노컷뉴스

1% 진짜 우주는 우리의 기대를 아득히 넘어섰다[코스모스토리] 1% 진짜 우주는 우리의 기대를 아득히 넘어섰다 가시광선과 근적외선을 통해 약 100억 광년까지의 우주를 관측할 수 있는 유클리드 우주망원경, 첫 풀컬러 사진이 공개된 지 약 1년이 지나면서 공식 결과물에 대한 기대가 커지고 있었는데요. 마침내 유럽우주국(ESA)이 공식 서베이 관측 결과물을 최근 공개했습니다. 지난달 15일(현지시간) 이탈리아 밀라노에서 열린 국제 우주대회에서 요제프 아슈바허 ESA 사무총장과 캐롤 먼델 과학국장은 208기가픽셀로 구성된 유클리드의 거대한 모자이크 우주 사진을 공개했습니다. 이번 사진은 올해 3월 25일부터 4월 8일까지 260회에 걸친 관측 결과를 합친 모자이크 사진으로 그 넓이는 남쪽 하늘의 132제곱도(보름달 면적의 약 8배), 보름달 면적의 500배가 넘는 규모입니다. 유클리드는 가시광선과 근적외선 관측을 통해 100억 광년에 이르는 거리에 위치한 은하들의 모양과 거리 및 움직임을 관찰해 우주 3D 지도를 만들고 있습니다. 이번 관측 사진은 600배까지 확대할 수 있고 최대 확대 사진에서도 나선은하의 복잡한 구조를 식별할 수 있습니다. 사진에서 푸른색 연기처럼 보이는 것은 우리 은하계 안에 있는 가스와 먼지의 혼합물입니다. 이 존재는 은하수의 빛을 반사하면서 카메라에 포착됩니다. ESA는 유클리드의 관측 목표를 발표할 때 일반적인 서베이 관측 외에도 세 군데 지역을 집중적으로 관측하는 딥필드 관측을 예고하기도 했었는데요. 딥필드 서베이 관측 지역을 포함한 지역의 관측 결과물은 내년 3월에 발표할 예정이라고 합니다. 제임스 웹과 중력렌즈로 바라본 la형 초신성 우주망원경과학연구소(STScI)는 지난달 1일 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 큰곰자리 방향에 위치한 은하단 PLCK G165.7+67.0(G165)를 근적외선 카메라(NIRCam)로 촬영한 사진을 공개했습니다. 은하단의 강력한 중력으로 인해 빛이 휘어 특이한 모양으로 보이는 이 천체에서 천문학자들은 이전에는 보지 못했던 특별한 점을 찾았습니다. 사진 가운데 세로로 늘어진 은하의 빛 안에 아주 작은 흰색 점이 보이는데요. 천문학자들의 분석 결과 별이 폭발하는 'Ia형 초신성'의 빛으로 판별됐습니다. Ia형 초신성은 핵융합이 끝나 생애 주기가 끝난 항성의 잔해인 백색왜성이 적색거성 등 외부 천체의 구성 물질을 흡수하면서 '찬드라세카르 한계(태양질량의 1.44배)'를 넘어서면 자신의 중력을 버티지 못해 붕괴하고 폭발하면서 발생합니다. 천문학자들은 지난해 3월 30일, 4월 22일, 5월 9일 세 번의 관측 데이터를 합쳐 넓은 적외선 파장 범위를 샘플링해 이번 사진을 얻었습니다. 이 세 번의 촬영을 통해 시간지연, 초신성의 거리 및 중력렌즈의 특성으로 허블 상수 값을 보다 정밀하게 산출하게 됐습니다. 이 데이터들로 천문학자들은 우주팽창에 대한 속도 변화를 보다 더 이해하기 위한 자료로 사용될 것입니다. 우리 은하 속 가장 사나운 별의 이중주 '물병자리 R' 물병자리 방향 약 700광년 거리에 떨어진 공생 쌍성 '물병자리 R(R Aquarii)'은 백색왜성과 적색거성 단계에 이른 '미라형 변광성'으로 구성된 쌍성계로 거대한 가스 필라멘트를 분출하는 격렬한 천체입니다. 이 천체는 44년의 궤도 주기를 따라 두 항성이 근접했을 때 백색왜성이 중력에 의해 수소 가스 등 물질을 빨아들입니다. 그 후 왜성 표면에서 핵융합을 일으켜 거대한 수소 폭탄처럼 폭발이 발생합니다. 그 후 폭발이 끝나면 다시 물질을 빨아들이는 연료 공급의 주기가 다시 시작됩니다. 이 현상은 별이 우주로 뿜어내는 핵에너지 구성 산물을 어떻게 재분배하는지 보여주는데요. 수소와 헬륨보다 무거운 탄소, 질소, 산소 등 무거운 성간 물질이 어떻게 우주로 방출되는지 알려줘 천문학자들에게 주요 연구 대상이 되고 있습니다. 허블 우주망원경(HST)은 이 천체를 지난 2014년부터 지난해까지 타임랩스로 관측하면서 쌍성계의 극적인 진화 과정을 담아내기도 했습니다. 이 천체는 대부분은 녹색으로 보이지만, 파란색 영역이 생기거나 사라지는데요. 이는 회전하는 쌍성에서 생성된 등대 같은 빛줄기가 성운을 휩쓸고 지나가면서 빛을 비추기 때문에 발생합니다. '우주 속 얼굴이 바라본다'…공포의 나선 은하 듀오 10월의 마지막 날, 핼러윈 데이 답게 공포스러운 모습의 IC 2163(왼쪽)과 NGC 2207 두 나선은하가 근접해 서로 상호작용을 하고 있는 현장이 공개됐습니다. 큰개자리 방향으로 약 8100만 광년 거리에 위치한 두 나선은하는 맞물려 회오리치는 듯한 모습인데요. 마치 유령의 얼굴을 한 것처럼 보이기도 합니다. 이 비슷한 모양의 두 은하는 과거 수백만 년 전에 서로 스치듯 충돌을 했고 다시 두번째 충돌을 하기 위한 단계로 접어들었습니다. 이 천체는 제임스 웹의 중적외선 기기(MIRI)로 관측한 적외선 사진과 허블이 관측한 가시광선 사진을 합친 결과물입니다. 푸른색을 띄고 있는 부분이 가시광선을 기반으로 한 부분이고 분홍색으로 보이는 부분이 중적외선으로 관측된 부분입니다. 두 은하의 나선팔 여러 곳에는 새로운 별들이 생겨나고 있는데요. 두 은하핵의 눈꺼풀처럼 보이는 주변부에 밝게 빛나는 부분은 별들이 폭발적으로 생겨나는 곳입니다. 향후 수백만 년 동안 두 은하는 서로 반복적으로 충돌을 진행하게 될 텐데요. 그 과정에서 완전히 다른 모양의 나선팔이 생기고 두 은하의 핵은 합쳐져 더 밝은 하나의 눈으로 형성될지도 모르겠습니다.   텍스트형 템플릿 놀라운 관측은 앞으로도 계속 됩니다. 2024.11.03 07:00

美탐사선, 외계 생명체 찾아 '29억km' 여정…'노컷'도 함께 합니다[코스모스토리] 태양계에 지구의 인류와 각종 생명체 말고 다른 생명체는 없을까.  인류의 오랜 질문의 답을 찾는 여정이 마침내 시작됐습니다. 태양계 안에서 생명체 존재 가능성이 가장 높은 것으로 알려진 목성의 위성 유로파로 향하는 탐사에는 '노컷뉴스'도 함께 합니다. 미국 항공 우주국(NASA)은 14일(미 동부시간) 낮 12시 6분 플로리다 케네디 스페이스 센터 39A 발사장에서 탐사선 '유로파 클리퍼'를 스페이스X의 팔컨헤비 로켓에 탑재해 발사했습니다. 목성으로 향하는 최적 항로로 지난 11일에 발사할 예정이었으나 허리케인 '밀턴' 때문에 일정이 다소 밀렸습니다. 유로파는 목성의 궤도를 돌고 있는 95개의 위성 중 하나로 천문학자 갈릴레오 갈릴레이가 지난 1610년 발견한 목성의 위성 4개(이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토) 중 하나입니다. 전체 지름은 약 3122km 정도로 약 3474km인 달보다 조금 작은 크기로, 태양계 전체로 치면 6번째로 큰 위성입니다.   왜 유로파인가? 수많은 천체 중에서 유로파가 주목을 받은 건 바로 물 때문입니다. 지구와 가까운 달과 화성 등은 물이 존재하는 것으로 추정되는 수준이지만 유로파는 표면이 얼음으로 돼있고, 그 얼음 밑에 있는 액체 상태 물의 존재까지 확인됐습니다. 그 양도 엄청납니다. 유로파에 존재하는 물의 양은 지구의 바다보다 더 많고, 그 깊이는 100km에 달할 것으로 추정되고 있습니다. 과학자들은 목성 궤도를 비행한 갈릴레오와 주노 탐사선으로 유로파를 관측하면서 얼음 표면이 일자 형태로 갈라진 흔적이 다수 존재하고 행성 충돌구가 별로 보이지 않는 점 등으로 지하에 거대 해수층 존재 가능성을 확인했습니다. 또한 허블 우주망원경으로 2014년과 2016년 100km 이상의 높이로 물줄기가 솟아오르는 듯한 모습을 포착했고, 심지어 2018년 갈릴레오 탐사선이 이 물줄기 영역을 통과했다는 사실도 확인했습니다. 아울러 제임스웹 우주망원경은 근적외선 분광기로 유로파 표면을 분석해 이산화탄소의 존재를 확인했습니다. 만약 이산화탄소가 지하 바다에서 나온 것이라면 이는 생명체 존재에 대한 강한 증거가 될 수 있습니다. 제임스웹 이후 가장 큰 우주 프로젝트 '유로파 클리퍼' 외우주가 아닌 태양계 안에서 생명체 존재 가능성이 커짐에 따라 NASA는 대규모 탐사 미션을 세웠습니다. 생명체 탐사를 화성에서 태양계로 확장해 목성 궤도의 유로파를 직접 탐사하는 '유로파 클리퍼' 미션을 진행합니다. 이 프로젝트에만 50억 달러(한화 약 6조5천억 원)가 투입된 걸로 추정되는데요. 화성 로버 탐사 프로젝트 소요 비용이 4조 원이라는 점에서 얼마나 거대한 규모인지 짐작됩니다. 유로파 클리퍼는 탐사선의 중량만 5~6톤에 달하는데요. 이 육중한 무게의 탐사선을 목성 궤도까지 날려 보내야 하기 때문에 강력한 추력이 필요합니다. 계획 초기에는 탐사선의 발사체를 아르테미스 프로젝트에 사용되는 SLS(Space Launch System) 로켓으로 준비할 정도였습니다. 하지만 비용 절감을 위해 발사체를 스페이스X의 팔컨 헤비로 수정했습니다. 추력 부분에서 차이가 있지만 탐사선의 항로를 지구와 화성의 행성 중력으로 가속하는 플라이바이(Fly-by) 항법을 사용해 목성까지 도달할 수 있습니다. 생명체 탐사를 위한 유로파 클리퍼에는 어떤 장비가 탑재됐을까요? NASA는 크게 5가지 분야로 10개의 장비가 탑재됐다고 설명했습니다. 우선 유로파를 관측하기 위한 이미징 시스템으로 '가시광선으로 촬영하는 이미징 모듈(EIS)'과 유로파의 열 방출 이미징 시스템(E-THEMIS)이 탑재됐습니다. 이 장비들은 유로파의 얼음 지각과 지하 화산활동 및 지각 활동으로 인한 열 방출 지역을 특정하는 역할을 지니고 있습니다. 다음으로는 분광기로 자외선 분광기(Europa-UVS)와 지도화 이미징 분광기(MISE)가 탑재됐습니다. 원자와 분자는 서로 다른 방식으로 여러가지 파장의 빛을 방출하거나 흡수 또는 반사를 합니다. 이러한 빛을 분석하면 유로파 표면과 근처에 분포한 입자의 구성을 밝혀내 보다 정확한 유로파의 구성 요소를 확인할 수 있습니다. 이를 통해 앞서 망원경으로 관측된 유로파의 구성 요소가 정말로 존재하는지 여부를 확인하고 기존에는 발견하지 못한 생명활동 요소를 찾아낼 수도 있습니다. 세 번째는 플라즈마와 자기장 분야의 장비로 자력계(ECM)와 플라즈마 계측기(PIMS)가 실렸습니다. 유로파의 지각은 목성의 중력으로 지각 활동이 발생해 열이 분출되는 곳이 있고 중력과 조석 작용으로 얼음 지각에 변화가 생겨 두께가 서로 다를 것입니다. 자력계는 얼음 지각 깊이와 지하 바다의 수심을 측정하고 유로파의 물 속 염도를 분석합니다. 염도가 있는 바다는 행성에 자기장을 일으킬 수 있게 만들고 이 자기장이 목성의 자기장에 갇힌 플라즈마의 영향을 받아 왜곡됩니다. 플라즈마 계측기는 이 왜곡된 정도와 유로파의 자기장을 분석해 지하 바다에 대한 정보를 분석할 것입니다. 네 번째는 중력과 레이더 장비로 유로파가 목성 궤도상에서 받는 중력의 영향을 파악할 수 있습니다. 중력·라디오 장비로는 도플러 효과 등의 변화를 측정하고, 해양 수심 측정용 레이더 장비(REASON)는 유로파 얼음의 두께와 분포 등을 특정할 수 있습니다. 마지막으로는 화학 분석 장비입니다. 행성 물질 분광계(MASPEX)와 유로파 표면 먼지 분석기(SUDA)는 생명체의 존재를 증명할 다양한 유기 화합물의 존재 여부와 목성 방사선의 영향 등을 파악하게 됩니다. 목성-유로파 탐사 궤도의 속사정 유로파 클리퍼는 초기 계획 단계에서는 화성에 착륙한 로버처럼 얼음 지각에서 직접 탐사 활동을 할 예정이었습니다. 궤도 관측보다 실제 지각에서 얻을 수 있는 데이터가 많기에 당연해 보입니다. 그런데 점차 탐사 계획이 구체화 되면서 로버 탐사는 취소됐습니다. 정확한 이유가 공개되진 않았지만 탐사선의 궤도를 통해 그 속사정을 어느 정도는 유추할 수 있습니다. 유로파 클리퍼의 탐사 궤도는 목성의 방사선을 염두에 둔 타원궤도입니다. 유로파에 근접하는 시간이 짧아져 효율은 낮습니다. 다만 목성의 근지점과 원지점을 오가면서 다른 위성들인 이오와 가니메데, 또 칼리스토를 함께 탐사하고 분석할 수 있는 기회를 얻을 수 있습니다. 로버의 탐사 계획 중지는 목성의 방사선으로 인한 교신 불가와 로버의 오류 가능성 등을 고려한 조치라고 추측할 수 있습니다. 유로파 클리퍼 이후의 탐사 프로젝트에선 목성의 방사선의 영향에서 자유로운 기체의 신규 개발 등으로 유로파의 바다를 수중탐사하는 방안도 계획될 것으로 기대됩니다. 유로파에 보내는 펜팔 유로파 클리퍼는 우주를 항해하면서 실제 바다가 존재하는 행성으로 향합니다. 나사는 이런 점에 착안해 편지가 담긴 병을 바다에 띄우는 것처럼 별도의 행사도 진행했습니다. 탐사선 내부에 넣을 이름과 사연 등을 지난해 공모를 통해 접수한 것인데요. 미국 시인 에이다 리몬의 '미스터리를 찬양하며:유로파를 위한 시'가 새겨진 금속판이 탐사선에 탑재됐고, 캠페인에 참가한 사람들의 이름도 같이 새겨졌습니다. 전 세계에서 무려 262만 861명이 이 특별한 행사에 함께 했고, 한국에서도 1만 9076명이 참가했습니다. '노컷뉴스'(NOCUT NEWS)도 유로파 클리퍼와 함께 앞으로 29억km를 날아가게 됩니다. 5년 이후에나 당도할 유로파에서 인류는 무엇을 발견하게 될까요. 외계 생명체를 만날 수도 있고, 미처 알지 못했던 새로운 우주의 법칙을 발견할지도 모르겠습니다. 어떤 발견이든 인류에겐 큰 선물이자 더 넓은 우주로 나아갈 디딤돌이 될 것입니다. 2024.10.16 06:00

초거대 로켓의 '젓가락' 발사대 귀환 성공…모두가 놀랐다[코스모스토리] 테슬라 최고경영자(CEO) 일론 머스크가 이끄는 민간 우주개발 회사 스페이스X의 스타십 5차 시험발사(IFT-5)가 성공적으로 완료됐습니다. 인류의 우주 진출이 더 가까워졌다는 평가가 나옵니다. 13일(현지시간) 오전 7시 즈음 미국 텍사스 보카치카 스타베이스에서 스타십 우주선의 5번째 발사가 진행됐습니다. 스페이스X는 스타십의 발사 테스트 때마다 실험의 목표를 공개하는데요. 5차 발사에서는 성공적인 발사 이후 슈퍼헤비 부스터와 스타십이 분리되는 핫 스테이징 단계 이후 부스터가 발사대로 귀환에 성공해야 하고, 발사대에 설치된 젓가락처럼 생긴 메카질라(Mechazilla) 기계 팔이 캐치에 성공해야 합니다. 만약 슈퍼헤비의 제어가 실패하거나 복귀 궤도에 문제가 발생할 경우 멕시코만에 추락하거나 비상 자폭을 하게 됩니다. 또한 지구 반대편으로 날아간 스타십은 지구 재진입에 성공해 인도양 해수면 연착륙에 성공해야 합니다. 지난 4차 발사에서 슈퍼헤비는 멕시코만 연착륙에 성공한 바 있지만 발사대 귀환과 메카질라의 캐치가 첫 시도 만에 성공할 것이라고는 기대하기 어려웠습니다. 첫 시도기 때문에 시행착오가 발생할 가능성이 높아서입니다. 하지만 모두의 우려를 뒤로 하고 그 어려운 과정을 해냈습니다. 안정적인 미션 진행…놀라운 슈퍼헤비 캐치 T-00:00 발사 시간이 되자, 스타십은 슈퍼헤비의 랩터엔진 33개를 모두 점화하면서 굉음과 함께 날아올랐습니다. 4차 발사 시 1개의 엔진이 다운됐지만 문제없이 이륙에 성공한 것처럼 중계진은 일부 엔진이 꺼져도 문제없다고 설명했지만 모든 엔진은 정상적으로 작동했습니다. 힘차게 날아오르던 스타십은 발사 후 2분 35초, 고도 64km 지점에서 슈퍼헤비 엔진이 가운데 3개를 남기고 모두 스톱하는 핫 스테이지 분리 단계에 접어들었고 5초 뒤 스타십과 슈퍼헤비가 성공적으로 분리됐습니다. 스타십은 6개의 엔진을 점화하며 날아올랐고 슈퍼헤비는 13개의 엔진을 연소하는 부스트 백번(Boost Back Burn)으로 복귀 궤도를 따라 이동했습니다. 발사 3분 41초에는 모든 엔진을 정지했고 4분 30초가 되자 슈퍼헤비는 동체 상단의 연결부인 핫 스테이지 링 모듈을 분리하고 남아있는 연료를 분사하면서 동체 방향을 바꿔 발사대를 향해 낙하합니다. 모든 과정이 순조롭게 진행돼 자폭 또는 멕시코만으로 낙하하는 것이 아닌 발사대로의 귀환이 결정됐습니다. 고도 1km 지점에서 슈퍼헤비는 다시 13개의 엔진을 점화하며 랜딩번(Landing Burn)을 진행합니다. 발사대 근처에선 가운데 3개의 엔진만을 사용하면서 짐범 모듈을 이용해 동체의 방향을 조정했고 스타베이스의 메카질라에 거치될 수 있도록 동체를 미세조정했습니다. 이와 동시에 메카질라 기계 팔은 슈퍼헤비의 상단부를 마치 젓가락으로 물제를 짚어내듯이 잡아냈고 결국 71m 크기의 초거대 크기의 슈퍼헤비가 발사대에 고정되면서 착륙에 성공했습니다. 실시간으로 지켜보던 스페이스X 임직원들은 물론 이를 중계하는 유튜버들도 환호성을 지르며 성공을 축하했습니다. 날개가 일부 타올랐지만…안정적으로 재진입한 스타십 슈퍼헤비와 분리된 후 계속 가속하던 스타십은 발사 8분 30초 시점에 상공 150km, 시속 2만 6502km에서 엔진을 정지하고 궤도 비행을 진행합니다. 여러 개의 자세제어 추진기(Reaction Control System, RCS)를 사용하며 고도 212km에서 궤도 비행을 하던 스타십은 서서히 하강하다가 발사 후 35분쯤 우주선의 날개를 이동하는 '플립 기동'을 하면서 동체를 수평에서 약 60~70도 정도로 기울여 내열타일을 전면부로 하는 낙하 자세를 취합니다. 그 후 아프리카 대륙 동쪽에 위치한 마다가스카르 상공 고도 약 110km 지점을 지나면서 본격적으로 대기권의 마찰열을 받으며 플라즈마 불꽃이 발생합니다. 4차 발사에서는 우주선 윗부분의 날개 한쪽이 거의 불타 녹아내렸는데요. 스페이스X는 이 부분을 보완하고자 내열 타일을 대폭 보강했다고 설명했습니다. 또한 4차 발사 때와 달리 더 완만하게 하강했는데요. 시간이 더 오래 걸리지만 그만큼 대기권과의 마찰열이 줄어들어 우주선이 받는 열을 최소화할 수 있습니다. 그러면 스타십의 날개는 안전했을까요? 안타깝게도 고도 52km 지점에서 한쪽 날개의 연결부 가운데에 빛이 보이기 시작했고 조금씩 불꽃이 커졌습니다. 내열타일이 떨어져 나갔거나, 방열처리가 부족한 이유로 결국 플라즈마를 완벽하게 막아내는 데는 실패했습니다. 하지만 4차 발사 때만큼 기동이 어려울 정도로 파손된 것이 아닌 연결부 가운데 일부분만 손상돼 기체 제어는 문제없이 진행됐습니다. 고도 36km가 되자 낙하속도가 시속 5천km 이하가 되면서 날개를 녹이던 플라즈마가 사라졌고 고도 20km에서는 수평낙하로 더욱 감속합니다. 이윽고 고도 1km 이하가 되자 랜딩번을 진행하면서 플립기동으로 동체를 90도로 세웠고 수면 위에 일시적으로 떠 있는 호버링까지 성공적으로 진행한 후 해수면에 연착륙했습니다. 이번 스타십의 해수면 착륙에서 특히 놀라웠던 건 미리 착륙 목표지점에 배를 띄워 놓고 지구 반대편에서 출발한 스타십이 정확히 해당 지점에 착륙하면서 그 순간을 중계했다는 점입니다. 스타십의 항법 기술이 얼마나 정확하게 작동했는지를 알게 해주는 대목이었습니다. 내열타일의 방열 문제는 아직 해결과제로 남았지만 그 외 우주선의 출발과 착륙이 대부분 안정적으로 진행됐다는 점에서 5차 발사는 90% 이상 성공한 셈입니다. FAA와의 갈등에서 우위를 점한 스페이스X 스타십의 5차 발사가 성공을 거두면서 스페이스X는 앞으로 스타십 발사에 대한 안전성을 강조할 수 있게 됐습니다. 미국 연방항공청(FAA)은 최근까지 스타십 시험발사의 안전성을 문제삼아 스페이스X에 우주선 발사 라이센스를 발급해 주지 않고 있었습니다. 4차 발사 이후 수 개월 동안 라이센스를 미발급한 FAA에 일론 머스크는 "초대형 우주선을 건조하는 것보다 서류 승인이 더 오래 걸릴 수 있느냐"며 불만을 표출하기도 했습니다. 또한 우주정거장에 우주인을 보내는 크루9(CREW-9) 미션에서 팔컨9 발사체의 2단부가 오작동을 일으킨 것을 문제삼은 FAA는 수백 번 성공적으로 임무를 완료한 팔컨9 발사체에 대한 라이센스를 일시 중단시키기도 했습니다. 여기에서 지금까지 스타십의 발사가 오래 걸렸던 것은 기술력의 부재로 인한 지연이 아니라 행정적 절차와의 싸움으로 지연됐다는 것을 알 수 있습니다. 실제로 지난달 10일(현지시간) 미국 하원 과학위원회 우주 소위원회는 공청회에서 FAA의 우주 발사체 라이센스 허가 규정이 미국 우주 산업계 경쟁력을 떨어트린다고 비판하면서 8월에 준비 완료된 스타십 발사에 대한 라이센스가 9월을 넘어 11월로 연기된 것에 대해 따져 물었습니다. 당시 켈빈 콜먼 FAA 상업용 우주 운송 담당 부국장은 "스페이스X는 4개의 항공편을 보유하고 있고 이 중 3개의 항공편은 라이선스 수정 중에 있다. 미션마다 승인을 추진하는 회사가 바로 이곳이다"라고 답했다가 리치 맥코믹 하원 의원에게 "기술이 매일 변한다는 것을 알고 있나. 당신이 책임자고 당신이 차이를 만든다"고 지적을 받기도 했습니다. 그리고 일론 머스크는 이 장면을 자신의 X에 공유했고 FAA에 대한 비판 여론 조성에도 성공했습니다. 이후 스페이스X는 8일 스타십 발사를 FAA에 요청하면서 공식 X 계정에 13일 발사 준비 중이라고 공개하면서 FAA를 압박했습니다. 정치권과 여론의 압박으로 기울어진 운동장에서 FAA는 결국 발사 하루 전인 12일 급하게 발사 라이센스를 허가했습니다. 이러한 상황에서 FAA와 스페이스X는 5차 발사의 성공 여부에 따른 도박을 하게 된 셈이었습니다. 만약 슈퍼헤비가 발사대에서 폭발했다면 아마도 스타십의 6차 발사는 오랫동안 보기 어렵게 됐을지도 모르겠습니다. 하지만 5차 발사의 성공으로 스페이스X의 향후 우주 개발에 청신호가 켜졌습니다. 이번 발사에 시간이 오래 걸린 만큼 스페이스X는 이미 6차 발사를 준비하고 있는 것으로 전해졌는데요. 보완해야 할 부분이 적어진 만큼 더 빠른 준비와 진행으로 완벽한 6차 발사가 가까운 시일 내 진행될 수 있기를 기대해 봅니다. 2024.10.14 12:06

