"A Killer Aster⦶id Is C⦶ming"
"A Killer Aster⦶id Is C⦶ming"
  • 김명진
  • 승인 2019.05.16 13:40
  • 조회수 2640
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지구방위학회가 열렸다

죽음의 소행성이 다가오고 있다! 출처: fotolia
죽음의 소행성이 다가오고 있다! 출처: fotolia

 

A Killer Asteroid Is Coming!

지난 5월 1일 미국 메릴랜드 주, 메릴랜드 대학 캠퍼스에서 열린 대중 강연에서 미국의 유명한 과학교육자이자 방송인인 빌나이(Bill Nye)가 한 말이다. 그는 소행성의 지구 충돌은 당연한 일이며 가정(if)의 문제가 아닌 일어나는 시기(when)가 중요하다고 말했다. 이번 대중 강연은 제6회 행성방위학회(PDC: Planetary Defense Conference) 기간 동안 진행됐다. 

국제우주인연합(IAA: International Academy of Astronautics)에서 주관하며 격년으로 개최되는 이 학회는 '지구방위학회'라고도 불리는데 지난 2017년엔 일본 도쿄에서 개최됐다. PDC 2019에서는 소행성이나 혜성 등 자연우주물체로부터의 지구 충돌 위협에 대응하기 위해 과학적, 공학적 연구 발표가 진행됐다. 지구 충돌이 확실시되는 가상의 소행성을 설정한 뒤 이에 어떻게 대비할 것인가 하는 가상 시나리오 훈련도 동시에 실시됐다. 특별히 학회 첫날 기조연설에서는 현 NASA 국장인 짐브라이든스틴(James Bridenstine)이 소행성의 지구 충돌은 우리가 사는 동안 일어날 가능성이 매우 높으며 우리는 지구에 위협이 되는 소행성을 조기에 발견하고 추적해 정확한 궤도를 알아내는 것이 중요하다고 언급했다. 또한 지구 충돌 가능성이 높은 소행성을 발견할 경우 소행성의 궤도를 변경시키기 위한 기술 개발과 국제 협력의 중요성을 강조했다.

 

학회는 다음과 같은 8가지 세션으로 진행됐다. 근지구소행성의 발견, 추적 및 분석하는 기술, 지구충돌위협 소행성의 궤도 변경 및 파괴 기술이 소개됐다. 뿐만 아니라 지구위협소행성의 충돌 상황을 가정해 재난 대응 훈련상황 연습을 실시하고, 이를 대중들에게 어떻게 알릴 것인가에 대한 논의도 함께 진행됐다.

  • 세션 1. 소행성 위협 대응 관련 국제협력과 정책(Key Developments)
  • 세션 2. 근지구천체 발견 및 특성분석(Advancements in NEO Discovery and Characterization)
  • 세션 3. 지구위협소행성 아포피스(Apophis)
  • 세션 4. 소행성 궤도변경 및 파괴(Deflection and Disruption Models and Tests)
  • 세션 5. 우주미션 및 캠페인 디자인(Mitigation Campaign Design)
  • 세션 6. 충돌 시뮬레이션 및 재난 대응(Impact Consequences and Disaster Response)
  • 세션 7. 의사결정에 영향을 미치는 사항(Issues Affecting Decision to Act)
  • 세션 8. 대중교육 및 소통(Communications to the Public)

 

소행성 지구 충돌 시나리오

소행성 지구 충돌 가상 시나리오는 이렇다. 학회가 열리기 약 한 달 전인 2019년 3월 26일에 발견된 '2019 PDC1)'라는 임시번호를 가진 크기 100~300m급 가상의 근지구소행성이 2027년 4월 29일 1/50,000의 확률로 지구에 충돌할 것이라는 초기 계산이 나온다. 이후 UN 국제소행성경보네트워크(IAWN)2)에서는 한 달 간의 집중적인 국제공동캠페인을 실시했다. 이를 통해 궤도를 추가 분석한 결과 학회 첫날인 2019년 4월 29일에는 지구와의 충돌 확률이 1%까지 상승한다.

소행성 2019 PDC의 발견 당시 초기 궤도. 출처: NASA/JPL

학회 둘째날은 시점이 3개월 뒤인 2019년 7월 29일로 변경됐다. 충돌 확률은 10%까지 상승하며 적외선 우주망원경 관측 결과 크기는 140~260m로 추산됐다. 소행성의 밀도를 유추할 수 있는 표면 특성 분류는 아직 밝혀지지 않았으나 초기 광도곡선 분석 결과 자전주기는 약 12시간, 밝기변화의 진폭은 0.5등급 이상으로 쌍소행성(binary)일 가능성이 대두됐다. 특이사항으로 향후 6개월 동안 천구상에서 관측 가능한 위치에 있으나 너무 어두워서 지상 대형망원경과 우주망원경으로 관측이 불가능하다고 가정했다. 이에 소행성의 물리적 특성 파악과 궤도 변경을 위해 UN 우주임무기획자문그룹(SMPAG)에서는 각국의 우주국에 임무설계를 권고했다. 2021년 6월에 RECON1이라는 이름의 정찰(reconnaissance) 위성을 보내는 계획을 세웠다.

