나사(NASA) 소행성의 지구 방어 계획

소행성은 미니어처 행성의 일종이다. 태양계의 경우, 소행성은 태양계의 작은 천체에 속하며, 행성과 마찬가지로 태양 주위를 이동하지만, 행성보다 훨씬 작고 부피와 질량이 훨씬 작다. 넓은 의미에서 소행성은 유성과 난쟁이 행성 사이의 크기이며, 직경은 수 미터에서 1,000km까지 다양할 수 있으며, 이 크기의 태양계에서 혜성이 아닌 모든 작은 천체를 포함할 수 있다. 그러나 대부분의 소행성은 내부 태양계에 분포되어 있으며, 해왕성과 같은 외계 소천체의 물리적 특성과 내부 태양계의 작은 천체 사이에 차이가 있으므로 소행성의 용어는 내부 태양계의 비혜성 소천체를 지칭하는 데 더 자주 사용됩니다. 소행성은 일반적으로 태양계 형성 기간 동안 미세 행성에서 진화한 것으로 생각되며, 19세기의 개막과 함께 미지의 천체는 베일을 벗는다. 1801년 1월 1일 이탈리아의 천문학자 피아치가 시칠리아섬 팔레르모 천문대에서 화성과 목성 사이를 떠돌던 천체 하나를 발견하고, 여기에다 농경의 여신이자 시칠리아의 수호여신 케레스 두 번째는 이듬해 1802년 발견된 팔라스 정작 신들의 여왕 주노(헤라)는 세 번째 소행성의 이름으로 밀려났다. 20세기에 들어서면서 1923년 1,000번째, 1990년에는 5,000번째 소행성이 발견되고, 2008년 7월 17일 기준으로 189,407개가 등록되었다. 초기에 발견된 소행성들은 거의 여성의 이름을 붙인 것이 특징. 하지만 소행성의 개수가 늘어나면서 그런 거 없어졌고, 신화에 등장하는 신이나 인물의 이름이 바닥나자 이후에는 발견자 및 역사상 유명 인사 또는 인명 아닌 어휘 등으로 소행성의 명칭이 작성되어 있으며, 한국인 이름도 적지 않다. 현재 발견된 모든 소행성은 일부분일 가능성이 높습니다. 2000년대 이후 관측 기술의 발전과 관측 임무의 증가로 인해 발견되는 소행성의 수는 매일 증가하고 있으며, 현재 매달 수천 개의 새로운 소행성이 발견되고 있습니다. 지금까지 상당한 수의 소행성이 발견되었지만 직경이 100km를 초과하는 소행성은 극소수에 불과합니다.

소행성의 위협

잠재적 지구 위협 소행성 2100개 소행성은 지금도 매일 지구로 떨어지고 있다. NASA에 따르면, 약 500만개의 소행성과 혜성이 매일 지구 주위를 지나가며 충돌한다. 하지만 그 크기가 작아서 지구 대기권에 부딪혀 대부분 타서 없어져 버린다. 지구에서 약 750만㎞ 이내에 있고, 지름이 150m 이상의 소행성은 ‘잠재적 지구 위협 소행성’으로 분류해 감시한다. 소행성은 화성과 목성 사이 소행성대에 몰려 있지만 태양계 전체에 퍼져 있다. 지금까지 과학자들이 발견한 지구 근접 소행성은 2만6000여개. 지구 근접 소행성은 지구 궤도 근처로 접근해 지구와 충돌할 가능성이 있는 소행성을 말한다. 2만6000여개 중 잠재적 지구 위협 소행성으로 분류된 건 약 2100개 다. 이 가운데 지름 300m 이상의 소행성이 지구와 충돌하면 대륙 하나가 파괴될 수 있다. 또 1㎞의 소행성이 지구에 떨어지면 지구 전체 기후가 바뀔 수 있다. 소행성이 지구에 떨어지면 엄청난 먼지가 발생하는데 이 먼지가 몇 년간 사라지지 않고 햇빛을 차단하면서 기후도 바뀌는 것이다.

