태양계 생성 이론의 비밀,  20 개월동안 목성 탐사에 나선 주노가 '열쇠'  쥐고 있어

 

미국의 독립기념일인 7월 4일 캘리포니아의 로스앤젤레스 근교 패서디나(Pasadena, California)에 위치한 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory, JPL)의 주조정실에 모든 사람들은 독립기념일이 아닌 다른 것을 축하하기 위해 모여 숨을 죽인 채 전광판을 응시하고 있었습니다.

 

캘리포니아 공과 대학(California Institute of Technology)이 운영하는 제트 추진 연구소는 목성 탐사를 위해 2011년에 발사된 탐사선 주노(Juno)를 제어하는 콘트롤 타워로서 긴 여정 끝에 드디어 목성 궤도에 진입을 시도하고 있는 탐사선으로부터의 마지막 메세지를 기다리고 있던 중이었습니다.

 

오후 11시 18분부터 목성 공전 궤도로 진입을 시도하던 주노로부터 11시 53분 드디어 “목성에 오신 것을 환영합니다. (Welcome to Jupiter)”라는 메세지가 주조정실로 도착하자 초조하게 기다리던 모든 연구진들이 박수와 환호를 터트리며 인류 역사상 처음으로 목성에 인간의 손길이 도달한 순간을 축하하며 기뻐하였습니다.

 

이는 갈릴레오 갈릴레이가 망원경을 사용해서 처음으로 목성의 가장 큰 위성 4개(이오(Io), 유로파(Europa), 가니메데스(Ganymede), 칼리스토(Calisto))를 발견한지 약 400년 만에 인간이 만든 물체를 목성에 도착시킨 역사적인 순간이라 할 수 있습니다.

 

주노는 목성 최초 탐사 위성이라는 원대한 꿈을 안고 2011년 8월 5일 아틀라스 V-551 로켓에 의해 하늘로 쏘아 올려졌습니다. 그 뒤로 약 5년간 약 28억 km의 거리를  날아서 목성 근처에 도착한 주노는 주엔진을 점화하며 목성 공전 궤도로의 진입을 시작했습니다.

 

우주 공간에는 공기가 없기 때문에 일반 비행기와 같이 공기와의 마찰을 일으켜 속도를 줄일 수 없고, 대신 진행방향쪽으로 엔진을 역점화하여 속도를 줄이는 방법을 사용합니다.

 

약 40여분간의 엔진 콘트롤을 통해서 성공적으로 목성의 공전 궤도에 맞춰 들어간 주노 탐사선은 이후 약 20개월간 목성 주변을 30회 이상 공전하며 주어진 임무를 수행할 예정입니다.

 

주노의 목성 궤도 도착이 예상보다 1초 빨랐다는 미국 항공 우주국(NASA)의 발표에서 알 수 있듯이 그 먼 거리의 탐사선을 인간이 이곳 지구로부터 얼마나 정밀하게 정확하게 컨트롤할 수 있는지 짐작할 수 있습니다.

 

목성 탐사는 그동안 활발히 이루어진 화성탐사와는 또다른 의미를 같습니다. 태양계 순서로 보면 지구, 다음이 화성, 그리고 그 다음에 목성이 있기 때문에 그저 화성과 비슷한 이웃 행성이라고 볼 수 도 있지만, 수성(Mercury), 금성(Venus), 지구(Earth), 그리고 화성(Mars)은 지구형 행성 (Terrestrial Planets)으로 분류되며, 목성(Jupiter)을 포함하여 토성(Saturn), 천왕성(Uranus), 그리고 해왕성(Neptune)은 목성형 행성(Gas giant)으로 분류되는데, 이는 태양계가 생성될 당시 두 행성군의 생성원리에 따라 나누어진 분류입니다.

 

약 46억년 전 우주공간에 널게 퍼져 있던 분자구름이 근처에서 일어난 커다란 초신성의 폭발에 의해 중력 수축을 일으키게 되고, 넓은 공간을 회전하던 분자구름들이 중심으로 몰려 밀도가 높은 커다란 덩어리를 형성한 것이 바로 태양(Sun)입니다. 이때 중심으로부터 너무나 멀리 떨어져 있는 분자구름은 중심까지 끌려오지 못하고 국지적으로 덩어리를 형성하게 되는데, 마치 솜사탕을 만드는 통 가장자리에서 솜사탕이 뭉쳐지는 것과 비슷한 원리입니다.

 

이렇게 기체 형태의 분자들이 솜사탕 뭉치듯이 모이게 되니, 모이는 속도는 상대적으로 빠르지만 밀도가 매우 낮고, 그 크기가 엄청나게 큰 덩어리를 만들게 됩니다. 이렇게 형성된 행성이 바로 목성을 포함한 바깥쪽 행성들인 목성형 행성들입니다.  이와 달리 지구를 포함한 화성보다 안쪽의 행성들은 태양에 너무 가깝기 때문에 상대적으로 온도가 높아서 기체 상태의 분자들이 뭉치지 못하고 암석덩이리가 뭉쳐 단단한 땅덩어리를 만들게 되며 지구와 비슷한 형태의 상대적으로 작지만 밀도가 높은 형태를 갖게 된 것으로 추측하고 있습니다.

 

실제로 같은 행성이기는 하지만, 지구보다 목성은 약 10배 이상 큰 행성으로 지구의 크기를 탁구공에 비유한다면 목성은 어릴 적 운동회에서 오재미를 던져 터뜨리던 박의 크기 정도일 만큼 크게 다릅니다.

 

이번에 목성의 공전궤도에 도달한 주노(Juno)는 이러한 목성형 행성들이 간직하고 있는 비밀들을 풀어 줄 중요한 탐사를 진행하게 될 것입니다. 목성은 태양과 비슷하게, 단지 궤도의 바깥쪽에서 뭉쳐진 행성들중 하나이기 때문에 목성을 조사함으로써 태양이 생성되던 시기의 태양계의 상태를 추적할 수 있을 것으로도 기대되고 있습니다.

 

또 하나 흥미로운 사실은 최근에 새롭게 제기된 목성에 대한 충격적인 의견의 답을 주노가 알려줄 것이라 기대되는 부분입니다. 최근에 밝혀진 목성의 대기 구성 분포를 살펴보면  현재의 목성의 위치에서는 절대 만들어질 수 없는 물질들을 포함하고 있고, 심지어 태양계의 바깥쪽에서 생성된 물체로부터 얻어진 화학구성물질과 동일한 물질도 포함하고 있다는 것이 알려졌습니다.

 

이러한 연구 결과를 바탕으로 몇몇 연구진은 목성이 태양계 밖에서 생성되어진 후 태양계로 유입되 들어왔을 가능성이 있다는 주장을 내 놓았고, 이 주장의 옳고 그름이 이번 주노의 탐사 결과에 의해 밝혀질 수 있을 것이라고 과학계는 내다보고 있습니다.

 

만약 그들의 주장대로 목성이 태양계의 외부로부터 유입된 것이라는 것을 뒷받침할 증거를 찾게 된다면, 이는 정말 엄청난 발견이 될 것이며, 천체물리학계는 태양계의 생성이론을 새롭게 수정해야만 하는 커다란 전환점을 맞이하게 될 지도 모릅니다.

 

이것이 바로 앞으로 약 20개월 동안 이루어질 주노의 목성탐사가 과학계의 커다란 주목을 받는 이유인 것입니다.

 

석준영(비센 학원장)