45億 年 前부터 只今까지 地球 歷史를 하루라고 친다면 現生 人類에 가깝다고 보는 호모 사피엔스는 現在로부터 고작 3秒 前 出沒했다. 눈 깜빡할 程度로 짧은 時間 存在했음에도 地球 主人이라고 거들먹거리는 건 어쩌면 꼴不見이었을지도 모른다. 이미 밤 10時 49分쯤 누구도 敢히 함부로 할 수 없는 巨大한 存在들이 나타나기 始作했고, 1時間이 넘는 긴 時間을 버티던 그들은 結局 무시무시한 大型 事件에 휘말리며 자취를 감추게 된다. 바로 小行星 衝突이다. 작고 稀微한 푸른 點 위에 사는 存在가 도무지 어떻게 해볼 方法이 없던 이 宇宙的 存在는 6600萬 年 前 무시무시한 轟音을 내며 멕시코 유카탄半島 칙술루브에 衝突했고, 지름 150㎞ 以上, 깊이 20㎞에 達하는 巨大한 구덩이를 만들며 結局 生物의 75%를 滅種시켰다. 眞正 地球 主人에 가까웠던 恐龍조차 제대로 發惡 한 番 못 해보고 順次的으로 사라졌다. 小行星 衝突이라는 不運한 結果는 自然現象으로 인해 偶然히 벌어지는 災害라 사람 힘으로 막는 건 力不足일지 모른다. 어쩌면 막으려는 試圖조차 未完成된 知識이 만들어낸 驕慢일 수 있다.

地球 衝突 可能性 높은 小行星

人類 最初 小行星 세레스는 1801年 이탈리아 天文學者 주세페 피아치가 發見했다. 처음에는 巨大한 크기 德分에 行星으로 分類됐지만, 새로운 小行星들이 發見되면서 小行星이 됐고, 이제는 火星을 지나 木星에 到達하기 前에 있는 太陽系 矮行星으로 불린다. 矮行星은 冥王星이 太陽系 行星에서 退出되면서 導入된 槪念이라 一般 小行星보다는 行星에 가깝다. 小行星은 太陽 中心으로 도는 天體 中 行星보다 작지만 儒城보다는 큰 天體를 意味한다. 火星과 木星 사이에는 小行星이 몰린 小行星帶가 있으며, 主로 바위와 얼음 덩어리로 構成된 小行星이 數十萬 個 以上 存在할 것으로 推定된다.

事實 映畫나 漫畫에 자주 登場하는 단골 素材가 小行星이다. 英雄들은 地球를 威脅하는 小行星을 막고자 온힘을 바치고 甚至於 목숨을 걸기도 한다. 小行星은 생각보다 우리에게 익숙한 存在이며, 이미 恐龍을 滅種시킨 戰績이 있어 科學者들에게는 더욱 神經 쓰이는 存在다. 一旦 地球에 衝突할 可能性이 생기면 人間 힘으로는 막을 수 없다. 또한 事實上 衝突하기 直前까지도 제대로 狀況을 把握하기 어려운 境遇가 大部分이다. 實際로 2013年 2月 러시아 첼랴빈스크週에 떨어진 小行星은 땅에 닿기 直前까지 아무도 몰랐다. 맨눈으로 確認 可能한 水準이 돼서야 사람 눈이나 車輛 블랙박스에 잡혔고, 多幸히 死亡者는 없었지만 數千 名의 負傷者와 財産 被害를 냈다.

美國航空宇宙局(NASA)은 1998年 直徑 1㎞가 넘는 天體 가운데 地球와 衝突할 可能性이 큰 小行星을 찾기 始作했고, 只今까지 地球 近接 物體(Near-Earth Object·NEO)로 分類되는 天體를 2萬5000個 程度 發見했다. 이 過程에서 꽤 큰 小行星은 90% 以上 發見했지만, 地球와 衝突 確率이 높은 140m 程度의 比較的 작은 小行星은 아직 25%밖에 찾지 못했다. 끊임없이 다가오는 小行星에 對한 對應 方法을 찾기 위해 美國은 行星 防衛 調整局(Planetary Defense Coordination Office·PDCO)을 設立했고, PDCO는 地上 望遠鏡과 宇宙望遠鏡까지 活用해 小行星의 危險性을 分類하고 追跡하는 任務를 맡았다. 特히 地球에 想像할 수 없을 程度로 加工할 만한 影響을 끼칠지 모를 天體들은 別途로 地球 威脅 天體(Potentially Hazardous Object·PHO)로 分類하기 始作했는데, 이와 더불어 地球를 保護할 實質的인 防禦 戰略도 必要했다. 映畫처럼 核彈頭를 맞혀 破壞하는 方式은 날아오는 에너지를 줄이기 어렵기에 오히려 작은 破片들이 地球로 그대로 떨어져 더 큰 被害가 發生할 수도 있다. 運 좋게 잘 막았다고 해도 열복사선, 放射能 落塵 等 後續 被害가 發生할지 모른다. 그렇다면 比較的 安全하게 小行星 軌道를 바꿀 다른 方法은 없을까.

