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[우주의 속삭임(24)] 달의 시간은 지구보다 얼마나 빠를까?
- 달에서는 지구보다 시간이 더 빨리 흐르는 것으로 확인됐다. 미 항공우주국(나사·NASA) 과학자들의 새로운 연구에 따르면 달에서의 시간은 지구보다 하루에 약 5700만분의 1초(57마이크로초) 빨리 흐르는 것으로 나타났다고 사이언스얼러트, IFL사이언스, ZME 사이언스 등 다수 외신이 보도했다. 이는 아폴로 우주선의 조종사들이 달에 마지막으로 발은 디딘 후 52년 동안 달의 시간은 지구보다 약 1.1초 더 길어졌다는 뜻이다. 1.1초는 큰 차이처럼 보이지 않을 수 있으며, 매일 달의 시간이 지구보다 5700만분의 1초씩 더 늘어나는 것도 마찬가지일 것이다. NASA)의 새로운 연구 결과에 따르면, 이 작은 차이는 나사가 오랫동안 기다려온 달 유인 탐사 임무를 시작할 때 항법 시스템 동기화에 영향을 미칠 수 있다. 나사 등 우주 기관은 달과 화성에 기지를 건설하는 것을 목표로 하고 있기 때문이다. 현재 달에는 합의된 표준 시간대가 없다. IFL사이언스에 따르면 무인 임무는 일반적으로 우주선의 원주국에 해당하는 시간을 사용하는 반면, 유인 아폴로 임무는 발사 순간부터 계산하는 지상 경과 시간(GET)를 사용했다. 달에 로봇, 그리고 언젠가는 인간이 거주하게 되면 이러한 시간 차이로 인한 문제가 발생할 수 있으며, 미국은 이를 해결하기 위해 달 표준시를 설정하려고 한다. 사람들은 그것을 달의 시간대라고 부르기도 한다. 아직 동료 심사를 거치지 않은 arXiv 프리프린트 서버에 게시된 새로운 논문은 "달 표준시 설정은 달에서의 활동 및 작업을 동기화하는 데 필수적"이라고 설명했다. 논문에는 "여러 착륙선, 로버 및 궤도선이 관련된 임무에서 공통 시간 기준을 갖는 것은 모든 장치가 효과적으로 조정하고 충돌을 피하며 협력을 강화하는 데 도움이 된다. 정확한 시간은 지구와 달 임무 간 통신에 매우 중요하며, 안정적인 데이터 송수신을 가능하게 하고 자율 시스템이 원활하게 작동하도록 보장한다"고 명시되어 있다. 연구팀은 이 논문에서 달 표면, 지구 표면, 그리고 태양계 질량 중심에서의 상대적인 시간 속도를 계산했다. 연구팀은 "태양계 질량 중심(SSB) 좌표 기준 프레임과 지구 표면 간의 상대론적 시간 변환은 잘 알려져 있지만, 달 표면에 대한 유사한 변환은 확립되지 않았다"고 언급하며, "특히 두 시간 척도의 시간 경과에 따른 변화를 설명하는 상수가 필요하다"고 덧붙였다. 시간 팽창과 원자 시계 아인슈타인의 일반 상대성 이론 후 중력이 시간을 늦출 수 있다는 사실은 알려져 있었다. 하지만 지구와 달의 중력 차이로 인한 시간 왜곡을 측정하는 것은 쉽지 않았다. 최근 10여년 동안에야 서로 상대적으로 움직이거나 다른 중력에서 두 물체 간의 작은 시간 차이를 감지할 수 있을만큼 민감한 원자 시계가 개발됐다. 약 50년 동안 유인 달 탐사가 중단되면서 과학자들은 지구와 달 사이의 미세한 시간 차이에 대해 연구할 필요성을 느끼지 못했다. 달의 중력은 지구의 6분의 1에 불과하지만 우주 비행사들이 잠시 머물렀기 때문에 문제가 되지 않았다. 그러나 이제 미국은 2026년 유인 달 탐사선 아르테미스 임무를 앞두고 달의 시간대 설정에 민감하게 움직이고 있다. 5700만분의 1초 차이는 크게 걱정할 정도는 아니지만, 고려하지 않을 경우 달 탐사 작전에 문제를 일으킬 수 있기 때문이다. 백악관의 최근 메모에는 NASA에 올해 12월 31일까지 새로운 시간 촉도에 대한 계획을 수립하라고 지시했다. 과학기술 대통령 보좌관이자 백악관 과학기술정책실(OSTP) 실장인 Arati Prabhakar는 NASA와 다른 기관들에게 새로운 달 시간 시스템 개발 협력을 지시하는 메모에서 "지구의 송신기 시계와 달의 수신기가 인식하는 시간 차이를 고려하지 않으면 거리 측정 오류가 발생할 수 있다"고 밝혔다. 이어 "우주선 도킹이나 착륙과 같은 정밀 작업에는 현재 방법보다 더 높은 정확도가 필요하다"고 했다. NASA는 늦어도 2026년 말까지, 또는 우주 비행사를 다시 달에 보내는 아르테미스 첫 번째 임무가 발사되기 전까지 이러한 시스템을 구현해야 한다. NASA는 아르테미스 임무를 통해 달 가지 건설 가능성을 탬색할 계호기이며, 이는 언젠가는 화성 탐사의 발판이 될 수도 있다. 슬라바 투리셰프가 이끄는 NASA 제트 추진 연구소의 물리학자들은 태양계의 공통 질량 중심과 관련하여 지구와 달의 시간 변화를 계산해 57마이크로초(5700만분의 1초)라는 수치를 도출했다. 미국 국립표준기술연구소의 다른 팀이 지난 2월 발표한 연구에 따르면 시간 스트레칭의 상대적 차이는 56.02마이크로초였다. 두 결과 모두 동료 검토를 거치지 않았기 때문에 음력 시간에 대한 최종값은 아직 결정되지 않았다. 달 시간의 최종 정의는 여러 기관과 국제기구의 검증을 거쳐야 한다. 예를 들어, 국제 도량형국과 국제 천문 연맹은 8월에 회의를 가질 예정이다. 달 표준시 설정 전에 더 많은 논의와 계산이 이루어질 것이며, NASA와 다른 우주 기관들이 어떤 시스템을 제시할지 지켜봐야 한다. 그러나 NASA는 이미 달에는 29.5일 주기의 낮과 밤이 있기 때문에 일광 절약 시간제는 적용되지 않을 것이라고 명확히 밝혔다. 또한, 지구 자전 속도가 이상하게 느려져 하루가 약간 길어지는 현상과 인간의 활동이 지구 자전에 미치는 영향도 주목해야 한다. 이 논문은 arXiv 프리프린트 서버에 게시됐다.
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[우주의 속삭임(24)] 달의 시간은 지구보다 얼마나 빠를까?
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[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장
- 중국 달 탐사선이 달에서 채취한 샘플에서 자체 토착 탄소인 그래핀이 발견돼 달의 기원에 도전장을 내밀고 있다. 달의 기원에 대해서는 여러 가지 가설이 존재하지만, 현재 가장 유력한 가설은 '거대 충돌설'이다. 약 45억년 전 원시 지구와 화성 크기의 천체 테이아(Theia)가 충돌해 두 천체가 합쳐지고, 그, 충격으로 떨어져 나간 파편들이 지구 주위를 돌며 뭉쳐져 달이 형성됐다는 이론이다. 이 가설은 달 샘플의 화학적 구성, 달 공전 궤도, 지구와 달의 자전축 기울기 등 여러 증거를 통해 뒷받침되고 있다. 중국 지린 대학교 과학자들은 2020년 12월 창어 5호가 달 표면에서 채취한 샘플을 분석하는 과정에서 특이하게 그래핀을 발견했다. 연구팀은 자연 상태에서 생성된 '소수층 그래핀(few-layer graphene)'을 달 샘플에서 처음으로 발견했다고 국영 통신사 글로벌 타임스가 보도했다. 이는 향후 인류가 달 현지 자원을 활용하는 계획에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 그래핀은 탄소 원자들이 욱각형 벌집 모양으로 연결되어 2차원 평면 구조를 이루는 소재다. 그래핀은 원자 한 층으로 이루어져 세상에서 가장 얇은 물질이다. 쉽게 말하면 연필심에 사용되는 흑연을 아주 얇게 한 겹만 떼어낸 것으로 볼 수 있다. 이번 발견은 달의 초기 지질학적 진화 과정에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있으며, 달이 지구와 소행성의 충돌로 형성되었고 탄소 대부분이 이 충돌에서 유래했다는 기존 이론에 의문을 제기할 수 있다고 퓨처리즘은 전했다. 연구팀은 "널리 받아들여지는 '거대 충돌 이론'은 (미국 우주선) 아폴로 샘플의 초기 분석에서 파생된 '탄소 결핍 달'이라는 개념에 의해 강력하게 뒷받침되어 왔다"고 논문에서 밝혔다. 그러나 이번 연구 결과는 달에서 '탄소 포집 과정'이 존재하며, '토착 탄소의 점진적 축적'이 일어났음을 시사한다. 이는 '달의 화학 성분 및 역사에 대한 이해를 재정립할 수 있는 발견'이라는 점에서 중요하다. 연구팀은 비파괴 화학 분석 방법인 '라만 분광법'을 사용하여 소수층 그래핀의 존재를 확인했다. 소수층 그래핀은 2~10개 층으로 이루어진 그래핀으로, 실험실에서도 제조될 수 있다. 연구팀은 이 물질이 태양풍이 달 표면을 강타하고 초기 화산 폭발이 일어나는 과정에서 형성되었을 가능성을 제시했다. 순수한 '토착 탄소'의 존재는 약 44억 5000만 년 전 화성 크기의 소행성이 지구와 충돌하여 달이 형성되었다는 기존 가설에 배치되는 점이다. 그러나 연구팀은 이전 연구 결과와 마찬가지로 운석 충돌이 달에서 흑연 탄소 형성에 기여했을 가능성도 인정했다. 연구팀은 "자연 그래핀의 특성에 대한 심층적인 연구는 달의 지질학적 진화에 대한 더 많은 정보를 제공할 것"이라고 말했다. 한편, 중국은 무인 달 탐사선 창어-6호가 세계 최초로 달 뒷면의 샘플을 채취해 지난 6월 25일 내몽골에 성공적으로 착륙했다. 창어-6호는 달 뒷면에 있는 거대한 분화구인 남극 에이컨 분지(South Pole-Aitken Basin) 분지에서 달 토양을 수집해 지구로 53일만에 귀환한 것. 최대 2kg(4.4 파운드)에 달하는 이 샘플은 지난 26일 새벽 베이징으로 공수돼 중국 우주 기술 아카데미(CAST)로 이송됐다. 스페이스닷컴에 따르면 중국이 달 뒷면에처 채취한 샘플은 2020년 창어-5호가 수집한 샘플과 마찬가지로 재료를 분류한 다음 중국 전역의 과학자 및 기관의 연구에 사용할 수 있도록 제공될 예정이다. 이 자료는 2년 후 국제 그룹과 연구자들의 응용 프로그램에 제공될 가능성이 높다고 한다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 자금 지원을 받은 연구원들은 지난해 말 달 샘플에 대한 접근을 신청할 수 있는 특별 허가를 받았다. 과학자들은 이 샘플이 달, 지구, 태양계의 형성에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대하고 있다. 중국은 우주 강국으로 자리매김하기 위해 2026년 창어-7호를 달 남극에 발사하고, 2028년에는 창어-8호를 발사해 자원 활용에 집중할 계획이다. 아울러 중국은 2030년까지 우주비행사를 달 남극에 보낼 계획이다. 달 남극은 인간의 생존에 필수적인 물과 각종 희토류 등이 있는 것으로 알려져 인도와 미국 등 세계 각국의 탐사 목표지로 급부상했다.