모두를 놀라게 했던 물음표 은하…그 비밀이 밝혀졌다[코스모스토리] 모두를 놀라게 했던 물음표 은하…그 비밀이 밝혀졌다 지난해 7월 미국항공우주국(NASA)은 제임스웹 우주망원경(JWST)으로 '허빅-아로(Herbig-Haro) 46/47'이라는 한 쌍의 아름다운 별을 관측했을 당시 우연히 이미지의 한 구석에 물음표 모양의 천체가 관측됐습니다. 특별한 모양을 한 이 천체는 '우주의 궁금증'이라는 별명도 붙으면서 천문학자들의 관심을 독차지 했습니다. 9월 5일 제임스웹은 이 신비로운 물음표 천체를 자세히 관찰했고 그 결과가 공개됐습니다. 에리다누스자리 46억 5천만 광년 거리에 위치한 은하단 'MACS J0417.5-1154'의 이미지에 포착된 이 물음표 모양의 천체는 크게 4개의 은하가 상호 작용을 하는 것처럼 보입니다. 하지만 이는 한 쌍의 은하가 중력렌즈 현상으로 빛이 왜곡돼 보이는 현상입니다. 빛은 직선운동을 하다 강력한 중력을 만나게 되면 굴절되는데요. 중력의 강도가 셀수록 더 크게 왜곡되고 심할 때는 같은 상이 여러 개가 보이기도 합니다. 이 물음표 천체가 바로 이러한 경우에 해당합니다. 우주망원경과학연구소(STScI)는 왜곡된 같은 천체를 A, B, C, D, E로 나눠 표시했는데요. 모두 같은 천체지만 시간이 조금씩 다른 상태입니다. 과학자들은 이러한 현상을 통해 은하의 진화에 대해 연구할 방침입니다. 물음표 천체는 중력렌즈 현장 외에도 끝에 점이 하나가 있어 물음표 형태를 완성했는데요. 아쉽지만 이 점은 앞선 곡선 형태의 은하와는 상관없이 떨어져 있는 별개의 은하입니다. 중력렌즈 현상과 별개 은하의 절묘한 위치로 비자연적인 형태의 물음표 은하가 완성됐습니다. 그런데 왜 물음표 은하가 이제서야 발견된 것일까요? 앞서 허블우주망원경은 이 천체를 관측한 적이 있습니다. 하지만 가시광선은 은하단 사이의 먼지를 뚫지 못해서 물음표 모양으로 관측하기 어려웠습니다. 제임스웹은 적외선을 통한 관측을 하기 때문에 먼지 뒤에 숨어있는 빛도 포착할 수 있었고 그 궤적이 물음표가 됐습니다. 관측 결과를 발표하는 팀 일원인 세인트 메리 대학교의 천문학자 기욤 데프레즈(Guillaume Desprez)는 "우리는 관측 가능한 우주에서 유사한 중력 렌즈 구성이 서너 개밖에 없는 것으로 알고 있는데, 이번 발견은 웹의 힘을 보여주고 더 많은 것을 발견할 수 있음을 시사하기 때문에 흥미롭다"고 전했습니다. 우주에 오작교가?…충돌한 두 은하를 연결하는 구름다리 우주 관측을 하다 보면 수많은 은하들이 움직이면서 충돌하는 모습을 자주 볼 수 있습니다. 충돌한 은하들은 중력의 상호작용으로 합쳐지거나 다른 곳으로 떨어져 멀어집니다. 그 과정에서 떨어져나온 가스와 먼지들이 다양한 모양을 하면서 새로운 별을 만들어내기도 합니다. 제임스웹은 레오 마이너 자리로 약 4억 5천만 광년 거리에 있는 Arp 107 천체를 적외선으로 자세히 바라봤습니다. 근적외선 카메라와 중적외선 기기로 관측된 이미지에는 다른 유형의 손상된 은하 두 개가 근거리에 붙어 있는 모습이 보입니다. 연구소는 수억 년 전 왼쪽의 나선은하와 타원은하가 충돌했는데 이 과정에서 떨어져 나온 가스와 먼지를 서로 끌어당기는 과정에서 두 은하 간 사이에 화이트 색을 띠는 연결 구조가 형성됐다고 설명했는데요. 마치 오작교처럼 두 은하를 연결하는 우주의 구름다리가 보입니다. 이 두 은하는 충돌한 지 얼마 안 된 초기 단계로 상호작용을 하면서 앞으로 수억 년에 걸쳐 합쳐질 것으로 보입니다. 앞서 제임스 웹은 수레바퀴 은하를 관측하면서 은하 간 충돌로 서로 상호작용하며 다양한 아기별을 만들어 내는 것을 확인한 바 있습니다. Arp 107은 수레바퀴 은하와 다르게 은하중심은 거의 건드리지 않고 나선팔만 교란시켰는데요. 이러한 충돌로 인해 가스와 먼지의 압축으로 별이 형성되는데 얼마만큼의 영향이 있을지 앞으로의 연구가 기대됩니다. 우리은하의 외곽에서 벌어진 별들 폭죽쇼 우주에서 별이 생기는데 환경은 얼마만큼 영향을 미칠까요? 은하를 바라보면 중심에서도 별이 생성되지만 유독 외곽에서 별들이 생겨나는 모습이 띠를 이루며 집중적으로 나타나기도 합니다. 별의 생성 과정에 대한 주제는 천문학에서 중요한 부분을 차지하고 있는 만큼 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 이러한 주제에 근거해 제임스웹은 우리은하의 극외은하를 살펴봤습니다. 극외은하는 은하의 중심에서 약 5만 8천 광년 이상 떨어진 부분을 총칭해 부릅니다. '디젤 클라우드 2S(Digel Cloud 2S)'라고 명명된 이 성단은 극외은하 중에서 별이 폭발적으로 생성되는 곳으로 매우 어린 별의 생성과 별이 뿜어내는 분출, 별끼리 서로 미치는 영향과 성장하는 모습을 다양하게 볼 수 있는 곳입니다. 제임스웹은 근적외선 카메라와 중적외선 기기를 사용해 이 특별한 곳을 바라봤습니다. 이곳은 별들의 연료인 수소와 헬륨은 풍부하지만, 다른 무거운 원소는 상대적으로 부족한데요. 이 환경은 초기 우주의 환경과 비슷합니다. 이 환경에서 어린 별들은 어떻게 활동할까요. 해당 관측 프로젝트의 수석연구원 레슬러는 "별이 형성될 때 극지방에서 물질을 방출하기 시작한다는 사실을 알고 있습니다. 제임스웹의 결과물에서 놀라운 점은 이 들 별무리에서 여러 방향으로 분출하는 제트가 있다는 것입니다. 여기저기 제트를 쏘는 것으로 보아 이는 폭죽과 비슷합니다"라고 설명했습니다. 제임스웹은 다양한 관측을 하면서 별들이 생성되는 지역을 다양하게 포착했지만, 아기별들이 폭발적으로 제트를 뿜어내는 곳은 별로 없었습니다. 이번 관측으로 별 형성에 대한 수수께끼를 풀어낼 실마리가 잡힐 수 있을지 연구의 결과가 기대됩니다. 2024.10.01 06:00

사상 첫 민간인 우주 유영…우주에 복귀한 인류[코스모스토리] "우주에서의 첫 광경이 매우 좋다. 지구에 있을 때, 우리는 할 일이 많지만 여기서는 마치 완벽한 세상처럼 보인다." 지구 상공 약 700km 지점에서 민간인으로는 사상 처음으로 우주 유영을 한 억만장자의 소감입니다. 지난 12일 제라드 아이작먼(Jared Isaacman)은 우주선 해치를 열고 우주공간에 나와 지구를 바라봤습니다. 지구에 남은 우리는 그의 뒷모습과 지구 풍경을 실시간으로 볼 수 있었습니다. 몽환적인 지구의 모습을 배경으로 우주를 유영하는 모습에 중계진은 물론, 많은 지구인이 탄성을 지르며 감탄했습니다. 테슬라 CEO(최고경영자) 일론 머스크가 이끄는 스페이스X는 아이작먼을 필두로 스페이스X 소속 엔지니어 새라 길리스(Sarah Gillis), 퇴역 공군 조종사 스콧 키드 포티(Scott 'Kidd' Poteet), 스페이스X 소속 수석 우주 운영 엔지니어·의료 책임자 애나 메논(Anna Menon)으로 구성된 민간인 팀이 탑승한 크루 드래건 레질리언스(Crew Dragon Resilience, C207) 우주선을 지난 10일(현지시간) 발사해 지구궤도에서 5일간 비행하는 폴라리스 던(Polaris Dawn) 미션을 진행했습니다. 아이작먼은 이미 지난 2021년 스페이스X에서 진행한 최초의 민간인 우주여행 '인스퍼레이션4' 미션의 팀장으로 참여한 적이 있는데요. 이 미션은 민간인 4명으로 구성된 팀원들이 드래건 우주선에서 지구 저궤도를 3일 동안 비행하다 지구로 복귀하는 방식이었습니다. 아이작먼은 이번 폴라리스 던 미션으로 3년 만에 다시 우주로 복귀한 셈입니다. 지구 저궤도로 올라간 이들은 4가지 영역의 크고 작은 40여 가지의 과학 실험을 수행했는데요. 최초의 상업 우주 유영, 팔컨9 로켓과 드래건 우주선의 최대 성능을 발휘한 고고도 비행, 우주에서의 스타링크 레이저 통신, 지구와 우주의 인체 영향 조사 등의 실험이 진행됐습니다. 이들의 여정은 지난 15일 오전 3시 36분(현지시간) 지구 낙하궤도에 진입한 후 플로리다 해역에 성공적으로 안착하면서 마무리됐습니다. 대기권 마찰로 그을린 우주선의 메인 해치가 열리자 안에서 건강한 상태의 팀원들이 밝은 미소를 지으며 하선했는데요. '아폴로 계획' 이후 지구인 중 누구보다 높은 곳에 있었던 이들의 5일 동안의 과정과 성과는 어떠했을까요? 특수 제작된 우주복과 우주선 진공처리 중요성 12일 오전 6시 12분(현지시간), 스페이스X 미션 컨트롤 센터는 우주 유영 실험 개시를 지시했습니다. 4명의 우주인들은 스페이스X에서 특수 제작한 선외활동우주복(The Extra-Vehicular Activity(EVA) suit)을 착용했는데요. 선외활동(EVA)이라는 개념은 과거 1965년 소련 우주비행사 알렉세이 레오노프(Aleksey Leonov)에 의해 최초로 수행됐습니다. 최근에는 국제우주정거장(International Space Station, ISS) 등에서 이동성, 생명 유지 및 통신 기능을 탑재한 독립적인 선외우주복(Extra-vehicular Mobility Unit, EMU)을 사용하는 방식으로 진행되기도 합니다. 이번 미션에서는 민간에서 상업적으로 개발된 우주복과 우주 유영 절차를 사용하는 최초의 우주 유영이 된다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 스페이스X의 EVA 우주복은 3D프린터로 맞춤 제작된 헬멧, 특수처리된 천으로 구성돼 있어 기존의 다른 EVA 우주복과는 다르게 슬림한 형태를 하고 있습니다. 허벅지 부분에는 공기 순환용 튜브가 장착돼 있는데요. 이 때문에 우주선 밖으로 나갈 순 있지만 독자적으로 움직이는 것이 아닌 선체 근처에만 머물러야 하는 제약이 있습니다. 우주복이 준비됐다면 이제 우주로 나갈 준비가 필요하겠죠. 스페이스X의 드래건 우주선은 최초 사용될 당시 우주인들이 외부로 나가는 것이 아닌 ISS 등 우주 구조체에 도킹하기 위한 모듈로 개발됐습니다. 우주정거장에는 내·외부 사이 공기와 기압을 조절하는 에어락(Airlock)이라는 모듈이 있는데요. 드래건 우주선에는 이것이 없습니다. 따라서 우주 유영 전 공기를 빼고 넣는 과정이 필요합니다. 단 이 작업이 오래 걸리는데요. 인체는 기압을 갑자기 빼버리면 혈액 속 질소가 녹아들어 기포가 생겨 감압병에 걸립니다. 이를 방지하기 위해 산소 100%로 공기를 주입해 체내 질소 농도를 최소화하면서 우주공간에서 활동할 수 있도록 선체와 우주복을 서서히 감압시킵니다. 그러면 감압 단계는 얼마나 진행될까요? 중계 화면에 노출된 압력 게이지를 보면 'PSIA'라는 단위로 숫자가 움직입니다. PSIA는 PSI(평방 인치 당 파운드)와 게이지 압력을 합친 '절대압력'을 의미하는데요. 스페이스X에 따르면 우주선 내부는 우주공간과 비슷한 0으로, 우주복은 약 5.1에서 활동할 수 있도록 설계됐습니다. 보통 지구 중력상 해수면 0m 기준 평군 기압은 PSI 14.7인데요. 우주공간에서 이와 같은 압력이 우주복에 들어가 있으면 압력 차로 우주복이 터질 듯이 빵빵해져 움직이기 힘들어질 것입니다.   역사적인 최초의 민간인 우주 유영 4명의 우주인은 컨트롤 센터의 지시에 따라 우주복의 공기 누출 여부를 확인한 후 산소를 주입받으면서 서서히 감압 과정을 거쳤고 선체의 압력 수치가 0, 우주복은 5.1이 되자 선내 전방 해치를 열었습니다. 해치의 오픈은 자동·수동 모두 가능합니다. 내외부 압력이 맞을 때 수동으로 잠금을 해제하고 당기면 열리는 방식입니다. 이번에는 아이작먼이 수동으로 열었습니다. 해치 오픈 당시 내·외부가 같은 기압이기 때문에 기압 변동 충격 없이 우주와 연결된 선내에서 아이작먼이 우주로 나갈 준비를 합니다. 이때 스페이스X는 우주 유영을 보다 안전하게 진행하기 위해 드래건 우주선의 해치 상단부에 선체에 매달릴 수 있도록 난간을 설치했는데요. '스카이워커'라고 명명된 이 모듈 덕분에 우주인이 우주 공간으로 날아가 버리지 않고 유영을 할 수 있었습니다. 해치가 열리고 잠시 후 아이작먼은 전방 해치 입구와 스카이워커 난간을 붙잡고 오르며 우주 공간으로 나아갑니다. 우주선의 시속 약 2만 5270km/h, 고도 약 740km 지점. 새까만 우주를 배경으로 푸른 지구가 보입니다. 현장 중계진, 스페이스X 임직원들은 환호를 지르며 우주 유영의 순간을 환호했습니다. 아이작먼은 지구를 바라보며 짧은 소감을 남기고 바로 우주복 테스트를 진행했습니다. 개인이 우주를 유영할 수 시간은 10~15분 정도에 불과합니다. 그는 스카이워커를 한 손으로 잡고 우주복의 손과 관절부의 움직임을 테스트합니다. 영상에서는 마치 마네킹이 움직이는 것처럼 보이는데요. 영화에서 보던 우주공간에서의 부드러운 움직임은 향후 개량을 거쳐 미래에나 실현 가능할 것으로 전망됩니다. 압력 차로 부풀어 오른 우주복이 얼마 만큼의 운동성을 보여줄지 알 수 없는 상태에서 아이작먼은 활동 한계 시간까지 수직, 수평이동 등 다양하게 움직이면서 이를 시험했습니다. 아이작먼은 스카이워커를 잡고 이동하면서 지구가 아닌 태양을 바라보기도 했습니다. 이는 헬멧에 코팅된 바이저가 제 성능을 하는지 확인하는 작업인데요. 바이저는 강렬한 태양빛에 노출됐을 때 시력 손상 및 우주복의 온도 상승을 방지하는 역할을 합니다. 우주 유영을 시작할 당시 보고된 온도는 섭씨 33.9도, 이후 중간 보고 때 섭씨 33.8도라고 확인한 것을 보면 태양광을 쬐고도 급격한 온도 변화는 없었던 것으로 보입니다. 아이작먼에 이어 새라 길리스가 유영에 나섭니다. 그런데 아이작먼과 다르게 그녀가 나왔을 땐 아무것도 보이지 않았습니다. 어찌 된 일일까요? 이것은 우주 유영이 진행되는 순간에도 궤도 비행을 하는 우주선이 어두운 부분으로 이동했기 때문입니다. 새라는 아이작먼이 했던 것과 비슷하게 우주복의 운동성 테스트를 다시금 진행했습니다. 10여분 동안의 테스트 후 활동 한계 시간이 되자 그녀도 우주선 내부로 복귀했습니다. 이후 해치를 닫고 감압 과정의 역순으로 가압 과정이 진행됐고 프로세스가 시작되고서 1시간 46분 시점, 선내 PSIA 수치가 14.7에 도달하면서 민간인 최초의 우주 유영이 마무리됐습니다. 아폴로 계획 이후 반세기 만에 이뤄진 인류의 우주 복귀 이번 미션은 최초의 민간인 우주 유영 성공이라는 기록 외에도 다른 의미가 있는데요. 바로 미국의 달 탐사 계획인 '아폴로' 이후로 인류가 우주에 도달한 최고 고도라는 것입니다. 드래건 우주선의 이번 지구 저궤도 비행은 최고 고도 비행을 한다는 목표가 있는 만큼 지구와의 근지점과 원지점이 다른 타원 형태로 진행됩니다. 그래서 지구를 돌 때마다 고도의 차이가 발생하는데요. 이번 비행에서는 궤도 비행 도중 우주선 자체 추진을 통해 더 높은 고도 비행을 진행했습니다. 그래서 낮게는 고도 197km에서, 높게는 1408.1km까지 올라가기도 했습니다. 이 고도에서 비행을 했다는 것은 매우 특별합니다. ISS가 고도 420km인 점, 허블우주망원경이 고도 540km인 점을 감안하면 이번 비행은 아폴로 계획 이후 반세기 만에 가장 높은 고도에 도달한 셈입니다. 또한 여성 우주인의 역대 가장 높은 고도 비행 기록도 함께 세워졌습니다. 앞서 스페이스X가 진행한 인스퍼레이션4(Inspiration 4) 미션에서 최고 고도는 575km였습니다. 이에 따라 업계에서는 폴라리스 던 미션을 최고 고도의 민간인 우주비행이자 미국 정부의 유인 달 탐사 프로젝트 아르테미스 미션-II(Artemis Mission-II) 이전으로의 '우주 복귀'라고도 부릅니다. 이번 미션은 지난 냉전 시대 우주 개발 계획에 빗대 성숙한 우주 개발 과정으로 평가합니다. 미국과 소련(소비엔트연합)의 우주개발 경쟁 시대 일환으로 진행된 아폴로 계획은 국가 간의 우월성 경쟁을 목표로 진행됐지만 이번 민간 우주 비행은 인류의 우주 진출을 위한 기술의 발전이라는 점, 그 목적이 모든 인류의 발전과 부흥을 위한다는 점에서 큰 차이를 보입니다. 불가능해 보이는 미션 성공으로 미래세대에게 희망 전달 스페이스X는 지난 몇 년 동안 지구 저궤도에 수백 개 이상의 스타링크 위성을 쏘아 올렸습니다. 이 위성들은 지구 어디에서든 위성통신을 할 수 있도록 서비스한다는 목적을 가지고 있습니다. 스페이스X는 폴라리스 던 미션을 통해 저궤도 비행을 하면서 스타링크의 성능을 다시 한번 시험했습니다. 소셜미디어 폴라리스 엑스(구 트위터)에는 지난 13일(현지시간) '회복력의 조화'(HARMONY OF RESILIENCE)라는 제목의 영상이 게재됐습니다. 새라 길리스는 드래건 우주선 안에서 존 윌리엄스의 '레이의 테마'를 바이올린으로 연주했고 이 장면을 녹화했습니다. 레이의 테마는 영화 '스타워즈'의 배경음악 중 하나입니다. 새라는 "5일 동안 지구를 여행하는 동안, 이 특별한 순간을 음악으로 여러분과 함께 나누고 싶었다"며 "전 세계의 재능을 모은 이 공연은 단합과 희망을 상징하며 세계 모든 어린이의 회복력과 잠재력을 상징한다"고 전했습니다. 이 연주는 한 곡의 여러 파트가 독립적으로 녹음된 후 합쳐지면서 오케스트라 연주를 완성됐다는 점에서 매우 특별합니다. 새라의 연주를 녹화한 팀원들은 스타링크의 연결성 테스트를 위해 해당 자료를 레이저 통신으로 지구로 송신했고 미국 로스앤젤레스(LA)를 비롯한 아이티, 브라질, 스웨덴, 베네수엘라, 우간다 등 세계 여러 곳의 악단에서 파트별로 연주한 소리를 합쳐 오케스트라를 완성했습니다. 폴라리스 프로그램의 공식 홈페이지에는 '음악이라는 보편적인 언어와 소아암 및 질병과의 끊임없는 싸움에서 영감을 받았고 이 순간은 다음 세대가 별을 바라볼 수 있도록 영감을 주고자 하는 바람으로 만들어졌다'고 명시돼 있습니다. 이 특별한 영상은 폴라리스 프로그램이 기부를 위해 모금 중인 세인트 주드 아동 연구 병원과 음악 교육 재단 '엘 시스테마' 미국 본부와 상호 협력 아래 제작됐습니다. 우주 환경에 적응하기 위한 인체 변화 연구 놀라운 실험은 이뿐만이 아닙니다. 우주 공간과 인체의 변화를 따지는 아주 중요한 실험이 있었습니다. 인류가 지구를 벗어나 달과 화성, 그리고 그 너머에 도달하기 위해선 오랜 시간 우주에 머물러야 합니다. 지구 환경에 맞춰 진화한 인류는 아직 몇몇을 제외하고는 우주 경험이 거의 없습니다. 따라서 인류가 지구를 벗어나 우주 공간에서 행성 간 이동을 하는 시대를 열기 위해선 인체가 우주에서 어떤 영향을 받는지, 장기간 노출돼 있을 때 건강이 어떻게 변하는지에 대한 연구가 꼭 필요합니다. 이번 미션에서는 우선적으로 다음과 같은 연구를 수행했습니다. 첫 번째, 초음파를 사용해 '정맥 가스 색전증(Venous Gas Emboli, VGE)'을 모니터링하고 데이터를 감압병 연구에 기여하는 것입니다. 팀원들은 드래건 우주선의 해치를 열고 우주 공간을 경험할 때, 산소 농도와 기압 차이의 변화로 인한 인체의 감압병 관련 임상 데이터를 얻었고 이 자료는 감압병 연구 자료로 사용될 것 입니다. 두 번째, 우주 공간에서 인체가 우주 방사선 노출로 인해 어떠한 생물학적 변화를 겪는지에 대한 데이터를 수집하는 것입니다. 현재 우주 공간에 거주하는 사람은 우주정거장에 거주하는 극소수의 우주비행사 뿐인데요. 같은 고도에서 비슷한 생활을 하는 이들과 다르게 드래건 우주선에 탑승한 팀원들은 이와 다른 고도에서 생활을 했기 때문에 다른 강도의 우주 방사선에 노출됐을 가능성이 있습니다. 이러한 차이로 얻은 데이터를 통해서 인류는 보다 더 많은 것을 이해할 수 있을 것입니다. 세 번째, 우주 환경에 팀원들의 생물학적인 변화를 확인하고 이에 대한 샘플을 제공하는 것입니다. 지상에서 여러가지 생물학적 연구 모듈을 장착한 팀원들은 우주 활동을 수행하고서 샘플을 반환 및 제공해 생물학적 발전에 기여합니다. 마지막으로 장기간 우주 비행 시 신경안구증후군(Spaceflight Associated Neuro-Ocular Syndrome, SANS)과 관련된 연구에 참여합니다. 이는 우주비행사가 우주 환경에서 겪는 시력 변화와 신경학적 변화에 대한 연구인데요. 다른 중력 환경에서 인체 내 체액 이동 변화, 우주 방사선의 영향으로 인한 시력과 안구 형태·신경학적 두통과 공간 인지 능력·균형 감각의 변화를 연구합니다. 이는 모두 인류의 우주 진출에 앞서 반드시 연구되고 대책을 마련해야 할 항목들입니다. 폴라리스 던은 시작 단계…스타십 활용한 행성 간 비행 계획도 이번 미션은 제라드 아이작먼과 스페이스X가 공동으로 추진하는 '폴라리스 프로그램(Polaris Program)'의 첫 번째 미션입니다. 이 프로그램은 과거 인류의 역사에서 길잡이 역할을 해온 3개의 북극성을 빗대 달, 화성, 그 너머의 공간으로 인간의 우주 탐사를 돕는 중요한 운용 능력을 입증하기 위한 3단계의 미션으로 계획돼 있습니다. 우선 폴라리스 던은 1단계 미션으로, 인류가 지구를 벗어나 우주에 도달하는 것을 입증하는 데 중점을 뒀습니다. 3단계에 걸친 미션에서 1단계 미션에 던(Dawn)이라는 이름이 붙은 이유는 우주탐사의 서막을 알린다는 뜻 아닐까요. 물론 공식적인 설명은 없었습니다. 스페이스X는 다음 미션도 간략히 설명했는데요. 2단계는 '인간의 우주비행, 우주 통신, 과학 연구에 대한 지평을 넓힐 것'이라고 밝혔고 3단계는 '스타십을 이용한 인류 최초의 우주 비행이 될 것'이라고 설명했습니다. 즉 폴라리스 던과 2단계 미션은 드래건 우주선을 기반으로 한 4인 이하의 우주인들이 과학 미션을 테스트하는 구조로 진행될 전망이고 마지막 3단계는 스타십을 활용한 본격적인 우주여행으로 예상됩니다. 스페이스X는 현재 스타십의 5차 시험 발사를 앞두고 있습니다. 지난 발사와는 부스터와 우주선의 귀환 및 회수까지 기대되는 단계라는 점에서 큰 차이가 있습니다. 조만간 우주 발사에 대한 모든 단계의 완전 재사용이 가능해져 우주가 한층 더 가까워지는 그날을 기다려 봅니다. 2024.09.28 06:00

