This is what NASA wants to do when it gets to the moon

NASA가 달에 도착해서 하고 싶은 일들

아르테미스 계획의 주된 목적은 전에 해본 적 없는 연구를 하기 위해서다. NASA가 마침내 달로 돌아가서 수행할 연구의 최우선 순위는 다음과 같다.

NASA가 마침내 달에 되돌아가면(아마 2024년이 될 것이다), 인류 역사상 최초의 외계 식민지 건설 및 화성으로 가는 향후 임무를 위한 기초 작업을 시작할 것이다. 그러나 아폴로 프로그램(Apollo program) 이후 처음으로 달에 가는 우주 탐사 계획은 또한 심우주 과학의 새로운 시대를 여는 것이기도 하다. 12월 7일 발표된 NASA 보고서에서는 NASA가 여전히 달에 관해 품고 있는 의문이 무엇인지, 우주비행사를 달 표면에 착륙시키는 일이 이런 의문의 답을 얻는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 설명한다.

이 보고서는 주로 (달에 착륙하는 최초의 여성 우주인을 포함해) 우주비행사들을 달 표면에 보내는 임무인 아르테미스III(Artemis III)에 대해 다루고 있다. 연구진이 달에서 하고자 하는 여러 과학 연구는 공학자들이 지속 가능한 식민지 개발을 위해 (얼음 형태의 물과 같은) 달의 자원을 어떻게 활용할 수 있을지 탐구하는 데 도움이 될 것으로 보인다. 또 화성으로 가는 임무에 중요할 새 건축물도 시험해볼 수 있을 것이다. 그 외에도 달의 지질과 내부 구조, 오랜 시간에 걸친 달의 변화, 달의 기원과 함께 밝혀낼 지구와 태양계의 역사도 관심사다.

지진학(Seismology)

달에 인간이 가면, 이들은 이곳저곳에서 신속한 실험을 수행할 수 있을 뿐 아니라 오랫동안 데이터를 수집할 수 있는 각종 장비들도 설치할 수 있다. 보고서에서는 “지구물리학 및 환경 관측을 위해 향후 지속적으로 설치할 장비들의 네트워크 노드(network nodes) 중 첫 번째 장비들이 아니라면 아르테미스III 임무의 의의는 반감된다”라고 명시하고 있다.

주요 관심사는 달의 지진 활동이다. 아폴로 시대의 장비들 덕에 처음으로 달이 우리가 생각했던 것처럼 잠잠하거나 조용하지 않다는 사실을 알게 됐다. 달은 오랜 시간 우르릉거리고 있으며 종종 월진(moonquakes)이 발생하여 바위 전체가 흔들리기도 한다. 이는 지각판의 움직임 때문이 아니라 지구와의 중력 마찰 때문인 것으로 의심되지만, 아직 우리는 확실히 결론을 낼 만큼 충분히 알지는 못한다.

아폴로 시절 장비들은 1977년 작동을 멈췄지만, 아르테미스 계획으로 달에 새 지진계를 설치할 수 있게 되었다. 이로써 월진을 훨씬 더 민감하게 감지할 수 있게 되고, 월진의 발생 원인을 파악하는 데도 도움이 될 것이다.

우리는 달에 물이 존재한다는 것을 짐작하고 있다. 미래의 달 개척자들은 이 물을 이용해 숨쉴 수 있는 산소와 마실 수 있는 물, 그리고 가장 중요한 로켓 연료도 만들 수 있을 것이다. 또 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 쉽게 물에 접근할 수 있어야 한다.

아르테미스III은 달의 함수량(water content)을 직접 연구하는 첫 번째 기회가 될 것이다. NASA는 물이 어떤 상태로 있는지, 그 상태가 영구적인지 아니면 변동하는 물 순환의 일부인지, 물이 얼마나 널리 분포되어 있는지, 유용한 것을 얻기 위해 물을 정말로 채취할 수 있을지를 더 알고자 한다. 만약 물이 더 풍부하게 있을 법한 특정 장소나 지질 구조가 있다면 이것도 확인하고 싶어 한다. 아르테미스III 임무의 우주비행사들은 이 얼음 형태의 물을 얕은 깊이의 땅 속에서 발견할 수 있을지 알아보기 위해 드릴로 땅을 뚫을 수 있을 것이다. 또 물의 특성을 더 자세히 분석할 수 있는 기구들도 갖추고 있다.

지구의 역사

달의 상태를 보면 수십억 년 전 지구가 겪은 일을 밝힐 수 있다. 달은 대기가 없는 황량한 곳이라서 달의 표면은 오랜 시간 쌓여온, 운석 충돌에 관한 때묻지 않은 기록 자체다. 이 분화구들의 축적과 형성 시기를 연구함으로써 오랜 시간, 특히 태양계에 수많은 거대 암석이 우주 공간을 가로지르며 돌진하던 기간에, 지구 인근이 처했던 상황에 대한 통찰력도 얻을 수 있다. 아마도 이 암석들은 생명체 진화에 중요하게 쓰일 원소와 유기화합물들을 운반하지 않았을까? 달은 더 많은 것을 알려줄 수 있을 것이다.

