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프로젝트달에 있는 물을 찾아서

달에 있는 물을 찾아서

여러분은 달에 물이 있다는 것을 알고 있습니까?

“LUNAR DREAM CAPSULE PROJECT”는 달에 있는 물과 아주 깊은 관계가 있는 프로젝트입니다.
그런 달의 물이 발견될 때까지의 경위와 물이 있다는 사실로 변화될 인류의 미래를 탐색해 봅시다.



달에서 물이 발견되기까지

“달의 극지역에 약 60억 톤의 물이 얼음 상태로 존재한다!” 이런 충격적인 뉴스가 전 세계에 퍼진 1998년 9월의 일입니다.
NASA가 달 참사기 ‘루나 프로스펙터’의 센서로 수소가 관측됐다는 조사결과를 과학잡지 <사이언스>에 발표한 것이 계기였습니다.
60억 톤이라고 하면 후쿠시마현 이나와시로 호수의 수량보다 조금 많은 정도입니다.

정말로 그만큼 대량의 물이 있는 것일까요?

사실 ‘루나 프로스펙터’는 직접 얼음을 촬영한 것은 아니고 수소가 있다는 관측결과를 얻었을 뿐이었습니다.
그 후 인도의 달 참사기 ‘찬드라얀1호’도 달 표면에 물 분자가 있다는 데이터를 확보했습니다.
그러나 그 양은 극히 소량이라는 관측결과였습니다.
정말 달에 물은 있는 것인가, 있다면 어느 정도의 양이며, 어떤 형태로 존재하는 것일까? 토양에 섞여 있거나 지하에 저장되어 있는 것일까?
그것을 확인하기 위해서는 달의 지질을 조사해야 한다. 그래서 NASA에서는 달에 물체를 충돌시키고 내부에서 솟아오르는 성분을 조사한다는 대담한 방법을 선택했습니다.


찬드라얀1호 관측 영상. 왼쪽 영상은 물 분자가 발견된 장소. 오른쪽 영상은 하늘색 비슷한 물 분자를 나타낸다.
photo by ISRO / NASA / JPL-Caltech / USGS / Brown Univ
 
 
 드디어 ‘물의 증거’를 잡다

 그것을 확인하기 위해서는 달의 지질을 조사해야 한다. 그래서 NASA에서는 달에 물체를 충돌시키고 내부에서 솟아오르는 성분을 조사한다는 대담한 방법을 선택했습니다.


엘크로스가 촬영한 센터 켄타우로스 로켓 충돌직후의 영상. 왼쪽아래 충돌시 분출물의 확대 영상.
photo by nasa


달에 참사기 자체가 돌입하여 달 지질에 물이 있는지 여부를 확인하기 위한 목적으로 NASA 탐사기 ‘엘크로스’가 발사됐던 것은 2009년 6월이었습니다. 타깃은 달 남극에 있는 ‘카베우스크레이터’입니다.
그러나 달에 물체를 충돌시키고 내부에서 얼음 들의 물질이 솟아올랐다고 해서 어떻게 관측하면 좋을까?

고민 끝에 개발팀에서 내놓은 아이디어는 충돌을 2단계로 나누는 것이었습니다.
우선 제1단계에서 탐사기 엘크로스에서 충돌체 ‘켄타우로스 로켓’을 분리하고 달에 충돌시킨다.
그리고 달 지질에서 나오는 물질을 탐사기 ‘엘크로스’가 그 바로 위에서 관측한다.
제2단계에서는 ‘엘크로스’ 자체가 달에 출동해 그 모습을 우주에 있는 허블우주망원경과 지상의 대형망원경으로 관측한다는 계획이었습니다.

2009년 10월 9일, 우선 ‘켄타우로스 로켓’이 마하 약 7.5의 고속으로 카베우스크레이터에 격돌했습니다.
몇 십억 년이나 크레이터의 바닥에 잠들어 있던 물질이 달 표면의 상공으로 솟아올랐습니다.
‘엘크로스’는 그 순간을 놓치지 않고 3종류의 카메라로 촬영함과 동시에 몇 종류의 기기로 관측하여 데이터를 지구에 송신하는데 성공했습니다.

그리고 6분 후 탐사기 ‘엘크로스’가 달 표면에 충돌했습니다.
‘엘크로스’ 충돌은 아쉽지만 관측되지 않았지만 ‘엘크로스’가 지상에 송신한 데이터에서 귀중한 정보를 얻었습니다.
NASA는 달 내부에서 분출한 물질을 자세히 분석한 결과, 근적외선 데이터가 물 증기와 얼음의 혼합물 데이터와 일치했고 자외선 데이터가 물과 제진의 화합물이 내는 특징과 일치하는 등 물이 존재하는 많은 증거가 발견됐습니다.

