠(Chemcam)이라 부르는 화학카메라 분광기가 장착돼 있기 때문이다. 큐리오시티는 적외선 레이저를 암석, 토양 등에 쏴 그 구성성분을 파악할 수 있다. 큐리오시티가 운석을 찾아낸 곳은 샤프산 아래에 위치한 머레이 뷰츠(Murray Buttes)로 전체적인 모습이 지구의 황량한 사막과 매우 비슷하다. 큐리오시티는 현재 목적지 샤프산을 향해 가고 있는데 편안한 길을 놔두고 탐사를 위해 울퉁불퉁한 고원을 힘겹게 굴러가고 있다. 크레이터 중앙에 우뚝 선 샤프산은 침전물이 쌓여 형성된 것으로 추정되며 그 높이가 땅바닥을 기준으로 1만 8000피트(5486m)에 달한다. 사진=NASA/JPL-Caltech/MSSS　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

미국항공우주국(이하 NASA)과 웨스트버지니아대학 공동 연구진이 소행성으로부터 지구를 지킬 수 있는 방법을 찾기 위한 시뮬레이션 실험을 시작했다고 CNN 등 현지 언론이 2일 보도했다. 연구진은 현재 스티로폼과 합판, 알루미늄 등을 이용해 지름 4m 가량 되는 실물 크기의 프로토타입 소행성을 만든 뒤 로봇 등 다양한 기기를 이용해 소행성과 지구의 충돌을 막을 수 있는 방법을 연구 중이다. 로봇 우주선을 소행성 표면에 떨어뜨린 뒤 샘플을 채취하고, 이후 지구로 향하는 소행성의 궤도를 달의 궤도로 끌어당겨 지구와의 충돌을 피하게 한다는 것이 연구진의 시나리오다. 이러한 기술은 달 궤도로 끌어들인 소행성에서 안정적으로 광물 등을 캐올 수 있다는 장점도 있으며, ‘소행성궤도변경임무’(ARM)라 부른다. 이번 실험의 가장 중대한 목표 중 하나는 더욱 정밀한 실물 크기의 모형 소행성을 제작하고 로봇 모듈 시스템을 이용해 실제처럼 소행성의 제어에 도전하는 것이다. 이를 위해 연구진은 미국 동부 메릴랜드에 있는 NASA 고다드우주비행센터에서 알루미늄 속뼈대(내골격)를 가진 프로토타입 소행성을 제작하고, 이 소행성을 ‘포획’할 때 사용되는 로봇 시스템을 실제로 작동시키는 실험을 실시했다. 이번 실험에 사용된 것은 각도 변경이 자유로운 ‘팔’ 7개와 연착륙용 ‘다리’ 3개를 가진 로봇으로, 팔 부분에는 소행성의 표면을 단단하게 움켜쥘 수 있는 장비가 장착돼 있다. 연구진은 이번 실험이 소행성 표면에 로봇을 착륙시키는 복잡한 과정을 미리 훈련하고, 더 나아가 화성 탐사를 위한 로봇 활용에도 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 한편 NASA는 소행성궤도변경임무에 앞서 소행성에서 암석 샘플을 채집하는 미션을 시행할 예정이다. 이를 위해 현지시간으로 9월 8일, 소행성 탐사선 ‘오시리스-렉스’(OSIRIS-REx)가 성공적으로 발사됐으며, 2023년 지구로 돌아올 예정이다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

