• 7 Stories

무한한 공간 저 너머로... 우주로, 우주로!

2014년 9월 16일, 미항공우주국 NASA는 국제 우주정거장(ISS)에 우주 비행사를 보낼 차세대 유인 우주 왕복선(우주 택시, Space shuttle) 민간 사업체를 선정하였습니다. 러시아의 소유스호에 의지하지 않고 미국 독자적으로 우주정거장에 비행사를 보내는 계획의 일환입니다. 냉전 이후 잠시 주춤했던 대우주시대가 다시 열리는 걸까요?

by 허블우주망원경, hubblesite.org

우주에서 우주를 본다, 우주 망원경

'대기'는 지구에서 인류가 살 수 있는 환경을 만들어 주었습니다. 그러나 우주에서 오는 빛 대부분이 지구 대기를 통과할 수 없어서, 지상에 설치된 망원경으로 우주를 관측하는 데에 한계가 있습니다. 지상 관측은 시간(밤/낮)과 날씨에도 많이 구애받기 때문에, 과학자들은 망원경을 지구 대기 밖으로 보내기로 했습니다.

NASA는 네 대의 우주 망원경과 관측선으로 구성된 '대관측(Great Observatories)' 프로그램을 진행했습니다. 가장 유명한 우주 망원경인 허블은 1990년 디스커버리호에 실려 지구 궤도에 진입했습니다. 허블은 자외선과 가시광선으로 우주를 보는데요, 허블의 가장 큰 업적은 우주의 나이를 밝힐 수 있는 허블 상수를 정확히 구한 것입니다.

콤튼 감마선 관측선은 아틀란티스호에 실려 1991년 발사되었고, 감마선 폭발을 관측하는 임무를 수행하였습니다. 발사 9년 후, 자이로스코프 고장으로 2000년 지구 궤도에서 이탈했습니다.

세 번째 우주 망원경인 찬드라 엑스레이 관측선은 1999년 발사되었고, 블랙홀로 빨려 들어가기 직전의 입자들과 퀘이사를 관측하고 있습니다.

적외선을 감지하는 스피처우주망원경은 작은 별이나 멀어지는 은하, 온도가 낮은 천체를 관측하는데 적합한데요, 이 특성을 살려 우주 최초 천체의 빛을 발견했습니다. 스피처는 우주 망원경을 처음 제안한 라이먼 스피처의 이름을 따왔습니다.

소개해드린 망원경과 탐사선이 왜 '대관측' 프로젝트로 묶여있는지 눈치채셨나요? 이들은 감마선-X선-자외선-가시광선-적외선 등 우주에서 오는 모든 파장을 감지할 수 있답니다. 이들 망원경이 찍은 사진을 합성하면 우주의 전체 모습을 볼 수 있죠.

3972348757 5c3f008b59 z NASA Remix Man, flickr(CC BY)
나사의 찬드라-X레이 관측선과 허블 우주망원경의 데이터를 합성해서 만든 NGC 6543(고양이눈 성운)의 모습

우주 전쟁의 서막, 인공위성과 스푸트니크 쇼크

8052668653 4c784d13f6 n paukrus, flickr(CC BY)
러시아 인공위성 스푸트니크1호

쏘아 올려진 인공위성 중 수명을 다한 것은 '우주 쓰레기'로 취급받기도 하지만 첫 번째 인공위성이 발사되었을 때는 충격 그 자체였습니다. 최초의 인공위성은 1957년 구소련이 발사한 스푸트니크(동반자) 1호입니다. 당시 핵무기와 로켓 기술로 소련과 경쟁하고 있던 미국은 이른바 '스푸트니크 쇼크'에 빠졌는데요, 이 때의 위기의식으로 미국은 NASA를 설립해 본격적으로 우주 개발에 착수했습니다.

1호 인공위성의 충격이 채 가시기도 전에, 소련은 스푸트니크 2호를 발사했습니다. 이 인공위성 안에는 '라이카'라는 떠돌이 개가 탑승해 있었습니다. 유인 우주선을 발사하기 위해, 우주에서 생명체가 생존할 수 있는지 실험을 했던 것이죠. 구소련은 라이카가 우주에서 1주일간 생존했다고 발표했지만, 프로젝트에 참여했던 과학자의 증언에 의하면 라이카는 높은 로켓 내부온도로 인해 발사 5~7시간 만에 숨졌다고 합니다.