세계 첫 민간 달 착륙 성공했지만…누워버린 착륙선[코스모스토리] 미국의 민간 우주기업 인튜이티브 머신즈(Intuitive Machines)의 '오디세우스(노바-C)' 달 착륙선이 민간기업으로는 세계 최초로 달 착륙에 성공했습니다. 지난 15일 오전 1시 5분(현지시간) 미국 플로리다주 케이프커내버럴 우주기지에서 스페이스X의 팔컨9 로켓에 실려 발사된 오디세우스는 2단 상단부와 성공적으로 분리된 후 8일 간 우주비행을 진행했고 21일 본체의 엔진을 연소하면서 월면 상공 92km 달 궤도에 진입했습니다. 이후 이틀 뒤 달 남극점에서 300km 떨어진 '말라퍼트A' 지점에 연착륙을 시도한 끝에 성공했습니다. 말라퍼트는 태양과 달 표면을 관측해온 천문학자 샤를 말라퍼트의 이름을 따서 지어진 곳으로, 달의 남극점 주변에 있는 분화구 지대입니다. 2026년 유인 달 탐사 프로젝트 '아르테미스3(Artemis III)'미션의 착륙지 '말라퍼트 매시프(Malapert Massif)'와 지형이 가까워 유인 달 탐사 이전 비슷한 환경에서의 착륙이라는 점에서 의미가 있습니다. 22일(현지시간) 착륙 당시 중계영상에서는 월면 착륙 직후 약 13분 정도 연락이 지연되다 신호를 수신했습니다. 민간으로서는 최초의 사례이자 미국으로선 아폴로 계획 이후 52년만의 달 착륙 성과입니다. 현지에서는 '미국이 달에 돌아왔다(America return to the Moon)'라는 표현을 쓰며 자축하는 반응이 나왔습니다. 빌 넬슨 미국항공우주국(NASA) 국장은 "반세기 만에 처음으로 미국이 달로 돌아갔다"며 "오늘은 NASA의 상업적 파트너십의 힘과 가능성을 보여주는 날"이라고 말했습니다. 다음 날 조 바이든 미국 대통령도 백악관 발표 성명에서 "(이번 착륙은) 우주 탐험의 새로운 시대에 짜릿한 진전"이라며 "오디세우스를 성공적으로 착륙시킨 인튜이티브 머신즈 팀과 인간 우주 탐사의 미래를 만들고 있는 NASA의 파트너들을 축하한다"고 전했습니다. 'IM-1'으로 불리는 이번 미션은 NASA의 달 탐사 프로젝트 '아르테미스 미션'과 연계된 '민간 달 탑재체 수송 서비스(Commercial Luna Payload Services, CLPS)'로 달궤도 진입에 실패했던 아스트로보틱 '페레그린'에 이어 두 번째로 진행됐습니다. NASA는 과거 국가주도로 진행한 달 진출을 민간 기업과 분야를 나눠 진행하고 있습니다. 효율적으로 자본을 운영하는 것은 물론, 민간 기업의 진출로 우주 산업 시대를 본격적으로 펼쳐 나가기 위해섭니다. 미션 실패 위기…NASA의 백업 장치로 극복 역사적인 첫 민간 달 착륙 성공이지만 과정을 들여다보면 다소 의문이 남는 부분이 존재합니다. 먼저 월면 착륙시도 시간의 재설정입니다. 인튜이티브 머신즈는 자사 홈페이지를 통해 임무의 전 과정에 대한 업데이트를 했는데요. NASA의 CLPS로 진행되는 만큼 실시간 중계 일정도 이 시간과 연동돼 진행될 예정이었습니다. 홈페이지에 공지된 공식 중계 시간은 22일 14:00 CST(미국 중부표준시간)였습니다. 역사적인 순간을 함께하려는 전세계 천문학자 및 미디어 등은 공지된 시간만 기다리고 있었습니다. 그런데 30분 전 중계 시간이 2시간 뒤인 22일 16:00 CST로 변경됐습니다. 월면 착륙선의 하강 궤도 진입은 약간의 오차가 발생하면 착륙 지점이 크게 바뀔 수 있기 때문에 진입 시점은 정밀한 계산을 통해 지정됩니다. 그런데 착륙시간이 지연됐다는 것은 핀포인트 하강 궤도 진입을 하지 못했다는 것이고 2시간 가량 지연됐다는 것은 달 궤도를 한 바퀴 더 돌고 재시도를 했다는 것을 의미합니다. 이에 '궤도 진입을 위한 엔진 연소 실패', '통신 에러' 등 다양한 추측이 제기됐는데요. 약 한 달 전 아스트로보틱 '페레그린'의 달 궤도 진입 실패 사례가 있기 때문에 불안감은 더 커졌습니다. 속사정은 외신보도에서 드러납니다. 23일(현지시간) CNN의 보도에 따르면 오디세우스는 내장 항법장치가 작동하지 않아 달 착륙을 할 수 없는 상황에 처해 있었습니다. 우주 탐사에 있어서 항법장치는 단일장애지점(Single Point Failure, SPOF)에 해당됩니다. 즉 항법장치가 작동하지 않으면 기체의 위치와 고도 및 비행에 필수적인 요소를 알 수 없고 이는 미션 실패로 이어집니다. 하지만 NASA의 실험적 기기 '내비게이션 도플러 라이다(Navigation Doppler Lidar, NDL)'를 활용해 월면에 착륙할 수 있었습니다. NASA의 자료에 따르면 이 장치는 달 착륙선 내비게이션 프로그램의 백업 장치로 레이저 펄스를 발사 후 물체에서 반사돼 돌아오는 것을 수신해 물체까지의 거리를 측정하는 방식으로 기체의 고도, 속도 및 방향을 측정할 수 있습니다. 착륙은 했지만…월면에 누워버린 착륙선 다음으로 의문이 제기된 대목은 '소프트 랜딩(연착륙)'입니다. 주로 비행기가 활주로에 부드럽게 착륙하는 것을 소프트 랜딩이라고 부르고 충격이 느껴질 정도로 거칠게 착륙하는 것을 '하드 랜딩(경착륙)'이라고 부릅니다. 이 표현은 달 착륙선에도 비슷하게 적용됩니다. NASA와 인튜이티브 머신즈에서는 오디세우스 착륙선이 소프트 랜딩을 했다고 전했습니다. 하지만 착륙 후 지구와 통신 단절이 10분 이상 진행되면서 지켜보는 사람들의 마음을 졸이게 만들었죠. 정적의 시간이 지난 후 기체에서 발신한 미세한 신호를 포착하자 중계진은 착륙에 성공했다고 공식 발표했습니다. 이를 지켜본 사람들의 관심은 달 착륙 사진으로 몰렸습니다. 정상적인 착륙을 했다면 착륙 시스템에 따라서 월면 착륙 이미지가 공개될 것이고 이는 52년 만에 달로 복귀하는 미국의 달 진출을 알리는 상징이 될 수 있습니다. 하지만 이미지는 공개되지 않았습니다. 그 이유는 무엇이었을까요. 스티브 알테머스(Steve Altemus) 인튜이티브 머신즈 대표는 달 착륙 다음날일 23일(현지시간) NASA와 공동으로 진행한 미션 브리핑에서 오디세우스가 달에서 옆으로 누워있는 상태로 추정된다고 전했습니다. 그는 "오디세우스가 착륙 지점(말라퍼트A)에서 발이 걸려 넘어졌을 수 있다"며 "착륙선의 방향이 달 표면 쪽이라고 생각한다"고 말했습니다. 그러면 태양전지는 올바로 작동했을까요? 그는 "우주선의 태양광 충전은 잘 이뤄져 100% 충전 상태"라고 설명했습니다. 이 부분에서 우리는 최근 달에 거꾸로 착륙한 일본의 'SLIM' 착륙선을 떠올리게 됩니다. 소프트 랜딩을 했지만 임팩트 당시 알 수 없는 이유로 전복돼 거꾸로 서 있게 됐지만 지구와의 통신은 가능했죠. 단 설계상 태양전지 패널이 한 방향만 바라보고 있기 때문에 기체의 충전시간과 작동시간이 극단적으로 짧아진 바 있습니다. 알테머스 대표는 교신신호가 약한 이유도 설명했습니다. 지구를 향해 고성능 안테나가 바라보고 있어야 하는데 옆으로 누워버리는 바람에 안테나가 달 표면을 향하게 되면서 그만큼 지구로 오는 신호가 약해졌습니다. 작동을 할 수 없는 정도는 아니지만 고화질의 이미지를 수신하기엔 어려운 상황이라고 전했습니다. 실제로 공식 홈페이지에서 공개된 이미지를 살펴보면 해상도가 낮은 사진들이 공개된 것을 확인할 수 있습니다. 오디세우스도 이와 같은 이유로 어렵사리 달 착륙에는 성공했지만 임무 수행에 문제가 생기지는 않을지 우려하는 시선이 생겨났습니다. 하지만 달의 남극점과 가까운 곳에 착륙한 만큼 태양광 패널을 상단부 외에도 측면부에도 부착해 여러 각도에서 태양광을 수신해 전력을 생산할 수 있었습니다. 알테머스 대표는 "우주선의 태양광 충전은 잘 이뤄져 100% 충전 상태"라며 달 탐사 임무를 진행할 수 있다고 전했습니다. 그러면 오디세우스의 달 착륙 사진을 담을 수 있을까요? 100% 장담하긴 어렵습니다. 그 이유는 오디세우스에 탑재된 이글캠(EagleCam)에 있습니다. 기체의 측면부에 탑재된 이글캠은 월면 착륙 30m 상공에서 사출돼 역사적인 달 착륙과정을 촬영할 계획이었습니다. 하지만 이 계획은 전면 수정됐습니다. 앞서 항법장치 문제로 NDL을 가동하면서 전력이 부족해 이글캠을 끌 수 밖에 없었고 예정대로 카메라를 사출하지 못해 착륙과정을 촬영하지 못했기 때문입니다. 매우 아쉬운 선택이었지만 달착륙 미션 전체와 촬영을 두고 저울질을 한 결과 어쩔 수 없었습니다. 28일 이글캠을 개발한 엠브리리들 항공대(Embry‑Riddle Aeronautical University, ERAU)는 "이후 (이글캠을) 다시 작동시켜 기체에서 약 4m 떨어진 위치에 사출했지만 Wi-Fi 연결이 현재까지 잘 안되고 있어 이를 해결하기 위해 노력하고 있다"고 밝혔습니다. 만약 이 문제가 해결된다면 달착륙 사진을 촬영할 수 있을지 모르겠습니다. 이글캠을 활용한 촬영은 불투명한 가운데 오디세우스는 어떻게 달 착륙 이미지를 촬영할까요. 현재로선 기체 내장 카메라를 활용한 셀카 촬영이 가능합니다. 이 카메라는 오디세우스의 측면부에 탑재돼 있으며 우주 비행중에도 지구와 달을 배경으로 촬영해 공개한 바 있습니다. NASA와 인튜이티브 머신즈는 한국시각으로 29일 새벽 4시에 기자회견을 진행했는데요. 이 자리에서 월면 착륙 당시와 옆으로 기울어져 있는 상태에서 촬영한 사진 2장을 공개했습니다. 이 사진에는 기체가 왜 옆으로 누워 착륙했는지에 대한 단서가 담겨 있었습니다. 첫 번째 사진은 22일 오디세우스가 월면에 착륙하는 순간을 담은 사진으로 메인 엔진이 분사를 하면서 기체의 속도를 줄이는 가운데 기체를 지지하는 발이 월면 착륙 충격을 흡수하는 모습을 보여줍니다. 하지만 자세히 보면 기체를 지지해야 할 6개의 발 중 일부가 파손된 것을 확인할 수 있습니다. 이는 급조한 NASA의 NDL을 통해 착륙을 시도하면서 기체의 하강 속도가 충분히 줄어들지 않아 터프한 착륙을 했음을 알려줍니다. 파손된 발로 인해 똑바로 서 있어야 할 기체가 옆으로 넘어졌다고 추정할 수 있습니다. 다른 한 장의 사진은 27일(현지시간) 촬영한 사진으로 오디세우스가 월면에 옆으로 넘어진 모습을 제대로 보여줍니다. 월면이 아닌 공중에 떠 있는 발이 확인됐고 넘어져 있는 기체의 일부 모습이 보입니다. 이 사진으로 우리는 오디세우스 착륙선이 달에 누워 착륙했다는 것을 확인하게 됐습니다. 완전한 착륙 숙제는 여전…누워 있지만 해뜨면 가동 할 수도 오디세우스는 달 착륙 후 7일~10일간의 탐사 가동시간을 목표로 하고 있었습니다. 달은 27일 주기로 자전을 하기 때문에 보름마다 낮과 밤이 바뀝니다. 달의 남극점도 예외가 아니죠. 하지만 옆으로 누워서 착륙하는 바람에 탐사기간은 애초 계획과 달리 5일로 단축됐습니다. 알테머스 대표는 28일(현지시간) 기자회견에서 "(오디세우스를) 슬립 상태로 놓고 향후 2~3주 안에 다시 재가동하기를 기대할 것"이라고 밝혔습니다. 이어 "태양광이 패널을 다시 비출 때, 다시 교신하는 것이 우리의 테스트 목표"라고 덧붙였습니다. 달은 대기가 없어서 밤에는 영하 200도를 넘는 극한의 추위를 견뎌야 합니다. 과연 추위로 인해 기체가 파손될지 여부가 주목되는 가운데 희망적인 소식이 들려왔습니다. 지난 27일 달의 밤을 견뎌낸 일본의 달 착륙선 'SLIM'이 다시 태양광을 받아 전력을 가동하면서 지구와 교신에 성공한 것입니다. 슬림은 내장 카메라를 활용해 주변부 월면의 모습을 추가로 촬영해 지구로 전송했습니다. 하지만 추위와는 정반대의 문제가 발생했습니다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 슬림의 기체의 온도가 100도를 넘어가면서 작동에 어려움을 겪고 있다고 전했습니다. 태양이 없는 상황에서는 극한의 추위로 문제지만 태양이 떠있는 곳에서는 온도가 높아져 문제가 발생했습니다. 이에 달 표면 극한의 조건에서 슬림과 오디세우스가 잘 견뎌낼 수 있을지 관련 업계의 관심이 모이고 있습니다. 컬럼비아와의 콜라보…기업의 우주산업 활용 좋은 사례 비록 착륙 단계에서 문제가 있었지만 이번 무인 달 착륙 과정은 민간 기업들의 우주산업 활용에 있어서 좋은 사례가 됐습니다. 오디세우스의 셀카 사진을 보면 의류기업 '컬럼비아(Columbia)'의 로고가 계속 보입니다. 전혀 관계가 없을 것 같은 분야의 기업이지만 컬럼비아는 오디세우스의 극저온 추진탱크에 특수 열 반사 소재 '옴니-히트 인피니티(Omni-Heat Infinity)' 필름을 코팅했습니다. 본래 NASA에서 단열 소재로 개발됐지만 컬럼비아에서 겨울철 방한 의류에 접목시켜 널리 사용됐고 다시 우주선에 사용됐습니다. 오디세우스는 달 착륙에 우여곡절을 겪었지만 컬럼비아는 광고효과를 톡톡히 봤습니다. 상당수의 사진에 컬럼비아 로고가 노출됐고 추진제의 안정적인 사용으로 단열·보온 성능을 홍보할 수 있었습니다. 컬럼비아와의 콜라보 소식은 지난해 10월 23일(현지시간) NASA 존슨 스페이스센터 공식 팟캐스트에 출연한 팀 크레인(Tim Crain) 인튜이티브 머신즈 최고 기술 책임자에 의해 공개된 바 있습니다. 당시 그는 "컬럼비아 기술진이 NASA에서 사용하는 열반사 단열 코팅에서 아이디어를 얻어 방한의류 안감에 적용해 보온성을 높이고 방한의류의 콜드 스팟을 보강했는데 그 기술을 다시 달 착륙선에 적용했다"고 설명했습니다. 앞으로 인튜이티브 머신즈는 이번 IM-1 미션에 이어 'IM-2', 'IM-3' 2번의 미션이 예정돼 있는 만큼 다른 기업들과도 적극적으로 협업에 나선다는 방침입니다. 민간 기업의 우주 기술 발전…한국의 우주 진출 성공의 키 될 수도 완벽한 착륙은 아니었지만 이번 민간 달 착륙 미션의 성공으로 민간 우주산업 기술도 달에 진출할 정도로 발전했다는 것을 확인할 수 있었습니다. 상당 부분 보완과 기술의 발전을 거쳐 향후 달 진출을 계속 진행할 것으로 전망되기 때문에 우주산업의 미래는 밝다고 볼 수 있겠습니다. 우리나라도 오는 5월 우주항공청을 열고 본격적으로 우주로 진출할 예정입니다. 이미 NASA와 협력해 달 궤도에서 탐사 중인 다누리를 시작으로 한국형 달 착륙선을 개발한다는 계획도 갖춰져 있습니다. 이를 효과적으로 견인할 만한 요소는 무엇일까요. 미국의 사례처럼 '민관 시너지'가 크게 주목받고 있습니다. 일론 머스크의 스페이스X는 미국의 화물 궤도 운송을 주로 맡아 성장하고 있고 인튜이티브 머신즈, 아스트로보틱을 비롯한 여러 회사가 NASA의 CLPS프로그램으로 달 진출을 진행하고 있습니다. 한국에도 우주산업에 뛰어든 스타트업이 있습니다. 초소형 인공위성 시장을 공략중인 '페리지에어로스페이스'와 재사용 발사체 개발에 집중하는 '이노스페이스'가 그 주인공 입니다. 우주산업의 선두주자인 미국이 민관 협동으로 효율성과 성과를 모두 잡고 있는 것처럼 한국의 우주산업도 얼마만큼 민관협동을 통해 시너지를 낼 수 있을지 여부가 우주 진출 성공의 핵심이 될 것으로 보입니다. 2024.03.02 06:00

日SLIM 사상 첫 그랜절 달 착륙…성공일까, 실패일까[코스모스토리] 지난해 9월 7일 일본 가고시마현 다네가시마 우주센터에서 발사된 H2A 47호기 로켓에 실려 달로 날아간 SLIM(Smart Lander for Investigating Moon) 달 착륙선. 일본의 세계 5번째 달 착륙국 지위를 위한 도전은 지난달 20일 0시쯤 결실을 맺었습니다. 슬림의 달 착륙 과정을 중계한 일본항공우주개발기구(JAXA)는 모든 과정이 종료된 후 '슬림 달 착륙 결과'에 대한 기자회견에서 20일 0시 20분(현지시간) 달 착륙 성공을 공식 발표했습니다. 발표당시 JAXA 연구진은 슬림이 월면에 착륙했지만 기체의 상단부에 장착된 태양광 발전모듈이 작동하지 못하는 상황이라고 전했는데요. 전력 생산을 못하는 슬림은 배터리 충전을 못해 수시간의 방전 끝에 작동을 정지하게 됩니다. 그런 이유에서였을까요? 모두가 박수 치며 환호할 만한 월면 착륙 성공이지만 기자회견장의 분위기는 사뭇 어색한 기류가 가득했습니다. 수개월에 걸친 미션의 끝 슬림 달 착륙선이 월면에 도달하는 순간 무슨 일이 있었던 것일까요? 착륙선 정상 작동이 안되는데 '성공'이라는 이유 보통 우리는 탐사선이 지표면 착륙을 성공했다고 한다면 정자세로 안정적으로 내린 뒤 기체가 정상 작동하면서 미션을 수행하는 장면을 떠올립니다. 성공이라는 의미에 안정적인 작동도 포함되기 때문입니다. 하지만 슬림은 착륙 기자회견 당시 탐사활동에 중요한 태양광발전 자체가 작동하지 않았습니다. 수개월에 걸쳐 천문학적인 자본을 들여 달에 착륙선을 보냈지만 고작 몇 시간 밖에 작동하지 않는다면 이를 과연 성공이라고 평가해야 할지 의문이 들기 마련입니다. 이러한 상황임에도 일본이 성공했다고 발표한 데는 슬림을 발사한 의미와 여러 단계의 성공 조건에 있습니다. 일본은 슬림을 발사한 이유를 '다가올 미래 달 탐사에 필요한 고정밀 착륙 기술을 실증하는 데 있다'고 밝혔습니다. 정밀착륙은 대체 무슨 뜻일까요. 기존의 우주 탐사선은 주로 평평하고 시야가 트인 넓고 안전한 지형, 즉 '착륙하기 쉬운 곳'을 탐사 후보지로 선정하곤 했습니다. 천문학적인 연구비를 들여 진행하는 미션인 만큼 실패의 가능성을 줄이는 것은 당연합니다. 하지만 슬림은 '착륙하고 싶은 곳에 착륙한다'는 목적을 가지고 있습니다. 따라서 슬림이 착륙한 곳은 평지가 아닌 언덕이었습니다. 탐사대상이 항상 착륙하기 쉬운 곳에 존재하진 않을 것이기에 고도의 핀포인트 착륙기술은 미래 정밀탐사 미션에 반드시 요구되는 기술입니다. 일본은 슬림의 미션성공 단계를 △최소한의 성공(Minimum Success) △충분한 성공(Full Success) △초과 성공(Extra Success) 등 3단계로 구분했습니다. 먼저 △최소한의 성공은 달 착륙 하강을 실시하면서 정밀착륙에 필수적인 독자적인 항법을 검증하고 경량 우주선 시스템으로 궤도 작동을 성공시켜 달에 연착륙을 성공하는 것입니다. △충분한 성공은 내비게이션 시스템과 기체의 작동 규칙대로 정상적으로 작동하면서 목표 포인트에서 100m이내 착륙하는 것입니다. 마지막으로 △초과 성공은 착륙후 기체가 일몰때까지 달 표면에서 일정 기간 작동하는 것입니다. 25일 JAXA는 달 착륙 결과에 대한 기자회견에서 "목표 포인트에서 약 55m 동쪽에 착륙했다"며 슬림의 주 미션이었던 100m 이내 정밀 핀포인트 착륙 기술을 실증했다고 밝혔습니다. 그리고 착륙선 내부에 탐재된 멀티 밴드 분광 카메라(MBC)를 통해 2시간 30분 간의 기체 작동시간에 월면을 촬영했다고 전했습니다. 이는 착륙미션의 초과성공 카테고리에 포함되지만 작동시간이 짧았던 관계로 슬림의 미션 달성도는 '충분한 성공' 단계에 해당됩니다. 일본 연구진이 미션 성공에도 머쓱했던 이유결과적으로 슬림은 달 착륙에 성공했고 일본은 공식적으로 세계에서 5번째로 달 착륙 성공 국가에 이름을 올렸습니다. 하지만 연구진은 마냥 축하를 즐길 수 없었습니다. 미션 성공 분위기를 싸늘하게 만든 착륙 현장 이미지와 자료들이 공개됐기 때문이죠. 슬림에는 2가지 소형 탐사로봇 LEV-1, LEV-2가 탑재돼 있었는데요. LEV-1은 개구리처럼 폴짝 뛰어오르며 월면을 이동하고 내장 통신기기를 통해 지구로 데이터를 송수신할 수 있습니다. LEV-2는 원형 구체 모양에서 변형후 이동하며 광학 관측을 할 수 있는 변형형 탐사로봇입니다. 이들 기체는 슬림이 월면에 착륙하기 직전 사출돼 착륙선 주변에서 월면 방사선 측정과 착륙 지점 주변 광학 이미지 촬영을 하는 목표를 가지고 있었습니다. 이미지 촬영 미션을 가진 LEV-2는 사출된 후 자율적으로 작동한 끝에 슬림 착륙선과 주변 월면을 촬영하는 데 성공했습니다. 하지만 여기서 문제가 발생합니다. LEV-2는 자체적으로 지구에 데이터를 송신하는 기능이 없기 때문입니다. 또한 태양광 발전을 할 수 있는 LEV-1과 다르게 자체 내장 배터리로만 작동하는 LEV-2는 매우 짧은 시간 동안만 작동할 수 있습니다. 태양광 발전을 하지 못하는 슬림의 작동을 기대하기 어려운 상황에서 LEV-2는 LEV-1의 장거리 통신기능을 경유해 지구로 이미지를 송신했습니다. 전력을 최대한 아껴야 하는 아슬아슬한 상황에서 소형 기기들의 콜라보 미션수행은 지구에 슬림의 현장 상황을 극적으로 알렸습니다. 얼마나 극적이었냐면 촬영한 이미지의 해상도를 낮춰 지구로 전송했지만 일부 데이터가 날아가 이미지의 일부가 손상됐을 정도입니다. 다행히도 손상된 부분이 이미지 중간부분이라서 연구진들은 이미지의 측면에 위치한 슬림의 착륙상황을 제대로 확인할 수 있었습니다. 해당 사진 속에서 슬림은 초기 설계 당시 예측된 착륙 자세가 아닌 메인엔진 노즐이 위로 향한 채 물구나무를 서듯 거꾸로 착륙한 자세를 하고 있었습니다. 마치 엎드려 절하는 도게자(ドゲザ)또는 물구나무로 절을 하는 '그랜절'을 연상하게 합니다. 태양이 떠 있는 동쪽을 바라보고 있어야 할 태양광 발전 패널은 반대쪽인 서쪽을 바라보고 있습니다. 착륙 후 태양광 발전이 이뤄지지 않은 이유가 바로 여기에 있었습니다. 슬림의 착륙 당시 중계영상에서 보였던 계기판에서는 큰 이상이 발견되지 않았는데요. 왜 이런 결과가 발생했을까요? 뜻밖의 파손이 착륙이상으로 이어져 JAXA는 슬림의 착륙 결과 기자회견 당시 월면 착륙 직전까지 관측한 월면 이미지와 데이터도 함께 공개했습니다. 슬림의 월면 수직 하강은 두 개의 메인 엔진과 주변부 12개의 보조 노즐로 자세를 제어합니다. 월면의 표면을 레이더로 스캔하며 착륙하기 알맞은 위치로 이동해 하강하도록 설계됐죠. 엔진 노즐은 수직하강 호버링 상태에서 자세제어를 하는 역할을 합니다. 그런데 JAXA에서 공개한 착륙 호버링 월면 이미지에 익숙한 모양의 물체가 발견됩니다. 바로 메인엔진 노즐입니다. JAXA는 슬림의 수직 하강 단계 중 알 수 없는 이유로 메인엔진 노즐 하나가 파손돼 분리됐고 착륙지점 주변에 떨어졌다고 전했습니다. 하강속도와 방향을 조절하며 균형을 잡기 위해 엔진 노즐의 분사가 이뤄져야 했지만 파손으로 호버링을 하던 기체의 균형은 무너졌고 예상 착륙지점을 벗어나 경사면에 '불시착' 같은 착륙을 하게 됩니다. 기체의 안정성이 무너진 탓에 월면 접촉과 동시에 자세가 기울었고 그 결과 거꾸로 착륙한 것처럼 물구나무를 서게 됐습니다. JAXA는 호버링을 하면서 착륙할 당시에는 목표로 했던 지점에서 3.4m 차이로 착륙을 하고 있었다고 밝혔지만 이후 엔진노즐 분리로 인해 55m 떨어진 곳에 착륙하게 됐다고 설명했습니다. 월면 착륙 중계당시 8비트 게임을 연상시키는 기체의 내비게이션에서 마지막 월면 접촉 후 기체가 거꾸로 넘어진 모양을 했는데 이것이 실제로 기체가 거꾸로 뒤집힌 상황을 말했다는 것을 우리는 이제 확인했습니다. 중계 시청 당시에는 이런 일이 벌어졌을 거라고는 생각하지 못했습니다. 극적인 재가동 성공…어떻게 가능했나? 슬림의 불완전 착륙으로 인한 태양광 발전의 부재로 미션 수행 가능성에 회의적인 시선이 가득했던 가운데 기적적으로 태양광이 넘어진 슬림의 태양광패널에 닿아 전기를 생산했고 다시 가동에 성공했습니다. 지난달 28일 전력을 복구한 슬림은 재가동에 들어가 통신을 재개했습니다. 이는 달의 자전 주기에 따른 태양의 각도 변화와 관련이 있습니다. 지구와 달리 달은 자전주기가 27.3일로 약 14일을 주기로 낮과 밤이 바뀝니다. 그만큼 태양의 각도 또한 느리게 변한다는 말이 됩니다. 이에 슬림이 착륙했을 때 서쪽을 바라본 태양광 발전 패널에 시간이 지남에 따라 태양광이 도달했고 동면상태에 있던 슬림의 재기동이 가능했습니다. JAXA는 슬림의 통신모듈을 가동하면서 내장된 카메라로 월면 관측을 추가로 진행했습니다. 하지만 슬림이 가동할 수 있는 기간은 14일이 아닌 단 며칠 뿐입니다. 서쪽을 바라보지만 달의 일몰 기간 동안만 태양빛을 받을 수 있기 때문입니다. 그 결과 슬림은 31일 일몰이 끝나자 모든 가동을 멈추고 다시 기약 없는 동면에 들어갔습니다. 다시 태양빛이 슬림을 바라볼 때 재가동을 할 수 있지 않을까 생각되지만 업계의 관측은 회의적입니다. 그 이유는 달의 온도에 있는데요. 대기가 존재하지 않는 달에서는 낮에는 약 123도까지 뜨겁고 반대로 밤에는 약 -233도까지 내려가는 극한의 온도차가 있습니다. 아쉽게도 슬림은 이러한 온도차를 견딜 수 있도록 설계되지 않아 이미 기온 변화로 파손됐을 것이라는 예측이 지배적입니다. 모두가 머쓱한 가운데 두 손 번쩍 든 업체 슬림의 달 착륙과 탐사활동은 이렇게 마무리되는 모양새입니다. 미션 수행시간이 극단적으로 줄어들어 미션에 참여한 상당수의 업체가 불충분한 성과를 거뒀지만 오직 한 기업만 기대 이상의 성과를 거뒀습니다. LEV-2 로봇을 제작한 '타카라토미(タカラトミー, TAKARATOMY)'입니다. 'SORA-Q'라는 이름이 붙은 LEV-2를 만든 이 회사는 본래 완구 제작회사였지만 극적으로 월면 이미지 촬영을 성공한 데다 LEV-1 경유 지구 송신을 성공시키면서 단숨에 고도의 기술을 보유한 메카닉 제조 회사로서의 이미지를 얻었습니다. '타카라토미'는 슬림 발사 전 LEV-2에서 통신 스펙을 제외한 동형 모델을 출시했는데요. 미션성공에 힘입어 큰 인기를 누리고 있습니다. 한정된 자원, 기술의 발전으로 인류의 우주 탐사는 넓어질 것 우주 탐사 역사를 돌아보면 예상치 못한 문제로 미션 자체에 문제가 생기는 케이스는 다양하게 존재합니다. 슬림 달 착륙선 미션을 주의 깊게 바라봐야 할 한 이유이기도 합니다. 착륙 당시 문제가 발생해 불시착했지만 열악한 환경 속 주어진 조건을 최대한 활용해 당초 목표로 했던 성과를 이끌어낸 스토리는 앞으로 우주 탐사 역사에 내내 회자될 정도로 감동적인 스페이스 판타지입니다. 우주를 탐사하려는 인류는 항상 한정된 자원으로 효율적인 탐사활동을 벌여야 하는 운명에 처해 있습니다. 규모의 문제가 있지만 슬림의 경우와 비슷한 상황 속에서의 탐사활동을 지속할 수밖에 없습니다. 하지만 인류는 한정된 자원과 무한한 공간을 탐사하는 간극을 기술의 발전으로 극복해왔습니다. 앞으로도 이러한 기술적인 도전이 계속 성과를 거둬 인류의 우주 탐사를 비약적으로 넓이는 그 과정이 기대됩니다. 2024.02.10 07:00

