d라이브러리

80년대 태양계탐사는 행성에 관한 새로운 정보수집에 주력한 반면 90년대는 21세기에 예정된 인간의 행성 방문을 위한 기초작업에 중점을 둘 것이다.

아폴로(Apollo)우주선에 의한 달탐험의 시대였던 60년대, 그리고 바이킹(Viking)의 화성탐험과 파이어니어(Pioneer)의 목성과 토성 탐사로 대표되던 70년대에 이어 80년대에도 태양계 탐사는 계속됐다.

81년에는 우주왕복선 콜럼비아(Columbia)호의 성공적인 발사로 태양계 탐사에 있어 밝은 미래를 약속받게 됐다. 앞으로는 지상에서 천체 탐사 우주선을 직접 쏘지 않고, 이를 우주왕복선에 실어 지구 주위궤도에 먼저 올려 놓은 뒤에 그곳에서 발사할 수 있게 된 것이다. 이렇게 함으로써 비용을 크게 절감함은 물론 탐사선의 중량과 기능을 더 놓일 수 있게 됐다.

보이저의 활약과 핼리탐사

80년대의 태양계 탐사는 보이저(Voyager) 2호의 토성 천왕성 해왕성탐사. 베가(Vega)와 지오토(Giotto)의 핼리(Halley)혜성탐사, 그리고 베네라(Venera)의 금성탐사 등으로 대표될 수 있다(표1).

80년대는 태양계 탐사에 있어 모험의 시대였다. 처음으로 여러 천체를 우주선이 방문해 그 신비스러운 모습을 우리에게 또렷이 드러나게 했던 시대였다. 특히 1986년 3월에는 세기적인 혜성 핼리가 지구에 접근함에 따라 인류 사상 최초로 혜성의 핵을 직접 탐사할 수 있는 기회를 가진바 있다. 이 계획을 위해서 여러나라가 많은 비용을 들여 이에 걸맞는 훌륭한 결과를 얻을 수 있었다. 핼리의 탐사 자료는 앞으로 태양계 생성의 수수께끼를 푸는 열쇠의 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

80년대 행성탐사에 있어 신기원을 이룩한 우주선은 보이저2호다. 원래 보이저는 1호와 2호의 쌍둥이 우주선으로, 태양계 외곽에 위치한 거대한 행성들, 즉 목성 토성 천황성 해왕성의 탐사를 목적으로 1977년에 발사된 것들이다.
 

베일 벗은 목성형 행성들

목성과 비슷하다 해서 목성형 행성이라 불리는 이 행성들은 질랑이 지구의 14배에서 3백18배에 이르는 거대한 것들로서 구성 물질이 지구와는 달리 주로 수소와 헬륨이다. 이들은 질량이 매우 크고 또 태양에서의 거리가 7억8천~45억km나 되기 때문에 태양의 영향을 별로 받지 않는다. 그래서 그들은 태어날 당시 즉 50여억년전 태양계 생성시기의 상태와 물질을 그대로 보존하고 있는 것으로 믿어진다. 과학자들은 어느 다른 행성보다도 이들에 관한 과학적 자료 획득에 고심해 왔다. 또 이 행성들은 50여개의 크고 작은 위성을 거느리고 있어 그들로부터 태양계의 진화를 밝힐 수 있게 되기를 바랐다.

그러나 이 천체들은 지구에서 워낙 멀기 때문에 지상의 망원경으로는 상세한 관측이 불가능해 천문학자들은 우주선에 의한 근접탐사를 고대해 왔다. 보이저 우주선은 지름 3.66m의 안테나와 작은 몸체속에 분사장치와 각종의 과학 측정장치를 갖춘 질량 8백50kg의 우주선이다. 보이저의 탐사장치는 10종으로 그 중에는 두대의 TV카메라, 적외선과 자외선측정기, 자기측정기, 사진편광기, 입자탐지기, 전파탐지기 등이 있다.