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[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장
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[우주의 속삭임(20)] 소행성 베누 샘플서 생명체 구성요소인 인산염 발견
- 미국 항공우주국(나사·NASA)의 소행성 연구 우주 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)가 소행성 베누(Bennu)로부터 채취한 4.3온스(121.6g)의 샘플을 분석한 결과 생명체의 구성 요소인 인산염이 발견됐다. 나사는 공식 홈페이지에서 "오시리스-렉스 샘플 분석팀은 소행성 베누가 우리 태양계를 형성하는 성분들을 함유하고 있음을 발견했다"고 밝혔다. 베누의 먼지에는 생명체에 필수적인 구성 요소인 탄소와 질소, 유기 화합물이 풍부한 것으로 나타났다는 것. 지구로 가져온 베누 샘플에는 또한 마그네슘-나트륨 인산염이 포함돼 연구팀을 놀라게 했다. 이는 베누 우주선이 수집한 원격탐사 데이터에서는 나타나지 않았었다. 점토 광물, 특히 사문석(뱀 문양의 돌)이 대부분인 이 샘플은 지구 지각 아래층 맨틀 물질이 물과 만나는 지구의 대양 중간 능선에서 발견되는 암석과 유사한 유형이다. 지구로부터 떨어져 나갔을 가능성을 시사하는 대목이다. 이는 점토 형성에 그치지 않고 탄산염, 산화철, 황화철 등 다양한 광물을 만들었다. 그 중에서도 가장 놀라운 발견은 수용성 인산염의 존재였다. 인산염은 오늘날 지구상에 알려진 모든 생명체의 생화학 구성 요소다. 지난 2020년 JAXA(일본우주항공연구개발기구)의 하야부사2 임무에서 채취한 소행성 류구(Ryugu) 샘플에서도 유사한 인산염이 발견됐었다. 그러나 베누 샘플에서 검출된 마그네슘-나트륨 인산염은 어떤 운석 샘플에서도 유례가 없을 정도로 순도가 탁월하다. 연구진은 이것이 베누의 역사에 대한 귀중한 단서를 제공한다고 지적했다. 연구진의 단테 로레타 애리조나 대학 박사는 "베누 샘플에서 나타난 각종 원소, 특히 인산염의 존재와 상태는 과거 소행성에 물이 존재했음을 암시한다"며 “베누는 과거 한때 습한 행성이었을 수 있지만, 이는 추가 조사가 필요하다"고 말했다. 나사의 제이슨 드워킨 박사도 오시리스-렉스가 과거에는 습했으며 질소와 탄소가 풍부했을 것으로 추정되는 원시 소행성 베누 샘플을 가져왔다"고 밝혔다. 베누는 물이 존재한 역사가 있었을 가능성에도 불구하고, 화학적으로 원소 비율이 태양과 매우 유사한 원시 소행성으로 남아 있다. 로레타는 "가져온 샘플의 구성에서 45억 년 이상 전 우리 태양계 초기 모습을 엿볼 수 있다. 이 샘플은 생성된 이래 녹거나 재응고되지 않은 원래의 상태를 유지하면서 고대의 기원을 보여준다"고 의미를 부여했다. 연구진은 샘플을 통해 소행성 베누에 탄소와 질소가 풍부하다는 사실을 확인했다. 이 원소들은 베누의 물질이 탄생한 환경과 함께, 단순한 원소가 복잡한 분자로 변환하는 화학적 과정을 이해하는 데 매우 중요하다. 지구상의 생명체의 기원을 밝히는 기초를 마련할 가능성도 있다. 태양계 형성의 복잡한 과정과 지구에 생명체가 출현한 프리바이오틱 화학을 밝히는 열쇠를 쥐고 있다는 것이다. 향후 수 개월 안에 미국과 전 세계의 연구소가 휴스턴에 있는 나사의 존슨 우주센터로부터 베누 샘플의 일부를 제공받게 된다. 베누 샘플 분석이 활발해지고, 더 많은 연구 결과가 발표될 것이라는 기대다. 2016년 9월 발사된 오시리스-렉스 우주선은 지구 근처 소행성 베누로 이동해 베누 표면에서 암석과 먼지 샘플을 수집했고 2023년 9월 이 샘플을 지구로 가져왔다. 나사의 고다드 우주 비행센터가 오시리스-렉스 임무를 관리했다. 이 임무는 국제적인 협력 아래 이루어졌으며 CSA(캐나다 우주국), JAXA 등이 함께했다.
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[우주의 속삭임(20)] 소행성 베누 샘플서 생명체 구성요소인 인산염 발견
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[우주의 속삭임(18)] 토성 최대 위성 타이탄, 바다 파도로 해안선 침식 가능성 확인
- 토성 궤도를 도는 위성(달) 가운데 가장 큰 타이탄(Titan)은 활동적인 강, 호수 및 바다를 포함하는 태양계의 유일한 행성체이다. 타이탄의 강 시스템은 액체 메탄과 에탄으로 가득 찬 가운데 넓은 호수와 바다로 흘러 들어가며, 일부 호수는 지구의 오대호만큼이나 큰 것으로 추정된다. 타이탄의 넓은 바다와 호수는 지난 2007년 나사(NASA)의 카시니 우주선이 촬영한 이미지를 통해 확인됐다. 그 이후 천문학자들은 달의 신비한 환경에 대한 단서나 증거를 찾기 위해 수집된 이미지를 연구해 왔다. 그런 가운데, MIT 지질학자 연구팀이 타이탄의 해안선에 대한 최신 연구 결과를 발표했다고 PHYS가 전했다. 시뮬레이션을 통해 이루어진 연구는 타이탄의 넓은 바다가 파도에 의해 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다. 연구팀은 타이탄 표면의 원격 이미지를 기반으로 파도 활동의 징후를 발견했다. MIT 팀은 먼저 지구에서 호수가 침식되는 방식을 모델링하고, 이 모델링을 카시니의 타이탄의 바다 이미지와 접목, 어떤 형태의 침식으로 인해 해안선이 생성되었는지를 확인했다. 그 결과 파도가 가장 합리적인 답이라는 사실을 발견했다. 물론 연구팀의 결과는 100% 확증은 아니다. 타이탄에 파도가 있다는 사실을 확인하려면 타이탄 표면의 파도 활동을 직접 관찰해야 한다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 타이탄 바다의 해안선 침식의 가장 큰 원인은 파도라고 말할 수 있다고 밝혔다. "액체 메탄과 에탄의 파도가 해안에 부딪히고 폭풍이 몰아쳐 해안을 구성하는 물질을 침식한 것으로 추정된다"는 것이다. 이 연구는 '사이언스 어드밴시스'에 발표됐다. 타이탄에 파도가 존재한다는 사실은 카시니가 달 표면에서 액체 덩어리를 발견한 이후 논란이 된 주제였다. 파도의 증거를 찾기 위한 노력도 꾸준히 진행됐다. 일부 과학자들은 바다 표면에서 약간의 거친 면을 보았지만, 그것이 파도인지의 여부는 확인할 수 없었다. 타이탄의 바다에 파도 활동이 일어나는지 여부를 알면, 파도를 일으킬 수 있는 바람의 세기 등 타이탄의 기후에 대한 정보도 얻을 수 있다. 또한 타이탄의 바다가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화할지 예측할 수 있다. 타이탄의 바다는 강이 흐르는 계곡이 교차하는 곳에서 액체의 양이 늘어나면서 형성된 것으로 보인다. 연구팀은 △ 해안 침식 없음 △ 파도에 의한 침식 △ 해안 물질을 용해시키는 '용해' 또는 해안의 자체 무게로 인해 일어나는 '균일한 침식' 등 세 가지 시나리오에 초점을 맞췄다. 그리고 시나리오 각각에 대해 시뮬레이션을 실시했다. 그리고 수백 가지의 다양한 해안선 모양에 대해 모델링을 반복하고 비교했다. 연구팀은 시뮬레이션 결과를 지구상의 실제 호수와 비교해 확인했다. 특히 타이탄에서 가장 크고 지도가 가장 잘 그려져 있는 네 개의 바다에 초점을 맞췄다. 카스피해와 유사한 크라켄 마레(Kraken Mare), 슈피리어호보다 다소 큰 리게이아 마레(Ligeia Mare), 빅토리아 호수보다 긴 풍가 마레(Punga Mare), 온타리오 라쿠스(Ontario Lacus) 등이다. 팀은 카시니 탐사선에서 촬영한 레이더 이미지를 사용해 이들 4개 바다의 해안선을 매핑하고 각 바다의 해안선에 모델링을 적용, 어떤 침식 메커니즘이 타이탄의 바다 해안선 모양을 가장 잘 설명하는지 확인했다. 그 결과, 4개의 바다가 모두 파도에 의한 침식 모델에 들어맞는다는 것을 발견했다. 이는 파도가 타이탄의 4개의 바다와 가장 유사한 해안선을 생성한다는 것을 의미한다. 연구팀은 현재 해안에서 반복적으로 부서질 수 있는 파도를 일으키려면 타이탄의 바람이 얼마나 강해야 하는지를 규명하는 데 주력하고 있다. 또한 타이탄의 해안선 모양을 통해 바람이 불어오는 방향을 파악하고 있다.
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[우주의 속삭임(18)] 토성 최대 위성 타이탄, 바다 파도로 해안선 침식 가능성 확인
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[우주의 속삭임(17)] 휴스턴 대학교, 토성에서 거대한 계절적 에너지 불균형 발견
- 휴스턴 대학교(UH)가 토성에 엄청난 에너지 불균형이 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 우주 행성 과학의 발전을 촉진하고, 태양계의 가스 거대 행성인 토성에 대한 기존의 기후 모델에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션에 게재됐으며, 대학 공식 홈페이지에도 실렸다. UH 물리학 리밍 리 교수를 중심으로 한 연구팀은 "토성에서 계절적 규모의 거대한 글로벌 에너지 불균형이 관찰된 것은 이번이 처음"이라며 "이는 천문학계에 행성의 형성과 진화에 대한 새로운 시각을 제시할 뿐만 아니라, 행성 및 대기 과학에 대해 정의하는 방식까지 변화시킨다“고 말했다. 연구진이 발견한 토성 에너지 불균형은 카시니 토성 탐사선이 미션을 수행하며 얻은 데이터를 토대로 한 분석을 통해 나타났다. 연구진은 “태양계의 모든 행성은 태양 복사의 형태로 태양으로부터 에너지를 얻고, 열을 방출하며 에너지를 소비한다. 그러나 거대 가스 행성인 토성은 열 구조와 기후에 영향을 미치는 깊은 내부 열의 형태로 또 다른 에너지를 갖고 있다"고 지적했다. 불균형은 원일점(태양에서 가장 먼 궤도 지점)에서 근일점(태양에 가장 가까운 궤도 지점)까지 거의 20%나 달라지는 토성의 큰 궤도 이심률로 인해 발생했다. 이로 인해 흡수된 태양 에너지에 계절적 변화가 크게 나타났다. 지구의 경우 궤도 이심률이 매우 작기 때문에 심각한 계절적 에너지 불균형은 나타나지 않는다. 따라서 지구의 내부 열은 미미하며, 지구 계절은 토성에서 몇 년 동안 지속되는 것에 비해 대단히 짧아 불과 수개월 지속될 뿐이다. 데이터는 또한 토성의 불균형한 에너지가 토성 대기의 지배적인 기상 현상인 거대 폭풍의 발달에 중요한 역할을 한다는 것을 보여 주었다. 이 데이터는 지구의 날씨에 대한 분석도 간접적으로 제공할 수 있다고 한다. 나사(NASA), 유럽우주국(ESA), 이탈리아우주국(ASI)의 공동 프로젝트인 카시니 탐사선은 1997년에 발사돼 거의 20년 동안 토성과 거대한 고리 및 위성을 탐사했다. 연구진의 리 교수는 토성의 복사 에너지를 관찰하는 세 가지 탑재 장비를 모니터링하기 위한 과학자로 참여하고 있다. 연구팀은 향후 10년 내에 탐사 임무가 계획되어 있는 천왕성을 포함한 다른 가스 거대 행성을 대상으로 관측을 지속한다는 계획이다. 이들 행성 역시 심각한 에너지 불균형을 나타낼 것이며, 특히 천왕성은 궤도 이심률과 매우 높은 경사도로 인해 가장 큰 에너지 불균형을 나타낼 것으로 예상하고 있다. 한편, 이번 연구에는 UH 외에도 나사, 위스콘신 대학교, 메릴랜드 대학교, 센트럴 플로리다 대학교, 캘리포니아 주립대 산타크루즈 캠퍼스와 프랑스 및 스페인의 학자들이 대거 참여했다.