'성공적인 실패'…두번째 스타십 발사, 어떤 점이 개선됐나[코스모스토리] 민간 우주개발회사 '스페이스X'의 유인탐사용 대형 우주선 '스타십(Starship)'의 두번째 시험 발사가 첫 발사 대비 상당 부분 보완된 성과를 거두면서 인류의 우주 진출이 한 걸음 더 가까워 졌습니다. 테슬라 CEO 일론 머스크가 이끄는 스페이스X는 미국 텍사스주 보카 치카에 위치한 스타베이스(Starbase) 발사대에서 스타십 우주선(Starship-25)과 전용 1단 추진체인 슈퍼헤비(Super heavy - Booster 9)를 결합한  두번째 시험 발사를 진행했습니다. 엄청난 굉음과 함께 상공으로 떠오르긴 했지만 스타십이 슈퍼헤비와 분리되지 않아 공중폭발로 이어진 첫번째 발사 대비 이번 발사에는 얼마만큼 결함이 보완되고 얼마만큼 비행과정이 진행될지 전세계의 관심과 이목이 집중됐습니다. 카운트다운이 시작되고 '00:00' 발사시간에 도달하자 슈퍼헤비의 엔진이 불을 내뿜으며 스타십이 상공으로 날아올랐습니다. 슈퍼헤비(70m)와 스타십 우주선(50m)이 합쳐진 총 120m에 달하는 이 초대형 발사체(Super Heavy Lift Launch Vehicle, SHLLV)는 개당 추력이 230t에 달하는 렙터엔진 33개가 탑재돼 있어 총 7590t의 추력을 내며 육중한 동체를 상공으로 힘차게 밀어올렸습니다. 스타십은 발사되고 2분도 되지 않아 동체에 가해지는 압력이 최대치가 되는 맥스Q(Max-Q)단계를 거쳤고 상공 약 70km 부근에서 1단 슈퍼헤비 부스터와 스타십이 분리되는 핫스테이지(Hot stage) 분리를 성공적으로 클리어했습니다. 이어 스타십은 내장된 6개의 엔진(해수면 노즐 랩터 엔진 3개, 진공 노즐 랩터 엔진 3개)가 가동하면서 빠르게 우주로 날아올랐고 분리된 슈퍼헤비는 팔컨9의 1단 추진체의 복귀과정과 동일하게 발사대로 복귀하기 위해 플립 기동을 시도했습니다. 슈퍼헤비는 33개의 엔진중 가운데 3개의 엔진만 50%로 가동시키고 나머지 엔진은 작동을 중지합니다. 이는 분리 단계에서 동체에 가해지는 압력을 줄이기 위해서 입니다. 이후 슈퍼헤비는 궤도 반전 후 가운데 12개의 랩터 엔진을 재점화해 동체를 이동 시키고 지상에 근접해서는 감속 및 착륙 합니다. 하지만 여기서 문제가 발생했습니다. 궤도 반전시 9기의 엔진만 점화되면서 지정된 경로를 벗어나기 시작합니다. 이어 추가적으로 엔진이 다운되고 연료가 새어나옵니다. 이 상태는 매우 위험한 상황입니다. 목표한 위치에서 조금이라도 벗어나면 착륙이 불가능할 뿐 아니라 발사체가 지정 구역외 다른 곳으로 떨어진다면 생각하기도 싫은 재앙이 될 것입니다. 따라서 스페이스X는 발사체가 제대로 작동하지 않으면 상공에서 자폭하도록 하는 비행중단시스템(FTS)을 탑재했습니다. 이 단계에 따라 재점화가 제대로 작동하지 않은 슈퍼헤비는 신호가 끊어지고 몇초만에 상공에서 자폭했습니다. 이와 다르게 분리에 성공한 스타십은 예정대로 가속을 진행해 인공위성 궤도 속도인 약 27000km까지 가속해야 합니다. 스페이스X의 중계 영상 하단에는 발사체의 상태가 모니터링되는데요. 6기의 엔진이 최대 가속을 진행해 고도 148km를 유지하며 속도를 꾸준히 올리는 모습을 보였습니다. 하지만 연료가 거의 소모될때쯤 갑자기 교신이 끊어집니다. 모니터링된 속도는 24124Km였습니다. 스페이스X 발사 본부에서는 끊어진 스타십의 시그널을 기다렸지만 끝내 수신하지 못했습니다. 이후 스타십은 슈퍼헤비처럼 FTS가 작동해 공중폭발을 한 것으로 확인됐습니다. 스타십의 비행 궤도 주변에 있는 푸에르토리코의 기상 레이더에는 스타십과 슈퍼헤비의 잔해가 떨어지는 모습이 포착되기도 했습니다. 스페이스X에서 발표한 두번째 스타십의 비행 계획은 상공 240km 부근 지구 저궤도에 진입한 뒤 지구를 약 반바퀴를 돌아 발사 1시간 반 만에 하와이 인근 태평양 해수면에 수상 착륙을 진행할 예정이었습니다. 첫번째 발사에서는 발사대인 스타베이스에서 상공으로 날아오르는 것까지 진행됐고, 두번째 발사에서는 슈퍼헤비와 분리해 더 높이 지구 저궤도 근접 고도까지 상승하는데 성공했습니다. 슈퍼헤비의 궤도 재진입 후 발사대 귀환과 스타십의 저궤도 도달 및 대기권 재진입 및 착륙은 다음 기회로 미뤄지게 됐습니다. 1차 발사와 2차 발사의 차이점 이번 스타십의 2차 시험 발사는 1차때 대비 상당부분 완성도 있는 비행을 선보였는데요. 어떤 부분에서 차이점이 있는지 알아보겠습니다. 모두 작동한 33개의 랩터 엔진 가장 먼저 발견된 차이점은 발사직후 확인된 33개의 랩터엔진의 가동 여부였습니다. 2차 발사에는 33개의 엔진이 모두 정상 가동하면서 최대 추력으로 상승했습니다. 추가적인 엔진 블로우, 연료 누출, 동체내 화재 발생도 일어나지 않았습니다. 이는 발사당시의 엔진에서 뿜어져 나오는 선명하고 투명한 불꽃에서 알 수 있습니다. 이 차이는 발사 후 1분 지점의 정보를 비교하면 확연하게 알 수 있습니다. 1차 발사에는 시작부터 3개의 엔진이 가동되지 않았고 잠시후 1개의 엔진이 다운되면서 1분 시점에는 고도 5km, 속도는 673km/h에 불과했습니다. 하지만 모든엔진이 가동한 2차 발사에서는 고도 9km, 속도는 1156km/h에 달했습니다. 약 2배에 달하는 속도 차이가 있었던 셈이죠. 이어 1분 6초만에 맥스Q에 도달했고 1차 발사때의 최고속도였던 2157km를 1분 34초에 돌파했습니다. 성공적인 핫스테이지 분리 다음으로는 2차 시험발사의 가장 중요한 부분으로 꼽혔던 핫스테이지 분리 입니다. 핫스테이지 분리는 1단 슈퍼헤비와 2단 분리될때 스타십의 엔진을 가동시켜 마치 도움닫기하며 날아가는 듯한 모습의 시스템으로 1단 부스터와 분리후 엔진을 가동해 가속하는 기존 팔컨9의 콜드스테이지 분리시스템과 차이가 있습니다. 이는 스타십 1차 발사와 가장 큰 차이점이라고 해도 과언이 아닙니다. 첫 발사 당시에는 어떠한 이유에선지 스타십과 슈퍼헤비가 분리되지 않았죠. 이때 스타십에서 무리하게 엔진 가동을 했다면 엔진의 열기가 슈퍼헤비의 상단 연결부에 직격되고 이는 연결부 손상과 열이 고이면서 폭발로 이어졌을 것 입니다. 그래서 이번 2차 발사때는 슈퍼헤비와 스타십 연결부에 엔진 열기가 외부로 빠지는 원형 통풍구가 새로 설치됐는데요. 이 장비의 진가는 분리 단계에 알 수 있습니다. 중계 영상을 보면 핫스테이지 분리 당시 스타십 랩터엔진에서 뿜어져 나온 불꽃이 발사체 주변에 퍼지면서 산란되듯이 보입니다. 이 덕분에 동체 내부에 발생한 열과 불꽃을 배출할 수 있었습니다. 이에 더해 스페이스X는 슈퍼헤비에 미치는 열을 최소화 하기 위한 장치는 더 있습니다. 스타십 하단에는 2가지 타입의 랩터 엔진이 6기 탑재되어 있죠. 가운데에는 슈퍼헤비에 탑재된 것과 같은 대기권 및 해수면용 엔진 3기가 탑재돼 있습니다. 이 엔진은 다양한 상태의 지표면 상황에 대처할 수 있도록 짐벌 기능이 추가됐습니다. 핫스테이지 분리에서는 이 짐벌 기능 덕분에 가운데 3기의 랩터엔진이 삼각형 꼭지점을 향하듯 벌어진 형태에서 가동됐고 슈퍼헤비와 분리된 직후 가속 효율을 높이고자 다시 가운데로 모이는 모습이 포착됐습니다. 제대로 작동한 비행중단시스템 이렇게 분리된 두 기체는 각자의 임무대로 슈퍼헤비는 복귀궤도로, 스타십은 더 높은 고도를 향해 날아갈 예정이었습니다. 하지만 이번 발사에서는 그 모습까지 보진 못했죠. 시작부터 분리까지는 완벽하다 싶을 정도로 잘 됐는데 그 이후에 무슨일이 일어난 것일까요? 우선 슈퍼헤비의 경우를 먼저 살펴보겠습니다. 분리된 슈퍼헤비는 곧바로 복귀궤도로의 움직임을 위해 셧다운했던 엔진의 재점화를 시도합니다. 다만 33개의 엔진을 모두 가동시키지 않고 중앙부의 12개의 엔진을 가동시킬 예정이었습니다. 중계영상을 살펴보면 하나의 엔진을 제외한 나머지가 재점화에 성공했고 기체의 방향을 돌리는 플립 기동으로 복귀하려는 움직이는 모습을 볼 수 있습니다. 그런데 기체의 중심이 변화하는 순간 가운데 엔진 하나가 셧다운 됐습니다. 이어 두개의 엔진이 하나씩 다운되더니 일부 엔진에서 폭발이 일어났고 모든 엔진이 셧다운 되면서 연료가 누출되는 모습이 보입니다. 그리고 몇초 지나지 않아 슈퍼헤비는 자폭을 했습니다. 이는 비행중단시스템(FTS)이 작동한 것 인데요. 슈퍼헤비에 무슨 문제가 있었던 것일까요? 스페이스X에서는 공개를 하고 있지 않지만 플립 기동을 당시 연료가 탱크안에서 한쪽으로 쏠리면서 연소가 불안정해졌을 가능성이 있습니다. 다음은 스타십의 경우를 보겠습니다. 핫스테이지 분리후 6개의 엔진이 최대가속을 하면서 고도를 높입니다. 상공 100Km 카르만 라인(Karman Line)을 통과하면서 우주에 도달할 수 있는 기체임을 증명했고 기체는 더욱 가속 상승을 했습니다. 중계 화면에서는 속도가 올라갈수록 희미한 연기가 관찰됐는데요. 이것이 연료누출인지 무엇인지 아직 정확하게 드러나지는 않았습니다. 고도 상승은 149km부근에서 멈췄고 가속은 계속 높아졌습니다. 이는 기체가 더 높은 고도로 천이(Transfer)하기 전에 빠른속도로 머무는 임시 궤도인 주차궤도(Parking Orbit)에 도달 한 것으로도 보입니다. 하지만 24124Km 부근에 이르러서 갑자기 스타십의 신호가 사라집니다. 화면에는 미세한 연기가 퍼지는 모습도 보였지만 당시 스페이스X는 스타십이 비행중이지만 일시적으로 신호가 끊겼다고 판단해 다시 수신되기를 희망하며 기다렸습니다. 어떤일이 일어났는지 정확하게 알 수는 없지만 대다수는 스타십이 예정된 목적지에 신호없이 도착할 수 없었을 것이라는 점, 푸에르토리코 기상레이더에 폭발 잔해로 추정되는 물체들이 길게 늘어진 형태로 대기권에 진입하는 것이 확인된 점, 스타십에서 미세한 연기가 관측된 점들로 FTS가 가동한 것이라고 판단하고 있습니다. 멀쩡한 발사대 컨디션 1차 발사당시 스타십은 발사 직후 엔진 하단에서 무언가가 튀어 올라오는 모습이 다수 포착됐는데요. 이는 엔진이 뿜어내는 초고온 압력으로 손상된 콘크리트가 공중으로 튀어 오르는 모습이었습니다. 이 파편들은 주변 지역 수 km까지 날아가면서 미국 정부의 발사대를 보완 하라는 지적을 받기도 했죠. 이에 스페이스X는 2차 발사때까지 수개월동안 발사대 보호 장치를 구축했습니다. 바로 엄청난 양의 물로 발사대 표면과 주변 건물들을 보호하는 플레임 디플렉터 시스템(Flame Deflector System)입니다. 엔진이 점화되기 직전에 바닥에서 물이 뿜어져 나와 발사대 바닥을 보호합니다. 이 시스템은 발사당시 막대한 양의 수증기가 발생하는 점, 너무나 많은 물이 사용된다는 점으로 인해 주변 환경에 악영향을 미칠 것이란 우려를 받고 있지만 아직까지 보고된 문제는 없는 것으로 전해지고 있습니다. 멀쩡한 발사대 컨디션 덕분에 스타베이스는 더 자주 스타십을 발사할  수 있는 조건을 갖췄습니다. 일론 머스크는 발사 다음날 멀쩡한 스타십 발사대의 사진을 SNS에 공유하며 "상태가 아주 좋습니다. 다음 발사를 위해 수냉식 철판을 교체할 필요가 없습니다"라고 전했습니다. 궤도 비행을 성공했다면 스타십은 목표지점에 도달할 수 있었을까 아쉽게도 고도 149km에서 사라진 스타십이었지만 우리는 문뜩 이러한 생각을 해볼 수 있습니다. 만약 주차 궤도에 충분한 속도로 안착했다면 목표한 지점에 도달할 수 있었을까요? 발사를 지켜본 사람들은 아마도 대기권 재진입에는 실패했을 것이라고 입을 모읍니다. 착륙하는 단계는 이륙하는 것 만큼이나 매우 까다롭습니다. 활강하고 목표한 지점에 도달하는 것은 차치하더라도 기체는 대기권 진입시 엄청난 마찰열에 직면합니다. 동체표면의 온도가 높아지고 불타오르면서 대기권을 뚫고 들어오기때문에 냉각과 방열작업이 매우 중요합니다. 이번에 날아오른 스타십에는 동체 표면에 내열 타일이 붙어 있었는데요. 이륙시 충격으로 다소 벗겨져 있는 모습이 포착됐습니다. 이 상태로 대기권에 진입하면 벗겨진 타일 부분의 열이 상승해 기체 온도 또한 매우 높아졌을 것이고 이로 인해 폭발할 가능성이 높아집니다. 이에 대한 견해는 과거의 사고로 더욱 확고해집니다. 지난 2003년 2월 1일 우주왕복선 컬럼비아호(STS-107)는 임무를 마치고 지구로 귀환 도중 미국 텍사스주 상공에서 공중분해됐습니다. 이때 우주왕복선의 하단에는 검정색 내열타일이 부착돼있었는데요. 일부 타일이 떨어져 나간 상태에서 대기권 진입을 시도 했습니다. 그리고 고열의 대기가 서서히 벗겨진 부분을 녹였고 기체가 통제불능이 되면서 공중분해됐습니다. 만약 이번에 스타십이 대기권 진입을 시도했다면 컬럼비아호의 경우와 비슷한 상황이 발생했을지도 모르겠습니다. 3차 발사는 벌써 준비중 아직 여러 부분에서 보완해야할 점이 지적된 2차 발사였지만 우리는 더이상 우주 진출 및 화성 유인 탐사가 더이상 먼 이야기가 아닌 조만간 마주할 상황이 될 수 있겠다는 것을 느낄 수 있었습니다. 지난 발사때와 달리 건재한 발사대 덕분에 스페이스X는 세번째 발사 준비를 서두를 방침입니다. 스타십 발사는 미국 연방항공청의 발사 라이센스를 받아야 하는데 과연 허가가 바로 나올지 여부가 발사 타이밍을 결정하는 요소가 될 전망입니다. 3차 발사에서 우리는 어떠한 장면을 볼 수 있을까요? 스타십의 궤도 진입과 더불어 궤도 비행 및 착륙이 성공해 유인 우주 진출이 실현될 그 순간이 기다려집니다. 2023.11.25 12:00

