우주 탐험의 역사2-국제 우주 정거장(ISS)

상공 400km위치에 있는 국제 우주정거장

우주 탐험의 역사 그 두 번째 이야기는 국제 우주 정거장의 건설에서부터 시작됩니다. 국제 우주 정거장(International Space Station)은 국제 항공 우주 연구소라고 부르기도 합니다.

거대한 다국적 우주 정거장으로 1998년 11월에 발사되었으며 지금도 운영 중인 거대하게 크고 인류 역사상 가장 비용이 많이 소요된 건축물입니다.

우주 정거장은 미국과 영국, 프랑스, 일본, 독일, 러시아, 네덜란드, 스위스, 스웨덴, 벨기에, 스페인, 캐나다, 브라질, 노르웨이, 덴마크가 참여하여 각각의 모듈을 만들어 조립하여 우주 정거장을 만들었습니다. 상공 400km 지점에서 지구의 저궤도를 초속 7.5km로 날고 있습니다.

이는 시속 2만 8천 km의 속도로 한 시간 반 만에 지구 한 바퀴를 돌 수 있는 속도입니다. 그렇기 때문에 이곳에서는 24시간 동안 해가 뜨고 지는 과정을 16회 관찰할 수 있습니다.

우주 정거장은 우주의 시작점이라 여기고 있는 상공 100km지점보다 300km정도 더 위에 위치하며 국제 우주 정거장은 맨 처음 러시아에서 이 지점에 자랴 모듈을 발사하고 그해 12월 유니티(Unity) 모듈을 발사한 뒤 이 둘을 도킹하면서 시작되었습니다. 전체 크기는 축구 경기장 크기와 비슷합니다 . 길이는 73m, 부피는 915.6㎥입니다.

상공 400km는 사실상 대기권 안쪽이기 때문에 무중력인 상태는 아닙니다. 그러므로 마찰로 인해 미세하게 속도가 줄어들고 있습니다. 하지만 이곳에서 우주인들이 둥둥 떠다니는 모습을 볼 수 있는데 이것은 지구 중력과 지구를 돌면서 만들어 내는 원심력이 상쇄되어 무중력과 같이 느껴지기 때문입니다. 또한 공기와 같은 소리 전달 물질이 없기 때문에 우주에서는 소리를 들을 수가 없습니다.

각각의 모듈을 연결하고 조립해서 만들다 보니 구조가 굉장히 복잡합니다. 다양한 모듈이 달려있고 중력이 약해져 있는 공간이다 보니 모듈의 방향을 인식하는 것도 쉬운 일은 아닙니다.

그리고 어떤 나라에서 모듈을 제작 하였느냐에 따라서도 그 특색이 있습니다. 미국의 NASA, 유럽연합의 ESA, 일본의 JAXA에서 제작한 모듈은 수송 능력이 좋은 미국의 우주왕복선의 능력에 힘입어 모듈 사이즈를 크게 만들 수 있었으며 자체 추진 능력은 없습니다. 추후 우주 왕복선이나 우주 정거장의 로봇 팔을 이용해 조립되었습니다.

하지만 러시아의 모듈은 프로톤 로켓을 통해 발사하여 도킹을 통해 조립하는 과정으로 장착되기 때문에 상대적으로 크기가 작습니다. 하지만 점차 미국의 방식도 도킹 방식을 사용하게 되었습니다.

우주 정거장의 운전 운항은 러시아의 연방 우주국에서 하고 있습니다. 일 년에 10 여 차례 국제 우주 정거장이 궤도에서 벗어나지 않게 하기 위해 10 여 차례 로켓 엔진을 점화합니다.

2000년에는 처음으로 우주 비행사가 우주 정거장에 머무르게 되었습니다. 최대 6명의 승무원을 수용할 수 있으며 우주와 지구 사이의 연결 고리로 과학 연구를 비롯해 다양한 분야에서 활동하고 있습니다. 우주라는 특수한 조건에서 생활 방식과 인류의 생체 건강 등에 대해 연구하며 여러가지 기술 개발에 힘쓰고 있습니다.

대표적인 연구로는 무중력 상태의 생물체의 반응에 대한 연구입니다. 우주 환경과 생존 사이의 영향에 대해 연구하였고 쌍둥이 연구, 암, 알츠하이머 등 다양한 생물학적 연구가 이루어졌습니다. 이러한 연구를 통해 미세 중력 환경 속에서 생체 의학적인 연구는 인류가 우주에서 체류하는데 필요한 정보를 주고 있습니다.

그리고 물리학과 화학 반응에 대한 연구도 이루어졌습니다. 지구상의 조건과 다른 특수한 상황에서 액체 역학, 불소 화학 등 다양한 분야의 연구가 이루어졌습니다.

우주 환경 속에서 우주선을 비롯한 여러 기기들의 기술 개발, 통신, 인공지능 등의 첨단 기술에 대한 연구도 이루어 지고 있으며 이는 새로운 분야에 대한 지식과 기술의 발달에 기여하고 있습니다.

국제 우주 정거장은 당초 예정되어있던 2024년보다 6년이 더 연장된 2030년 까지로 예정되어 있습니다. NASA에서 개발한 동력선을 이용해 국제 우주 정거장을 궤도에서 이탈 시키며, 수명이 다된 ISS는 지구 상에서 가장 고립된 지역인 포인트 니모에 수장 될 예정이며 국제 우주 정거장에 의한 우주 탐험의 역사는 막을 내릴 것입니다.

우주 탐험의 역사

인간의 우주 탐험의 역사

인간이 우주를 탐험하게 된 역사는 그리 길지 않습니다. 대표적인 사건으로 그 과정을 알아보도록 하겠습니다.

