우주의 신비

[아하! 우주] 카시니 호, 토성 대기권에서 ‘산화’

입력 : 2017.09.16 14:09 ㅣ 수정 : 2017.09.16 14:09

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▲ 카시니의 ‘죽음의 다이빙’. 토성 고도 1500km의 대기권으로 뛰어들어 불타는 카시니 상상도.(NASA)

▲ 카시니가 보낸 마지막 사진인 빛이 닿지 않는 토성의 암흑면 . 카시니는 산화되기 직전까지도 토성의 근접촬영 영상과 대기 분석 데이터를 지구에 보냈다.(NASA)



-15일 21시 ‘죽음의 다이빙’ 으로 20년 미션 끝​

미 항공우주국(NASA)의 토성 탐사선 카시니가 20년에 걸친 미션을 끝내고 15일 오전 7시55분(한국시각 15일 저녁 8시55분)께 토성 대기권으로 뛰어들어 최후를 맞았다.

그러나 실제로는 이보다 83분 전 카시니는 토성 대기 속에서 유성처럼 불타면서 산화했다. 카시니가 마지막 보낸 라디오 시그널이 토성에서 지구 간의 16억 ㎞를 오는 데 83분이 걸리기 때문이다. 

지구를 떠난 지 20년, 토성 궤도에 진입한 지 13년째를 맞아 20년에 걸친 장대한 토성 미션을 끝낸 카시니는 토성 대기권에서 산화함으로써 토성의 일부가 되었다.

카시니는 토성 대기와의 마찰로 불타기 전 ​2분 동안 토성 대기 성분 데이터를 지구로 전송하는 최후의 미션을 완료한 후 전소되었다. 카시니가 마지막으로 보낸 영상은 토성의 빛이 닿지 않은 면을 찍은 사진으로, 이 사진을 전송한 후 45초 만에 전소되었다.

카시니와 마지막 인사를 나누기 위해 캘리포니아주 나사제트추진연구소에 모인 NASA의 전현직 연구원 1500여 명과 연구진들은 카시니의 마지막 신호가 전달된 뒤 박수를 치고 서로 끌어안으며 아쉬움을 표현했다. 그중에는 ‘페어 웰 카시니’를 읊조리며 눈물을 흘리는 사람들도 적지 않았다.

NASA가 카시니를 토성과의 충돌 코스로 틀어 토성 대기권에서 불태운 이유는 혹시 토성계에 존재할지도 모르는 생명체를 보호하기 위한 것이다. ​

만약 카시니를 토성 궤도에 그대로 방치할 경우, 카시니에 있을지도 모르는 지구 미생물과 발전용으로 쓰던 플루토늄 방사성 물질이 토성계의 환경을 오염시켜, 혹시 존재할지도 모르는 토성계의 생명체에 치명적인 결과를 가져올 수 있기 때문이다. 8년 동안 목성 궤도를 돌면서 미션을 수행한 NASA의 갈릴레오 탐사선이 2003년 9월 21일에 목성과의 충돌로 최후를 맞은 것도 같은 이유다.  

카시니 호가 20년 전 지구를 떠날 때의 이름은 카시니-하위헌스로, 크게 NASA-ASI(이탈리아우주국)의 카시니 궤도선과 유럽우주국(ESA)이 합작한 하위헌스 탐사선으로 이루어져 있었다.

​카시니는 이탈리아 출신의 프랑스 천문학자 조반니 카시니의 이름에서 따왔고, 하위헌스는 네덜란드의 천문학자이자 물리학자인 크리스티앙 하위헌스(흔히 호이겐스로 불림)의 이름에서 따왔다. 두 사람 공히 토성 관측에 큰 업적을 남긴 과학자로, 카시니는 토성 고리 사이의 틈인 카시니 틈과 위성 4개를 발견했고, 하위헌스는 타이탄의 발견과 함께 갈릴레오가 토성의 귀라고 생각했던 토성 고리가 토성 본체와는 완전히 격리된 고리임을 처음으로 밝혔다.

모두 38억 달러(한화 약 4조 2000억원)가 투입된 대규모 프로젝트인 카시니-하위헌스 호는 1997년 10월 발사되어 7년의 비행 끝에 2004년 6월 30일 토성에 도착했다. 카시니-하위헌스는 토성 주위를 공전하는 탐사선으로는 최초이며, 토성을 방문한 기체로는 네 번째이다.