스푸트니크 1호가 발사된 지 약 4개월 뒤, 미국도 익스플로러1호를 발사했습니다. 익스플로러 1호는 우주관측용 과학위성의 효시로, 우주로부터 오는 전파, 감마선, X선 등을 관측하였습니다.

"우리는 멋진 여행의 동반자이지만 결국 각자의 궤도를 그리는 고독한 덩어리에 지나지 않는 거예요….

무라카미 하루키, 〈스푸트니크의 연인〉 중에서

ps. 우리나라의 나로과학위성은 14개월 동안 지구 주위를 돌다, 우주 미아가 되었다고 합니다.

우주로 나간 '우주인'

영어 단어 'Astronaut'은 우리 말로 '우주비행사' 또는 '우주인'으로 번역합니다. 처음 저 단어를 배웠을 때에는 '우주인?? 외계인인가??'하고 생각했었는데요, 지금 와서 생각해보니 만약 외계 생명체가 있다면 그들에게는 우리가 우주인(외계인)이겠죠.

인류 최초의 우주비행사는 구소련의 유리 가가린입니다. 그는 1961년 4월 12일, 보스토크 1호에 탑승해 108분 동안 지구를 한 바퀴 돌고 귀환했습니다.

"지구는 푸른빛이다. 멋지고, 경이롭다."

유리 가가린

미국은 유인우주선 개발도 소련에 한발 뒤졌는데요, 미국 최초의 유인우주선은 1962년 존 글렌 중령이 탑승한 프렌드십7호입니다. 그는 약 5시간 동안 우주를 비행하며, 지구를 세 바퀴 돈 뒤 무사히 땅으로 돌아왔습니다.

유인 우주선 프로젝트는 지금까지 계속되고 있습니다. NASA가 우주왕복선 프로그램을 2011년에 종료했기 때문에, 모든 우주인은 '소유스'호에 의존해 국제 정거장을 오가고 있습니다. 한국 최초의 우주비행사인 이소연 씨도 다른 비행사들과 마찬가지로 러시아의 '소유스'호에 탑승했습니다.

한 사람에게는 작은 발걸음, 인류에게는 위대한 도약

지구인의 하늘에는 '태양'만 존재하는 것이 아닙니다. 밤하늘을 비춰주는 달을 바라보며, 지구인은 갖가지 설화와 무서운 이야기, 낭만적인 이야기를 지어내곤 했습니다. 그리고 드디어 이야기 속 배경에 사람의 발자국이 남았습니다.

'달'을 향한 인류의 여정은 무인 탐사선으로부터 시작했습니다. 소련 '루나 계획'의 일환으로 1959에 발사된 루나1호는 달 착륙이 목표인 탐사선이었으나, 착륙에 실패하고 지금은 지구와 화성 사이의 궤도를 돌고 있습니다. 루나 2호가 처음으로 달에 착륙(충돌)하였고, 3호가 최초로 달의 뒷면을 탐사하였습니다. 루나 9호는 처음으로 달에 연착륙한 탐사선입니다.

이제 사람 차례입니다. 1969년 7월 16일, 닐 암스트롱, 마이클 콜린스, 버즈 올드린이 탑승한 미국의 아폴로 11호가 발사되었습니다. 그리고 4일 후, 닐 암스트롱과 버즈 올드린이 착륙선 '이글'을 이용해 달 표면에 착륙했습니다.

미항공우주국에서 공개한 닐 암스트롱의 사진과 영상

“이것은 한 인간에게는 작은 한 걸음이지만, 인류에게는 위대한 도약”

닐 암스트롱 선장

인류의 달 착륙을 위한 아폴로 계획은 아폴로 17호까지 이어져, 실제로 6번의 달착륙으로 12명의 우주인이 달 표면을 밟았습니다.

달보다 더 멀리, 우주탐사선

달에 첫발을 내디딘 인간은 달 너머의 우주를 바라보기 시작했습니다. 그러나 금성 등의 행성은 너무 멀어서 사람이 가기엔 어려운 면이 있었죠. 그래서 인류는 태양계 곳곳에 무인 탐사선을 보냅니다.

