[이광식의 천문학+] 가장 멀리 간 우주 탐사선 5대…지금 어디쯤 있나?

[서울신문 나우뉴스]

쌍둥이 탐사선 보이저 1·2호 중 하나의 모습 / 사진=NASA / JPL

2023년 새해가 밝았다. 1972년 파이오니어 10호가 우주로 발사된 이래 인류는 50년 동안 쉼없이 먼 우주로 우주 탐사선을 쏘아 보내고 있다. 새해 첫날, 우주와 인간의 소통을 한번 더 터보는 것도 의미있는 일이라 하겠다. 

현재 태양계 끝자락에 도달했거나 빠르게 접근 중인 우주 탐사선은 총 5대다. 파이오니어 10·11호와 보이저 1·2호, 그리고 뉴허라이즌스호가 바로 인류의 척후병인 셈이다. 이 탐사선 대부분은 예상되던 ‘죽음’(가동 종료)을 극복하고 원래 계획보다 오랜 기간 임무를 수행하고 있다.

사진=가장 멀리 간 우주 탐사선 5대의 경로와 위치. / 사진=NASA/Johns Hopkins APL/Southwest Research Institute

애초 이 탐사선들은 지구의 이웃 행성들을 탐사할 계획이었지만, 임무를 마친 지금은 천문학자들에게 우주의 특별한 데이터를 제공하면서 태양계 밖으로 향하고 있다. 그들은 2022년 한 해 동안에도 많은 임무를 해냈는 데 그중 주요한 부분을 간추려본다.

보이저 1·2호

보이저 임무는 지난해 발사 45주년이라는 매우 특별한 기념일을 맞이했다. 행성에 대한 근접 비행에서 심우주에 이르기까지 인류가 만든 피조물로서 역대 가장 먼 탐사 거리를 기록한 두 탐사선은 태양계에 대한 천문학자들의 이해에 엄청난 기여를 했다.

이제 주된 프로젝트는 태양의 영향이 끝나는 경계 영역과 다른 항성들의 영향이 시작되는 곳인 성간 공간을 탐사하는 것이다. 보이저 1호는 2012년 태양의 입자 흐름이 더 이상 가장 중요한 영향을 미치지 않는 경계인 태양권계면을 최초로 돌파했고, 2018년에는 보이저 2호가 그 뒤를 따랐다.

“보이저 1호는 이제 1년간 성간 우주에 있었으며, 지금 이 순간에도 여전히 항해하고 있으며 상태는 양호하다”고 보이저 프로젝트 과학자이자 미 항공우주국(NASA) 제트추진연구소(JPL) 행성 과학자인 린다 스필커는 밝혔다.

이 팀은 지난해 우주선이 자신의 위치에 대한 잘못된 정보를 지구로 보내기 시작했을 때 큰 어려움을 겪었다. 기술자들은 즉시 원인을 찾아나섰다. 탐사선이 컴퓨터 하드웨어를 사용하지 않아야 할 때 이를 사용하고 있다는 점을 알아내고 복원 작업을 완수했다. 이 같은 종류의 사고는 오래된 탐사선에서 늘상 일어날 수 있는 상황이다.

팀은 또 각 탐사선의 전원 공급 장치를 능동적으로 관리한다. 이 장치가 생산하는 전력은 탐사선의 방사성 발전기 기능이 점점 떨어짐에 따라 매년 줄고 있다. 올해 팀은 전력을 아끼고자 가혹할 만큼 온도가 낮은 우주 환경에서 탐사 기기들을 따뜻하게 유지하던 히터 장치의 전원을 껐다. 그러나 이 기기들은 지금도 놀랍게 완벽하게 작동하고 있다.

카메라는 몇십 년 전 꺼졌을지 모르지만 탐사선의 다른 장비는 멀리 떨어진 태양으로부터 오는 플라스마와 자기자엥 대한 데이터를 계속 수집하고 있다. 태양에서 흘러나오는 전하를 띤 입자의 흐름인 태양풍이 그렇게 먼 거리를 이동하는 데는 시간이 걸리므로, 먼 거리에서 관측한 보이저 데이터는 과학자들로 하여금 태양의 변화가 우리와 가까운 우주에 어떤 영향을 주는지 알 수 있게 한다.

