[아하! 우주] 토성의 위성 타이탄에 ‘잠수함’ 보낸다

미국항공우주국(NASA)은 지구 외의 장소에 잠수함 형태의 탐사선을 발사할 계획이다. 두꺼운 얼음 지각 아래 바다가 있는 것으로 보이는 목성의 위성 ‘유로파’와 토성의 위성 ‘엔켈라두스’, 그리고 역시 토성의 위성이지만 표면에 큰 호수가 있는 ‘타이탄’이 그 목표다.

그 가운데 유로파와 엔켈라두스는 적어도 몇십㎞의 두꺼운 얼음층을 통과해야 하는 문제가 있어 현재로서는 직접 잠수함을 보내기 어렵다. 반면 타이탄의 경우 카시니 탐사선의 활약으로 표면에 있는 거대한 호수의 위치와 크기가 정확히 측정됐으므로 가까운 미래에 가능한 목표로 거론되고 있다.

현재까지 태양계에서 액체 상태의 표면을 지닌 천체는 지구와 타이탄이 유일하다. 하지만 타이탄이 지구와 다른 점은 물이 아니라 액화천연가스(LNG)와 비슷한 탄화수소로 된 호수라는 점이다. 평균 기온 -179.5°C의 극저온 환경의 타이탄에서 작동할 잠수함을 만든다는 것은 NASA에도 쉬운 목표가 아니다. 이렇게 낮은 온도의 액체에서 장시간 작동할 수 있는 카메라와 센서, 전자기기 그리고 동력 장치는 이제까지 누구도 만든 적이 없다.

따라서 NASA는 여러 협력 연구기관과 함께 기초 연구를 진행 중이다. 미국 워싱턴주립대 연구팀은 극저온과 고압 상태의 탄화수소에서 일어날 수 있는 여러 상황을 연구했다. 그 결과, 해결하기 어려운 문제가 바로 열에 의한 거품이라는 사실이 밝혀졌다.

잠수함이 움직이기 위해서는 원자력전지(RTG)와 전기 모터가 필요하고 관측과 제어를 위해 각종 전자기기도 필요하다. 문제는 여기서 열이 나온다는 점이다. 그러면 극저온의 액체 메탄이나 질소가 기화하면서 거품이 생성된다. 지구의 바다에서는 문제가 되지 않는 수준의 열도 타이탄의 극저온 호수에서는 심각한 문제가 될 수 있다. 비유하자면 뜨겁게 달궈진 철을 차가운 물에 넣는 것과 마찬가지 상황이다. 연구팀은 이 문제를 극복할 방법을 찾고 있다.

비록 해결하기 쉬운 문제는 아니지만, 인류는 여러 차례 어려움을 극복하고 태양계와 우주를 탐사했다. 언젠가 인류는 타이탄의 호수 속을 탐사하고 거기에서 전혀 상상하지 못했던 놀라운 사실을 발견할 가능성이 크다. 마찬가지로 유로파와 엔켈라두스의 바다 역시 언젠가 그 비밀을 드러낼 것으로 기대된다.

사진=NASA의 타이탄 잠수함 개념도(NASA)

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com