“지구 운석, 소행성이 고향” 확인

3억 km 떨어진 소행성 ‘이토카와’서 가져온 돌가루 분석결과 나왔다

2003년 5월 지구를 떠난 ‘하야부사’는 2005년 11월 소행성 ‘이토카와’에 착륙해 흙먼지를 캡슐에 담는 데 성공했다. 인류가 달보다 먼 천체에서 지표 물질을 얻는 데 성공한 것은 처음이다. 사진은 상상도. JAXA 제공

이토카와에서 채취한 흙먼지 하나를 광학현미경으로 들여다본 모습. 투명한 입자 중간중간에 검은색 얼룩이 있다. 연구진은 이 얼룩이 태양풍 때문에 생긴 것으로 추정한다. 사이언스 제공

지난해 6월 일본열도는 ‘불사신 하야부사’에 열광하며 축제 분위기로 들끓었다. ‘하야부사(송골매)’는 일본우주항공연구개발기구(JAXA)가 2003년 5월 지구에서 약 3억 km 떨어진 소행성 ‘이토카와(Itokawa)’에 보낸 탐사선이다. 하야부사는 소행성에 착륙해 암석 부스러기를 담아 4년 안에 돌아올 예정이었다. 하지만 통신 두절, 연료 누출, 배터리 방전, 엔진 고장, 그리고 행방불명 등 갖가지 시련을 겪다가 7년 만에 돌아왔다. 게다가 하야부사는 ‘선물 보따리’까지 챙겨 왔다. 호주 사막에 떨어진 캡슐을 열어 보니 이토카와 표면에서 채취한 돌가루 1500개가 들어 있었던 것이다.

JAXA 등 일본 연구진은 작년 11월 이 같은 사실을 확인하고 미립자를 분석하기 시작했다. 그리고 그 결과를 세계적 과학저널 ‘사이언스’ 26일자에 논문 6편으로 공개했다.

○ 지름 20km 소행성이었던 이토카와 충격으로 쪼개져

하야부사는 금속탄환을 초속 200∼300m의 속도로 발사해 이토카와 표면에 충돌시킨 뒤 이 충격으로 돌가루가 튀어나오면 이를 순식간에 빨아들이는 방식으로 시료를 수집할 계획이었다. 하지만 장비가 고장 나 이 방식이 안 될 위기에 처했다. 다행히 하야부사가 착륙할 때 충격으로 표면 흙먼지와 돌가루들이 솟아올라 캡슐에 담았다. 분석 결과 가루 입자는 지름이 10∼50μm(마이크로미터·1μm는 100만분의 1m)인 것이 가장 많았다.

도호쿠대 나카무라 도모키 교수팀은 전자현미경과 X선 회절법으로 입자의 과거를 추적했다. 그 결과 이토카와는 생성 당시 지름이 약 20km였던 것으로 드러났다. 이토카와는 현재 가로 540m, 세로 270m, 높이 210m로 길쭉한 감자처럼 생겼다. 나카무라 교수팀에 따르면 이토카와는 처음 1000만 년 동안 800도의 고온에서 지속적인 변성 작용을 거친 뒤 충격을 받아 작은 조각으로 깨졌다가 다시 합체하기를 반복한 끝에 지금의 모양이 됐다.

이번 분석에서 핵심은 소행성과 관련한 오래된 이론 가운데 하나를 확인했다는 것이다. 그동안 천문학계에서는 우주에 떠 있는 소행성 약 50만 개 가운데 절반가량이 S형 소행성일 것으로 추측했다. S형 소행성은 구성 성분이 대부분 규소(Si)여서 돌멩이형 소행성으로도 불린다. 이토카와도 여기에 속한다. 지구에 떨어진 운석도 S형이 가장 많다. 이번에 이토카와의 돌가루를 직접 가져와 성분을 분석하면서 지구에서 가장 많이 발견된 운석이 S형 소행성에서 떨어져 나왔다는 사실이 확실해졌다.

○ ‘우주광산’ 가능성 큰 소행성

작년 6월 하야부사가 발사한 지 7년 만에 지구로 귀환하는 데 성공했다. 탐사선 본체는 연소돼 없어졌고 미립자가 담긴 캡슐만 호주 사막에 떨어졌다.JAXA 제공

최근 우주 선진국들은 소행성 탐사에 부쩍 관심을 보이고 있다. JAXA는 2014년 소행성 ‘1999 JU3’을 탐사하기 위해 ‘하야부사-2’를 보낼 계획이다. 미국항공우주국(NASA)은 2016년 소행성 ‘1999 RQ6’을 탐사할 수 있는 ‘OSIRIS-Rex’를 발사하겠다는 계획을 발표했다.

소행성은 태양계 형성 초기에 만들어져 학문적으로는 태양계 기원에 대한 비밀을 풀 열쇠를 쥐고 있다. 지름 1km 이상의 큰 소행성은 지구에 충돌하면 생태계 자체를 바꿔버릴 정도로 파괴력이 엄청나 감시 대상이기도 하다.

선진국들이 무엇보다 소행성에 큰 관심을 보이는 실용적인 이유는 광물이 묻혀 있다는 점이다. 문홍규 한국천문연구원 선임연구원은 “NASA는 달 탐사 계획에서 방향을 틀어 화성과 소행성 탐사를 집중 지원하고 있다”면서 “소행성이 광물자원의 보고라는 인식이 생겼기 때문”이라고 설명했다.

지구에서 약 3억 km 떨어진 소행성 ‘이토카와’.길쭉한 감자 모양이다. 길이는 540m. JAXA 제공

문 연구원은 “소행성에는 감람석, 휘석 등의 광물이나 니켈 같은 금속, 또 희귀금속과 희귀광물이 매장돼 있기도 하다”면서 “한 연구에 따르면 백금 덩어리로 된 소행성도 있는데 지구 전체 백금 매장량보다 많다”고 말했다.

이현경 동아사이언스 기자 uneasy75@donga.com