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달 충돌 실험의 결과는? - 달에는 물이 있다! 목록

조회 : 5706 | 2009-11-16


지난 달 9일 저녁(한국시간 10월 9일 저녁 오후 8시 31분), 미국항공우주국(NASA)는 달 표면에 우주선을 보내 충돌시키는 실험을 진행했어요. ‘엘크로스(Lcross) 프로젝트’라는 이름으로 행해진 이 달 표면에서 물을 찾으려는 시도는 바로 그 결과를 알 수는 없었습니다. 물이 있는지 없는지에 대한 결과는 한 달이 훌쩍 지난 11월 13일 NASA가 성명을 통해 달에 물이 있음을 확인했다고 발표하면서 알 수 있었습니다. 달 남극 부근의 분화구에서 물이 있음을 확인했으며, ‘현저한(signigicant)’양이라고 표현 할 만큼 많은 양을 확인했다고 합니다. 그 양이 무려 7.6리터 병 12개를 채울 만큼이라고 하니까 물이 없다고 믿었던 달에서 찾아낸 의미 있는 양이지요. 하지만 이 물을 식수로 사용할 수 있는지의 여부는 아직 밝혀지지 않았습니다. 충돌 실험의 데이터는 계속 분석될 테니까 그 결과를 좀 더 지켜보는 것이 좋겠습니다.









엘크로스 프로젝트로 NASA는 달의 남극 지방의 크레이터에 물(얼음)이 있음을 확인했다. / 이미지 출처 : NASA




* 알아보기
- ‘엘크로스(Lcross) 프로젝트’란?
- 엘크로스 프로젝트의 진행 방법과 그 결과는?
- 달에 물이 있다! 그것도 상당량!
- 왜 달에서 물을 찾으려는 것일까?




* 관련 단원
- 태양의 가족 (5학년 2학기 7단원)
- 별자리를 찾아서 (4학년 1학기 8단원)
- 지구와 달 (3학년 2학기 3단원)




- ‘엘크로스(Lcross) 프로젝트’란?
엘크로스(Lcross)는 Lunar CRater Observation and Sensing Satellite의 약자입니다. 그대로 해석을 하자면 ‘달 크레이터(분화구) 관측과 감시(검출) 위성’ 정도가 되겠네요. 그러니까 달의 크레이터를 관측하고, 감시하기 위한 위성을 보내는 것이 임무인 프로젝트인 거지요.

엘크로스(Lcross) 프로젝트의 과학적 목표는 다음과 같은 것들이었습니다.
1) 달의 영구동토층에서 물(얼음)이 있는지 없는지 확인.
2) 달의 극 지역에서 수소가 포착된 원인을 확인.
3) 만약 달에 물이 존재한다면 그 양을 확인.
4) 영구동토층이 있는 크레이터 내부 표토(돌가루 모양의 물질)의 조성 확인.

엘크로스 프로젝트는 매우 단순하면서도, 저렴한(?) 아이디어에서 출발했습니다. 일단 곧 폐기될 우주선을 달로 보냈고 보통은 궤도 진입에 성공하면 버려지는 추진체, 연료통을 달까지 가지고 가 남극에 충돌시키는 계획이었습니다.

지난 달 9일 저녁에 있었던 달 충돌실험을 계획하며 만들었던 ‘엘크로스(Lcross) 프로젝트’의 상상도. 이 상상도는 2006년 4월에 발표된 것이다. /사진 출처 : NASA





- 엘크로스 프로젝트의 진행 방법과 그 결과는?

‘엘크로스 프로젝트’에 실린 우주선과 달 정찰위성은 86일간 달 주변을 같이 돌면서 충돌할 위치를 찾고, 충돌한 위치에서 일어나는 현상들을 관측하는 일을 했습니다. 2단 추진체, 센타우르는 가장 마지막에 분리되어 달과 먼저 충돌했습니다. 본체인 엘크로스는 센타우르가 충돌하면서 생긴 섬광과 분출물을 관측하기 위해 센타우르가 충돌한 지점으로 4분 후 한 번 더 충돌하기 위해 낙하됐습니다. 센타우르가 일으킨 먼지 속으로 떨어지면서 관측 자료를 지구로 전송한 겁니다. 물론 엘크로스에 이상이 생겨 데이터를 전송하지 못할 경우에 대비해 지구에서도 관측을 했지만요.

만약 센타우르가 충돌한 크레이터에 얼음 층이 존재한다면 충돌할 때의 충격 때문에 얼음층에서 나온 조각들이 튀어나올 것이고, 증발하면서 NASA의 가시광선과 적외선 파장을 분석하던 데이터에 물의 존재와 양이 파악될 것이라는 계획이었습니다.

아틀라스 5 로켓이 LRO, LCROSS와 함께 플로리다의 공군기지에서 발사되는 모습.
엘크로스 위성은 1단 발사체(아틀라스 5)와 2단 추진체(센타우르) 그리고 엘크로스(우주선)과 달 정찰위성(LRO)로 구성됐다. 지난달 6월 18일 미국 플로리다 공군기지에서 발사된 후 1단 발사체는 분리됐고, 지구를 벗어난 뒤에 달 정찰위성이 분리됐다. / 사진 출처 : NASA








‘엘크로스 프로젝트’의 스케줄 / 이미지 출처 : NASA

충돌 실험은 지난달 9일에 성공적으로 끝났지만, 그 결과는 분석하는데 시간이 걸리기 때문에 발표가 미뤄졌었습니다.