보이저2호는 1호보다 보름 먼저인 1977년 8월20일 발사됐으며 1호를 앞질러 목성에는 79년 2월에, 토성에는 81년 8월에, 천왕성에는 86년 1월에, 그리고 해왕성에는 89년 8월에 각각 근접해 탐사 작업을 성공적으로 수행했다. 보이저는 그후 태양계를 벗어나 항진을 계속하고 있다.

보이저는 목성의 대기가 수없이 많은 태풍과 같은 소용돌이와 여러 색의 띠(belt)로 이루어져 있음을 알아냈고, 목성의 극지방에서는 지구에서와 같이 아름다운 극광(極光)인 오로라(aurora) 현상도 관측했다. 또한 목성에도 토성과 같이 작은 고체물질로 이루어진 가는 고리(ring)가 있음을 발견했다.

토성에 접근해서는, 토성의 대기가 목성과 같은 복잡한 소용돌이로 덮여있고 그들중에는 지름이 1만2천km로 지구를 삼킬수 있을 만큼 큰것들도 있으며 초속 1천3백m의 폭풍이 불고 있음도 발견했다. 소용돌이를 이루는 갈색의 구름덩이는 토성 표면 위에서 서로 반대 방향으로 진행하는 제트(jet)기류 속에 갇혀 시계방향으로 회전하고 있었다.

토성의 고리는 단순한 큰 가락지 모양을 하고 있는 것이 아니고 1천개 이상의 가늘고 작은 고리들이 마치 레코드판 같이 동심원(同心圓)을 이루고 있으며 가운데 부분에 있는 B고리에는 바퀴살(spoke)의 구조도 있음이 밝혀졌다. 고리는 토성에서 수만km까지 뻗쳐있으나 두께는 불과 2~3km밖에 되지 않아 토성은 마치 주위에 종이와 같이 얇은 고리를 두르고 있는 것과 같은 모습으로 관측됐다.

고리의 구성물질은 얼음으로 둘러싸인 돌성분의 덩어리였고 크기는 먼지 정도로 작은 것에서부터 집더미만큼 큰 것까지 다양했다.

천왕성에서도 보이저는 초속이 3백~4백m의 거대한 폭풍의 눈과, 대기 아래쪽의 암모니아 구름을 관측했다. 또한 자기축(磁氣軸)이 자전축과 60도 기울어져 있음도 발견했다. 1977년 지상의 망원경으로 발견한 천왕성의 고리가 가는 고리 10개로 구성돼 있음을 확인했다.

흑띠의 대폭풍권도 발견

녹색과 푸른색의 진주로 불리는 해왕성도 다른 목성형 행성과 같이 두개의 고리를 가지고 있는데, 이 고리는 결빙된 메탄 조각들로 이루어져 있으며 해왕성 적도 상공 2만7천km와 4천8백30km에 각각 머물러 있었다.

해왕성의 북쪽에서는 시속 6백40km에 폭이 4천3백45km인 지구상의 제트기류 같은 기류대, 그리고 남쪽에서는 1만3천~6만6천km의 거대한 흑띠의 대폭풍권도 발견됐다. 이들 기류를 움직이는 에너지원이 분명히 해왕성 내부에 있으리라고 짐작된다. 보이저는 또 북극의 오로라와 흰색으로 나타난 대기의 이동 등을 발견했다.

보이저는 여러 위성의 탐사 작업도 수행했다. 목성에서는 3개의 위성을 새로 발견했다. 이오(Io)에서는 화산이 폭발해 불꽃과 용암을 내뿜는 현상을 관측함으로써 지구이외의 천체에서도 화산 작용이 일어남을 확인했다. 이오의 표면은 나트륨과 유황으로 덮여있었다.

