1.12년 대장정에 오른 루시 소행성 탐사기. 2021년 10월 16일 목성의 트로이군 소행성으로 향하는 NASA의 루시 우주선 발사 장면. (출처=NASA TV)
태양계 비밀을 파헤치는 ‘로봇 고고학자’ 루시. 2012년 대장정이 시작됐다!
미국 항공우주국(NASA) 탐사선 루시가 목성 주변의 소행성 2개 군을 탐사하기 위해 16일 오전 5시 34분(한국 시간 오후 6시 34분) 미국 플로리다 케네디우주센터에서 발사됐다.
유나이티드론치얼라이언스(ULA) 아틀라스V 로켓 정상에 위치한 냉장고 크기의 우주선은 토요일 아침 정시에 발사대를 박차고 올라가 케이프커내버럴의 새벽 하늘을 환하게 비췄다.
목성 주변에서 같은 궤도를 도는 트로이군 소행성은 태양계 소행성군 중 마지막 미탐사 영역이며 로봇 고고학자 루시는 이들을 탐사함으로써 초기 태양계 형성의 비밀을 밝히는 데 도움이 될 것으로 기대되고 있다.
이 임무의 이름은 미국 인류학자 도널드 요한슨이 발견한 320만 년 전 인류의 조상 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스 화석의 애칭 루시(Lucy)에서 따온 것으로 탐사선이 초기 태양계의 비밀을 밝혀내기를 바라는 과학자들의 염원을 담았다.
루시는 목성에 도달할 수 있는 충분한 추진력을 얻기 위해 앞으로 6년간 지구를 두 차례 비행하는 등 태양계를 순항한다. 이 우주선은 태양계의 진화 과정을 좀 더 명확히 하기 위해 8개의 소행성을 방문할 예정이다. 이 중 7개는 목성 전후로 궤도를 돌고 있는 트로이군 소행성이고 다른 하나는 소행성대에 위치한 것이다.
2. 목성을 추적하고 이끄는 트로이 소행성 사이에서 루시의 여로도.(출처:Southwest Research Institute)
트로이군 소행성들은 태양계가 형성된 초기 물질이 완벽하게 보존된 우주 타임캡슐로 이를 연구함으로써 태양계의 기원과 거대한 목성이 어떻게 형성됐는지에 대해 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것으로 과학자들은 기대하고 있다. 초기 태양계의 파편으로 알려진 트로이군은 목성과 같은 거리에 있는 중력 균형점인 라그랑주점에 묶여 있다.
루시 사우스웨스트연구소 수석연구원은 트로이군 소행성이 과학적으로 중요한 이유는 이들이 본질적으로 태양계를 형성하고 남은 잔재이기 때문이라고 밝혔다.
지금까지 전 세계 우주기구는 소행성대에서 지구 근접 소행성, 그리고 얼음이 덮인 카이퍼벨트에 이르기까지 다양한 소행성을 탐사해 왔다. 일본의 하야부사 임무와 NASA의 오시리스 렉스와 같은 프로젝트가 그 대표적인 작업이다.
그러나 목성 주변의 두 무리의 트로이군 소행성은 아직 미답의 영역으로 남아 있었다. 100여 년 전 이들 지역에서 지름 수km에서 수백 km의 작은 천체가 1만여 개 발견됐다. 발견 당시 천문학자들은 호메로스의 일리아드에 나오는 영웅들의 이름을 따서 천체 이름을 지었고, 이 지역의 소천체 무리는 트로이군이라는 이름을 얻었다.
카메라, 온도계, 적외선 분광계 등을 탑재한 루시는 7000개 이상의 소행성으로 구성된 트로이 소행성군 중 7개 천체를 1000km 이내의 거리에서 초속 69km의 속도로 지나가며 크기와 색깔, 구성물질, 회전속도, 질량 등을 측정한다.
루시는 우선 2027년 목성 앞쪽 소행성군의 에우리바테스와 그 위성 퀘이터를 시작으로 2028년까지 폴리멜레, 레우크스, 올루스를 차례로 근접 통과한다. 이어 중력을 돕기 위해 방향을 바꿔 지구를 다시 비행한 뒤 2033년 마지막으로 목성 뒤의 트로이 소행성군 폭 100 크기의 쌍둥이 소행성 파트크로스와 메노에티우스를 방문한다. 소행성의 이름은 호메로스의 일리아스에 등장하는 영웅에서 따온 것이다. 12년 동안 루시가 여행하는 거리는 지구-태양 간 거리의 15배가 넘는 64억 km에 이른다.
3. NASA의 루시미션이 방문하는 8개의 소행성에 대한 아티스트의 묘사.(출처 : NASA Goddard / YouTube)
(가 투입돼 12년에 걸친 대장정에 오른 루시는 목성 앞뒤로 짝을 이뤄 태양을 공전하고 있는 트로이 소행성군을 처음으로 탐사하고 사진을 촬영한다.