먼저 우주 탐험의 시초로 볼 수 있는 사건은 바로 유리 가가린의 우주 비행입니다. 유리 가가린은 1934년에 태어난 군인 출신의 우주 비행사 입니다. 유리 가가린은 1961년 4월 12일 사람 최초로 지구 궤도를 도는 우주 비행을 성공하였습니다. 첫 번째가 소련의 보스토크 1호에 탑승한 기록입니다. 이것은 역사적이고 기념비적인 일입니다 . 이후 1963년 소련은 최초의 여성 우주 비행사인 테레시코푸가 우주비행에 성공했으며 1965년에는 알렉세이 레오노프가 2-3인용 보스호트 우주선을 발사하여 우주 유영에 성공했습니다.

인류 최초의 우주 유영이었던 알렉세이 레오노프의 우주 유영에 대해 조금 자세히 살펴보겠습니다. 이 작업은 소련의 보스호드 2호 우주선에 탑승하여 진행되었습니다. 4.8m길이의 케이블에 묶인 상태로 약 12분간 우주 유영을 성공하였습니다. 이 첫 시도는 훗날 인류의 우주 탐험에 지대한 영향을 끼쳤습니다.

미국은 1961년 5월 우주 비행사 앨런 쉐퍼드가 머큐리 우주선을 타고 비행을 시작했습니다. 미국인으로서 대기권을 벗어나는 우주 비행을 성공한 첫 사례였으며 미국의 우주 개발에 큰 관심과 투자를 이끌어내었습니다. 1962년 드디어 존 글렌이 궤도 비행에 성공하였으며 다양한 시도와 우주 비행에 대한 열망을 통해 기술적으로 뛰어난 위치에 오르게 됩니다.

이후 1966년 제미니 8호가 우주선 두 개를 연결하는 우주 도킹에 성공하게 됩니다. 우주 정거장이나 다른 우주선 사이에서 서로를 연결하는 기술적인 작업입니다. 기술력과 정확성이 요구되는 작업으로 서로의 상대 속도를 0으로 만든 뒤 연결 작업을 수행하게 됩니다. 서로 부딪히지 않고 안전하게 맞물려야 하는 정확도 높은 기술력을 필요로 합니다. 이 도킹 작업은 물자의 운송이나 우주선 관리 및 임무 수행 등에 필수적입니다.

1968년 드디어 인류가 아폴로 8호를 타고 처음으로 달 궤도에 진입하게 됩니다. 이후 아폴로 11호는 1969년 7월 달 착륙선 이글을 타고 달 표면에 착륙했습니다. 그리고 인류 역사상 처음으로 사람이 달 표면에 발을 내딛은 역사적인 날입니다. 그 주인공은 바로 닐 암스트롱입니다. 두 번째로 달 위를 걸은 사람은 버즈 올드린입니다. 아폴로 11호의 달 탐사 성공 이후 달에 대한 탐사는 계속적으로 이루어지고 발전하고 있습니다.

1971년에는 최초의 우주 정거장인 살류트 1호(러시아)가 발사되었습니다. 세 명의 승무원이 탑승한 우주 정거장은 175일간 궤도에 머물렀으며 체류한 날은 24일 입니다. 우주 정거장의 길이는 약 20m이며 전체 무게는 18,425kg입니다. 샬류트 1호는 인류가 구현한 최초의 우주 기지로 큰 역사적인 의미를 가지고 있습니다.

미국 최초의 우주 정거장은 1973년에 발사된 스카이랩입니다. 사람이 머물러 과학 연구를 수행하는데 기반이 되었습니다.

1975년에는 무려 서로 다른 나라의 우주선이 우주 도킹에 성공하게 됩니다. 바로 아폴로-소유즈 우주선의 도킹 사례입니다. 7월 15일 각각 발사된 이후 17일 대서양 상공에서 도킹을 성공했습니다. 이 사례는 두 나라가 공동으로 우주 미션을 수행하는 대표적인 모델로 이후 우주 탐사의 협력에 기반이 되었습니다.

1981년 4월 최초의 우주 왕복선인 컬럼비아호가 발사되었습니다. 미국 NASA에서 만들어진 스페이스 셔틀로 총 28회의 의미 있는 우주 미션을 수행했습니다. 여기에 탑승한 승무원은 총 160명이며 우주 체류 일수는 300일 17시간 40분 22초이며 총 비행 거리는 201,497,772km에 달합니다. 이 컬럼비아호는 2003년 지구로 귀환 중에 비극적인 사고를 맞이하게 됩니다. 텍사스주 상공에서 대기권에 진입하면서 왼쪽 날개 손상으로 인해 우주선이 파괴되어버리고 말았습니다. 이때 탑승한 승무원 7명은 사망하였으며 이는 미국 우주 탐사의 가장 안타까운 사건 중 하나입니다. 이로 인해 우주 비행의 위험과 안전성에 대해 인식을 강화하고 극복하기 위한 또 다른 과제를 위해 다각적으로 노력하고 있습니다.

이후 1983년 샐리 라이드는 최초의 여성 우주 비행사가 됩니다. 이후 우주 정거장의 중심 모듈이 발사되고 국제 우주 정거장(ISS)의 건설이 시작됩니다. 다음 우주 탐사 일대기는 다음 글에서 살펴보도록 하겠습니다.

우주로부터 기대되는 자원

인간이 우주나 지구에서 우주 자원을 사용하고자 한다면, 고려되는 물질들이 있습니다. 각각의 행성들은 고유한 특성을 가지지만 우리가 우주에 알고 있는 부분은 굉장히 한정적입니다. 아는 것 보다 모르는 정보가 훨씬 많습니다.

하지만 관측과 시뮬레이션을 통해 이용 가능한 우주 자원에 대해 찾아보았을 때 다음과 같은 것들이 우주 자원으로 논의되고 있습니다. 그 첫 번째로는 물이 있습니다. 물은 생명을 지탱하는데 꼭 필요하며 다른 행성들의 물 보유 여부에 대해 굉장히 흥미롭게 연구하고 있습니다. 음식과 음료로 사용되는 것은 물론, 산소와 합성 가스를 생산하는데 기여하며 화학물질로 구성된 화력 시스템을 만들 수 있습니다.