그 양은 연구자들의 예상을 훨씬 뛰어넘었습니다. 카베우라크레이터의 표토에 포함된 물질이 약 5.6%가 얼음으로 되어 있다는 놀라운 사실이 밝혀졌습니다.


 일본의 달 탐사기 ‘카구야’의 공적

 달의 발견에 이르기까지 일본의 달 탐사기 ‘카구야’의 데이터가 중요한 역할을 담당했다는 사실을 알고 있습니까?

1960~70년대에 실시된 아폴로계획에 의해 달에 대한 것은 이미 많이 알고 있다고 많은 사람들이 생각했을 것입니다.
그러나 의외로 아폴로계획으로 달의 자세한 사진을 찍은 것은 적도 플러스마이너스 20도, 달의 20% 정도의 극히 일부에 지나지 않았습니다.

아폴로계획 후에 본격적인 달 참사를 실시한 것이 일본의 달 탐사기 ‘카구야’입니다.
2007년 발사된 ‘카구야’는 약 2년 동안 14개의 관측기기로 세계에서 처음으로 달을 과학적으로 조사했습니다.
나아가 달의 지평선에서 지구가 올라오는 ‘지구돋이’를 선명한 하이비젼 영상으로 찍어 새로운 시점과 달 체험을 제공했습니다. 

특히 달에 있는 물에 대한 탐사라는 점에서 ‘카구야’가 공헌한 점은 얼음이 있는 유력 후보라고 생각되는
남극 샤클레톤 크레이터 내부를 상세하게 관측했다는 점입니다.
그리고 달의 지형을 10m 근접으로 판별할 수 있는 높은 정밀도로 달 전체의 지형도를 만든 것입니다.

그 지형도는 2009년 ‘엘크로스’ 달 표면 상의 충돌장소 범위를 좁히기 위해 꼭 필요한 존재였고
굉장히 도움이 됐다고 NASA 과학자는 말하고 있습니다.
카구야의 데이터가 없다면 ‘달의 물 발견’이라는 쾌거는 아직도 이루지 못했을지도 모릅니다.



관측을 실시하고 있는 이미지 (C) JAXA 



달의 물에서 확대되는 인류의 미래
 
 인간이 살아가는데 물은 없어서는 안 되는 존재입니다.
예를 들면 지구 상공 약 400km를 비행하고 있는 국제 우주 스테이션에서 생활하는 우주비행사들은 마시는 물과 생활용수로서
하루에 약 3.5리터의 물이 필요합니다.
초기에는 지상에서 물을 운반했지만, 국제 우주 스테이션에 1잔의 물을 운반하는 비용이 30만엔 이상 소요되기 때문에
NASA는 소변에서 음료수를 만드는 재생장치를 사용함으로써 필요한 물을 충당하고 있습니다.

달에 물을 운반한다고 하면 더욱 비용이 들어갑니다.
또한 물이 필요한 것은 음료수뿐만이 아닙니다.
달에는 공기가 없기 때문에 물이 있다면 호흡에 필요한 산소를 만드는 것도 가능하며 달 표면 기지를 콘크리트로 만드는 건설 자재로도 사용할 수 있습니다.

달 표면에서 인간이 생활하고 나아가 달 표면 기지나 천문대를 만드는 등 활동범위를 넓히기 위해서는 물의 존재가 반드시 필요합니다.

그렇다면 가령 달에서 사람이 생활할 수 있게 된다면 달의 미래는 어떻게 변할까요?

달은 지구에 대해 항상 같은 면을 향하고 있습니다만, 지구에서 보이지 않는 뒷면은 잡음이 되는 지구 전자파가 도달하지 않기 때문에
천문관측 ‘이상향’이라고 여겨지고 있습니다.
또한 달에  있다고 기대되는 헬륨3와 알루미늄 등 자원이 발견될 가능성도 있어 앞으로 우주연구는 비약적으로 진행될 것입니다.

나아가 달에서 ‘지구돋이’를 봤다는 관광객도 방문하게 될 것입니다.
소행성과 화성으로 가기 전에 우주비행사들은 달에서 훈련을 실시하게 될지도 모릅니다.
달에는 많은 직업이 차례로 생겨날 것이고 끝내는 달에서 생활하는 사람도 나타나겠지요.

이렇게 달에 있는 물이 실용화됨으로써 확대되는 인류의 가능성은 무한대입니다. 한 층 달에 있는 물의 탐사를 기대해 봅시다.


아폴로가 찍은 ‘지구돋이’ 가까운 미래에 이 광경을 보기 위해 많은 사람들이 달을 방문하는 날이 올지도 모릅니다. photo by NASA 

 
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