아르테미스III 임무에서 달의 분화구를 일일이 다 연구할 수는 없다. 그러나 다만 몇 개라도 직접 측정하고 관찰하면 오래 전에 어떤 종류의 암석이 달에 부딪혔고 또 그 구성 성분이 무엇이었는지를 밝혀낼 수 있다. 이로써 당시에 태양계 주위를 휘돌았던 암석이 무엇이었고 그 중에서 지구에도 착륙했을 가능성이 높은 암석이 무엇이었는지를 알아낼 수 있다.

태양의 역사

그렇다, 달을 이용해서 심지어 태양도 연구할 수 있다. 대기가 없는 달에는 기본적으로 오랜 기간 동안 영향을 미친 태양풍과 우주선(cosmic rays)의 변화를 반영한 고대 지각이 있다. 이 달 토양에서 특정한 전자기 스펙트럼의 변화를 측정할 수 있다. 이는 수십억 년간 태양으로부터 온 방사선과 열이 어떻게 변화해왔는지를 알아낼 수 있는 단서가 된다.

지구 관측

달에 도착하면 뒤돌아서 지구를 관측할 수 있다. 우리는 이미 지구 궤도에서 인공위성을 이용해 이 작업을 수행하고 있지만, 달 역시 지구 과학을 연구할 수 있는 편리한 관측대다. NASA 보고서에 따르면 달에서는 지구와의 가까운 거리 덕에 (지구 관측에 적합한 궤도인) L1라그랑주점(Lagrange point L1, 두 천체의 중력 평형점으로 태양-지구 계의 L1지점은 지구로부터 약 150만km 떨어져 있다)에 위치한 인공위성들보다 더 높은 해상도로 지구를 관측할 수 있을 것으로 기대된다. 이 조사는 번개, 지구에서 반사되는 빛의 양, 대기 화학, 해양 과학 등에 대한 통찰력을 줄 수 있을 것이다. 기후 과학이 매우 중요한 시기에 달은 결국 지구가 얼마나 빨리 온난화되는지를 더 정확하게 계산해내는 데 도움이 될 것이다.

달 중력 실험

우주의 진공에 완전히 노출된 환경에서 달의 중력은 지구의 6분의 1에 불과하다. 이는 수없이 많은 복잡한 물리 실험을 수행할 수 있는 엄청난 기회가 있다는 뜻이다. 연소와 불길이 우주에서 어떻게 퍼지는지에 대해 더 많이 배울 수 있다 (이는 향후 우주비행사들의 안전을 지키기 위한 정보가 될 수 있다). 또 갖가지 화학물질이 이런 유형의 극미중력에서 어떻게 반응하는지 알아볼 수도 있다. 수많은 종류의 액체의 유체 역학을 더 잘 이해할 기회도 있을 것이다. 목록은 계속 이어진다.

아르테미스III은 이런 많은 실험들을 전혀 하지 않는다. 그러나 이 임무는 아르테미스IV와 V, 그리고 이후의 임무에서 어떤 연구를 성공적으로 수행할 수 있을지 파악하는데 크게 도움이 될 것이다.

샘플 수집 후 귀환

여기에서 논의한 많은 과학적 목표들은 달에서의 연구만으로는 달성할 수가 없다. 이런 이유로 샘플을 지구로 가져와야 한다. 샘플 수집-귀환 임무는 요즘 우주연구에서 인기가 있다. 일본은 소행성에서 이제 막 일부 표본을 가져왔다. NASA도 현재 다른 소행성에서 똑같은 작업을 하고 있고, 향후 화성 표본 수집-귀환 임무도 계획하고 있다. 중국은 얼마 전 달에서 암석 조각을 퍼 올렸고 이 표본은 며칠 안에 지구로 가져올 예정이다.

보고서에 따르면, NASA는 아르테미스III의 우주비행사들이 폭넓은 지질적 특성을 가진 여러 위치에서 다양한 표본 세트를 수집하기를 원한다. 또 이들이 아폴로 임무에서 가져온 표본의 평균량보다 더 많은 양의 시료를 가져오기를 원하기도 한다. 더 많은 샘플을 수집해 온다면, 연구진이 수행할 실험의 종류를 더는 너무 보수적으로 잡지 않아도 된다. 만약 연구진이 달 암석을 완전히 변화시킬 수 있는 조건에 표본을 노출시키길 원한다면 그렇게 할 수 있다는 뜻이다. 왜냐하면 남은 표본이 아직 많을 것이기 때문이다.

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