세계 최초로 혜성 착륙에 도전하는 '로제타호'

"24시간 전만 해도 '루테시아'는 아주 먼 곳에 있는 미지의 대상이었지만 '로제타' 덕분에 친한 친구가 됐습니다."

혜성탐사선 로제타가 지난 7월 10일 소행성 루테시아에 가장 가까이 접근해 촬영한 사진

지난 7월 10일 무인 탐사선 로제타호가 지구에 거대한 감자 모양의 사진 한 장을 보내왔다. 이 사진의 주인공은 화성과 목성 사이에 위치한 지름 134km의 소행성 루테시아. 이 소행성은 150여 년 전에 발견됐지만 제대로 알려진 정보가 없었다. 

하지만 로제타호가 루테시아에 3,200km까지 다가가 자료를 수집하는데 성공했다. 유럽우주국(ESA)은 루테시아를 뚜렷하게 보여주는 자료들로 우주의 신비를 풀 수 있을 것이라는 기쁜 소식을 전했다. 특히 소행성의 질량과 밀도를 보여주는 자료는 소행성과 지구의 충돌을 막는데 중요한 자료로 활용될 수 있다. 

이런 중요한 단서를 전해준 로제타호는 원래 45억 년 전 태양계 형성 초기에 만들어진 혜성의 비밀을 밝히기 위해 발사됐다. 10년간 71억km를 비행해 2014년 지구에서 6억7500만km 떨어진 혜성인 ‘추류모프 게라시멘코’에 도착한 뒤 탐사용 착륙선을 내려놓는 것이 목표다. 

혜성 : 가스 상태의 빛나는 긴 꼬리를 끌고 태양을 초점으로 긴 타원이나 포물선에 가까운 궤도를 그리며 운행하는 천체. 핵, 코마, 꼬리 부분으로 이루어져 있다.

그런데 과학자들은 왜 혜성을 탐사하려 하는 것일까? ‘우주의 방랑자’로 불리는 혜성이 약 45억 년 전 태양계가 생성될 당시의 물질을 담고 있기 때문이다. 태양계가 생성된 이후 오랜 시간이 흐르면서 태양은 중심부에서 활발한 핵융합 반응을 일으키며 변하고 있다. 또 행성들도 지각변동이나, 소행성이나 혜성과의 충돌 같은 사건에 영향을 받아 생성될 당시와 다른 모습을 하고 있다. 

하지만 혜성은 특별한 변화 없이 생성 당시의 물질을 고스란히 간직하고 있다는 게 많은 과학자들의 생각이다. 따라서 혜성을 자세히 관측하면 45억 년 전 태양계가 생성되던 당시의 물질을 알 수 있다. 결국 이런 자료들이 태양계 형성의 비밀을 밝히는 중요한 단서가 될 수 있다.

혜성에 대한 관심은 2005년 7월, 미국항공우주국(NASA)이 혜성과의 딥 임팩트에 성공한 이후 더 늘어났다. 딥 임팩트호는 ‘템펠 1’ 혜성에 구리 덩어리를 충돌시켜 혜성의 표면 구조와 구성 물질 같은 자료를 얻었는데, 과학자들은 이를 통해 태양계 형성 당시에 우주에 어떤 물질이 존재했는지 일부 확인하며 흥분을 감추지 못했다. 

ESA가 발사한 로제타호는 여기서 한 발 더 나가 혜성에 탐사선을 착륙시켜 혜성을 이루는 토양과 내부 구조를 직접 조사하겠다는 계획이다. 추류모프 게라시멘코 혜성을 향해 발사된 로제타호는 10년간 우주를 날아간 뒤 2014년 11월 이 혜성 근처에 도착해 착륙선 ‘파일리(Philae)’를 내려보낸다. 

소형 착륙선 파일리는 무게가 100kg 정도인데, 혜성의 중력이 약해 1,000m 상공부터 사람이 걷는 속도로 천천히 내려지게 된다. 혹시라도 착륙선이 튕겨 나지지 않도록 하기 위해 파일리는 작살 같은 것을 이용해 혜성 표면에 딱 붙게 된다. 

혜성 표면에 붙은 파일리는 드릴을 가지고 있어 혜성 표면을 직접 뚫어 각종 광물질을 수집하고 분석할 수 있다. 이런 활동은 딥 임팩트 실험처럼 혜성의 특성을 직접적이고 정확하게 분석해 태양계 형성의 신비를 밝히기 위해 진행된다. 파일리는 최소 1주일 동안 자료를 수집하고, 이 자료들은 로제타호를 통해 지구로 전송할 예정이다. 

이 밖에도 파일리에는 고해상도 카메라 장비가 있어 혜성 표면을 파노라마와 입체 사진으로 촬영할 수 있고, 지진계를 이용해 혜성 표면에서 2m 깊이까지 살피는 것도 가능하다. 또 고정용 작살에 달린 센서로는 혜성의 토양이 가진 특성을 살피고, 자기탐지기로 혜성 자기장과 주변 태양풍 간의 상호작용도 관측할 수 있다. 로제타호 역시 자외선 분광계와 마이크로파 분광계, 우주먼지 수집 장치를 이용해 혜성의 핵과 주변 물질을 분석할 수 있다. 

로제타호는 혜성에 도달하기 전에 태양을 중심으로 큰 궤도를 그리며 돌다가 행성을 이용한 이른바 ‘새총효과’를 위해 행성에 4번 접근한다. 새총효과란 행성의 중력의 힘으로 튕겨져 나갈 때 추진력을 얻는 것인데, 이 방법을 이용하면 연료를 절약하면서 빠르게 이동하는 혜성에 접근할 수 있다. 

로제타호는 2014년 혜성에 착륙한 뒤에도 1년 더 혜성에 대한 관측활동을 하며 태양계 형성 당시부터 있었던 혜성의 신비를 풀 예정이다. 5년 뒤에 밝혀질 태양계의 비밀을 기대해보자. 

글 | 박태진 과학칼럼니스트

 한국항공우주연구원  카리스쿨 

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