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소행성에 대해 알아보자

충돌의 역사

지난 수십억 년 동안 수많은 소행성과 혜성들이 지구와 충돌했다. ‘거대 충돌설’에 따르면 어린 지구(나이: 약 5천만 년)는 화성 크기로 추정되는 행성 테이아 (Theia)와 정면충돌했고 그 결과 달과 지구가 만들어졌다. 이후, 지구는 크고 작은 소행성과 혜성들의 융단폭격을 경험했다. 의견이 분분하기는 하지만, 이들 근 지구천체는 지구로 물과 탄화수소를 실어 날랐고, 충돌은 생명의 기원에 역할을 했을 것으로 보인다.

지구는, 지구 궤도를 통과하거나 지구 근처까지 다가오는 수많은 천체들 사이에서 태양을 공전한다. 이들은 화성과 목성 사이에 위치한 소행성대 (Asteroid Belt) 소행성이 아닌, 태양과 훨씬 가까운 거리를 두고 공전하는 근 지구소행성 (Near Earth Asteroid, NEA)들이며, 일정한 주기로 지구궤도에 접근한다. NEA는 태양계 형성초기에 만들어졌는데, 조약돌에서 수km에 이르기까지 그 크기가 다양하다.

근 지구천체와 근 지구소행성은 어떻게 다를까? 용어가 혼란스러울 수 있다. 근 지구천체 NEO는 태양계 안쪽을 도는 근 지구소행성과, 근 지구소행성과 궤도가 비슷하지만 기원은 다른 근 지구혜성 (Near Earth Comet, NEC)을 포함한다.

조기경보

최근 지구천체를 발견한 뒤에는 천문학자들이 궤도를 알아내 충돌 가능성을 예보할 수 있다. 즉, 천체가 지구 근처를 통과하는, 100회가 넘는 미래의 사건에 대해 충돌확률을 계산한다. 또한 “조기경보” 시스템을 이용해 해당 천체가 충돌하기 수십 년 전, 앞서 충돌 사실을 예측할 수 있다. 물론, 충돌 직전에 그런 천체를 발견하는 운 나쁜 경우도 생길 수 있다. 이때에는 사건 발생 수일에서 수주 전, 경보를 발령해 예상 재난지역 밖으로 대피한다.

폭발 에너지

NASA는 우주방위 프로그램 (Spaceguard Survey)을 통해 km급 근 지구천체의 95%를 목록화하는데 성공했다. 그러나 지상망원경으로 소행성을 발견하는 데에는 한계가 있으며, 따라서 태양계 안쪽을 공전하는 100만 개가 넘는, 작고 위험한 천체들은 아직 찾지 못했다. 1908년 6월 30일 낙하해 2000 평방km에 이르는 시베리아 삼림을 황폐화시킨 퉁구스카 폭발에서 보듯, 작은 소행성도 큰 위협이 될 수 있다.

이때 퉁구스카 상공에는 40m급 석질 소행성이 떨어졌지만, 다행히 사람이 살지 않는 지역에서 폭발했다. 최근 그 에너지는 3-5 메가톤급 폭탄과 맞먹는다고 밝혀졌다. 이와 비슷한 일이 뉴욕이나 런던, 서울처럼 수백에서 1000만이 넘는 인구가 사는 지역에서 일어난다면 많은 인구가, 아무것도 모르는 채 최후를 맞는 참극이 벌어질 수 있다. 태양계에는 퉁구스카 소행성과 폭발력이 같거나, 그보다 큰 NEO가 약 100만개 쯤 있다고 생각된다. 그 위력은 히로시마 상공에 투하된 핵탄두보다 300배나 강력할 것으로 보인다.

공룡멸종

1980년, 루이스 (Luis)와 월터 앨버레즈 (Walter Alvarez) 부자는 6500만 년 전 백악기가 막을 내린 것은 지구와 대규모 충돌을 일으킨 소행성 때문이라고 주장했다. 과학계에서는 물론, 격렬한 논쟁에 불이 붙었다. 그 후, 1990년 멕시코 유카탄반도 칙슐룹 (Chicxulub)에서 충돌구가 발견돼 이 가설은 힘을 얻었다. 그 당시, 지름 10km급 소행성이 공룡을 포함, 지구에 서식하던 생물종의 75%를 멸종시킨 전 지구적 재난이 일어났다는 것.