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[우주의 속삭임(17)] 휴스턴 대학교, 토성에서 거대한 계절적 에너지 불균형 발견
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[우주의 속삭임(15)] 화성, 적도 근처 화산서 '물서리' 발견
- 화성의 적도 지역에서 처음으로 물서리(수분을 많이 포함하는 액체상의 서리)가 발견됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 그동안 화성의 적도 지역에서는 서리가 존재할 수 없는 것으로 알려져 왔다. 물서리 발견은 화성에서 물이 어디에 존재하는지, 그리고 대기와 지표면 사이에서 물이 어떻게 순환되는지 파악하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 특히 이는 머지 않아 시작될 화성 유인 탐사에 요긴한 정보가 될 것이라는 지적이다. 물서리는 지난 2016년 화성에 도착한 엑소마스 TGO(ExoMars Trace Gas Orbiter)와 지난 2003년부터 화성 궤도에서 화성을 탐사해 온 마스 익스프레스(Mars Express)등 두 대의 유럽우주국(ESA) 우주선을 통해 브라운대학교 연구원 아도마스 발란티나스를 비롯한 연구진이 발견했다. 발견 당시 발란티나스는 스위스 베른 대학의 박사과정 연구원이었다. 발란티나스는 "화성 적도 지역은 산 정상에서도 높은 온도를 유지하기 때문에 서리가 형성되는 것이 불가능하다고 여겨 왔다. 여기에서 서리의 존재를 확인한 것은 의미가 크다. 이 지역에 서리가 형성되는 예외적인 과정이 작용했을 수 있음을 암시하기 때문"이라고 말했다. 믈서리가 발견된 곳은 화성에서 가장 큰 화산 지대인 타르시스 지역으로, 여기에는 12개의 대형 화산이 있다. 그 중 올림푸스 몬스는 화성에서는 물론 태양계 위성에서도 가장 높은 봉우리다. 높이는 무려 29.9km로 지구에서 가장 높은 에베레스트 산의 약 2.5배에 달한다. 물서리는 일출 무렵 몇 시간 동안만 나타난 후, 햇빛이 비추면 증발한다. 서리는 또한 대단히 얇은 층을 형성, 인간의 머리카락 두께인 약 0.01mm에 불과했다. 서리 층은 얇지만 여러 화산의 광대한 지역을 덮고 있기 때문에, 수분 총량은 약 60개의 올림픽 규모 수영장을 채울 정도인 2940만 갤런(1억 1100만 리터)에 달한다. 이 물은 화성의 표면과 대기 사이를 매일 순환한다. 타르시스 지역은 올림푸스 몬스와 함께, 아스크라에우스, 아르시아 몬스, 파보니스로 알려진 타르시스 몬테스 화산이 있다. 타르시스 몬테스는 에베레스트 산과 높이가 비슷하다. 물서리는 올림푸스, 아르시아 아스크라에우스 몬스, 케라우니우스 톨루스에서 발견되었다. 각각의 화산 봉우리에는 분화 중에 마그마 활동으로 생성된 칼데라라고 불리는 깊은 웅덩이가 있다. 소위 용암으로 굳어진 거대한 분화구다. 연구진은 타르시스 지역 위에서 순환하는 공기가 화산이 위치한 전역의 기후와 칼데라에 미세기후를 형성하고 있다고 추정했다. 서리 막이 만들어지는 것은 바로 이 미세기후 때문이라는 지적이다. 바람이 산의 경사면을 따라 이동하면서 표면의 습한 공기를 높은 고도로 끌어올리면 밤에 이 공기가 응축되고 서리를 형성한다는 것이다. TGO의 화성 표면 이미징 시스템(CaSSIS)의 연구원이자 베른 대학교의 학자인 니콜라스 토마스는 연구팀이 화성 화산 꼭대기에서 본 물서리는 칼데라의 그늘진 지역, 특히 기온이 낮은 지역에서 형성되는 것으로 보인다고 설명했다. 토마스는 이번 연구는 산 경사면에서 밀어 올리는 습한 공기가 서리로 응축될 수 있다는 것을 밝혀냈다는 점에서 큰 발견이며, 이는 지구와도 유사한 현상이라고 말했다. 이 연구 결과는 '네이처 지구과학(Nature Geoscience)' 저널에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(15)] 화성, 적도 근처 화산서 '물서리' 발견
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[우주의 속삭임(13)] 느린 태양풍의 미스터리, 태양 궤도 우주선 '솔라 오비터'가 밝혀
- 태양 궤도선 솔라 오비터(Solar Orbiter) 우주선의 첫 번째 태양 근접 여행으로 수집된 데이터에를 통해 느린 태양풍의 신비한 미스터리가 풀릴 실마리가 밝혀졌다고 전문 매체 PHYS가 전했다. 초당 수백 킬로미터의 속도로 이동하는 태양풍은 수년 동안 과학자들의 연구 대상이었다. 그런데 '네이처 천문학지(Nature Astronomy)'에 발표된 최근의 연구에서 마침내 태양풍이 어떻게 형성되는지가 밝혀졌다는 것이다. 이 연구는 영국 노섬브리아 대학교 스테판 야들리 박사팀이 수행했다. 태양풍은 전하를 띠는 플라즈마 입자가 태양에서 우주로 계속 유출되는 것을 말한다. 바람은 초속 500km을 기준으로, 그 이상일 경우 '빠름'으로, 그 미만을 '느림'으로 규정한다. 태양풍이 지구까지 날아와 대기에 부딪히면 북극광으로 알려진 오로라가 나타난다. 그러나 더 많은 양의 플라즈마가 코로나 질량 방출의 형태로 방사되면 위험할 수 있으며, 위성과 통신 시스템에 심각한 손상을 초래할 수 있다. 수십 년 동안의 관찰에도 불구하고, 태양이 태양풍 플라즈마를 태양계로 방출, 가속 및 이동시키는 원인과 메커니즘, 특히 느린 태양풍에 대해서는 제대로 규명되지 않았다. 지난 2020년 유럽우주국(ESA)은 나사(NASA)의 지원을 받아 태양 궤도선 임무를 시작했다. 이 임무의 주요 목표 중 하나는 태양의 가장 가깝고 상세한 이미지를 포착하는 것 외에도, 태양풍을 측정해 분석하는 것이었다. 이를 위해 쏘아 올려진 솔라 오비터 우주선에는 10개의 서로 다른 과학 장비가 탑재됐다. 일부는 우주선을 통과할 때 태양풍 샘플을 현장에서 수집하고 분석하며 원격 감지도 수행한다. 태양 표면 활동에 대한 고품질 이미지를 캡처하도록 설계된 장비다. 연구팀은 솔라 오비터가 촬영한 사진과 기기 데이터를 결합함으로써 처음으로 느린 태양풍이 어디서 발생하는지 더 명확하게 식별하는 데 성공했다. 연구팀은 "우주선이 현장에서 측정한 태양풍 흐름의 변동성은 우리에게 그 근원에 대한 많은 정보를 제공했다. 태양에 가까이 접근함으로써 태양풍의 복잡한 특성을 포착할 수 있었으며, 태양풍의 기원과 복잡성이 발생 지역의 변화에 따라 어떻게 변화하는지에 대한 그림을 얻을 수 있었다"고 밝혔다. 연구팀은 빠른 태양풍과 느린 태양풍의 속도 차이가 태양풍의 기원이 되는 대기의 가장 바깥층인 코로나의 영역이 다르기 때문이라고 추정했다. 개방형 코로나는 자기장 선의 한쪽 끝이 태양에 고정되고 다른 쪽 끝은 우주로 뻗어나가 플라즈마와 같은 우주 물질이 우주로 나갈 수 있는 고속도로를 만드는 영역을 말한다. 이는 빠른 태양풍의 근원지로 여겨진다. 반대로 폐쇄형 코로나는 태양의 자기장 선이 닫혀 있는 영역을 의미한다. 태양 표면의 양쪽 끝이 연결되어 닫혀 있다는 뜻이다. 이는 자기 활성 영역 위에 형성되는 크고 밝은 루프로 볼 수 있다. 때로는 닫힌 자기 루프가 끊어지는 현상이 발생하고 끊어진 루프가 다시 연결되는 사이에 짧은 시간차가 발생하고, 그 사이에 플라즈마가 탈출하게 된다. 이는 개방형 코로나와 폐쇄형 코로나가 만나는 지역에서 발생한다. 솔라 오비터의 미션 중 하나는 느린 태양풍이 폐쇄형 코로나에서 발생하고, 자기장 선이 끊어지고 다시 연결되는 과정을 통해 우주로 탈출할 수 있다는 이론을 테스트하는 것이었다. 태양풍의 구성을 측정하는 방법을 통해서다. 태양 물질에 포함된 중이온의 조합은 그것이 어디서 유래되었는지에 따라 달라진다. 연구팀은 솔라 오비터에 탑재된 장비를 사용해 태양 표면에서 일어나는 활동을 분석한 후 이를 우주선이 수집한 태양풍 흐름과 대비했다. 솔라 오비터가 포착한 태양 표면의 이미지를 사용해 연구팀은 느린 태양풍의 흐름이 열린 코로나와 닫힌 코로나가 만나는 지역에서 발생했다는 것을 정확히 찾아낼 수 있었다. 결국 끊어지고 다시 연결되는 과정을 통해 느린 태양풍이 닫힌 자기장에서 벗어날 수 있다는 이론을 증명했다. 야들리 박사는 "솔라 오비터에서 측정한 태양풍의 다양한 구성은 코로나 소스 전체의 구성 변화와 일치했다. 코로나의 폐쇄 루프와 개방 루프 사이에서 발생하는 재연결 과정에서 발생한다는 강력한 증거를 제공했다"고 설명했다. 이로써 태양풍의 기원을 구체적으로 연구할 수 있는 길을 열어줄 것이라는 기대다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(13)] 느린 태양풍의 미스터리, 태양 궤도 우주선 '솔라 오비터'가 밝혀
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중국 탐사선, 달 뒷면 착륙 성공
- 중국의 창어 6호 달 탐사선이 샘플 수집을 위해 달 뒷면에 성공적으로 착륙했다고 국영 신화통신이 2일 보도했다. 신화통신은 중국 국가우주국(National Space Administration)을 인용해 창어 6호가 태양계에서 가장 큰 충돌 분화구 중 하나로 알려진 거대한 남극-에이켄 분지(South Pole-Aitken Basin)에 착륙했다고 밝혔다. 거의 탐사되지 않은 달위 뒷면에서 샘플이 수집되는 것은 이번이 처음이다. 창어 6호는 지난 5월 3일 원창 우주발사센터에서 발사된 후 역사상 처음으로 달 남극이 거대한 분화구 지역의 암석과 토양 수집을 목표로 하고 있다. 신화통신은 이 과정이 이틀 안에 완료될 것이라고 전했다. 과학자들은 최대 3일이 소요될 것으로 예상하고 있다. 국가우주국에 따르면 이번 임무는 드릴과 기계 팔을 사용해 약 2kg의 물질을 수집하는 것을 목표로 하고 있다. 과학자들은 달의 뒷면(태양 광선을 전혀 받지 않기 때문이 아니라 지구에서 보이지 않기 때문에 소위 말하는 달의 뒷면)은 달의 분화구가 가까운 면보다 고대 용암 흐름으로 덜 덮여 있기 때문에 연구에 큰 가능성을 갖고 있다고 말했다. 달의 뒷면에서 수집된 물질은 달이 처음에 어떻게 형성되었는지 더 잘 밝혀줄 수 있다. 달의 남극은 달 탐사의 다음 개척지다. 얼음이 있을 가능성이 높기 때문에 국가들은 이 지역을 탐사, 연구하고 싶어한다. 맨체스터 대학의 달 지질학 전문가인 존 퍼넷-피셔(John Pernet-Fisher)는 BBC에 "이전에 누구도 본 적이 없는 이 암석을 우리가 보게 될 것이라는 사실에 모두가 매우 흥분하고 있다"고 말했다. 중국이 달에서 샘플을 채취하는 임무를 시작한 것은 이번이 두 번째다. 2020년 창어 5호는 달 근처에 있는 오세아누스 프로셀라룸(Oceanus Procellarum)이라는 지역에서 1.7kg의 물질을 지구로 가져왔다. 중국은 달에서 물을 찾고 영구 기지를 건설하는 것 등을 탐사 목표로 이번 10년 동안 세 번의 무인 임무를 더 계획하고 있다. 아울러 2030년까지 유인 우주선을 보내는 것을 목표로 하고 있다. 미국도 아르테미스 3호 임무를 통해 2026년까지 우주비행사를 다시 달에 보낼 계획이다.
