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[비센의 재미있는 과학 이야기] 태양을 향한 인류 첫 탐사 - 파커 탐사선

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작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일18-08-23 09:03 조회123회 댓글0건

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여름 하늘에 이글이글 타오르는 태양의 온도는 지구에 있는 그 무엇으로도 상상하기 힘든 온도입니다. 가장 낮은 온도를 갖는 표면의 온도가 약 섭씨 6000도, 중심부의 온도는 무려 섭씨 150,000도씨나 되는 것으로 측정됩니다. 이렇게 멀리 있는 별의 높은 온도를 측정할 때는 스펙트럼분석법이라는 방법을 사용합니다. 태양으로부터 오는 빛이 어느 정도의 에너지를 갖고 있는지를 보여주는 스펙트럼을 분석함으로써 빛을 보내는 물체의 온도를 가늠하는 방법입니다. 태양계 바깥쪽까지 탐사선을 보낼 기술을 갖고 있지만 아직까지도 태양에 대해서는 많이 알고 있지 못하는 것이 바로 이 엄청난 온도 때문입니다. 지구에 존재하는 그 어떤 물질도 태양의 온도를 견딜 수 없으니 어떤 탐사선을 보내더라도 그 열기를 견디지 못하고 망가져 버릴 것이라는 것이 불 보듯, 아니 태양 보듯 뻔한 일이기 때문입니다.

 

 

이런 상식적인 불가능(?)을 뚫고 지난 8월 12일 미국 플로리다주에 있는 미항공우주국(NASA)의 케이프 캐너버럴 우주기지에서 델타 IV 헤비 로봇에 실려 태양탐사선이 발사에 성공했습니다. 이 탐사선은 1958년 처음으로 태양 코로나에 관한 가설을 발표하고 태양풍의 존재를 예측한 유진 파커(Eugene Parker) 박사의 이름을 따서 파커탐사선이라 명명되었습니다. 물론 태양의 온도를 견딜 수 있는 물질은 적어도 현재까지는 지구상에 존재하지 않기 때문에 파커 탐사선은 태양에 직접적으로 착륙하는 것이 아니라 근처에서 궤도비행이을 하며 태양을 바라보며 데이터를 측정할 예정입니다. 다른 궤도비행 탐사선들은 일반적으로 연료를 아끼기 위해 일단 목표행성의 궤도에 도착을 하면 행성의 중력을 이용해서 원운동을 하며 행성주변에 머물며 임무를 수행합니다. 하지만, 파커 탐사선은 태양 근처에 너무 오래 머물면서 그 열기에 의해 고장이 나는 것을 방지하기 위해 태양에 가장 가까이로는 약 600만km까지 접근했다가 금성이 위치하고 있는 곳까지 빠져나오기를 반복하는 타원궤도를 돌며 주기적으로 태양을 탐사할 계획입니다. 섭씨 1400도를 견뎌야 하는 위치에 도달해 탐사선이 정상적으로 작동하는 것이 가능해진 것은 탐사선 머리부분에 장착해 놓은 보호막과 흡수한 열을 빠르게 밖으로 방출할 수 있는 열방출기(thermal radiators)의 덕분입니다. 지구상에 있는 물질중 가장 높은 녹는점을 갖고 있는 탄소(녹는점 약 섭씨 3600도)로 만들어진 보호막은 캡틴 아메리카의 방패와 같이 탐사선을 보호해 주며 1400도의 열기를 분산시켜 탐사선의 주요장비가 위치한 부분의 온도를 약 29도정도로 유지시킬 수 있을 것이라고 탐사팀은 기대하고 있습니다. 또한 보호막에 연결된 열방출기는 흡수된 열을 빠르게 주변으로 방출함으로써 보호막을 비록한 장비 전체에 열기가 누적되는 것을 막아줄 것이라고 합니다.

 

 

파커탐사선의 주요 탐사목적은 태양에 대한 세가지 큰 수수께끼에 대한 실마리를 찾아내는 것입니다. 

