적외선으로 본 우리 은하. 군데군데 보이는 흰색 구름 모양은 성운으로 새로운 별이 대량으로 탄생하고 있다. (사진 출처=NASA)
공상과학 영화 '인터스텔라'가 흥행 돌풍을 일으키고 있다. 작품 자체의 완성도도 높지만, 최근 세기의 우주쇼로 불리는 유럽 탐사로봇의 혜성 착륙으로 우주에 대한 일반인들의 호기심이 부쩍 높아진 것도 흥행에 도움을 준 것으로 보인다.
우주 탐사의 최선봉에 있는 NASA(미항공우주국)는 우주에 대한 일반인의 높은 관심을 반영, 홈페이지에 현재 진행되고 있는 우주 탐사, 연구에 대해 자세히 소개했다.
영화 제목인 ‘인터스텔라(Interstellar)’는 ‘별과 별 사이’를 의미하는 ‘항성 간의’, ‘성간’이란 의미다. 영화의 줄거리는 미래에 지구온난화로 인간이 더 이상 지구에서 살 수 없게 되자 지구를 대체할 새로운 행성을 찾아 다른 태양계로 떠나는 내용이다.
실제, NASA의 다양한 탐사장비들은 온난화로 인한 지구의 황폐화를 막기 위해 지금도 각종 데이터를 수집하며 대책을 강구하고 있다. 또한 NASA는 다른 태양계를 포함해 먼 우주를 관측, 연구하고 있지만 영화에서처럼 지구를 대체할 새로운 행성을 찾기 위한 것은 아니다.
◈ 우리 눈에 보이는 우주, 호기심의 시작NASA가 우주를 연구하는 데는 여러 목적들이 있지만 가장 기본적인 동기는 호기심이다. 인간의 원초적 본능 가운데 하나인 지적 호기심은 과학이 발달하고, 지식이 축적될수록 지구를 벗어나 태양계로 또 태양계 너머 광활한 우주로 무한히 확장되고 있다.
하늘에 보이는 수많은 별 가운데 사람이 살 수 있는 또 다른 행성이 있는지에 대한 의문도 이런 호기심 가운데 하나였고, 이제 그 해답을 찾을 날이 머지않았다.
맑은 날 운이 좋으면 어두운 밤하늘에서 맨눈으로 2천개 정도의 별을 볼 수 있다. 그러나 이는 우리 은하에 있는 수십억개의 별 가운데 극히 일부에 불과하다. 그리고 우주에는 우리 은하와 같은 은하들이 수없이 많다.
망원경과 인공위성 등의 관찰 장비들이 눈부시게 발달하면서 이제 인간은 백억광년 이상 떨어진 태초의 멀고 먼 별빛도 관찰하고 있고, 지금 이 순간에도 NASA는 수많은 첨단 관측 장비들을 이용해 우주를 탐구하고 있다.
허블과 같이 가시광선을 이용하는 망원경은 우주에 퍼져 있는 태초의 빛을 볼 수 있게 함으로써 우주팽창과 같은 획기적인 발견들을 이루게 해준다.
스피츠(Spitzer), 소피아(SOFIA), 와이즈(WISE) 등의 적외선 망원경은 우주 먼지를 관찰함으로써 가스가 응집해 새로운 별이 탄생하는 장면을 볼 수 있게 해준다.
찬드라(Chandra), 페르미(Fermi), 누스타(NuSTAR)와 같은 관측 장비들은 죽음을 맞은 별의 임종 과정을 관찰할 수 있다. 거대한 크기의 별들이 초신성(매우 어두웠던 항성이 갑자기 큰 폭발을 일으키며 며칠 사이에 밝기가 1백만배나 커지는 현상)이 되면서 엄청난 양의 에너지를 방출한 후 블랙홀이 되는 과정이다.
우리 태양계 밖에 얼마나 많은 행성들이 존재하는지 확실히 알 게 된 것은 불과 몇 년 전의 일이다. 지구로부터 약 1억km 떨어진 곳에서 케플러 우주 망원경은 우주의 한 작은 지점을 향해 초점을 맞추고 4년간 계속 관찰했다.
그때 케플러가 주시하던 방향의 어떤 별에서 행성이 공전하는 모습이 포착됐다. 이 별을 공전하는 몇 개의 행성들이 별의 앞부분을 지나자 일식과 같은 현상으로 별의 밝기에 차이가 발생했고 이를 케플러 망원경이 감지한 것이다. 케플러는 원래 태양계 밖의 행성을 찾기 위해 고안된 것이다. 이 발견으로 모든 별은 적어도 한 개 이상의 행성을 갖고 있다는 사실을 알게 됐다.
우리 은하에만 수많은 태양계가 존재하고, 이런 은하계가 우주에는 무수히 흩어져 있다. NASA는 아직 지구와 꼭 닮은 행성을 찾아내지는 못했지만 케플러의 발견은 우주에 지구와 매우 유사한 행성들이 수없이 많다는 것을 암시하고, 다음 세대에서는 이를 탐사할 수 있을 것으로 보고 있다.
◈ NASA의 우주 탐사선 개발... 새로운 생명체를 찾기 위한 노력현재 NASA는 차세대 외계행성 탐사선을 개발하고 있다. 이동식 외계행성 탐사 위성(TESS; Transiting Exoplanet Survey Satellite)으로 명명된 이 탐사선은 지구 주변의 20여만개의 별을 상대로 지구 크기의 행성이 존재하는지 관찰할 예정이다.
별과 별 사이의 거리가 너무 멀기 때문에 현재 기술 수준으로는 우주선이 여행하는 것은 불가능하다.