유럽우주국(ESA)이 화성 탐사를 위해 보낸 무인 탐사선 ‘엑소마스’(ExoMars)의 착륙선 ‘스키아파렐리’(Schiaparelli)의 '최후'가 컬러 사진으로 첫 공개됐다. 지난 3일(이하 현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 스키아파렐리가 화성과 충돌하면서 남긴 화성 표면의 모습을 생생한 사진으로 공개했다. 화성 주위를 공전하는 화성정찰위성(MRO)이 탑재된 고해상도 카메라(HiRISE)로 촬영한 스키아파렐리의 '무덤'에는 검게 그을린 충돌의 흔적이 고스란히 남겨져 있다. 주변에 움푹 들어간 구덩이는 물론 검은 부분은 폭발 흔적으로 보인다. 충돌로 생긴 착륙선의 파편들도 여기저기 흩어져있다. NASA는 지난달 27일 스키아파렐리의 '무덤'을 흑백사진으로 공개했고, 컬러사진은 이번이 처음으로 지난 1일 촬영됐다. NASA 측은 "이번 이미지는 스키아파렐리가 화성 표면에 착륙하는 과정에서 어떤 일이 있었는지 밝힐 수 있는 자료가 될 것"이라면서 "보다 상세한 이미지는 2주 내 제공될 것"이라고 밝혔다. 앞서 지난달 19일 스키아파렐리는 화성 착륙을 위해 하강하는 과정에서 문제가 발생해 결국 추락했다. ESA에 따르면 당초 스키아파렐리는 하강 중 낙하선과 역추진 로켓으로 시속 4㎞의 속도로 서서히 화성 표면에 착륙할 예정이었다. 그러나 낙하산이 계획보다 빨리 펴지고 역추진 로켓도 제대로 작동이 안되면서 결국 상공 2∼4㎞에서 추락했다. 사진=NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

올해 무인탐사선 엑소마스(ExoMars)의 임무가 비록 착륙선의 폭발에도 성공률에서 ‘A’ 점수를 받아냈다고 유럽우주국(ESA) 관계자가 밝혔다. 스키아파렐리 착륙선은 지난 21일 모선 엑소마스에서 분리된 뒤 착륙 1분을 남기고 통신이 끊겨 실종되고 말았다. 미국항공우주국(NASA)의 화성 정찰위성이 보내온 이미지를 분석한 결과, 착륙선은 추락해 폭발한 것으로 밝혀졌다. 착륙선이 추락하기 전에 보내온 데이터를 분석한 엑소마스 팀원들은 스키아파렐리가 하강 도중 너무 빨리 역추진 분사로켓을 점화하는 바람에 높은 고도에서 추락해 화성 지면과 충돌, 폭발했다는 결론을 내렸다. 그러나 ESA는 이번 임무에서 거둔 성과를 성공적이라 평가하고, 특히 미량 가스 궤도선(Trace Gas Orbiter;TGO)이 21일 오전 139분 동안 로켓 점화를 단속적으로 한 끝에 화성 궤도에 안착한 것을 최대의 성공작으로 꼽았다. TGO 이전까지 단 한 번에 화성 궤도에 탐사선을 안착시키는 데 성공한 나라는 인도밖에 없다. 미국과 옛소련도 여러 차례 실패를 거듭한 끝에 탐사선의 화성 궤도 진입에 성공했다. 하강-착륙 시험 모듈인 스키아파렐리는 ‘착륙 6분의 테러’에서 추락하기 전까지 5분 동안 600MB가량의 데이터를 보내왔는데, 이는 종이로 따지면 약 40만 쪽에 달하는 분량이다. 이 자료들은 2020년에 시작될 ESA의 화성 생명체 탐사 엑소마스 로버의 착륙 시스템 디자인에 활용될 예정이라고 ESA 관계자는 밝혔다. ESA의 얀 뵈르너 국장은 21일 블로그를 통해 “미량 가스 궤도선과 착륙선의 중요도는 80 대 20 정도이며, 착륙선이 추락하기 전까지 임무 수행률은 약 80%에 달한다. 따라서 80+20*0.8 = 96%라는 계산이 나오는데, 이는 썩 훌륭한 성과라고 볼 수 있다”고 밝혔다. 이어 뵈르너 국장은 “우리는 이번에 TGO를 성공적으로 화성 궤도에 진입시킴으로써 ‘엑소마스 2020 임무’를 추진할 발판을 마련했을 뿐만 아니라, 우리가 착륙선으로부터 받은 방대한 데이터는 다음의 성공적인 화성 착륙에 결정적인 역할을 할 것”이라고 덧붙였다. TGO의 주된 과학 임무에는 화성 대기 속에 있는 메탄 등 미량 기체(trace gases)를 찾아내는 일이다. 