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- IT/바이오
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중국 탐사선, 달 뒷면 착륙 성공
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[우주의 속삭임(12)] 금성, 생생한 용암 흐름 감지…화산 활동 활발
- 레이더 이미지에서 금성 표면에 신선한 용암의 흐름이 나타났다. 이는 금성에 활화산이 있음을 시사하는 것이라고 CBS뉴스가 전했다. 이탈리아 국제 행성과학연구학교(International Research School of Planetary Sciences)의 과학자들은 금성의 전체 표면을 최초로 촬영한 마젤란 우주선이 1990~1992년까지 촬영한 이미지를 현재 상태와 비교해 행성 표면의 변화에 대한 증거를 발견했다고 밝혔다. 학자들은 새로 관측된 암석이 정해진 길을 따라 흐르면서 형성되었다고 판단했다. 그 암석층은 시프 몬스(Sif Mons) 화산의 서쪽 지역과 니오베 플래니티아(Niobe Planitia)의 넓은 화산 저지대 두 지역에서 화산 활동으로 인한 '새로운 용암 흐름의 증거'로 설명하는 것이 가장 합리적이라는 의견이다. 연구팀은 미 항공우주국(나사·NASA)을 통한 보도자료에서 "이 지도를 비교하면 금성이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 화산 활동이 많을 수 있다는 사실을 보여준다"면서 "연구팀은 금성의 두 곳에서 용암 흐름을 분석함으로써, 금성의 화산 활동이 지구에서의 화산 활동과 비슷할 수 있다는 것을 발견했다"고 밝혔다. 이번 발견은 금성에 화산이 다수 존재한다는 지난해의 연구 결과를 뒷받침한다. 당시 연구도 마젤란 우주선의 이미지를 이용해 화산의 증거를 찾았다. 알래스카 대학과 캘리포니아 공과대학의 연구원들은 금성의 고지대에서 두 개의 큰 화산을 발견했고, 화산 분출구의 위치도 확인했다. 알래스카 대학교 페어뱅크스 지구물리학 연구소의 로버트 헤릭 교수는 이번 연구 결과에 대해 "오자 및 마트 몬스(Ozza and Maat Mons)의 부피는 지구의 최대 화산과 비슷하지만 경사가 더 낮아 용암이 더 넓게 퍼져 있다"고 말했다. 나사는 '지구의 사악한 쌍둥이'라고도 부르는 행성인 금성에 활화산이 있다고 오랫동안 믿어왔다. 금성은 열을 가두는 두꺼운 대기를 가지고 있어 태양계에서 가장 뜨거운 행성을 만들고 있다. 금성의 표면에는 화산과 기형적인 산이 대거 포함돼 있다. 연구팀은 금성의 화산이 목성의 달 이오(Io)의 화산보다 덜 활동적이라고 추정했다. CBS뉴스는 과거에도 연구팀이 포착한 모든 이미지에서 '여러 차례의 지속적인 화산 폭발이 있다'고 보도한 바 있다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(12)] 금성, 생생한 용암 흐름 감지…화산 활동 활발
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[우주의 속삭임(11)] 태양계 6개 행성 정렬 '우주쇼' 6월 초 만난다
- 태양계의 6개 행성이 일렬로 정렬하는 보기 드문 현상이 지구의 하늘에서 6월 초 포착될 예정이다. 수성, 화성, 목성, 토성, 해왕성, 천왕성 등 태양계의 6개 행성이 2024년 6월 3일 짧은 시간 동안 '행성 퍼레이드'로 알려진 일렬 정렬 현상이 나타날 예정이라고 사이언스얼럿이 전했다. 이번 행성 정렬에는 초승달도 참여하지만 금성만은 유일하게 찾아볼 수 없다. 한 번에 여러 행성이 하늘에 있는 경우는 드물지 않지만, 여러 행성이 일렬로 정렬하는 경우는 흔하지 않다. 5~6개의 행성이 모이는 것을 큰 정렬이라고 하며 5개 행성 정렬이 6개보다 훨씬 더 빈번하게 발생한다. 이러한 정렬은 아래 태양계의 도표나 그림에서 볼 수 있는 것처럼 행성이 우주에 일렬로 늘어선 모습이 아니다. 안타깝게도 우주에서 실제로 일어나는 일은 아니다. 행성 정렬은 태양계의 모든 행성이 황도라는 평평한 평면에서 태양을 어느 정도 공전하기 때문에 발생한다. 일부 행성은 이 횡도보다 약간 위 또는 아래에 있지만 거의 동일하게 나란히 있는 수준이다. 이는 태양을 포함한 별이 형성되는 방식 때문에 관측 가능하다. 물질 구름 속의 아기 별이 회전하기 시작하면 주변의 구름이 소용돌이치며 원반이 되어 아기 별을 먹이로 삼는다. 원반의 잔해에서 행성이 형성되며, 그대로 두면 그 위치에 그 상태로 머물게 된다. 때때로 행성들이 궤도를 따라 이동하면서 태양의 같은 쪽에 위치하게 되므로 우리는 하늘에서 동시에 나란히 서 있는 것같은 행성들을 볼 수 있다. 즉, 이 행성들은 모두 황도에 있기 때문에 일직선상에 있는 것처럼 보이는 것이다. 미국에서는 오는 6월 3일과 4일 사이 일출 약 한 시간 전에 행성 퍼레이드가 일어난다. 수성, 화성, 목성, 토성은 육안으로 볼 수 있을 만큼 밝지만 천왕성과 해왕성은 너무 멀고 희미하기 때문에 관측하기 위해서 쌍안경이나 망원경이 필요하다. 앞으로 몇 달 동안 같은 태양계 행성들의 정렬이 몇 차례 더 예정되어 있다. 2024년 8월 28일과 2025년 1월 18일에는 모두 새벽 시간대에 6개의 행성으로 이루어진 대규모 행성 정렬을 볼 수 있다. 2025년 2월 28일 저녁에는 다른 7개 행성이 모두 동시에 하늘에 나타날 것이다.
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[우주의 속삭임(11)] 태양계 6개 행성 정렬 '우주쇼' 6월 초 만난다
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[우주의 속삭임(9)] 허블 망원경, 태양과 같은 별의 탄생 포착
- 나사(NASA)의 허블 우주 망원경이 반사 성운에 있는 변광성 HP 타우(Tau)를 포함, 세 개의 별의 이미지를 포착했다고 과학 전문매체 사이테크데일리가 전했다 아직 핵융합 과정을 거치지 않은 '티 타우리 별(T Tauri stars)'들은 먼지와 가스 구름의 잔재에 둘러싸여 있으며, 별 형성과 원형 행성 발달의 초기 단계를 형성하고 있다. ‘티 타우리 별’은 정식 항성이 되기 직전, 별의 생성 및 진화 단계를 말한다. 젊은 별 또는 아기별이라고도 표현한다. 그리고 변광성은 시간에 따라 밝기가 변하는 별이다. 나사의 허블 우주 망원경이 포착한 새로운 별 이미지에서는 반짝이는 우주의 정동석(돌맹이 안에 보석이 박혀 있는 결정)을 닮은 세 개의 별이 반사 성운의 빈 공간에서 밝게 빛나고 있다. 이 삼중성계는 변광성 HP 타우, HP 타우 G2, 그리고 HP 타우 G3로 구성되어 있다. HP 타우는 아직 핵융합을 시작하지 않았지만, 수소로 핵분열하는 태양과 비슷한 별로 진화하기 시작하는 티 타우리 별로 알려져 있다. 티 타우리 별들은 일반적으로 나이가 1000만 년에 미치지 못한다. 이에 비해, 지구가 속해 있는 태양계의 태양은 나이가 무려 46억 년에 달한다. 이들 젊은 별들은 종종 그들이 형성된 먼지와 가스 구름에 싸여 있는 것으로 발견된다. 모든 변광성과 마찬가지로 HP 타우의 밝기도 시간에 따라 변한다. 티 타우리 별은 밝기가 주기적으로 변하거나 무작위적으로 변하는 것으로 알려져 있다. 무작위적인 변화는 별 주변에 강하게 밀착한 먼지와 가스 원반의 불안정성, 별 위로 떨어져 소모되는 원반의 물질, 별 표면의 플레어와 같은 성장 중인 어린 별의 혼돈스러운 특성으로 인해 발생할 수 있다. 주기적인 변화는 거대한 흑점이 시야에 들어오고 나가면서 회전하기 때문일 수 있다. 가스와 먼지 구름은 별 주위를 휘감으며 반사된 빛으로 빛난다. 반사 성운은 그 자체로는 눈에 보이는 빛(가시광선)을 방출하지 않지만, 근처 별에서 나오는 빛이 가스와 먼지에 반사되면서 빛나게 된다. 마치 자동차 전조등 불빛으로 비춰지는 안개처럼 빛나는 것이다. HP 타우는 황소자리 방향으로 약 550광년 떨어져 있다. 허블 망원경은 수백만 년에 걸쳐 행성으로 합쳐지는 별 주변의 물질 원반인 '원시 행성 원반'에 대한 조사의 일환으로 HP 타우를 연구했다고 한다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(9)] 허블 망원경, 태양과 같은 별의 탄생 포착
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[우주의 속삭임(8)] 천문학자, 폭신폭신한 솜사탕 같은 밀도의 외계 행성 발견
- 지구에서 1200광년 떨어진 곳에 푹신푹신한 솜사탕과 비슷한 밀도를 가진 거대한 외계 행성이 발견됐다. 이는 미국 MIT(메사추세츠공대), 벨기에 리에주 대학교의 천문학자들이 발견했으며, 그 결과는 네이처 '천문학저널'에 발표됐다. MIT 홈페이지에 실린 연구 요약 게시글에 따르면, 태양계 외부에 위치하는 ‘WASP-193b’라는 이름의 새로운 행성은 태양계에서 가장 큰 행성인 목성보다 50% 더 크지만 밀도는 10분의 1 정도로 매우 낮기 때문에 질량은 7배나 작다고 한다. 밀도만 보면 솜사탕과 비슷할 정도로 매우 낮은 수준이다. 이 행성은 해왕성과 유사한 더 작은 행성으로 10년 전에 발견된 케플러 51d에 이어 현재까지 발견된 행성 가운데 두 번째로 가볍다. 크기와 밀도의 특징으로 인해 WASP-193b는 현재까지 발견된 5400개 이상의 행성 중에서도 매우 특이한 존재로 기록됐다. 연구팀원인 MIT 칼리드 바르카우이 박사는 "이렇게 작은 밀도를 지닌 거대한 물체를 발견하는 것은 매우 드문 일이다"라면서 "지난 15년 동안 미스터리였던 푹신푹신한 목성이라고 불리는 행성 종류가 있는데, 이번 행성은 여기에 속한 행성 중에서도 매우 극단적인 사례"라고 말했다. 이 행성 자체가 '우주의 미스터리'라는 것이다. MIT의 줄리앙 드 위트 박사도 "이 행성은 너무 가벼워서 고체 물질이라고 생각하기가 어렵다. 솜사탕에 가까운 이유는 공기가 많기 때문이며 기본적으로 푹신푹신하다"고 설명했다. 드 위트는 "행성의 대기가 두텁고 클수록 더 많은 빛이 통과할 수 있기 때문에 이번에 발견된 이 행성이 천체의 대기를 연구하는 최고의 로제타스톤이 될 것”이라며, 제임스 웹 우주 망원경을 통해 대기의 특성을 측정하고 푹신한 행성의 신비가 풀리기를 기대했다. 안달루시아 천체물리학 연구소는 "이 행성을 현재까지의 모든 천체 형성 이론의 어디에 위치시켜야 할지를 모르겠다. 고전적인 진화 모델로는 이 행성이 어떻게 형성되었는지 설명할 수 없다. 관찰을 더 잰행해야 행성의 진화 과정을 알 수 있을 것”이라고 밝혔다. 연구팀은 "WASP-193b가 태양계의 태양과 같이 자신이 속한 항성을 6.25일마다 공전하고 있는데, 행성의 대부분은 수소와 헬륨으로 이루어져 있을 것으로 추정한다. 이들 가스가 대기를 엄청나게 부풀렸을 가능성이 높지만, 그 이유는 알 수 없다"고 부연했다. 새로운 행성은 행성 광각 탐색(WASP)에 의해 발견됐다. 이는 북반구와 남반구에 각각 하나씩, 두 개의 로봇 관측소를 운영하는 학술 기관의 국제 협력 프로그램이다. 각 관측소는 일련의 광각 카메라를 사용해 하늘 전체에 걸쳐 있는 수천 개의 별의 밝기를 측정한다. 발견된 행성은 지난 2006년부터 지속적으로 관측해 왔던 것으로 크기와 밀도 등이 이번에 최종적으로 밝혀지게 됐다. 연구팀은 이 행성이 극도로 가볍다는 사실을 최종 확인했다. 팀이 계산한 질량은 목성의 약 0.14배였다. 그리고 질량으로 계산한 밀도는 입방센티미터당 약 0.059g으로 나타났다. 대조적으로 목성은 입방센티미터당 약 1.33g이며 지구는 입방센티미터당 5.51g이다. 그리고 솜사탕의 실제 밀도는 입방센티미터당 약 0.05g이다. 발견된 행성이 거의 솜사탕에 가깝다는 의미다. 과학자들은 솜사탕과 같은 밀도를 지닌 독특한 종류의 외계 행성을 '슈퍼퍼프(Super-Puffs)'라는 용어를 사용해 지칭한다. 나사(NASA)는 태양계에는 그런 행성이 존재하지 않는다고 밝혔다. 한편 2019년 천문학자들은 다른 푹신한 외계 행성인 WASP-107b 발견 사실을 발표했다. 당시 발견된 WASP-107b의 크기는 목성과 비슷했지만, 질량은 10분의 1에 불과했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(8)] 천문학자, 폭신폭신한 솜사탕 같은 밀도의 외계 행성 발견