첫 플라잉 바이는 2022년 10월 열린다. 목성과 같은 궤도를 돌지만 소행성군과 목성의 거리는 3억7400만 km다. 목성을 사이에 둔 두 소행성군 사이의 거리를 합치면 목성태양 거리와 비슷하다.
2025년 루시는 최초 목표인 화성과 목성 사이 소행성대에 있는 소행성(소행성 52246 도널드 요한슨)에 도달한다. 작은 위성에서 큰 쌍성소행성에 이르기까지 7개의 다양한 트로이 소행성을 탐사하는 주요 임무를 수행하기에 앞서 루시는 연습에서 작은 소행성에서 센서를 테스트할 것이다.
태양계 형성에 대한 초기 이론은 원시 행성 물질인 원반이 회전하기 시작했고 그 중심에서 별이 탄생했다고 제안한다. 회전하는 원반이 속도를 높일수록 점차 물질을 응축시켜 단단한 덩어리를 만듦으로써 행성을 형성한다.
그러나 행성 과학자 할리비슨이 이를 시뮬레이션했을 때 일련의 문제에 직면했다. 천왕성과 해왕성의 궤도가 일치하지 않는다는 사실이었다. 현재 궤도로 이 두 개의 거대한 행성을 만드는 것은 불가능했다. 그래서 레비슨은 시뮬레이션을 수정해 니스 태양계 진화 모델이라는 새로운 모델을 개발했다. 이 모델은 태양에 더 가까이 거대한 행성이 형성되어 있음을 시사한다.
원시 목성과 토성의 가늘고 긴 타원 궤도에 의해 태양계는 재배열되고 해왕성과 천왕성은 그 자리에서 쫓겨나 외부 태양계로 내던져졌다. 그들은 바깥쪽으로 이동하여 태양계의 작은 천체 무리가 함께 흩어졌다. 이들 소행성 태양계의 먼 끝으로 밀려났고, 그 중 일부는 태양계 밖으로 뛰쳐나가 성간 공간으로 흩어졌다.
이런 일이 일어나는 동안 흩어진 소행성 일부는 목성의 중력에 사로잡혀 행성과 태양의 중력이 균형을 이루는 라그랑주점 두 곳으로 모였고, 그리고 두 소행성군은 목성 전후에서 궤도를 돌기에 이르렀다. 이 두 무리에 갇힌 소행성은 행성이 만들어진 뒤 남은 잔재로 여겨지고 있다.
트로이군의 소행성들은 좁은 공간 안에서 공존하지만 서로 물리적인 특성은 놀라울 정도로 크게 다르다고 설명하는 레비슨은 이처럼 공간 안에 있는 다양한 천체들은 태양계의 초기 진화에 대해 중요함을 말해 준다고 밝혔다.
과학자들은 소행성의 암석이 무엇으로 이루어져 있는지에 대한 통찰력을 제공할 수 있는 소행성의 표면 색깔을 분석할 것이다. 열측정, 적외선 스펙트럼과 함께 과학자들은 각 소행성의 구성을 정확하게 찾기를 희망하고 있다. NASA는 수십억 년 전 이 물질이 소행성 충돌 덕분에 생명체에 필요한 화학성분을 지구에 뿌렸을 가능성이 있기 때문에 소행성에서 원시 유기물질을 찾는 개념에 특히 관심이 있다.
초기 태양계의 비밀을 캐기 위한 12년에 걸친 대장정에 오른 루시 프로젝트는 저비용 태양계 탐사 프로그램 디스커버리의 13번째 임무로 2014년 시작됐다.(서울신문 게재)
4. 루시의 소행성 탐사상도. 루시는 태양에서 가장 먼 곳을 탐험하기 위해 태양광 전력을 이용한다.(NASA)
메이트북스 지음 이광 식 지음 신국판 280쪽 올컬러
<50, 우주를 알아야 할 시간>
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대한민국 대표 천문학 작가들의 책 ‘우주와 인생 이야기’
쉰 살, 덴메이 천황을 알아야 할 때 프롤로그/어느 날 문득 우주가 나를 찾아온 1강의 세계는 어떻게 시작됐는가.2강 만물의 근원인 수소가 최초로 간 날 3강 우주는 무엇으로 이루어져 있을까.4강 우주는 얼마나 클까.5강 우주는 끝이 있을까? 6강 우주에서 가장 기괴한 존재, 블랙홀 7강을 알 만큼 신기한 태양계 동네 8강의 착한 형제, 지구와 달 이야기에 필로그/우주는 어떤 종말을 맞을까?www.yes24.com/Product/Goods/95729014://www.yes24.com/Product/Goods/95729014