지구의 달과 크기가 비슷한 에우로파(Europa)는 규산염 지각에 얼음이 1백km두께로 덮여 있었으며 이 얼음층이 균열을 일으키고 그 틈으로 내부에서 검은 물질이 흘러 나와 검은선이 복잡하게 엉켜있음이 발견됐다.

태양계 위성중에서 가장 큰 가니메데(Ganymede)에서는 지질작용의 흔적과 최근에 형성된 크레이터(crater) 또는 운석구덩이들을 관측했다. 이 위성은 주로 얼음과 바위로 구성되어 있었다. 칼리스토(callisto)의 얼음 표면은 수없이 많은 크레이터로 덮여 있음도 알아냈다.

가장 많은 위성 거느린 토성

보이저는 토성에서도 3개의 위성을 새로 발견해 위성수를 21개호 늘려 놓았다. 수성 크기만한 위성인 타이탄(Titan)의 대기는 주로 질소로 이루어져 있으며(82%) 약간의 메탄 프로판 에틸렌 에탄 아세틸렌 등의 분자가 발견돼 마치 30억년전의 지구 환경을 보는 느낌을 주었다. 이 위성에서는 온도가 낮기 때문에 질소와 메탄의 비가 내릴 것으로 짐작된다.

보이저탐사 이전까지 알려져 있던 10개의 위성중 가장 안쪽의 미마스(Mimas) 위성에서는 사람의 눈과 같은 분화구가 발견됐으며, 두번째의 엔셀라더스(Enceladus)는 분화구와 계곡 및 평원이 있었고 일부는 빙판으로 덮여 있었다. 빙판 지하에는 물이 존재할 것으로 일부 학자들은 추측한다.

세번째의 테디스(Tethys) 위성에는 가운데 부분에 이상하게도 날카롭게 금이 가 있었다. 이는 아마도 반대쪽에 큰 운석이 떨어져서 충격으로 생긴 틈일 것이라 풀이되고 있다. 이 위성은 또한 직경 4백km의 거대한 분화구도 가지고 있다.

하이페리온(Hyperion) 위성은 길이가 4백km 폭이 2백40km의 찌그러진 모습이었고, 가장 바깥쪽의 이아페터스(Iapetus) 위성은 북극 가까이 중앙에 봉우리가 우뚝솟은 큰 분화구가 어두운 그림자 속에 숨어 있었다. 그러나 이 위성은 다른 것들보다 5~6배나 더 밝게 보였다.

보이저는 천왕성에서 10개 그리고 해왕성에서도 6개의 위성을 더 발견해 태양계의 위성 수를 모두 65개로 늘려놓았다.

모습과 색깔이 처음 알려진 해왕성의 위성 트라이튼(Triton)은 분홍빛을 띠고 있으며, 두꺼운 메탄얼음층으로 뒤덮여 있는 것으로 추측되고 있다. 트라이튼에서는 검은 구름이 발견됐는데 이는 화산에서 분출된 가스가 마치 연기기둥과 같이 8km 정도 솟아오른 후 질소와 메탄의 강한 바람에 밀려 서쪽으로 이동한 것으로 믿어지고 있다. 트라이튼의 크기는 달의 3분의1이고 자전 주기는 6일인 것으로 밝혀졌다.

핼리가 간직한 태양계의 원형

76년의 주기로 지구에 접근하는 핼리(Halley)혜성이 1986년초 29번째 지구를 찾아왔다. 이 모처럼의 기회를 놓칠세라 선진 여러나라에서는 앞다투어 탐사선을 보내 핼리와 랑데뷰시켰다. 혜성은 태양계 외곽에 떠돌던 물질의 덩어리가 태양의 인력에 끌려 태양을 한바퀴 돌아서 다시 먼 곳으로 사라지는 것으로 주기적인 것과 비주기적인 것이 있다. 혜성 물질은 50여억년전 태양계를 형성한 물질과 같은 것으로서 그동안 원형이 잘 보존된 것으로 믿어짐에 따라 많은 학자들의 관심을 끌었다.