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[우주의 속삭임(6)] 게자리 소재 '슈퍼지구' 행성 둘러싼 두꺼운 대기 발견
- 지구로부터 41광년 떨어진 게자리 지역에 존재하는, 지구보다 8배나 무거운 암석 행성 슈퍼지구(Super Earth) 주변에서 두꺼운 대기층이 감지됐다는 보고서가 발표됐다. ‘55 켄크리 e’로 알려진 소위 슈퍼지구는 이산화탄소와 일산화탄소로 뒤덮인 상당한 대기를 지닌 태양계 외부의 몇 안 되는 바위 행성 중 하나다. 대기층의 정확한 양은 불분명하다. 지구의 대기는 질소, 산소, 아르곤 및 기타 가스가 혼합되어 있다. 캔자스 대학의 천문학자 이안 크로스필드 교수는 "이번 연구는 아마도 이 행성에 대기가 있다는 가장 확실한 증거일 것"이라고 말했다. 이번 연구는 켈리포니아공대 연구팀이 미국 항공우주국(나사·NASA)과 협력해 진행했으며, 결과는 '네이처' 저널에 게재됐다. 슈퍼지구는 지구보다 크지만 해왕성보다는 작은 행성의 크기를 나타낸다. 화씨 4200도(섭씨 2315도)까지 올라가는 행성의 고온은 이 곳에 생명체가 살 가능성이 매우 낮다는 것을 의미한다. 다만 과학자들은 이번 발견이 생명체가 살기 좋은 다른 행성이 존재할 수 있다는 유력한 신호라고 지적한다. 이 외계 행성은 지구보다 8배 더 무겁고, 코페르니쿠스 항성을 너무 가깝게 돌기 때문에 낮과 밤의 면이 영구적으로 존재한다. 1광년은 6조 마일(96조km)에 달한다. 행성 표면은 마그마로 덮여 있다. 연구팀은 대기의 구성을 확인하기 위해 행성이 별 뒤로 지나가기 전과 후의 웹 우주 망원경 관측 결과를 연구했다. 그들은 행성에서 방출되는 빛과 별을 분리하고 그 데이터를 사용해 행성의 온도를 계산했다. 행성의 열은 표면 전체에 고르게 분포되고 있었으며 이는 두터운 대기가 존재함을 알려 준다. 행성에 덮인 마그마에서 나오는 가스는 대기를 안정적으로 유지하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 우주과학자들은 이 슈퍼지구를 탐구하면 지구와 화성이 냉각된 마그마와 함께 어떻게 먼저 진화했는지에 대한 단서를 얻을 수 있다고 밝혔다. 나사 제트 추진 연구소의 행성 과학자이기도 한 렌위 후 박사는 "이번 결과로 우리는 행성 진화의 초기 단계를 들여다 볼 수 있다"고 말했다.
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[우주의 속삭임(6)] 게자리 소재 '슈퍼지구' 행성 둘러싼 두꺼운 대기 발견
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[우주의 속삭임(5)] '지구의 쌍둥이' 금성에서 물이 사라진 이유는?
- 행성을 연구하는 콜로라도대학 볼더 캠퍼스(University of Colorado Boulder)의 과학자들이 뜨겁고 사람이 살 수 없는 지구의 이웃 금성이 건조해진 이유를 밝혀 냈다고 PHYS가 보도했다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 행성 대기의 수소 원자가 ‘해리성 재결합(dissociative recombination)’이라고 알려진 화학반응을 통해 우주로 수분을 날려버렸다는 사실을 발견했다. 이로 인해 금성은 과거의 추정치에 비해 매일 약 두 배의 물을 잃게 됐다고 한다. ‘해리’는 전자의 충돌에 의해 분자가 작게 분해되는 현상이며 해리성 재결합은 그 역작용을 말한다. 이번 연구 결과로 은하계 전역의 수많은 행성에서 물이 어떤 현상을 일으키는지 설명할 수 있다는 평가다. 이 연구 결과는 최신 '네이처' 저널에 발표됐다. 지구상의 모든 물을 토스트에 잼을 바르듯 지구 전체에 뿌리면 약 3km 깊이의 물 층이 생긴다. 같은 방식을 금성에 적용하면 금성은 발가락이 젖을 정도인 3cm 정도가 된다. 연구팀원이었던 대기 및 우주 물리학 연구소(LASP) 연구원 마이클 채핀 박사에 따르면 금성은 크기와 질량이 지구와 같지만, 물은 지구보다 10만 배 적다고 한다. 연구팀은 컴퓨터 모델을 사용해 금성을 거대한 화학 실험실로 가정하고 행성의 소용돌이치는 대기에서 발생하는 다양한 반응을 관측했다. 관측에서 금성 대기층에 있는 HCO+(수소, 탄소, 산소 각각의 원자 하나로 구성된 이온)라는 분자가 금성의 물 상실의 원인일 수 있다는 결과가 나왔다. 연구팀원인 LASP 에린 캔지 박사는 ”이번 발견을 통해 한때 지구와 거의 동일한 것으로 보였던 금성이 오늘날 이처럼 마른 이유에 대한 새로운 힌트를 제시했다“고 말했다. 캔지는 금성이 과거에도 사막이었던 것은 아니라고 지적했다. 과학자들은 수십억 년 전 금성이 형성될 때 금성에도 지구만큼 많은 물이 있었을 것으로 추정하고 있다. 그러나 어느 순간 재앙이 닥쳤다. 금성 대기의 이산화탄소 구름은 태양계에서 가장 강력한 온실효과를 일으켰고, 결국 표면 온도를 섭씨 480도까지 올렸다. 그 과정에서 금성의 모든 물은 증발했고 대부분 우주로 날아갔다. 그러나 당시의 증발은 금성이 오늘날처럼 완전히 건조한 이유나 계속해서 우주로 물을 상실하는 이유는 설명해 주지 못한다. 물병에 담긴 물을 버려도 여전히 일부 물기는 남아 있는데, 금성의 경우 지금은 남은 물방울도 거의 모두 사라졌다. 새로운 연구에 따르면 그 범인은 바로 HCO+라는 것이다. 연구팀은 금성의 상층 대기에서 물이 이산화탄소와 혼합되어 HCO+ 분자를 형성한다고 설명했다. 이전 연구에서도 연구원들은 HCO+가 화성이 많은 양의 물을 잃는 원인일 수 있다고 발표한 바 있다. 금성에서 HCO+는 대기에서 지속적으로 생성되지만, 오랫동안 잔존하지 못한다. 대기 중의 전자는 이러한 HCO+ 이온을 찾아 재결합하여 원자들을 분리한다. 그 과정에서 수소 원자는 우주로 빠르게 빠져나갈 가능성이 높아진다. 즉, 금성에서 물의 두 가지 구성 요소인 수소와 산소 중 하나인 수소를 빼앗아 가는 것이다. 물이 줄어들 수밖에 없는 상황이다. 연구팀은 금성의 건조 상태를 확실하게 설명할 수 있는 유일한 방법은 금성이 대기에 예상보다 많은 양의 HCO+를 보유하고 있는지의 여부라고 판단한다. 아직 금성 주변에서 HCO+의 양을 관측한 사례는 없다. 이번 연구 결과가 사실임이 증명되려면 HCO+가 실제로 금성 대기에서 가장 풍부한 이온이라는 것을 증명하는 것이라고 채핀은 말했다. 화성으로 향했던 우주 미션은 또 다른 변화를 맞이하고 있다. 최근 몇 년 동안 점점 더 많은 우주 프로젝트가 금성을 목표로 하고 있다. 나사(NASA)가 계획한 비활성 가스, 화학 및 이미징에 대한 금성 대기 조사(다빈치, DAVINCI) 임무는 탐사선을 금성의 대기를 통해 금성 표면에 착륙시키는 것이다. 캔지는 "금성에 대한 프로젝트는 많지 않았지만 새로 계획된 임무들은 수십 년의 경험을 활용해 극한의 행성 대기, 진화 및 생명체 거주 가능성을 탐구할 것”이라고 기대했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(5)] '지구의 쌍둥이' 금성에서 물이 사라진 이유는?
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[우주의 속삭임(4)] 지구 근처 소행성 2만7500개 발견
- 우리 눈에는 보이지 않지만 지구 주변에는 엠파이어 스테이트 빌딩 크기의 우주 암석(소행성)이 산재해 있다. 지구 궤도를 통과하면서 이들 소행성과 지구 또는 우주선과의 충돌 위험은 항상 내포돼 있다. 그러나 이제 소행성과의 충돌을 두려워할 필요가 없게 됐다. 소행성 탐지 전문가들이 최첨단 기술을 사용해 그 동안 간과되었던 지구 근처 소행성 2만 7500개를 식별, 미래에 닥칠 수 있는 지구의 종말(아마겟돈)을 막을 수 있게 됐다고 뉴욕포스트가 전했다. 이 연구는 워싱턴 대학교 및 소행성 연구소(Asteroid Institute)가 주도했다. 연구팀은 전통적인 망원경으로 별을 관찰하는 대신, ‘인터스텔라 포렌식’의 한 형태로 오래된 우주 사진을 정밀하게 읽는 토르(THOR:Tracklet-less Heliocentric Orbit Recovery)라는 새로운 알고리즘을 고안해 냈다. 이 방법을 사용해 연구팀은 태양계를 스캔, 지난해 전 세계 모든 망원경으로 발견한 것보다 더 많은 수만 개의 소행성을 새로 식별해 찾아냈다. 그중 가장 중요한 것은 지구 궤도를 통과하는 100개의 지구 근처 소행성이다. 이들 중 대다수는 화성과 목성 궤도 사이의 소행성대 내에 존재한다. 소행성 연구소의 에드 루(Ed Lu) 책임자는 뉴욕타임스와의 인터뷰에서 이 연구가 천문학 연구 방법론의 엄청난 변화를 의미한다고 말했다. 새로 발견된 태양계 소행성들이 지구와 충돌할 가능성은 보이지 않았지만, 검색 알고리즘은 잠재적으로 위험할 수 있는 소행성을 식별하는 데 도움이 될 수 있다는 것이다. 과거 매사추세츠주 케임브리지에 소재한 하버드&스미소니언 천체물리학센터의 검색 알고리즘 전문가 매튜 홀먼 박사도 지난 2022년 태양계를 포괄하는 지도는 천문학자들에게 과학과 행성 방어 모두에 중요한 정보와 지식을 제공하고 대응할 수 있도록 지원한다고 말했다. 천체 상태를 분석하는 전통적인 방법은 시간대 별로 촬영된 동일한 여러 우주 사진을 분석하는 것이다. 이를 통해 퍼즐이나 플립북처럼 물체의 궤도를 하나로 모을 수 있다. 그러나 토르는 한 이미지에서 관찰된 빛의 작은 점을 다른 사진의 같은 점과 연결하여 동일한 물체라고 추론하고, 그 비행 경로를 효과적으로 예측하는 방식이다. 사진은 국립광적외선천문학연구소(NOIRLab)가 보유한 41만 2000개의 디지털 아카이브를 이용했으며, 이들 이미지는 무려 17억 개의 빛 점을 나타내고 있다. 토르는 구글 클라우드를 이용해 약 5주에 걸쳐 이미지를 탐색, 과거에는 그냥 지나쳤던 모든 소행성을 식별했다고 한다. 지난 2월에는 이층버스 크기에 가까운 소행성이 지구를 지나 달보다 더 가까운 14만 마일의 거리에 접근했다. 워싱턴대학 e사이언스연구소(UW eScience Institute)의 마리오 주릭 연구원은 “천문학자들은 현재의 기술과 기존의 망원경으로 우주의 미세한 부분을 추가로 발견하는 데 한계를 절감하고 있다”면서 “이번 알고리즘 개발과 연구 결과는 천문학 발전을 위한 큰 진전”이라고 말했다. 토르가 우주 망원경이 찾을 수 있는 소행성의 수를 크게 늘리는 데 기여할 것이라는 기대다. 토르는 현재 지구 근처에서 직경이 140m 이상인 소행성의 80%를 찾을 수 있다. 이는 의회에서 2005년 명시된 목표보다는 10% 부족한 수치이다.
