[아하! 우주] 화성 탐사 로버 퍼서비어런스에 실린 구멍 뚫린 공의 정체는?

내년 2월 18일 화성에 착륙할 미 항공우주국(NASA)의 퍼서비이런스(Perseverance) 로버는 '바퀴 위의 연구실'이라고 불릴 정도로 다양한 탐사 장비가 탑재되어 있다. 화성에 대형 로버를 발사하는 일은 NASA에서 일하는 과학자들에게도 흔치 않은 기회이기 때문에 무게 1025㎏의 로버에 여유 공간이 없을 정도로 많은 탐사 장비를 올려놓은 것이다. 여러 개의 구멍이 뚫린 작은 공 같은 장치인 레이저 역반사 어레이(Laser Retroreflector Array, 이하 LaRA) 역시 그중 하나다. (사진)

레이저 역반사 어레이는 쉽게 말해 레이저를 반사하는 거울로 주로 거리 측정에 사용된다. 역사적으로 가장 유명한 사례는 아폴로 프로그램 시절 우주 비행사가 달 표면에 설치한 LR3(Laser Ranging Retro-Reflector)로 지구와 달 사이의 거리를 매우 정밀하게 측정할 수 있다. 빛의 속도는 일정하기 때문에 지구에서 발사한 레이저가 달에 설치한 반사경에 반사되어 지구에 도착한 시간을 측정하면 역으로 거리를 측정할 수 있기 때문이다. 과학자들은 레이저 반사경을 통해 달이 지구에서 매년 3.8㎝씩 멀어지고 있다는 사실을 확인했다.

그런데 화성의 경우 지구에서 너무 멀기 때문에 이런 방법으로 거리를 정밀하게 측정하기가 거의 불가능하다. 지구에서 레이저를 발사해 화성에 있는 작은 반사경에 명중시키기도 어렵지만, 설령 명중해서 반사되어 온다 해도 먼 거리를 이동하는 동안 레이저가 넓게 퍼져 검출이 거의 불가능하기 때문이다. 따라서 LaRA의 목적은 다른 곳에 있다.

NASA의 목적은 화성 표면 세 곳에 레이저 반사경을 설치한 후 화성 위성 궤도를 도는 탐사선까지의 거리를 정밀하게 측정하는 것이다. 퍼서비어런스 로버보다 먼저 화성에 착륙한 인사이트(InSight) 탐사선에는 LaRA와 거의 비슷한 레이저 반사경인 LaRRI(Laser Retroreflector for InSight)가 설치되어 있으며 2022년 화성 착륙 예정인 유럽우주국(ESA)의 엑소마스 로버에도 비슷한 레이저 반사경이 설치되어 있다. 두 화성 로버가 무사히 착륙하면 화성 표면에 세 개의 레이저 반사경이 설치되는 것이다.

과학자들은 화성 궤도를 도는 탐사선과 화성 표면에 있는 세 개의 레이저 반사경을 이용하면 화성 표면의 3차원 구조를 정밀하게 측정할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 달에 설치된 레이저 반사경과 달리 평면이 아닌 동그란 형태인 이유도 여러 각도에서 레이저를 받아 3차원 위치 데이터를 얻기 위해서다. 특히 두 대의 로버는 계속해서 이동하기 때문에 여러 지점에서 거리 측정이 가능하다. 과학자들은 이를 통해 화성 표면 지형에 대해서 더 정확한 데이터를 얻을 뿐 아니라 여러 가지 창의적인 연구가 가능할 것으로 기대하고 있다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com