역대 가장 넓게 우주를 담아내는 유클리드의 첫 이미지 공개[코스모스토리] 2023년 7월 미국 케이프 커네버럴 기지에서 스페이스X의 팔컨9 로켓에 실려 우주로 날아간 유클리드 우주망원경. 가시광선과 근적외선을 통해 약 100억 광년까지의 우주를 관측한다는 고난이도의 정밀한 임무를 가진만큼 관측 준비와 사전 성능 테스트에 수개월이 걸렸습니다. 한 때 관측 대상을 따라 기체의 궤도운동을 제어하는 정밀 유도센서(Fine Guidance Sensor, FGS)'가 오작동을 일으켜 미션에 제동이 걸리나 싶었지만 유럽우주국(ESA)은 소프트웨어 업데이트로 문제를 해결해 미션 준비에 박차를 가했죠. 이때 ESA는 미션 사전 테스트를 거쳐 11월 첫번째 관측 결과를 공개할 예정이라고 전한 바 있습니다. 우리가 인식하는 우주 약 5%를 제외한 약 95%의 암흑 우주의 실체를 발견하고 이해하기 위해 유클리드는 라그랑주 2점(L2)에서 6년동안 셀 수 없을 만큼 많은 은하의 모양과 거리, 움직임을 관측하고 분석할 것입니다. 바로 우주의 3D 지도를 만들기 위해서죠. 유클리드가 다른 우주망원경 대비 특별한 점은 우주를 한 자리에서 바라보며 매우 선명한 가시광선과 적외선 이미지를 넓게 담아낼 수 있다는 점 입니다. 이 선명한 이미지들을 모으고 분석해 진정한 우주의 지도를 만드는 것, 인류가 우주 탐사를 위해 필수적으로 요구되는 중요한 프로젝트의 첫 발을 내딛은 결과가 눈앞에 다가옵니다. ESA는 지난 8일 유클리드의 첫번째 풀컬러 이미지 5장을 공개했습니다. 이번에 공개된 이미지에는 유클리드의 광학 관측 능력과 기체가 지닌 무궁무진한 가능성을 보여줍니다. 공개된 이미지에는 가까운 곳에 위치한 밝은 별부터 먼 곳에 위치한 희미한 은하의 모습까지 선명하게 담아냈습니다. 이번 이미지 공개의 구성과 순서는 지난 2022년 9월 제임스웹의 첫번째 풀컬러 이미지 공개 행사 당시의 공개 방식과 비슷한데요. 각 이미지마다 망원경의 어떠한 기능으로 어떠한 관측 성과를 보여줄 수 있는지, 그리고 어떠한 성능을 기대해볼 수 있을지를 알려줍니다. 10만개 은하가 담겼다…가깝고 먼 은하를 한 번에 보여주는 유클리드 가장 먼저 공개된 이미지는 지구에서 약 2억 4000만 광년 거리에 떨어져 있는 '페르세우스 은하단(Perseus cluster of galaxies)' 입니다. 이미지의 구석구석 빼곡히 담긴 은하의 숫자는 무려 10만 개에 달합니다. 이들 중 상당수의 희미한 은하들은 지금까지 볼 수 없었지만 유클리드의 적외선 관측으로 포착할 수 있었습니다. ESA는 "지금까지 페르세우스 은하단을 관측한 사례는 많지만 이렇게 광범위한 부분을 세밀하게 관측한 것은 유클리드가 처음"이라고 밝혔습니다. 유클리드가 5시간 동안 관측한 이 이미지 내 가장 먼 거리에 있는 은하는 100억 년에 달합니다. 희미한 배경은하와는 다르게 페르세우스 은하단에 속해있거나 주변에 있는 1천여 개의 은하는 상대적으로 밝은 빛을 내고 있습니다. 은하단에서 가장 눈에 띄는 은하들은 이미지 중앙에서 볼 수 있으며 마치 안개 속 가로등의 빛처럼 노란색과 흰색으로 후광을 나타내듯 산란돼 보입니다. 특히 이미지 중하단에 위치한 페르세우스 자리 은하단 중 가운데 가장 밝게 빛나는 알파 성단(Mirfak, 미르팍)은 1.79 등급(밤하늘에서 맨눈으로 볼 수 있는 등급으로 약 6등급까지 볼 수 있습니다.)의 밝기로 밤하늘에서 맨눈으로 관측이 가능할 정도입니다. 유클리드의 관측 목적에는 암흑물질의 분포를 파악한다는 것이 주된 포인트 입니다. 우리는 이 이미지를 통해 암흑물질의 중력 영향을 확인할 수 있습니다. 밝게 빛나는 부분인 페르세우스 은하단 내부와 주변에서 빛나는 은하들을 발견할 수 있는데요. 마치 안개가 낀것처럼 뿌옇게 보이는 듯한 현상을 '약렌즈 효과(Weak lensing)'라고 합니다. 중력렌즈처럼 휘어지는 드라마틱한 왜곡은 아니지만 실제 존재하는 은하가 뿌옇게 보인다는 것은 해당 위치 주변 또는 지구와의 사이에 존재하는 암흑물질의 중력으로 빛이 영향을 받아 왜곡됐다는 의미가 됩니다. 따라서 천문학자들은 이러한 희미한 은하들을 연구해 암흑물질의 분포를 연구할 수 있습니다. ESA는 "페르세우스 은하단 이미지에 담긴 10만개의 은하 중 약 5만개의 은하가 약렌즈 효과를 보이고 있다"며 "유클리드의 전체 우주 관측은 이 이미지보다 3만배 넓어 수십억 개의 은하가 이미지화 될 것"이라고 전했습니다. 페르세우스 은하단에 대한 고해상도 이미지로 우리는 지극히 선명한 사진을 얻게 될 것이라고 예상하지만 실제 얼마만큼의 해상도인지를 체감하기 막연한데요. ESA는 고해상도 줌 이미지도 함께 공개했습니다. 해당 이미지는 유클리드에 내장된 VIS(The VISible instrument, 가시광선 관측기)의 고해상도 이미지로 NISP(The Near-Infrared Spectrometer and Phorometer, 근적외선 분광계 광도계)의 이미지보다 9배 선명하다고 밝혔습니다. 비록 이 이미지는 모든 색상에서 일부분만 나타내 주지만 유클리드의 모든 관측에서 이와 동일한 품질의 관측 결과물을 기대할 수 있습니다. 가려진 은하도 '찰칵'…은하수에 숨어있는 은하를 관측한 유클리드 두번째로 공개된 이미지는 '숨겨진 은하(Hidden Galaxy)'라는 별명을 가진 '나선은하 IC 342(Spiral galaxy IC 342)' 입니다. 기린자리로 지구에서 700만~1100만광년 거리에 위치한 이 은하는 우리은하와 닮음꼴인 나선은하입니다. 거리상으로도 천문학적인 관점에서 본다면 상당히 가까운 거리에 위치해 있죠. 하지만 관측하기가 매우 까다롭습니다. 우리은하의 원반 뒤에 숨어 있기 때문이죠. 특히 은하의 적도에 가까이 위치해 있어 은하수의 먼지와 가스, 별빛의 영향으로 정확한 거리를 측정하기가 어렵습니다. 따라서 넓은 오차범위를 가진 거리로 위치를 유추하고 있죠. 따라서 산란된 빛과 가스 그리고 먼지를 꿰뚫어 관측할 수 있는 조건이 요구됩니다. 다행이도 유클리드에는 NISP가 탑재되어 있죠. 근적외선 관측을 통해 유클리드는 은하의 먼지와 은하의 질량을 결정하는 차갑고 작은 질량의 별빛을 포착했습니다. 이어 VIS의 고해상도 가시광선 관측을 통해 나선은하가 가진 본래의 모습을 정확하게 포착할 수 있었습니다. 유클리드는 밤하늘의 1/3을 관측한다는 목표를 가지고 있는 만큼 우주에는 빛이든 장애물이든 여러가지 요소가 겹친 관측 대상이 존재할 것입니다. 왜곡돼 보여질수도 있겠죠. 이들의 희미하고 가려진 빛들을 근적외선을 통해 빠짐없이 포착해 분석할 수 있어야 합니다. 가까운 천체와 멀리 떨어진 천체를 식별해 그 위치를 분석해내면 비로소 거대 우주의 구조를 바라볼 수 있습니다. 당연한 이야기같지만 이를 구현하는 기술은 결코 당연하지 않습니다. 빛의 다양한 파장을 관측하는 기술과 빛의 미세한 변화도 포착할 수 있는 분광능력이 수반되어야 하죠. 우리는 유클리드의 이러한 관측능력으로 숨겨진 은하의 모습을 살펴볼 수 있습니다. 이탈리아 국립 천체물리학 연구소의 레슬리 헌트는 공식 발표에서 "이것이 유클리드 이미지의 매우 뛰어난 점입니다. 단 한 번의 촬영에, 은하 전체의 아름다운 세부 모습을 볼 수 있습니다"고 강조한 바 있습니다. 헌트의 말처럼 공개된 이미지의 해상도는 매우 높아서 확대하면 은하의 세부적인 모습을 볼 수 있고 축소하면 은하의 전체 모습과 그 뒤의 배경 은하들까지 볼 수 있습니다. 마치 넓은 화각을 가진 광각렌즈로 모든 부분을 선명하게 담아낸 것과 비슷한 이야기인데요. 실제로 공개된 이미지를 살펴보면 셀 수 없이 많은 은하들이 오밀조밀 모여 있는 모습을 볼 수 있습니다. 숨겨진 은하를 관측한 것은 이번이 처음인 건 아닙니다. 지난 2017년 허블 우주망원경은 중심 핵 'HII 핵'이라고 불리는 이온화된 원자수소 영역을 관측했습니다. 이때 당시 관측 이미지를 살펴보면 중심핵을 중심으로 주변부의 구상성단의 모습을 볼 수 있습니다. 하지만 나선의 모습과 주변부 왜소은하, 가스의 흐름과 별의 생성 과정 등 여러 요소에서 놓치고 있는 것이 많았습니다. 천문학자들은 유클리드의 관측을 통해 우리가 지금까지 놓친 여러 요소들을 한번에 밝혀 줄 것이라고 기대하고 있습니다. 초기우주 진화의 '실마리' 품은 불규칙 은하를 관측한 유클리드 세번째로 공개된 이미지는 지구에서 궁수자리 방향으로 160만 광년 떨어진 곳에 위치한 '불규칙 은하 NGC 6822(Irregular galaxy NGC 6822)' 입니다. 유클리드는 한 시간 동안 이 은하를 관측해 은하의 전체 모습과 그 뒤의 배경 우주까지 모두 담아냈습니다. 이 은하는 가운데 핵을 중심으로 도는 형태가 아닌 불규칙한 둥근형태를 띄고 있으며 중심으로 갈수록 더 많은 별이 군집한 형태를 이루고 있습니다. 별빛이 모이는 중심부는 더 하얗게 보이고 주변부로 갈수록 노란색을 띄고 있습니다. 이 은하 군데군데에는 보라색 거품과 같은 모양을 발견할 수 있는데요. 이곳은 별들이 생성되는 공간입니다. 또한 은하에 곳곳에 모여있는 별들이 다양한 색을 띄고 있는데요. 파란색 별들은 생성된지 얼마 안된 어린 별들이 내뿜는 빛이고 빨간색 빛은 오래된 별의 빛입니다. 일부 밝고 커다란 별들은 여섯 갈래의 회절 스파이크를 띄기도 합니다. 이 은하는 1844년 에드워드 에머슨 바너드가 처음으로 발견했는데요. 그의 이름을 따 바너드 은하(Barnard Galaxy)라고도 불립니다. 이 불규칙 은하는 우리은하와 같은 은하단에 편입되어 있는 '로컬그룹'의 일원입니다. 바너드 은하는 천문학 역사에 여러번 언급되는데요. 1925년 에드윈 허블은 이 은하를 우리은하 넘어의 '원격 항성계'로 확인한 바 있습니다. 이 불규칙 은하는 왜 첫 관측물에 선정된 것일까요? 우리가 우주를 관측하고 연구하는 것은 우주의 기원과 변화 별과 은하의 역사, 즉 진화과정을 알기 위해서기도 합니다. 우리는 아직 우리은하의 처음과 지금까지의 변화과정을 알지 못합니다. 하지만 멀리 떨어진 다양한 은하와 별의 빛에서 탄생부터 성장, 소멸까지 그들이 어떻게 변하고 있는지를 볼 수 있습니다. 또한 초기 은하들의 모습은 현재의 거대 은하들처럼 나선팔이 존재하거나 규칙적인 원반형태를 띄는 것이 아닌 불규칙하고 규모가 작습니다. 이러한 형태는 더 큰 은하로 거듭나기 위한 초기 단계에 해당됩니다. 또한 이 은하는 수소와 헬륨이 아닌 무거운 '금속' 원소들을 적게 포함하고 있는데요. 별의 라이프사이클 속에서 생성되는 금속 원소들은 초기 우주에는 적을 수밖에 없습니다. 그런데 그런 은하가 우리 은하단에 속해 있는 것이지요. 유클리드의 저금속성 은하 관측으로 초기우주가 어떻게 진화했는지에 대한 실마리를 찾아낼 지도 모르겠습니다. 그러면 이 불규칙 은하는 이번에 처음으로 관측된 것일까요? 아쉽지만 과거에도 여러번 관측된 바 있습니다. 최근에는 제임스웹 우주망원경이 관측을 진행했고 그 결과가 지난 7월 31일 공개된 바 있습니다. 적외선 관측을 진행한다는 점에서 제임스웹의 관측방법과 유사하지만 제임스웹은 좁은 화각을 근적외선과 중적외선으로 관측해 은하의 먼지와 천체들의 형태를 보다 구체적으로 관측했고 유클리드는 훨씬 넓은 화각을 가시광선과 근적외선으로 관측했다는 점에서 차이가 있습니다. 하지만 한 시간만에 은하 전체 모습과 그 주변을 고해상도로 촬영한 것은 유클리드가 처음입니다. 별들의 집합, 그 중심과 외곽을 모두 담아낸 유클리드 네번째로 공개된 이미지는 제단자리 방향으로 지구에서 약 7800광년 거리에 있는 '구상성단 NGC 6397(Globular Cluster NGC 6397)' 입니다. 구상성단(球狀星團)은 중력으로 뭉쳐진 수십만 개 별들의 구형 집합체를 말합니다. 이들 별의 집합체는 중력에 의해 그 형태를 단단히 유지하고 있으며, 가운데 중력을 따라 전방위 구형의 모양을 유지하고 있으며 중심에 다다를수록 별의 집합 밀도가 높아집니다. 은하 주변에는 은하전체를 감싸듯 성간물질과 구상성단들이 구형모양으로 분포하는데요. 이를 '은하헤일로'라고 부릅니다. 우리은하에도 이러한 은하헤일로가 존재하는데요. NGC 6397도 우리 은하 주변에 위치한 구상성단입니다. 은하를 구성하는 별들 중 오래된 별들이 이들 구상성단에 포함되어 있는 것으로 알려져 있지만 은하 진화에 있어서 인과관계는 아직 밝혀지지 않았습니다. 따라서 우리는 주변의 구상성단을 관측하면서 은하에 대한 연구를 계속하고 있는데요. 관측 단골손님이 바로 NGC 6397 구상성단입니다. 우리은하에 속해 있는 천체이면서 우주에서 두번째로 가까운 구상성단이기 때문입니다. 이 성단의 특징으로는 중심에 별이 모여있는 비중이 타 구상성단에 비해 적은편입니다. 구상성단의 중심 집중도를 분류한 '섀플리-소여 집중도 분류(Shapley–Sawyer Concentration Class)'에 따르면 가장 높은 집중도를 'I등급'에서 제일 낮은 집중도를 보이는 'XII등급'까지 총 12단계로 나누는데 NGC 6397은 9단계인 'IX등급'에 해당 됩니다. 집중도가 약한 집합체라고 볼 수 있지만 유클리드에게 있어서 이 천체는 하나의 관측기회가 됩니다. 지금까지 구상성단은 중심으로 너무 많은 별이 밀집되면서 어떤 망원경이든 한 자리에서 이 천체를 관측하기 어려웠습니다. 중심에 모인 별들의 밝기는 제각각이지만 밝은 별이 주변 희미한 별의 별빛을 잠식하기 때문에 관측 노이즈가 발생합니다. 하지만 이들 구상성단이 은하와 상호작용하는 것을 잘 보여주는 천체는 별빛을 잠식당한 작은 질량의 별들이죠. 따라서 중심 밀집도가 상대적으로 약한편인 NGC 6397은 은하와 구상성단의 상호작용을 연구하기 좋은 천체인 셈입니다. 유클리드는 한 시간의 관측으로 이 구상성단 내부 집중된 별들과 외부의 오래된 별들 주변과 배경 은하들까지 세밀하게 포착해냈습니다. 이미지의 중심부를 확대하면 크고 작은 별들이 저마다 빛을 내뿜으며 모여있는 것을 확인할 수 있고 성단의 외부에는 오래된 별들의 모습을 확인할 수 있습니다. 구상성단에는 주변 은하와 중력 상호작용을 하면서 발생하는 '조석 꼬리(Tidal tails)'가 존재하는데요. 서해안 해변에서 썰물 당시 물이 빠져나갈때 일부분 늦게 쓸려내려가는 부분이 발생하는 것과 비슷합니다. 구상성단의 주변부 항성은 중력 상호작용으로 이리저리 끌려다니면서 성단 너머로 길게 꼬리를 문 형태를 이루게 되는데 이부분을 '조석 꼬리'라고 부릅니다. 이탈리아 국립 천체물리학 연구소의 유클리드 컨소시엄 과학자 다비데 마사리는 이미지 공개 당시 "우리 은하계의 모든 구상 성단들이 그것(조석 꼬리)들을 가지고 있을 것으로 기대하고 있지만, 지금까지 겨우 몇 개밖에 보지 못했습니다."라고 설명했습니다. 조석 꼬리는 구상성단이 은하를 어떻게 공전하는지를 계산할 수 있게 해주는 중요한 자료입니다. 다비데는 "이것(조석 꼬리)은 우리에게 암흑 물질이 은하수에 어떻게 분포되어 있는지를 알려줄 것"이라고 강조하기도 했습니다. '별들의 요람' 말머리 성운과 그 주변을 파노라마로 관측한 유클리드 마지막 다섯번째로 공개된 이미지는 '말머리 성운(Horsehead Nebula)'을 파노라마로 관측한 이미지 입니다. 지구에서 약 1375광년 떨어진 오리온 성운 중 가운데 위치한 세개의 밝은 별 삼태성 중 제일 동쪽에 위치한 별 '알니탁(Alnitak)'의 바로 아래부분에 위치한 말머리 성운은 마치 말을 연상시키는 가스구름의 특이한 모습 때문에 천체관측 대상으로 자주 거론되어 왔습니다. 이 성운은 별에서 나오는 빛을 가리는 불투명한 구름의 형태로 이뤄져있어 암흑성운으로 분류된 바 있습니다. 이 유명한 천체를 유클리드는 왜 다시 관측했을까요. 지금까지 다양한 방법으로 말머리 성운이 관측됐지만 유클리드처럼 한 시간의 짧은 관측으로 말머리 성운 구름을 포함해 주변의 먼지구름 층을 선명하게 파노라마로 담아내지는 못했다고 ESA는 설명했습니다. 이 천체는 지난해 9월 제임스웹이 관측한 용골자리 성운처럼 항성들이 태어나는 '별들의 요람'으로 별의 생애주기를 연구하는 천문학자들의 관심을 받고 있습니다. 어떠한 조건에서 항성이 태어나고 성장하며 상호작용하는지를 모두 볼 수 있는 곳이기 때문이죠. 천문학자들은 이 곳에서 막 태어난 아기별 뿐만 아니라 갈색왜성 또는 초기 목성질량 급 이를 통해 태양의 생성과 성장 과정을 추론하며 연구할 수 있습니다. 또한 말머리 성운에는 한가지 특별한 환경이 조성되어 있습니다. 바로 오리온 자리의 다중성계 시그마에서 발생하는 복사 영향인데요. 다중성계는 세 개 이상의 항성이 중력으로 묶여 있는 항성계를 말합니다. 시그마에는 100개 이상의 항성들로 이뤄져 있죠. 여러 항성들의 내부에서 핵융합으로 발생한 복사에너지가 항성풍의 형태로 주변에 분출됩니다. 이때 방출된 자외선은 말머리 성운의 위에 위치한 구름을 빛나게 합니다. 이와 동시에 말머리 성운의 두꺼운 구름은 반대로 빛을 차단해 머리 부분을 어둡게 보이도록 합니다. ESA는 말머리 성운의 구름이 차가운 분자 수소로 구성돼 있고 빛을 거의 방출하지 않는다며 어두운 구름과 밝은 구름 사이에서 별 형성의 조건을 찾는 것이 천문학자들의 연구 대상이라고 전했습니다. 암흑 우주의 장막을 걷어내는 작업은 이제부터 시작 유클리드가 우주관측의 첫발을 내딛는 5가지의 풀컬러 이미지는 우리에게 보이지 않았고 알 수 없었던 암흑 우주의 실체를 어떻게 관측하고 분석해낼지를 알려줬습니다.. 페르세우스 자리와 그 배경 우주를 보여주며 유클리드가 얼마만큼 넓은 범위의 하늘을 얼마만큼 디테일하게 담아낼 수 있을지 보였줬고 은하수 원반 뒤에 있는 숨은 은하를 관측함으로서 별과 먼지 등 장애물을 너머에 있는 천체를 얼마만큼 잘 관측해낼 수 있는지를 보여줬습니다. 유클리드는 특유의 넓은 화각과 고해상도 관측으로 다양한 우주관측은 물론 그 결과물이 어떤 분야의 우주 연구를 할 수 있는지 방향성을 제시했습니다. 불규칙은하 관측에서 초기 은하의 진화와 은하의 구성에 대한 연구 방향성을 제시했고 우리은하 주변에 있는 구상성단을 관측함으로써 은하와 구상성단의 상호작용을 통한 암흑물질 분포 연구에 대한 방향성을 제시했습니다. 마지막으로 말머리 성운의 이미지로 성운에 드넓게 펼쳐진 먼지구름의 구성성분에 따른 항성과 행성의 생성 등 천체의 형성조건에 따른 차이를 연구할 수 있습니다. 특히 유클리드는 이러한 관측을 각각 수시간 안에 이뤄낸다는 점에서 기존 망원경들이 가지지 못했던 화각의 넓이 또는 관측 결과물의 디테일 두마리의 토끼를 모두 잡았다고 할 수 있겠습니다. 현대 천체관측을 위해 강력한 우주망원경들이 활약하고 있지만 우주는 너무나 넓죠. 너무나 넓은 만큼 모두 관측하려면 그만큼 시간도 너무나 많이 걸립니다. 유클리드가 고해상도로 넓은 우주를 빠르게 담아내는 서베이 관측은 우리가 알지 못한 우주의 어두운 부분을 인식시켜줄 훌륭한 대안이 될 것입니다. 앞으로 유클리드는 6년간의 우주 서베이 관측 미션을 수행합니다. ESA는 매년 스페인의 ESA 유럽 우주 천문 센터에서 주최하는 천문학 과학 아카이브를 통해 유클리드가 관측한 데이터뱅크를 전 세계 과학계에 공개할 예정입니다. 1년 뒤 유클리드의 광활한 관측결과물을 확인할 그날이 기다려집니다. 2023.11.14 11:00

