地球威脅小行星 2300個… 軌道修正技術力 높여야[세상 바꾸는 科學/이희재]

東亞日報
入力 2022年 10月 10日 03時 00分

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天文學者가 본 ‘다트 프로젝트’

미국항공우주국(NASA)의 우주선 ‘다트’가 지난해 11월 24일 미국 캘리포니아주 반덴버그 공군기지에서 스페이스X 팰컨9에 실려 발사되는 모습. NASA 제공 — 美國航空宇宙局(NASA)의 宇宙船 ‘다트’가 지난해 11月 24日美國 캘리포니아州 반덴버그 空軍基地에서 스페이스X 팰컨9에 실려 發射되는 모습. NASA 提供

10個月이 넘는 宇宙航行이었다. 2021年 11月 24日에 發射된 美國航空宇宙局(NASA·나사)의 다트(DART) 宇宙船은 멀리 宇宙를 날아가 2022年 9月 27日午前 8時 14分頃雙小行星 디디모스의 衛星인 디모르포스에 衝突하는 데 成功했다. 다트 프로젝트는 宇宙船本體를 直接小行星에 衝突시켜 小行星의 軌道를 바꾼 人類最初의 實驗이다. 空想科學映畫에서나 볼 법한 地球防禦計劃이 現實로 다가온 것이다.

地區周邊을 지나가는 天體는 생각보다 많다. 地球에 매우 가까이 스쳐 지나가는 太陽系內天體를 近地球天體라고 하는데, 小行星과 彗星은 代表的인 筋地球天體다. 이런 것들이 地球와 衝突해 人類生存을 威脅하는 狀況은 아주 오래前부터 豫見돼 왔다. 代表的으로 1998年에 映畫 ‘아마겟돈’부터 2021年 ‘돈 룩 業’까지, 小行星衝突危機를 그린 作品이 적지 않다.

이런 作品들이 꾸준히 나오는 것은 大衆이 小行星衝突에 對해 적든 크든 威脅을 느끼고 있기 때문일 것이다. 勿論單純히 想像의 領域은 아니다. 1908年 러시아 툰舊스카 地域에 지름 50m의 小行星이 空中爆發해 2000km²의 숲이 불에 탔다. 2013年에는 지름 20m 크기의 小行星이 러시아 첼랴빈스크에 墜落해 1500餘名이 다치고 7200餘 채의 建物이 破損됐다.

天文學者들은 近地球天體中地球에 衝突했을 때 큰 被害를 입힐 수 있는 小行星들을 ‘地球威脅小行星’으로 分類하고 있다. 推定된 小行星의 지름이 140m보다 크고 該當天體의 軌道와 地球軌道가 가장 가까워졌을 때의 거리(最小軌道交叉거리)가 0.05AU(太陽과 地球의 距離인 約 1億4960萬 km를 일컫는 單位) 以內에 該當되는 小行星들이 그것이다. 現在近地球小行星은 約 3萬個가 發見됐는데, 이 가운데 約 2300個가 地球威脅小行星으로 分類된다.

多幸인 것은 이런 小行星의 威脅은 人類가 어느 程度事前에 對備할 수 있다는 것이다. 다트 프로젝트를 비롯해 世界各國의 天文學者들은 地球로 接近하는 小行星의 衝突威脅에 對備한 ‘地球防衛活動’을 벌이고 있다. 다만 映畫와 實際는 좀 差異가 있다. 一部映畫內容과 달리 다트 미션은 처음부터 宇宙船에 爆藥을 싣는 方案은 考慮하지 않았다. 爆發로 인해 떨어져 나올 殘骸의 軌道를 豫測하기가 어렵고, 殘骸가 地球와 衝突할 可能性도 排除할 수 없기 때문이다. 小行星爆破方法은 成功하더라도 以後狀況을 統制하기 어려운 側面이 있다. 그래서 다트 프로젝트는 最終的으로 宇宙船을 小行星에 衝突시켜 그 軌道를 ‘살짝’ 비틀어 地球를 비켜나가게 하는 方法을 擇했다.