 

태양의 표면에는 끓는 카레의 표면에서 거품이 튀어오르 듯이 가스가 터져 올라오는 치솟는 부분이 있는데 이를 코로나(corona)라고 합니다. 이 코로나 중심부의 온도는 표면의 다른 부분보다 크게는 약 수백배 온도가 높은 것으로 측정되는데 이유는 아직 밝혀지지 않았습니다. 그 이유에 대해 이론적인 가설을 처음 제안한 것이 바로 탐사선 이름의 주인공인 파커박사입니다 그는 코로나 내부에 작은 , 하지만 매우 많은 양의 폭발 즉 나노플레어(nanoflares)가 코로나 내부의 플라즈마를 가열시켜 초고온의 상태를 유지한다고 주장했습니다. 단지 이론에 근거한 추론이기에 반대 의견도 있으며 이번 탐사선이 그에 대한 해답을 보내주길 기대하고 있습니다. 

 

 

태양에 대한 가장 큰 수수께끼는 바로 태양풍(solar wind)입니다. 앞서 설명드린 코로나에서 뿜어져나오는 것이라고 알려진 태양풍은 태양으로부터 쏟아져나오는 전하입자, 즉 플라즈마와 에너지의 흐름을 말합니다. 태양계의 크기가 어디까지인가를 결정하는 것이 바로 이 태양풍이 미칠 수 있는 곳이 어디까지인가를 기준으로 합니다. 인간이 쏘아올린 탐사선 중 가장 멀리 날아가고 있는 보이저1호도 아직 이 경계선, 즉 태양권계면(Heliopause)에 도달하지 못했습니다. 태양계 내부는 태양풍이 가득차 있는 공간이며, 단지 가득 차있는 것이 아니라, 폭포 밑에서 도를 닦고 있는 도인의 머리에 내리 꽂히는 물줄기와 같이 지구를 포함한 태양계 내부의 모든 물질에 쏟아지듯 뿜어져 나오고 있는 것입니다. 태양계 내부의 행성들 중 세번째로 태양에 가까운 지구에 이 태양풍이 미치는 영향은 가히 엄청납니다. 지구 자기장이 태양풍과 밀접한 관계를 갖고 있고, 극지방에서 보이는 오로라현상이 모두 태양풍의 영향이라는 것은 이미 잘 알려진 사실이며, 이보다 훨씬 더 중요하고 심각한 문제들이 태양풍과 관계가 있을 것으로 추정되고 있습니다. 하지만, 아직도 우리는 태양광에 대해 정확히 알고 있지 못하며, 특히 태양풍이 어떻게 가속되어 그렇게 엄청난 속도로 공간을 뻗어나갈 수 있는지에 대해 알지 못합니다. 파커 탐사선은 이러한 태양풍의 가속 원인을 밝혀내기 위한 장비들을 갖고 있습니다. 

 

 

매일 동쪽하늘에서 떠서 서쪽하늘로 기우는 얌전하고 조용해 보이는 태양이지만, 실제로는 우리가 상상할 수 있는 그 무엇보다 더 지옥 불구덩이에 가까우며, 이 불구덩이에서 쏟아져 나오는 엄청난 에너지 덕에 지구에 우리와 같은 생명체가 있을 수 있는 것입니다. 하지만, 동시에 이 불구덩이는 우리의 삶을 위협하는 무서운 존재이기도 합니다. 우리에게 대기권이라는 보호막이 없어서 태양풍이 지구표면에 직접적으로 도달할 수 있다면, 지구 역시 다른 행성들과 같이 생명체가 살 수 없습니다. 태양풍의 불안정한 기류, 코로나의 이상현상, 코로나보다 더 커다란 태양 플레어와 같은 현상은 인공위성, 비행기 등을 포함한 지구상의 모든 전자장비에 큰 문제를 일으킬 수도 있기 때문에, 먼 나라의 이야기처럼 들리는 이러한 탐사는 어찌보면 우리의 일상과 밀접한 관계를 갖고 있는 문제들을 해결하기 위한 노력이라고 볼 수 있습니다. 

 

 

파커 탐사선은 앞으로 약 7년동안 태양 주변을 돌며 우리가 원하는 데이터들을 수집해 줄 것입니다. 인류 첫 태양 탐사선의 관측결과로 지난 수백년간 인류가 풀지 못한 태양에 관한 미스테리들에 대한 실마리를 얻을 수 있기를 기대합니다. 

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