미국 항공우주국(NASA)이 15,000mph의 빠른 속도로 이동하는 우주 바위에 자체적으로 직접 충돌하도록 설계된 우주선을 발사하려 한다.
NASA의 DART 미션은 날씨 조건에 따라 11월 24일 이른 시각(현지 시각), 캘리포니아주 산타바바라 지역 북서부의 반덴버그 우주기지(Vandenberg Space Force Base)에서 스페이스X 팰컨9 로켓에 장착한 채로 발사될 계획에 따라 개발되었다. DART는 지구와 가까운 곳에서 훨씬 더 큰 소행성의 궤도를 도는 소행성 디모포스(Dimorphos)와의 충돌을 위해 발사되었다. DART 미션을 위해 발사한 우주선은 약 680만 마일을 이동한 뒤 2022년 가을이면, 디모포스와 충돌하면서 궤도를 살짝 바꿀 것이다. 지구와 충돌해 치명적인 피해가 발생할 위험한 상황에서 인류를 구하면서 영화 아마겟돈이나 딥임팩트와 같은 재앙을 막을 것이다.
우주선은 미국 동부 시각 기준 11월 24일 오전 1시 21분에 발사됐으며, NASA TV로 발사 현장을 생중계했다. 반덴버그 우주기지의 날씨 관측 담당자인 맥시밀리언 러시(Maximillian Rush) 장군은 11월 22일 뉴스 브리핑 현장에서 발사 현장 인근 지역에 한랭 전선과 가벼운 바람이 있었으나 NASA 관계자는 발사 전부터 기후조건이 우주선을 발사하기 이상적일 확률을 90%로 예측한다는 사실을 밝혔다. 이어, 발사 일정을 하루 늦춰야 한다면, 그다음 날은 우주선을 발사하기 적합할 확률이 100%라고 덧붙였다.
존스홉킨스대학교 응용 물리학 연구소 소속 행성과학자이자 DART 협력 총괄인 낸시 채봇(Nancy Chabot)은 "DART는 행성 방어와 소행성의 위협 대응, 필요시 지구와의 충돌을 막을 첫 번째 임무이다"라고 말했다. 그러나 디모포스와 디모포스가 궤도를 도는 더 큰 행성 자체가 위협적인 존재는 아니라고 재빨리 덧붙였다. 채봇은 "DART 미션은 소행성 위협 예방 시험일 뿐이다"라고 강조했다.
DART는 소행성과 단 한 차례만 충돌한다. 우주선은 4피트 길이의 박스이며, 양쪽에 태양열 패널을 장착했다. 우주선은 너비 약 500피트이며, 기자 대피라미드와 크기가 비슷한 디모포스와 직접 충돌해야 한다. 지구에서 디모포스와 디모포스가 궤도를 도는 소행성은 하늘의 작은 점 하나처럼 보인다. DART가 재빨리 디모포스를 향해 이동하면서 광학 카메라는 스마트 내브(Smart Nav) 가이던스 시스템에 이미지를 제공할 것이다. 시스템에는 우주선이 자동으로 길을 나아가도록 하는 알고리즘이 포함됐다. 지구 엔지니어의 명령에 의존하지 않는다. DART가 이동할 거리와 지구 간의 거리가 너무 멀어 통신 지연이 심하기 때문이다.
과학자는 DART가 디모포스와 가까워지면서 2022년 9월 26일~10월 1일 사이에 발생할 DART의 충돌 상황 예측 데이터와 관련해 더 나은 정보를 얻게 될 것이다. 목표 지점에 도착하기 10일 전, 이탈리아 우주국이 설치한 서류 가방 크기의 큐브샛인 리시아큐브(LICIACube)을 배치할 것이다. 리시아큐브는 우주 충돌 장면과 그 결과 발생하는 바위 잔해를 촬영하고, 지구로 촬영한 사진을 전달한다.
