날아오는 소행성을 처치하라! 9월 26일, 지구방어 첫 실험

• 기자명김형자 과학칼럼니스트 
• 입력 2022.09.08 09:00
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지난해 11월 23일 NASA의 다트 우주선이 스페이스X의 팔콘9 로켓에 실려 우주로 발사되고 있다. 다트는 오는 9월 26일 소행성 디모르포스와 충돌해 궤도를 바꾸는 시도를 한다. photo 뉴시스

 

 

 

오는 9월 26일 오후 7시14분(이하 현지시간), 미국 항공우주국(NASA)의 ‘다트(DART)’ 미션이 본격적으로 진행된다. 우주선 ‘다트(DART)’와 소행성 디모르포스가 충돌해 소행성의 궤도를 바꾸는 작업이다.

작은 소행성이라도 지구와 충돌하면 인류를 비롯한 대부분의 생명체가 멸종될 수 있다. 이를 막기 위해 미국 항공우주국(NASA)은 지난해 11월 23일 우주선 다트를 쏘아 올렸다. 10개월 항해 끝에 목적지에 도착하는 다트는 과연 소행성을 얼마만큼 밀어낼까.

잠재적 지구 위협 소행성 2100개

사실 소행성은 지금도 매일 지구로 떨어지고 있다. NASA에 따르면, 약 500만개의 소행성과 혜성이 매일 지구 주위를 지나가며 충돌한다. 하지만 그 크기가 작아서 지구 대기권에 부딪쳐 대부분 타서 없어져 버린다. 지구에서 약 750만㎞ 이내에 있고, 지름이 150m 이상의 소행성은 ‘잠재적 지구 위협 소행성’으로 분류해 감시한다.

소행성은 화성과 목성 사이 소행성대에 몰려 있지만 태양계 전체에 퍼져 있다. 지금까지 과학자들이 발견한 지구 근접 소행성은 2만6000여개. 지구 근접 소행성은 지구 궤도 근처로 접근해 지구와 충돌할 가능성이 있는 소행성을 말한다. 2만6000여개 중 잠재적 지구 위협 소행성으로 분류된 건 약 2100개 다.

이 가운데 지름 300m 이상의 소행성이 지구와 충돌하면 대륙 하나가 파괴될 수 있다. 또 1㎞의 소행성이 지구에 떨어지면 지구 전체 기후가 바뀔 수 있다. 소행성이 지구에 떨어지면 엄청난 먼지가 발생하는데 이 먼지가 몇 년간 사라지지 않고 햇빛을 차단하면서 기후도 바뀌는 것이다.

NASA의 다트 미션은 미래에 지구를 위협할 수 있는 소행성의 궤도를 변경하려는 인류 최초의 실험이다. 다트는 ‘쌍소행성 궤도 수정 시험(Double Asteroid Redirection Test)’이라는 의미의 영문 약자다.

다트의 목적지는 지구 근접 소행성 디디모스(Didymos)의 위성 디모르포스다. 디디모스는 그리스어로 쌍둥이라는 뜻이다. 지름 163m의 위성 디모르포스를 거느리고 있어서 붙여진 이름이다.

다트 우주선은 소형차 크기(500㎏ 정도)의 작은 우주선이다. 하지만 초속 6.6㎞의 빠른 속도로 소행성에 충돌한다. 그럴 경우 디모르포스의 공전 궤도가 지금보다 안쪽으로 이동하고, 11시간55분 주기이던 공전 시간이 몇 분 단축될 것으로 NASA는 보고 있다.

궤도를 살짝만 움직일 수 있어도 지구를 비켜가기 때문에 충돌을 막을 수 있다. 다트 우주선에 들어간 총 비용은 3억2500만달러(약 4000억원)다.

그런데 NASA는 왜 많은 소행성 중 디모르포스를 목표로 삼았을까. 디모르포스는 지구와 적당한 거리에 위치해 있으면서 크기도 작아 궤도 수정이 비교적 쉽기 때문이다.

또 우주선과 디모르포스가 만약 잘못 충돌하더라도 위성 디모르포스는 디디모스(지름 780m)의 중력에 묶여 있어서 지구와 충돌할 가능성이 없어 안전하다.

특히 디디모스는 태양을 공전할 때 지구 가까운 곳을 지나는데, 우주선 다트와 충돌이 이뤄지는 올 9월 말경에는 지구에서 약 1080만㎞ 떨어진 비교적 가까운 거리를 지나가게 돼 지상 망원경으로도 충돌 결과인 궤도 변화를 관찰할 수 있다는 이점이 있다는 게 NASA의 설명이다.