지구는 태양계에서 충돌을 경험한 유일한 천체가 아니다. 칙슐룹 충돌구 발견 4년 후인 1994년 유진 슈메이커 (Eugene Shoemaker), 캐롤라인 슈메이커 (Carolyn Shoemaker), 그리고 데이비드 레비 (David Levy)는 슈메이커-레비 (Shoemaker-Levy) 혜성을 발견해 천문학자들은 목성과의 충돌을 예측했으며, 실제로 그 해 7월 그런 일이 일어났다. 이러한 발견을 통해 과학자와 언론, 일반인들도 충돌이 갖는 과학적 의미에 눈뜨게 됐다.

시간문제

이러한 충돌사건으로부터 우리는 다음 사건이 일어나는 것은 시간문제라는 사실을 깨달았다. 그럼 이후에 일어날 충돌의 주인공은? 그 평균 충돌빈도는? 또 우리가 사는 동안 대규모 충돌사건을 목격하지 못한 이유는? 과학자들은 15년 동안 기초연구를 통해 이에 관한 답을 찾아왔다.

우주방위목표

최근 20여 년 동안 미국을 중심으로 NEO를 발견하고 목록화 하는데 지원이 집중됐다. 1992년 수행한 미 의회의 사전조사를 바탕으로 NASA 우주방위 (Sapceguard) 프로젝트가 기획됐으며, 이어 1993년과 1998년, 워싱턴 DC에서 이를 주제로 한 의회청문회가 열렸다. 미 의회는 우주방위 프로젝트를 승인했으며, 이어 NASA는 1998년부터 NEO 탐사관측에 착수, km급 NEO를 90% 이상 발견하기 위한 노력을 전개했다.

최근 NASA는 km급 NEO의 90%를 발견하는 1차 목표를 달성했다. 하지만 지상망원경으로는 작고 어두운 NEA를 찾기 어렵고, 퉁구스카급 천체는 단지 수 %만 검출 가능하다. 앞으로도 소행성은 사람이 살지 않는 지역이나 바다에 떨어질 수 있겠지만, 퉁구스카급 소행성이 실제로 대도시에 추락한다면 그것은 가공할만한 재난이 될 것.

소행성센터

국제천문연맹 (International Astronomical Union, IAU) 산하 소행성센터 (Minor Planet Center, MPC)는 하버드 스미소니언 천체물리연구소 (Center for Astrophysics, CfA) 산하에 있으며, NASA의 재정적 지원을 통해 세계 각국에서 발견하는 근 지구천체 자료에 대한 국제 허브 역할을 담당한다.

IAWN

UN의 평화적 우주이용 위원회 (Committee on the Peaceful Uses of Outer Space, COPUOS) 산하에 설치된 국제소행성경보네트워크 (International Asteroid Warning Network, IAWN)는 지난 2014년 1월 첫 회의를 소집했으며, NEO 관측연구를 수행하는 각국 연구기관들이 참여하고 있다. IAWN은 NEO의 발견과 추적, 궤도계산, 물리적 특성규명은 물론, 실제로 충돌이 예상되는 경우, 합의된 채널(각국 정부)을 통해 관련 정보를 수집, 분석해 전파하는 역할을 맡는다.

NEO 연구: 현재

NASA는 2009년 말, 광시야적외선탐사우주망원경 (Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE)을 발사했으며, 미 의회의 승인을 얻어 2013년 말 NEO 전용 연구장비로 투입했다. 이후 WISE는 NEOWISE (Near Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer)라는 이름으로 불린다. NEOWISE는 NEO의 물리적 특성규명, 즉 반사율과 정밀 크기 측정을 위해 3.4, 4.6µm의 적외선 대역에서 3년간 탐사관측을 수행한다.

카탈리나 탐사연구 (Catalina Sky Survey, CSS)는 미국 애리조나대학에서 수행하는 NEO 연구사업. 애리주나주 레몬 산 (Mt. Lemmon) 정상에 설치된 1.5m 망원경과 비글로우 산 (Mt. Bigelow)의 0.6m 슈미트 망원경을 이용한다. 이 프로젝트의 연구목표는 140m보다 큰 NEO를 90% 이상 발견하는, 미 의회의 우주방위 목표 달성이다. 2013년 말 후속관측을 위해 1m 로봇 망원경을 투입한 후, 연구에 더 많은 시간을 쓸 수 있게 됐다.

