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[비센의 재미있는 과학 이야기] 화성 내부의 숨은 비밀을 밝혀줄 탐사선, 인사이트.

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작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일18-11-29 09:21 조회54회 댓글0건

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지난 11월 26일 미국 캘리포니아 패서디나(Pasadena), 제트 추진 연구소(Jet Propulsion Laboratory, JPL)의 상황실에 모인 과학자들은 깊은 침묵 속에 한 사람의 중계 목소리에만 집중하고 있었습니다. 작은 모니터를 바라보고 있는 중계자는 화면에 나오는 숫자들과 정보들을 긴장된 목소리로 마이크를 통해 상황실의 모두에게 전달하고 있었습니다. 8분 여의 길지 않은 시간이지만, 그곳에 모인 모두에게는 그 어느때보다 길게 느껴졌을 긴장된 침묵은 중계자의 “착륙 확인!(touchdown confirmed!)”이라는 말과 함께 환호와 기쁨의 축제로 뒤바뀌었습니다. 지난 5월 5일 지구를 출발하여 206일간의 긴 여정을 끝으로 화성 탐사선 인사이트(INSIGHT, INterior exploration using Seismic Investigation, Geodesy and Heat Transport)가 화성표면에 성공적으로 착륙함을 확인하는 순간에 이를 지켜보던 주상황실의 모습입니다. 

 

 

탐사선이 착륙을 준비하는 8분동안 상황실의 과학자들은 탐사선의 통제를 온전히 컴퓨터의 자동제어시스템에 맞겨야 합니다. 지구에서 화성까지 빛의 신호가 전달되기는 데에 약 8분정도의 시간이 필요하기 때문에 실시간으로 지구의 통제실에서 탐사선을 조정하는 것은 불가능합니다. 그렇기 때문에 상황실의 모든 과학자들은 그저 기도하는 마음으로 착륙의 결과에 대한 신호를 기다릴 수 밖에 없습니다. 착륙단계는 탐사선이 화성의 제일 바깥 부분의 얇은 대기권을 통과하며 추진체를 분리해 떨어뜨리며 시작됩니다. 이후 탐사선이 화성 표면에서 100킬로미터 정도 떨어진 곳을 진입하면 대기권을 통과하며 생기는 1500도에 달하는 엄청난 온도의 열기에서 탐사선 장비들을 보호하기 위한 열방패를 작동시킵니다. 이후 지표근처에 도달하면 속도를 줄이기 위해 낙하산을 펼치는 동시에 열방패를 분리하고 다리를 내려 착륙시의 충격을 대비하게 됩니다. 이 모든 과정이 정확한 타이밍에 오차없이 이루어져야 하기에 실제 착륙 성공 확률은 약 50%정도라고 미항공우주국(NASA)의 관계자들은 설명합니다. 현재까지 화성에 착륙을 시도한 탐사선은 지난 2012년에 착륙한 큐리오시티 탐사선을 포함하여 11개이며, 이중 네 대는 착륙 실패로 탐사를 진행하지 못했습니다. 

 

 

이번 인사이트 탐사선은 그동안의 탐사선과 다른 점이 두가지 있습니다. 첫번째는 탐사선이 두대의 수행 위성과 함께 동행했다는 것입니다. 마르코 A,B(MarCO A,B)라고 불리는 두 대의 위성은 각각 서류가방 정도 크기의 작은 위성으로 큐브셋(CubeSat)이라고 불립니다. 이들은 원래 인공위성이 보내져 있지 않은 소행성 등을 탐사할 때 적은 비용으로 신호를 중계해 줄 수 있는 기능을 담당하도록 개발되었고, 이번 인사이트 탐사선의 착륙과정을 중계해줌으로써 그 첫번째 임무를 성공적으로 수행했습니다. 이들은 이후에도 수집된 정보들을 지구로 중계해 주는 중요한 역할을 계속할 것입니다. 하지만 무엇보다 인사이트 탐사선이 다른 탐사선과 다르게 더 주목받는 가장 큰 이유는 이번 탐사선은 화성의 표면이 아닌, 내부 구조를 조사하기 위한 첫번째 탐사선이라는 점입니다. 인사이트는 화성의 암석 종류, 지진활동, 내부의 온도, 핵의 크기 및 성질 등을 살펴볼 수 있는 장비들을 탑재하고 있습니다. 

