우주 신비를 풀어줄 단초, 넓은 우주 공간을 건너 우리에게 도착하고 있어

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드넓은 우주를 탐구하고자 하는 인류의 역사에 새로운 지평(New Horizon)이 열렸습니다. 지난 화요일 무인 탐사선 뉴호라이즌스(New Horizons)이 명왕성(Pluto)의 최 근접점을 성공적으로 지나며, 주어진 미션들을 수행하고 있음을 확인하는 신호를 지구로 보내왔습니다.

 

2006년 발사되어 9년 6개월간의 기나긴 여정으로 만들어낸 과학사에 길이 남을 업적이라 할 수 있을 것입니다.

 

총 일곱가지의 과학실험 장비를 탑재하고 있는 뉴호라이즌스 호는 명왕성 근처를 지나가는 기간동안 태양계의 수수께끼를 풀게 해줄 여러가지 데이터들을 수집하여 지구로 보내줄 것입니다.

 

이미 탐사선에서 보내진 명왕성과 그의 위성들의 고해상도 사진들만으로도 전세계가 흥분을 감추지 못하고 있지만, 앞으로 오랜 기간동안 뉴호라이즌스으로부터의 데이터는 계속 지구로 전달될 것이며, 새로운 데이터들이 도착하는 대로 더 흥미롭고, 더욱 놀라운 결과들을 알게될 것으로 기대되고 있습니다.

 

명왕성(Pluto)은 1930년 24세의 젊은 대학원생인 클라이드 톰보(Clyde William Tombaugh, 1906-1997)에 의해 처음 발견되었습니다.

 

명왕성은 지구와 태양까지의 거리에 비해 32배 이상의 먼거리에 위치하며, 그 크기가 지구보다도 훨씬 작기 때문에 망원경없이는 지구에서 관측이 불가능합니다.

 

처음에는 태양계의 아홉번째 행성으로 인정받았었지만, 여러가지 이유로 행성이라 불리기 부적합하다는 결정에 의해 2006년 행성의 지위를 박탁당하고 현재는 외행성으로 분류되어 134340이라는 고유번호를 부여받았습니다. 미우주항공국(NASA)은 이번 탐사에 명왕성을 처음 발견한 클라이드 톰보 업적을 기리기 위해, 그의 유해를 탐사선에 넣어서 보냈습니다. 또 이번에 발견된 명왕성의 ‘하트’ 모양의 지역을 공식적으로 톰보영역(Tombaugh Regio)라고 명명했습니다.

 

뉴호라이즌스 탐사선으로부터 앞으로 도착할 방대한 데이터들에 비해 아주 적은 양의 맛보기 데이터만이 도착했음에도 불구하고, 이미 그 먼거리에서 전송된 것이라 믿기 힘들 정도의 고해상도 사진으로부터 우리는 지난 수십년동안 연구 대상이 되어온 명왕성의 크기(지름 2370킬로미터)를 정확히 알게 되었고, 얼음으로 뒤덮힌 3천 미터 정도의 산이 있음을 보았으며, 위성의 정확한 모습까지 볼 수 있게 되었습니다.

 

또한 적외선 탐사 기록을 통해서 명왕성도 지구와 비슷하게 지질학적 에너지를 스스로 방출하고 있음을 알게 되었고, 이제 곧 대기의 정확한 구성 성분과 그에 연관된 많은 관측자료들을 알게 될 것입니다.

 

앞으로 탐사선이 쏟아낼 수많은 데이터들이 태양계의 수수께끼를 풀어내는데 어떤 실마리를 줄지 너무나 기대가 됩니다.

 

‘하트모양’을 품고 있는 명왕성의 사진을 비롯해서 탐사선이 보내준 많은 사진들을 보면서 아마도 문득, ‘이런 사진들을 도대체 그렇게 먼 곳에서 어떻게 보내는거지?’라고 생각하시는 독자분들도 계실 것이라 생각됩니다.

 

사실, 탐사선에서 지구로 데이터를 전송하는 것은 여러분들이 스마트폰을 통해서 신문을 읽고 사진을 볼 수 있는 것과 거의 비슷한 원리입니다.

 

우주 공간의 먼거리를 이동시키기 위해서 일반적으로 지구상에서 사용되는 라디오 전파보다는 높은 주파수 대역을 이용할 뿐, 송수신의 원리는 일반적인 무선 통신과 비슷합니다.

 

이렇게 레이더 통신이나 우주 탐사선의 통신에 사용되는, 상대적으로 높은 주파수 대역을 X-band라고 부르며 8 – 12 기가헤르츠(GHz)의 주파수를 갖는 전자기파를 이용합니다.