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[우주의 속삭임(4)] 지구 근처 소행성 2만7500개 발견
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중국, 인류 최초 달 뒷면 샘플 수집해 지구 귀환 미션 나선다
- 중국이 최초로 달 뒷면의 샘플을 수집해 지구로 가져오는 우주 미션에 나선다고 스페이스뉴스가 전했다. 중국은 이를 위해 임무를 수행할 달 착륙선 창어 6호를 공개했다. 우주선을 실어 나를 로켓 창정 5호는 지난달 말 하이난도 원창 위성발사센터 기지로 이동됐다. 창어 6호의 임무는 지구에서는 직접 볼 수 없는 달 뒷면에 착륙해 최대 2kg의 달 샘플을 수집, 이를 지구로 가져오는 것이다. 이 임무는 과거에 시도된 적이 없는 세계에서 첫 번째 미션이다. 이를 중계하기 위한 Queqiao-2 중계 위성은 이미 지난 3월 19일 발사됐다. 이 중계 위성은 달 뒷면에 있는 창어 6호와 지구의 지상국 사이의 통신을 위해 달 궤도에 머무른다. 중국은 아직 창어 6호의 발사 시기를 공개하지 않았지만 현재까지의 정보를 종합하면 발사는 5월 3일 금요일로 예상된다. 창어 6호는 달 뒷면의 서쪽 150~158도, 남쪽 41~45도에 위치한 아폴로 분화구의 남쪽을 착륙 목표로 삼고 있다. 아폴로는 수많은 달의 미스터리를 풀어줄 일부 실마리를 갖고 있을 것으로 기대되는 거대한 남극-에이컨(SPA) 분지 내에 있다. 중국 국가우주국(CNSA) 산하 달탐사우주공학센터(LESEC)는 "창어 6호는 달 역행 궤도 설계 및 제어 기술, 지능형 샘플링, 이륙 및 상승 기술, 달 뒷면의 자동 샘플 채취 등의 목표를 성공적으로 달성할 것“이라고 밝혔다. 또한 창정 5호 로켓과 창어 6호 탐사선의 상태는 양호하며 발사를 위한 모든 준비는 정상적으로 진행되고 있다고 부연했다. 창정 5호는 액체수소와 산소를 동력으로 하는 직경 5m, 높이 57m의 로켓이다. 또한 4개의 등유-액체산소 사이드 부스터를 사용한다. 이 로켓은 중국에서 가장 크고 가장 강력한 발사체로 알려져 있다. 창어 6호는 목표를 달성하기 위해 총 8200kg에 달하는 4개의 우주선 복합체를 사용할 예정이다. 서비스 모듈은 달 궤도에 진입하는 데 필요한 추진력을 제공한다. 착륙선은 달 뒷면에 착륙해 샘플을 수집할 예정이다. 이들은 상승체에 의해 달 궤도로 다시 발사될 것이며, 서비스 모듈과 랑데부해 도킹하게 된다. 서비스 모듈은 지구를 향해 되돌아가고 지구에 재진입해 샘플을 안전하게 전달할 재진입 캡슐을 방출하게 된다. 미션에 성공하면 달의 역사와 태양계에 대한 지식을 깊이 해 줄 샘플이 수집될 것이다. 이 샘플은 왜 가까운 쪽과 먼 쪽 달 암석의 구성에 차이가 있는지를 설명헤 즐 것으로 기대된다. 이 임무에는 프랑스, 스웨덴, 이탈리아, 파키스탄 큐브위성의 국제 과학 탑재체도 포함될 예정이다. 이 협력은 우주 탐사 분야에서 국제 협력을 강화하려는 중국의 노력을 반영한다는 설명이다. 프랑스는 달 지각에서 나오는 라돈 가스 방출을 감지하는 가스 탐지(DORN: Detection of Outgassing RadoN) 장비를 제공한다. 스웨덴은 ESA의 지원을 받아 NILS(달 표면의 음이온) 탑재체를 제공한다. 이탈리아로부터는 패시브 레이저 역반사경을 지원받아 탑재한다. 큐브위성은 파키스탄 국립우주국 SUPARCO와 중국 상하이 자오퉁 대학교가 공동으로 제작했다. 창어 6호는 2030년까지 유인 달 탐사를 포함하는 중국의 우주 미션의 일부다. 중국은 2030년대에 국제 달 연구기지(ILRS) 프로그램을 통해 영구 달 기지를 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 많은 국가와 기관들이 이 프로젝트에 동참했다.
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중국, 인류 최초 달 뒷면 샘플 수집해 지구 귀환 미션 나선다
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목성의 위성 유로파, 얼음 지각 두께 최소 20km
- 미국 천문학자들이 목성의 얼음 위성인 유로파의 얼음 지각 두께가 최소 20km(킬로미터)에 달한다고 밝혔다. 행성 과학자들은 최근 충돌 크레이터(분화구) 이미지와 물리 법칙을 이용해 유로파의 얼음 두께를 측정했다. 유로파는 얼음 지각으로 둘러싸인 지구의 두 배에 달하는 바닷물이 있는 암석의 위성이다. 과학자들은 오랫동안 유로파가 태양계에서 외계 생명체를 찾기에 가장 좋은 곳 중 하나라고 추정했다. 생명체의 존재 가능성과 성격은 얼음 껍질의 두께에 따라 크게 달라지는데, 천문학자들은 아직 이 부분을 밝혀내지 못했다. 20일(이하 현지시간) 과학전문 웹사이트 피즈닷오그(Phys. ORG)에 따르면 미국 퍼듀대학교 과학대학 지구, 대기 및 행성 과학과의 브랜든 존슨 부교수와 연구 과학자 시게루 와키타 등 행성 과학 전문가로 구성된 연구팀이 유로파의 얼음 지각의 두께가 최소 20km에 달한다고 발표했다. 또다른 매체 IFL사이언스도 이날 갈릴레오 탐사선의 데이터 분석에 따르면 유로파의 바다를 보호하는 얼음 지각의 두께는 최소 20km에 달하는 것으로 시사한다고 전했다. 행성 과학자들은 유로파의 대형 분화구를 연구하고 다양한 모델을 실행하여 어떤 물리적 특성의 조합이 그와 같은 표면 구조를 만들 수 있는지 조사했다. MIT의 시게루 와키타(Shigeru Wakita) 박사가 이끄는 팀은 유로파의 '타이어(Tyre)'와 '칼라니쉬(Callanish)'로 알려진 두 개의 분지가 지각 두께를 결정하는 데 핵심이 될 수 있음을 발견했다. 타이어(Tyre)와 칼라니쉬(Callanish)는 모두 다중 고리 분지다. 와키타 박사와 연구팀은 적절한 크기의 소행성이 서로 다른 두께의 지각에 충돌할 때 어떤 일이 일어날지 모델링하고 두께가 20km 이상인 얼음만이 유로파 표면과 같은 결과를 가져올 것이라고 추정했다. 이 연구는 학술 저널 ‘사이언스 어드밴스’에 게재됐다. 와키타 박사는 "유로파의 이렇게 큰 분화구에 대한 연구는 이번이 처음이다"라고 말했다. 그는 "이전 추정치에서는 두꺼운 바다 위에 매우 얇은 얼음층이 있는 것으로 나타났다. 그러나 우리 연구에 따르면 두꺼운 얼음층이 있고, 그 두께가 너무 두꺼워 이전에 논의되었던 얼음 대류가 일어났을 가능성이 높다"고 설명했다. '얼음 대류(Ice convection)'는 얼음 내부에서 열이나 다른 물리적 성질의 차이로 인해 발생하는 물질의 이동 과정을 말한다. 얼음 대류의 기본 원리는 물질이 온도에 따라 밀도가 변한다는 점에 기반한다. 이 현상은 특히 대규모 얼음층이나 얼음이 두꺼운 행성의 위성, 예를 들어 유로파와 같은 곳에서 중요한 역할을 할 수 있다. 얼음 대류는 얼음의 내부나 얼음과 액체 물 사이에서 열을 전달하는 중요한 메커니즘 중 하나다. 유로파의 얼음 층 아래에 있는 액체 물이 얼음 층과 접촉하는 부분에서 얼음을 녹이면 상대적으로 더 따뜻한 물이 위로 상승하고, 냉각되어 얼음이 될 때 다시 내려갈 수 있다. 과학자들은 오랫동안 유로파의 얼음 두께에 대해 논쟁을 벌여왔지만, 아무도 직접 방문해서 측정한 적이 없다. 이에 과학자들은 유로파의 얼음 표면에 있는 크레이터(분화구)를 활용했다. 존슨 박사는 1998년 유로파를 탐사한 우주선 갈릴레오의 데이터와 이미지를 사용해 충돌 크레이터를 분석해 유로파의 얼음 지각 구조를 분석했다. 행성 물리학 및 거대 충돌 분야의 전문가인 존슨은 태양계의 거의 모든 주요 행성을 연구해 왔다. 그는 "충돌 크레이터는 행성을 형성하는 가장 보편적인 표면 과정"이라며 "분화구는 우리가 지금까지 본 거의 모든 고체에서 발견된다. 분화구는 행성을 변화시키는 주요 동인"이라고 부연했다. 존슨은 "유로파의 분화구의 크기와 모양을 이해하고 수치 시뮬레이션으로 그 형성을 재현함으로써 얼음 지각의 두께에 대한 정보를 유추할 수 있다"고 덧붙였다. 유로파는 얼어붙었만, 빙하 속에는 바위로 이루어진 핵이 있다. 하지만 얼음 표면은 정체되어 있지 않다. 해양의 판구조론과 대류, 얼음 때문에 유로파는 표면이 자주 바뀐다. 유로파는 표면에 크레이터가 거의 없는 특이한 위성으로 얼음 지각이 계속해서 새로 생성되면서 크레이터를 없앴다는 주장이 힘을 얻고 있다. 이는 지표면 자체의 나이가 5000만 년에서 1억 년에 불과하다는 것을 의미하는데, 인간과 같이 수명이 짧은 생물에게는 오래된 것처럼 보이지만 지질학적 시기로 보면 젊다는 지적이다. 표면이 매끄럽고 젊다는 것은 분화구가 명확하게 구분되어 있고 깊지 않다는 것을 의미한다. 분화구는 유로파의 암석 중심부에 대한 많은 정보를 전달하기보다는 얼음 지각과 그 아래 존재할 수 있는 수중 바다에 대해 더 많은 것을 담고 있다. 존슨은 "얼음의 두께를 이해하는 것은 유로파의 생명체 존재 가능성에 대한 이론을 세우는 데 필수적이다"라고 말했다. 그는 "얼음 지각의 두께는 그 안에서 어떤 과정이 일어나고 있는지를 제어하며, 이는 지표와 바다 사이의 물질 교환을 이해하는 데 매우 중요하다. 이는 유로파에서 일어나는 모든 종류의 과정을 이해하는 데 도움이 되며, 생명체의 가능성을 이해하는 데도 도움이 될 것"이라고 말했다. 국립과천과학관에 따르면 천문학자들은 이전 연구를 통해 목성의 위성인 유로파, 가니메데, 칼리스토에 지구의 바다보다 6배나 되는 양의 물을 표면 아래에 품고 있다는 사실을 발견했다. 생명체가 살기 위해서는 물, 원소, 에너지라는 3가지 요소가 필요하다. 외행성계 위성에는 이 3가지 요소가 적절하게 있는 것으로 추측되고 있다. 목성은 태양에서 멀기 때문에 표면 온도가 영하 110도이며, 목성의 위성인 유로파의 표면 온도는 영하 220도에 이른다. 유로파의 얼음 지각의 두께는 생명체가 존재할 수 있는 잠재적인 물 존재의 환경을 숨기고 있을 수 있다. 물 존재는 행성에서 생명의 가능성을 탐색하는 데 있어 중요한 요소 중 하나가 될 수 있다. 그러나 실제로 생명체가 존재하는지 여부를 확인하기 위해서는 유로파에 대한 추가적인 탐사와 연구가 필요하다.