人類의 첫 小行星 衝突 實驗인 雙 小行星 軌道修正 實驗(Double Asteroid Redirection Test·DART)은 이런 바람으로 始作됐다. ‘다트 任務’는 말 그대로 數百 年 前 英國에서 始作된 스포츠와 비슷하다. 다트 핀으로 다트 보드를 겨냥해 正確히 願하는 位置에 맞히는 것처럼, 우리에게 다가오는 小行星을 正確히 맞히는 것을 目標로 人類가 만든 다트 宇宙船을 發射해 進行하는 遠大한 規模의 衝突 實驗이다. 物理的 衝擊을 통해 天體 軌道를 얼마나 바꿀 수 있을지 미리 確認만 可能하다면 後날 地球로 接近하는 小行星을 막을 수 있을지도 모른다.

人類 歷史上 첫 番째 小行星 衝突 實驗

지난해 11月 24日 다트 宇宙船은 스페이스X의 팰컨9에 실려 宇宙로 發射됐다. 그리고 約 10個月間 긴 飛行을 마치고, 올해 9月 27日 午前 8時 14分 드디어 目標에 衝突했다. 簡單히 말해 宇宙船을 目標 小行星에 衝突시켜 軌道를 바꾸겠다는 野心 찬 任務를 遂行하고자 地球에서 달까지 距離보다 30倍假量 먼 1100萬㎞ 떨어진 宇宙로 宇宙船을 보내 디모르포스(Dimorphos)라는 小行星과 衝突시킨 것이다.

普通 宇宙 任務는 美紙 世界 探査가 目的이다. 이렇게 衝突 或은 破壞를 目的으로 날아가는 宇宙船은 없었다. 都大體 왜 이런 狀況이 됐을까 생각해보면 于先 디디모스(Didymos)는 780m, 디모르포스는 160m 程度 크기다. 이 두 個 가운데 부딪쳤을 때 그나마 조금이라도 影響을 미칠 수 있을 만한 天體는 디모르포스였다. 디디모스와 디모르포스는 雙 小行星系로 運命을 함께하는 單짝 親舊라고 볼 수 있다. 둘 中 比較的 작은 小行星인 디모르포스에 小型車 크기의 다트 宇宙船을 衝突시키는 게 任務의 目的이었다. 디모르포스 軌道가 果然 어떻게, 얼마나 바뀌느냐를 正確히 確認할 수만 있다면 앞으로 어떤 方式으로 어느 程度 힘을 들여야 地球를 威脅하는 小行星을 막을 수 있는지 把握이 可能하다. 이게 바로 이番 다트 任務의 가장 큰 意味이자 目的이었다.

成功 可能性 稀薄했던 任務의 結果

거의 마지막 段階에서 다트 宇宙船은 巨大한 디디모스에 가려 디모르포스가 제대로 안 보이는 狀況이었기에 衝突을 4時間假量 앞두고 9萬㎞ 밖에서부터 스마트 航法 飛行體制로 轉換했다. 쉽게 말해 自律走行車처럼 사람의 도움 없이 스스로 카메라에만 依存해 自律飛行을 한 것이다. 勿論 自律飛行이건 打率飛行이건 音速의 18倍, 銃알보다 크게는 10倍 넘게 빠른 秒速 6.1㎞로 날아가는 宇宙船을 小行星에 맞히는 건 쉬운 일이 아니다. 銃알 끝에 카메라를 달아 지켜보면서 地球와 火星 가까이에 있는 고작 160m짜리 小行星에 맞힌다는 挑戰인데, 어쩌면 ‘瞬間捕捉 世上에 이런일이’라는 放送 프로그램에 나올 법하다. 그래서 디모르포스를 向해 다가가는 場面이 映像으로 나올 때 모든 硏究陣은 緊張했고, 漸漸 擴大되는 表面을 撮影하던 카메라가 먹통이 되는 瞬間 全 世界에서 이를 지켜보던 모두가 歡呼했다. 一般的으로 宇宙善果 地上局이 信號를 잃는다면 매우 좋지 않은 事件이 벌어진 境遇가 많다. 하지만 이番엔 다트 宇宙線과 주고받던 信號가 끊기는 瞬間, 이건 完璧한 成功을 의미했다. 目標를 제대로 맞혔다는 뜻이었고, 目的이 完璧하게 成功했기 때문이다.

