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[아하! 우주] 우주선이 가스행성인 목성을 관통해 날 수 있을까?

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▲ 목성의 대적점 상공을 나는 주노 탐사선 상상도

미 항공우주국(NASA)은 지금까지 총 3대의 우주선을 가스 행성으로 떨어뜨렸다. 그중 갈릴레오와 카시니는 임무가 막바지에 이르렀을 때 각각 목성과 토성의 대기로 뛰어들어 최후를 맞았다. 이중 갈릴레오 탐사선는 목성 대기권에 진입한 지 1시간 만인 150㎞ 깊이에서 NASA와의 연락이 끊겼다. 과학자들은 목성의 높은 압력과 온도에 의해 탐사선이 파괴되기 전까지 얼마나 깊이 진입했는지 확신하지 못하고 있다.

과연 우리는 목성이나 토성과 같은 거대 가스 행성에 우주선을 더 깊이 진입시킬 수 있을까? 이 거대한 행성에는 우주선이 충돌할 단단한 표면이 없다는 점을 감안한다면, 우주선이 과연 가스 행성을 통과할 수 있을까 하는 흥미로운 질문을 떠올리게 된다.

영국 레스터 대학의 행성과학 부교수인 레이 플레처에 따르면 짧은 대답은 '아니오'이다. 우주선은 가스 행성을 관통하는 여행에서 살아남을 수가 없다. 플레처 교수는 ‘라이브 사이언스’와의 인터뷰에서 “거대한 가스 행성을 통과하려는 시도에 있어서 문제는 가스의 밀도, 압력, 온도가 모두 엄청난 수준으로 증가한다는 것”이라고 말했다. 그는 "목성의 중심 근처에서 일반적으로 기체 상태인 수소가 액체 금속이 되어 이 지역을 태양의 표면처럼 이국적인 풍경으로 만든다"고 설명한다.

목성 중심 부근의 압력을 실감하려면 지구 바다에서 가장 깊은 곳인 마리아나 해구로 들어가보면 된다. 수심 11㎞에서의 압력은 1000바(10만 킬로파스칼)가 조금 넘는데, 이는 제곱미터당 703㎏의 압력에 해당한다. 해수면에서는 약 1바(100킬로파스칼)의 압력이다. 플레처 교수는 목성 중심 근처에서 압력이 메가바 또는 100만 바까지 치솟는다고 설명한다. 그 엄청난 압력에 더해 온도도 섭씨 수만 도까지 올라간다. 그 같은 환경에서는 어떤 우주선이라도 원자 단위로 완전 분해되고 만다.

▲ 지난해 탐사선 주노가 목성을 근접비행하며 촬영한 영상. 출처=NASA

다음은 우주선이 목성 중심으로 가는 여정에서 만날 수 있는 가상의 상황들이다.

이상적인 목성 관통 탐사선은 가능한 한 아래로 떨어질 수 있도록 공기역학을 고려해 총알 모양이어야 한다고 플레처 교수는 강조한다. 우주선이 하강을 시작하면 희미한 암모니아 구름을 만나게 되며, 지구 대기에서 발생하는 것과 같은 빛 산란 현상으로 인해 잠재적으로 푸른 하늘을 통과할 것이다. 플레처 교수의 설명에 따르면, 그후 우주선은 황화암모늄의 '거칠고 적갈색을 띤' 구름을 통과한 후 약 80㎞ 깊이에 도달할 것이며, 우뚝 솟은 적란운이 있는 지역으로 접어들게 되는데, 거기에는 아마 거대한 번개 폭풍으로 인해 대낮처럼 밝을 것이다.

거기서 더욱 깊이 진입하여 7000~1만4000㎞ 사이에 이르면 우주선이 고온의 대기를 만나는데, 온도가 너무 높은 나머지 대기 자체가 빛날 것이다. 이곳은 온도가 섭씨 수만 도까지 올라가고 압력이 메가바까지 상승한다. 그리하여 우주선이 마침내 분해되기 시작한다. 목성 내부의 신비한 이 지역에서 수소와 헬륨은 액체가 된다.

2011년 발사된 주노 탐사선 임무에서 과학자들은 목성이 단단한 핵이 아니라, 질소, 탄소, 심지어 철을 포함한 물질의 확산 핵을 가지고 있다는 것을 알아냈다. 이 '흐릿하고 혼합된' 핵심에 도달할 때쯤이면 “당신은 더 이상 존재하지 않는다”라고 플레처 교수는 덧붙였다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 

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