By RAMIN SKIBBA, WIRED US

약 1년 전, 미국 항공우주국(NASA)는 다트(DART) 우주선이 시속 1만 4,000마일로 소행성 디모르포스(Dimorphos)에 접근하도록 발사했다. 다트 발사 실험은 고속 충돌 기술을 이용하여 소행성의 궤도를 살짝 바꿀 수 있는지 확인할 목적으로 추진됐다. 소행성이 추후 지구에 위협을 가하지 못하도록 보호하고자 채택하는 전략이기도 하다. 그러나 이제는 충돌 상세 정보를 파악하고자 한다. 인간이 지구 생명체를 소행성 발전 가능성으로부터 보호했다면, 소행성 충돌 잔해도 중요할 것이다.

과학계는 소행성 분출물과 바위, 충돌로 분해된 작은 잔해 등을 연구하기 시작했다. 연구팀은 우주 잔해가 어디엔가 존재할 것으로 확신하지만, 우주 잔해와 관련하여 예측할 수 있는 바를 정확히 알지 못한다. 어찌 되었든 별과 은하계에 비교했을 때 소행성은 매우 작고 어두우므로 밀도와 구성 성분을 멀리서 알아내기 어렵다. 소행성이 다른 곳에 부딪히면, 소행성이 단순이 튕겨 나가기만 할까? 우주선이 큰 충돌 소음을 내고는 분화구를 형성할까? 혹은 소행성이 가루처럼 부서지면, 우주선이 충돌을 일으키면서 자칫하다가 이미 지구에 위협이 되는 파편을 형성할까?

DART 협력 책임자이자 존스홉킨스대학교 응용 물리학연구소(Applied Physics Laboratory) 소속 행성과학자인 낸시 샤봇(Nancy Chabot)은 “소행성 충돌 기술과 관련하여 우주 실험이 필요한 이유이다. 실험실 내 실험과 모델 형성 작업은 모두 끝났다. 그러나 행성 방어 체계에서 우려하는 실제 소행성의 크기에서 미치는 영향을 제대로 알 방법이 있을까?”라는 질문을 했다. 존스홉킨스대학교 응용 물리학연구소는 NASA와 협력하여 소행성 충돌 우주선을 개발했다.

많은 소행성이 당구공처럼 단단하고 밀도가 높은 모습이 아닌 잔해나 먼지, 얼음 등 밀도가 낮은 상태로 느슨하게 결합된 채로 남아있다. 2018년 6월, 소행성 류구(Ryugu)에 접근한 일본 우주항공연구개발부의 하야부사 2호(Hayabusa2)와 2020년, 소행성 벤누(Bennu)에 접근한 NASA의 오시리스-렉스(OSIRIS-REx) 모두 소행성 표본을 채취했다. 표본 모두 잔해더미 형태였다. 2023년 7월, 천체물리학 저널(Astrophysical Journal Letters)에 발표된 연구논문 한 편은 디모르포스의 구성요소도 류구, 벤누와 같다고 주장한다. 충돌 여파로 분화구가 발생하고, 잔해가 디모르포스 주변이나 표면에서 떨어져 나갔을 확률이 높다는 의미이다.
 
캘리포니아대학교 로스앤젤레스 캠퍼스 천문학자 데이브 제윗(David Jewitt) 박사 연구팀은 허블우주망원경을 이용해 디모르포스와 비교적 가까운 곳을 관측했다. 심층 관측 과정 덕분에 다른 방식으로는 보기에는 너무 희미한 다른 천체를 볼 수 있었다. 다트의 소행성 충돌 후 과거에는 존재하지 않았던 바위 30여 개가 디모르포스에서 서서히 떨어져 나가는 것을 발견했다. 가장 큰 바위의 지금은 약 7m이다. 제윗 박사는 “충돌로 발생한 파편 더미가 서서히 움직이면서 매우 큰 질량을 운반한다. 바위 질량은 약 5,000t이다. 다트 자체가 약 0.5t임을 고려하면, 매우 큰 편이다. 충돌로 매우 큰 질량이 발생한 셈이다”라고 말했다.

DART 팀을 포함한 다른 연구팀도 충돌 이후 발생한 디모르포스의 바위 더미를 조사했다. 샤봇 박사 연구팀은 2023년 초, 허블우주망원경으로 디모르포스를 관측한 뒤 디모르포스의 분출물 사진을 촬영한 결과를 네이처(Nature)에 게재했다. 샤봇 연구팀은 콘 형태 구름이 빠르게 이동하는 것을 보았으나 시간이 지나면서 콘 형태가 다른 혜성의 꼬리와는 크게 다를 바가 없는 꼬리 형태로 변한 것을 확인했다. 관측 결과는 혜성 행동 모델을 다트와 같은 다른 소행성 충돌 장치에도 적용할 수 있다는 의미이다.

디모르포스는 지구에 위협을 가한 적이 없으나 상세 정보를 분석한 결과는 실제 소행성 궤도 변화 상황에서 중요하다. 바위와 그보다 작은 분출물 모두 소행성 나머지 부분과 함께 충돌로 없애면서 지구와 충돌하지 않도록 할 수 있다. 혹은 소행성이 지구와 매우 가까워질 때까지 발견하지 못하여 충돌을 피할 수 있는 수준으로 궤도를 바꿀 수 없는 상황을 생각해 볼 수도 있다. 지구 대기에서 불에 탈 정도로 작은 바위가 되도록 쪼갤 수 있을까? 제위트 박사는 “빠른 총알 발사와 엽총의 아주 작은 총알 여러 개를 발사하는 것 중 어떤 쪽이 더 나을까? 엽총이 더 낫다고 답할 수 있다. 작은 바위는 충격을 흡수하거나 대기와의 충돌로 소멸될 확률이 더 높다”라고 설명했다.