시험가동에 진땀 빼는 우주망원경 '유클리드'…앞으로 무엇을 보게 될까[코스모스토리] 기원전 300년경에 활동한 것으로 전해지는 그리스의 수학자 유클리드(Euclid). 그의 활동에 대해서는 '프톨레마이오스 1세'에게 수학을 가르쳤다는 점 이외에는 제대로 전달된 것이 없지만 그의 저서 '기하학원론'으로 현재까지 기하학하면 유클리드라고 떠올릴 정도로 현대 사회에 깊게 인식되고 있습니다. 그리고 수천년 지난 2023년 7월 1일 그의 이름을 딴 우주망원경이 미국 플로리다주 케이프 커내버럴 우주군 기지에서 스페이스X의 팔컨9 로켓에 실려 우주로 발사됐습니다. 유클리드 우주망원경은 약 한 달간 우주공간을 날아가 제임스웹 우주망원경(JWST)이 위치한 라그랑주 2점(L2)에서 몇달간의 관측 준비과정을 거친 후 우주관측을 시작할 예정입니다. 유럽우주국(ESA)의 주도로 제작된 이 우주망원경은 조금 특별한 임무를 가지고 있는데요. 먼 우주의 대상을 정밀하게 바라보는 허블 우주망원경과 제임스웹과는 달리 광범위한 범우주의 모습을 3D 지도로 구축한다는 미션을 가지고 있습니다. SF영화를 보면 우주 여행을 하는 우주선이 항해도중 별자리를 스캔하면서 위치파악을 하는 장면을 자주 볼 수 있는데요. 주로 주변 천체의 위치를 대조하는 방법을 사용하곤 합니다. 이 기술은 우주의 입체 지도가 구축되지 않고선 불가능하죠. 유클리드의 미션에는 다양한 과학적인 계산을 기반으로 미지의 우주 공간과 천체들의 정확한 위치를 확인하고 우주 거대 구조의 형태를 인식 및 구축한다는 의미가 있습니다. 왜 유클리드로 명명했을까? 미션을 수행하는 기체의 이름은 주로 기체의 미션과 부합하는 대상 또는 과거 인물의 업적을 기념하면서 명명되곤 합니다. 유클리드는 우주 입체 지도를 구축한다는 미션과 더불어 우주 속 암흑물질과 암흑에너지의 분포를 구축해 우주가 어떻게 팽창해왔고 어떻게 우주가 형성됐는지를 밝혀낸다는 미션 또한 가지고 있습니다. 현재 인류가 인지하는 물질은 우주의 약 5%에 불과합니다. 암흑물질은 25%, 암흑에너지는 70%에 달하죠. 이 존재들에는 왜 '암흑'이라는 단어가 붙었을가요? 단지 우주가 까맣기 때문이 아니라 우리가 아직 이 존재들에 대해서 알지 못하기 때문입니다. 베일 속에 감춰져 있는 이 두 존재는 현재 인류가 가진 관측방법으로는 그 존재를 짐작할 뿐 볼 수 없습니다. 인식할 수 없다는 것에 사실 존재자체도 의심받기도 합니다. 하지만 천문학적인 현상에서 이 존재들이 없다면 성립하지 못하는 것들이 많기에 우리는 이들의 존재를 짐작하고 있는 것입니다. 우주를 이해하고 분석하려면 흔들리지 않는 기초적인 명제가 필요하죠. 유클리드는 "점은 쪼갤 수 없는 것이다"라는 명제로 시작해 선과 면에 대한 다섯가지 공리(주어진 이론 체계 안에서는 증명 없이 참으로 받아들이는 명제)를 기반으로 기하의 원리를 설명했죠. 증명할 수는 없지만 옳다고 믿는 것, 공리가 이러한 역할을 했습니다. ※ 유클리드의 다섯가지 공리 공리1. 모든 점에서 다른 모든 점으로 직선을 그을 수 있다. 공리2. 유한한 직선이 있으면, 그것을 얼마든지 길게 늘일 수 있다. 공리3. 임의의 점에서 반지름을 갖는 원을 그릴 수 있다. 공리4. 직각은 모두 서로 같다. 공리5. 평행선은 영원히 만나지 않는다. 합리적인 자연적 흐름에 의거해 움직이고 있는 우주, 인류가 아직 모르는 것이 상당하지만 암흑물질·암흑에너지의 존재와 운동 법칙은 치밀하게 계산된 자연 현상일 것입니다. 우리가 이 현상들을 이해하기 위해선 앞서 언급된 암흑물질과 암흑에너지에 대해서 알아야할 필요가 있습니다. 암흑물질은 보이진 않지만 중력을 가지고 있고 암흑에너지는 우주팽창에 영향을 미치고 있다고 알려져 있습니다. 우주 전체에 광범위하게 퍼져있는 이들은 은하 한두개의 관측으로는 분포를 짐작하기 어렵습니다. 그래서 광범위한 우주를 관측하는 '서베이 관측'을 진행할 필요가 있습니다. 이를 통해서 우리는 드넓은 우주에 퍼진 암흑물질과 암흑에너지의 분포를 짐작할 수 있습니다. 자연의 법칙에 따라 움직이는 기하를 이해하기 위해서 범우주를 관측하는 이 망원경은 마치 현재 인류의 생활 속에 녹아있는 기하학의 연장선처럼 보입니다. 기하학하면 연상되는 사람인 유클리드는 가장 적합한 이름이 아닐 수 없습니다. 흥미로운 유클리드의 구조 우주의 3D지도를 구축하겠다는 거창한 목표를 지닌 유클리드는 어떤 장비로 관측을 할까요? ESA에 따르면 유클리드는 코르슈 타입(거울을 통한 반사로 빛을 모아 관측하는 타입)의 지름 1.2미터의 주경을 통해 모아진 빛을 가시광선 관측기(The VISible instrument, VIS), 근적외선 분광계 광도계 (The Near-Infrared Spectrometer and Phorometer, NISP) 등 2가지 장비로 관측하도록 설계됐습니다. VIS는 말그대로 가시광선을 촬영하는 장비고 NISP는 근적외선을 촬영하면서 적외선 분광을 통해 적색편이 등 빛의 스펙트럼을 관측하고 분석할 수 있도록 하는 장비입니다. 여기서 조금 이상한 점이 보입니다. 앞서 맹활약을 해온 제임스웹은 주경이 6.5미터, 허블은 2.4미터인데 반해 그 후에 롤아웃된 유클리드는 1.2미터입니다. 그러면 유클리드의 성능이 더 떨어지는 것일까요? 이는 망원경의 관측 목적에 따른 차이라고 볼 수 있습니다. 머나먼 은하를 보다 자세히 들어다 보는 제임스웹과는 다르게 유클리드는 광범위한 서베이 관측을 목표로 하고 있습니다. 망원렌즈와 광각렌즈의 차이처럼 망원경의 주경이 크면 멀리 떨어진 대상을 자세히 바라보기 유리하지만 그만큼 바라보는 하늘의 면적이 좁아집니다. 제임스웹으로 우주면적을 관측한다고 하면 너무 오랜 시간이 걸릴 것입니다. 반대로 주경이 작아지면 그만큼 한 대상을 정밀하게 관측하기는 어렵지만 화각이 넓어져 광범위한 관측이 가능해집니다. 그 넓이는 허블의 시야보다 약 200배 넓다고 합니다. 단 제임스웹이 바라보는 적외선 파장보다는 더 짧은 파장인 근적외선까지만 관측하기 때문에 138억년 우주의 끝이 아닌 약 100억년 전까지의 빛을 관측할 예정입니다. 모든 기체에는 한정된 가동시간이 존재합니다. 특히 지구궤도에 있는 허블과는 달리 라그랑주 2점처럼 멀리 떨어진 곳에 위치한 만큼 한번 자리를 잡았다면 수리하거나 연료를 충전할 수 없습니다. 따라서 유한한 시간동안 최대한의 관측을 진행하는 것이 무엇보다 중요합니다. ESA는 L2에 위치한 유클리드의 가동기간을 6년으로 예상하고 있는데요. 유클리드의 설계는 이 한정된 시간동안 우주를 관측하는 것을 감안해 디자인 됐다고 볼 수 있겠습니다. 유클리드는 왜 L2에서 관측할까? 그러면 왜 유클리드는 L2 지점에서 관측을 하는 것일까요? 그 이유는 제임스웹의 경우와 비슷합니다. 적외선 관측은 어둡고 추운 곳에서 이뤄져야 합니다. 모든 물질에서는 적외선이 방출되는데 지구 궤도에서 관측을 진행한다면 태양과 지구에서 방출되는 적외선의 영향으로 관측물에 노이즈가 발생합니다. 하지만 적외선은 온도가 낮아지면 물질에서 방출되는 양이 줄어드는 성질이 있습니다. 제임스웹과 비슷하게 유클리드에도 방열판이 탑재된 이유가 여기에 있습니다. 또한 L2지점은 지구와 태양의 간섭이 최소화 되는 곳으로 적외선 관측을 하기엔 최적의 장소라고 볼 수 있습니다. 현재 유클리드를 포함해 L2지점에서 관측을 진행하는 망원경은 제임스웹과 가이아 우주망원경입니다. 이들 기체는 같은 L2지점에 위치하지만 제임스웹과 유클리드는 L2점을 각자 공전하는 헤일로 궤도(L2지점을 중심점으로 타원으로 공전하는 궤도)를 따라 움직이는데요. 두 기체는 같은 L2를 공전하지만 서로 만나거나 간섭하지 않습니다. 유클리드과 제임스웹의 궤도는 반경 40만km에서 80만km에 이르며, 가이아는 중심에서 35만km 떨어진 리사주 궤도(Lissajous orbit)에서 L2를 돌고 있습니다. 따라서 세 기체는 모두 서로를 간섭하지 않는 위치에서 미션을 수행하고 있습니다. 직접 관측이 불가능한 암흑물질, 어떻게 알아낼까 인류는 유클리드의 어떤 관측법을 통해 암흑물질의 분포를 알 수 있을까요? 그 실마리는 중력에 있습니다. 앞서 약 1년전 제임스웹의 첫 풀컬러 이미지 공개 당시 조 바이든 미국대통령이 선 공개한 'SMACS-0723 은하단'의 이미지를 바라보면 이미지 가운데 은하가 중력에 의해 길게 늘어지거나 휘어져서 보이는 것을 확인할 수 있습니다. 이는 별과 망원경 사이에 위치한 거대한 중력에 의해서 빛이 왜곡됐고 그 왜곡된 빛이 망원경에 도달한 결과로 나타난 현상입니다. 여기에 암흑물질을 바라볼 수 있는 답이 숨어있습니다. 암흑물질은 중력을 가지고 있기에 중력렌즈는 대상과 망원경 사이에 중력을 가진 은하단이나 암흑물질, 또는 둘이 섞인 형태로 존재하면서 중력으로 빛을 휘게 만듭니다. 여기서 중력렌즈가 발생하는 지점을 관측하고 빛이 휘어진 정도를 계산하면 중간에 위치한 중력을 계산해낼 수 있습니다. 이어 가운데 중력을 발생시키는 은하단의 중력을 계산해 비교해보면 암흑물질이 발생시키는 중력을 알아낼 수 있고 이 분포를 계산해 암흑물질 3D지도를 구축할 수 있습니다. 그러면 우리는 우주의 물질과 암흑물질의 구조를 파악할 수 있고 남은 부분에는 암흑에너지가 존재한다고 짐작할 수 있습니다. 우주배경복사와 암흑에너지로 인한 우주 팽창 현재의 우주가 빅뱅으로부터 무한히 팽창하고 있다는 '팽창우주론'은 앨버트 아인슈타인(A.Einstein, 1879-1955)의 일반 상대성 이론을 기반으로 지난 1927년 조르주 르메트르(G. Lemaître, 1894-1966)가 주장을 했고 2년 뒤인 1929년 에드윈 허블(Edwin P. Hubble, 1889-1953)이 멀리 떨어진 은하일수록 우리 은하에서 더 빠른 속도로 멀어진다는 관측 결과를 발표하면서 시작됐습니다. 이후 1965년 미국 벨 연구소의 펜지아스(Arno Penzias)와 윌슨(Robert Woodrow Wilson)에 의해 빅뱅의 증거인 우주배경복사(Cosmic Microwave Background Radiation)가 처음으로 검출되면서 우주팽창론은 힘을 받았습니다. 우주배경복사는 우리은하 외부 우주 전역에서 발견되는 약 160GHz의 주파수를 가진 전자기파 복사를 일컬으며 빅뱅 당시 발생했던 흑체복사(온도에 따라 빛이 나오는 현상)입니다. 따라서 우주배경복사 이미지를 바라보면 넓은 구체 안에 파란색부터 빨간색에 이르기까지 다양한 색의 분포를 볼 수 있는데요. 여기서 파란색은 낮은 온도, 빨간색은 높은 온도를 의미합니다. 또한 파란색은 낮은 밀도, 빨간색은 높은 밀도를 가진 것으로 추측되며 빅뱅 당시 최초의 우주가 균일하지 못한 밀도를 가진 형태였다는 것을 알 수 있습니다. 우주배경복사에 이어 1998년에는 초신성 관측을 통해 우주가 정속 팽창을 하는 것이 아닌 가속 팽창을 한다는 사실이 발견됐습니다. 천문학자들은 가속팽창에서 우주 안에 우리가 인지하는 물질 외 다른 미지의 에너지가 존재할 것이라고 추측했는데 이 알 수 없는 에너지를 '암흑에너지'라고 부릅니다. 그렇다면 암흑에너지의 분포는 어떻게 알 수 있을까요? 천문학자들은 초기 우주에서 암흑물질과 암흑에너지의 비율에 따른 시뮬레이션 모델을 구축했는데요. 천문학자들은 유클리드가 우주 속 우리가 인지하는 물질과 암흑물질의 분포를 관측한 결과를 여기에 대입해 비교할 예정입니다. 직접적인 관측을 하진 못하지만 이 방법을 통한다면 암흑에너지의 분포가 어떠했는지 근사치를 예상하고 우주가 어떻게 변해왔을지를 비교하고 예상해볼 수 있습니다. 유클리드가 관측하는 우주는 전체의 1/3…음영지역이 있다? 유클리드의 획기적인 관측시스템으로 천문학자들의 관심이 고조되는 가운데 우주의 관측범위에 대한 물음표가 생깁니다. ESA는 공식 웹사이트에서 유클리드의 관측범위를 하늘의 1/3이라고 표현하고 있습니다. 이 말은 어떤 의미를 내포하고 있을까요? 맑은 날 어두운 곳에서 밤하늘을 바라보면 깜깜한 하늘을 가로지르는 은하수를 볼 수 있는데요. 은하수 안에는 태양과 같은 별이 천억개 가량 존재합니다. 이 별들은 우주를 관측하려는 유클리드의 시야를 방해하기 때문에 해당방향으로는 관측할 수 없습니다. 은하는 가운데 위치한 초대질량블랙홀을 중심으로 물질들이 공전하는데요. 이러한 특성 때문에 한 방향으로 회전하며 납작한 원반형태로 물질들이 공전하고 있습니다. 따라서 유클리드의 관측 제외 영역은 대부분 은하수의 모습을 본따 형성돼 있습니다. 유클리드의 첫번째 테스트 이미지 - 가시광선과 적외선 속의 우주 지구에서 발사된 유클리드는 제임스웹처럼 한달간 항해 후 L2 포인트에 안착 후 지난 7월 31일 첫 테스트 결과물을 공개했습니다. 제임스웹은 한장의 이미지가 공개됐지만 유클리드에는 2가지의 관측장비가 실려있기 때문에 결과물도 우선 VIS 1장, NISP 1장 촬영본이 공개됐습니다. 먼저 VIS의 결과물을 보면 색이 없는 흑백 이미지에 은하가 빼곡히 들어있는 것을 볼 수 있습니다. ESA는 광각으로 촬영한 것처럼 보이는 이 이미지가 실제로는 보름달의 1/4에 불과하다고 설명했습니다. 하지만 이 작은 부분의 관측에서도 나선형·타원형 은하, 근·원거리의 천체, 성단 등이 관측됐습니다. ESA 유클리드 연구팀은 해당 테스트 이미지를 촬영할 때 특정 각도에서 태양빛이 VIS에 간섭하는 현상을 발견했고 관측 각도를 수정해서 향후 임무 수행중에 발생할 에러를 최소화 할 것이라고 밝혔습니다. 다음으로는 NISP의 적외선으로 관측한 데이터 이미지 입니다. 이 이미지에는 앞서 VIS와 다른 적외선으로 촬영한 이미지 답게 전체적으로 붉은색을 띄고 있습니다. 이미지에는 멀리 있는 은하들이 작은 빛으로 촘촘하게 담겼으며 근거리에 위치한 천체의 밝은 빛은 제임스웹처럼 6갈래의 스파이크를 보이고 있습니다. NISP에는 VIS에는 없는 '그리즘(Grism)'이라는 장치가 탑재됐는데 은하의 빛을 파장별로 쪼개 분석할 수 있도록 정보를 제공합니다. 그리즘 모드에서 촬영한 이미지는 마치 촬영도중 세로로 카메라를 흔들어 피사체가 흔들린 것처럼 보이는데요. 하나하나의 선이 모두 은하입니다. 적외선 파장을 쪼갠 데이터는 과학자들에 의해 해당은하가 어떤 성분으로 구성되어있는지 알 수 있게 해주고 이 은하가 지구와 얼마만큼 떨어져 있는지를 계산할 수 있게 해줍니다. 아직 시작도 못했는데 벌써 고장소식 들린 유클리드 유클리드는 지금까지 발사된 우주망원경중 가장 정밀한 기기 중 하나입니다. 100억년에 달하는 우주의 모습을 담아내면서 극한의 정밀한 관측이 요구되는 미션을 수행할 예정입니다. 이 망원경이 관측하는 부분은 앞서 언급했듯이 우주의 1/3에 달하는데요. 이 넓은 부분을 관측하기 위해서 ESA가 미션기간으로 예상하는 6년동안 매 75분씩 관측을 쉬지 않고 진행하게 됩니다. 이 계획은 극도로 먼 지점을 관측하면서 다중 관측의 데이터를 합쳐야하는 서베이 관측의 특성상 관측지의 안정성과 관측의 정확성이 요구됩니다. 이를 위해 유클리드에는 관측하는 대상을 유도하는 정밀 유도센서(FGS)가 탑재되어 있는데요. 이 장비는 망원경이 관측해야 할 방향을 지정하고 유클리드의 방향과 L2 헤일로 궤도 운동을 제어하는 시스템에 영향을 미칩니다. 그런데 ESA는 이 중요한 장비가 오작동하고 있다는 소식을 전해왔습니다. 지난달 26일 ESA는 공식홈페이지를 통해 FGS가 희미하게 빛나는 별을 고정하지 못하는 경우가 간헐적으로 발생하고 있다고 밝혔습니다. 천문학자와 연구진은 간담이 서늘했겠습니다. FGS에 문제가 발생한다면 우주를 관측한다는 명제 자체가 성립할 수 없기 때문입니다. 이 때문에 유클리드의 성능검증 단계는 지연됐고 소프트웨어 수정 등 ESA는 성능 복구 작업에 돌입했습니다. 상당시간 밤샘 작업을 펼친 끝에 지난 5일 ESA는 공식홈페이지에 소프트웨어 패치를 통해 FGS의 문제를 해결했다고 발표했습니다. 문제가 발생한 원인은 태양의 플레어에서 비롯된 고에너지 복사선이 때때로 유클리드에 잘못된 신호를 유발하도록 했다는 것인데요. 이러한 잘못된 신호로 간헐적으로 센서가 별을 탐색하는데 필요한 별의 패턴을 파악하는데 실패했던 것 입니다. 지구 상에서 철저한 검증을 거쳤더라도 우주에서 일어난 뜻밖의 해프닝으로 오랜 기간 준비했던 미션이 물거품이 될 수 있었다는 점에서 상당기간 천문학계는 간담이 서늘했을 것 같습니다. 문제가 해결되면서 유클리드의 성능검증 프로세스는 다시 재개됐습니다. ESA는 오는 11월 말까지 지속될 것으로 전망했고 정기적인 과학 조사 관측은 그 이후 시작될 것이라고 전했습니다. 유클리드의 우주 탐사는 곧 시작됩니다! ESA는 유클리드의 여정을 다크 유니버스(암흑 우주)를 탐사한다고 표현하는데요. 밝게 빛나는 우리은하가 아닌 까맣고 아무것도 없는 것처럼 보이는 어두운 우주 공간을 관측하는 유클리드의 여정, 아직 알지 못하는 미지의 세상을 관측하고 지도를 그려낸다는 여정을 빗대어 표현한 것 같습니다. ESA는 유클리드의 임무가 우리 우주의 본질에 대해 우리들이 가지고 있는 가장 근본적인 과학적 질문에 답하는 것이라고 말합니다. 우리가 알고 있는 5%의 물질 밖 95%의 암흑물질과 암흑에너지는 무엇인지, 상대성 이론은 거대 우주 안에서 얼마만큼 유효한 이론이 될지, 빅뱅 이후의 우주는 어떻게 형성되었을지 등 우주 안에서 살아가는 인류가 가지고 있는 가장 원초적인 질문에 대한 대답을 하는 것. 유클리드의 관측은 이런 질문들에 대한 진지한 답변을 하는 데서 시작합니다. 대부분의 관측준비가 끝났습니다. 약 1년전 제임스웹의 첫 결과물이 공개될 때 우리는 무엇을 보게 될지 모르고 막연한 기대감에 부풀어 올랐죠. 이번 유클리드의 관측 결과물도 제임스웹의 결과물처럼 어떤 놀라움을 보여줄지 아직 미지수입니다. 우주의 진짜 모습, 암흑물질의 진짜 분포를 알게 될 그 순간이 기다려집니다. 2023.10.22 07:05

거대한 돈덩어리가 저곳에?…우주 개발 '문러시'[코스모스토리] 1848년, 서부 개척시대, 미국 캘리포니아 새크라멘토 강 부근에서 제재소를 건설중이던 존 셔터(Johann Sutter)는 자신의 목수인 제임스 마셜이 금을 발견한 것을 확인하고 남몰래 둘이서 채굴을 시작합니다. 서부 변방지역에서 금의 통화량이 늘어나기 시작하자 캘리포니아에서 금이 발견됐다는 소식을 접한 수많은 사람들이 너도나도 일확천금을 꿈꾸며 해당지역으로 몰렸습니다. 본격적인 골드러시가 시작됐습니다. 강가에 모래알처럼 퇴적된 사금부터 주변 지역의 땅을 뚫어 광산을 만들어 금맥을 추적해 채광하는 방법까지 사람들은 다양한 방법을 동원해 금을 캐냈습니다. 하지만 금의 매장량은 한정돼 있었고 수많은 사람들이 금을 캐내자 효율이 떨어지면서 수년뒤 사그러들게 됩니다. 사람들은 돈과 직결된 자원이 주인없는 상황에 놓여있을때 그 소유권을 확보하기 위해 발걸음을 내딛었고 골드러시는 그 모습을 바꿔 인류 역사에 상당한 영향을 끼쳤습니다. 최근에는 비트코인이 그 대상이었겠네요. 19세기의 골드러시는 21세기 우주로 그 무대를 바꿔 새롭게 진행됩니다. 과거의 달 착륙과 현재의 달 착륙간의 차이는? 매일 밤 하늘에 떠오르는 달은 인류에게 있어서 꼭 탐사해야하는 우주개발 목표였습니다. 과거 미소냉전시대 스푸트니크쇼크를 시작으로 우주개발 경쟁에 돌입했던 미국과 소련 두 나라는 우주탐사경쟁에서 대상을 달로 삼았습니다. 우주공간 속 우리기술로 빠른 시일 내 도달할 수 있는 유일한 천체이기 때문입니다. 한 번 발사하는데 천문학적인 비용이 소요되지만 상대 진영에 대한 선전효과 때문에 두 나라는 심혈을 기울여 달 탐사를 진행했습니다. 하지만 미국의 닐 암스트롱이 달에 최초로 발자국을 남기며 유인 달탐사에 성공하고 경쟁상대인 소련이 붕괴되자 달 탐사 가치는 기하급수적으로 떨어졌습니다. 결국 미국은 예산문제를 들어 유인 달 탐사를 중지했죠. 그로부터 약 반세기가 지난 후, 인류는 또다시 달을 향해 로켓을 발사하고 있습니다. 지난 8월 23일(현지시간) 인도는 달 탐사선 찬드라얀-3을 인류 최초로 달 남극 착륙에 성공시키기도 했죠. 여러 선진국이 도전하고 있지만 달 착륙에 성공한 나라는 러시아(소련), 미국, 중국, 인도 총 4개국가입니다. 다누리로 달 탐사를 진행중인 우리나라도 2030년쯤 한국형 달 착륙선을 발사할 예정입니다. 달착륙에 성공한 국가들은 탐사로봇을 활용해 달 표면의 성분과 물의 존재여부를 확인하는 탐사작업을 진행중인데요. 주로 달 궤도 위성에서 포착한 요소를 확인하는 것을 우선으로 하고 있습니다. 유인 달 탐사 계획도 진행됩니다. 미국항공우주국(나사)은 지난해 11월 SLS(Space Launch System)로켓에 오리온 우주선을 탑재해 달 궤도를 돌고 지구로 귀환하는 '아르테미스-1(ARTEMIS-1)'미션을 성공했습니다. 나사는 이 미션 당시 오리온 우주선에 마네킹을 탑승시켜 데이터를 수집했는데요. 이 수치들을 기반으로 미션 일정과 구조를 보완해 2024년 2차 탐사때 실제 사람이 탑승해 궤도비행을 진행하고 그 이후에는 실제 달착륙까지 진행할 예정입니다.   그동안 우주과학 기술이 발전했다고 하지만 아직까지도 인류에게 달 탐사는 천문학적 비용이 들어가는 매우 어려운 미션입니다. 일본을 포함한 선진국들이 아직도 달 착륙에 실패하는 사례가 종종 발생하고 있을 정도입니다. 그렇다면 이토록 어려운 과정을 극복하면서 인류가 달에 도달하려는 이유는 무엇일까요? 일론머스크 테슬라, 스페이스X CEO는 인류가 다른 행성에 도달하기 위해서 꼭 정복하기 위해선 달을 확보하고 이를 전초기지로 삼아야 한다고 말합니다. 공상과학영화들을 보면 우리 인류는 달에 유인 기지를 확보했고 화성까지 도달하는 모습을 보여주곤 합니다. 과학자들은 달의 자원을 확보해 충분히 활용한다면 에너지 등 현재의 인류가 겪는 다양한 문제를 해결할 수 있다고 말합니다. 달의 선물 '헬륨-3', '희토류' 인류는 과학의 발전에 따라 지구상 다양한 광물과 화합물을 활용해 발전해왔습니다. 하지만 희토류 등 대체불가한 자원의 수요가 높아진데 반해 자원의 매장량은 한정돼 있어 발목이 잡혀있습니다. 과거 개척시대 서구 열강들이 자원의 확보를 위해 탐사를 떠났듯이 현재 강대국들의 시선은 우주, 특히 달을 향해 있습니다. 그렇다면 달에는 어떤 자원이 있길래 이렇게 관심을 받고 있을까요? 대표적으로 '헬륨-3'을 들 수 있습니다. 헬륨-3은 가볍고 안정한 헬륨의 동위 원소 중의 하나로, 두 개의 양성자와 한 개의 중성자 형태로 구성됐습니다. 이 원소는 태양과 같은 항성에서 핵융합 반응인 '양성자-양성자 연쇄반응'으로 생성되는데요. 태양은 플레어 등의 현상으로 우주에 헬륨-3을 흩뿌립니다. 이에 태양계에 존재하는 행성과 위성에는 헬륨-3 입자가 도달하죠. 하지만 지구 대기와의 마찰로 지표면까지 도달하지 못해 퇴적되지 않아 지구 지표면에는 헬륨-3가 희박합니다. 하지만 상대적으로 대기가 적은 달에는 헬륨-3입자가 퇴적돼 있습니다. 헬륨-3의 가치는 크게 2가지로 말할 수 있는데요. 첫번째는 에너지량에 있습니다. 핵융합으로 헬륨-3 1g을 사용한다면 발생하는 에너지가 석탄 40톤에 달할 정도로 엄청납니다. 과학계는 달 표면에 약 100~200만 톤 규모가 존재할 것으로 추정하고 있는데요. 이 정도의 양이면 인류가 약 1만년 정도 사용할 수 있습니다. 두번째는 클린에너지라는 점이 있습니다. 현재 주 발전방식인 화력발전과 원자력발전 방식은 환경오염을 유발하는 오염물질을 배출하는 논클린에너지 입니다. 하지만 헬륨-3와 중수소를 활용한 핵융합 발전에는 방사성물질이 전혀 발생하지 않는 물질을 배출합니다. 헬륨-3 핵융합 결합식은[D+'헬륨-3'→'헬륨-4'(3.6 MeV)+p(14.7 MeV)]로 D는 중수소, p는 프로튬(경수소), MeV는 100만 전자볼트(eV)를 말합니다. 헬륨-3와 결합하는 중수소는 지구 바다에 무한정 존재하고 있어 발전에 필요한 양을 구하기에는 문제가 없어보입니다. 이제 우리는 헬륨-3의 가치와 존재위치까지 알고 있습니다. 그 다음은 무엇일까요? 달에서 헬륨-3을 가져와도 이를 활용할 핵융합 발전소가 있어야겠죠. 이에 대한 움직임은 벌써 진행되고 있습니다. ChatGPT로 유명한 OpenAI의 샘알트만 CEO는 핵융합에너지 스타트업 '헬리온에너지'에  3억7500만 달러(약 5000억원)를 투자했습니다. 헬리온에너지는 오는 2028년 건설을 완료하고 핵융합 발전을 시작한다는 계획입니다. 마이크로소프트는 지난 5월 헬리온에너지의 첫 고객사로서 핵융합발전 에너지 50MW(메가와트)를 오는 2028년까지 공급받기로 계약습니다. 이 프로젝트가 성공한다면 지구상 에너지 문제가 상당부분 해결될 수 있을것으로 기대되고 있습니다. 헬륨-3 외 다른 자원은 어떤 것이 있을까요? 바로 희토류입니다. 이 자원은 현재 스마트폰, 광섬유 등 첨단기기에 활용되는 자원이지만 전세계 매장량의 90%가 중국에 있어 대부분 수입에 의존하는 실정입니다. 그마저도 100년도 안돼 고갈될 예정이죠. 희토류는 '현대과학의 쌀'이라고 불리고 있고 이 자원이 달에 상당량이 매장돼 있는 것으로 추정되는 바, 자원경쟁은 명약관화한 상황입니다. 그야말로 매일밤 하늘에 뜨는 달은 아주 거대한 돈덩어리인 셈입니다. 골드러시처럼 대부분의 나라가 달에 진출하려고 하는 이유와 일맥상통하는 부분입니다. 과거에는 명예와 자존심싸움으로 달에 갔다면 지금은 생존과 자본시장 관점으로서 새로운 먹거리의 대상으로서 달을 바라보게 됐습니다. 우주에 떠 있는 금속 소행성을 향하다 달은 인류에게 있어 지구에서 가장 확고한 목적지이지만 태양계 우주 공간으로 범위를 확장한다면 생각보다 다양한 목적지가 존재합니다. 궤도가 안정된 달과는 달리 소행성과 혜성에서 생각하지 못한 자원을 발견할지 모르기 때문입니다. 태양계 소행성대는 화성과 목성 사이 궤도를 이뤄 존재하며 이들을 연구한다면 태양계의 생성비밀과 현재 지구 구성에 물질에 대한 단서를 얻을 수 있을지 모릅니다. 또한 이들 천체에서 지구에서는 구하기 어렵거나 구할 수 없는 새로운 물질을 발견할수도 있겠죠. 나사는 지난 2015년 태양계 탐사 계획인 '디스커버리 프로그램(Discovery Program)'의 일환으로 소행성 탐사계획을 구상했고 2017년 화성의 중력을 활용하는 가속항행하는 스윙바이로 소행성 '프시케(Psyche)'를 탐사하는 계획을 세웠습니다. 수많은 소행성 중 이 천체가 선택된 이유는 이 천체의 구성 배경에 있습니다. 프시케는 본래 행성처럼 핵을 소유한 행성이었지만 어느시점에 충돌이 일어났고 지표면과 맨틀이 모두 벗겨지고 뜨거운 핵만 남게 됐습니다. 차가운 우주공간에서 뜨거운 핵은 오랜시간에 걸쳐 냉각됐고 철과 니켈 등 행성의 핵성분, 특히 지구와 비슷한 성분의 핵이 노출된채 냉각된 금속표면을 드러내고 있습니다. 지구의 핵은 너무 깊이 존재하고 너무 뜨거워서 인류가 접근조차 못하고 있어 미지의 요소로 남아 있습니다. 하지만 프시케를 탐사하면서 우리는 기존에 몰랐던 요소, 지구의 비밀 등을 알아낼지도 모르겠습니다. 이러한 연구뿐만 아니라 프시케는 암석과 얼음이 아닌 금속천체로 이 자원만 활용할 수 있다면 그 가치는 100경 달러에 육박할 것으로 과학자들은 추정하고 있습니다. 이에 나사는 오는 10월초 미국 케네디스페이스센터에서 스페이스X의 팔컨헤비 로켓에 프시케 탐사선을 탑재해 발사할 계획입니다. 소행성 샘플을 가지고 지구로 귀환하다 소행성 탐사와 자원 확보라는 주제에서 오시리스렉스(OSIRIS-REx) 탐사선은 최근 뜨거운 관심을 받고 있습니다. 지난 2016년 미국 케이프커내버럴 공군기지에서 아틀라스V411로켓에 탑재돼 발사된 이 탐사선은 2년간의 항행으로 2018년 12월 소행성 베누(Bennu) 궤도에 안착했고 2년간의 궤도 비행 후 2020년 10월 21일 목표지점인 베누의 표면 '나이팅게일(Nightingale)' 지점에 접지하는데 성공했습니다. 하지만 과학자들의 예상을 벗어난 상황이 발생했는데요. 단단할 것으로 예상했던 베누의 표면층이 탐사선 로봇팔의 압축질소가스에 산개된 것입니다. 암석층 위에 모래가 퇴적됐을 것으로 예상한 것과는 달리 예상보다 중력이 약해 모래와 자갈이 훨씬 많이 튀어 올랐습니다. 탐사선은 공중으로 떠오른 자갈과 모래입자를 회수 용기에 포집한 뒤 지구 근처로 귀환했고 회수 용기를 궤도상에서 지구로 발사, 지난달 25일 대기권 진입 끝에 도착했습니다. 연구진은 이 샘플의 구성성분을 분석해 어떠한 자원이 소행성대에 분포해 있는지와 태양계의 구성원리를 밝히는 연구를 할 방침입니다. 우주 자원 확보전은 이제 시작됐을뿐 한정된 자원과 점점 사납게 변하고 있는 지구의 기후는 인류의 생존에 있어서 점점 커지는 리스크입니다. 자원 개척 활동은 인류의 생활을 더 발전시키고 부유하게 해주는 것뿐만 아니라 서서히 변하는 환경 속에서 인류를 생존하게 하는 필수불가결한 활동입니다. 과거 골드러시 유행 등 미국의 사례 뿐만 아니라 제국주의 시대에서 아메리카와 아프리카를 개척했던 서부 열강의 활동으로 인류의 생활권이 넓어지고 더 크게 발전할 수 있었던 것처럼 분야를 달리했을 뿐 인류의 개척활동은 지속돼왔습니다. 달을 향한 개척활동, 그너머에 있는 자원확보 경쟁은 이제 시작됐습니다. 우리나라도 다누리의 성공적인 달 탐사활동과 앞으로 실현될 한국형 달 착륙선의 성공으로 독자적인 달 진출과 그 너머의 경쟁을 강대국과 발맞춰 선점하는 희망찬 상상을 해봅니다. 2023.10.01 07:00