메탄은 우주생물학에서 중요한 의미가 있는 기체다. 바로 생명체가 만들어내는 기체로서, 이 기체의 존재를 확인하면 화성에 생명체가 존재했거나 하고 있다는 결정적인 증거가 될 수 있다. 지구에 있는 메탄은 거의 생명체가 생산한 것이지만, 자연적으로 생성되는 경우도 있다. 현재 화성의 고(高)타원 궤도를 4일마다 한 번씩 선회하고 있는 TGO는 내년 초 탐사에 적당한 화성 상공 400km의 최종 과학 궤도(final science orbit)에 안착하기 위해 이동을 시작할 예정이다. 이 이동은 2018년 3월까지 완료돼야 하며, 그 직후부터 2년 예정인 공식 탐사활동에 들어가게 된다. 사진=화성 지표에 착륙하는 스키아파렐리의 상상도. 착륙 1분을 남기고 통신이 끊기면서 추락해 폭발했다. (출처=ESA/ATG medialab) 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

40년 전 화성을 탐사한 바이킹 1, 2호. 그때 수집한 토양 표본의 데이터에서 생물 존재에 관한 단서를 발견했다는 연구결과가 나왔다. ■ 데이터 재검증 이같은 결과는 미국 애리조나주립대(ASU) 템피 캠퍼스와 미국국립보건원(NIH) 등의 우주생물학자들의 공동연구를 통해 밝혀졌다. 이들은 1976년 바이킹호가 채취했던 토양 데이터를 재조사하고 거기에 생물이 포함되지 않았다는 기존 주장을 검증했다. 그 결과, 바이킹호가 채취한 표본에는 미생물에 의해 유도된 반응과 유사한 데이터가 포함돼 있었다. 이 연구의 논문은 국제 학술지 ‘우주생물학’(Astrobiology) 10월 1일자로 발표됐다. ■ 지구서 채취한 토양과 비슷 바이킹호의 화성 탐사는 두 대의 착륙선에 의해 시행됐다. 두 착륙선은 약 6400km 떨어진 곳에서 로봇 팔을 사용해 독자적으로 토양 표본을 채취해 그 데이터를 지구로 보냈다. 그러면 연구소에서 두 표본에 관한 자료를 조사했던 것이다. 두 표본 모두 같은 결과를 가져왔다. 또 채취한 토양은 착륙선 자체에서 영양원을 주입하거나 열을 추가하고 또는 더 어두운 공간에 2개월 정도 보관하는 등 일련의 검사도 진행됐다. 그 결과, 화성의 토양은 미국 캘리포니아나 알래스카, 또는 남극에서 채취한 것과 상당히 비슷했고 그 데이터는 미생물에 의한 반응을 상기시키는 것이었다. 하지만 당시에는 이 같은 유사성은 생명체 이외의 것인 예를 들어 비(非)생물 토양 옥시던트(non-biological soil oxidant) 등에 의한 것이라는 결론이 나왔었다. ■ 생명 존재 가능성을 배제하면 안 된다 재검증을 시행한 지금까지의 연구에 의하면, 모든 결과를 설득하는 옥시던트는 지금까지도 발견되지 않았고 더 나아가 생물의 물질 대사에 관한 실험도 진행되지 못했다. 또 이번에 얻은 생명 존재의 증거는 생물학적인 해석과 충돌하지 않으며 미생물이 화성의 가혹한 환경 조건에 적응해 진화했을 가능성마저 시사하고 있다. 미국항공우주국(NASA)의 크리스 매케이 박사도 최근 화성에서 물의 흔적이나 복잡한 유기 분자 메탄의 발견 등을 고려할 때, 우주생물학자들은 생명의 가능성을 배제해서는 안 된다고 주장하고 있다. 