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원제 : 우리 태양계로의 여행(5)

 

Planet 9?

 

최근 가장 성공적인 관측 프로젝트 중 하나라 평가받는 적외선 관측 프로젝트 WISE는 해왕성 만한 크기의 행성이 해왕성 궤도 바깥에 존재할 가능성이 있다는 것을 알렸습니다. 이를 바탕으로 ‘제 9행성’[12](Planet 9)의 존재를 주장한 브라운 교수[13]와 콘스탄틴 바티긴 교수는 명왕성 너머에 아홉 번째 행성이 존재한다는 증거를 찾아냈다고 발표했습니다. 그들은 관측된 여섯 개 작은 천체가 같은 각도로 타원 궤도를 그리며 태양을 돌고 있었으며 이는 행성 규모 천체가 이들에게 동시에 영향을 끼치고 있는 증거라고 주장했습니다.

 

‘제 9행성’의 공전궤도는 타원형이며 그 주기는 1만~2만 년입니다. 궤도가 크게 찌그러져 있는 탓에 태양에 가장 가까이 접근할 때에는 200AU, 가장 멀 때에는 1200AU까지 멀어지게 됩니다. 마이클 브라운교수는 제 9행성이 천왕성 및 해왕성과 비슷한 얼음 가스 행성일 것으로 추정했습니다. ‘제 9행성’ 은 최대 지구의 10배 규모의 크기를 지니고 있을 것으로 추정되며, 따라서 태양계 행성 중에서는 5번째로 큰 크기일 것이라고 예측됩니다. 

 

공전 궤도 때문에?

 

태양계 행성들이 태양을 공전하는 면은 약 6도 정도 기울어져 있습니다. 이 이유가 바로 ‘제 9행성’일 수도 있다는 예측도 나왔습니다. 이 거대한 ‘제 9행성’은 다른 행성들보다 30도 가량 휜 공전 궤도를 가지고 있고, 더군다나 태양으로부터의 거리가 상당히 먼 탓에 이 거대한 ‘제 9행성’의 각운동량은 태양계를 충분히 기울일 수 있다고 설명합니다.

 

다만 ‘제 9행성’이 왜 30도나 휜 공전 궤도를 가지고 있는지는 미지수입니다. 목성의 영향일 수도 있고 아니면 우리 태양계나 외부 태양계의 다른 천체의 영향을 받았을 수도 있습니다.

 

당연히 ‘제 9행성'은 임시로 붙인 이름으로, ‘제 9행성’이 실제 행성으로 인정 받게 되고 구체적인 관측이 뒷받침 된다면 여느 행성처럼 로마 신화(혹은 그리스 신화)에 나오는 신들의 이름 중 하나를 부여 받게 될 것이라고 합니다.

 

수 개월 내로 질문의 답이 풀릴 것입니다. 이 글의 ‘Planet 9?’ 섹션도 사라지길 기대해봅니다.

 

우주 탐사

 

우주의 탐사는 유인 우주 비행(Human spaceflight)과 무인 우주선(Robotic spacecraft) 두 가지로 나눌 수 있습니다. 우주탐사는 한 때 전쟁과 같이 치열한 경쟁으로 추진되고 발전됐습니다. 지구 궤도에 쏘아 올려진 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호는 1957년 소련이 발사하였습니다. 이에 질세라 1969년 미국의 아폴로 11호가 최초로 유인 달착륙에 성공하였습니다. 우주 탐사를 시작한 지 약 50년이 지난 2003년에는 중국이 유인 우주 비행을 시작하여 현재까지도 미국, 러시아, 중국 단 3개국 만이 유인 우주 비행을 경험한 나라입니다. 

 

일본, 인도 그리고 우리나라도 유인 우주 비행 계획을 세우고 있습니다.