 

 

지구의 진동을 지진(Earthquake)라고 하는 것과 비교해 과학자들은 화성에서의 지진활동을 화진(Marsquake)이라고 부릅니다. 탐사선은 미국에서 발사되었지만, 전체 연구는 미국, 프랑스, 독일, 호주, 벨기에, 캐나다, 폴란드, 스페인, 스위스, 그리고 영국 등이 함께 참여하는 다국적 공동연구입니다. 특히 이중에는 UBC 지구환경학과(department of Earth, Ocean, and Atmospheric Science)의 캐서린 존슨(Catherine Johnson)교수의 연구팀이 캐나다의 유일한 연구진으로 함께 하고 있습니다. 존슨 교수는 오랫동안 지구와 달, 수성, 금성, 화성 등에 대한 연구를 진행해 온 행성연구 전문가입니다. UBC 연구진은 이번주 탐사선에 탑재된 자기장계(magnetometer)를 가동시켜 화성의 자기장을 측정하는 것으로부터 연구를 시작합니다. 연구팀은 이를 통해 화성의 대기권에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있기를 기대하고 있으며 앞으로 2년간의 연구기간동안 화진(marsquake)에 대한 연구를 함께 할 것입니다. 

 

 

과학자들이 이렇게 화성의 내부구조에 관심을 갖고 있는 것은 이로부터 지구의 미래와 인류의 미래에 대한 중요한 정보들을 얻어낼 수 있을 것으로 기대하고 있기 때문입니다. 화성은 지구와 가장 가까운 행성으로 인류가 지구를 떠나 정착할 수 있는 가능성이 가장 높은 행성으로 손꼽히고 있습니다. 암석의 성분을 정확히 파악한다는 것은 식물을 키우거나 농작물 경작 가능여부를 결정할 수 있는 중요한 정보이기에 인류의 정착가능성과 직결된 문제라고 볼 수 있습니다. 뿐만 아니라, 화성 내부의 지각활동을 연구하는 것은 지구의 미래를 예측하기 위한 연구이기도 합니다. 현재까지의 연구결과에 따르면 지구와 화성은 30-40억년 전까지 거의 비슷한 조건을 갖고 있었던 것으로 보입니다. 지구와 마찬가지로 화성에도 대기층이 존재하고 많은 양의 물이 있었습니다. 그렇게 비슷한 조건을 갖고 있던 화성이 지금처럼 지구와는 완전히 다른 불모지로 바뀐 이유에 대해서는 아직 많이 알려져 있지 않습니다. 과학자들은 인사이트 탐사선이 측정하는 화성 내부의 지진파 분석결과로부터 화성의 변화의 중요한 원인을 찾아낼 수 있을 것이라 기대하고 있습니다. 화성의 변화 원인을 찾아내는 것은 과거 화성과 비슷한 환경을 아직 유지하고 있는 지구의 미래를 예측하기 위한 중요한 데이터가 될 것입니다. 

 

 

미니밴만한 크기의 탐사선과 서류가방 크기만한 작은 위성을 4억8천300만 킬로미터 떨어진 행성의 원하는 곳에 보낼 수 있고, 또 그 먼거리에서 오는 신호를 분석할 수 있으며, 그 먼 거리에 있는 탐사선을 컴퓨터 앞에 앉아서 원하는 대로 조정하는 등 인간의 능력은 그저 신기하고 무한한 것 같습니다. 그런 기술들을 통해서 밤하늘에 붉게 빛나는 화성의 숨은 비밀들을 알아낼 수 있고, 또 그 결과를 통해 우리 지구의 미래를 예측해 볼 수 있다는 것. 공상과학 영화에 나올만한 이야기로 들리지만, 현재 과학자들이 실제로 하고 있는 연구들이며, 이웃에 있는 대학의 연구실에서 진행 중인 우리들의 이야기입니다. 

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