지구방어 작전 NASA의 다트 미션은 미래에 지구를 위협할 수 있는 소행성의 궤도를 변경하려는 인류 최초의 실험이다. 다트는 ‘쌍 소행성 궤도 수정 시험(Double Asteroid Redirection Test)’이라는 의미의 영문 약자다. 다트의 목적지는 지구 근접 소행성 디디모스(Didymos)의 위성 디모르포스다. 디디모스는 그리스어로 쌍둥이라는 뜻이다. 지름 163m의 위성 디모르포스를 거느리고 있어서 붙여진 이름이다. 다트 우주선은 소형차 크기(500㎏ 정도)의 작은 우주선이다. 하지만 초속 6.6㎞의 빠른 속도로 소행성에 충돌한다. 그럴 경우 디모르포스의 공전 궤도가 지금보다 안쪽으로 이동하고, 11시간 55분 주기이던 공전 시간이 몇 분 단축될 것으로 NASA는 보고 있다. 궤도를 살짝만 움직일 수 있어도 지구를 비켜 가기 때문에 충돌을 막을 수 있다. 다트 우주선에 들어간 총비용은 3억2500만달러(약 4000억원)다. 그런데 NASA는 왜 많은 소행성 중 디모르포스를 목표로 삼았을까. 디모르포스는 지구와 적당한 거리에 자리 잡고 있으면서 크기도 작아 궤도 수정이 비교적 쉽기 때문이다. 또 우주선과 디모르포스가 만약 잘못 충돌하더라도 위성 디모르포스는 디디모스(지름 780m)의 중력에 묶여 있어서 지구와 충돌할 가능성이 없어 안전하다. 특히 디디모스는 태양을 공전할 때 지구 가까운 곳을 지나는데, 우주선 다트와 충돌이 이뤄지는 올 9월 말경에는 지구에서 약 1080만㎞ 떨어진 비교적 가까운 거리를 지나가게 돼 지상 망원경으로도 충돌 결과인 궤도 변화를 관찰할 수 있다는 이점이 있다는 게 NASA의 설명이다. 최근 NASA는 미국 로웰 천문대 4.3m 망원경 등을 통해 디디모스의 궤도가 다트 우주선과 완벽하게 정렬되어 있음을 확인했다. 다트와 디모르포스의 충돌 과정은 함께 발사된 이탈리아 우주국의 소형 위성 ‘리시아큐브’가 기록해 지구로 전송한다. 다트 팀 연구진은 리시아큐브의 영상과 지상 망원경으로 관측한 데이터를 분석해 바뀐 소행성 궤도를 계산할 예정이다. 미 항공우주국(나사)은 27일 오전 8시 14분 다트(DART=쌍 소행성 궤도 변경 시험) 우주선을 지구에서 1080만㎞ 떨어진 우주 공간에서 지름 160m(축구장의 1.5배)의 소행성 디모르포스에 충돌시켰다. 이번 시험은 나사 TV 유튜브 채널을 통해 생중계됐다. 다트 팀의 시스템 엔지니어인 엘레나 애덤스는 우주선이 소행성 중심에서 약 17m 떨어진 지점에 충돌했다고 밝혔다. 나사는 추후 지상 및 우주 망원경 관측을 통해 궤도가 실제로 변경됐는지 확인할 예정이다. 나사 관계자는 ‘로이터’에 “우주선이 설계된 대로 작동한 것으로 보인다”고 말했다. 소행성 충돌 시험은 미래에 있을지도 모를 소행성 충돌을 사전에 방지하기 위한 지구방어 프로그램의 일환으로 기획됐다. 

NASA의 추후 계획

다트 관측팀을 이끄는 크리스티나 토머스 노던애리조나대 교수(행성 과학)는 사이언스에 우리는 소행성이 단단한 암석이라는 걸 전제로 우주에서 거대한 당구 게임을 하고 있다며, 이는 기본적으로 간단한 물리학 방정식으로 풀 수 있으나 실제로는 맞아떨어지지 않는 경우가 매우 많이 일어나고 있다”고 말했다. 실제로 미국과 일본 탐사선이 방문한 소행성 류구와 베누는 애초 예상보다 표면이 단단하지 않았다. 존스홉킨스대 응용물리학 연구소의 앤디 청 수석연구원은 사진만 보고는 그것이 암석인지 아닌지 알 수 없다고 말했다. 암석보다 강도가 약할 경우 충돌의 결과를 예측하기가 훨씬 더 어렵다. 소행성 표면이 무를수록 충격의 여파가 길어져 충돌구가 더 커진다. 나사는 앞으로 4개의 지상 천문대와 제임스웹 우주망원경, 허블 우주망원경을 통해 다트의 궤도 변화를 관측할 계획이다. 디모르포스가 디디모스 앞을 지날 때의 빛이 이전과 어떻게 달라졌는지를 비교해 분석하는 방법을 이용한다. 이번 실험은 나사 행성 방위조정사무소 주관 아래 존스홉킨스대 응용 물리연구소가 맡아 진행했다. 다트의 소행성 충돌 실험은 속편이 예고돼 있다. 유럽 우주국은 이번 실험이 얼마나 성공했는지 알아보기 위해 2024년 10월 헤라(HERA)라는 이름의 탐사선을 이곳으로 보낸다. 헤라는 2026년 말 이곳에 도착해 탑재한 고해상도 카메라와 두 대의 큐브샛으로 두 천체에 어떤 변화가 있는지, 두 행성의 물질은 구체적으로 어떤 성분인지 살펴볼 예정이다.