Why NASA should visit Pluto again

다시 주목받는 천체, 명왕성

뉴호라이즌스(New Horizons) 호는 우리에게 선명한 명왕성 사진을 선사했다. 최근 제안된 새로운 탐사 계획은 이보다 더 선명한 사진을 보내올 것이다.

1930년 어느 날 밤 하늘을 관찰하던 25세의 아마추어 천문학자 클라이드 톰보(Clyde Tombaugh)의 시야에 작고 희끄무레한 천체가 들어왔다.

당시는 톰보가 애리조나 주 로웰 천문대(Lowell Observatory)에 근무한지 약 1년 정도 되었을 때였다. 톰보는 블링크 비교기(blink comparator)라는 영상 관측비교용 특수 현미경을 사용해 한동안 태양계의 9번째 행성 지위를 누렸던 명왕성을 언뜻 볼 수 있었다. 

어느 모로 보나 명왕성은 특이한 천체였다. 천문학자들은 한 때 명왕성이 화성보다 클지도 모른다고 생각했다(실제로는 아니다). 주기가 무려 248년에 달하는 공전 궤도는 해왕성 궤도와 겹치는 일도 있다. 현재 명왕성은 공식적으로 카이퍼 대(Kuiper Belt)에서 제일 큰 천체지만, 행성은 아니다.

2006년 국제천문연맹(International Astronomical Union)은 명왕성의 행성 지위를 박탈하는 안건을 표결에 붙이고, 행성(planet)의 정의를 세웠다. 이 정의에 따르면 태양을 중심으로 공전하고, 구체이며, “궤도 주변에 다른 천체가 없는” 즉, 다른 천체(위성 제외)가 궤도 주변에 존재할 수 없을 만큼 중력이 강한 천체만 행성이 될 수 있다. 명왕성은 세 번째 조건을 충족하지 못했고, 결국 왜소행성(dwarf planet)으로 강등되었다.

2020년 말 NASA에 새로운 명왕성 탐사안이 제출되었다. 페르세포네(Persephone)로 명명된 이 탐사안의 목표는 명왕성과 그 주변 시스템을 자세히 살펴보는 것이다. 구체적으로, 명왕성에 바다가 있는지 그리고 명왕성의 지표와 대기가 어떻게 형성되었는지 밝히는 것이 목표다.

탐사안에 따르면 고해상도 카메라가 장착된 우주선을 명왕성으로 보내 3년 동안 궤도를 돌면서 명왕성과 명왕성의 가장 큰 위성 카론(Charon)의 지표를 지도에 그리는 활동이 수행된다.

페르세포네 탐사안에 따르면 5대의 방사성동위원소 열전발전기(radioisotope thermoelectric generator, RTG)와 여러 대의 고해상도 카메라가 사용된다. 칼리 하위트 제공.

그런데 명왕성 탐사를 재개해야 할 이유는 과연 무엇일까?

명왕성이 행성 지위를 박탈당한 그 해에 NASA는 우리 태양계 외곽을 탐사하기 위해 뉴호라이즌스 호를 명왕성과 카이퍼 대로 보냈다.

2015년 명왕성에 도착한 뉴호라이즌스 호 앞에는 과학계의 보물이라고 할 만한 광경이 펼쳐졌다. 잠재적 활성 상태의 산맥과 흐르는 얼음, 그리고 지표면에 새겨진 놀라운 지질학적 흔적이 명왕성을 근접 촬영한 사진에 찍힌 것이다.

페르세포네 탐사안의 책임 연구원인 행성 물리학자 칼리 하위트(Carly Howett)는 명왕성 주변이 실제로 얼마나 복잡한 우주 공간인지 뉴호라이즌스 호가 보내온 사진을 통해 알 수 있었다고 말한다.

하위트는 “뉴호라이즌스 호에 사용된 것이 근본적으로 새로운 기술은 아니었다. 그런데도 우리에게 명왕성계에 대한 일종의 통찰적 지식을 주었다”며 “세계가 명왕성의 진면목을 최초로 보게 되었다”고 덧붙인다.