사이딩스프링 탐사연구 (Siding Spring Survey, SSS)는 호주 뉴사우즈웨일즈주에 위치한 사이딩스프링천문대 (Siding Spring Observatory, SSO)의 NEO 탐사관측 프로그램이다. SSS는 CSS와 자매 프로젝트로 남반구 하늘을 탐사하며, 0.5m 웁살라슈미트망원경(Uppsala Schmidt Telescope)이 쓰인다. NASA의 지원을 기초로 애리조나대학과 호주국립대학이 공동으로 수행한다. 미 하와이대학에서 진행하는 Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) 프로젝트의 최종목표는 4기로 이루어진 1.8m 광학망원경을 기초로 동시에 같은 지역을 관측해 미 의회의 우주방위 목표를 달성하는 것. 현재 망원경 2기를 사용하고 있으며, 다른 2기는 개발 중에 있다. Pan-STARRS는 기존 NEO 전용 망원경에 비해 최대 16배의 집광력을 보유해 과거보다 5등급 어두운 NEO를 발견하게 될 것으로 예상된다.

레이더를 이용하는 골드스톤 심우주통신시설 (Goldstone Deep Space Communications Complex)은 NASA 심우주통신망 (Deep Space Network, DSN)의 하나로 미국 캘리포니아주 골드스톤에 있다. 이 시설은 NASA 탐사선 자료를 수신하지만 지구 근방을 통과하는 NEO에 대한 영상관측을 통해 그 표면의 상세지도를 제작하는데 쓰이며, 정밀궤도 측정에도 활용된다.

아레시보천문대 (Arecibo Observatory)는 푸에토리코 아레시보에 있는 전파 연구시설이다. 지름 305m 아레시보 안테나는 세계 최대의 단일 구경 망원경으로, 골드스톤 천문대와 마찬가지로 능동 레이더 기능을 보유하고 있다. NEO 전용으로 사용되지는 않지만 골드스톤 안테나처럼 이미 발견된 NEO에 대한 심층연구에 중요한 기여를 하고 있다.

캐나다우주국 (Canadian Space Agency, CSA)이 2013년 2월 25일 발사한 근 지구천체 탐사위성 (Near Earth Object Survey Satellite, NEOSsat)은 소행성과 인공위성을 검출, 추적한다. NEOSsat은 지구에 위협을 줄 수 있는 소행성을 발견하기 위해 주로 태양에서 가까운 지역을 집중 탐사한다. NEOSsat은 800km 상공을 공전하며, 지상 망원경으로 발견하기 어려운 NEO를 검출하는데 쓰인다. NEOSSat은 CSA와 캐나다 국방연구개발원(Defence Research and Development Canada)이 지원하는 프로젝트다.

NEO 연구: 미래

NASA 제트추진연구소 (Jet Propulsion Lab, JPL) 프로젝트인 NEOCam (Near Earth Object Camera)은 어두운 소행성 검출을 목표로, 2개의 열적외선 파장을 채택한 0.5m우주망원경이다. NEOCam은 L1(지구에서 태양 방향으로 150만km 떨어진 고정된 지점)에 위치하게 된다. NASA의 디스커버리 프로그램 (Discovery Program)으로 선택될 경우, 4년간 140m보다 큰 NEO의 3분의 2를 검출하는 임무를 맡는다. 2015년 9월, NASA가 최종 승인하면 2020년 발사해 궤도에 진입하게 된다.

미국 하와이대학에서 건설 중인 소행성충돌경보시스템(Asteroid Terrestrial-Impact Last Alert System, ATLAS)은 NASA가 지원하는 연구시설이다. 소행성 충돌 직전 단기경보(1일~3주)를 제공하는 것을 목표로, 2기의 0.5m 광시야망원경을 160km 간격으로 설치해 매일 밤 하늘을 최대 4회까지 스캔하도록 설계됐다. 2015년 완공 예정이며, 2016년 정상 운영이 시작된다.

LSST (Large Synoptic Survey Telescope)는 현재 건설 중인 8.4m 광시야 망원경으로, 단 며칠 사이에 전천을 스캔하는, 시야가 가장 넓은 지상관측시설이다. LSST가 정상가동 되면 과학자들은 암흑물질과 암흑에너지의 실체를 밝히는 것 외에도, 근 지구공간을 통과하는 작은 NEO를 효율적으로 검출하고 추적할 수 있다. 현재 설계가 끝났으며, 칠레 현지 건설은 2014년 10월 시작됐다. 10년간의 탐사연구를 위해 2022년 1월 정상운영에 착수한다.