[사진=Pixabay]
디모포스가 상당수 지구 인근 소행성과 비슷하지만, DART팀은 디모포스가 상대적으로 더 작다는 점에서 충돌 목표로 지정했다. 이를 위성이라고 칭하며, 디모포스는 11시간 55분 주기로 디디모스(Didymos)의 궤도를 돈다. DART는 궤도 기준 17도 각도에서 디모포스와 충돌할 예정이며, 과학계는 궤도가 끊임없이 변하는 과정을 측정할 예정이다. 다시 말해, 인근의 다른 천체와의 움직임을 쉽게 비교할 수 있다는 의미이다. 만약, 홀로 우주를 떠돌아다니는 소행성을 충돌 목표로 정했다면, 해당 소행성이 지구와 가까운 곳을 지나기 전 궤도의 극소 변위를 몇 년이 지나도 확실히 볼 수 없다. 그러나 디디모스와 가까운 거리 덕분에 디모포스의 궤도 변경 사항을 충돌 후 며칠 이내로 판단할 수 있다.
채봇은 “매우 훌륭하면서 영리한 방식으로 충돌 목표를 정했다. 또, 비용 측면에서도 효율적이다. 게다가 안전하다는 장점도 있다. 디모포스가 이미 궤도를 도는 소행성과 조금 더 가까워지도록 살짝 밀기만 하는 것이다”라고 말했다. 채봇 연구팀은 DART가 디모포스의 궤도를 5~15분 단축하면서 11시간 45분 단위로 디디모스의 궤도를 돌도록 하리라 예측한다. NASA는 궤도를 도는 시간을 73초 이상 단축하면 DART 임무가 성공할 것이라고 판단한다.
디모포스와 디디모스는 2023년 3월까지 지구에서 망원경으로 정확히 관측할 수 있을 정도로 가까워질 것이다. 그 후에는 먼 곳으로 이동할 것이다. 디모포스와 디디모스의 태양 주변 이동 경로가 화성 궤도를 넘어 확장되기 때문이다. 디모포스와 디디모스 모두 단 하나의 작은 점처럼 보이지만, 과학계에서는 디모포스에서 반사된 태양 빛이 얼마나 자주 어두워지는지 측정할 수 있을 것이다. 이는 디모포스의 궤도가 가까워질 때 가능하다.
다른 여러 소행성, 그리고 지구 대기권에 진입하는 우주 바위인 운석과 마찬가지로 디모포스와 디디모스는 당구공처럼 밀집하고 단단하지는 않다. 종종 잔해 덩어리라고 부르는 바위와 자갈, 얼음이 느슨하게 결합한 덩어리이며, 류구(Ryugu), 에로스(Eros), 2013년 러시아 첼랴빈스크 지역에 충돌한 운석과 비슷한 암석 구성요소가 있다. 디모포스가 조각이 많다면, DART 충돌 여파로 잔해를 생성하면서 소행성의 방향을 크게 바꾸기보다는 단순히 분화구를 새로이 생성할 것이다. 그러나 DART 미션을 시행하는 이유 중 하나는 바로 불확실성이다.
충돌 장면을 더 자세히 관찰하기 위해 유럽우주국의 헤라(Hera) 미션이 이어서 진행될 예정이다. 헤라 우주선은 2024년에 발사될 예정이다. 2026년, 디모포스와 디디모스에 접근하면, 광학 카메라와 라이다 툴, 적외선 스캐너, 큐브샛 2개가 디모포스의 표면과 구조를 상세히 그릴 것이다.
위험한 피해를 줄 소행성이 실제로 지구를 향해 다가올 때, 우주선, 혹은 운동 충격체를 소행성과 충돌시키는 것은 인류가 택할 수 있는 한 가지 보호 대책에 불과하다. NASA와 유럽우주국을 포함한 세계 각국의 여러 우주국은 우주선을 중력 트랙터로 위험한 소행성과 가까운 곳에 배치해, 다른 궤도로 옮기거나 핵폭발로 폭파시켜 소행성이 지구와 가까워지지 않도록 한다. (소행성 파괴 자체는 실패 위험성이 있다. 경로를 바꾸지 않고 많은 암석으로 변형시킬 수 있기 때문이다.) NASA 행성과학부 국장인 로리 글레이즈(Lori Glaze)는 11월 21일(현지 시각) 진행된 미디어 브리핑에서 “운동 충격체는 지금까지 발견한 완성도가 가장 많은 소행성 위험 예방 방법이다”라고 말했다.
최근, 미국 성인을 대상으로 진행한 조사에서 NASA의 최우선 과제 중, 기후 과학과 지구 충돌 위험성이 있는 천체 관측이 대중의 관심을 가장 많이 받는다는 결과를 확인할 수 있었다. NASA는 행성 방어협력국을 통해 수년간 지구와 충돌할 수 있는 천체 관측 활동에 집중해왔다. DART 미션은 행성 방어협력국의 중대한 이정표를 구성하며, 국제 협력 측면에서 소행성의 방향을 바꿀 첫 번째 시도이다.
