[우주] 향후 30년, 우주 연구의 화두 3가지 우주항공

11.jpg » 로드맵의 연구 주제를 단계별로 아이콘화한 이미지. 위로부터 빅뱅, 우주의 진화, 지구의 형성, 생명체의 탄생 등을 나타낸다. NASA

 

미 항공우주국, 향후 30년 우주 로드맵 발표

세 가지 화두에 대한 단계별 연구 목표 던져

 

미래의 우주 탐구를 이끌어갈 화두는 무엇일까.

세계 우주 연구를 주도하고 있는 미 항공우주국(NASA)이 최근 발표한, 향후 30년간의 우주 탐험 로드맵에서 이 질문에 대한 답변을 내놨다. 나사가 제시한 화두는 세 가지.

‘우리는 외톨이인가?’ (Are We Alone?)

‘우리는 어떻게 여기에 와 있나?’ (How Did We Get Here?)

‘우주는 어떻게 작동하는가?’ (How Does Our Universe Work?)

천체물리학은 이 세가지 질문에 대한 답변을 찾아가는 길이라고 나사는 설명한다. 지난해 12월20일 공개된 110쪽짜리 로드맵의 제목은 ‘지속적인 탐구-담대한 비전, 나사의 향후 30년 천체물리학’(Enduring Quests-Daring Visions (NASA Astrophysics in the Next Three Decades)’이다. 나사와 미국내 대학, 연구소에서 선발된 22명의 과학자들이 참여해 만들었다.

로드맵은 자신들이 던진 세 가지 화두에 대해 어떻게 답변을 찾아갈 것인지 예상하고, 새로운 방법을 제안하는 방식으로 구성돼 있다. 로드맵은 향후 30년의 탐구를, 10년 단위로 끊어서 시기별 연구 주제와 전망, 그리고 답을 찾는 데 필요한 기술들을 설명한다.

 

00NASAvision.jpg » 나사의 향후 30년 우주 연구 로드맵. NASA

 

로드맵에 따르면 첫 10년은 ‘가까운 시기’로, 지금의 나사 미션을 계속 수행해가는 시기다. 화성탐사로봇 큐리오시티나 국제우주정거장(IIS) 같은 것들이다. 두번째 10년은 ‘형성의 시기’로, 이전 시기의 발견과 기술적 발전을 토대로 좀더 앞으로 전진하는 것이다. 로드맵은 이 시기에 중요한 천체물리학적 성과가 있을 것으로 예상한다. 마지막 10년은 비전의 시기로, 과학과 기술의 경계를 더욱 확장하는 시기다.

좀더 구체적으로 들여다 보면, 첫 10년의 시기에는 지금처럼 케플러 망원경 등으로부터 온 정보를 이용한 우주탐험이 계속된다. 두번째 10년인 형성의 시기엔, 지구와 비슷한 별의 대기에서 산소와 수증기 그리고 다른 화합물을 찾아내는 것을 목표로 하고 있다. 비전 시기의 목표는 지구와 같은 외계행성의 고해상도 영상을 받아 외계에서 대륙과 바다를 확인하는 것이다.

 

사본 -3.jpg » 왼쪽은 1969년 7월20일 달의 `고요한 바다' 지역에 착륙한 아폴로 11호의 달착륙선 이글호와 착륙선 조종사 버즈 올드린. 오른쪽은 2012년 10월31일 화성 탐사로봇 큐리오시티의 셀프카메라 사진. NASA

인류는 외톨이인가, 외계 생명체를 찾아내라

허블 이어 2018년 제임스웹우주망원경 활동 기대

 

우선 첫번째 질문 ‘우리는 외톨이인가’에 대한 답변은 어떻게 찾아낼 것인가. 이는 지구와 닮은 외계 행성을 찾아나서는 일이다.

나사는 우선, 지난 몇년 사이 천문학에서 가장 중요한 발견은 우리가 속한 은하수에는 생명체에 적합한 조건을 갖추고 있는 것으로 보이는 행성들이 다수 존재한다는 사실을 발견한 것이라고 말한다. 따라서 첫째 목표는 나사가 현존하는 행성의 분포와 이것들이 형성하는 행성 시스템을 정확히 파악하는 것이라고 지적한다.

나사는 허블 우주망원경의 뒤를 이어 2018년부터 임무를 수행할 제임스웹우주망원경(JWST), 외계 행성 발견 임무에서 대활약을 펼친 케플러 망원경을 이어 2020년대에 우주 공간에 올려질 LUVOIR 관측위성(Large UV Optical IR (LUVOIR) Surveyor)이 이 임무를 떠맡아 큰 성과를 낼 수 있을 것이라고 기대했다.

나사는 별 주변을 선회하는 ‘따뜻한’ 행성들을 발견해온 케플러 미션에 이어, 중력 렌즈를 사용하는 ‘광시야 적외선 서베이 망원경-천체물리 중심 망원경’(WFIRST-AFTA)을 이용해 ‘차갑고’ 자유로이 떠도는 행성들을 찾아내 행성 시스템 파악 미션을 완성한다는 구상이다. 이는 현재로선 2020년대 중반에 시작할 예정이다.

그 이후 ‘비전의 시기’에 들어서면 외계지구 지도작성(ExoEarth Mapper)이 가능해질 것으로 본다. 이는 대형 광학 우주망원경들로부터 받은 관측 기록들을 조합해 사상 처음으로 외계 지구의 이미지들을 만들어내는 작업이다. 보고서는 “사상 처음으로 우리는 먼 세계에서 대륙과 대양을, 그리고 생명의 신호를 확인할 것”이라는 희망을 피력했다.