티타늄, 금, 니켈, 철 등과 같은 다양한 광물 자원을 기대하며 이는 우주에서 뿐만이 아니라 자원이 부족한 지구에서 중요한 자원이 될 것입니다. 희토류 원소는 다양한 산업에서 중요하게 사용되고 있습니다. 전자공학, 에너지 생산, 화학 등에서 중요하게 다루어지고 있으며 반도체 산업에서 중요하게 여기는 자원입니다. 예를 들어 희토류 원소는 고급 전자기기와 레이저 등을 만들 때 필요한 원소입니다. 고가의 원료이므로 우주에 다량 분포되어 있어 이것을 얻어낼 수 있다면 굉장히 좋을 것입니다.

우주 에너지 중 태양에너지는 강력한 에너지원으로 태양 전지판을 이용해 장비와 시설에 전력을 공급하는데 이용될 수 있습니다. 그리고 달에서 헬륨-3과 같은 우주 에너지 자원을 얻어내는 것은 장래 우주 산업에 큰 기여를 할 수 있을 것입니다. 이 헬륨-3은 달에 많을 것으로 기대되며 핵 융합 연구에서 이용될 수 있는 원자력 원료입니다.

행성의 자기장을 형성하는 자성 물질인 암페어는 방사선과 태양풍으로부터 우주선 등을 보호할 수 있습니다. 강철은 구조물을 제작하는 등의 다양한 곳에 중요하게 사용될 수 있습니다.

우주 탐사 장비 제조에 필요한 중요한 자원인 광물을 우주에서 얻어낼 수 있다면 우주 산업 발달에 큰 도움이 될 것입니다. 달 표면에는 티타늄, 알루미늄, 철, 페르로 텅스텐, 헤일라이트와 같은 광물 자원이 있을 것이라고 기대됩니다.

우주의 천체 먼지와 물질은 우주의 생성에 관한 기원 및 성질을 연구하는데 중요한 단서이며 정보입니다. 이것 역시 우리가 이용할 수 있는 중요한 자원입니다. 마찬가지로 우주의 대기는 우주의 발생과 미래에 대한 연구에 활용 가능합니다.

우주의 무한한 잠재력에 기반하여 다양한 자원들이 존재 가능합니다. 여기에 유기 화합물이 발견된다면 생명의 기원과 가능성을 연구하는데 중요한 자원이 됩니다.

우주에서 발생하는 충돌로 인해 많은 암석과 먼지들이 유리화 할 수 있습니다. 이 유리는 우주 건설에 이용할 수 있습니다.

에어로젤은 지구의 폭발에서 발견된 가벼운 고체 물질인데 이는 열에 강하고 전기를 통하지 않게 막을 수 있습니다. 이러한 특징을 사용하여 우주선의 열 방호에 이용할 수 있습니다.

특히 달과 화성은 이곳에 존재 가능한 다양한 자원으로 인해 우주 및 지구 자원 시스템에 굉장히 큰 보템이 될 수 있습니다. 달에서는 물과 관련한 물질들이 발견되었습니다. 이는 굉장히 중요한 발견입니다.

화성은 지구와 비슷한 역사와 환경 구성을 가지고 있습니다. 그렇기 때문에 생명체의 존재 및 사람의 정착에 관심을 많이 받고 있습니다. 화성 토양에도 물과 다량의 금속과 광물이 있을 것으로 예측하고 있습니다.

금성은 태양계에서 지구와 가장 비슷한 질량과 크기를 갖고 있는 행성 중 하나입니다. 여기에서는 다양한 화학물질 및 가스가 발견되었습니다. 마찬가지로 목성, 토성, 천왕성 등 대부분이 가스로 이루어진 행성들이 가지고 있는 헬륨과 수소는 우주 탐사에 있어 굉장히 중요한 자원입니다.

태양의 외곽에 존재하는 키보트 바다는 아직 인간의 손이 닿을 수 없는 곳에 있으므로 탐사가 아직 되지 않았습니다. 이곳에 존재할 수 있는 더 많은 우주 자원이 있을 것이라고 예상되고 있습니다.

이렇듯 탐사되지 않은 수많은 천체에 대한 연구를 통해 더 많은 자원을 찾아낼 수 있습니다. 태양계 뿐만이 아니라 태양계를 벗어난 외부도 유용한 자원이 있을 수 있기 때문에 연구와 탐사를 계속하고 있습니다.

기대되는 우주 자원은 지구의 한정적인 자원 부족 문제를 해결하는데 큰 도움이 됩니다. 그리고 산업 발전에 큰 기여를 할 것입니다. 물, 광물, 금속 등을 채취하여 효과적으로 지구로 수송할 수 있다면 이것은 굉장히 유용할 것입니다. 특히 굉장히 고가의 원료인 희토류 및 금속 광물은 경제적으로 큰 도움이 될 것입니다. 그리고 이들 자원의 활용은 새로운 분야의 산업과 기술 발전을 가지고 옵니다. 우주 산업은 미래에 성장 가능성이 굉장히 높은 산업입니다. 하지만 이러한 자원의 채취와 사용에 있어서 윤리적인 측면도 고려되어야 합니다.

우주 연구에 기여한 동물 초파리, 물곰, 오징어

우주 탐험에 이용된 대표적인 동물

우리가 우주 탐험에 이용된 대표적인 동물로 기억하는 것이 바로 소련의 라이카 일 것입니다. 하지만 그 이전에 먼저 우주로 보내진 생명체는 바로 곤충이었습니다. 바로 엄청난 번식력을 가진 초파리가 그 주인공입니다. 사실 이 초파리의 유전자는 인간과 상당히 유사합니다. 75%정도 일치한다고 하니 굉장히 의외입니다. 이 초파리를 우주에 보낸 이유는 우주 방사선의 영향을 알아내기 위함이었습니다. 미국의 로켓인 v-2에 실려 109km 상공으로 보내졌고 3분이 넘는 시간 동안 우주에 있다가 다시 돌아왔습니다. 초파리들은 어떻게 되었을까요? 다행히 방사능에 영향을 받지 않았고 멀쩡한 상태로 돌아왔다고 합니다.