 

여러가지 관측 도구로부터 얻어진 데이터는 탐사선에 탑재된 중앙처리장치에서 압축된 데이터형태로 바뀐 후, 이 X-band의 전자기파로 변환되어 지구로 송출됩니다. 약 50억 킬로미터(km)에 달하는 엄청난 거리를 날아와야 하기 때문에, 이 신호가 지구에 도착하는 데에만 4시간 반정도가 걸리며, 양방향 통신을 위해서는 거의 9시간에 달하는 시간이 필요합니다.

 

이렇게 먼거리를 날아오는 뉴호라이즌스 탐사선으로부터의 신호 뿐만 아니라, 수많은 우주 탐사선들로부터 신호를 받아들이기 위해서 NASA는 자체 통신국을 이용하고 있는데, 우주를 통신망 지역으로 삼고 있는 거대한 통신회사와 같다고 생각하시면 됩니다.

 

통신회사들이 기지국을 갖고 있듯이, NASA 역시 스페인의 마드리드(Madrid), 미국 캘리포니아의 골드스톤 (Goldstone), 그리고 호주의 캔버라(Canberra) 에 우주로부터의 신호를 읽어들이기 위한 기지국을 갖고 있으며, 이들을 통해 탐사선들로부터 신호를 받아들이는 프로젝트를 Deep Space Network (DSN) 라고 부릅니다.

 

이 프로그램은 자체 홈페이지(http://eyes.nasa.gov/dsn/dsn.html)에서 실시간으로 어느 탐사선으로부터의 신호가 어느 기지국을 통해 들어오고 있는지를 보여주고 있습니다.

 

이 홈페이지에서 각 기지국에 들어오는 신호를 잠시 보고 있으면 뉴호라이즌 신호는 물론, 이미 자신의 임무수행을 마치고 우주의 미아가 되버린 보이져1호(Voyager1)에서 보내오는 신호가 아직도 지구에 도착하고 있는 것을 확인할 수도 있습니다. 보이져 1호는 목성, 토성 관측을 위해서 1977년에 발사된 무인 탐사선으로 현재 통신이 가능한 탐사선 중 지구로부터 가장 멀리 떨어져 있으며 현재 태양계를 완전히 벗어나 약 150AU (지구와 태양까지 거리의 약 150배되는 거리) 지점을 통과하고 있습니다.

 

원래 계산되었던 것보다 훨씬 더 오래 지구에서 그 신호를 잡을 수 있으며 앞으로도 약 2030년까지는 그 신호를 DSN 기지국을 통해서 읽어들일 수 있을 것으로 예상되고 있습니다.

 

비록 이렇게 수광년에 해당하는 먼거리의 통신이 가능하기는 하지만, 그 전송속도 자체는 매우 느립니다.

 

현재 우리가 스마트폰등에서 LTE와 같이 빠른 무선 네트워크를 사용할 수 있는 것은 광통신 기술, 광통신 증폭기술 등을 바탕으로 가능한 것인데, 이러한 기술이 가능하려면 중간 기지국들이 있어야 합니다.

 

당연히 지구와 먼 탐사선 사이에 이러한 중간 기지국을 설치할 수 없는 우주 통신에서는 이렇게 빠른 통신이 불가능합니다.

 

실제 뉴호라이즌에서 지구로 보내지는 신호는 600에서 1200 bps의 속도입니다. 인터넷이라는 것이 처음 사용되던 시절에 전화선을 통해서 연결하던 전화모뎀의 경우 그 속도가 28,800 ~ 56,000 bps이므로, 우주 탐사에 사용되는 데이터 전송 속도는 그보다도 50배 이상 느린 속도에 해당합니다.

 

이렇게 느린 전송속도로 데이터가 전송되다 보니, 실제 뉴호라이즌 탐사선이 명왕성을 관측하는데에 소요되는 시간은 수일 정도에 불과하지만, 그렇게 모여진 데이터를 지구에서 받아보는 데에는 앞으로도 약 16개월 정도의 시간이 걸리게 됩니다.

 

인류의 과학은 이제 태양계의 한계를 넘어 그보다 더 먼 우주도 손바닥을 바라보듯이 관측할 수 있는 날을 눈앞에 두고 있습니다.

 

자연의 무한함을 경외하지만, 그와 더불어 그 끝을 알 수 없는 과학의 무한한 가능성에 흥분되고 신이나는 한 주간입니다.

 

멀리 떨어져 있는 연인으로부터 날아오는 편지 한통을 기다리듯이 내일 또 탐사선으로부터 도착한 새로운 데이터는 어떤 새로운 사실들을 알려줄 지가 기대됩니다.

 

석준영 비센학원장