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목성의 위성 유로파, 얼음 지각 두께 최소 20km
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제임스 웹 우주망원경, 원시 별에서 에탄올과 얼음 성분 발견
- 제임스웹 우주 망원경이 행성 형성 초기 단계의 젊은 두 개의 원시별에서 메탄과 아세트산 등 다양한 복합 유기 분자를 발견했다. 웹 스페이스 텔레스콥은 13일(현지시간) 국제 천문학 연구이 미국 항공우주국(NASA·나사)의 제임스 웹 우주망원경을 이용하여 항성 형성 초기 단계인 두 개의 원시 별 IRAS 2A와 IRAS 23385 주변에서 복합 유기 분자(COMs)를 포함한 다양한 얼음 화합물을 발견했다고 밝혔다. 이 연구는 이전의 암흑 성운 연구에서 탐지된 다양한 얼음체 연구를 기반으로 이루어졌다. 연구팀이 웹의 중적외선 망원경(MIRI)을 사용해 검출한 복합 유기 분자에는 에탄올(알코올)과 아세트산(식초의 주성분)이 포함된다. 이는 잠재적으로 생명체가 거주할 수 있는 환경을 형성하는 데 중요한 물질들이다. 이번 연구는 이러한 복합 유기 분자가 얼음 상태에서 형성될 수 있다는 것을 시사하며, 우주에서의 복합 유기 분자 생성 과정에 대한 이해를 넓혀줄 것으로 기대된다. 네덜란드 라이덴 대학교의 팀 리더인 윌 로차(Will Rocha)는 "이 발견은 천체화학의 오랜 질문 중 하나에 기여한다"고 말했다. 로차 박사는 "우주에 존재하는 복잡한 유기 분자, 즉 COM의 기원은 무엇일까? 기체 상에서 만들어질까, 아니면 얼음에서 만들어질까? 얼음에서 COM이 검출된 것은 차가운 먼지 입자 표면의 고체상 화학 반응이 복잡한 종류의 분자를 만들 수 있음을 시사한다"라고 설명했다. 이번 연구에서 고체상에서 검출된 COM을 포함한 여러 COM은, 이전에는 따뜻한 기체상에서 검출되었기 때문에 얼음의 승화에서 비롯된 것으로 추정된다. 승화란 액체가 되지 않고 고체에서 바로 기체로 변하는 것을 말한다. 따라서 천문학자들은 얼음에서 COM을 검출함으로써 우주에 존재하는 다른 더 큰 분자의 기원에 대한 이해를 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 과학자들은 또한 원시 별 진화의 훨씬 후기 단계에서 이러한 COM이 행성으로 어느 정도까지 운반되는지 탐구하기를 원한다. 차가운 얼음 속의 COM은 따뜻한 기체 분자보다 분자 구름에서 행성을 형성하는 원반으로 운반하기가 더 쉽다고 여겨진다. 따라서 이러한 얼음 COM은 혜성과 소행성에 포함될 수 있으며, 이는 형성되는 행성과 충돌하여 생명체가 번성할 수 있는 재료를 제공할 수 있다. 또한 연구팀은 개미에 쏘였을 때 타는 듯한 느낌을 주는 개미산, 메탄, 포름알데히드, 이산화황 등 더 간단한 분자도 검출했다. 연구에 따르면 이산화황과 같은 황 함유 화합물은 원시 지구의 대사 반응을 주도하는 데 중요한 역할을 했을 가능성이 있다. 특히 연구 대상 중 하나인 저질량 원시 별 IRAS 2A는 우리 태양계의 초기 단계와 유사할 수 있다는 점이 주목할 만하다. 이 원시 별 주변에서 발견된 화합물들은 우리 태양계 형성 초기 단계에 존재했고, 이후 원시 지구로 운반되었을 가능성이 있다. 과학 프로그램의 조정자 중 한 명인 라이덴 대학교의 이원 반 디스호크(Ewine van Dishoeck)는 "이 모든 분자들은 원시 별이 진화함에 따라 얼음 물질이 행성을 형성하는 원반으로 안쪽으로 운반될 때 혜성과 소행성의 일부가 될 수 있으며 결국 새로운 행성계가 될 수 있다"고 말했다. 연구팀은 향후 관측 자료를 통해 우주화학적 진화 과정을 단계별로 더욱 명확하게 규명할 것을 기대하고 있다. 이 연구는 '천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)' 저널에 게재됐다.
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제임스 웹 우주망원경, 원시 별에서 에탄올과 얼음 성분 발견
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목성의 달 '유로파'에 생명체 존재할 수 있을까?
- 목성의 달 유로파(Europa)에 산소와 탄소가 있는 것이 알려지면서 지하 바다의 생명 존재에 대한 기대감도 더욱 커지고 있다. 태양계에서 목성의 위성 유로파만큼 사람들의 상상력을 사로잡는 곳은 거의 없다. 과학자들은 유로파에 외계 생명체가 존재할 수 있다고 오랫동안 의심해 왔다. 거대한 얼음덩어리를 닮은 '유로파'는 20~30km 두께의 얼음 껍질 아래에 액체 상태의 바닷물 바다가 존재하는 것으로 알려졌다. 이는 보이저호와 갈릴레오 우주 탐사선의 측정과 모델 계산에 의한 추정이다. 독일 매체 메르커닷컴(Merker)은 11일(현지시간) 몇 달 전, 연구자들은 '유로파'에서 생명체의 가장 중요한 구성 요소인 탄소를 발견했다고 전했다. 그러나 유로파에서 생명체를 가능하게 할 수 있는 또 다른 원소인 산소는 이전에 추정했던 것보다 훨씬 더 희귀할 것이라는 관측이 나왔다. 비즈니스 인사이더는 지난 9일(현지시간) 미 항공우주국(NASA·나사)의 주노(Juno) 탐사선은 목성의 얼음 위성 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다는 사실을 발견했다고 보도했다. 유로파에서 매일 발생하는 1000톤이라는 산소는 1백만 명의 사람이 하루 동안 숨을 쉴 수 있는 충분한 양이지만 이전에 생각했던 것보다 훨씬 적은 양이다. 이 새로운 데이터는 유로파가 광대한 지하 바다에서 생명체를 유지할 수 있는 확률이 낮아질 수 있다. NASA, 유로파 산소 생산량 현저히 낮아 NASA의 연구원들은 '유로파' 표면이 이전 연구에서 추정했던 것만큼 많은 산소를 생산하지 못한다고 계산했다. 지난 3월 4일, NASA는 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다며 이는 이전 추정치보다 86배 이상 적은 양이라고 발표했다. NASA에 따르면 유로파에 생명체가 존재한다면 미생물처럼 보일 수도 있고 더 복잡한 것일 수도 있다. 하지만 그것들은 얼어붙은 사막인 유로파 표면에서는 보이지 않을 수도 있다. 유로파 표면의 산소 생산량 데이터는 NASA의 주노(Juno) 탐사선에서 가져온 것이다. 목성의 위성인 유로파는 초당 12kg(킬로그램)의 산소를 생산하는데, 이는 이전에 생각했던 것보다 휠씬 적은 양이다. 이전 연구에서 추정치는 초당 몇 킬로그램에서 1000킬로그램 이상까지 다양했다. 유로파, 수중기도 탐지 NASA에 따르면 1979년 7월 9일 보이저(Voyager) 우주선은 목성의 위성 중 하나인 유로파(Europa)의 근접 촬영 이미지를 처음으로 촬영했다. 이를 통해 달의 얼음 표면을 자르는 갈색 균열이 드러났는데, 유로파는 마치 핏줄이 있는 눈알처럼 보였다. 그 이후로 수십 년 동안 외부 태양계에 대한 임무는 유로파에 대한 충분한 추가 정보를 축적하여 NASA의 생명체 탐색에서 최우선 조사 대상이 됐다. NASA는 2019년 11월 17일 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터 의 국제 연구팀이 유로파 표면 위에서 처음으로 수증기를 감지했다. 이 연구팀은 하와이에 있는 세계 최대 망원경 중 하나를 통해 유로파를 들여다보며 증기를 측정했다. 당시 유로파의 물 탐지 조사를 주도한 NASA 행성 과학자 루카스 파가니니는 “생명의 세 가지 요구 사항 중 두 가지인 필수 화학 원소(탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 황)와 에너지원은 태양계 전체에서 발견된다. 그러나 세 번째인 액체 물은 지구 밖에서는 찾기가 다소 어렵다”라고 말했다. 유로파가 산소를 생산하는 방법 산소 생산은 지구와 유로파에서 매우 다르다. 지구는 광합성을 통해 산소를 얻는 반면, 유로파는 모행성인 목성으로부터 얻는다. 목성은 유로파에 고에너지 입자를 쏟아붓는 강력한 방사선을 방출한다. 이 입자들은 달 표면의 얼어붙은 얼음(H₂O)과 상호작용한다. 유로파에서 입자들의 상호 작용은 H₂O 분자를 수소와 산소 가스로 분리한다. 그러나 그 산소가 어디로 가는지는 아직 상세히 밝혀지지 않았다. 산소 중 일부는 얼음 속에 갇힐 수도 있고, 일부는 우주로 탈출할 수도 있으며, 일부는 유로파의 지하 바다로 내려가는 경우도 있다. 충분한 산소가 지하에 도달한다면, 이는 유로파의 바다가 우리가 알고 있는 생명체에 중요한 요소 중 하나를 가지고 있다는 것을 의미한다. 뉴저지 주 프린스턴 대학교의 과학자 제이미 샬레이는 "'유로파'는 목성의 알려진 95개 위성 중 네 번째로 큰 위성이며 목성의 방사선 벨트 중간에 있다. 이 거대 가스 행성은 위성에 하전 입자 또는 이온화 입자를 쏟아붓는다. 이것들은 물 분자를 두 부분으로 나누어 얼음 표면에 산소를 생성한다"고 말했다. 샬레이는 "유로파는 흐르는 시냇물 속에서 서서히 물을 잃어버리는 얼음 덩어리와 같다"면서, 입자들이 표면의 얼음을 분자 단위로 분해하는 과정을 비교했다. 그는 "어떤 면에서, 전체 얼음 표면은 해변으로 밀려온 하전 입자의 파도에 의해 지속적으로 침식된다"라고 말했다. NASA의 주노 탐사선은 유로파 표면에서 생성되는 총 산소량에 대해 더 많은 정보를 제공한다. 그러나 지하 바다로 얼마나 많은 양의 산소가 스며드는지는 아직 확실하지 않다. 유로파에서 산소 측정 유로파 표면에서 생성되는 산소의 양을 측정하기 위해 과학자들은 주노에 탑재된 목성 오로라 분포 실험(JADE) 장비를 사용했다. JADE는 목성의 오로라 영역 에서 하전 입자를 측정하도록 설계됐다. 그러나 2022년 9월 주노가 유로파를 비행했을 때 JADE는 최초로 달 대기에서 떨어져 나온 하전 입자를 성공적으로 측정했다. 과학자들은 JADE 데이터를 사용해 유로파의 얇은 대기에 있는 수소(산소 아님) 가스의 총량을 추정했다. 물 분자에는 수소(H) 원자 2개당 산소(O) 원자 1개가 있기 때문에 과학자들은 수소 가스 데이터를 사용해 표면에서 생성된 산소의 양을 계산할 수 있다. NASA의 과학자들은 이제 생산된 산소의 일부가 달 표면 아래로 떨어질 수 있다고 추정한다. 그곳에서 산소는 지하 소금 바다로 추정되는 곳에서 대사 에너지원이 될 수 있다. NASA에 따르면 연구원들은 "표면 아래에서 생명을 유지할 수 있는 조건의 잠재력에 대해 궁금해하고 있다"고 한다. 목성의 위성이 생명체가 거주 가능한지 아닌지에 대한 질문은 앞으로도 계속 될 것이다. 샌안토니오에 있는 사우스웨스트 연구소의 주노 수석 연구원인 스콧 볼튼은 "아직 끝나지 않았다. 더 많은 달 비행과 목성의 가까운 고리와 극지방의 대기에 대한 첫 번째 탐사는 아직 오지 않았다"고 말했다. NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 탐사선은 2024년 10월에 발사될 예정이다. 이 탐사선의 주요 목표는 유로파가 거주 가능한지 여부를 결정하는 것이다. 유로파에 도착하면 클리퍼 탐사선은 유로파 표면, 기;ㅍ은 ㅁ내부, 얇은 대기, 지하 바다와 잠재적으로 더 작은 활성 통풍구에 대해 자세한 조사를 수행항 계획이다.