다트 우주선의 소행성 충돌 장면을 이해하기 위해 만든 설명 이미지. 다트는 열 달 넘게 우주를 날아가 지난달 27일 소행성 디모르포스와 충돌하는 데 성공했다. NASA 제공 — 다트 宇宙船의 小行星衝突場面을 理解하기 위해 만든 說明 이미지. 다트는 열 달 넘게 宇宙를 날아가 지난달 27日小行星 디모르포스와 衝突하는 데 成功했다. NASA 提供

勿論 이 方法도 前人未踏의 領域이었다. 다트 미션은 이런 想像이 可能한 것인지 立證하기 위해 推進됐다. 分析結果秒速 6.6km로 날아가는 宇宙船으로 秒速 34km로 移動하는 디모르포스에 衝突시켜야 했다. 게다가 디모르포스의 지름은 170m에 不過했다. 宇宙線과 小行星 모두 銃알보다 빠르게 움직이기 때문에 實際로 銃알로 銃알을 맞히는 것보다 더 어렵다. 게다가 다트 探査船은 地球에서 約 1100萬 km 떨어진 距離에서 디모르포스와 衝突하기 때문에 地球와의 交信에 遲延狀況이 發生하므로 사람의 介入 없이 宇宙船이 自身의 軌跡을 決定할 수 있어야만 했다. 이 問題를 解決하기 위해 다트 프로젝트 팀은 美國 존스홉킨스대의 應用物理學硏究所와 함께 미사일 誘導 알고리즘을 活用해 地球와의 通信과 支援 없이 스스로 飛行軌跡을 決定하는 最尖端 시스템을 開發했다.

螺絲와 美國 존스홉킨스대의 應用物理學硏究所가 主導한 다트 프로젝트에는 30餘個國이 參與했다. 衝突前後小行星의 狀況을 地上觀測으로 觀察하기 위해선 다양한 地域에서의 國際的協力이 必須的이었다. 韓國은 最近地上에서의 小行星觀測能力을 認定받아 東아시아 地域에서 唯一하게 다트 任務에 合流했다. 韓國이 小行星硏究成果를 國際學界에서 인정받기 始作했고, 2016年國際小行星警報네트워크(IAWN)에 合流하는 等活潑한 國際活動을 이어온 結果다.

筆者도 다트 프로젝트에 參加했다. 參加者大部分이 美國과 유럽 等地에서 勤務하는 狀況이라 遠隔會議는 普通韓國時間으로 午前 1時에 열렸다. 지난해 11月 다트 線이 發射된 直後엔 會議를 分期別로 1番씩만 進行했으나, 衝突일이 다가오면서 1週日에 1番씩, 衝突 10日前부터는 每日會議를 하며 宇宙船狀況을 共有했다. 各國家에선 觀測計劃에 한 치의 誤差도 없이 實時間으로 情報를 나눴다. 韓國에서 이 프로젝트에 參與한 韓國天文硏究院硏究員들은 낮에는 勤務하고 밤에는 다트 任務를 위해 遠隔會議에 參與했다. 이런 狀況을 잘 알고 있는 他國 프로젝트 팀員들은 會議中韓國硏究者들이 或如 잠들眞 않았는지 確認하는 弄談을 던지며 會議雰圍氣를 和氣靄靄하기 이끌기도 했다.

허블우주망원경이 포착한 다트와 소행성 충돌 순간. NASA 제공 — 허블宇宙望遠鏡이 捕捉한 다트와 小行星衝突瞬間. NASA 提供

나사는 다트를 小行星 디모르포스라는 標的에 명중시키며 一次的인 成功을 거뒀다. 이는 다트 探査船이 디디모스와 디모르포스를 區別해 識別한 뒤, 1時間以內에 地球와의 通信이나 支援 없이도 스스로 飛行軌跡을 決定하여 디모르포스에 衝突할 수 있는 高度의 技術을 人類가 確保했다는 뜻이다. 小行星의 地球衝突을 避할 수 있는 基盤技術을 얻은 셈이다. 그러나 갈 길은 멀다. 다트 미션의 完全한 成功을 위해 追後小行星의 軌道變化를 綿密히 確認해야 한다. 또한 威脅에 完璧히 對備하기 위해 地球와 衝突可能性이 있는 天體들을 事前에 持續的으로 監視해야 한다. 同時에 地球가 威脅에 놓인 狀況에서 卽刻對應할 수 있는 體系를 確立할 必要가 있다.

이희재 韓國天文硏究院博士後硏究員

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