우리나라에서도 우주 실험을 할 때 초파리를 이용한 사례가 있습니다. 우주 저울로 인해 중력이 미세한 환경에서 무게가 작은 물체의 무게를 측정하는 실험을 하였습니다.

과거 소련의 인공위성인 스푸트니크 2호에 실려 우주로 갔던 동물로 라이카라는 이름을 가진 떠돌이 개가 있습니다. 라이카는 물과 음식을 싣고 살 수 있는 환경을 구축한 채로 우주로 갔습니다. 숨을 쉴 수 있도록 이산화탄소 제거 장치와 산소 발생기와 온도를 조절하기 위한 장치를 갖춘 채로 올라갔지만 올라간 지 7시간 만에 죽어버리고 말았습니다.

여러가지 위험과 다양한 변수가 존재하고 있는 우주 탐험의 과정에서 더더욱 초창기 인공위성의 발사였기에 온도 조절 시스템의 고장으로 인한 화상과 굉음, 고압으로 인해 영리하고 생존력이 우수했던 라이카는 그렇게 인간의 과학의 발전에 기여하고 떠났습니다.

그 뒤로 2년 뒤 원숭이 두 마리가 미국의 인공위성을 타고 480km상공까지 올라갔다가 무사히 귀환하였습니다. 둘 중 한 마리는 돌아온 지 얼마 안되어 죽었지만 한 마리는 25년을 더 살다가 죽었으니 이 우주 탐험 실험은 성공적이라고 볼 수 있습니다.

프랑스에서는 고양이를 태워 우주로 보냅니다. 그 이름은 펠리세트, 이 고양이는 생존력이 좋은 길냥이 중 훈련과 테스트를 통해 14명 중에 발탁되었습니다. 괴로운 소음 훈련과 뱅글 뱅글 도는 정신없는 원심분리기에서 강도 높은 훈련을 거쳤습니다. 훈련이 어려운 고양이라고 하지만 실험 장치 안에서 가만히 앉아있는 훈련 등도 해냈다고 합니다. 펠리세트는 대기권까지 비행하여 십 여분 간 비행한 후 낙하산을 타고 돌아왔습니다. 하지만 이 고양이에게 미치는 영향을 분석하기 위해 여러가지 추가 실험을 행하던 중 3개월 만에 죽어버렸습니다. 뇌 연구를 위해 과학의 발전에 기여하기 위해 안락사를 당했습니다.

인간의 과학 발달을 위해 이렇게 희생된 동물들은 굉장히 다양합니다. 개, 쥐, 개구리, 거북이, 침팬지, 도마뱀, 송사리, 전갈, 귀뚜라미 등 다양한 동물들이 극적인 환경에 노출되는 실험에 참여하게 됩니다. 이중의 절반 이상은 가혹한 환경 속에서 생을 마감하게 됩니다. 인간과 비슷한 특징을 가지고 있다는 이유로 인간보다 미리 경험하게 하고 그 결과를 연구하기 위해 이 동물 실험을 이용해 왔습니다.

최근에는 엄청난 생존력을 가지고 있는 물곰 수 천 마리가 우주 탐험을 하였습니다. 이 물곰의 생존력은 지구 최강으로 불리며 이 생물은 지구의 극한 환경 그 어디에나 존재하고 있습니다. 남극의 얼음 속, 깊은 바닷속, 산 꼭대기에도 살고 있습니다. 이 물곰에게 미치는 우주 자극, 대표적으로 방사능 노출과 관련하여 얼마 만큼의 생존력을 보이는지 연구하겠다는 취지입니다.

이 물곰은 영하 273도의 저온이나 물이 펄펄 끓어 넘치는 151도 고열에서도 버텨내는 생물입니다. 게다가 수십 년 간 아무런 영양 공급 없이도 살 수 있으며 냉동했을 때 죽은 듯 보여도 녹이면 다시 살아나는 대단한 생명체입니다. 우주의 엄청난 방사능도 견뎌내는 생물은 물곰, 이끼, 박테리아 뿐입니다.

이 물곰과 함께 우주로 간 동물은 하와이 짧은 꼬리 오징어입니다. 이 오징어와 함께 공생관계인 ‘비브리오 피셔리’라는 이름을 가진 박테리아가 함께 우주로 갔습니다. 공생균의 유무에 따른 오징어의 변화를 살피며 우주 조건에서 어떠한 영향을 주고 받는지 확인하기 위함입니다.

우주 실험에 동물들이 이용되어 인간에게 유용한 실험 결과를 가져다 주고 과학의 발전에 기여한 것은 사실입니다. 우주 환경에 적응과 관련한 문제를 선 경험해보고 연구 결과로 남겨 인간에게 도움을 주는 것이지요. 하지만 이러한 동물 실험은 윤리적인 문제가 있습니다. 특히 동물의 복지와 권리가 중시 되는 요즘 시대에는 동물을 우주 실험에 참여 시키는 것에 대해 논란이 있습니다.

인공위성, 최초 위성 스푸트니크 1호 , 우리나라의 위성

우주에서 행성의 인력에 의해 행성의 주변을 도는 천체를 위성이라고 합니다. 그런데 이와 비슷하게 행성의 주변을 돌도록 인간들이 지상에서 쏘아 올린 위성을 바로 인공위성이라고 합니다.