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목성의 달 '유로파'에 생명체 존재할 수 있을까?
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NASA의 소행성 충돌 DART 임무, 우주 암석 재구성
- 과학자들은 미 우주항공국(NASA·나사)의 이중 소행성 방향 전환 시험(DART)의 목표 소행성이 충돌로 인해 모양이 바뀌었을 수 있다는 사실을 발견했다. 과학 전문 매체 스페이스닷컴은 지난 27일(현지시간) 소행성 디모포스(Dimorphos)와 충돌한 NASA의 DART 임무 결과, 충돌의 여파에 대한 새로운 조사에 따르면 이원 소행성계의 작은 구성 요소인 이 소행성은 느슨한 '잔해 더미' 구성을 보이는 것으로 나타났다고 전했다. 영국의 과학 전문 매체 사이키(phys.org)에 따르면 디모포스는 지구 근처 소행성 디디모스(Didymus)를 공전하는 작고 불규칙한 모양의 위성이다. NASA에 따르면 DART는 운동 충돌을 통해 우주에서 소행성의 움직임을 변화시켜 소행성 편향의 한 가지 방법을 조사하고 입증하는 최초의 임무였다. DART는 2023년 9월 26일 더 큰 우주 암석인 디디모스 궤도를 도는 소행성 디모포스와 충돌했다. 이 우주 공격의 목적은 운동 충돌이 소행성의 궤도를 더 큰 물체 주위로 바꿀 수 있는지 확인하고, 언젠가 지구와의 충돌 경로에 소행성이 떨어질 경우 이 방법을 사용하여 우주 암석을 회피할 수 있는지 검증하는 것이었다. 충돌 6개월 후, NASA는 디모포스가 더 큰 소행성 궤도를 도는 데 걸리는 시간이 33분 단축되는 등 임무가 성공적이었다고 확인했다. 충돌 후 디모포스가 디디모스 주위를 도는 데 걸리는 시간은 약 11시간 23분이 걸fuT다. 그리고 이제 새로운 연구에 따르면 이 충돌이 디모르포스의 모양에도 큰 영향을 미쳤을 수 있다. 스위스의 베른 대학교 과학자 사비나 라두칸이 이끄는 연구팀은 최첨단 컴퓨터 모델링을 사용하여 디모포스가 느슨한 잔해 더미 소행성이라는 것을 처음으로 확인했다. 이는 또한 이 소행성이 더 큰 소행성인 디디모스에서 분출된 물질로 형성되었을 수 있다는 것을 의미한다. 충돌 관측과 가장 근접하게 일치하는 시뮬레이션 결과, 디모포스는 응집력이 약하고 표면에 큰 바위가 없는 것으로 나타났다. 이 내용은 ‘네이처 아스트로노미(Nature Astronomy)’ 저널에 게재됐다. 논문에는 이 소행성의 구성과 다가오는 우주 암석으로부터 지구를 방어할 수 있는지 여부에 대한 세부 정보가 포함되어 있다. 라두칸 박사는 "DART가 디모포스에 도착하기 전에는 무엇을 기대해야 할지 몰랐다. 지구에서 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 디모포스는 제대로 관측되지 않았다. 따라서 우리는 본질적으로 디모포스 크기의 큰 바위와 같은 모 놀리 식 물체부터 응집력이 없는 잔해 더미 또는 그 사이의 모든 것을 만날 수 있었다"며 "따라서 충격 결과는 대부분의 사람들에게 놀라움으로 다가왔지만 예상된 시나리오 중 하나였다"고 말했다. 그는 "디모포스는 소행성 류구, 베누와는 구성이 매우 다르지만 충돌에 대한 반응은 매우 비슷해 보여 놀랐다"고 밝혔다. 이어 "이 모든 소행성에서 분화구는 저중력, 저응집성 체제에서 발생하며, 분화구는 발사체보다 몇 배 더 커진다고 설명했다. 또한 연구팀의 계산에 따르면, DART 충돌은 단순히 충돌 분화구를 만든 것이 아니라 디모포스를 완전히 재구성한 것으로 보인다. 연구팀의 시뮬레이션 결과, DART 충돌로 인해 디모포스 질량의 0.5%에서 1%가 분출된 반면, 질량의 8%는 재분배되어 소행성이 크게 재형성되고 표면이 다시 형성된 것으로 나타났다. 라두칸은 이러한 연구 결과는 작은 소행성의 구조적 무결성과 충돌에 대한 반응이 내부 구성과 구성 물질의 분포에 크게 영향을 받는다는 것을 시사한다고 덧붙였다. 연구팀의 연구 결과는 과학자들이 디모포스와 디디모스 소행성계를 더 잘 이해하고 태양계 내 다른 쌍성 소행성의 역학을 해부하는 데 도움이 될 수 있다. 라두칸은 "이번 연구에서 밝혀진 디모포스의 물질적 특성과 구조는 작은 달이 디디모스에서 회전 질량을 흘려보내고 재축적하여 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다"고 말했다. 그는 "이러한 발견은 우리 태양계에서 유사한 이원계의 유병률과 특성에 대한 단서를 제공하여 형성 역사와 진화에 대한 더 넓은 이해에 기여한다"고 덧붙였다. 소행성 임무는 극도로 어려운 작업이다. 행성이나 달에 비해 상대적으로 작은 크기는 우주선 착륙과 샘플 채취에 필요한 충분한 중력이 없는 것을 의미하기 때문이다. 하지만 NASA는 최근 소행성 임무에 적극적으로 나서고 있다. 일본 우주국(JAXA)의 하야부사-2(Hayabusa-2) 임무는 2018년 소행성 류구(Ryugu)에 도달했고, 같은 해 NASA의 오시리스-렉스(Osiris-Rex) 임무는 소행성 베누(Bennu)와 만났다. 하야부사 임무는 표면에 접근하여 작은 발사체를 발사해 표면 잔해를 수집했다. 그러나 DART 임무는 기존 임무와는 차별화된다. 소행성 물질 샘플을 지구로 가져오는 것이 아니라, 고속으로 우주 암석에 충돌하여 파괴하는 것이 목표였다. 소행성과의 고속 충돌은 놀라운 수준의 정밀도를 요구한다. DART의 목표였던 디모포스는 실제로 두 개의 소행성이 서로를 도는 이중 소행성 시스템의 일부였다. 이 시스템은 '쌍성(binary)'이라고 불리며, 더 큰 디디무스와 달 역할을 하는 디모포스로 구성된다. 디디무스는 지름 약 780m(2560피트)의 아폴로 소행성으로 분류되는 근지구천체다. 이는 서울 롯데월드타워 높이의 약 2.5배 정도에 해당한다. 2022년 9월 26일, NASA의 DART 임무는 디디무스에 충돌하여 궤도를 변경하려는 시도를 성공적으로 수행했다. 디모포스에 대한 시뮬레이션은 DART의 충돌로 인해 소행성에서 매우 큰 분화구를 볼 수 있을 것으로 예상했지만 실제로는 소행성의 모양이 변경되었을 가능성이 더 높다는 것을 보여준다. 이 시뮬레이션은 약 50억kg의 소행성과 질량 580kg의 충돌이었다. 쉽게 말하면, 개미가 버스 두 대를 치는 것과 같다. 게다가 우주선은 초당 약 6km를 이동하고 있다. 소행성 디모포스의 관찰을 바탕으로 한 시뮬레이션 결과, 소행성은 이제 디디무스 주위를 이전보다 33분 느리게 공전하는 것으로 나타났다. 궤도는 11시간 55분에서 11시간 22분으로 늘어났다. 디모포스 핵의 운동량 변화도 직접적인 충격에서 예상되는 것보다 더 높아 처음에는 불가능해 보일 수 있다. 그러나 소행성은 중력에 의해 서로 결합된 느슨한 잔해로 구성되어 매우 약하게 구성되어 있다. 그 충격으로 인해 디모포스에서 많은 물질이 날아갔다. 이 물질은 이제 충격의 반대 방향으로 이동하고 있다. 이것은 반동처럼 작용해 소행성의 속도를 늦춘다. 과학자들은 디모포스에서 떨어져 나온 반사율이 높은 모든 물질을 관찰함으로써 소행성에서 손실된 물질의 양을 추정할 수 있다. 그 결과는 약 2000만kg으로, 이는 연료를 가득 채운 아폴로 시대의 새턴 V 로켓 6개에 해당한다. 모든 매개변수(질량, 속도, 각도 및 손실된 재료의 양)를 함께 결합하고 영향을 시뮬레이션함으로써 연구원들은 답에 대해 상당히 확신을 가질 수 있었다. 디모포스에서 나오는 물질의 입자 크기뿐만 아니라 소행성의 응집력이 제한되어 있고 표면이 작은 충격에 의해 지속적으로 변경되거나 모양이 변경되어야 한다는 점에 대해서도 확신을 갖고 있다. 최근 지구에 발생한 중요한 영향으로는 2013년 러시아 첼랴빈스크(Chelyabinsk) 상공에서 떨어진 유성우가 있다. 더 먼 기록으로는 1908년 시베리아 외딴 지역 상공의 악명 높은 퉁구스카(Tunguska) 충돌이 있다. 이는 6600만년 전 지구를 강타했을 때 공룡을 멸종시킨 10km 물체와 같이 대량 멸종을 일으킬 수 있는 종류의 사건은 아니지만, 첼랴빈스크와 퉁구스카는 가능성이 매우 높은 충돌이었다. 러시아 영토에 떨어진 거대한 운석 충돌인 첼랴빈스크와 퉁구스카 두 사건 모두 엄청난 규모의 에너지를 방출하며 광범위한 피해를 입혔다. 한편, DART 임무의 비용은 3억2400만 달러(약 4325억원)로 우주 임무로서는 낮은 수준이다. 개발 단계가 완료되면 지구 쪽으로 향하는 소행성의 방향을 바꾸는 유사한 임무를 더 저렴하게 발사할 수 있다. 가장 큰 변수는 경고 시간이다. DART가 디모포스에 충돌했을 때 관찰된 30분 궤도 변화는 소행성이 지구에 매우 가까울 경우 큰 효과를 기대하기 어렵다. 하지만, 태양계 외부와 같은 먼 곳에서 물체 경로를 예측하고 작은 변화를 줄 수 있다면 소행성의 경로를 지구로부터 충분히 멀어지게 할 수 있다. 미래에는 소행성 임무가 더욱 활발하게 이루어질 것으로 예상된다. 이는 과학적 관심뿐만 아니라 소행성에서 물질을 쉽게 제거할 수 있다는 점에서 민간 기업의 채굴 관심도를 높일 수 있기 때문이다.
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NASA의 소행성 충돌 DART 임무, 우주 암석 재구성
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