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최근 스티븐 호킹 교수와 페이스북 대표인 마크 주커버그, 러시아의 기업가 유리 밀너는 우주선을 항성으로 보내겠다는 ‘브레이크스루 스타샷(Breakthrough Starshot)’ 계획을 발표했어요. 휴대전화 크기의 초소형 우주선에 돛을 달아 우주 돛단배를 만들고, 지구에서 강력한 레이저를 쏘아 이를 빠른 속도로 날린다는 계획이지요. 이전에도 우주 돛단배가 우주를 여행했던 적이 있어요(오른쪽 사진). 이 돛단배들은 태양빛을 이용해 움직인답니다. 우주 돛단배의 돛은 얇은 플라스틱에 금속이 코팅되어 있는 구조로, 가벼우면서도 빛을 잘 반사시킬 수 있어요. 빛은 ‘광자’라는 입자로 이루어져 있는데, 광자가 돛에 반사되면 돛은 밀려나는 힘을 받아 우주선이 움직일 수 있어요. 이를 ‘태양 복사압’이라고 부르며, 실제로 일본의 우주 탐사선 이카로스는 태양 복사압을 이용해 금성까지 날아가는 데 성공했답니다.

기존 우주 돛단배가 태양빛을 이용한 것과 달리, 브레이크스루 스타샷 계획은 지구에서 쏘는 레이저를 이용해요. 레이저는 강하게 증폭시킨 빛을 한 점으로 집중시킨 거예요. 강한 빛이 좁은 영역에 몰려 있기 때문에 일반 빛보다 훨씬 강력하지요. 브레이크스루 스타샷에 참가한 과학자들은 수십 개의 레이저를 돛에 집중시키면 우주선이 점차 가속되어 나중엔 빛의 5분의 1에 가까운 속도로 이동할 수 있을 거라고 예상하고 있어요. 이건 알파 센타우리까지 20년 만에 갈 수 있다는 뜻이에요. 최근 연구팀은 20년 안에 1000대의 우주 돛단배를 알파 센타우리까지 날리겠다고 밝혔어요. 이 우주선에 초소형 카메라를 달아서 알파 센타우리 항성계에 있는 행성들의 사진을 찍을 계획이랍니다.
 

우주 돛단배가 빠른 속력을 얻기 위해선 우주선의 무게를 줄이는 것이 매우 중요해요. 브레이크스루 스타샷팀이 구상하는 우주선의 무게는 20g을 채 넘지 않지요. 칫솔 1개의 무게도 되지 않는 작은 무게인 거예요. 이렇게 작은 우주선을 만들 때 가장 어려운 것은 무엇일까요? 전문가들은 ‘통신장비’를 꼽고 있어요.

현재 우주선의 통신장비는 대부분 ‘전파’를 이용해요. 그런데 전파는 넓게 퍼지며 약해지는 성질이 있어서 전파를 멀리 보내기 위해선 전파를 모아 줄 커다란 접시 모양의 안테나가 필요하지요. 통신의 거리가 늘어날수록 더 강한 세기의 전파와 더 큰 안테나가 필요하답니다. 그러니 4광년이 넘는 거리에서 사진을 보내려면 어마어마하게 큰 안테나가 필요하겠죠?

그래서 과학자들이 내놓은 아이디어가 ‘레이저 통신’이에요. 레이저는 곧게 멀리 뻗어 나가기 때문에 레이저에 정보를 담아 지구로 보내면 큰 안테나가 없어도 먼 거리까지 정보를 보낼 수 있어 우주선의 크기를 줄일 수 있다는 거예요.

이때 우주 돛단배의 돛은 빛을 반사시키는 성질을 이용해 레이저를 한곳으로 모아 이를 정확히 지구로 보내는 역할을 하지요.

곧게 뻗어나가는 레이저를 자세히 보면 일정한 모양으로 진동하는 모습을 볼 수 있어요. 이 진동 부분 부분의 모양을 바꿔 주면 1과 0으로 이루어진 디지털 신호를 만들 수 있지요. 레이저가 우주를 건너 지구에 도착하면 지구에선 진동의 모양을 분석해 신호를 읽을 수 있는 거랍니다.

한국항공우주연구원 한조영 박사님과 한국전자통신연구원 조진호 박사님은 우주 돛단배와 레이저 통신 기술을 잘 응용하면 정말로 다른 항성계를 탐사하는 것도 가능할 거라고 말했답니다.


# 브레이크스루 스타샷 계획을 통해 정말 알파 센타우리 항성계로 우주선을 보낼 수 있을까요? 무한하게 펼쳐진 우주 공간의 신비와 이를 밝히려는 인간의 새로운 도전을 함께 지켜보도록 해요~!