NASA가 지난 1977년 발사한 보이저1호는 항성(별) 사이의 우주공간에 진입한 최초의 우주선이다. 지난 2012년 8월 보이저가 진입한 항성 간 우주공간에는 수백만년 전 근처에 있던 별들이 죽으면서 방출한 물질들로 가득 차있다.
흥미롭게도 보이저는 앞으로 최소 4만년간 다른 별을 만날 가능성이 없다. 즉 인접한 다른 항성이 보이저로 4만년간 가야 도달할 수 있을 만큼 멀리 있다는 의미다.
머지않아 사람과 로봇을 태운 우주선이 보이저가 여행한 경로를 따라 태양계 깊숙한 곳으로 탐험하게 될 것이고, 물론 이곳에는 지구 밖 외계 생명체가 존재할 수도 있고, 앞으로 인간이 거주할 수도 있는 것이다.
생명체는 물과 적절한 기온을 필요로 한다. 물이 풍부한 지구에서는 지극히 극단적인 기온에서도 생명체가 살아가고 있다. 과학자들은 이와 유사한 조건을 가진 태양계의 다른 행성과 위성에서도 미생물이 존재하는지 알고 싶어 한다.
일례로, 목성의 위성인 유로파에는 화산 활동을 하는 핵과 얼음 표면사이에 온화한 바다가 존재한다. 지구의 바다 가운데 어둡고 뜨거운 곳에서도 생명체가 존재하는 것처럼 유로파에서 생명체가 살아갈 가능성은 얼마든지 있다. NASA는 향후 10년 내 유로파에 탐사선을 보내는 방안을 연구하고 있다.
목성과 유로파 (이미지=matus1976.com)
많은 과학자들은 지구에 처음부터 바다가 있었을 것이라는데 의문을 제기한다. 태양계 초기 혜성과 소행성들이 지구와 충돌하면서 물을 가져왔고, 지구의 대기도 변화시켰을 것이란 가설이 힘을 얻고 있다. 최근 혜성에 착륙한 탐사로봇이 토양샘플을 채취해 분석해 보면 생명체를 이루는 단위를 발견해 생명의 기원에 대한 새로운 통찰로 이어질 수도 있다.
그러나, 생명체의 증거를 찾는데 있어 가장 매력적인 곳은 역시 화성이다. 현재 화성에는 여러 개의 탐사로봇과 위성들이 탐사활동을 벌이고 있고, 그 결과 화성에서 한때 생명체가 살기에 적합한 환경이 존재했었다는 사실을 발견했다. 지금은 물과 과거의 대기가 사라졌지만 오랜 옛날에 생명체가 존재한 흔적이 발견될 수도 있다. 또한 미래에 지구의 개척자들이 생활터전이 될 수도 있다.
화성의 바위 속 얼음과 같은 자연자원을 이용하면 사람이 호흡할 수 있는 공기와 마실 물, 우주선에 필요한 부품을 만들 수 있다. 화성에서 살 수 있는 능력의 확보는 화성에 대한 다양한 탐사를 가능하게 하고, 궁극적으로는 인류 역사를 완전히 바꿀 수도 있다.
우주인이 화성에 가려면 태양플레어나 코로나질량분출과 같은 태양에서 나오는 방사선으로부터 보호가 필요하다. NASA는 태양을 상대로 진행하는 18개의 관측임무를 통해 우주환경에서의 조건들을 파악하고 태양 분출의 원인과 효과에 대한 지식을 넓혀왔다. 따라서 보다 발전된 예측 시스템을 통해 미리 우주인과 우주선이 보호 장치를 작동하도록 만들 수 있다.
화성 여행을 위한 준비는 지구궤도를 돌고 있는 ISS(국제우주정거)에서 진행되고 있다. 우주인들은 ISS에서 생활하면서 오랜 기간 우주에서 살아가는 방법과 500일 이상 걸리는 화성 왕복여행에 필요한 지식을 습득하고 있다.
NASA는 12월 차세대 우주선 오리온의 첫 번째 시험 비행을 실시한다. 거대한 SLS(우주발사시스템)로켓에 탑재돼 우주로 발사되는 오리온은 향후 10년 내 우주인을 태우고 소행성과 화성을 탐사하는 것을 목표로 하고 있다.
또, 가까운 미래에 태양계에 대한 많은 탐사들이 진행된다. 2015년 뉴 호라이즌스는 명왕성 근처를 비행하며 이 얼음 천체를 처음으로 근접 탐사할 예정이다.
2016년에는 인사이트 우주선을 화성과 소행성에 보내 토양 샘플을 가져온다. 2018년에는 허블우주망원경의 계승자격인 제임스 웹 우주망원경이 활동을 시작해 태초 최초의 별에서 나오는 빛을 관찰하게 된다.
2019년에는 로봇 우주선을 발사해 소행성을 붙잡아 궤도 이동을 시도한다. 2020년에는 새로운 탐사 로봇을 화성에 보내 큐리오시티에 이어 생명체 흔적을 찾고, 동시에 인류의 직접 탐사를 준비한다. 2021년에는 발사체 SLS 로켓과 결합된 오리온 우주선에 처음으로 우주인이 탐승해 임무를 수행한다.
2020년대 중반에는 우주인이 달 주위를 공전하도록 궤도를 수정한 소행성을 탐험해 태양계와 지구 생명의 기원을 밝혀 줄 토양 샘플을 가져온다. 이런 과정을 통해 인류는 태양계 더 멀리까지 여행이 가능하게 된다.
그러나 영화 인터스텔라처럼 또 다른 태양계로 떠나는 항성간 여행은 아직은 공상과학에서나 존재하는 멀고 먼 이야기일 뿐이다.