로켓에 의해 대기권 밖으로 쏘아진 인공위성은 보통은 지구의 둘레를 원이나 타원 형태로 회전하고 있습니다. 이 위성은 통신, 기상, 방송, 군사, 과학, 관측 등 각각의 업무를 수행하고 있습니다.

발사체에 의해 대기권 밖으로 올라간 인공위성이 멈추지 않고 공전하기 위해서는 초속 7.9km이상이어야 합니다. 지구 밖으로 멀리 나간 인공위성은 지구의 중력에 의해 다시 지구 쪽으로 끌려오기 때문에 회전에 의한 힘과 지구의 인력이 균형을 이루어 타원 모양의 궤도를 그리며 지구 주변을 돌게 됩니다. 하지만 지구가 당기는 힘에 비해 너무 강한 속도로 추진하게 되면 다시 지구로 돌아올 수가 없게 됩니다. 그 속도가 바로 초속 11.3km입니다.

인공위성이 돌고 있는 궤도의 높이에 따라 정지 위성과 이동 위성으로 나눌 수 있습니다. 정지 위성이란 인공위성이 지구를 도는 주기가 24시간으로 지구의 자전 주기와 동일하기 때문에 지구에서 보았을 때 멈추어 있는 것처럼 보이는 위성을 말합니다. 정지 위성이 돌고 있는 높이는 3만 6천km입니다. 이 정지 위성 이외의 위성을 이동 위성 이라고 합니다.

대부분의 인공위성은 지구 주위를 돌고 있습니다. 물론 지구 이외의 행성 주변을 돌고 있는 인공위성도 있습니다. 인류의 역사상 쏘아진 인공위성은 1만 개가 넘으며 이중 1천여 개가 지구 주위를 돌고 있습니다. 나머지 인공위성들은 대기권에 진입하면서 타서 없어졌거나 고장나거나 수명이 다하여 우주 쓰레기가 되었습니다.

세계에서 인공위성을 쏘아 올릴 수 있는 나라는 단 11곳 입니다. 이중 제일 최초의 위성은 소련의 스푸트니크 1호입니다. 1957년 10월에 쏘아 올려진 인공위성으로 중량은 83.6kg입니다. 금속 재질의 공모양의 형태이며 직경 57cm의 작은 위성이며 지구의 둘레를 도는데 96분이 걸립니다. 이 스푸트니크 1호의 발사는 우주 탐사의 가능성을 현실로 만든 중요한 사건이었습니다. 이 스푸트니크 1호는 자그마치 92일 동안이나 지구 주위를 돌았고 대기권에 진입하여 소멸되었습니다.

스푸트니크 2호는 1호가 발사된 지 얼마 지나지 않아 발사되었습니다. 스푸트니크 2호는 인공위성의 기술과 발전에 대한 이슈와 더불어 한 가지 이슈가 더 있었습니다. 바로 살아있는 생물이 동행을 했다는 점입니다. 바로 라이카라는 이름을 가진 개가 타고 있었습니다. 스푸트니크 2호는 1호보다 더 오랜 기간인 162일 동안 우주 탐사를 하다가 1858년 4월에 대기권을 향해 소멸하였습니다. 만 3세였던 라이카는 인간들의 욕심에 의해 굉장한 스트레스를 받고 스푸트니크 2호가 소멸할 때 장렬하게 죽은 것이 아닌, 이보다 더 일찍 죽어버렸습니다. 발사된 지 7시간 만입니다.

라이카의 희생으로 얻게 된 것은 우주 공간에서 생물들의 생존에 관한 귀중한 데이터였고 이후 지속적으로 다른 개들도 우주로 향했습니다. 스푸트니크 5호에 두 마리의 개가 탑승했는데 이들은 모두 무사 생환했고, 1961년에는 유리 가가린(사람)이 최초의 우주 비행을 성공했습니다.

전세계의 세 번째 인공위성이자 미국의 첫 번째 인공위성은 1958년 1월 쏘아진 익스플로러 1호입니다. 무게 13.97kg의 소형 인공위성이며 여러가지 센서를 탑재하여 대기 밀도나 방사능, 자기장 등의 우주 환경을 탐사할 수 있었습니다. 이후 1975년까지 총 55대를 발사하였습니다.

현재 인공위성을 운용하고 있는 나라는 50개국 이상입니다. 하지만 자체적으로 발사가 가능한 나라는 11개 국밖에 없습니다. 이중에는 우리나라, 북한, 중국, 일본,인도와 같은 아시아 국가들도 포함돼 있습니다.

우리나라의 인공위성은 선진국에 비해 30년 이상 늦은 1992년 처음으로 발사되었습니다. 이름은 우리별 1호입니다. 이때는 프랑스령인 기아나 쿠루 우주기지에서 프랑스의 발사로켓(아리안 V-52)에 태워 발사되었으며 지구를 촬영하고 주변 환경에 대한 조사의 임무를 수행했습니다. 이때의 위성은 무게 48.6kg의 소형 위성이었고 영국의 기술 지원으로 개발되었습니다.

1995년에는 우리나라 최초의 방송 통신 위성인 무궁화 1호가 발사되었습니다. 적도 상공에서 방송 통신용 중계기를 사용하여 전파를 송수신하였습니다. 이후 무궁화 2호, 3호가 이어 발사되었고 현재 방송 통신 서비스를 무리없이 제공하고 있습니다.

우리나라 최초의 독자 기술로 개발된 인공위성은 1999년 5월에 발사된 우리별 3호입니다. 이후에도 다목적 실용 위성인 아리랑 위성, 우주 관측 위성인 과학 기술 위성, 통신해양기상위성인 천리안 등이 개발되어 쏘아졌고 2013년에는 대한민국 최초의 우주발사체 로켓에 탑재하여 나로 과학 위성을 지구 저 궤도에 올려놓았습니다. 이로서 우리나라도 우리나라 발사대에서 자국의 위성을 궤도에 성공적으로 안착시킨 스페이스 클럽에 이름을 올리게 되었습니다. 11번째입니다. 하지만 이때에도 1단 발사 로켓이 러시아의 것이었습니다.