카시니-하위헌스는 토성까지 가기 위해 세 행성에서 중력도움을 받았다. 현재 인류가 가진 자원과 로켓으로 태양의 중력을 뿌리치고 나아갈 수 있는 한계는 목성 정도까지다. 카시니가 7년 만에 토성까지 날아간 것은 중력도움(gravity assist)이 결정적이었다. ​

중력보조라고도 하는 이 중력도움은 영어로는 스윙바이(swing-by), 또는 플라이바이(fly-by)라고도 하는데, 한마디로 ‘행성궤도 근접 통과’로 행성의 중력을 슬쩍 훔쳐내는 일이다. ​즉, 탐사선의 속도를 높이기 위해 천체의 중력을 이용한 슬링 숏(slingshot;새총쏘기) 기법으로, 행성의 중력을 이용해 우주선의 가속을 얻는 기법이다. 행성의 입장에서 본다면 우주선의 엉덩이를 걷어차서 가속시키는 셈으로, 이론상으로는 행성 궤도속도의 2배에 이르는 속도까지 얻을 수 있다.

카시니-하위헌스는 지구를 출발해 1차로 금성의 중력도움으로 추진력을 받은 뒤 지구와 목성을 플라이바이하여 얻는 가속으로 토성에 도착했다. ​

하위헌스 탐사선은 카시니에 탑재되어 토성까지 간 후 2005년 1월 본체에서 분리되어 토성의 최대 위성인 타이탄의 표면에 연착륙하는 데 성공했다. 이는 외부 태양계의 천체에 최초로 성공한 연착륙이다.

한편, 궤도 진입을 한 후 수명이 4년 정도로 예상되었던 카시니호는 그 3배가 넘는 13년 동안 294회 토성 궤도를 선회하면서 탐사를 계속했다. 지난 4월부터 토성 대기층과 고리 사이의 공간으로 뛰어드는 최후의 미션으로 22차례의 다이빙인 ‘그랜드 피날레’를 완료한 카시니는 마지막으로 9월 12일 오전 타이탄을 플라이바이하여 속력을 떨어뜨린 후 충돌 코스를 타고 이날 토성 대기권으로 뛰어든 것이다. 

카시니의 주요 탐사성과 중에는 얼음 위성 엔셀라두스의 남극 지역에서 뿜어져나오는 물과 기타 물질로 이루어진 간헐천의 발견을 들 수 있다. 미션 과학자들은 이 간헐천의 존재가 엔셀라두스의 지각 아래 거대한 바다가 있다는 증거라고 보고, 그 바다에 어쩌면 생명체가 서식하고 있을지도 모른다는 가능성을 조심스레 내놓았다.

토성 최대의 위성 타이탄의 지표에서 액체 탄화수소로 이루어진 바다와 호수를 발견한 것도 카시니였다. 이는 지구 바깥의 천체에서 발견된 최초의 액체 바다로, 이 메탄 바다에 미생물이 살고 있을 가능성이 있다고 과학자들은 생각하고 있다.

카시니의 새로운 발견 중에는 토성 위성 8개도 포함되어 있다. 그중 질량이 1000억kg보다 작은 두 개를 제외한 6개 위성에 이름이 붙었다. 다프니스, 아에가에온, 메토네, 안테, 팔레네, 폴리데우케스다.

발사 이후 20년 동안 지구-태양 간 거리의 약 50배에 달하는 70억km를 여행한 카시니-하위헌스가 보내온 데이터 양은 100GB급 휴대용 저장장치(USB메모리) 6개 분량(635GB)이다. ​

이 자료로 현재까지 발표된 논문만 무려 3948건에 달하며, 카시니가 토성 대기에 진입하면서 실시간으로 보내는 자료가 전해지면 토성계에 대해 더 많은 연구 성과가 발표될 것으로 보인다.

카시니 탐사를 이끈 사우스웨스트연구소의 린다 스필커 박사는 “카시니는 사라졌지만 남겨놓은 과학적 성과는 여전히 우리를 점령할 것”이라며 “평생 보내온 데이터 더미에서 우리는 수십년 간 새로운 발견을 계속해 나가겠다”고 강조했다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 

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