날씨는 종종 우리의 일상 계획에 영향을 줍니다. 일기예보에서 선선한 바람이 불어온다고 하면 가벼운 재킷을 꺼내 입거나 혹은 곧 다가올 폭풍 때문에 여행 계획이 취소되거나 연기될 수도 있습니다. 우주 탐사에서도 예외는 아닌데요. NASA 엔지니어들은 기상 데이터를 사용해 그들의 계획을 정하기 때문에 화성의 수백만 마일 떨어진 곳의 날씨를 분석합니다.
미항공우주국(NASA)의 퍼서비어런스(Perseverance) 로버에는 화성환경동역학분석기(MEDA, Mars Environmental Dynamics Analyzer)장비가 탑재돼 있는데요. 퍼서비어런스가 화성에 착륙한 지 하루만인 지난 2월 19일, 30분 동안 처음으로 전원이 켜졌을 때 이 장비는 데이터를 수집했습니다. 그리고 같은 날 오후 8시 25분 경, 엔지니어들은 MEDA로부터 초기 데이터를 받았습니다.
스페인 우주생물학 연구소(the Centro de Astrobiología)의 호세 안토니오 로드리게스-만프레디(Jose Antonio Rodriguez-Manfredi) MEDA 수석 연구원은 “조마조마한 진입단계와 착륙 단계 이후 장비가 안전하게 착륙했음을 확인할 수 있는 첫번째 데이터를 불안해하며 기다렸다”며 “그 순간들은 매우 강렬하고 흥분되는 순간들이었고, 마침내 수 년간의 연구와 계획 끝에 우리는 MEDA로부터 첫번째 데이터 보고서를 받게 됐다”고 말했습니다. 이어 “우리 시스템은 살아있었고 SkyCam으로부터 첫 기상 자료와 이미지를 받을 수 있었다”고 덧붙입니다.
MEDA의 무게는 약 5.5kg이며 바람(속도와 방향 모두), 압력, 상대습도, 공기온도, 지면온도(태양과 우주에서 오는 방사선 등 먼지 등 6가지 대기 조건과 먼지 수준 등을 기록하는 환경센서를 포함하고 있습니다. 이 시스템은 매시간 자체적으로 깨어나 데이터를 기록하고 저장한 후 로버 작동과 무관하게 절전 모드로 전환됩니다. 이 시스템은 로버가 깨어있든 아니든 주간과 야간 모두 데이터를 기록합니다.
엔지니어들이 지구에서 MEDA의 첫번째 데이터를 받았을 때 연구팀은 화성의 예제로(Jezero) 분화구로부터 첫째 날 날씨에 대한 보고서를 수집했습니다. 이 자료에 따르면 시스템이 녹화를 시작했을 때 표면은 섭씨 영하 20도를 조금 밑돌았고 30분만에 섭씨 영하 25.6도까지 내려갔습니다.
게일 분화구 내부에 위치한 큐리오시티 탐사선에 탑재된 로버 환경 관측소(Rover Environmental Monitoring Station, REMS)의 보고에 따르면 MEDA의 방사능과 먼지 센서는 3,700km 떨어진 게일 분화구보다 더 깨끗한 대기를 경험하고 있는 것으로 드러났습니다. MEDA의 압력 센서는 엔지니어들에게 화성의 압력이 718파스칼로 화성의 705~735 파스칼 범위 이내에 있었습니다.
이곳 지구의 망원경과 화성 궤도를 도는 우주선 덕분에 과학자들은 화성의 기후를 잘 이해하고 심지어 화성의 연간(Martian year) 동안 발생하는 먼지 폭풍의 규모에 대해 약간의 통찰력도 가지게 됐습니다. 그러나 먼지가 상승하거나 이동하는 것을 예측하거나 혹은 어떻게 작은 폭풍이 행성 전체를 에워싸는 큰 폭풍으로 진화하는지 예측하는 것은 미래의 과학 탐사 임무에 도움이 될 것 입니다.
MEDA는 다음해에 온도 주기, 열 흐름, 먼지 주기, 먼지 입자가 빛과 상호작용해 궁극적으로 온도와 날씨 모두에 영향을 미치는 방법에 대한 귀중한 정보를 제공할 겁니다. MEDA의 태양 복사 강도, 구름 형성, 계획된 화성 샘플 귀환 임무의 설계를 알려줄 수 있는 국지바람(local winds) 판독도 마찬가지로 중요할 겁니다. 게다가 이 측정들은 인간과 서식지를 준비하는데 엔지니어들이 화성의 날씨를 다루는 방법을 더 잘 이해하도록 도와줍니다.
큐리오시티 로버에 탑재된 REMS는 현재 유사하게 일일기상상태와 대기 데이터를 제공합니다. 국제협업을 통해 구상된 MEDA는 REMS의 자율기상관측소 설정을 기반으로 하며 이에 몇 가지 기능이 업그레이드 됐습니다. 전반적인 내구성과 추가된 온도 판독기를 자랑하는 MEDA는 0.84m, 1.45m, 30m의 대기 높이에서 온도를 기록할 수 있습니다. 이 시스템은 로버의 차체 및 안테나에 장착된 센서와 적외선 센서는 약 30m 상공에서 온도를 측정할 수 있게 해줍니다.
MEDA의 기상 보고서와 함께 엔지니어들은 이제 화성에서 세 곳의 대기 데이터를 갖게 됐습니다. 퍼서비어런스, 큐리오시티호, 그리고 인사이트 화성 착륙선. 이 3인조는 화성의 날씨 패턴, 사건, 그리고 향후 임무 계획에 영향을 미칠 수 있는 대기 난류를 더 잘 이해하게 해줄 겁니다. 가까운 시일 내에 MEDA의 정보는 헬리콥터 ‘인저뉴어티(Ingenuity Mars)’ 비행을 위한 최상의 대기 조건을 정하는데 도움을 줄 것으로 예상됩니다.
인저뉴어티 비행 전 중요한 단계를 잘 통과함에 따라 MEDA 보고서는 화성의 33일과 44일(지구 4월 3~4일)의 MEDA 보고서에는 섭씨 영하 22도의 기온과 예제로 분화구 최저기온 섭씨 영하 83도가 나왔습니다. MEDA는 또한 약 초속 10M의 돌풍을 측정하기도 했습니다. NASA 제트추진연구소의 MEDA 부연구원인 Manuel de la Torre Juárez는 “우리는 MEDA가 잘 작동되는 것을 보고 매우 기쁘다”며 “MEDA 보고서는 지표 근처 날씨에 대한 더 나은 그림을 제공할 것이다”고 밝혔습니다. 이어 “MEDA와 다른 기기 실험의 데이터는 화성에 있는 더 많은 퍼즐 조각들을 보여주고 인류의 탐사를 준비하는데 도움이 줄 것이며 우리는 이 데이터가 우리의 계획을 더 튼튼하게 하고 임무를 안전하게 만드는데 도움이 되길 바란다”고 덧붙였습니다.
한편, 퍼서비어런스의 화성 이무의 핵심 목표는 고대 미생물의 흔적을 찾는 것을 포함합니다. 탐사선은 이 행성의 지질학과 과거 기후를 특징짓고 인류 탐사를 위한 길을 닦을 겁니다. 또한 화성의 암석(부서진 암석이나 먼지)를 수집해 보관하는 것이 첫번째 임무가 될 것 입니다. 이후 NASA는 유럽우주국(ESA)와 협력해 화성에 우주선을 보내 이 밀봉된 샘플을 채취해 심층 분석을 위해 지구로 돌려보낼 계획입니다.
