달 탐사 경쟁이 본격화되는 가운데, 스페이스X 팰컨9(Falcon 9) 로켓 상단부 잔해가 오는 8월 초 달 표면에 충돌할 것으로 예측되면서 국제 우주과학계의 관심이 집중되고 있다. 이번 충돌은 대규모 에너지를 동반하는 동시에 달 표면 변화와 우주 환경을 연구할 수 있는 드문 관측 기회로 평가된다. 한국의 달 궤도선 ‘다누리’와 미국항공우주국(NASA)의 달 정찰궤도선도 충돌 전후 관측에 참여할 예정이다.
8월 5일 달 충돌 예측…TNT 약 3톤 규모 에너지 발생 전망
미국 과학 전문지 사이언티픽 아메리칸에 따르면 천문학자 23명은 스페이스X 팰컨9 로켓 상단부가 8월 5일 달 표면에 충돌할 것으로 분석하고, 전 세계 연구자들의 관측 참여를 요청하는 논문을 사전 공개 논문 사이트 ‘아카이브(arXiv)’에 발표했다.
이번에 충돌이 예상되는 로켓은 지난해 1월 미국 우주기업 파이어플라이 에어로스페이스의 달 착륙선 ‘블루 고스트’와 일본 우주기업 아이스페이스(ispace)의 달 착륙선 ‘하쿠토-R(HAKUTO-R)’을 달로 운반했던 발사체의 상단부다.
지구 대기권 재진입 대신 달 인근 궤도에 잔류
당초 로켓 상단부는 임무 종료 후 지구 대기권에 재진입해 소멸할 예정이었다. 그러나 예상과 달리 소멸하지 않고 지구와 달 사이를 오가는 궤도에 진입해 현재까지 우주 공간을 떠돌고 있는 것으로 알려졌다.
아마추어 천문학자가 최초 발견…복잡한 궤도 계산
로켓 잔해의 비정상적인 궤적은 아마추어 천문학자인 빌 그레이가 처음 확인했다.
그는 해당 잔해가 지구와 달의 중력뿐 아니라 태양빛이 물체에 미치는 미세한 힘인 ‘태양복사압(Solar Radiation Pressure)’의 영향을 함께 받기 때문에 정확한 이동 경로를 예측하는 일이 쉽지 않다고 설명했다.
그레이의 계산에 따르면 약 4,900kg의 로켓 상단부는 한국시간 기준 8월 5일 오후 3시 34분께 달의 ‘아인슈타인(Einstein) 충돌구’ 인근에 충돌할 가능성이 가장 높은 것으로 분석됐다. 이 지역은 지구에서 볼 때 달 가장자리 부근에 위치한다.
시속 8,640km 충돌…새로운 충돌구 형성 가능성
연구진은 로켓 잔해가 시속 약 8,640km의 속도로 달 표면에 충돌할 것으로 전망했다. 이는 음속의 약 7배에 해당하는 속도다.
충돌 과정에서 발생하는 에너지는 TNT 약 3톤이 폭발하는 수준으로 추정된다. 이 정도의 충격은 달 표면에 새로운 충돌구를 형성하고 주변 암석과 먼지를 상당량 분출시킬 가능성이 있는 것으로 분석된다.
충돌 섬광 관측은 어려울 수도
다만 충돌 순간 발생하는 섬광을 직접 관측하기는 쉽지 않을 것으로 예상된다.
예상 충돌 지점이 햇빛을 받고 있는 달의 낮 지역에 위치하기 때문이다. 연구진은 지금까지 달의 밝은 면에서 인공 물체나 자연 천체 충돌로 발생한 섬광이 관측된 사례는 없었다고 설명했다.
반면 충돌 지점이 달 가장자리와 가까운 위치라는 점은 또 다른 관측 기회를 제공할 수 있다는 분석도 나온다. 충돌 충격으로 암석과 먼지가 달 표면 위로 높이 분출될 경우, 어두운 우주 공간을 배경으로 분출 기둥이 비교적 선명하게 관측될 가능성이 있기 때문이다.
다누리와 NASA 달 정찰궤도선, 충돌 전후 집중 관측
이번 충돌은 여러 달 탐사선이 동시에 관측에 나서는 국제 공동 연구 대상이 될 전망이다.
NASA의 달 정찰궤도선(Lunar Reconnaissance Orbiter)은 충돌 전후 예상 지점을 촬영해 새롭게 형성된 충돌구와 주변 지형 변화를 비교 분석할 계획이다.
한국항공우주연구원이 운영하는 달 궤도선 ‘다누리’ 역시 충돌 장면과 충돌 이후 남겨질 흔적을 관측하는 임무를 수행할 예정이다. 다누리는 2022년 발사 이후 달 표면과 자기장, 우주 환경 등을 지속적으로 탐사하며 다양한 과학 데이터를 수집하고 있다.
달 탐사 시대, 우주쓰레기 관리 중요성 커져
논문을 작성한 연구진은 이번 충돌이 달 표면에서 충돌 직후 어떤 변화가 일어나는지 실시간으로 분석할 수 있는 매우 드문 연구 기회라고 평가했다.
아울러 이번 사례는 달 주변 우주쓰레기의 위험성을 평가하는 데에도 중요한 자료가 될 것으로 기대된다. 최근 미국, 한국, 일본을 비롯한 여러 국가와 민간 기업들이 유인 달 탐사와 장기 체류형 달 기지 구축을 추진하면서 달 궤도 주변에 남겨지는 인공 물체에 대한 감시와 추적 기술의 필요성도 더욱 커지고 있다.
향후 달 탐사가 본격화될수록 우주 환경의 안전성을 확보하기 위한 우주쓰레기 관리와 충돌 위험 예측 기술은 국제 우주개발의 핵심 과제로 자리 잡을 것으로 전망된다.
이문열은 bsnewspaper.com의 필진으로 뉴스, 정치, 경제, 기술, 스포츠, 엔터테인먼트, 라이프스타일 등 다양한 분야의 소식을 다룹니다. 독자들이 중요한 이슈를 쉽게 이해할 수 있도록 명확하고 균형 잡힌 보도에 중점을 두고 있으며, 유용한 정보와 시의성 있는 내용을 전달합니다. 또한 현재의 주요 사건과 독자들의 관심사에 맞는 이야기를 알기 쉽게 풀어내는 데 힘쓰고 있습니다.