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[이광식의 천문학+] 뉴호라이즌스의 ‘태양계 대장정’

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▲ 왜소행성 명왕성의 모습. 뉴호라즌스가 보내온 데이터에 색 정보를 입힌 이미지다. 명왕성의 실제 색깔은 복숭아색임이 밝혀졌다. 오른쪽 위는 위성 카론.(출처:NASA)


-태양계 전 행성 탐사를 매조진 신기록 작성

미 항공우주국(NASA)의 외부 태양계 탐사선 뉴호라이즌스 호가 2015년 7월 14일 명왕성을 최근접 통과하는 데 성공했습니다. 이로써 인류는 태양계 전 행성들을 빠짐없이 탐사한 기록을 세우게 되었습니다. 1957년 10월 구소련의 스푸트니크 1호가 우주로 날아오른 지 60년 만에 성취한 인류의 쾌거입니다.

2006년 1월 19일 미국 플로리다주 케이프커내버럴에서 현존 로켓 중 가장 강력한 발사체인 아틀라스V-551 로켓에 얹혀 발사된 뉴호라이즌스는 꼬박 9년 반을 날아 2015년 7월 14일에 명왕성을 근접통과했으며, 다시 3년 반을 더 날아간 끝에 2019년 1월 1일 태양계 가장자리 카이퍼 벨트의 소행성 울티마 툴레의 근접비행에 성공함으로써 지구로부터 가장 멀리 떨어진 천체를 탐사하는 신기록을 하나 더 추가했습니다. 뉴호라이즌스는 이름에 걸맞게 우주 탐사의 새 지평을 연 것입니다.

그런데 뉴호라이즌스가 발사된 2006년 그해에 명왕성이 행성의 지위를 잃고 왜소행성으로 강등되었다는 것이 좀 아이러니하기도 합니다. 더욱이 명왕성은 미국인 클라이드 톰보가 최초로 발견한 자랑스러운 행성이었습니다.

뉴호라이즌스가 발사될 때의 탈출속도는 초속 16.26km로, 지금까지 인간이 만들어낸 물체 중 가장 빠르게 지구를 탈출한 것으로 기록되었습니다. 뉴호라이즌스는 13개월 만에 목성에 도착했고, 다음해인 2007년 목성의 중력을 이용한 스윙바이를 통해 22.85km/s로 가속함으로써 더욱 빨리 명왕성에 도착할 수 있었습니다.

▲ 뉴호라이즌스가 보내온 울티마 툴레의 고화질 이미지. 색보정을 거친 것이다. 눈사람처럼 생긴 것은 두 천체가 충돌해 결합된 것이다. (출처:NASA)




명왕성을 최근접 통과

2015년 7월 14일, 뉴호라이즌스는 명왕성에 최소 1만 2500km 거리까지 접근하여 플라이바이하고 떠났습니다. 즉, 명왕성을 스쳐지나갔을 뿐 궤도를 돌진 않은 것입니다. 탐사선의 속도가 높아 중력이 작은 명왕성의 궤도에 끼어들 수 없었기 때문입니다. 따라서 근접비행하면서 명왕성에 관한 데이터를 수집하고 사진을 찍어 지구로 전송하는 미션을 수행했습니다.

뉴호라이즌스가 명왕성을 떠나면서 마지막으로 찍어보낸 사진 중 놀라운 이미지를 담은 것들이 NASA에 의해 공개되었는데, 그중에는 빙하와 산악으로 뒤덮인 명왕성의 복잡한 지표와 멀리까지 뻗어 있는 명왕성의 대기를 뚜렷이 보여주는 놀라운 이미지가 포함되어 있습니다. 이 발견은 뉴호라이즌스의 명왕성 미션에서 최대 성과로 꼽힙니다.

이날 공개된 새로운 명왕성 이미지 중 하나는 명왕성 지표의 반을 뒤덮고 있는 하트 모양의 거대한 빙원을 보여줍니다. 비공식적으로 '톰보 지역'으로 알려져 있는 이 빙원은 이미지의 우하쪽에 자리잡고 있는데, 햇빛을 받아 빛나고 있는 모습입니다. 이미지는 뉴호라이즌스가 보내온 데이터에 색 정보를 입힌 것으로, 인간의 눈에 보이는 색에 가장 비슷한 상태입니다. 이로써 명왕성의 실제 색깔은 복숭아 색임이 밝혀졌습니다.

공개된 이미지 중 가장 놀라운 것은 최대 위성인 카론과 명왕성 대기를 뚜렷이 보여주는 사진입니다. 뉴호라이즌스가 명왕성을 근접 통과한 직후 카메라를 되돌려 명왕성을 찍은 이미지로, 태양을 등지고 있어 명왕성의 대기가 안개처럼 보입니다. 미션 팀의 한 행성대기학자는 최초로 찍힌 명왕성의 대기 사진을 보고는 감격에 겨운 나머지 울음을 터뜨리기도 했습니다.

명왕성의 대기는 적어도 지표로부터 160km 높이까지 뻗어 있습니다. 이는 예측값의 거의 5배에 달하는 높이죠. 어쨌든 이번 명왕성 근접비행의 최대 발견으로 꼽히는 명왕성 대기는 앞으로 많은 과학자들에게 연구과제를 안겨줄 것입니다.

뉴호라이즌스에는 1930년 명왕성을 처음 발견한 미국 천문학자 클라이드 톰보의 뼛가루 일부도 실려 있었습니다. 고학생 출신이었던 톰보와 동고동락했던 명왕성을 사후에라도 보여주고 싶은 의리 깊은 후배 과학자들이 톰보의 뼛가루 약간을 캡슐에 담아 탐사선 데크에 붙였던 겁니다.

