기획·칼럼

달 무인 탐사 그리고 다시 시작될 유인 탐사

[별들의 후손이 들려주는 천문학 이야기] NASA의 디스커버리 프로그램(3) 루나 프로스펙터

로마 신화에서 달의 신은 루나이기에, 달 탐사에 관한 대부분의 프로젝트는 루나라는 이름이 붙어 있다. 대표적으로 소련의 달 근접 탐사 프로젝트들은 모두 루나의 이름을 가지고 있다.

NASA ‘디스커버리 계획’중 세 번째 계획으로 선정된 임무 역시 달에 관한 프로젝트로서 루나 프로스펙터(Luna Prospector)라고 명명되었다.

루나 프로스펙터는 1998년 1월 6일 플로리다주 케네디 우주 센터를 출발하여 달에 갈 수 있는 가장 짧은 거리인 직접 전이 궤도를 이용하여 105시간 뒤 달에 도착하였다. 이후 달의 100km 상공에서 수천 바퀴를 공전하면서 달표면의 고해상도 이미지를 촬영하고 탐구하였다.

루나 프로스펙터의 달 탐사 상상도 ©NASA

사실, 디스커버리의 세 번째 미션으로 선정되기 위해서 제출된 임무만 28개나 되는 것을 생각해보면 달 탐사가 선택된 것은 정말 기적과도 같은 선택이었다. 디스커버리 계획은 최소한의 예산 투자로 최대한의 과학적 가치를 얻기 위해서 시작한 임무들이기에 보다 값싼 임무들로 이루어져 있다. 따라서 여러 가지 프로젝트 중 상대적으로 비용이 덜 드는 낮은 달 탐사가 선택된 것이다.

루나 프로스펙터는 인류가 오랜 기간 동안 달의 극궤도를 돌면서 이미 알고 있는 달에 관해서 보다 자세한 과학적인 정보를 얻는 임무를 맡게 되었다.

즉, 달의 물과 자기장 그리고 중력 등의 기본적인 지형 특성과 화학적 조성 등의 총 5가지 임무를 가지고 출발하였다.

첫 번째 임무로 달의 화학적 조성을 알기 위해서 감마선 검출기(Gamma Ray Spectrometer)를 포함하고 있다.

이를 통해서 달의 표면 지도까지 완성했으며, 평소에도 감마선을 방출하고 있는 우라늄, 토리움, 칼륨 등의 원소들을 포함해 우주선(cosmic rays)이나 태양풍 입자들에 반응하여 감마선을 방출하곤 하는 철, 티타늄, 산소, 규소, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘 등의 원소들도 발견했다.

두 번째 임무로 물이 존재할 것이라고 여겨졌던 달의 극지방에서 물(낮은 온도로 인해서 정확히는 얼음)을 검출할 목적으로 중성자 검출기(Neutron Spectrometer)를 포함하고 있다.

이를 이용하여 달의 극지방에 있는 물을 발견했고 NASA는 이에 관해서 36억 년 전 달이 혜성과 충돌할 때 옮겨졌을 가능성이 있다고 분석했다. 하지만 달에서 물이 발견됐다고 해서 어떤 생명체가 존재하는 것을 의미하지는 않는다. 달의 환경은 생명체가 살기에 너무 춥고 가혹하기 때문이다.

루나 프로스펙터 중성자 검출기 결과. 위 사진과 아래 사진은 각각 달의 북극과 남극을 나타낸다. 또한 마젠타 색과 자주색은 물을 머금고 있을 확률이 큰 부분을 뜻한다. ©NASA

세 번째 임무로 라돈 가스의 검출 목적으로 알파입자 검출기(The Alpha Particle Spectrometer)가 포함되었다.

하지만 발사 도중 충격을 받아서 검출기에 손상을 입게 되었고 정상적인 수행은 무리였음에도 방사성을 띄고 있는 준금속 원소 폴로늄과 비활성기체인 라돈 기체를 검출해내는데 성공하였다.

네 번째 임무는 달의 정확한 중력과 질량을 측정할 목적으로 도플러 중력 검출기(Doppler Gravity Experiment)를 가지고 있었는데, 이로 인해서 이전 임무보다 5배나 정확한 달의 중력지도를 만들 수 있었다.

이를 통해 달의 질량 분포뿐 아니라 내부 구조에 한층 더 가까워질 수 있는 정보를 얻을 수 있었다.

마지막 임무로 달의 자기장에 관해서 더 정확한 정보를 얻음과 동시에 전자의 반사도를 측정할 목적으로 자기장 측정기와 전자 반사계(Electron Reflectometer and Magnetometer)가 포함되었는데 태양풍의 영향으로 자기장이 많지 않음을 대비해서 미량의 자기장까지도 측정이 가능한 도구였다.

항상 달에 가고 싶어 하던 천문학자 유진 슈메이커는 늘 입버릇처럼 “달에 착륙한 후 달 표면을 망치로 두드려 보지 못한 점이 내 인생에서 가장 슬픈 일”이라고 우주비행사들에게 말하고 다녔다고 한다. 이러한 강한 열망을 알고 있던 NASA의 천문학자 및 공학자들은 그의 유해를 루나 프로스펙터에 실어 보냈다.

19개월간 달의 탐사를 마치고 달의 분화구에 그의 유해를 포함하고 있던 루나 프로펙터를 충돌시킴으로서 임무를 종료하였는데, 이로 인해서 달에 묻힌 최초의 지구인이 된 유진 슈메이커 박사는 살아생전의 소원을 작게나마 이룰 수 있었다.

성공적이었던 루나 프로스펙터의 영향으로 디스커버리 계획의 11번째 프로젝트도 달에 관한 프로젝트로 선정되었다. 11번째 프로젝트는 그레일로 명명되었는데, 루나 프로스펙터가 얻은 자료를 바탕으로  2개의 소형 탐사선이 달의 중력 지도를 만들어 달의 내부를 탐사하는 목적으로 선정되었다.

1969년 7월 20일 인류는 최초로 달을 밟게 되었다. 무려 21시간 30분간 머무르면서 더 없는 감동을 주었지만, 그 이후로는 유인 탐사대신 무인 탐사만 계속되고 있다.

가장 큰 이유는 역시 자금 부족이다. 또한 유인 달 탐사가 비용 대비 가치가 낮은 것도 큰 이유 중 하나이다. 무인 탐사로도 충분한 정보를 얻을 수 있기에 이후로는 무인 탐사에만 집중하게 되었다.

이러한 복합적인 이유들로 인류는 대략 50년간 달을 밟지 않았다. 한 가지 반가운 소식은 유인 달 탐사가 재개될 전망이라는 점이다. 미국은 2024년 아르테미스 탐사 계획을 시작으로 매년 유인 탐사를 전개할 예정이다. 아르테미스는 그리스 신화의 남신인 아폴로의 쌍둥이 누이 이름인데, 아폴로는 바로 1969년 NASA 유인 달 탐사 계획의 이름이다.

인류 최초의 달 착륙 아폴로 11호 ©NASA

이 탐사 계획은 여전히 초기 단계에 머물러 있다. 아르테미스 계획에는 달 기지 건설과 달 궤도 우주정거장 건설까지 포함되는데  NASA는 현재 이들을  민간사업자들에 맡겨 개발하고 있다. 이 프로젝트에는 일본이 참여할 가능성이 크다. 계획이 성사되면 일본은 미국에 이어 두 번째로 달에 인간을 보낸 국가가 될 가능성이 높다.

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