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[2646호] 2021.02.22
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[과학]여기는 화성! UAE·중국·미국의 탐사 미션

김형자  과학칼럼니스트 bluesky-pub@hanmail.net

▲ NASA의 화성 탐사 로버 퍼서비어런스의 가상도. photo 뉴시스
아랍에미리트(UAE)와 중국, 미국이 쏘아올린 화성 탐사선들이 화성에 잇따라 도착했다. 지난해 7월 UAE를 시작으로 차례로 화성을 향해 출발한 지 7개월여 만이다. 3개국의 우주선이 화성에서 수행할 임무와 기술 수준은 다르지만, 과학적 발견을 위한 화성 탐사 경쟁이 본격화할 전망이다.
   
   
   UAE, 화성 대기 아래부터 위쪽까지 탐사
   
   지난 2월 10일 오전 12시57분(한국 시각) 중동의 강소국 UAE의 화성 탐사선 ‘아말’(아랍어로 희망이라는 뜻)이 화성 궤도에 가장 먼저 진입했다. 지구에서 가장 가까운 천체인 달을 건너뛰고 더 멀리 떨어진 화성에 먼저 탐사선을 보내는 도전으로 미국, 러시아, 유럽, 인도에 이어 세계에서 다섯 번째로 화성 궤도에 진입한 나라가 되었다. 우주기술 불모지에서 20년도 안 되는 단기간에 독자적으로 인공위성을 개발한 데 이어 화성까지 쏘아 올리는 쾌거를 이룬 것이다.
   
   아말(무게 1350㎏)은 지난해 7월 20일 일본 규슈 다네가시마우주센터에서 발사되었다. 그 뒤 약 7개월 동안 4억9300만㎞를 비행한 끝에 화성 궤도에 진입했다. 궤도 진입은 화성 상공 2400㎞에서 시작해 1000㎞ 상공에서 끝났다. 이후 2개월간 궤도 조정을 거친 뒤 정식 임무수행을 위한 탐사 궤도(1400㎞ 상공)로 이동한다. 화성은 많이 찌그러진 타원 궤도이기 때문에 아말은 화성 상공 2만㎞까지 근접했다가 4만3000㎞까지 멀어지는 타원 궤도를 돌도록 설계되어 있다.
   
   아말의 탐사 기간은 화성 시간으로 1년(지구 기준 687일). 55시간마다 화성 궤도를 한 바퀴씩 돌면서 화성 대기의 상층과 하층 등을 관측한다. 아말 탐사선의 목표는 최초로 화성 대기 아래부터 위쪽까지, 모든 위도에서 상태를 보여주는 날씨도를 제작하는 것이다. 이를 위해 화성의 하루 단위 날씨 변화부터 연중 계절 변화까지 화성의 기후를 꼼꼼하게 조사한다.
   
   화성은 수십억 년에 걸쳐 대기가 화성 밖으로 급격히 빠져나가면서 사람이 살기 힘들 만큼 건조해졌다. 아말은 화성의 대기가 어떻게 밖으로 빠져나가는지도 조사할 예정이다. 이러한 아말의 대기 관측 자료는 일주일에 두 번 지구에 보내지고, 이렇게 확보한 데이터는 올해 9월 처음 공개돼 전 세계 과학자들과 공유한다. 2021년 12월 2일에는 UAE 건국 50주년 기념일에 맞춰 화성 대기 분석 자료를 발표할 예정이다.
   
   UAE는 여기에 머물지 않고 2100년대에 화성 이주계획을 추진하기 위해 파격적인 우주 계획을 추진하고 있다.
   
   
▲ 아랍에미리트의 화성 탐사선 아말(왼쪽)과 중국의 화성 탐사선 톈원-1호. photo 뉴시스

   중국 한꺼번에 궤도 진입, 착륙, 탐사 시도
   
   아말에 이어 중국 탐사선 톈원-1호(天問·하늘에 묻는다는 뜻)도 지난 2월 10일 오후 8시52분(한국 시각) 화성 궤도 진입에 성공했다. 이로써 여섯 번째 화성 궤도 진입국이 되었다. 지난해 7월 23일 하이난 원창 우주발사장에서 발사된 톈원-1호에는 궤도선과 착륙선, 로버(6륜 탐사선, 무게 240㎏) 등이 함께 실려 있다. 궤도 진입, 착륙, 탐사를 한꺼번에 시도하는 것은 인류의 우주 탐사 역사상 처음 있는 일이다. 착륙은 궤도 진입보다 훨씬 더 어려운 작업이기 때문에 세계에서 처음 화성 착륙에 성공한 미국 항공우주국(NASA)은 착륙을 시도하기 전 화성에 여러 개의 궤도선을 보냈다.
   