그러나 NASA가 실제로 위험한 소행성의 방향을 바꾸기 전, 위험한 소행성을 찾는 것이 우선이다. 2005년, 미 의회는 NASA에 디모포스와 비슷하거나 그보다 큰 소행성의 목록 생성을 의무화했다. NASA 소행성 목록에 포함된 혜성은 극소수이다. 곧 개봉될 영화인 돈룩업(Don’t Look Up)에서 담아낸 장면처럼 혜성의 지구 충돌 위험성이 적기 때문이다. (실제로 떠돌이 행성과의 충돌 위험성은 확인된 바가 없으니 걱정하지 않아도 된다.) NASA 과학 부총괄인 토마스 주버첸(Thomas Zurbuchen)은 “아직은 100년 이내에 지구와 충돌할 수 있는 혜성 발견 사례는 없다”라고 말했다. 그러나 주버첸은 아직 인간이 발견하지 못한 충돌 위험성을 지닌 혜성이 등장할 수 있다는 점을 인정했다.
지금까지 과학계는 0.5마일 이상인 지구와 가까운 소행성 약 90%를 발견했다고 확신한다. 과학계가 발견한 소행성 중 디모포스보다 작은 소행성은 전체 소행성의 40%이다. 디모포스보다 작은 소행성은 지구 전체를 파괴할 위험성이 없지만, 대륙 전체를 파괴하는 등 일부 지역에 피해를 줄 수도 있다.
캘리포니아공과대학 행성과학자인 조셉 마시에로(Joseph Masiero)는 “수많은 소행성을 찾는 데 상당히 긴 시간을 투자해야 한다는 어려움이 있다”라고 말했다. 마시에로는 지구 인근 소행성 상당수를 발견하고, 이를 NASA 소행성 목록에 추가하는 역할을 한 NASA의 니오와이즈(Neowise) 망원경 협력 작업에 참여했다. 마시에로는 앞으로 더 많은 소행성을 발견하고자 계획 중인 NASA의 니오 서베이어(NEO Surveyor) 작업에도 참여한다. 니오 서베이어는 2026년 상반기 발사 예정이다.
마시에로는 지구 인근 천체 발견 작업을 지구가 경주 차량 중 하나로 대회에 참가한 경주로와 같다고 말한다. 결국 지구와 충돌할 소행성은 지구의 궤도와 비슷하지만, 그동안 지구와 반대 방향으로 궤도를 이동했을 확률이 높다. 모두 작고 희미하게 보여 지구에서 발견하기 어렵다.
과학계가 향후 수십 년 동안 소행성의 경로를 투영할 수 있으나 그 경로가 크게 바뀔 수도 있다. 간혹 소행성 궤도가 태양계에 가까워질 때 발생한다. 이때, 궤도는 빛을 약간 흡수한 뒤 열로 재방출하면서 소행성을 살짝 밀어낸다. 야르콥스키 효과(Yarkovsky effect)라는 이름으로 알려진 현상이자 소행성을 발견하는 망원경 대부분 적외선 파장 관측에 집중하고, 재방출되는 빛의 열 신호를 스캔할 수 있는 이유이다.
소행성이 지구 충돌 위험성을 지닌 과정에서 초기 경고를 한다면, 궤도를 아주 조금만 바꾸어도 지구를 보호할 수 있다는 장점이 있다. 바로 DART 미션으로 시험하고자 하는 바이다. DART 미션은 NASA 소속 과학자가 우주선 충돌 후 환호할 유일한 순간이 될 것이다. DART 프로그램 과학자 톰 스톨터(Tom Statler)의 설명에 따르면, DART는 계속 지구로 촬영한 사진을 보내면서 작은 점으로 나타난 디디모스와 디모포스의 크기와 밝기를 더 선명하게 보여줄 것이다. 그리고, 충돌 직전 디디모스와 디모포스의 사진을 마지막으로 전송할 예정이다. 스톨터는 “우주선 충돌이 영향을 미쳐 신호를 상실하게 된 상황을 확인할 것이다. 이때, 모두가 DART 미션 성공에 환호하리라 확신한다"라고 말했다.
** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)
![[사진=Pixabay]](/news/photo/202111/3558_4667_76.jpg)
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