생생한 별들의 탄생 현장을 관측하며…1주년 기념하는 제임스 웹[코스모스토리] 2021년 12월 프랑스령 기아나 우주센터에서 아리안5 로켓에 실려 우주로 날아간 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope, JWST). 약 반년간의 준비과정을 거친 후 지난해 7월 12일 우리는 제임스 웹의 역사적인 첫 결과물을 확인했습니다. 우주망원경과학연구소(Space Telescope Science Initiative, STScI) 제임스 웹 프로젝트 과학자 클라우스 폰토피단은 "우리의 목표는 제임스 웹의 첫번째 이미지와 데이터가 망원경의 강력한 성능을 선보이고 다가올 과학 미션의 프리뷰를 하는 것"이라며 "이 결과물은 천문학자들과 대중이 기다려온 '와우(WOW)'를 선사할 것"이라고 전한 바 있죠. 전세계 실시간 중계로 공개된 제임스웹의 결과물은 누구나 '와우!'를 외칠만했고 천문학자들은 적외선으로 관측한 우주의 경이로운 모습에 입을 다물지 못했습니다. 그 감동으로부터 1년이 지났습니다. 지구에서 가장 가까운 별의 요람을 관측한 제임스 웹 7월 12일(현지시간) 미국항공우주국(NASA)은 제임스 웹의 풀 컬러 이미지 공개 1주년을 맞이해 특별한 천체를 관측했고 그 결과물을 공개했습니다. 이 관측대상은 '로 오피우치(Rho Ophiuchi) 구름 복합체'로 태양과 같은 항성이 태어나는 '별들의 요람'으로 별 생성 지역으로는 가장 가까운 곳인데요. 지구에서 뱀주인자리(Ophiuchus) 남쪽 방향 약 390광년 거리에 위치하고 있는데요. 관측대상과 제임스 웹 사이에 다른 별이 없을 정도로 매우 가까운 거리에 위치한 덕분에 상세한 근접 촬영이 가능했습니다. ​ 이 천체가 1주년 기념 이미지로 선정된 이유는 무엇일까요. 제임스 웹이 목표로하는 과학 관측의 방향성 다수 내포하는 천체이기 때문으로 추정됩니다. 이 천체는 별이 태어나면서 폭발하는 제트가 교차하며 주변 성간가스에 영향을 미치고 있고 주변의 수소 분자가 반응하면서 빨갛게 보입니다. 이미지에서 보이는 50여개의 어린 별들은 대부분 태양과 질량이 비슷하거나 작은데요. 밝게 빛나는 커튼 사이에서 밝게 빛나는 별 'S1'만이 유일하게 태양보다 무겁습니다. 이미지를 살펴보면 적외선 관측으로 가시광선으로는 볼 수 없는 빛과 먼지로 가려진 내부의 모습과 변화를 자세히 보여주고 있습니다. 또한 별의 탄생과 성장을 보여주고 태양계처럼 항성계 원반의 구성과 물질의 형성 변화를 보여줍니다. 또한 가스와 먼지로 이뤄진 붉은색의 세로 기둥 모양 구조는 제임스 웹의 관측으로 새롭게 발견된 모습입니다. ​ 태양도 오래전에 저 이미지의 별들 처럼 제트를 뿜어내며 성장하는 단계를 거쳤는데요. 우리는 적외선으로 이 천체를 관측함으로서 태양이 어떻게 성장했고 어떻게 항성계를 구성했는지를 살펴볼 수 있게 됐습니다. 빌 넬슨 나사 관리자는 "단 1년 만에 제임스 웹은 먼지구름을 들여다보고 우주의 끝자락에서 오는 빛을 처음으로 관측하면서 우주에 대한 인류의 시각을 바꿔놓았다"며 "새로운 발견으로 전세계 과학자들이 꿈도 꾸지 못했던 질문들을 묻고 답할 수 있게 했다"고 밝혔습니다. 과학자를 매료시킨 제임스 웹의 '정밀한 분광' ​​ 조 바이든 미국 대통령이 첫 딥필드 이미지를 공개한 이래로 우리는 마치 라식수술을 하듯이 놀라운만큼 새로운 우주의 모습을 경험하고 있습니다. 적외선 관측도 충분히 놀랍지만 과학자들을 흥분시킨 건 다름아닌 정밀한 분광능력이었습니다. 제임스 웹의 근적외선 분광기(NIRSpec)의 능력은 다양하게 응용되었는데요. 우선 가장 머나먼 은하의 빛, 적색편이로 늘어진 빛의 아주 미세한 변화를 분석해내 고대 은하와의 거리, 우주의 모습 그리고 우주생성 초창기의 초대질량 블랙홀을 발견했습니다. ​​ 또한 트랜짓(항성의 빛이 행성의 대기를 통과하며 생기는 변화 관측)을 통해 WASP-39b 등 외계행성의 대기분석을 가능하게 했습니다. 빛은 외계행성의 대기를 지나가면서 구성 성분이 빛을 흡수하여 생기는 변화를 통해 외계행성에 대기가 구성돼 있는지 여부와 만약 대기가 있다면 목성형 행성인지, 지구형 행성인지를 알 수 있고 그 대기 속 물과 유기 탄소 분자 등 대기 구성요소를 감지해 알아낼 수 있습니다. 만약 해당 행성에 생명체가 존재할 경우 대기 분석을 통해 염원하는 외계생명체를 발견할지도 모르겠습니다. ​ 최근 제임스웹은 생명체 존재 가능성으로 점쳐진 트라피스트-1 적색왜성계를 관측하고 있습니다. 이 곳은 태양보다 작은 적색왜성의 주변에 지구형 행성 7개(b~h)가 수성궤도보다 가까이 붙어 공전을 하고 있습니다. 너무 가까이 붙어 있는 것 같지만 그만큼 적색왜성이 태양보다 작고 온도가 낮은 덕분에 생명체가 존재할 수 있는 골디락스 존이 형성되어 있고 이곳에 4개의 행성(d, e, f, g)이 공전하고 있습니다. STScI는 트라피스트-1 행성을 순차적으로 관측하고 있는데요. ​ ​ 우선 b와 c의 관측 결과를 공개했습니다. 두 행성에서는 대기가 확인되지 않았습니다. 생명체가 존재하기엔 적색왜성과 너무 가까이 붙어있고 너무 많은 에너지를 받아 지표면이 뜨겁고 충분한 대기가 조성되기 어렵습니다. 따라서 과학자들은 다음 대상인 '트라피스트-1d' 관측에 이목이 모이고 있습니다. 머나먼 우주가 아닌 우리 태양계 관측에서도 우리는 많은 것들을 발견했습니다. 천왕성과 해왕성의 희미한 고리를 뚜렷하게 포착해냈고 목성의 오로라를 관측했습니다. 카시니 탐사선이 관측한 토성의 위성 엔셀라두스의 얼음지각에서 분출하는 물이 토성 궤도에 거대한 도넛모양처럼 분포하고 있다는 것도 확인했습니다. 제임스 웹은 우리 태양계에서 발견된 여러 분자들과 물의 성분이 타 항성계에서 관측되는 요소와 비교해 왜 지구가 생명의 요람이 되었는지, 지구 생명체의 기원은 무엇인지에 대한 단서를 찾기위한 노력에 도움을 줄 것입니다. 나사 고다드 우주비행센터 웹 수석 프로젝트 과학자 제인 릭비는 "1년간의 관측으로 우리는 제임스웹이 얼마나 강력한지 확실히 알고 있으며, 지난 1년간 놀라운 발견과 데이터를 얻었다"고 전했습니다. 제임스 웹은 현재 첫 관측스케줄 Cycle 1을 9월 30일 완료될 예정이고 10월 새로운 관측 스케줄 (Cycle 2)를 개시할 예정입니다. 적외선의 놀라운 성능 덕분에 좋은 결과물을 얻은 덕분인지 나사는 Cycle 2의 탐사 제안에 '훨씬 더 모험적인 과제'로 제안 권유를 한 것으로 전해졌는데요. 이러한 점들이 앞으로의 탐사가 더 기대되는 이유입니다. 2023.07.15 13:00

적외선으로 바라본 지구 밖 태양계 행성 '화목토천해'[코스모스토리] 태양과 지구의 중력이 상쇄되는 라그랑주 2점(L2). 그곳에서 미지의 우주를 적외선으로 자세히 바라보는 제임스 웹 우주망원경(James Webb Space Telescope, JWST)이 있습니다. 지난해 7월 처음으로 풀컬러 이미지를 공개해 전세계를 놀라게 한 이래로 제임스 웹은 고성능 적외선 관측으로 우리가 지금까지 알아왔던 우주의 모습을 마치 라식수술을 한 것처럼 보다 새롭고 보다 자세한 모습을 보여줬습니다. 은하와 성운, 새로운 항성을 수도 없이 관측했고 이론적으로나마 짐작한 천체의 모습을 실제 관측으로 확인하면서 천문학자들은 열광하며 감동하는 시간을 보내왔습니다. 아득하게 머나먼 천체들을 관측하면서 문득 우리는 떠올리게 됐습니다. 태양계 천체, 보이저가 지나가고 카시니와 주노 탐사선이 관측해온 태양계 외행성들, 우리가 진출하려는 화성 등 태양계 행성을 제임스 웹이 바라본다면 어떨지를 말입니다. 이에 제임스 웹 우주망원경을 관리하는 우주망원경과학연구소(Space Telescope Science Institute, STScI)는 22-23시즌에 해당하는 과학관측(Cycle 1) 일정을 구성하는 과정에서 태양계 행성 관측일정을 다수 포함시켰습니다. 인류의 목적지 화성을 바라본 제임스 웹 지난해 9월 5일 제임스 웹은 근적외선 카메라(NIRCam)를 이용해 화성을 깜짝 관측했습니다. 지구와 가까운 화성은 다른 행성 대비 탐사가 활발히 이뤄지고 있어 화성의 이미지는 널리 공유되고 있습니다. 하지만 적외선으로 화성을 관측한 사례는 거의 없습니다. 제임스 웹은 본래 수십~수백억광년 떨어진 별을 정밀하게 관측하도록 설계된 기기로 상대적으로 가까운 화성을 관측하기엔 피사체가 너무 가까워 관측에 적합하지 않습니다. 이에 따라 제임스 웹이 과연 화성을 제대로 관측해낼지 학계의 관심이 모아지기도 했습니다. 하지만 관측 결과물을 확인한 순간, 우리들의 우려는 감탄으로 바뀌었습니다. 제임스 웹의 근적외선 카메라는 화성의 이미지를 상세하게 담아냈을 뿐더러 센서의 높은 민감도를 통해 행성표면의 빛반사 및 온도 특성을 상세하게 잡아냈습니다. 이러한 관측이 가능한 데는 제임스 웹 관측 방법의 조정 덕분에 가능했습니다. 미국항공우주국(NASA)는 관측물 공개 당시 성명을 통해 "제임스 웹은 화성의 먼지폭풍, 날씨패턴, 계절적 변화 등 다른 시간에 발생하는 낮과 밤 일몰 등의 현상까지 관측할 수 있었다"고 밝혔습니다. 실제로 공개된 화성이미지는 우리가 흔히 보는 포트레이트 이미지가 아닌 적외선의 단파장과 장파장으로 촬영된 결과물입니다. 세 이미지 중에서 우선 왼쪽에 보이는 가장 행성이미지와 비슷해 보이는 것은 실제 촬영한 이미지라기보단 데이터 관측으로 시뮬레이션한 화성 이미지 입니다. 여기서는 반사된 빛에서 인식할 수 있는 화성의 지형적 특성과 표면색상을 보여주는데요. 어두운 화산지역 '시르티스 메이저(Syrtis Major)', 충돌 분화구 '하위헌스(Huygens) 분화구', 그리고 화성의 가장 큰 충격 구조인 '헬라스 분지(Hellas Basin)'가 잘 표현돼 있습니다. 그리고 이미지 내 파란색 박스는 우측 상단의 이미지 영역을 표시한 것입니다. 해당 영역의 이미지는 제임스 웹의 F212필터를 활용해 2.1마이크론 파장, 즉 단파장으로 촬영된 화성 표면의 모습입니다. 여기에는 시르티스 메이저의 화산암 색상, 호이겐스 분화구의 밝은 고리, 먼지 고리 층으로 덮여있는 헬라스 분지 등이 선명히 표시돼 있습니다. 끝으로 오른쪽 하단에는 F430M 필터를 활용해 4.3마이크로미터 파장(장파장)을 이용해 방출되는 빛의 모습을 보여줍니다. 마치 열화상 이미지 같은 모양의 이 이미지는 위도와 시간에 따른 온도차이와 대기효과로 인한 어두워짐을 보여줍니다. 측정된 화성 표면의 밝기는 노란색의 남반구 부분이 가장 높고 겨울을 보내고 있는 북반구와 저녁 때인 서반구로 가면 갈수록 급격하게 감소하는 모습을 보이고 있습니다. 제임스 웹은 화성의 표면을 관측하면서 동시에 근적외선 분광기(NIRSpec)를 활용해 화성 표면과 대기의 상태를 근적외선 스펙트럼으로 촬영하기도 했습니다. 공개된 분광 데이터를 살펴보면 분광 데이터는 흰색으로 표시됐고 가장 적합한 모형은 중간중간 보라색으로 표시됐습니다. 이 스펙트럼은 화성의 표면과 대기에서 반사된 햇빛과 화성에서 열을 발산할 때 방출되는 빛의 조합된 상태를 보여줍니다. 특히 그래프를 보면 깊은 골짜기 모양의 모습이 종종 보이는데요. 이 현상은 이산화탄소, 물, 일산화탄소 등의 가스에 의해 빛이 차단됐을 때 빛이 흡수돼 나타나는 모습입니다. 목성의 오로라와 고리를 담아낸 제임스 웹 제임스 웹은 태양계서 2번째로 큰 천체 목성을 자세히 바라봤습니다. 사실 인류는 목성을 여러번 관측했습니다. 보이저호를 통해 그 거대한 규모와 이질적인 대기의 모습, 엄청난 존재감의 대적반까지 관측한 바 있죠. 이후 2016년부터는 주노 탐사선이 지금까지 목성궤도를 공전하면서 다양한 목성의 모습을 관측하고 있습니다. 하지만 우리는 호기심이 생겼습니다. 적외선 관측을 하는 제임스 웹이 목성을 관측하면 어떻게 보일까 였습니다. 어쩌면 첫 풀컬러 이미지를 공개했을 때의 감동처럼 지금까지는 보지 못했던 목성의 다른 모습을 보여줄지도 모르는 일이었습니다. 이에 나사는 지난해 8월 제임스 웹의 목성을 관측한 결과물을 공개했고 천문학계는 지금까지 못한 목성의 모습에 감탄할 수 밖에 없었습니다. 우선 공개된 이미지에서 한눈에 보이는 것은 목성의 오로라입니다. 북극과 남극 모두 높은 고도까지 형성돼있고 제임스 웹의 다양한 필터를 통해 여러 파장의 오로라 빛을 확인할 수 있습니다. 또한 목성의 시그니처인 대적반은 적외선 관측에서는 하얗게 보이는데요. 나사는 적외선 이미지에서 하얗게 보이는 것은 "고도가 높다는 것을 나타낸다"고 설명했습니다. 이는 대적반의 소용돌이가 매우 높은 고도의 안개를 가지고 있다는 것을 의미합니다. 나사는 목성과 함께 그 주변까지 담아낸 이미지도 함께 공개했는데요. 여기에선 지금까지 공식적으로 공개되지 않았던 목성의 고리가 담겼습니다. 목성은 상대적으로 토성보다 앏은 고리를 가지고 있는데요. 이 고리의 밝기는 목성보다 백만배 정도 어둡기 때문에 보이저와 주노 등 탐사선의 관측에서는 담아내지 못했었습니다. 해당 와이드 사진에서는 고리와 더불어 '아말테아'와 '아드라스테아'라고 불리는 두 개의 작은 위성도 담기기도 했습니다. 해당 이미지를 확인한 행성 천문학자 임케 드 파터는 "솔직히 이렇게 좋은 이미지가 담길 것이라고는 정말로 예상하지 못했습니다"라고 감탄하기도 했습니다. 선명한 고리의 존재감, 제임스 웹이 관측한 처리되지 않은 토성 이미지 목성에 이어 태양계 행성 중 2번째로 거대하고 고리가 인상적인 토성. 제임스 웹은 6월 24~25일 사이 근적외선 카메라(NIRCam)으로 관측했습니다. 이 관측 이미지는 다른 관측결과물과는 다르게 비공식 웹사이트 제임스웹 우주망원경 피드'(jwstfeed.com)에 공개됐는데요. 해당 이미지는 다른 공식 이미지와는 다르게 편집이 전혀 되지 않은 원시 흑백 자료입니다. 본래 제임스 웹은 적외선으로 천체를 관측하고 데이터를 수집한 다음 처리되지 않은 흑백이미지를 출력하고 여기에 수집된 데이터를 기반으로 후처리를 진행하는데요. 우리들이 본 다양한 이미지들은 모든 후처리가 진행된 이미지 입니다. 이 이미지들은 영국 레스터 대학 연구진의 '토성 시스템 관측 프로젝트'의 일환으로 촬영됐습니다. 나사, STScI에서 제임스 웹으로 아직까지 토성 중심 공식 관측 결과물이 없는만큼 이번 비공식 관측은 매우 흥미로울 수 밖에 없습니다. 공개된 이미지는 크게 2장으로 나뉘며 둘다 토성과 토성 고리의 모습을 선명하게 표현하고 있습니다. 비공식자료인 만큼 제임스 웹이 정말 촬영한 것인지 의구심이 들 수 있지만 두번째 이미지에서 토성의 주변에 관측된 여섯갈래로 나뉘어진 스파이크는 제임스 웹이 관측했을 때 보이는 빛갈라짐입니다. 현재 활동중인 우주망원경에서 이러한 스파이크를 표현하는 기체는 제임스 웹이 유일합니다.(허블 우주망원경은 십자 스파이크를 보입니다) 제임스 웹은 토성 외에도 위성인 타이탄과 엔셀라두스를 관측했습니다. 먼저 타이탄은 토성의 여러 위성 중 가장 큰 위성으로 수성보다 큽니다. 타이탄의 특징으로는 태양계 위성중 유일하게 대기를 가지고 있다는 점입니다. 무려 지구의 네배의 밀도를 자랑하는데요. 그 성분은 아쉽게도 산소가 아닌 질소와 메탄으로 구성되어 있습니다. 그 때문에 타이탄은 흐릿한 오렌지색을 띄고 있고 이 대기의 연무 때문에 지표면 관측이 까다롭습니다. 이에 적외선으로 대기 속 지표면을 관측할 수 있는 제임스 웹의 타깃이 된 것입니다. 타이탄에 대기가 있다는 건 액체 상태의 무언가가 있다는 말이 되는데요. 지구에는 물이 있다면 타이탄에는 액화메탄이 지표면에서 순환하는 것으로 알려져 있습니다. 타이탄의 북극에는 액체메탄 바다로 예상되는 '크라켄 마레(Kraken Mare)'라는 지역이 있는데요. 제임스 웹의 근적외선 카메라(NIRCam) 관측으로 이 지역에서 구름을 발견했습니다. 액체 메탄이 기화해 메탄구름을 형성한 것으로 추측되는 대목입니다. 이 현상으로 타이탄에는 메탄의 순환시스템이 형성돼 있고 이 환경에 진화한 생명체가 있을 가능성을 생각해볼 수 있습니다. 이어 "Belet" 부분은 어두운 색의 모래 언덕으로 구성되어 있을 것으로 예측되고 "Adiri" 부분은 높은 알베도(반사율)를 보여주고 있습니다. 타이탄에 메탄과 대기가 존재하지만 있다면 아직 놀라기엔 이릅니다. 토성의 또다른 위성에는 더 놀라운 것이 존재합니다. 천문학자들은 토성의 위성 중 물이 있다고 알려진 엔셀레두스에 초점을 맞췄습니다. 나사는 "제임스 웹이 엔셀라두스(Enceladus) 남극에서 우주로 뿜어져 나오는 1만㎞ 길이의 수증기 기둥을 관측했다"고 5월 31일 밝혔습니다. 이 규모는 지금까지 엔셀라두스에서 발견된 것들 중 규모가 가장 큰 사례입니다. 나사에서 공개한 이미지에 따르면 회색 픽셀 하나가 엔셀라두스고 그 밑으로 역삼각형으로 파란색 픽셀이 분포해있는데 이것이 엔셀라두스에서 분출된 물기둥의 모습입니다. 제임스 웹은 근적외선 분광기(NIRSpec)로 빛이 물 분자를 거치며 변하는 미약한 형광방출을 포착했고 엔셀라두스에서 분출되는 거대한 물기둥을 관측했습니다. 엔셀라두스는 토성을 33시간 주기로 공전을 하는데요. 공전을 하는 도중 물기둥에서 물을 분출하기 때문에 엔셀라두스의 공전궤도에는 도넛 모양의 수증기 구름이 형성돼 있습니다. 제임스 웹 관측 당시 분출되는 물의 양은 초당 약 300kg으로 이는 과거 카시니 탐사선이 엔셀라두스 탐사도중 처음 발견한 물기둥의 분출량과 비슷한 속도입니다. 지구의 4%의 크기, 달의 7분의 1 크기에 불과한 엔셀라두스에는 눈과 얼음으로 둘러싸인 지표면 밑에 지구보다 깊은 수심의 바다가 있을 것으로 추정되고 있는데요. 토성의 중력에 의한 지각활동으로 바다 속 열수 분출구가 있을 것으로 추정되고 있습니다. 지구의 바다 속 열수 분출구 주변에는 다양한 생명체가 서식하고 있는데요. 엔셀라두스에도 생명체가 탄생할 수 있을 정도로 따뜻한 온도의 바다가 형성돼 있을 가능성이 매우 높습니다. 이에 연구진은 엔셀라두스에서 분출된 물에 생명활동의 흔적인 유기화합물이 있는지 분석했는데요. 아쉽지만 이번에는 찾지 못했습니다. 과학자들은 추후 엔셀라두스의 물기둥에 대해 추가 연구를 진행할 예정이고 여기서 생명체 활동의 증거를 찾는 연구도 진행할 예정입니다. 황홀한 고리와 새로운 모습의 천왕성을 담아낸 제임스 웹 1986년 1월 보이저 2호는 천왕성을 지나가면서 촬영한 이미지를 지구에 전송했습니다. 수신된 이미지에는 별 특징이 없는 청록색 구체의 모습이 담겨있었습니다. 그리고 지금까지 우리는 약 40여년동안 천왕성의 모습을 파란색 구체의 모습이라고 생각해왔죠. 보이저2호에 탑재된 카메라의 스펙으로는 천왕성의 모습을 온전하게 담아내기 어려웠습니다. 2023년 2월 제임스 웹은 다시 한 번 천왕성을 바라봤습니다. 근적외선 카메라(NIRCam)의 두가지 필터를 사용해 관측을 진행했습니다. 그리고 결과물을 마주한 과학자들은 그동안 보이지 않던 천왕성의 다양한 모습을 확인합니다. 우선 존재감이 확실한 고리입니다. 천왕성은 13개의 고리를 가졌다고 알려져 있지만 이번 제임스 웹의 이미지에서는 11개를 확인 할 수 있습니다. 그 이유는 고리가 너무 밝아서 근접해 있는 고리끼리 합쳐지는 것처럼 보이기 대문입니다. 천왕성 고리 중 9개는 행성의 주 고리로 분류되고 나머지 2개는 희미한 먼지고리 입니다. 이 2개의 고리는 보이저 2호가 스윙바이를 하기 위해 근접해서야 존재를 확인했습니다. 다음으로는 극지방 모자입니다. 과거 허블 우주망원경은 천왕성의 고리 일부를 발견했고 천왕성이 태양을 바라보는 극지방과 주변이 밝게 빛나는 '극지방 모자'로 불리는 현상을 발견했죠. 천왕성은 특별하게도 공전 궤도면의 90도 각도로 자전을 합니다. 따라서 여름과 겨울에 극지방마다 극단적인 환경변화가 발생하죠. 태양을 바라보는 곳은 빛과 열로 대기에 짙은 스모그와 같은 연무와 함께 폭풍이 발생하는데 우주에서는 흰색 원처럼 보이게 됩니다. 이 현상을 제임스 웹은 극단적으로 포착했습니다. 나사는 이번에 포착된 극지방은 천왕성의 북극의 모습이며 공전궤도상 돌아오는 4계절로 대입을 한다면 촬영 당시에는 늦은 봄에 해당된다고 설명했습니다. 이어 완전한 북극의 여름은 2028년이 될 것이라고 덧붙였습니다. 파란색? 하얀색? 해왕성의 남다른 모습을 담아낸 제임스 웹 태양계 외행성 관측을 해오던 제임스 웹은 지난해 9월 태양계 끝자락에 위치한 해왕성을 선명하게 담아냈습니다. 인류가 해왕성을 관측한 것은 보이저 2호가 주변을 지나가면서였습니다. 당시 보이저 2호가 관측한 해왕성의 모습은 파란색 구체에 대기에 목성과 비슷한 대흑점이 있다는 점 입니다. 해왕성은 육안으로는 보이지 않아 탐사가 아니라면 관측하기 어려웠지만 제임스 웹의 높은 해상도와 정밀한 관측 덕분에 1989년 탐사한 이래로 34년 만에 관측 및 촬영을 이뤄냈습니다. 제임스 웹은 근적외선 카메라(NIRCam) 관측으로 해왕성을 촬영했는데요. 결과물 이미지에선 희미하게 빛나는 주변의 고리 2개까지 선명하게 담겼습니다. 이어 적외선 관측은 우리에게 해왕성의 남극을 둘러싼 높은 고도에 구름띠가 연속적으로 형성된 것을 밝혀냈습니다. 하지만 한가지 이상한 것이 있습니다. 보이저가 관측한 해왕성은 파란색 대기를 가졌는데 제임스 웹은 마치 얼음덩어리처럼 하얗게 담겼습니다. 메탄가스는 가시광선의 파란색 파장을 반사하되 붉은색처럼 파장이 긴 빛을 흡수하는 경향이 있습니다. 따라서 적외선 관측을 하는 제임스 웹 결과물에는 빛을 반사하는 구름 부분을 제외하고는 어둡게 촬영됐습니다. 해왕성은 14개의 위성을 가지고 있는데요. 이번 촬영에서 7개를 포착했습니다. 오른쪽 위에 데스피나를 시작으로 시계방향으로 프로테우스, 라리사, 탈라사, 나이아드, 갈라테아 그리고 트리톤입니다. 이중 가장 밝게 빛나는 트리톤은 다른 위성과 다르게 공전궤도가 반대입니다. 이는 해왕성 근처 궤도에서 생성된 위성이 아닌 다른 곳에 있다가 중력에 포섭된 위성이라고 볼 수 있습니다. 과학자들은 이 트리톤이 태양계 너머 '카이퍼 벨트'에서 머물다 해왕성에 온 것으로 추정하고 있습니다. 제임스 웹의 관측은 계속됩니다 가시광선으로 세상을 바라보던 인류가 적외선으로 세상을 관측하게 되면서 우리가 알던 우주는 우리가 전혀 모르는 모습으로 우리에게 다가왔습니다. 당연하다고 생각해왔던 것들이 당연하지 않게 되는 순간 우리는 세상의 구조와 그 신비로운 모습에 감탄해왔습니다. 제임스 웹을 우주로 쏘아 올리면서 과학자들은 우리가 무엇을 보게 됐는지 알 수 없고 우리는 그저 발견하게 될 새로운 우주를 기다리면 된다고 했습니다. 그동안 전세계 천문학자들은 관측스케줄을 선별한 사이클1(Cycle 1)일정을 성공적으로 진행했고 인류는 경이로운 우주의 모습을 재확인했습니다. 그리고 새로운 관측주기가 도래함에 따라 사이클2(Cycle 2) 일정이 확정됐고 우리는 다시 새로운 우주를 확인할 것입니다. 앞으로 얼마나 더 놀랍고 새로운 세상을 확인하게 될 지 그 즐거운 순간이 기다려집니다. 2023.07.01 13:00

