우주에서 나이스샷 담은, 허블 망원경

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이전 글 <젊은 우주공간으로 다가가는, 제임스웹 망원경 >에서 허블 망원경은 2026년경 차세대 적외선 망원경인 '로먼 우주망원경'이 발사되면 36년 이라는 현역활동을 마감할 것이라고 언급했다. 최근 허블 우주망원경이 인류 최초의 소행성 타격장면을 촬영했다는 기사가 있어서 이를 소개한다.

2023년 3월 2일 미 항공우주국(NASA)에 따르면, 허블 우주망원경은 2022년 9월 27일 다트(DART) 우주선이 소행성 '디모르포스'와 충돌하는 모습을 촬영했다. 다트는 쌍 소행성 궤도수정 실험(Double Asteroid Redirection Test, DART)으로, 소형 우주선을 소행성에 인위적으로 충돌시켜 소행성의 궤도를 뒤틀고 이를 통해 지구로 향하는 소행성을 막아내는 것을 목표로 진행되었다. 인류가 우주에 있는 소행성을 직접 타격하는데 성공한 것은 다트가 처음인데, 지구 밖 약 1100km 떨어진 소행성에 정확히 충돌시킨 것이다. 허블 망원경은 우주선과 소행성의 충돌 직후의 일련의 과정을 포착했는데, 충돌 과정에서 발생한 1000톤 이상의 먼지와 암석 파편이 우주로 퍼져 나가는 장면도 포함되었다. 허블 망원경이 촬영한 충돌 장면은 다트 우주선에서 사출된 이탈리아 우주국(ASI)의 큐브셋 리시아큐프가 관측한 것 보다 훨씬 더 넓은 범위에서 관측되었다.

DART 우주선과 충돌 후 밝은 빛을 내는 소행성 디모르포스의 모습 [출처:ASA/NASA]

지금까지 인류는 소행성이 지구와 충돌하는 것을 막기 위한 다양한 노력들을 해 왔는데, 크게 관측과 완화전략(mitigation strategies)으로 구분된다. 이 중 완화전략은 '잠재적으로 위험한 소행성'(Potentially Hazardous Asteroids, PHAs)의 경로를 변경하여 지구와 충돌하는 것을 방지하기 위한 다양한 전략들이 포함하게 된다.

관측

지구에 위협이 될 수 있는 PHA을 사전에 식별하는 것으로, 이는 지상망원경, 우주망원경, 그리고 다른 탐지방법들의 다양한 조합을 통해 관측이 이루어진다. 일단 PHA가 확인이 되면 그 궤적과 잠재적인 위험들은 컴퓨터 시뮬레이션과 다른 기술을 사용하여 계산될 수 있다. 2023년 2월 13일 대략 1m 크기의 소행성이 영국해협에 추락했다. 이 소행성은 지구에 추락하기 7시간 전에 헝가리의 한 천문학자에 의해 관측되었는데, 지구 대기권에 진입하기 전에 소행성을 감지해 충돌 시점과 지점을 예측한 7번째 관측에 해당된다. 나머지 6개 소행성은 각각 1~6m 크기였고, 모두 2008년 이후에 관측되었다. 이 가운데 3차례 발견이 2022년 이후에 이뤄졌는데, 주목해야 할 부분은 소행성 발견과 추락 사이의 시간 간격이 2시간에서 4시간, 7시간으로 갈수록 늘어났다는 점이다. 이는 소행성 탐지기술이 얼마나 빠르게 발전하고 있는지를 보여준다.

완화전략 1) 편향(Deflection)

PHA가 지구와 충돌하지 않도록 소행성 궤도를 바꾸는 것이다. 여기에는 작은 속도 조정을 위하여 우주선을 소행성에 충돌시키는 운동 충격기(kinetic impactor), 소행성과의 중력을 이용하여 궤도를 바꾸는 우주선인 중력 트랙터(gravity tractor), 이온엔진이 입자를 소행성으로 발사하여 점차적으로 궤도에서 밀어내는 이온 빔 편향(ion beam deflection), 소행성 근처에서 폭발을 일으키는 방법 등과 같은 다양한 방법이 동원될 수 있다. 가장 효과적인 편향 방법은 PHA의 크기, 궤도 및 지구에 부딪힐 수 있는 시기에 달려 있습니다. 우주선의 중력으로 소행성을 궤도에서 잡아 당기는 기술은 아직 구현하기 위해서는 시간이 더 필요하다. 이번에 성공한 다트 우주선의 소행성 충돌은 운동 충격기에 해당된다.

완화 전략 2) 파괴 (Disruption)

충돌 에너지를 줄이기 위해 PHA를 더 작은 조각들로 분해하는 방법이다. 이것은 폭발파를 이용하여 소행성을 분해하는 핵폭발이나 충돌 시에 소행성을 분해할 수 있는 운동 충격기와 같은 방법으로 수행될 수 있다. 1998년 영화 '딥 임팩트(Deep Impact)'에서는 소행성이 지구에 접근함에 따라, 소행성 표면에 핵폭탄을 설치하기 위해서 과학자들과 우주비행사들로 구성된 팀이 만들어진다. 하지만 소행성 파괴가 실패하면서, 혜성은 작은 조각으로 나뉘었고 여전히 지구를 향하게 된다.

완화 전략 3) 대피 (Evacuation)

만약 위험한 소행성이 빗나가게 하거나 파괴할 충분한 시간이 없는 상태에서 감지된다면, 최선의 선택은 소행성의 예상 충돌지역에서 사람들을 대피시키는 것이다. 앞서 말한 영화 '딥 임팩트'에서는 핵폭탄을 이용한 소행성 파괴에 실패한 후, 100만 명이 숨을 요새를 만들었는데 인류 생존에 필요한 사람 20만 명을 수용하고, 나머지 80만 명은 추첨을 통해 피난을 떠난다.

 

소행성이 지구와 충돌하는 것을 막기 위한 노력은 NASA의 행성방위조정국와 유엔 우주사무국과 같은 다양한 기관들에 의해 조정되고 있다. 재앙적인 소행성 충돌의 가능성은 낮지만, PHA와의 충돌을 미리 감지하고 완화하려는 노력은 우리 행성의 안전과 보안을 보장하는데 중요한 역할을 한다. 그나저나 소행성과의 충돌 직전 촬영된 소행성의 울퉁불퉁한 암석 표면을 보고 있으면 우주에는 얼마나 많은 돌맹이와 희귀한 광물들이 있을지 상상이 가지 않는다.