또 그는 “비록 바이킹의 결과가 생명 존재에 관한 강력한 증거를 보여줄 수 없었다고 해도, 이 연구 논문은 가능성을 생각할 수 있다는 것을 명확히 보여준다”고 말했다. 바이킹의 표본은 이전부터 논쟁이 계속됐지만, 앞으로도 시행되는 화성 탐사에 관한 임무가 새로운 사실을 밝힐 날이 가까울지도 모르겠다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미항공우주국(NASA)의 화성 정찰위성이 유럽우주기구(ESA)의 화성 착륙선 추락 흔적으로 보이는 사진을 전송해왔다고 ESA 홈피에서 22일(현지시간) 발표했다. "스키아파렐리가 2~4km 에서 하강하기 시작해 시속 300km 이상의 빠른 속도로 지면에 추락한 것으로 보인다"고 ESA의 관계자가 22일 ESA 홈페이지를 통해 밝혔다. "두 개의 점 중 큰 쪽은 착륙선이 지면에 충돌할 때 화성 지표 물질들이 만든 추락 흔적으로 보인다"고 설명하는 ESA측은 아마도 추락하는 충격으로 착륙선이 폭발했을 가능성이 있다고 덧붙였다. 추진체의 연료 탱크에 연료가 가득 들어 있었을 것으로 예상되기 때문이다. "앞으로 더욱 자세한 분석이 이루어지면 상황이 보다 명확하게 밝혀질 것으로 보인다"고 ESA는 말했다. 엑소마스 팀원들은 스키아파렐리가 보내온 데이터를 분석한 끝에 역추진 분사가 시작되어야 할 시점에서도 로켓이 점화되지 않았음을 알아냈다. 이는 곧 연료 탱크에 그대로 연료가 남아 있음을 뜻하는 것이라고 관계자는 설명했다. 화성 궤도 정찰위성이 보내준 이미지는 저해상도의 CTX 카메라로 찍은 것으로, 고해상도 이미징 과학 실험(HiRISE)) 카메라로 촬영한 이미지는 다음주에 전송될 것이라고 한다. 추락 흔적이 발견된 곳은 화성의 메리디아니 평원에 있는 착륙 예정지보다 5.4km 서쪽 지점이다. 메리디아니 평원은 화성의 적도 남쪽의 길이 1만 600㎞에 달하는 거대한 평원으로, 생물체가 존재했을 가능성이 많은 지역이다. NASA에서 탐사선 오퍼튜니티를 2004년 1월 착륙시켜 분석한 결과, 물이 존재했을 가능성이 있는 곳으로 추정되고 있다. 오퍼튜니티는 현재도 이 지역에서 탐사 활동을 계속하고 있다. 올해 3월 14일 발사돼 지난 16일 화성 궤도에 안착한 모선(母船) 엑소마스에서 분리된 스키아파렐리는 화성 대기권에 진입한 뒤 낙하산을 펴고 속도를 줄이면서 하강하여, 착륙 직전 로켓을 역분사해 표면에 내려앉을 예정이었다. ESA의 엑소마스 프로젝트는 15억 달러(약 1조 6890억원)를 투자해 화성 대기와 표면의 메탄가스를 분석해 생명체가 있는지 조사하고, 2020년대에 화성의 특정물질을 지구로 가져오기 위해 시작된 프로젝트다. 정찰위성이 보내온 새로운 이미지와 같은 장소를 찍은 과거 이미지를 비교해보면, 화성 착륙선 스키아파렐리가 착륙을 시도한 10월 19일에 만들어진 것으로 보이는 추락 흔적이 나타났다. 사진 아랫부분에 보이는 밝고 작은 점은 착륙선의 낙하산, 크고 어두운 점은 착륙선이 지면에 충돌하면서 만들어진 흔적으로 보인다.(사진=NASA/JPL) 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