 

w.jpg » 초기 지구에서 혜성 충돌로 지구 표면에 물이 쌓여가는 과정을 형상화한 그림. NASA

 

인류는 어떻게 여기까지 왔나, 우주의 기원을 찾아내라

 

두번째 질문 ‘우리는 어떻게 여기에 와 있는가’는 우주의 역사를 추적하는 임무이다. 여기에서도 제임스웹우주망원경을 비롯한 우주 관측장비들이 필요하다. 보고서는 첫 10년은 2018년에 가동할 예정인 제임스웹우주망원경을 이용해 원시별, 성단, 그리고 초기 은하를 좀더 깊이 들여다볼 수 있을  것으로 내다봤다. 그 다음 ‘형성의 시기’에는 적외선탐사장비를 이용해 어린 별 주변의 원시행성계원반(protoplanetary disk)을 연구하고, 엑스선 탐사장비를 이용해 초신성 잔해들은 뭘로 구성돼 있는지, 그것들은 우주에 어떤 영향을 끼쳤는지에 대한 자료들을 수집한다는 구상이다. 마지막 10년 ‘비전의 시기’엔 다시 제임스웹망원경을 이용해 거의 140억년 전에 일어난 우주의 최초 진화 모습을 포착할 수 있을 것으로 내다봤다. 이 시기는 최초의 별과 블랙홀이 자외선 광자를 우주 속으로 분출한 시기이다.

  

b.jpg » 두 블랙홀의 통합 과정에 대한 시뮬레이션 중 중력파를 묘사한 장면. NASA

 

우주는 어떻게 작동하는가, 우주의 구조를 밝혀라

 

세 번째 질문 ‘우주는 어떻게 작동하는가’라는 질문은 우주의 구조를 밝혀내는 임무이다. 나사는 이를 위해 우주에서 가장 극단적인 사건들, 즉 중성자별의 탄생, 블랙홀의 충돌, 우주 형성 최초의 순간 등을 밝혀내야 한다고 지적한다. 무엇보다도, 우주 팽창의 비밀을 벗겨줄 우주 인플레이션(우주 초기에 우주의 길이가 급격히 늘어나는 것) 현상을 정확히 측정하는 것이 필요하다. 그런 다음 중력파 검출기 개발이 완성되면, 이 장비를 통해 우주의 초기 진화에서 중력파동(우주 공간에서 중력을 가진 물체가 어떤 움직임을 일으켰을 때 일어나는 파동)을 관찰하고 블랙홀의 표면인 ‘사건의 지평선’ 그림자를 그려낼 수 있을 것이라고 나사는 예상한다.

이 미션을 수행하기 위해선, 더 크고 가벼운 광학기기와 극한의 하이콘트라스트를 갖춘 이미지 장비에서부터 유례없는 위치 정확도를 갖춘 스마트한 물질과 추진체에 이르기까지 커다란 기술적 발전이 이뤄져야 한다.

 

z.jpg » 우주는 사실 대중 문화에도 깊숙이 침투해 있다. 왼쪽부터 허블우주망원경이 찍은 사진을 담은 스카프, 음반, 허블우주망원경을 다룬 영화 포스터, 허블 10주년 기념 우표, 우주배경복사를 형상화한 조각품, 허블을 소재로 한 미 NBC 방송 코미디물의 한 장면, 표면에 허블 사진을 입힌 기타, 허블을 기념한 구글 로고, 우주를 주제로 한 퓨전댄스. NASA

계획서라기보단 제안서, 비용과 관리 문제 언급 없어

 

이번에 나온 로드맵이 곧바로 나사의 향후 연구 실행 스케줄로 이어지는 것은 아니다. 나사의 주요 과학자들이 참여하기는 했지만 어디까지나 우주연구 정책 방향 수립을 위한 제안서이다. 로드맵에 연구개발에 필요한 비용과 관리 문제가 언급되지 않은 것은 로드맵의 이런 성격 때문으로 보인다. 이 두 가지는 사실 오늘날 우주 연구 및 개발에서 가장 다루기 어려운 문제들이라고 <MIT테크놀로지리뷰>는 지적한다. 실제로 늘어나는 재정적자와 공공부채 앞에서 미국 정부로선 우주는커녕 눈앞 현안을 처리하는 데도 허둥댈 수밖에 없는 형편에 놓일 가능성 있다. <리뷰>는 그럼에도 우주 미션의 미래는 돈보다 사람이 더 중요하다고 강조한다.  자금 조달 그 자체보다는 기술 수준을 정확히 평가하고 거기에 적합한 로드맵을 작성해 관리하는 문제가 미션의 성패를 가르는 더욱 핵심적인 사안이라는 것이다. 그걸 보여주는 하나의 사례로 애초 예상했던 비용과 시간을 초과한 제임스웹망원경을 꼽았다.

  

 

나사 로드맵 원본 보기

http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1401/1401.3741.pdf

관련 기사

http://thespacereporter.com/2014/01/nasa-we-hope-to-send-humans-to-mars-by-2030/

http://www.technologyreview.com/view/523796/are-we-alone-nasas-30-year-goal-to-answer-astrophysics-greatest-question/

http://blogs.nature.com/news/2013/12/nasa-lays-out-long-term-vision-for-astrophysics.html

http://io9.com/search-for-life-is-top-priority-in-nasas-30-year-astro-1487248749


곽노필 한겨레신문 선임기자 nopil@hani.co.kr
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profile한겨레신문 선임기자. 미래의 창을 여는 흥미롭고 유용한 정보 곳간. 오늘 속에서 미래의 씨앗을 찾고, 선호하는 미래를 생각해봅니다. 광고, 비속어, 욕설 등이 포함된 댓글 등은 사양합니다.