   톈원-1호도 화성 시간으로 1년간 궤도를 돌게 된다. 현재 톈원-1호는 화성에서 400㎞ 떨어진 궤도에서 공전하고 있다. 궤도를 도는 도중 5~6월경 착륙선이 분리돼 대기권 진입 후 로버와 함께 화성 땅으로 내려앉는다. 착륙지는 화성에서 가장 큰 크레이터(분화구·지름 3300㎞)로 알려진 유토피아 평원이다. 이곳은 1976년 NASA의 바이킹-2 착륙선이 내렸던 곳으로, 많은 양의 얼음이 있을 것으로 추정된다.
   
   톈원-1호의 착륙선이 화성 땅에 착륙할 경우 중국은 미국과 러시아에 이어 세계 3번째로 화성 표면을 밟은 나라가 된다. 착륙 후에는 태양광을 동력으로 한 로버가 유토피아 평원 지역을 이동하면서 약 3개월간 탐사한다. 화성의 지형과 지질 구조를 파악하고 토양 성분, 환경, 얼음 분포 등을 조사할 예정이다. 궤도에 남게 되는 궤도선 또한 UAE의 아말처럼 고도 265~1200㎞의 극궤도를 돌면서 대기를 분석하고 지형을 촬영한다. 중국 톈원-1호의 최종 목표는 궤도선과 로버의 관측 데이터를 토대로 화성의 지질 지도를 작성하는 것이다.
   
   
   미국, 지구로 화성의 흙 가져온다
   
   2월 18일 오후 3시30분(미국 동부 시각)에는 NASA의 화성 탐사 로버 퍼서비어런스(Perseverance)가 곧장 화성 표면으로 직행했다. 지난해 톈원-1호보다 일주일쯤 늦게 발사됐지만 화성 대기권 진입·하강·착륙은 가장 먼저다. 퍼서비어런스는 NASA 화성 탐사 로버 중 가장 정교하다. NASA는 1997년 7월 4일 ‘소저너’를 시작으로 2004년 쌍둥이 로버인 스피릿과 오퍼튜니티, 2012년 큐리오시티를 성공적으로 착륙시켰고, 현재는 큐리오시티만 활동 중이다.
   
   퍼서비어런스(바퀴 6개, 길이 3m, 무게 1025㎏)의 착륙지는 ‘예제로(Jezero)’ 크레이터(분화구)이다. 예제로 분화구는 30억~40억년 전 강물이 흘렀던 삼각주로 추정돼 원시 단세포 생명체가 있었을 것으로 짐작된다. 이곳에서 화석으로 남아 있는 생명체의 흔적을 찾는 것이 퍼서비어런스의 탐사 목적이다. 그 흔적이 발견된다면 외계생명체가 존재할 가능성이 크다.
   
   한편 퍼서비어런스에 실린 1.8㎏의 작은 헬리콥터형 드론도 주목할 대상이다. ‘인제뉴이티(Ingenuity)’라는 이 드론을 화성 표면 3~10m 상공에 띄워 상대적으로 대기가 희박한 화성에서의 성능을 시험한다. 30일간 최대 5회 자율비행하며 퍼서비어런스와 통신할 예정이다.
   
   퍼서비어런스의 또 다른 목표는 역사상 처음으로 지구로 가져올 토양과 암석 샘플을 채취해 보관하는 일이다. 퍼서비어런스는 로봇팔(길이 2.1m) 끝에 장착된 드릴로 흙과 암석을 채취하고 채취한 샘플은 보관함(Cache)에 담긴다. 이 보관함은 NASA와 유럽우주국(ESA)이 손잡고 2026년 발사할 탐사선(지구 귀환 궤도선)이 수거해 2031년 지구로 가져올 계획이다. 이를 통해 화성 연구는 물론 인류 거주에 이상적인 지역을 찾는다.
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