아르테미스 Ⅱ, 달 표면 유성체 충돌 섬광 첫 육안 관측

[이종림의 사이언스 랩] 우주 방사선 외에 달 표면 충돌 위험까지 직접 확인

아르테미스 Ⅱ 임무 도중 관측된 개기일식. 달이 태양을 완전히 가렸다. 미국항공우주국(NASA) 제공

달 표면에서 번쩍인 짧은 섬광이 인류의 시선을 우주로 이끌고 있다. 미국항공우주국(NASA)의 유인 달 탐사 임무 아르테미스 Ⅱ 비행사들은 달 근접 비행 도중 우주 물체가 달에 직접 충돌하며 빛을 내는 순간을 목격했다. 대기가 거의 없는 달에서는 작은 충돌체도 표면까지 그대로 도달한다는 사실을 육안으로 관측한 것이다. 이번 임무는 달의 앞뒷면 지형과 표면, 광환경 등을 두루 살피며 앞으로 인류가 달에서 활동할 환경을 구체적으로 보여줬다는 점에서 의미가 크다.

4월 10일(이하 현지 시간) 오리온 우주선이 태평양에 착수하며 아르테미스 Ⅱ 임무가 마무리됐다. 4월 1일 미국 플로리다 케네디 우주센터에서 발사된 오리온 우주선은 약 열흘간의 유인 달 비행을 마치고 지구로 돌아왔다. NASA에 따르면 지구에서 최대 40만6700㎞ 떨어진 지점까지 도달했는데, 이는 1970년 아폴로 13호가 세운 기록을 넘어선 수치다.

달 근접 비행 때 오리온은 달 표면 약 6500㎞ 상공까지 내려갔고, 우주비행사들은 이 과정에서 7000장 넘는 이미지를 남겼다. 충돌구와 오래된 용암 지대, 표면의 균열, 지역별 색과 밝기 차이, 낮과 밤의 경계선인 명암 경계선 주변 지형을 대거 기록했다. 그중에서도 가장 강한 인상을 남긴 것은 어두운 달 표면에서 포착된 유성체 충돌 섬광 장면이다. 달 근접 비행이 절정에 이른 4월 6일 우주비행사들은 달이 태양을 가리는 개기일식 과정에서 어둠에 잠긴 달 표면을 지켜보던 중 짧게 번쩍이는 섬광을 여섯 차례 확인했다. 

이번 섬광 관측은 우주 방사선이나 먼지뿐 아니라, 달 표면에 직접 닥칠 수 있는 충돌 위험까지 눈으로 확인했다는 점에서 중요한 의미를 지닌다. 지구에서는 작은 우주 물체가 접근하더라도 대기로 인해 상당수가 타버리지만, 달에는 그런 보호막이 사실상 없다. 따라서 달 표면에서 활동할 우주복, 탐사차량, 전력 설비, 거주 기지를 설계할 때는 미세 충돌체 위험을 훨씬 더 정밀하게 계산해야 한다. 

약 54분 동안 이어진 개기일식은 달 주변의 실제 빛 환경을 가늠할 수 있는 드문 기회이기도 했다. 달이 태양을 완전히 가린 동안 달 둘레의 빛무리와 지구 빛에 희미하게 비친 달 표면이 함께 드러났다. 충돌 섬광과 함께 이 낯선 광경은 앞으로 달 탐사가 단순한 도달 경쟁이 아니라, 극한 환경에서 어떻게 버티고 살아남을지를 시험하는 단계로 접어들었음을 보여준다. 

어스라이즈에서 어스셋으로

이번 탐사는 인류가 달을 보는 관점의 변화를 상징적으로 드러낸다. 아폴로 8호 ‘어스라이즈’(earthrise·지구돋이)가 우주에서 본 지구의 의미를 새롭게 각인했다면, 아르테미스 Ⅱ의 ‘어스셋’(earthset·지구넘이)은 달을 더는 먼 풍경이 아니라 실제 활동 공간으로 바꿔놓고 있다.

아르테미스 Ⅱ 우주비행사이자 미션 스페셜리스트인 크리스티나 코크는 달로 향하는 비행이 본격적으로 시작되자 “우리는 지구를 떠나는 것이 아니라, 지구를 선택한다”고 말했다. 아르테미스는 달로 향하는 비행인 동시에, 지구를 지키고 인류의 활동 반경을 넓히기 위한 탐사 활동이다. 아폴로가 달을 향해 나아가는 개척의 시대를 열었다면, 아르테미스는 이제 그곳에서 어떻게 머물고 움직이며 살아남을지를 묻는 단계로 넘어가고 있다. 

이런 변화는 임무 운용 방식에서도 드러난다. NASA는 이번 아르테미스 Ⅱ에서 처음으로 미션 컨트롤 관제센터에 전담 과학 담당자들을 배치함으로써 비행 도중 들어오는 관측 정보가 지상과 곧바로 연결되도록 했다. 기술 검증 역시 유인 달 탐사를 염두에 둔 시험비행으로 진행됐다. 우주비행사들은 분리된 상단 추진단을 목표물 삼아 약 70분 동안 수동 근접비행 시험을 수행하며 오리온의 조종 성능과 접근 운용 능력을 점검했다. 오리온 내부에서는 생명유지계와 통신·항법 체계, 비상 절차, 방사선 피난 공간 점검도 함께 이뤄졌다.

귀환 과정은 이번 임무의 핵심 성과다. 오리온은 지구 대기권 재진입 과정에서 계획된 통신 두절을 거친 뒤 교신을 회복했고, 이어 드로그 낙하산과 3개의 본 낙하산을 차례로 펼치며 무사히 내려왔다. 이 과정에서 우주선과 우주비행사의 안정성, 통신 두절 이후의 체계 복구, 최종 회수 절차까지 차례로 점검이 이뤄졌다. 그 결과 이번 임무는 우주비행사가 실제로 탑승한 상태에서 발사부터 심우주 비행, 달 근접비행, 귀환, 재진입, 회수에 이르기까지 유인 달 탐사에 필요한 전 과정을 실제 조건에서 검증한 성공적인 시험 무대가 됐다.

NASA는 아르테미스 Ⅱ 이후의 다음 단계도 구체화하고 있다. 2027년 예정된 아르테미스 Ⅲ 임무는 지구 저궤도에서 오리온 우주선과 스페이스X 또는 블루 오리진의 달 착륙선이 하나의 체계로 안정적으로 작동하는지를 시험하는 것이다. 이 과정에서 차세대 달 탐사용 우주복도 점검할 계획이다. 이때 한국의 역할도 이어진다. 한국의 달 궤도선 다누리(KPLO)에는 NASA의 초고감도 카메라 ‘섀도캠’도 탑재돼 있다. 이 장비는 달 남극의 영구 음영 지역을 고해상도로 관측하고, 아르테미스 탐사와 후속 착륙 계획에 필요한 기초 자료를 제공하고 있다. 

2028년 초를 목표로 추진 중인 아르테미스 Ⅳ는 유인 달 착륙 임무다. 우주비행사 4명이 오리온을 타고 달 궤도에 진입한 뒤, 이 가운데 2명이 달 남극 부근에 내려 약 1주일 동안 시료를 채취하고 과학 실험을 수행한 다음 다시 돌아오는 구상이다. 아르테미스 Ⅱ가 인간을 다시 달 가까이 보낸 데 이어, 아르테미스 Ⅲ와 Ⅳ는 달 착륙과 표면 체류로 이어지는 단계가 될 전망이다. 

[이 기사는 주간동아 1535호에 실렸습니다]
이종림 과학전문기자