當初 衝突 과녁이 됐던 小行星의 中心에서 17m假量 떨어진 地點에 正確히 命中했고, 1뉴턴의 힘으로 物體를 1m 이동시킬 때 必要한 에너지보다 100億 배 큰 運動에너지가 發生한 것으로 NASA는 推定했다. 實際로 NASA는 小行星 衝突 最終 警報 시스템(Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System·ATLAS)의 望遠鏡으로 디모르포스를 멀리서 觀測했는데, 다트 宇宙線과 衝突 餘波로 먼지를 일으키며 번쩍하고 빛나는 瞬間이 正確히 映像으로 捕捉됐다. 韓國 亦是 宇宙物體 電子光學 監視네트워크(Optical Wide-field patroL Network·OWL-Net)라는 비슷한 光學 監視 시스템을 갖고 있는데, 韓國天文硏究院이 公開한 寫眞을 보면 衝突 直後 小行星 表面에서 먼지가 噴出되는 모습이 담겼다. 멋지게 衝突한 後 다트 宇宙船은 壯烈하게 戰死했지만, 그 代身 以後 狀況은 衝突 一週日 前 미리 分離된 큐브衛星 ‘釐車큐브’가 撮影하고 있다. 이탈리아宇宙局이 製作한 무게 14kg, 컴퓨터 本體만 한 크기의 釐車큐브는 디모르포스에서 55㎞ 떨어진 地點에서 衝突 3分 後부터 카메라를 作動시켰고, 작은 안테나로 힘겹게 撮影한 當時 寫眞을 地球로 보냈다. 蒐集된 資料를 바탕으로 軌道 變化를 確認한 것뿐 아니라, 衝突 直後 發生한 빛과 衝突 過程에서 생긴 먼지나 破片까지 생생히 確認할 수 있었다.

危險한 猛獸가 우리에게 다가오고 있을 때 어느 程度 크기로 소리를 질러야 猛獸를 쫓아낼 수 있을지 알 수 없는 狀況이었다. 動物이 소리를 얼마나 잘 듣는지 或은 얼마나 怯이 많은지 모르니까. 그런데 한 番이라도 소리를 질러보면 어느 程度면 가까이 接近하지 않고 돌아가는지를 確認할 수 있다. 그럼 목이 터지도록 큰소리를 낼 必要가 없고, 適當히 비슷한 猛獸가 다가오면 類似한 水準으로 對應해 우리를 安全하게 지킬 수도 있다. 이番 다트 任務를 통해 비슷한 狀況을 미리 練習해본 것이다. 豫測하기로는 本來 11時間 55分 週期로 디디모스를 돌던 디모르포스의 公轉 週期를 最小 73秒假量, 最大 10分까지 短縮할 수 있다고 봤다. 하지만 놀랍게도 2週間의 追跡調査 結果 週期를 無慮 11時間 23分까지 32分을 短縮했다. 最低 成功 基準의 25倍를 넘고, 最大値로 豫想했던 10분보다 훨씬 偉大한 成果다.

이番 任務 成功으로 우리는 人類가 天體 軌道를 直接 바꿀 수 있는 能力을 지녔다는 것을 처음 立證했다. 오래前에도 壽命이 끝난 宇宙船이 行星에 衝突한 적은 있지만 처음부터 衝突을 目的으로 發射된 宇宙船은 다트가 最初다. 偶然히 地球라는 곳에 定着한 生命體를 넘어 自身을 安全하게 지켜낼 수 있는, 現在로서 唯一한 知的生命體가 됐다는 事實이 무척 자랑스럽다.

_{軌道는… 
연세대 天文宇宙學科 學部 및 大學院을 卒業하고 韓國天文硏究院 宇宙監視센터와 연세대 宇宙飛行制御硏究室에서 勤務했다. ‘軌道’라는 藝名으로 팟캐스트 ‘課長窓’, 유튜브 ‘안될과학’과 ‘투머치사이언스’를 進行 中이며, 著書로는 ‘軌道의 科學 虛勢’가 있다.}