B612 재단 (B612 Foundation)은 센티넬 우주망원경(Sentinel Space Telescope) 사업을 추진 중이며, 현재 볼에어로스페이스(Ball Aerospace)에서 설계하고 있다. NEO 탐사관측 전용으로 계획되고 있으며, 적외선 영역에서 지름 140m급 NEO의 90% 검출을 목표로 한다. 센티넬은 금성 궤도를 공전하면서 6년간 약 100만 개의 소행성을 발견하고 지도화하게 된다. 스페이스 X (SpaceX) 펠콘 9 (Falcon 9) 로켓으로 발사될 예정인 이 망원경은 금성 중력의 도움을 받아 최종궤도에 진입한다. 2019년 발사 예정이지만, 아직 충분한 예산이 확보되지 않은 상태다.

광물채굴

한편, 플래네터리 리소시즈 (Planetary Resources)와 딥스페이스 인더스트리 (Deep Space Industries)와 같은 민간 기업은 NEO를 탐사해 광물을 채굴하고 이를 미래 자원으로 활용한다는 계획을 야심차게 추진하고 있다. 이러한 상업적인 목표를 추구하기 위해서는 연구 목적으로 얻은 데이터가 반드시 필요할 것으로 보인다.

무지의 위험

인류에게 소행성은 위험한가? 지름 140m급 소행성(학교 체육관 규모)은 세계 2차 대전 당시에 투하된 폭탄을 모두 합친 것보다 5배 많은, 100메가톤의 위력을 발휘한다. 충돌 결과는 끔찍할 수밖에 없다. 특히, 재난발생 지역은 물론, 지금처럼 여러 나라가 국경을 마주하는 경우, 끔찍할 재난으로 번질 가능성이 있다. 그 영향은 충돌 지점의 위치에 따라 달라지기 때문에 결과를 예측하는 데에는 어려움이 따른다(예: 바다 한가운데, 인구 밀집지역, 또는 사막 한가운데와 같이 충돌지점에 따라 차이가 날 수밖에 없다). 지구는 71%가 물로 덮여있고 사람이 거주하지 않는 지역이 대부분이다. 그동안 소행성이 인구 밀집지역에 떨어지지 않은 것은 천만다행이다.

소행성은 생각보다 지구와 자주 충돌을 일으킨다. 최근 NASA는 1m가 넘는 소행성이 평균 2주에 한 번 지구에 충돌하고 있다고 밝혔다. 이들 대부분은 아주 작아서 피해를 주지 않지만 더 큰 규모의 천체(예: 2013년 2월 15일 일어난 첼랴빈스크 폭발)가 인구 밀집지역에 떨어지거나 공중 폭발을 일으킬 확률은 결코 간과할 수 없다.

미래 영향

최근 20여 년 동안 NEO를 발견, 추적하는데 집중적인 노력이 투자됐지만, 최근 발표된 NEO 종족모형에 따르면 퉁구스카급 소행성은 예측하는 개수의 1% 밖에 발견하지 못한 것으로 나타났다. 더구나 첼랴빈스크 소행성 크기만 한 천체들에 대해 우리가 아는 것은 거의 없다. ‘소행성의 날’을 계기로 우리는 이러한 활동에 더 많은 자원을 투입하고 지원해야 할 필요가 있다. 이를 바탕으로 지구와 충돌 가능성이 있는 천체가 있는지 확인하는 연구는 앞으로도 꾸준히 계속돼야 한다.

이를 통해 우리는 지구가 어떤 환경에서 태어나 지금에 이르렀고, 태양계는 어떤 과정을 겪으면서 변해왔는지 이해하는데 중요한 실마리를 얻을 수 있다. 물론, 유인탐사와 자원 활용을 통해 경제의 새로운 지평을 여는 데에도 이러한 연구는 핵심이 된다. 우리는 지구 주변 천체들을 찾고 목록화해 충돌을 일으킬 수 있는 NEO의 궤도를 파악하는 것은 물론, 인구 밀집지역에 위협이 되는 천체의 궤도변경에 필요한 시간을 벌 수 있다.