하지만 순수 우리나라의 기술로 정상 궤도에 안착 시킨 사례는 바로 누리호입니다. 2022년에 2차 발사에서 성공하였으며 2023년 3차 발사 역시 성공하였습니다. 여기에 실려있는 위성은 차세대 소형 위성 2호, 도요샛, 카이로 스페이스 등이 있습니다. 앞으로 2025년, 2026년에 누리호 4차, 5차 발사가 계획되어 있습니다.

화성 테라포밍 가능성

테라포밍 이라는 단어를 들어본 적이 있으신가요? 테라포밍은 테라(terra)와 포밍(forming)의 합성어 입니다. terra는 지구를 뜻하며 forming는 형성을 의미하므로 지구처럼 만드는 것을 바로 테라포밍 이라고 합니다. 다시 말해 지구화라고도 할 수 있으며 지구가 아닌 행성을 지구와 비슷한 환경으로 만들고 생태계를 갖추어 가는 것을 말합니다.

테라포밍 할 대상으로 가장 많이 등장하는 것이 바로 화성입니다. 물과 대기의 실마리가 보이는 행성과 위성들도 많이 거론되고 있는데 대표적인 것이 앞선 게시물에서 설명했던 토성의 위성 타이탄과 엔셀라두스가 있습니다. 목성의 위성인 유로파나 금성, 토성의 레아 역시 거론되기는 하였으나 기술력과 천체의 조건으로 인해 거의 불가능한 상황이나 다름없습니다.

지구와 같은 생태계를 구축하는 방법에는 대기를 조성하고, 물을 생성한 뒤, 식물을 비롯한 생물이 서식할 만한 온도로 만들어 식물과 생물을 살 수 있도록 합니다. 과학적인 방법으로 원시 지구와 같은 환경을 구축하는 것이 목표이지만 현재에는 꿈 같은 일일 뿐입니다.

화성이 테라포밍의 대상으로 점쳐지는 이유는 물의 존재가 밝혀졌기 때문입니다. 물이 있는 곳에는 또 다른 생명체가 살 지도 모른다는 기대 때문입니다. 하지만 아직까지는 생명체의 존재는 밝혀진 바가 없습니다. 화성의 대기는 희박하며 기온도 굉장히 낮고 행성의 자기장이 약해 태양풍을 막아내기도 어렵습니다.

화성의 기본적인 특징을 살펴보도록 하겠습니다. 화성은 지구와 유사한 시기에 발생하였습니다. 발생 시기는 약 45억 6000만 년 전입니다. 당시에는 화성의 표면은 물로 뒤덮혀 있는 바다와 같은 상태였습니다. 45억 3000만 년 전에는 밑바닥에 단단한 지각이 생성되었으며 44억 6000만 년 전에 맨틀이 분화되었습니다. 지구의 맨틀 생성 시기는 45억 2000만 년 전이니 화성과 시기적으로 굉장히 유사한 부분이 있습니다.

과거에는 화성의 물이 굉장히 풍부했으며 방사성 동위원소로 인해 화성 중심부의 온도가 뜨거워서 그 당시에는 강력한 자기장으로 대기를 보호할 수가 있었습니다. 물 역시 액체 상태로 존재하였습니다. 지하엔 온천수가 흘렀고 화산도 굉장히 많았습니다. 지구와 마찬가지로 산과 산맥도 충분히 많이 갖고 있었습니다. 하지만 지금은 그 모습이 남아있지 않습니다. 화성 역시 지구와 마찬가지로 빙하기를 맞이하였습니다. 45억 년 전부터 지속적으로 감소한 대기압으로 인해 빙하 시대의 모습으로 바뀌었고 오랜 기간 침식 작용이 일어나 과거의 풍경은 지하 얼음 층으로 추정할 뿐입니다.

그러다가 42억 년 전 즈음 화성의 자기장이 점점 약화되었습니다. 대기는 지속적으로 줄어들고 있었고 40억 년 전에는 지름이 약 1,000km 정도 되는 소행성이 화성과 충돌을 일으키게 됩니다. 그래서 북반구의 일부분은 남반구에 비해 5km가량 낮아졌습니다. 이 충돌로 인한 열기로 인해 수천 년 간 기온이 영상이 되었으나 그 뒤로부터 극적으로 자기장이 약해지게 되었습니다. 소행성 충돌 지역에는 바다가 해일을 일으키고 육지를 넘나들었습니다. 37억 년 전 화성의 자기장은 이미 지구의 5%정도밖에 되지 않았습니다.

이때부터 표면 온도가 극심하게 낮아지고 건조해졌으며 자기장은 지구의 0.3%수준으로 점점 더 물의 존재가 희박해 지게 되었습니다. 얼음층 역시 땅 속 깊은 곳에 자리 잡게 되었고 액체 상태의 물은 대부분 증발해 버리고 말았습니다. 화성의 물은 얼음 상태로 존재하는 것으로 그 양은 상당히 많습니다. 다만 맨틀 상층부와 지하에 머물러 있기 때문에 그 존재가 거의 느껴지지 않습니다.

그 뒤로도 활발한 지질 활동으로 화산 작용 및 침식 작용이 많이 발생하였습니다. 20억 년 전 쯤에야 내부의 열원의 약화로 소규모 화산 활동만이 일어날 뿐입니다. 지표의 물이 사라지고 나니 물에 의한 침식 작용도 굉장히 적어졌습니다. 화성의 침식 속도는 지구의 1/30,000 가량입니다. 10년이 지나도 강산이 바뀐다는 말은 화성에서는 유효하지 않습니다. 수십 억 년이 지나도 그 모습을 그대로 유지할 수 있게 되었습니다.