참고로, 야구선수 유현진이 뛰고 있는 미국 다저스 프로 야구팀의 에이스 클레이튼 커쇼의 외할아버가 바로 톰보입니다. 그래서 커쇼는 어느 TV 프로에 '명왕성의 내 마음의 행성이다'라고 씌어진 티셔츠까지 입고 나왔다고 합니다.

▲ 뉴호라이즌스의 행로(출처:NASA)


역사상 최장거리 천체 플라이바이

명왕성 접근비행을 성공한 뉴호라이즌스에게 연장근무 명령이 떨어졌습니다. 알뜰한 NASA 과학자들은 우주선이 작동하는 한 그냥 놀리는 일은 결코 없습니다. 거액을 들인 만큼 뽑아낼 수 있는 한 최대한 뽑아내려는 거죠.

뉴호라이즌스의 연장 미션은 멀리 카이퍼 벨트에 있는 소행성 탐사로 정해졌습니다. 공식적으로 '2014 MU69'로 불리는 이 천체는 미션팀에 의해 이국적인 자연과 지역에 어울리는 '울티마 툴레'Ultima Thule라는 새로운 애명을 갖게 되었는데, 이는 중세시대의 용어로 ‘알려진 세계를 넘어서’라는 뜻입니다.

MU69는 지름 수십km의 작은 크기로, 명왕성 너머로 16억km, 지구로부터는 무려 64억km 떨어져 있습니다. 이는 지구-태양 간 거리는 1.5억km의 약 43배나 되는 실로 아득히 먼 거리죠.

과학자들은 왜 콩쥐 엄마처럼 뉴호라이즌스에게 이토록 먼 거리의 천체까지 보내 탐사를 시키려는 걸까요? 이 변두리의 소행성들은 46억 년 전 태양계가 형성될 때 원시 태양계의 물질로 이루어진 천체들로서, 말하자면 태양계의 유물인 셈이죠.

이 유물은 46억 년 전의 상태 그대로 완벽하게 보존되어 있습니다. 절대온도 0도에 가까운 우주의 극저온 상태에서 있었던 만큼 변질될 여지가 없기 때문이죠. 우주공간은 어제나 10억 년 전이나 별로 차이날 게 없는 곳입니다. 따라서 뉴호라이즌스가 울티마 툴레를 근접비행하면서 얻을 데이터에는 태양계 형성의 비밀을 풀어줄 실마리가 있을지도 모른다고 과학자들은 생각하기 때문입니다.

2015년 7월 명왕성을 방문한 뉴호라이즌스가 3년 반 동안 16억km(11AU)를 더 날아 울티마 툴레에 도착한 것은 2019년 새해를 알리는 종이 친 직후였습니다. 다른 세계와의 두 번째 랑데부에 나선 뉴호라이즌스는 카이퍼 벨트의 신비로운 소행성 울티마 툴레를 근접비행하는 미션에 성공함으로써 우주 탐사의 새 장을 열었습니다.

뉴호라이즌스의 비행 상황을 지켜보던 NASA 과학자들과 시민들은 탐사선이 울티마에 가장 가까운 곳까지 접근하자 “새로운 지평으로!(Go new horizons!)”를 외치며 축하했습니다.

울티마는 지구로부터 지구-태양 간 거리의 44배인 65억㎞나 떨어져 있어 탐사선이 보내오는 모든 데이터를 받으려면 약 20개월이 걸립니다. 당초 NASA는 울티마 툴레를 눈사람 모양으로 파악했습니다.

두 천체가 충돌로 인해 눈사람 모양으로 붙었으며 이에 큰 것은 울티마, 작은 것은 툴레로 각각 명명했는데, 뉴호라이즌스가 플라이바이 직후 울티마 툴레와 8862㎞의 거리를 두고 순식간에 지나치면서 찍은 영상을 보면 울티마 툴레가 구형보다는 납작한 팬케이크처럼 평평한 모양임이 밝혀졌습니다. 아울러 크기는 35x15km, 폭 15km임을 알아냈습니다.

뉴호라이즌스 프로젝트 책임자인 앨런 스턴 박사는 "울티마 툴레를 촬영한 이미지를 한데 묶어보면 울티마의 경우 구형이 아니라 팬케이크처럼 납작해 보인다"면서 "태양 주위를 도는 천체 중 이런 것을 본 적이 없다"고 설명했으며, 동료 과학자 할 위버 박사는 "이번 결과는 초기 태양계의 행성 생성에 대한 새로운 이론의 동기를 부여할 것"이라고 평가했습니다.  

2019년 2월 현재, 모든 미션을 완수한 뉴호라이즌스는 지구에서 약 67억km(45AU) 정도 떨어진 지점에서 초속 14km로 궁수자리 방향으로 항해하고 있는 중입니다. 이제 어디로 갈까요? 아직까지 몸도 짱짱하고 연료도 많이 남아 있어 NASA에서 카이퍼 벨트의 다른 천체를 탐사하는 연장근무를 시킬 것으로 보입니다. 하지만 결국 동력과 연료가 바닥나면 모든 계기는 작동중단되고 탐사선은 초속 14km의 관성력으로 계속 날아갈 것입니다.



​태양계 변두리를 둘러싸고 있는 오르트 구름을 빠져나가는 데만도 3만 년은 족히 걸릴 겁니다. 그후로는 우리은하 내의 궤도를 영원히 떠돌 것입니다. 뉴호라이즌스가 우주의 어디쯤에서 잠들 것인지는 신 만이 아는 일이겠지요.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 

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