NASA의 자금 지원을 받아 진행된 어느 한 연구도 앞서 언급한 것과 같은 상황을 다루었다. 영화 딥 임팩트(Deep Impact)’, ‘아마게돈(Armageddon)’, ‘돈 룩 업(Don’t Look Up)’의 이야기와 같다고 느낄 수 있을 것이다. 다트 프로젝트를 이끄는 캘리포니아대학교 산타바바라캠퍼스 천체물리학자이자 필립 루빈(Philip Lubin) 박사가 설명한 바와 같이 작지만 위험한 수준의 크기인 소행성은 예상 충돌 시점 기준 몇 년, 몇 십 년이 아닌 몇 주 전까지 감지를 피할 수 있다. NASA를 포함한 여러 기관이 지구 접근 천체의 충돌 위험성을 최대한 오래 경고하려 추적한다. 그러나 태양계 내 지구를 위협할 수 있는 천체 대부분 감지했으나 그동안 발견한 모든 천체 중 천체는 절반 미만은 140m 이상이다. 도시 전체를 파괴하면서 널리 피해를 줄 수 있을 정도로 크다.

2023년 여름, 2023 NT1이라는 소행성이 태양 방향으로 이동하는 것이 관측됐다. 지구 반경 6만 마일 이내 영역을 이동하고 이틀 뒤인 7월 15일(현지 시각) 이전까지는 그 누구도 2023 NT1을 발견하지 못했다. 루빈 박사 연구팀이 완성 중인 새로운 연구는 2023 NT1의 크기가 1908년과 2013년, 각각 러시아 일대인 퉁구스카강과 첼랴빈스크에 떨어진 운석보다 큰 30~60m라고 추정한다. 2023 NT1은 지구와 충돌한다면, 막대한 피해를 일으킬 수 있다.

루빈 박사 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 다트와 같은 우주선이 아닌 커다란 총알 형태의 충돌 장비 1개 이상을 소행성에 발사하는 방법을 연구 중이다. 자판기 크기인 다트는 디모르포스가 지구와 약 160m 멀어지도록 궤도를 살짝 바꾸고, 자전 시간을 11시간 55분으로 단축했다. 동시에 디모르포스 주변의 비교적 더 큰 소행성인 디디모스(Didymos)의 자전 시간은 32분 단축했다. 루빈 박사 연구팀은 소행성 충돌로 궤도를 살짝 변경하는 대신 휴대용 착암기로 콘크리트를 작은 덩어리로 분해하듯 소행성의 중심부에 타격을 주어 충격파가 소행성을 확실히 부시도록 하는 방안을 제시했다. 루빈 박사는 “이론상 적당한 크기의 충돌 임무 우주선과의 충돌로 디모르포스를 분해할 수 있다는 사실을 확인했다. 많은 이들이 실망한 부분일 수도 있다. 대신, 소행성을 분해한다면, 파괴할 수 있을 것이다”라고 말했다.

루빈 박사의 연구팀이 발표한 연구는 일시적인 경고가 세계의 종말이 된다는 의미가 아니라는 뜻이다. 연구팀의 시뮬레이션은 2022년, 다트를 우주로 운반한 스페이스X의 팰컨9이나 그보다 더 큰 로켓을 이용해 소행성 충돌 우주선을 싣고, 소행성이 우주와 160m 더 멀어지도록 할 수 있다는 점을 보여준다. 연구팀은 충돌로 소행성에서 떨어져 나온 바위는 지구 궤도를 계속 이동하더라도 위험하지 않을 정도로 작다고 설명했다.

한편, 과학계는 다트와의 충돌로 발생한 잔해를 더 자세히 연구 중이다. 디모르포스와 디디모스가 태양계 주변을 계속 이동하여 2024년 봄이면 허블우주망원경이나 다른 지상 우주망원경으로 감지하기 쉬울 것으로 보인다. 유럽우주국도 HERA라는 후속 탐사선을 발사하여 디모르포스 충돌 여파를 관측하고자 한다. HERA는 2024년 10월께 발사돼 2026년 말이면 디모르포스에 접근할 예정이다.

NASA는 2028년 중순 중으로 새로운 지구 접근 천체를 발사할 계획이다. NASA는 디모르포스와 같이 위협을 가할 수 있는 크기의 소행성과 같이 140m 이상인 지구 접근 천체 최소 2/3를 발견하고자 한다. 지구 대기가 적외선 대부분을 차단하므로 적외선 센서를 사용할 계획이다.

샤봇 박사는 행성 방어 관련 임무를 추가로 발견하고자 한다. 2022년, 10년에 1회씩 발행되는 보고서를 통해 행성 과학계가 다트와 같은 소행성 충돌 우주선이 아닌 다양한 소행성 방어 기법에 투자하도록 보증했다. 새로 제시된 소행성 방어 기법에는 이온빔을 이용한 소행성 분해, 중력 견인 기법을 이용하여 소행성 옆을 수년간 비행하는 우주선을 이용한 약간의 궤도 변화 방법 등이 있었다. 샤봇 박사는 소행성 충돌 위험을 막기 위해 한 가지 이상의 장비를 보유하는 것이 중요하다고 말한다. 샤봇 박사는 “다트 미션에 자부심을 느낀다. 다트 미션 덕분에 행성 방어 체계에 크게 주목하게 되었다. 그러나 추후 지구를 충돌 위험성으로부터 보호하려면, 더 많은 연구와 실험이 필요하다”라고 말했다.

** 위 기사는 와이어드US(WIRED.com)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
DART Showed How to Smash an Asteroid. So Where Did the Space Shrapnel Go?