화성의 물은 생명체의 존재 가능성을 예측하기에 중요한 요소입니다. 특히 얼음 상태의 물이 아닌 액체 상태의 물은 생명체에게 필수적입니다. 화성에 물이 존재한다는 사실은 2008년 NASA에 의해 밝혀졌습니다. 이 물의 발견으로 인해 화성 탐사에 박차를 가하였고 생명체의 존재 뿐만이 아니라 연료의 공급 및 우주 기지로의 활용 등에도 기대하는 바가 큽니다.

하지만 화성은 현재는 불모지이며 사람이 머물기에는 좋지 않은 환경입니다. 첫 번째로 거론되는 것이 방사선입니다. 지구로 향하는 방사능 양의 50배로 과도한 방사능량으로 잠시 동안 머무는 것 만으로도 허용치를 넘어서게 됩니다. 3-5년 주기로 발생하는 모래 폭풍 역시 사람들의 활동을 어렵게 하는 요소입니다.

토성의 고리, 우주먼지

토성 고리의 나이에 대한 새로운 발견

우주 먼지 연구를 통해 토성의 고리의 나이에 대한 해답을 찾은 미국 볼더 콜로라도 대학교 대기 우주 물리학 팀의 연구 결과[과학 저널 Science Advances)에 따르면 토성 고리는 비교적 최근인 4억 년 이내에 형성되었다고 합니다.

자그마치 토성의 나이는 약 45억 년인데 토성의 고리는 4억 년 밖에 안되었다고 하니 굉장히 의아한데요. 그것도 토성 주위를 돌아다니는 먼지들을 분석한 결과라는 것도 재미있습니다. 연구 기간은 2004년부터 2017년 까지로 10년이 넘는 시간 동안 우주 먼지를 관찰, 분석하여 결국에는 답을 얻어냈습니다.

13년 간 모은 163개의 토성 의 우주 먼지를 분석하였는데 그 방식은 얼음 알갱이에 먼지층이 쌓이는 속도로 역추적 하는 방식입니다. 먼지층이 두껍게 쌓여 있다면 그만큼 오래된 고리라는 결론입니다.

토성의 고리는 무수히 많은 얼음 덩어리로 이루어져 있습니다. 크기는 자갈 크기 정도이거나 이보다 조금 작습니다. 토성의 고리는 7개이며 토성 본체와는 27만 2천 km 가량 떨어져 있습니다. 이 토성의 고리에 대해 본격적으로 연구한 사람은 갈릴레이 입니다. 당시에는 희미하게 관측되었기 때문에 그것이 고리라고 여기지는 않았습니다. 갈릴레이는 그 현상을 「토성의 귀」라고 표현했습니다.

이후 1600년대 중반 네덜란드의 천문학자에 의해 고리라고 불리었으며 엷은 고리는 토성과 떨어져 고리 형태를 이루고 있다는 사실이 밝혀지자 사람들은 놀라움을 금치 못했습니다. 훗날 천문학자 카시니의 연구 등에 의해 토성의 고리에 대한 추가적인 정보가 밝혀졌습니다. 고리가 하나가 아닌 여러개라는 사실을 말입니다. 이 토성의 고리는 수 많은 고리들의 집합체이며 토성으로부터 약 7만km ~ 114만 km 정도 위치에 자리 잡고 있습니다. 고리를 이루고 있는 물질은 작은 알갱이부터 엄청나게 큰 크기의 얼음 덩어리입니다.

과거에는 이 고리들이 토성과 45억 년 이상을 함께 했을 것이라고 여겼으나 오늘날 연구에서는 이 토성의 고리들은 최근에 생겨난 것이라고 합니다. 이 토성의 고리는 토성 생성 물질들이 남아 고리를 이루었다고 보는 사람도 있으며 일부의 견해는 토성 근처의 중력으로 부서진 위성의 조각들이라고 주장하는 사람들도 있습니다.

토성에 대해 더 자세하게 알아보기로 하겠습니다. 토성은 태양계 행성 중 하나입니다. 태양으로부터 여섯 번째에 위치해 있습니다. 지름은 12만 km정도 이며 목성 다음으로 큰 행성입니다. 토성의 표면 중력은 지구와 비슷합니다. 하지만 부피는 760배이며 평균 밀도는 물보다 작습니다. 이 토성의 대기는 수소, 헬륨, 메탄 등으로 이루어져 있습니다. 토성은 태양과 아주 멀리 떨어져 있기 때문에 태양으로 받는 열기가 굉장히 적습니다. 그렇기 대문에 토성 표면의 온도는 섭씨 영하 180℃입니다. 이렇게 온도가 낮기 때문에 토성의 대기를 이루고 있는 물질들은 결빙하여 단단한 상태로 존재합니다.

토성의 생김새는 타원형입니다. 다른 가스 행성들과 비교해 보아도 토성처럼 많이 눌려 있는 행성은 없습니다. 토성의 내부는 핵 위를 수소와 헬륨이 감싸고 있을 것으로 추측하고 있습니다. 가장 바깥 부분은 헬륨과 기체 수소층이 얼음과 함께 위치하고 있을 것으로 예상됩니다. 하지만 토성의 가장 안쪽은 매우 뜨겁다고 합니다.

토성이 태양을 한 바퀴 도는 데는 29년 4571년이 걸립니다. 하지만 자전 속도는 굉장히 빨라 10시간 33분 38초를 자전 주기로 하고 있습니다. 토성을 관측해보면 고리로 인해 굉장히 밝게 보입니다.

이 토성 탐사를 했던 우주선은 파이어니어 11호와 보이저1,2호 등 입니다. 이때 토성 주변의 두 개의 띠를 발견했고 1980년 보이저 1호는 위성 3개와 새로운 띠를 발견해냈습니다. 그리고 중요한 사실을 발견해 냈습니다. 그 주목할만한 발견은 바로 타이탄에 대기가 있으며 그것은 질소로 이루어져 있다는 것입니다.