유럽이 화성 생명체 탐사를 위해 보낸 무인 탐사선 ‘엑소마스’(ExoMars)의 착륙선 ‘스키아파렐리’(Schiaparelli)가 화성표면에 충돌해 폭발했을 가능성이 있다고 유럽우주국(ESA)이 밝혔다. ESA는 미 항공우주국(NASA)이 촬영한 사진 등을 토대로 스키아파렐리가 2∼4㎞ 상공에서 당초 계획했던 시속 300㎞보다 훨씬 빠른 속도로 떨어진 것으로 보이며 그 충격으로 폭발한 것으로 추정된다고 밝혔다. 사진에는 스키아파렐리가 충돌한 지점으로 보이는 가로 15ｍ, 세로 40ｍ 크기의 검은 부분과 이곳으로부터 약 2㎞ 떨어진 지점에서 흰 점이 포착됐다. 이 흰 점은 스키아파렐리의 낙하산으로 추정된다. ESA의 화성탐사 책임자 미셸 데니스는 “사진상의 검은 점은 스키아파렐리가 한곳에 있었을 경우의 크기보다 훨씬 더 크다”면서 “충돌과 함께 박살이 난 것 같다”고 말했다. 폭발이 최종 확인될 경우 유럽에서는 2003년에 이어 두 번째의 화성 착륙 실패가 된다. ESA는 스키아파렐리가 화성의 혹독한 대기 환경에서 하강 마지막 약 50초 동안 문제를 겪은 것으로 보인다고 전했다. 안드레아 아코마초 ESA 태양·행성임무 책임자는 “스키아파렐리로부터 데이터를 수신하는 데는 성공했으나 착륙 과정이 정상적이지는 않았다”고 밝혔다. 이어 “화성 대기권에 진입한 직후까지는 완벽하게 작동했으나 착륙을 위해 속도를 늦추려 낙하산을 펼치는 단계 이후에 예상과는 다른 움직임을 보였고 착륙 예정시각 50초 전에 송신이 끊겼다”고 밝혔다. 스키아파렐리는 송신을 중단하기 전까지 600MB가량의 데이터를 보내왔으며, 이는 종이로 따지면 약 40만 쪽에 달하는 양이다. ‘엑소마스’ 탐사선은 올해 3월 13일 카자흐스탄에서 발사돼 7개월간 날아 화성에 근접했으며 지난 16일 궤도선과 착륙선의 분리에 성공했다. 이어 궤도선 TGO를 화성 궤도에 올려놓는 데 성공했고 그리니치 표준시(GMT)로 19일 오후 2시 48분 착륙을 목표로 착륙선을 화성 대기권에 진입시켰다. ESA는 2020년 엑소마스 두 번째 탐사선과 탐사 로봇을 화성에 보내 생명체의 흔적을 본격적으로 탐사하는 것을 목표로 현재 러시아 연방우주공사(로스코스모스)와 협력해 이번 탐사선 임무를 진행 중이다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

40년 전 화성을 탐사한 바이킹 1, 2호. 그때 수집한 토양 표본의 데이터에서 생물 존재에 관한 단서를 발견했다는 연구결과가 나왔다. ■ 데이터 재검증 이같은 결과는 미국 애리조나주립대(ASU) 템피 캠퍼스와 미국국립보건원(NIH) 등의 우주생물학자들의 공동연구를 통해 밝혀졌다. 이들은 1976년 바이킹호가 채취했던 토양 데이터를 재조사하고 거기에 생물이 포함되지 않았다는 기존 주장을 검증했다. 그 결과, 바이킹호가 채취한 표본에는 미생물에 의해 유도된 반응과 유사한 데이터가 포함돼 있었다. 이 연구의 논문은 국제 학술지 ‘우주생물학’(Astrobiology) 10월 1일자로 발표됐다. ■ 지구서 채취한 토양과 비슷 바이킹호의 화성 탐사는 두 대의 착륙선에 의해 시행됐다. 두 착륙선은 약 6400km 떨어진 곳에서 로봇 팔을 사용해 독자적으로 토양 표본을 채취해 그 데이터를 지구로 보냈다. 그러면 연구소에서 두 표본에 관한 자료를 조사했던 것이다. 두 표본 모두 같은 결과를 가져왔다. 