소행성 2019 PDC의 충돌 시점에서의 궤도 에러 범위. 출처: NASA/JPL

학회 셋째날은 시점이 정찰 위성이 소행성 2019 PDC을 탐사하고 있는 2021년 12월 30일로 변경됐다. RECON1 위성을 이용해 소행성 근접통과(flyby) 미션 수행을 통한 정밀궤도 확인 결과 소행성 2019 PDC는 2027년 4월 29일에 미국 콜로라도 덴버 지역에 충돌이 확실시됐다(아래 그림).

소행성 PDC 2019의 예상 충돌 지점(미국 덴버 지역). 출처: NASA/JPL
소행성 PDC 2019의 예상 충돌 지점(미국 덴버 지역). 출처: NASA/JPL

또한 소행성 근접통과(flyby) 미션 관측 결과 소행성은 석질(S-타입)이며 장축 260m, 너비 140m인 접촉쌍소행성(contact binary)임이 밝혀졌다. 소행성의 크기가 너무 작고 근접통과 속도가 너무 빨라서 정확한 질량을 측정할 수는 없었지만 크기, 형상 및 석질 소행성의 전형적인 밀도를 이용해서 질량을 간접 추정했다. 그 결과 지구 충돌시 예상되는 임팩트 에너지의 범위는 약 150~500Mt(메가톤)으로 예상됐다. 이에 UN 우주임무기획자문그룹(SMPAG3))에서는 소행성의 궤도를 변경시키기 위한 직접 충돌(Kinetic Impactor)을 계획했다. 또한 소행성의 위치와 속도를 추적하기 위한 랑데부 미션을 2022년 상반기에 발사하기로 했다.

 

학회 넷째날에는 시점이 2024년 9월 3일로 변경되고 소행성 궤도변경을 위해 3개의 직접충돌(KI) 우주선을 발사했다. 첫번째 KI를 소행성 2019 PDC에 실시했을 때 크기 50~80m의 파편(fragment)이 발생했다. 남은 2개의 KI를 이용하여 본체(main body)의 궤도를 변경하는 데는 성공했으나 남은 파편은 지속적으로 충돌 궤도 유지 중이다. 남은 파편의 궤도는 이 궤도 변경 임무로 인해 다소 수정돼 예상 충돌 지역이 콜로라도 덴버에서 미동부와 대서양 지역으로 변경됐다(아래 그림).

소행성 궤도변경 임무로 인해 수정된 예상 충돌 지점.
소행성 궤도변경 임무로 인해 수정된 예상 충돌 지점. 출처: NASA/JPL

소행성 직접충돌 임무 수행시 작은 파편 혹은 잔해물이 소행성 랑데부 임무를 수행 중인 정찰 위성에 충돌하여 소행성 정찰 위성과 통신이 두절됐다. 정확한 궤도 계산을 위한 후속 관측이 요구됐다. 따라서 궤도 정밀도 향상을 위해 국제소행성경보네트워크(IAWN)에서는 집중적인 지상관측을 실시할 예정이며 현시점부터 약 2달 동안 관측 가능하지만 작아진 크기로 대형망원경만 후속 추적 관측이 가능했다. 우주임무기획자문그룹(SMPAG)에서는 핵폭탄을 이용해 남은 파편 소행성을 완전히 파괴(disruption)하기 위한 계획에 착수했다. UN과 국제사회에서는 정치 및 국제조약적인 측면에서 핵폭탄의 발사가 미칠 영향을 조사 및 평가 중이다.


학회 마지막날인 다섯째날에는 시점이 2027년 4월 19일로 변경되고 현시점으로부터 10일 뒤인 2027년 4월 29일(현지시각 00:01:38)에 가상소행성 2019 PDC의 약 60m 크기의 파편(fragment)이 뉴욕시 중심가에 충돌 예정이라는 시나리오를 세웠다. 하루 전날(2027년 4월 18일) 아레시보 레이다 관측 결과로 정확한 충돌 지역(뉴욕시 맨해튼)이 산출 가능해졌다(아래 그림).

최종 지구 충돌 위치 예상 지점. 출처: NASA/JPL
최종 지구 충돌 위치 예상 지점. 출처: NASA/JPL

소행성 파편의 지구 대기권 예상 진입 속도는 19km/s이고 메가볼라이드급으로 발생하는 에너지는 약 5~20Mt(메가톤)으로 추산됐으며 뉴욕시 근교에 위치한 핵발전소 포함 국가 주요 인프라ㆍ연방정부건물ㆍ미술관ㆍ박물관 등의 분포 현황 및 피해 정도를 추산했다. 또한 인명 대피 요구사항(Evacuation Needs) 및 계획 등 수립했다.4)

 

이렇게 지구방위학회는 지구로 돌진하는 소행성의 궤도를 변경시키거나 <아마겟돈>의 브루스 윌리스처럼 멋지게 파괴시키지 못한 채 매우 공포스럽게(?) 시뮬레이션을 마무리했다. 사실 2년 전인 지난 2017년에 일본에서 열린 제5회 학회에서는 소행성 궤도 변경 미션이 성공하면서 소행성이 지구를 1,000km 거리를 두고 스쳐 지나가는 것으로 마무리했다. 하지만 이번에는 미국, 그것도 전 세계 경제의 중심지 뉴욕 맨해튼에 소행성이 충돌하였다(※ 주의! 실제 상황이 아닌 가상 훈련상황임을 알려드립니다 -편집자 주-).