또 보이저는 태양계의 가장자리도 놀라운 곳이라는 사실을 보여줬다. 태양계 중심에서 멀어짐에 따라 태양으로부터 오는 플라스마가 더 희박해지는 것은 당연한 일이지만, 놀랍게도 보이저호는 태양권계면을 지난 후 훨씬 밀도 높은 플라스마를 감지했다. 천문학자들은 아직까지 그 이유를 제대로 밝혀내지 못하고 있다. 

스필커 연구원은 “이 모든 시간이 지난 후에도 성간 공간에서 태양의 영향을 계속 볼 수 있다는 것은 정말 놀랍다. 앞으로 보이저는 50주년이 되는 2027년까지는 느끈하게 정상 작동할 것으로 기대한다”고 밝혔다. 

​현재 보이저 1호는 지구로부터 238억㎞(159AU. 1AU는 지구-태양 간 거리) 떨어진 심우주에 있으며, 이는 빛으로도 22시간이 걸리는 먼 거리다. 보이저 2호는 198억㎞ 거리에 있다.

파이어니어 10·11호

파이어니어 탐사선은 개척자로서의 역할로 인해 우주 탐사 역사에서 특별한 위치를 차지하고 있다. 50년 된 두 탐사선은 안타깝게도 현재 작동을 멈추고 영면에 들어갔다. 파이어니어 10호는 2003년 통신이 끊겼고, 11호는 1995년 마지막 접촉 이후 침묵에 빠져든 상태다.

​하지만 두 탐사선은 모두 태양계에서 인류의 존재를 나타내는 증표다. 우리가 더는 명령을 보내지 않더라도 이들은 여전히 심우주 여행을 계속하고 있다. 일단 탐사선이 태양계 밖으로 진출한 이후에는 물리 법칙에 따라 어떤 외부의 힘이 진로를 바꾸지 않는 한 그 여정은 영원히 멈추지 않는다.

​뉴허라이즌스호

​명왕성 탐사선 뉴허라이즌스는 2006년 발사된 가장 신참인 탐사선이다. 2015년 유명 왜행성 명왕성 임무를 완료한 후, 이 탐사선은 초속 13.85㎞라는 기록적인 속도로 태양계를 주파해 2040년 태양권계면에 도달할 예정이다. 

주요 임무를 완수한 뉴허라이즌스는 2019년 첫 번째 추가 임무에 나서 작은 카이퍼 벨트 천체인 아로코스에 대한 근접 비행을 성공적으로 완수했다. 올해 초 이 탐사선은 다음 임무가 아직 승인을 기다리고 있어 동면 모드로 전환됐다. 그러나 이제 팀은 2차 확장 임무(KEM2)를 앞두고 흥분하고 있다. KEM2는 지난해 10월 1일 시작됐지만, 탐사선은 오는 3월 1일까지 동면한다.

​천문학자들은 특히 해왕성 너머의 얼음과 암석 덩어리인 카이퍼 벨트 천체(KBO)에 대한 새로운 시각 자료를 기대하고 있다.

​이제 뉴허라이즌스는 원래 임무를 뛰넘는 모험에 도전한다. 이 탐사선은 우주에서 빛과 우주선(cosmic rays)의 배경에 대한 보다 나은 측정 데이터를 제공하고, 태양계 전체의 먼지 분포를 추적하며 보이저 1·2호에 도움이 되는 태양의 영향에 대한 주요 정보를 얻을 것이다.

뉴허라이즌스와 두 보이저 탐사선은 서로 다른 방향으로 가고 있어 천문학자들은 태양계 구조의 불규칙성을 파악해 지도화할 수 있다.

심지어 뉴허라이즌스는 운이 좋게도 2040년대까지 쓸 충분한 전력을 보유하고 있고, 매년 미지의 영역을 향해 4억 8000만㎞씩 이동한다. 이는 지구-태양 간 거리 1억 5000㎞보다 3배가 먼 거리다.

이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com