또 채취한 토양은 착륙선 자체에서 영양원을 주입하거나 열을 추가하고 또는 더 어두운 공간에 2개월 정도 보관하는 등 일련의 검사도 진행됐다. 그 결과, 화성의 토양은 미국 캘리포니아나 알래스카, 또는 남극에서 채취한 것과 상당히 비슷했고 그 데이터는 미생물에 의한 반응을 상기시키는 것이었다. 하지만 당시에는 이 같은 유사성은 생명체 이외의 것인 예를 들어 비(非)생물 토양 옥시던트(non-biological soil oxidant) 등에 의한 것이라는 결론이 나왔었다. ■ 생명 존재 가능성을 배제하면 안 된다 재검증을 시행한 지금까지의 연구에 의하면, 모든 결과를 설득하는 옥시던트는 지금까지도 발견되지 않았고 더 나아가 생물의 물질 대사에 관한 실험도 진행되지 못했다. 또 이번에 얻은 생명 존재의 증거는 생물학적인 해석과 충돌하지 않으며 미생물이 화성의 가혹한 환경 조건에 적응해 진화했을 가능성마저 시사하고 있다. 미국항공우주국(NASA)의 크리스 매케이 박사도 최근 화성에서 물의 흔적이나 복잡한 유기 분자 메탄의 발견 등을 고려할 때, 우주생물학자들은 생명의 가능성을 배제해서는 안 된다고 주장하고 있다. 또 그는 “비록 바이킹의 결과가 생명 존재에 관한 강력한 증거를 보여줄 수 없었다고 해도, 이 연구 논문은 가능성을 생각할 수 있다는 것을 명확히 보여준다”고 말했다. 바이킹의 표본은 이전부터 논쟁이 계속됐지만, 앞으로도 시행되는 화성 탐사에 관한 임무가 새로운 사실을 밝힐 날이 가까울지도 모르겠다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

중국이 우주와 해양에서 동시에 ‘굴기’(堀起)를 한다. 21일 차이신(財新)망에 따르면 중국은 2020년에 깊이 1만1천ｍ로 세계 최심연인 마리아나 해구의 유인 탐사를 계획 중이라고 밝혔다. 중국 우주기금회와 상하이 차이훙위(彩虹漁·레인보우피시) 해양과기유한공사는 전날 우주인훈련기지인 베이징 항천성(航天城)에서 전략 파트너십 협정을 체결하고 이 같은 탐사 계획을 공개했다. ‘레인보우 피시’로 명명된 1만ｍ급 유인 심해잠수정 프로젝트의 임무는 인간을 지구 해양의 가장 깊은 곳에 내려보낸 뒤 다시 해수면으로 안전하게 돌려보내는 것이다. 마리아나 해구는 필리핀 동쪽의 서태평양 북마리아나 제도에 2천550㎞ 길이로 뻗어있는 해저 지형으로 가장 깊은 챌린저 심연은 깊이 1만1천33ｍ에 달한다. 2020년은 중국의 우주정거장 프로젝트가 마무리되고 화성 탐사선을 발사하는 해라는 점에서 중국이 우주와 해양에서 동시에 ‘굴기’(堀起)를 선언하게 되는 셈이다. 중국은 인간이 탐험할 수 있는 가장 큰 도전중 하나인 마리아나 해저 도달을 통해 지구 대부분의 비밀이 숨어있다는 해양 연구에 박차를 가한다는 계획이다. 이를 위해 상하이 해양대학 심연과학기술연구센터의 주도로 4천800t급 모선, 1만ｍ급 유인 잠수정 및 무인 탐사정, 3대의 해저착륙기로 구성된 세계 첫 ‘심연과학기술 유동실험실’을 건립할 계획이다. 이중 1만ｍ급 유인 심해잠수정은 지상 기압보다 1천100배에 달하는 수압을 견뎌야 하는 ‘유인 선창’의 연구개발이 핵심으로 내년 4월 완성을 목표로 핀란드와 공동 제작이 진행 중이다. 중국은 올해 12월 마리아나 해구에서 1만m급 무인 탐사정과 착륙기의 시험 운용을 해본 뒤 2019년 10월 유인 해저잠수정으로 8천m 심해 도달을 시도하는 데 이어 2020년 1월 1만1천m의 해구 바닥 착륙에 도전할 계획이다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

