태양계 기원 밝히러…14년 만에 태양 코앞 수성으로

2018.10.26 03:00

수성탐사선 ‘베피콜롬보’ 발사
대기층 없는 유일한 태양계 행성
태양-행성 상호작용 새단서 기대
 

동아일보
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이달 20일 태양과 가장 가까운 행성인 수성(水星)을 향해 우주탐사선 ‘베피콜롬보(BepiColombo)’가 지구를 떠났다. 유럽우주국(ESA)과 일본항공우주개발기구(JAXA)가 공동 개발한 베피콜롬보는 남미 프랑스령 기아나 우주기지에서 프랑스 로켓 ‘아리안 5’에 실려 발사됐다. 베피콜롬보 임무는 1973년과 2004년 미국이 수성에 탐사선을 보낸 데 이은 역대 세 번째 수성 탐사다.
 

과학자들이 수십 년에 걸쳐 수성 탐사를 이어가고자 하는 이유는 다른 행성들에서는 얻을 수 없는 새로운 단서들을 얻을 수 있기 때문이다. 베피콜롬보를 구성하는 수성궤도선(MPO)과 수성자기권궤도선(MMO)은 오는 2025년 수성에 도착해 1년간 각각 수성의 극궤도와 고타원궤도를 돌며 수성과 주변 환경을 동시에 관측하게 된다. 다른 행성에 2개 이상의 궤도선을 동시에 보낸 것은 이번이 처음이다.
 

태양계 행성 중 수성은 유일하게 대기층이 없다. 자기장은 지구의 100분의 1 수준으로 매우 약하다. 지구의 경우 대기권과 자기장이 방어막처럼 지구 전체를 감싸고 있는 반면, 수성은 대기가 희박하고 회전축의 20% 정도에만 약한 자기장이 분포한다. 때문에 태양에서 날아오는 중성자, 이온 등 입자들이 그대로 수성 표면에 충돌해 흔적을 남긴다. 전문가들은 이런 흔적들을 분석하면 태양풍 등 외부 영향이 행성에 미치는 영향은 물론이고, 태양과 행성 간의 상호작용을 낱낱이 밝혀낼 수 있을 것으로 보고 있다.
 

수성은 외핵이 거의 없는 암석형 행성이기도 하다. 지구, 화성 등 암석형 행성의 핵은 보통 액체 상태의 외핵과 고체 상태의 내핵으로 이뤄져 있다. 이 중 유체인 외핵의 흐름이 자기장을 만들고 지각변동과 같은 자연적인 변화를 일으킨다. 하지만 행성의 수명이 다하면 핵의 온도가 서서히 떨어지면서 외핵이 굳어 단단한 내핵만 남게 된다.

 

최영준 한국천문연구원 우주과학본부장은 “수성의 자기장이 매우 약하다는 것은 외핵이 거의 남아 있지 않다는 뜻”이라며 “가뭄이 왔을 때 땅이 갈라지듯 활동을 거의 멈춘 수성 표면에도 이런 크랙(틈)이 생기고 있다”고 설명했다. 이어 “내핵이 거의 밖으로 드러나 있는 것과 마찬가지기 때문에 행성 형성과 관련된 중요한 단서를 얻을 수 있을 것”이라고 말했다.
 

수성의 대기가 어떤 과정을 거쳐 사라졌는지, 수성에 물이 존재하는지, 수성의 자기장의 근원이 무엇인지 등에 대한 다양한 가설들을 검증하는 것 역시 베피콜롬보의 주요 임무 중 하나다. 탐사선의 궤도와 위치를 정밀하게 조정하면서 아인슈타인의 일반상대성이론을 실험적으로 검증하기 위한 데이터를 수집하는 임무도 포함돼 있다.

 

수성탐사선 ‘베피콜롬보’는 2025년 수성에 도착하면 수성궤도선(MPO)과 수성자기권궤도선(MMO) 등 2개의 궤도선으로 분리돼 각각 수성의 극궤도와 고타원궤도를 돌며 동시에 운용된다. - 자료: 유럽우주국(ESA)
수성탐사선 ‘베피콜롬보’는 2025년 수성에 도착하면 수성궤도선(MPO)과 수성자기권궤도선(MMO) 등 2개의 궤도선으로 분리돼 각각 수성의 극궤도와 고타원궤도를 돌며 동시에 운용된다. - 자료: 유럽우주국(ESA)

다른 행성들에 비해 지구와 가까운 거리에도 불구하고 그동안 수성을 탐사하는 것은 태양만큼 쉽지 않았다. 수성이 태양에 가장 가까이 위치해 있어 탐사선 선체와 각종 관측, 통신 기기들이 뜨거운 열과 강한 태양풍의 영향을 이겨낼 수 있어야 하기 때문이다. 수성은 지구보다 10배 강력한 태양에너지를 받고, 표면온도는 섭씨 450도에 이른다. 우주공간이 영하 180도라는 점을 고려하면 매우 큰 차이다. 태양의 강력한 중력 영향이 큰 만큼 탐사선을 정확히 수성궤도에 진입시키는 것 역시 어려운 문제였다. 그만큼 정교하게 궤도를 설계해야 하고, 한정된 연료로 정밀하게 탐사선의 움직임을 제어할 수 있어야 한다.

  
베피콜롬보의 경우 추진제 사용을 최소화 하기 위해 총 9번의 스윙바이를 통해 수성궤도에 진입한다. 스윙바이는 행성의 중력을 이용해 추진력을 얻어 궤도를 조정하는 항법이다. 2020년 4월 다시 지구 근처로 돌아와 스윙바이를 하고, 두 번의 금성 스윙바이를 거쳐 2021년부터 4년간 6번의 수성 스윙바이를 통해 수성궤도로 들어갈 예정이다. 7년간 지구와 수성 간 직선거리의 약 100배에 이르는 90억 ㎞를 날아 수성에 도착하는 것이다. 초속 60㎞의 속도로 날아가고 있다.

 

탄소복합소재, 태양 쉴드 등 차폐기술이 적용된 베피콜롬보의 MPO와 MMO에는 각각 수성의 표면과 내부 조성 등을 관측하는 11개 장비와 자기장, 플라즈마, 입자 등을 관측하는 5개 장비가 탑재됐다. 베피콜롬보 발사 성공 후 ESA 측은 “수성은 태양계 행성 중에서도 매우 흥미로운 특성을 가진 독특한 행성”이라며 “수성 탐사를 통해 태양계와 행성의 기원을 밝힐 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

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