 

1960년대 달 탐험에 주력하던 미국과 소련의 우주 개발 계획은 1970년부터는 더 심도있는 달 탐험은 잠시 보류하고 통신·기상·자원탐사 등의 인공위성과 천체와 태양 관측용의 과학위성 등 실생활에의 이용과 태양계 행성의 무인 우주선 탐사에 집중하고 있습니다.

 

무인 우주선은 훨씬 다양합니다. 가장 유명하고 잘 알려진 무인 우주선 탐사계획은 보이저 계획(Voyager program)입니다. 이는 목성형 행성을 탐사하기 위한 계획이었습니다. 반대로 지구형 행성을 탐사하기 위한 무인 우주선 탐사계획은 매리너 계획(Mariner program) 입니다. 이는 NASA에 의해 실행된 무인 행성 탐사 계획으로 수성, 금성, 화성을 탐사하였습니다. 최초로 스윙 바이를 성공시킨 계획이라는점에서 아주 인상 깊습니다. 이제 인류가 성공시킨 여러가지 유명한 우주탐사를 알아보겠습니다.

 

화성탐사는 가장 활발한 분야중 하나입니다. 1976년 바이킹 2호가 화성에 도착한 이후, 21년만에 다시 무인 화성탐사선 패스파인더가 화성에 도착하였습니다. 패스파인더는 착륙 후 표면 탐사 로봇자동차인 '소저너'를 발진시켜 정밀 탐사활동을 벌였습니다. 소저너는 예상 수명이 불과 1주일 정도였으나 알수 없는 이유로 1개월 이상 화성에서 활동하면서 화성 표면의 기온변화를 관측하고 토양을 분석해주었습니다. 

 

그 결과 우리는 아주 소중한 새로운 정보를 접할 수 있었는데, 화성 표면 토양에 의외로 많은 규소가 함유된 것으로 알려졌습니다. 이는 생각했던 것보다 훨씬 더 큰 지각 변동을 겪었다는 말과도 같았습니다. 또 오래 전 화성에도 물이 있었음을 보여주는 흥미로운 단서도 포착되었지만 생명체의 흔적은 찾을 수 없었습니다.

 

패스파인더에 실린 소저너 탐사선 이후 2004년 두 번째로 화성에 간 이동식 탐사 로봇은 우리에게도 상당히 친숙한 스피릿과 오퍼튜니티 바로 쌍둥이 로봇입니다. 이 둘은 서로 비슷한 임무를 맡았지만, 반대편에 착륙을 했습니다. 스피릿과 오퍼튜니티는 태양에너지로 움직이는 자가 구동형 탐사 로봇입니다. 

 

스피릿의 눈물겨운 사투를 기억하시나요? 물론 이 두 로봇은 인간이 입력한 프로그램 대로만 움직이는 로봇이지만, 거친 지형에서 구르거나 넘어지면 스스로 리부팅을 반복하는 등 마치 결코 포기를 모르는 인간의 의지를 연상시키는 로봇들입니다. 무한한 감동을 준 이유도 바로 이것입니다. 도착한 후 몇 주 되지 않아 바로 메모리 에러부터 며칠간의 통신 두절 등 각종 어려움을 겪은 로봇들은 생존을 위한 수많은 재부팅 끝에 생존에 성공했습니다. 중간에 오른쪽바퀴의 고장으로 인해서 후진으로 임무를 완수해 내었습니다. 스피릿의 계획된 생존기간은 겨우 90일이었지만, 통신이 두절되기까지 2,210일동안 활동했습니다.

 

반면 오퍼튜니티는 아직도 살아있습니다. 화성의 모래폭풍이 태양전지판에 쌓인 모래와 먼지 등을 계속 청소해주고 있기 때문입니다. 2011년에는 물의 확실한 단서인 아연과 브롬을 발견하기도 했습니다. 벌써 13년이나 되었습니다. 여전히 오퍼튜니티는 우리에게 감동을 주고 있습니다. 매년 오퍼튜니티의 생일 때마다 생일 축하 노래가 울리는데, 그 광활한 사막의 화성에서 혼자 노래 부를 생각을 하니 가슴이 찡해집니다. 스피릿과 오퍼튜니티는 과학에 생소한 이들이라도 활짝 웃게 만드는 마법의 단어라고 합니다.