보이저 1호와 2호는 1977년 발사되어 현재까지도 임무를 수행하고 있습니다. 당시 기술로 만든 전자 장비가 아직도 작동할 수 있다는 것도 놀랍지만, 이제 거의 40년이 다 되어가는 데도 작동하는 동력원 역시 신기할 수밖에 없습니다. 보이저를 비롯해 현재 화성에서 종횡무진 활약하고 있는 큐리오시티 로버까지 전력을 공급하는 장치가 바로 원자력 전지라고도 불리는 방사성 동위원소 열전기 발전기(RTG·Radioactive Thermoelectric generator)입니다. RTG의 동력원은 반감기가 87.7년에 이르는 플루토늄 - 238입니다. 방사성 동위원소가 붕괴하면서 나오는 열을 전기로 바꾸는 일은 열전대(thermocouple)의 몫입니다. 열전대는 서로 다른 재료를 접합한 후 양쪽에 온도를 달리하면 열기전력이 생기는 원리를 이용한 것입니다. 다시 말해 열에너지가 바로 전기 에너지로 변환되는 것인데, 아쉽게도 에너지 변환 효율은 높지 않아 발전용으로는 사용하기 어렵습니다. RTG는 몇 예외를 제외하면 대개는 온도 측정 등의 용도로 사용됩니다. RTG의 에너지 전환 효율은 3~7% 정도입니다. 높은 수준은 아니지만 수십 년간 끊임없이 전기를 만들 수 있다는 점이 중요합니다. 열전대를 이용한 RTG는 구조가 극도로 단순해서 고장이 날 가능성이 매우 낮고 장시간 신뢰성 있게 동력을 공급합니다. RTG의 수명을 결정하는 요소는 점차로 출력이 낮아지는 플루토늄과 더불어 열전대의 내구성입니다. 플루토늄의 반감기는 우리가 조절할 수 없지만 열전대의 효율과 내구성은 새로운 소재를 사용해서 끌어올릴 수 있습니다. 나사의 제트추진 연구소(JPL)의 과학자들은 스커터루다이트(Skutterudite)라는 물질을 이용해서 새로운 열전대를 개발했습니다. 이를 이용해서 개발한 eMMRTG(enhanced multi mission RTG)는 큐리오시티에 사용된 MMRTG 대비 25%나 효율이 높아졌을 뿐 아니라 수명 역시 길어졌습니다. 17년 임무를 가정했을 때 eMMRTG는 MMRTG 대비 50%나 만은 출력을 낼 수 있어 같은 양의 방사성 동위 원소로 더 장기간 임무를 수행할 수 있게 되었습니다. eMMRTG 기술이 응용되면 보이저 우주선보다 더 장기간 임무를 수행할 차세대 우주 탐사선 개발도 가능할 것입니다. 한 마디로 기존보다 더 힘 좋고 오래가는 원자력 전지가 나온 것입니다. 나사는 차세대 우주 탐사 임무에 eMMRTG를 사용할 계획입니다. 나사는 여기서 더 나아가 과거 나사에서 개발된 많은 기술이 여러 산업 분야에 응용된 것처럼 새로운 열전대를 산업 분야에 응용하기 위해 민간 기업에 기술을 위탁했습니다. 앞으로 응용이 기대되는 분야는 고온으로 소재를 다루는 공장 등에서 폐열을 에너지로 재활용하거나 혹은 내연 기관 차량에서 폐열을 전기에너지로 바꾸는 것입니다. 경제적인 대량 생산이 가능할지는 지켜봐야 알겠지만, 나사의 미래 우주 탐사선만이 아니라 지상의 우리도 이 기술의 혜택을 보게 될지 모릅니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com