하위트를 비롯한 이들은 이제 돌아갈 때가 되었다고 생각한다. 미국 국립연구위원회(National Research Council, NRC)는 10년 단위 설문조사를 통해 우주 탐사 분야의 주요 질문들을 살펴보고, 그 같은 질문에 답하기 위해 수행해야 할 탐사의 종류를 결정한다. 가장 최근 실시된 조사에서는 태양계의 형성과 지구 밖에 유기물이 존재했는지 여부를 묻는 질문이 제기되었다. 페르세포네 탐사안의 목표는 바로 이 질문들과 관련이 있다.

페르세포네 탐사안이 NASA의 공식 탐사계획으로 채택되기 위해서는 NRC 표결에 앞서 우선 할 일이 있다. 탐사안이 다루는 질문이 그만큼의 노력을 기울일 가치가 있다고 과학계를 설득하는 일이다.  

명왕성 탐사에 그 정도의 자원을 쏟아붓거나 그 정도로 오래 걸리는 여행을 실행할 가치는 없다고 보는 이들도 있다.

“이상적으로는 탐사 로봇이 착륙할 수 있는 곳이면 어디든 쉬지 않고 탐사선을 보내야 한다”고 UCLA에서 외계행성(exoplanet, 우리 태양계 밖의 행성)을 연구하는 박사과정생 다코타 타일러(Dakotah Tyler)는 말한다. 그렇지만 NASA는 우선순위가 가장 높은 프로젝트에만 투자하고, 따라서 프로젝트들은 한정된 자원을 두고 경쟁을 한다.

타일러는 명왕성 보다 토성과 목성 위성 탐사가 우선이라는 입장이다. 이들 위성의 표면 아래에 바다가 존재한다는 사실이 이미 밝혀졌기 때문이다.

“얼음으로 가득한 카이퍼 대를 계속 연구하면 분명 많은 지식을 얻을 수 있다. 그렇지만 우리와 더 가까운 곳에 대한 탐사를 계속하면 그보다 훨씬 많은 지식을 훨씬 빨리 얻을 수 있다”고 주장한다.

모든 탐사가 그렇듯, 페르세포네 계획도 순조로운 출발을 위해서는 해결해야 할 위험과 과제가 있다. 그중 가장 중요한 것은 장기간 여정 동안 동력원(방사성동위원소 열전발전기 또는 원자력 전지와 유사한 장치)을 유지하는 문제다. 아주 작은 변경도 탐사선의 크기와 현재 무려 30억 달러로 추정되는 비용에 영향을 줄 수 있다.

그럼에도 불구하고 명왕성 탐사를 통해 우주에 대한 인류의 지식 확장에 기여할 수 있다는 생각에 페르세포네 탐사팀은 들뜬 분위기다.

브리검영 대학교(Brigham Young University) 지질학과 교수인 행성과학자 야니 레이드보(Jani Radebaugh)는 페르세포네 프로젝트에 지질학자로 참여하고 있다. 레이드보는 뉴호라이즌스 호가 보내온 사진을 보고 경이로움을 느꼈던 기억을 떠올린다.

“[명왕성] 표면에는 생명체가 없고, 춥고 분화구가 가득할 거라고 생각했다. [명왕성이] 너무 멀고 너무 작기 때문이다. 보통 얼음으로 이루어진 작은 천체는 그럴 거라고 생각한다”고 레이드보는 말한다. “그런데 사진을 보고 깜짝 놀랄 수밖에 없었다. 정말 다채로운 지형과 그 발생 과정들이 사진에 담겨 있었기 때문이다.”

명왕성 탐사가 결실을 거두려면 얼마나 걸릴지 물었다. 레이드보는 비록 탐사의 성공적인 종료를 직접 보지는 못하게 되더라도, 자신의 노력이 다음 세대 우주 과학자들에게 도움이 되기를 바란다고 답했다.

레이드보는 “저 먼 태양계 끝까지 가볼 수 있을 것”이라며 “그 어떤 말도 안 되는 꿈보다 더 흥미롭고 더 기이하고 흥분되는 일”이라고 덧붙인다.

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