 

목성 탐사는 1972년 발사된 파이어니어 10호에 의해 시작됩니다. 그 이후로는 보이저에 의한 탐사가 이어지고 다시 탐사기 갈릴레오 호가 발사되었습니다. 정밀하고 과학적인 센서로 목성의 대기와 목성의 위성을 자세히 조사한 갈릴레오 우주선의 가장 큰 업적은, 목성의 위성중 하나인 유로파의 얼음 밑에 소금을 함유한 바다가 존재할 가능성이 높다는 사실을 알아낸 것이었습니다. 

 

1973년 발사된 최초의 토성탐사선 파이어니어 11호는 6년 만에 토성의 띠에 3,500 km 까지 접근하여 통과하였습니다. 한편 1997년 발사된 토성탐사선 카시니-하위헌스는 35억km를 날아 2004년 토성에 도착했습니다. 토성 최대의 위성인 타이탄에서 4년 동안 생명체 기원 연구 등의 탐사임무를 수행했습니다.

 

두꺼운 구름 때문에 수수께끼에 둘러싸인 채 알려지지 않았던 금성의 모습을 파헤치기 위해서 미국의 금성 탐사는 1962년 매리너 2호로 시작되었습니다. 1978년의 파이어니어 비너스 1호, 2호가 표면의 대략적인 데이터를 얻었습니다. 1989년 쏘아올린 마젤란(Magellan), 또는 금성 레이더 탐사기(Venus Radar Mapper) 역시 무인 우주 탐사선이었습니다. 합성 개구 레이더로 금성의 표면을 조사하고, 중력장을 조사하였습니다. 처음으로 행성 간 이동 임무를 위해 발사된 우주 ‘왕복선’이라는 점이 큰 의미를 가집니다.

 

엄청난 가격의 인공탐사선들은 태양으로부터 멀어질수록 태양광판에 닿는 광량이 떨어져서 효율이 기하급수적으로 떨어지게 됩니다. 때문에 바깥우주로 나가는 탐사선들은 원자력 전지를 쓰곤 합니다. 현재까지의 탐사선들중 가장 멀리 여행을 떠난 보이저호, 파이오니어호들은 현재까지도 전파를 보내고 있다고 합니다. 

 

파이오니어호에는 아주 특별한 정보가 담겨 있습니다. 24K의 작은 금판에 태양계의 위치, 태양계내의 모습, 파이오니어호의 진행 방향과 출발위치, 수소의 원자모형, 여러 펄서의 위치들, 남성과 여성의 모습, 그리고 인간의 체격을 가늠할 수 있도록 뒤에는 탐사선을 그려넣었습니다. (그림 20) 

 

언젠가는 외계생명체들이 우리의 메시지를 발견하고 다시 송신해오는 기적이 일어날까요? 외계 생명체들이 이에 반응해 송신을 해온다면 여러분은 어떤 질문을 던지고 싶나요? 또한 그들이 가질 우리 인류 그리고 지구에 관한 수많은 궁금증에 물리학자, 천문학자, 공학자들, 그리고 여러분들이 대답을 준비 할 차례입니다.

 

각주

[12] 비공식적으로는 '뚱보'(Fatty)로도 불렀습니다.

[13] 이 가설을 제시한 마이클 브라운은 2005년 명왕성이 행성의 지위를 잃는 데 주도적 역할을 했습니다.

 

<외부 기고 콘텐츠는 이웃집과학자 공식 입장과 다를 수 있습니다>

 

김민재(mkim@astrophysik.uni-kiel.de)

Institute of Theoretical physics and Astrophysics,

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Germany

- CARMENES scientific member

- FOR 2285 Research Unit “Debris Disks in Planetary Systems” member