유럽 14개국의 연합체인 유럽우주국(European Space Agency, ESA)은 지오토(Giotto)를, 일본은 스이세이(Suisei)와 사키가케(Sakigake)를 소련은 베가(Vega)1호와 2호 우주선을 핼리와 랑데뷰시켰다. 이중에서도 지오토는 핼리의 핵에 초속 68.4km의 속도로 8백km 이내까지 근접 통과하면서 핵을 상세히 관측하고, 핵주위의 가스로 이루어진 코마(Coma)의 형성과정을 어느 정도 상세히 밝혀냈다.

핼리의 핵은 감자와 같은 모양으로 가로 약15km, 세로 약10km의 크기이고 매52시간을 주기로 자전하고 있었다. 특히 신기한 것은 핵이 태양계내의 어떤 천체보다도 색깔이 어두워서 마치 흑연이나 석탄과 같았다는 점이다. 구성 물질은 90%가 탄소이고 10%가 규산염로 돼있었다. 핵표면의 10%쯤 되는 면적에서는 먼지(20%)와 수증기(80%)의 가스가 뿜어져 나오는 현상을 관측했다.

소련의 베가(Vega)와 베네라(Venera) 우주선은 금성 주위를 돌면서 금성표면의 지도를 작성했고, 대기중에 측정기기를 기구에 실어 내려 보내 대기성분과 온도, 압력 분포를 조사했다. 그러나 이 탐사 결과는 아직 상세히 발표되지 않고 있다.

90년대의 주역, 갈릴레오

80년대의 태양계 탐사는 우리에게 많은 새로운 지식을 제공했지만 그에 못지않게 수없이 많은 새로운 의문을 낳게 했다. 결국 이러한 의문을 풀기 위해서 인간의 탐사 작업은 90년대로 이어지게 마련이다.

이미 발사된 마젤란(Magellan)은 금성을, 또 갈릴레오(Galileo)는 목성을 다시 방문할 것이며, 카시니(Cassini)는 토성을 탐사하게 된다. 그리고 소행성과 화성에도 몇개의 우주선을 보내서 탐사를 계속할 것이다(표2).

이전의 탐사선에 비해서 훨씬 더 개선된 눈을 가진 90년대의 탐사선들은 행성과 위성의 대기와 표면을 분석하고 화성의 토양 샘플을 지구로 가져올 것이다.

90년대는 우주탐험의 신기원을 이룩하는 시기가 될 것이다. 90년대 우주탐사의 특징은 두나라 또는 그 이상의 나라들이 공동탐사를 벌이는데 있다. 이제 우주탐사자료가 모두 공개되는 추세에 있고, 여러 나라의 학자들이 탐사에 공동참여하는 이른바 국제협력이 이루어지고 있다.

1989년 4월28일 미국이 발사한 마젤란우주선은 1990년 8월에 금성의 극궤도에 진입해 2백43일간 궤도를 돌면서 1km의 분해능(分解能)을 가진 고감도 레이다로 금성 표면의 지도를 작성하고 금성의 온도가 어떻게 4백80℃까지 올라가게 되었는지 원인을 밝힐 예정이다.

미국과 독일의 합작인 갈릴레오는 1989년 10월18일에 목성을 향해 발사됐다. 이 탐사선은 지구에서 2억1천6백만km에 있는 소행성에 1~2만km까지 접근한다. 1995년에는 목성 궤도에 진입해 목성과 갈릴레오 위성의 지질 형태 물리적 상태등을 조사한다. 특히 이 우주선에서 떨어져 나온 자선(子船)은 목성 대기로 서서히 진입하면서 대기의 화학 조성과 구조 그리고 자기권을 조사할 것이다.

화성의 토양 표본을 지구로

ESA와 미국은 율리시스(Ulysses) 우주선을 금년 10월5일에 태양으로 보내 처음으로 태양의 양극을 선회하며 태양풍(太陽風)에 관한 자세한 데이터를 수집할 것이다.