토성의 위성은 굉장히 많습니다. 대부분 얼음과 돌로 이루어져 있습니다. 토성의 위성은 확인된 것만 145개 이며, 이름이 있는 위성은 63개 입니다. 그중 대표적인 타이탄은 위성 중 그 크기가 두 번째로 큰 위성입니다. 첫 번째는 목성의 가니메데 입니다.

Our Galaxy, 태양계 우리 은하

우리 은하의 특징

이름이 친근한 우리 은하는 우리가 현재 살아가고 있는 은하를 말합니다. 태양과 지구가 모두 이 은하계 안에 포함되어 있습니다. 우리 은하는 은하계, 태양계 은하 등으로 불리기도 합니다.

은하계의 이름 앞에 우리라는 말이 붙은 것이 별다른 뜻이 있는 것은 아니고 그냥 현 시대에 우리가 살아가고 있는 은하이기 때문에 우리 은하라고 불리게 되었고 이것이 굳어져 명칭 자체가 우리 은하로 고착된 것입니다.

우리 은하는 처녀자리 초은하단, 국부은하군, 라니아케아 초은하단 내부에 위치합니다. 우주에서 크기가 큰 편이며 우리 은하만큼 큰 은하는 찾기 힘들 만큼 희귀합니다. 우리 은하의 크기와 비슷하거나 크기가 더 큰 은하는 안드로메다 은하와 바람개비 은하 등이 있습니다. 우리 은하의 질량은 암흑물질로 이루어져 있습니다. 암흑물질은 관측할 수 없는 신비한 물질을 말합니다. 중력을 통해서 암흑물질의 존재는 알 수 있지만 어떠한 수단을 사용해도 전혀 관측되지 않습니다. 이 암흑물질은 쿼크 덩어리, 중성자, 원시 블랙홀, 비활동 블랙홀과 같은 천체일 것이라는 주장이 있습니다. 정체는 명확하지 않지만 그 어떤 것이 존재함은 분명하며 이 암흑물질을 포함한 우리 은하의 질량은 태양 질량의 1-3조 배 입니다. 암흑물질을 제외한다면 1000억 배 정도이며 중심에는 거대한 질량의 블랙홀이 자리 잡고 있습니다.

우리 은하가 속한 국부 은하군은 우리 은하와 50여 개의 은하가 천만 광년 크기 안에 함께 자리하고 있는 은하군입니다. 국부은하군이 천체들은 중력의 강한 영향으로 시간이 지남에 따라 점점 거리가 가까워 집니다. 마지막에는 이 은하군의 모든 천체가 하나의 거대한 블랙홀을 형성하게 되며 이 거대한 블랙홀은 오랜 시간이 지난 후 결국 소멸하게 될 것으로 보고 있습니다.

우리 은하의 대표적인 특징에 대해 알아보도록 하겠습니다. 우리 은하의 지름은 약 10만 광년, 두께는 1만 5천 광년 정도입니다. 이곳에 위치한 대표적인 별은 광도가 태양의 330만 배인 청색 극대거성인 권총별이 있으며, 용골자리 성운 내부에 있는 항성계인 용골자리 에타가 있습니다. 용골자리 에타는 1800년대 초반에는 4등급의 별이었지만 1837년 갑작스럽게 0등급으로 그 밝기가 밝아진 기이한 별입니다. 그 과정에는 대분화가 있었는데, 대분화 이후로도 계속해서 밝아졌습니다.

용골자리 에타는 1843년에는 겉보기 등급이 -0.86에 이르렀으며 두 번째로 밝은 항성이 되었습니다. 하지만 밝기는 항상 일정하게 유지되는 것은 아니며 1800년대 후반에는 7.6등급으로 떨어졌다가 그 뒤로 밝기가 서서히 증가해 현재의 겉보기 등급은 4.3입니다.

겉보기 등급이란 눈으로 보는 별의 밝기를 나타낸 등급입니다. 지구와 별까지의 거리는 고려하지 않으며 겉보기 등급의 숫자가 작을 수록 밝은 별입니다. 참고로 태양의 겉보기 등급은 -26.8, 시리우스의 겉보기 등급은 -1.5, 리겔의 겉보기 등급은 0.1입니다.

우리 은하의 가장 나이든 별의 나이가 135억 살 정도로 추측됩니다. 우주 탄생과 불과 3억 년 밖에 차이 나지 않는 별입니다. 우리 은하는 수십 개의 작은 은하로 구성된 국부 은하군에 포함되어 있는 은하입니다. 그 크기와 질량은 안드로메다 은하와 1,2위를 다툴 정도 입니다.

우리 은하임에도 불구하고 이 은하의 전체적인 모습에 대해서 명확하게 관측하기는 어렵습니다. 하지만 관측 기술의 발달로 우리 은하의 형태는 나선 구조를 가진다는 점이 밝혀졌습니다. 추정한 형태에 따르면 우리 은하는 전형적인 막대 나선 구조입니다. 우주의 중심부가 원형이 아닌 막대 구조를 가지고 있으며 이 막대 구조 양 옆에서 뻗어나온 나선팔이 있습니다.

이 나선팔이 위치한 곳을 디스크라고 합니다. 우리 은하가 생겨났을 때 그 폭발이 끝 난 뒤 남은 가스가 회전하면서 납작해진 부분이며 새롭게 태어나는 별들과 젊은 별들이 많이 모여있는 곳입니다. 태양은 얇은 원반에 속해 있습니다.

우리 은하 중심부에는 지구와 가장 가까운 거리에 있는 초대질량 블랙홀이 있습니다. 태양의 400만 배의 질량을 가지고 있으며 이렇게 큰 질량 때문에 주변의 별들은 굉장히 빠른 속도로 주위를 돌고 있습니다.