음력 15일에 뜨는 보름달, 부르는 이름은 매달 다르다?[코스모스토리] 어두운 하늘에 떠오르는 달은 지구 생명체에게 있어 동경의 대상이 되어왔습니다. 태양과 달, 지구의 공전 각도차로 매일 조금씩 모습을 바꿔가며 지구의 그림자에 의해 작아지다 커지는 모습을 우리는 신비로운 존재로 인식했고 규칙적으로 변하는 그 주기를 지금까지 삶의 척도로 삼아왔습니다. 달의 모습은 태양빛과 관련이 있습니다. 직진하는 성격을 가진 빛 덕분에 달이 지구를 공전하면서 태양빛을 얼마나 받는가에 따라서 우리는 다양한 이름으로 부릅니다. 달 전체가 태양빛에 노출되는 때를 보름달, 절반만 노출돼 반원을 그릴때 상·하현달, 눈썹모양처럼 달의 상당부분이 가려지는 모습을 초승달과 그믐달, 그리고 달이 지구·태양과 일직선을 이뤄 보이지 않게 될때를 삭월이라고 합니다. 달은 29.5일마다 지구를 공전합니다. 하지만 우리는 한달을 30일 또는 31일로 계산하고 있죠. 이에 따른 오차로 2.5년 주기로 일년에 13번 보름달이 떠오릅니다. 5월의 보름달은 '꽃의 달'…다양한 보름달의 이름 과거 원주민들은 지금처럼 태양의 위치와 움직임을 통한 과학적 역법 체계를 사용하지 않았습니다. 너무나 밝게 빛나는 태양은 눈으로 바라보기 어려웠고 지구의 공전체계조차 잡히지 않던 시절에서 시간을 정의하기 힘들었습니다. 하지만 매일밤 뜨고 지는 달은 어두운 밤에서 발견하기 쉬웠고 규칙적으로 변하는 주기는 태양보다 주기를 정의하기 편리했습니다. 이에 달의 위치와 모양변화를 이용한 음력체계를 사용하기 시작했고 밤하늘을 가장 밝게 비추고 가장 크게 보이는 보름달에 특별한 이름을 붙였습니다. 주로 아메리카와 유럽을 중심으로 통용된 이름인데요, 지금부터 매달마다 붙여진 보름달의 이름을 하나하나 살펴보겠습니다. 5월 '꽃의 달' 우선 5월은 '꽃의 달(Flower Moon)'이라고 부릅니다. 5월은 기후적으로 다양한 꽃이 피어나는 시기로 인식됐고 산과 들에 피어난 아름다운 모습에 영향을 받았습니다. 또한 옥수수를 파종하는 시기라는 의미로 '옥수수 심기 달(Corn Planting Moon)' 또는 시기상 우유를 착유하는 과거의 축산 문화에 따라 '우유의 달(Milk Moon)'로 부르기도 했습니다. 올해 꽃의 달은 5월 5일 밤에 떠오릅니다. 6월 '딸기의 달' 6월은 딸기를 수확하는 시기라는 의미에서 '딸기의 달(Strawberry Moon)'이라고 부릅니다. 그런데 어딘가 이상합니다. 우리가 알고 있는 딸기는 주로 겨울~봄철에 자주 보이곤 합니다. 여기에는 농경 재배시설과 기술의 발전으로 인한 영향이 있습니다. 과거 자연환경에 의존해 작물을 재배하던 시절에는 딸기의 제철이 6월이었습니다. 7월 '수사슴의 달' 7월은 수사슴의 뿔이 완전하게 자라나는 시기라는데서 '수사슴의 달(Buck Moon)'이라고 부릅니다. 또한 7월에는 여름장마가 몰아치는 달이죠. 이때 폭풍과 함께 많은 번개가 치는 시기이기도 합니다. 이에 따라 '번개의 달(Thunder Moon)'이라고도 부릅니다. 8월 '철갑상어의 달' 과거 8월에는 철갑상어를 어획하는 시기였다고 합니다. 이에 따라 '철갑상어의 달(Sturgeon Moon)'이라고 불렀습니다. 철갑상어는 호수에서 잡을 수 있는 경골어류로 살아있는 화석으로 분류될 정도로 상당시간 오래전부터 비슷한 외향으로 현재까지 존재하는 생물입니다. 과거 미주 대륙에 거주했던 원주민들은 챔플레인 호수 등 아메리카의 주요 호수에서 이 시기에 철갑상어를 보다 쉽게 어획한 것으로 전해지고 있습니다. ​ 9월 '추수의 달' 9월에는 다양한 농작물을 수확하는 시기로 '추수의 달(Harvest Moon)'이라고 부릅니다. 농부들은 이때 밝은 보름달 덕분에 평상시보다 더 늦게까지 일하며 수확하곤 했다고 합니다. 10월 '사냥의 달' 10월에는 단풍으로 나뭇잎이 떨어지고 농작물을 먹고 살이 오른 동물들을 사냥해 겨울을 대비하는 시기로 '사냥의 달(Hunter`s Moon)이라고 부릅니다. 또한 이때는 추수감사절이 있어 꿩을 비롯한 다양한 동물을 잡기위한 모습을 쉽게 볼 수 있었습니다. 11월 '비버의 달' 이 시기에는 비버들이 월동 준비를 위해 활동하는 시기로 '비버의 달(Beaver Moon)'이라고 부릅니다. 사냥꾼들이 늪지대가 추운 날씨로 인해 동결되기전 비버 트랩을 설치를 해야한다는 의미로서 지어졌다고도 합니다. 12월 '차가운 달' 12월은 가장 밤이 길고 어둡게 느껴지는 시기입니다. 겨울 추위가 본격적으로 엄습하는 시기이고 달의 궤적이 가장 높게 나타나는 시기이기도 합니다. 춥고 어두우며 가장 밤이 긴 시기로 '차가운달(Cold Moon)'이라고 부릅니다. ​ 1월 '늑대의 달' 매서운 한파가 계속되고 동물들은 저마다 동면을 취하며 겨울을 보내고 있습니다. 활동하는 개체가 줄어듦에 따라 굶주린 늑대들의 울음소리가 들리는 시기이기도 합니다. 따라서 이때를 '늑대의 달(Wolf Moon)'이라고 부릅니다. 2월 '눈의 달' 매서운 한파가 따뜻한 대기와 만나며 기단이 변하는 시기입니다. 차가운 기온이 오르락내리락하면서 기단에 따라 많은 눈이 내리는 시기이기도 합니다. 2월에는 세상을 하얗게 만드는 눈이 내리는 시기라는 의미에서 '눈의 달(Snow Moon)'이라고 부릅니다. 3월 '지렁이의 달' 영원히 지속될 것 같았던 추위도 어느덧 누그러지고 강이 녹아 물이 흘러 생명이 다시 활동하는 시기가 찾아왔습니다. 얼어 붙은 땅이 녹아 지렁이가 활동을 하는 시기이며 새들이 지렁이를 찾아 날아다닌다는 의미에서 '지렁이의 달(Worm Moon)'이라고 부릅니다. 4월 '분홍색 달' 따뜻해진 기후에 여러 식물에게서 분홍빛이 꽃들이 피어나 밝게 빛난 보름달이 지표면을 비추면서 분홍빛에 물든다는 의미에서 '분홍색 달(Pink Moon)'이라고 부릅니다. 한달에 두번 뜨는 보름달 '블루문' 보통 달력에서 한 달에 두 번째 보름달이 떠오를 때 '블루문(Blue Moon)'이라고 부릅니다. 이 호칭은 한 달에 두 번 달이 뜨는 것이 드문 현상이라는 것을 의미합니다. 마침 2023년에도 블루문이 떠오르는데요. 그 시기는 8월 30일 입니다. 5월의 보름달이 특별한 이유 '반영월식' 다른때보다 올해 5월에 떠오르는 보름달에는 특별한 우주쇼가 진행됩니다. 바로 반영월식입니다. 월식은 태양과 지구가 일직선상에 발생하는 그림자에 공전하는 달이 지나가면서 가려지는 현상입니다. 지구의 그림자는 태양빛의 일부를 가리는 반그림자와 모든 태양빛을 가리는 본그림자로 나뉘는데요. 달이 지구의 본그림자와 반그림자 사이에 위치하면 부분월식, 달이 본그림자에 모두 들어간다면 개기월식이라고 부릅니다. 이번에 진행되는 반영월식은 달이 지구의 반그림자에 들어가는 현상입니다. 달은 태양으로부터 빛을 덜 받아 어두워지긴하지만 밝기가 완전히 사라지지는 않습니다. 이번 우주쇼는 6일 0시 12분부터 약 4시간 가량 진행되는데 우리나라에서도 관측이 가능합니다. 반영월식은 약 새벽 2시 20분경에 절정에 달할 것으로 예측됩니다. 하지만 어린이날과 그 다음날인 6일 오전까지 비가 내일것으로 예보된 이유로 우주쇼의 모든 과정을 관측하기는 쉽지않아 보입니다. 하지만 기상현상은 어떻게 변할지 알 수 없기 때문에 비구름 사이로 잠깐동안 그 모습을 보여줄지도 모르겠습니다. 2023.05.05 12:00

스타십 발사 실패에서 머스크가 배웠다는 것은 무엇일까[코스모스토리] 민간 우주개발회사 '스페이스X'의 유인탐사용 대형 우주선 '스타십(Starship)'이 첫 궤도 비행 실험에서 발사 4분만에 공중 폭발하면서 고배를 마셨습니다. 스페이스X는 미국 텍사스주 보카 치카에 위치한 '스타베이스(Starbase)' 발사대에서 지난 20일 오후 10시 33분(현지시간 오전 8시 33분) 스타십과 전용 1단 추진체 '슈퍼헤비(Superheavy)'의 시험발사를 진행했습니다. 추진체가 연소하며 발사대에서 상공으로 떠오르긴 했지만 슈퍼헤비와 스타십의 분리가 제대로 되지 않아 결국 공중에서 폭발했습니다. 마치 수년전 팔컨1이 공중에서 폭발하는 것과 비슷하게 산산조각이 났습니다. 계획대로라면 발사대에서 출발하고(Lift off) 동체에 가해지는 압력이 최는 맥스큐(MaxQ)단계를 거친 후 슈퍼헤비와 분리된 스타십이 고도 234km까지 상승한 뒤 지구 궤도를 한바퀴 돌고 태평양에 착수했어야 했습니다. 미션시작 4분만에 실패한만큼 침울할 것이라고 예측했지만 발사 전 과정을 직원들과 함께 지켜봤던 스페이스X와 테슬라의 CEO 일론머스크는 자신의 트위터에 "시험비행 발사를 축하하며 몇 달 뒤에 있을 테스트를 위해 많이 배웠다"고 입장을 밝혔습니다. 당시 중계영상에서도 스페이스X 직원들은 환호하는 모습을 보였는데요. 과연 무엇을 배웠다는 것일까요. '스타베이스'의 첫 발사 준비 및 로켓의 발사 성공 모든 회사가 과거의 데이터를 기준으로 더 정밀하고 발전적인 실험을 하는 메커니즘은 모든 산업에 적용됩니다. 스페이스X는 과거 팔컨1부터 다양한 환경속에서 로켓발사 실험을 진행했고 이때 수집된 데이터는 보다 정밀하고 성공적인 로켓발사를 하는 밑거름이 되었습니다. 하지만 이번 스타십발사는 어떠할까요? 상당한 부분이 처음 시도되는 것이었습니다. 우선 스타베이스에서의 성공적인 발사를 들 수 있습니다. 스타십 전용 발사를 위해 건조된 이 곳은 이전까지 실제 발사 진행이 된적이 없죠. 따라서 이번 발사에는 단지 스타십의 비행뿐만이 아니라 발사 전부터 실제 발사에 이르기까지 '발사준비과정'을 진행한다는 의미가 있습니다. 팔컨9의 경우 로켓 조립공장에서 1단·2단 추진체와 캡슐이 모두 조립된 후 발사대로 옮겨져 기립 후 발사됩니다. 지난해 우리나라에서 발사된 누리호도 같은 과정을 거친 바 있죠. 하지만 스타십의 경우는 매우 다릅니다. 너무나 큰 규모 때문에 1단 추진체인 '슈퍼헤비'가 발사대에 거치된 후 스타십을 위에 도킹시키는 방식으로 진행됐습니다. 스타베이스는 로켓 조립공장인 동시에 발사대인 셈입니다. 또한 지난 17일 스페이스X는 발사 스케줄을 진행하면서 발사 카운트다운 40초를 남기고 연기를 결정한 바 있죠. 슈퍼헤비의 압력 밸브 동결문제가 발생한 것입니다. 3일간의 보수 및 점검을 통해 스타십 발사를 다시 시도하게 됐습니다. 1단 로켓과 결합한 스타십의 첫 발사 두번째는 완전체 스타십 로켓의 발사입니다. 스타십은 1단 슈퍼헤비 70m, 스타십 우주선 50m로 총 120m에 달하는데요. 이정도 규모가 되면 초대형 발사체(Super Heavy Lift Launch Vehicle, SHLLV)로 분류되는데요. 이 단계의 발사체는 인류역사상 손에 꼽을 정도입니다. 아폴로 미션의 새턴V(110.6m), 아르테미스1 미션의 SLS(Space Launch System, 98m)가 이 카테고리에 포함됩니다. 참고로 뉴욕의 자유의 여신상이 46m인 것을 감안한다면 그 규모가 얼마만큼 대단한지 실감하게 합니다. 슈퍼헤비는 지름 9m, 높이 70m에 달하며 물체를 밀어내는 힘인 추력이 230t인 랩터엔진 33개를 탑재해 총 7590t에 달합니다. 아르테미스 미션 당시 인류 최고의 추진체라던 SLS의 추력이 3900t이었고 과거 닐암스트롱을 달까지 보낸 새턴V의 추력은 3400t 이었습니다. 스타십은 지름 9m, 높이 50m로 7590t의 추력을 낼 수 있도록 설계되어 있습니다. 이번 완전체인 스타십 발사가 의미있는 이유는 슈퍼헤비가 스타십을 위에 싣고 상공으로 올라갈 수 있을지에 대한 데이터가 없는 상태에서 진행했고 이륙에 성공했다는 점입니다. 로켓 발사대는 로켓의 발사 도중 폭발의 위험을 안고 있습니다. 이륙 초기에 로켓에 문제가 발생해 추락한다면 발사대에 치명적인 손상을 입힐 수 있고 이는 회사에서는 다시 발사대를 건설해야할 수도 있습니다. 이에 로켓의 성공적인 상공 진입은 효율적인 비용을 추구하는 스페이스X에게 있어선 매우 중요한 사항입니다. 개발단계에서 천문학적인 비용이 들어가는 스타십 프로젝트에서 성공적인 이륙은 차기 프로젝트를 진행할 선제조건인셈이죠. 과거 스타십 우주선은 단독으로 이륙했다가 착륙에 성공한 바 있습니다. 하지만 슈퍼헤비는 아직 이륙도 착륙도 시도된 바 없죠. 만약 이번 비행에서 성공적으로 분리가 됐었다면 지상에 착륙하는 슈퍼헤비의 모습을 봤을지도 모르겠습니다. 설계의 보완점을 찾아서 세번째는 미완성 설계를 들 수 있습니다. 스페이스X는 유튜브 생방송에서 예정대로 발사된 스타십의 발사 상태를 실시간으로 중계했습니다. 이번 중계에서는 팔컨9의 발사와는 다르게 33개의 엔진 컨디션을 보여줬었는데요. 발사 시작에 3개의 엔진이 다운됐다는 것을 알 수 있습니다. 이는 발사시작 당시 충격으로 인해 발생한 것으로 추정됩니다. 이는 발사직후 무언가의 충격이 로켓에 영향을 줬을 수 있음을 암시합니다. 3개의 엔진이 다운돼 총 추력 6900t 상태로 날아오른 스타십 로켓은 이후 추가로 2개의 엔진이 다운되는 것을 확인할 수 있었습니다. 이후 고도가 상승하면서 로켓의 궤도는 90도에 이르러 지표면과 수평을 이루는 모습을 보였지만 스타십은 어떤 이유에선지 분리되지 않았습니다. 이에 로켓은 바로 추락하지 않고 엔진의 발사각도를 변경해 공중제비를 돌듯 로켓의 궤도를 수정하는 모습을 보였습니다. 예정대로 진행됐다면 스타십과 분리된 슈퍼헤비가 착륙할때 사용했을 모듈이 기체에 문제가 생기자 착륙을 포기하고 자세제어에 연료와 모듈을 사용했습니다. 하지만 끝내 스타십의 분리가 이뤄지지 않았고 액체산소(LOX)가 모두 소비된 스타헤비는 공중 폭발을 했고 연결된 스타십도 같이 폭발했습니다. 지금의 실패가 미래의 성공으로 화성 이주를 위한 목표로 만든 스타십의 발사성공 여부는 스페이스X의 존재이유와 직결하는 매우 중요한 목표입니다. 이번 발사 이벤트에서 스페이스X는 '이와 같은 테스트를 통해, 성공은 우리가 배운 것에서 비롯된다'며 '우리는 오늘 미래의 스타쉽 비행을 개선하는데 도움이 될 기체와 지상 시스템에 대해 엄청난 양을 배웠다'고 설명했습니다. 발사시스템 안정화와 기체의 구조 변경 등 여러 피드백을 반영해 수달 뒤 스페이스X는 스타십 발사를 재도전할 예정입니다. 한 번에 탑승객 100여명을 화성에 이주시키기 위한 스타십, 지금의 실패가 과거 팔컨로켓의 실패 모습과 겹쳐 보이는 건 왜일까요. 향후 데이터와 발사경험을 축적해 지구에서 달로, 화성으로 날아가 그곳에 인류가 발을 내딛는 그날이 빨리 다가오길 기대해봅니다. 2023.04.23 06:00