미국 소련 등은 적어도 4개의 화성 탐사선을 보내 고성능 카메라로 표면의 모습을 파악하고, 기구를 띄워서 화성대기를 분석한다. 또한 로버(rover, 무궤도 위성)를 화성표면에 연착륙(軟着陸)시켜서 표면의 여러곳을 탐험할 예정. 그 곳에 5년간 머물면서 토양을 분석하고 지질학적인 분포도를 작성할 것이다. 그러나 이보다 더 야심적인 것은 미국과 소련이 각각 화성 토양의 표본을 1998년에 지구로 가져오려는 시도이다. 이 계획은 공동으로 추진될 가능성도 많다.

미국과 독일은 공동으로 CRAF 우주선을 혜성과 소행성으로 보낼 예정이다. 이 우주선은 햄버거(Hamburga) 혜성에 1998년에, 또 주기혜성 코프(Kopf)에는 2001년에 접근할 예정이다. 이 우주선에서 떨어져 나간 발사선은 혜성 핵속으로 들어가서 혜성핵을 직접 탐사할 계획.

카시니(Cassini)는 토성으로 가서 내부구조를 밝힌 뒤 호이헨스(Huygens)를 타이탄(Titan) 위성에 보내 대기와 표면을 분석한다.

이들 이외에도 베스타(Vesta)와 태양탐사선(Solar Probe)등이 각각 소행성과 태양탐사를 위해 발사될 예정이다.

이러한 90년대의 태양계탐사는 80년대 탐사에서 제기된 여러 의문을 푸는데 중점을 두고 있다. 80년대 이전에 이미 대부분의 태양계 천체의 탐사가 이루어졌으므로 90년대의 탐사는 이미 방문했던 천체에 고성능의 기기를 가진 탐사선을 다시 보내어 정밀탐사를 시키거나 샘플을 지구로 가져오는 것이 주요 목적.

90년대의 탐사는 결국 태양계의 신비를 벗겨줄 수 있음은 물론, 2천년대 초로 예정된 인간의 행성 방문을 위한 기초 작업의 역할을 하게 된다.
 

국제협력시대로 인간의 화성 착륙 가능할까

1990년대의 화성탐사 계획은 미국 소련 유럽에 의해 공동 추진중이다.여기에 새로이 합세할 일본은 어떤 역할을···

인간으나 21세기 초 화성에 갈 계획을 세우고 있다. 1990년대부터 본격적으로 진행될 화성탐사계획은 현재 미국 소련과 유럽각국의 협력체제속에 진행중이며, 아직 동참해 일을 하고 있지는 못하지만 마지막 지원자로 일본이 뛰어들고 있다.

화성은 1975년 미국에서 쏘아올린 바이킹호에 의해 이미 '생명체가 존재할 수 없는 땅'으로 밝혀진 행성. 기온이 무려 영하 1백30˚C까지 내려가는 극지로부터 17˚C에 이르는 적도까지 심한 온도차를 보이고 자외선 폭발에 의해 형성된 토양으로 지표가 뒤덮여 있다.

탐사계획의 초점은 바로 이러한 '무생물의 별'의 과거를 추적해, 이별이 좀더 따뜻하고 습했을 과거 어느 시점에 생물이 살았을 가능성을 찾아내는 것이다.

또다른 참사목적은 화성에서 채취한 운석을 통해 지구를 비롯한 은하계 행성을 연구하려는 것이다(수억년전 화성의 화산폭발로 생성된 것으로 추측되는 운석이 지구에서 채취취된 바 있음).

마지막 목표는 바로 2020년에 인류를 화성에 보내는 것. 이를 위해 미국은 92년 발사 예정으로 화성탐사선 개발에 착수했다. 이 탐사선은 화성표면의 구성물질 조사 온도 측정 사진촬영을 위한 각종 장비는 물론, 이후 소련 탐사선과 교실할 장비까지 갖추게 될 것이다.