각 행성을 탐사했거나, 탐사하고 있거나, 탐사 할(가는 중) 무인 탐사선은 다음과 같습니다. 메신저(수성), 비너스(금성), 큐리오시티와 오퍼튜니티(화성), 갈릴레오(목성), 카시니(토성), 보이저2(천왕성과 해왕성), 뉴허라이즌스(왜소행성 134340 플루토-뉴허라이즌스호가 발사될 때까지만 하더라도 플루토는 '명왕성'이었습니다.)

이 중 가장 멀리 떠난 탐사선이 1977년 발사된 보이저 1호와 2호입니다. 보이저1호는 토성까지, 보이저2호는 천왕성, 해왕성 부근을 관측 비행한 후 태양계 바깥을 향해 항해하고 있습니다. NASA는 2013년 9월 12일 발행된 <사이언스>지를 통해, 보이저1호가 태양풍의 영향이 미치는 태양계를 벗어났음을 공식 발표했습니다. 이로써 보이저1호는 인류가 만든 것 중 가장 먼 우주로 나아간 물체가 되었습니다. 2014년 9월 23일 현재 지구로부터 193억 km 떨어져 있습니다. )

다른 몇몇 탐사선과 마찬가지로, 보이저호도 외계 생명체에 지구의 존재와 문화를 알릴 '골든 레코드'를 싣고 있습니다. 레코드는 금으로 도금한 축음기용 동판으로, 지구 55개 언어의 인사말, 베토벤·바흐 및 아메리카 원주민 영가 등 27곡의 음악, 인간의 DNA 구조도나 수학·물리학 수식 등 인류의 지적 성취를 보여주는 정보, 미국 대통령과 유엔 사무총장이 외계 생명체한테 보내는 메시지가 담겨있습니다.

4658010136 63eb201a29 Temari 09, flickr(CC BY)
보이저 호에 실린 '골든 레코드'

단순한 정거장이 아닌 도약의 발판

우주정거장은 궤도 위에서 지구를 일주한다는 점에서 인공위성과 비슷한 점이 있습니다. 다른 점은 우주정거장에는 우주인이 탑승해있다는 점인데요, 많은 우주인과 과학자들이 우주 환경에서 각종 실험과 관측, 앞으로의 우주 개발을 위한 임무를 수행하고 있습니다.

미국이 먼저 달 유인탐사에 성공하면서, 소련의 눈길은 우주정거장으로 향했습니다. 유인우주선이 우주인을 우주정거장으로 실어 올려 우주에서 과학 실험 등을 진행하는 아이디어였죠. 1971년 최초의 우주정거장인 '살류트(Salyut)'는 불꽃놀이라는 뜻으로, 살류트 1호부터 7호까지 우주정거장의 임무를 수행하고 수명이 다했습니다.

미국의 첫 번째 우주정거장인 스카이랩은 1973년에 쏘아 올려져 6년간 임무를 수행했습니다. 소련은 1986년 '미르(Mir, 평화 또는 세상)' 정거장을 지구 궤도에 올렸습니다. 1991년, 소련이 붕괴하고 냉전이 해제되면서 미국과 러시아의 우주 공조가 가능해졌습니다. 그 덕에 1995년 미국인들이 미르를 방문해 우주 생활을 시작했습니다.

5810724330 2598739950 z Lights In The Dark, flickr(CC BY)
국제우주정거장(ISS)와 미국의 우주왕복선 '엔데버'호

현재 활동 중인 우주 정거장은 2개입니다. 국제우주정거장(ISS)과 중국의 톈궁 1호인데요, ISS는 미국과 러시아를 비롯한 16개 국가가 공동으로 건설에 참여한 정거장입니다. 1998년 러시아가 쏘아 올린 자르야 모듈을 시작으로, 미국의 유니티모듈, 즈베즈다 모듈, 데스티니 모듈 등이 차차 쏘아 올려져 우주에서 조립되었습니다. 중국의 톈궁 1호는 2011년 9월 29일에 지구 궤도에 진입하였고, 중국은 2016년에 톈궁 2호를 발사하겠다고 밝혔습니다.