 

또한 지난 일본 학회 때와 마찬가지로 소행성의 궤도를 변경시키거나 파괴시키기 위해서 핵무기를 사용하는 방법에 대해서는 열띤 논의를 거쳤으나 실행하지 않는 방향으로 의견이 모아졌다. 물론 이는 소행성의 크기에 따라 또한 얼마나 빨리 지구충돌 소행성을 발견하느냐에 따라 시나리오가 달라질 수 있다. 하지만 어떠한 상황이더라도 우주 공간에서 핵을 사용한다는 건 계획을 세우는 자체가 많은 논란을 일으킨다는 건 주지의 사실이다.

공룡을 멸종시킨 소행성 충돌 이미지. 출처: fotolia
공룡을 멸종시킨 소행성 충돌 이미지. 출처: fotolia

사실 소행성의 지구 충돌은 공룡시대의 멸종과 같이 먼 과거의 일이 아니다. 불과 100년 전 1908년 6월 30일5) 러시아 시베리아 퉁구스카(Tunguska) 지역에 직경 50m 크기로 추정되는 소행성(혹은 혜성)이 공중 폭발하면서 주변 2,000km2 를 초토화시켰다. 이를 폭발 에너지로 추산하면 히로시마에 떨어졌던 원자폭탄의 1,000배 이상의 규모다. 한 마디로 대폭발 사건이었다. 뿐만 아니라 지난 2013년 2월 15일 러시아 첼랴빈스크(Celyabinsk) 지역에는 크기 17~20m의 소행성이 낙하하여 천여 명이 넘는 부상자가 발생하고 건물 7,000여채가 피해를 입었다.

 

UN을 비롯한 국제사회에서는 첼랴빈스크 사건 이후로 지구 충돌 위협이 되는 소행성을 조기에 발견하고 정밀 추적을 하기 위한 국제소행성경보네트워크(IAWN)과 지구 충돌 소행성 발견 시 각국의 우주청의 협조 하에 소행성의 궤도 변경을 위한 임무를 기획하는 우주임무기획자문그룹(SMPAG)을 조직하는 등 체계적이고 구체적인 대응책 마련을 위해 노력 중이다. 

 

한국천문연구원에서는 2016년부터 국제소행성경보네트워크(IAWN)과 우주임무기획자문그룹(SMPAG)에 참여하고 있으며 한국천문연구원 우주위험감시센터는 우주 위험 대비 시행 계획에 의거 '우주환경감시기관'으로 지정돼 있다. 인공 및 자연우주물체로 야기되는 우주 위험에 대한 연구개발 및 감시체계 운영을 통해 국가의 우주위험에 대비한 실무를 담당하고 있다.


글: 김명진(연세대학교 천문우주학과 이학 박사)

現 한국천문연구원 우주위험감시센터 선임연구원

前 한국천문연구원 행성과학그룹 박사후연구원


 ##참고자료##


  1. 소행성의 임시번호는 발견년도 뒤에 발견월을 의미하는 영문자, 그 뒤에 영문자+숫자 조합으로 구성되기 때문에 “2019 PDC”처럼 년도뒤에 영문자 3글자가 연속으로 오는 경우는 없다. 임시번호만 보더라도 가상의 소행성이라는 것을 쉽게 알아차릴 수 있도록 한 것이다.  
  2. International Asteroid Warning Network: 근지구소행성의 검출, 추적, 연구, 충돌 확률 예측 및 경보발령을 위한 국제공동대응협의체로서, 우리나라는 천문연구원이 2016년부터 공식 참여기관으로 가입하여 근지구소행성 관측을 통한 물리적 특성 규명에 기여하고 있다.
  3. Space Mission Planning Advisory Group: 소행성 충돌위협 감소를 위한 소행성 궤도변경 임무기획, 소행성 파괴 임무기획을 위한 국제협의체로서 우리나라는 천문연구원이 2016년부터 공식 참여기관으로 가입했다.
  4. https://cneos.jpl.nasa.gov/pd/cs/pdc19/pdc19_briefing5c.pdf (※주의! 실제 상황이 아닌 가상 훈련상황임!)
  5. UN에서는 매년 6월 30일을 소행성의 날(ASTEROID DAY)로 지정하고 소행성의 지구 충돌 위협에 대한 인식을 높이고 미래의 충돌 재난 상황에 대비하기 위한 이벤트를 개최한다. (https://asteroidday.org/)



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