한편 소련 역시 미국의 일정에 맞추어 1994년 궤도위성 '마르즈 94'를 발사할 예정. 마르즈 94는 1백년 동안 활동하며 화성의 기후와 구성물질을 조사할 6t의 궤도선이다.이어 소련은 지구의 명령으로부터 독립하여 자율적으로 '무궤도 탐사선'(rover)을 1998년 발사할 예정이다.

화성에 인간을

이번 화성탐사계획은 '인간을 보낸다'는 점에서 더더욱 어렵고 섬세한 작업일 수 밖에 없다. 착륙지점도, 바이킹의 경우 허용될 수 있었던 수백 km의 오차마저 없애야한다. 무인우주선 착륙 지점을 선택하는 기준과는 판인한 새로운 기준을 가지고 착륙점을 선정해야 한다.

게다가 화성은 달착륙보다 훨씬 많은 위험을 내포하고 있다. 바이킹을 통해 조사가 진전된 화성 북반구조차 평원의 형성기원이 밝혀 지지 않은 상태인데, 하물며 새로이 인간이 착륙하고자 하는 땅을 찾는데는 더 큰 위험과 어려움이 따른다는 것을 쉽게 예상할 수 있다.

유럽은 이번 계획에서 미·소보다 상대적으로 작은 역할을 하고 있다. 유럽은 화성탐사선의 부품제작에 기여하고 화성에 설치될 소형 정거장의 정보망을 구성하게 된다. 이 정보망을 통해 화성에서 채취된 기상학과 지진학의 데이터가 지구로 전송된다.

이러한 범세계적 협력체제 속에서 일본은 아직 본격적인 작업에 참여하지 못하고 있다. 일본은 화성에서 생성된 것으로 추정되는 운석을 남극에서 채취 분석하고 있는 정도의 일을 맡고 있다. 그러나 일본의 ISAS(우주 천문 과학 연구소)는 자체적으로 꾸준히 화성탐사의 기술을 연구중이다. 지난 1월 23일 일본으로서는 최초로 행성의 중력장(場)을 통해 우주선 궤도를 수정하는 '뮤즈-2'(Muses-2) 계획이 실행에 옮겨졌다. 보이저가 개발한 행성간 궤도이동 기술로 뮤즈는 처음에 타원꼴로 지구를 돌다 3월 19일 원형으로 달궤도에 진입하게 된다.

일본의 다음 목표는 우주선을 금성에 3백km 이내로 접근시켜 대기권에 기구를 띄우는 것이다.

그러나 ISAS는 일본내의 고유 임무에 묶여있는 상태이며, ISAS와 경쟁상대인 일본국립우주개발국(NASDA)은 이미 화성에 정교한 우주선을 보낼 능력을 갖춘 로켓을 발사시킨 상태이면서도 이번 국제 화성탐사회의에 대표성을 갖고 있지 못하다. 때문에 일본 과학자들은 이 국제협력에서 소외되는 것을 두려워하며 일본이 지금 즉시 참여할 것을 열망하고 있다.

길고 정교한 작업

일본뿐 아니라 모든 과학자들이 계획에 있어 '정치적인 지지'를 얻고자 열심이지만 화성탐사는 아폴로의 달착륙처럼 즉각적인 정치적 성과물을 보여주지느 못할 것이다. 이번 계획은 '달을 향한 경주'보다 체계적인 접근을 요구하고 있으며 족히 20년의 세월이 필요하다고 할 수 있다. 항공우주국(NASA)의 브릭스박사는 "이 계획에는 어떠한 거대한 도약도, 경쟁도 없다"고 말하면서 "가장 필요로 하는 것은 계획이 안전하게 행해질 수 있는 최대한의 기간"이라고 밝히고 있다.