최근 NASA는 미국 로웰천문대 4.3m 망원경 등을 통해 디디모스의 궤도가 다트 우주선과 완벽하게 정렬되어 있음을 확인했다. 다트와 디모르포스의 충돌 과정은 함께 발사된 이탈리아 우주국의 소형 위성 ‘리시아큐브’가 기록해 지구로 전송한다.

또 지상에서는 NASA가 충돌 1시간쯤 전인 9월 26일 오후 6시부터 자체 TV 채널과 웹사이트, 소셜미디어 계정 등을 통해 이 과정을 생중계할 예정이다.

다트팀 연구진은 리시아큐브의 영상과 지상 망원경으로 관측한 데이터를 분석해 바뀐 소행성 궤도를 계산할 예정이다. 이번 실험은 충돌 전과 후로 나눠 그 변화를 분석해야 하기 때문에 정밀한 데이터가 필요하다.

2024년에는 유럽우주국(ESA)이 탐사선 헤라를 발사해 디모르포스의 정확한 질량과 내부 구조, 궤도 변화, 충돌이 남긴 분화구의 크기와 모양 등을 조사할 계획이다.

 

2182년 ‘베누’ 충돌 막는 것도 가능

만약 다트 실험이 성공하면 NASA는 이 방법을 미래에 지구로 다가올 ‘지구 위협 소행성’에 적용할 계획이다. 특히 NASA는 지구와의 충돌 가능성이 큰 소행성 ‘베누’를 막을 계획이다. 1999년에 발견한 지름 약 490m의 베누는 2182년 확률 2700분의1로 지구와 충돌할 수 있는 것으로 확인됐다.

이에 대비하기 위해 NASA는 궤도를 바꿀 우주선 ‘해머’를 준비하고 있다. 이와 함께 지구 주변 4800만㎞ 이내의 미확인 소형 소행성을 3분의2까지 감시할 수 있는 우주망원경 ‘니오 서베이어’를 제작해 2026년 발사하려고 계획하고 있다.

‘베누’처럼 미리 궤도를 알고 있는 소행성은 이렇게 우주선을 발사해 궤도를 수정하면 된다. 과학자들은 여러 인공위성을 소행성 가까이 출동시켜 중력으로 소행성을 잡아당겨 궤도를 수정하는 방법 등도 연구하고 있다.

반면 아직 발견되지 않은 소행성이 갑자기 나타나 충돌이 임박하면 어떻게 해야 할까. NASA에 따르면 지구에 근접한 큰 소행성(1.6㎞ 이상) 상당수는 위치를 파악하고 있지만, 작은 소행성(지름 10~140m)은 40% 정도만 파악하고 있다.

따라서 우리가 모르는 사이 작은 소행성들이 지구 가까이 다가올 수도 있는 것이다. 이럴 경우 마지막 수단은 지구에서 핵폭탄을 발사해 소행성을 파괴하는 것이라고 NASA는 설명한다.

1998년 개봉한 재난영화 ‘아마겟돈’에서 보여준 방법은 핵폭탄을 사용해 소행성을 산산이 부숴 지구가 받을 충격을 줄이는 것이다. 현실에서도 지구로 돌진하는 거대한 소행성에 핵폭탄을 설치해 폭파시키는 방법을 미국 존스홉킨스대 패트릭 킹 박사팀이 제시했다.

슈퍼컴퓨터로 지구에서 1메가톤급 핵폭탄을 발사해 지름 100m의 소행성에 터뜨리는 가상 실험을 했더니, 소행성이 산산조각 나면서 지구를 99.9% 비켜간다는 결과가 나왔다. 핵폭탄으로 소행성 충돌을 막을 수 있다는 것이 증명된 셈이다.

하지만 이렇게 핵무기를 터뜨려 소행성을 폭파하면 지구 대기권에 작은 방사성 파편들이 쏟아질 가능성도 있어 더 좋은 방법을 찾고 있다.

NASA는 9월 26일 다트 우주선이 단 몇 센티미터라도 궤도를 움직여 지구를 방어하기 위한 기술이 확보되길 기대하고 있다. 이를 통해 소행성의 궤도 수정을 완벽하게 해낼 수 있게 된다면 지구 주변의 소행성 궤도를 인간의 의도에 맞춰 수정하는 일도 가능해질 수 있다는 게 NASA의 생각이다.