우주선은 돌아오는 거야, 우주왕복선

우주 왕복선 이전의 유인우주선(보스토크, 아폴로, 소유스 등)은 일회용이었습니다. 쏘아 올려지는 과정에서 로켓 부스터 등이 분리되고, 우주비행사가 지구로 귀환할 때에는 귀환 모듈만 돌아오는 방식이었습니다. 우주 개발이 본격화되고 우주 정거장을 건설하면서, 우주공간에서 지구로 다시 귀환할 수 있는, 그리고 재사용할 수 있는 왕복선의 필요성이 커졌습니다.

최초로 완전히 우주왕복선으로서 기능한 것은 '컬럼비아호'입니다. 컬럼비아호는 1981년 11월 12일, 4명의 우주비행사를 싣고 지구 주위를 36번 돈 뒤 지구로 귀환했습니다. 나사는 1년 간격으로 1983년의 챌린저호, 1984년의 디스커버리호, 1985년의 아틀란티스호를 차례로 쏘아 올렸습니다.

발사 도중 공중 폭발(01분 37초)하는 챌린저 호

1986년 챌린저호 재발사 중, 선체가 발사된 지 73초 만에 공중 폭발하는 사고가 전 세계로 생중계되었습니다. 이 사건으로 새로운 우주왕복선 개발에 잠시 냉각기가 있었지만, 1992년에 엔데버호가 다시 발사되었습니다. 국제 우주정거장 건설에 필요한 모듈을 디스커버리, 아틀란티스, 엔데버호가 거의 다 운반했다고 해도 과언이 아닙니다.

그러나 컬럼비아호가 2003년 28번째 임무를 수행하고 대기권에 진입하던 도중 선체 결함으로 파괴되어 승무원 7명이 전원 사망하는 사고가 발생하면서, 우주왕복선 프로젝트의 안전성과 경제성에 대한 의심이 다시 커졌습니다. 결국, 2011년 아틀란티스호 발사를 마지막으로 NASA의 우주왕복선 프로젝트가 종료되었습니다.

우주에서 우주를 본다, 우주 망원경

'대기'는 지구에서 인류가 살 수 있는 환경을 만들어 주었습니다. 그러나 우주에서 오는 빛 대부분이 지구 대기를 통과할 수 없어서, 지상에 설치된 망원경으로 우주를 관측하는 데에 한계가 있습니다. 지상 관측은 시간(밤/낮)과 날씨에도 많이 구애받기 때문에, 과학자들은 망원경을 지구 대기 밖으로 보내기로 했습니다.

NASA는 네 대의 우주 망원경과 관측선으로 구성된 '대관측(Great Observatories)' 프로그램을 진행했습니다. 가장 유명한 우주 망원경인 허블은 1990년 디스커버리호에 실려 지구 궤도에 진입했습니다. 허블은 자외선과 가시광선으로 우주를 보는데요, 허블의 가장 큰 업적은 우주의 나이를 밝힐 수 있는 허블 상수를 정확히 구한 것입니다.

콤튼 감마선 관측선은 아틀란티스호에 실려 1991년 발사되었고, 감마선 폭발을 관측하는 임무를 수행하였습니다. 발사 9년 후, 자이로스코프 고장으로 2000년 지구 궤도에서 이탈했습니다.

세 번째 우주 망원경인 찬드라 엑스레이 관측선은 1999년 발사되었고, 블랙홀로 빨려 들어가기 직전의 입자들과 퀘이사를 관측하고 있습니다.

적외선을 감지하는 스피처우주망원경은 작은 별이나 멀어지는 은하, 온도가 낮은 천체를 관측하는데 적합한데요, 이 특성을 살려 우주 최초 천체의 빛을 발견했습니다. 스피처는 우주 망원경을 처음 제안한 라이먼 스피처의 이름을 따왔습니다.

소개해드린 망원경과 탐사선이 왜 '대관측' 프로젝트로 묶여있는지 눈치채셨나요? 이들은 감마선-X선-자외선-가시광선-적외선 등 우주에서 오는 모든 파장을 감지할 수 있답니다. 이들 망원경이 찍은 사진을 합성하면 우주의 전체 모습을 볼 수 있죠.

3972348757 5c3f008b59 z NASA Remix Man, flickr(CC BY)
나사의 찬드라-X레이 관측선과 허블 우주망원경의 데이터를 합성해서 만든 NGC 6543(고양이눈 성운)의 모습