드디어 지난 13일 NASA에서는 그 결과를 발표했는데, 그 내용은 ‘달에 물이 존재한다. 그것도 상당량!’이라고 했습니다. 과학자들도 놀랄 결과였다고 합니다.









달에는 수많은 분화구가 존재한다. 이번에 ‘엘크로스 프로젝트’에서는 남극 지방의 카베우스 크레이터에 추진체에 이어 우주선까지 충돌하는 시키는 실험을 진행했다. 그 결과 이 크레이터 안에는 물이 ‘상당량’ 존재하는 것이 확인됐다. / 사진 출처 : NASA




- 달에 물이 있다! 그것도 상당량!
올해는 인류가 달에 첫발을 내딛은, 아폴로 11호가 달에 착륙한 지 40주년이 되는 해입니다. 1969년 7월 20일 달에 착륙한 아폴로 11호의 우주인들은 달의 돌과 토양을 지구로 가져왔고 그 연구 결과 달에는 물이 존재하지 않는다는 결론을 내렸었습니다.

그런데 1999년에 극지방의 영구동토층(항상 얼어 있는 땅)에 물이 있을지도 모른다는 단서가 발견됐어요. 1998년 루나 프로스펙터 탐사선이 극 지역에 수소가 많이 분포한다는 것을 발견했거든요. 물은 수소와 산소로 이루어져 있으니까, 수소가 많다는 것은 물의 존재에 대한 의심을 해볼 수 있는 거지요. 달에는 혜성이 자주 충돌하는데, 혜성은 많은 물을 갖고 있는 것으로 알려져 있으니까요.

40년 전 아폴로 11호와 함께 지구로 온 달의 암석들. / 사진 출처 : NASA




혜성이 달에 충돌하면서 물이 스며들었을 가능성도 있는 겁니다. 그동안 달은 공기가 없고 강한 햇빛으로 온도가 100도를 넘기 때문에 물이 존재할 수 없다고 생각되어 왔지만, 극 지역에 집중된 수소의 분포가 물이 있을지도 모른다는 가능성이 제기된 단서가 됐습니다. 달은 자전축이 많이 기울어져 있어서 극지방의 크레이터 바닥은 10억 년 이상 단 한 번도 햇빛을 받은 적이 없는 매우 낮은 온도를 유지하고 있지요. 이 부근에서 얼음 형태의 물이 존재할 수 있을 것이라는 과학자들의 의견이 나왔고, 단서가 포착 돼 이를 확인하기 위해 ‘엘크로스 프로젝트’가 진행 된 것입니다.

센타우르 로켓은 총알보다 2배 빠른 약 9000km의 속도로 크레이터와 충돌했고, 350톤에 달하는 먼지가 기둥을 만들었습니다. 약 4분 후 이 먼지 기둥 사이를 엘크로스 우주선이 뚫고 지나가면서 데이터를 수집해 지구로 전송했고, 그 자신도 크레이터에 충돌하면서 임무를 마쳤습니다. 엘크로스 우주선에는 9개의 관측 장비가 실려 있었고, 이들이 보낸 데이터를 분석하는 데만도 오랜 시간이 걸렸습니다.

만약을 대비해 가동한 지구의 관측 장비는 이 먼지기둥을 잡아낼 수 없어서 만족스런 데이터를 얻을 수 없었답니다. 크레이터의 깊이가 생각보다 깊었던 것 같습니다. 다행이 엘크로스 우주선에서 보내온 데이터를 분석한 결과 얼음 형태의 물이 있다는 것이 밝혀졌습니다. 아직 달에 있는 물을 식수로 사용할 수 있는지는 좀 더 많은 분석이 필요하다고 하지만 물이 있다는 것을 밝혀낸 것만으로도 의미 있는 프로젝트였습니다.





달 극 지방에 있는 크레이터 단면도 : 만약 달에 물이 존재한다면 달의 극지방에 있는 크레이터 내부일 것이다. 달은 자전축이 많이 기울어져 있어 극지방에서 태양은 지평선 위로 1.6도 이상 높이 뜨지 않는다. 때문에 이 지역의 크레이터 바닥은 약 10억 년 이상 햇빛이 한 번도 닿지 않았다. 크레이터 내부의 온도는 영하 170℃이하로, ‘냉각트랩(cold traps)'이라 불리는 이곳에서는 어떤 가벼운 원소나 화합물들도 증발하지 못한다. / 이미지 출처 : NASA



- 왜 달에서 물을 찾으려는 것일까?
달에 물이 있는 것과 없는 것이 무슨 차이가 있을까요? 달에 물이 없는데, 그곳에 기지를 만든다면 어떨지 먼저 생각해 봅시다. 사람을 비롯한 모든 생명체는 물이 꼭 있어야만 살 수 있습니다. 먹고, 씻기 위해 필요한 물을 한사람이 하루 평균 1톤을 소비한다고 하면 우주선이 1회에 나르는 10톤정도의 물은 10사람이 단 하루 동안 쓸 수 있는 양입니다. 이 사람들이 계속 쓸 물을 우주로 실어 나르려면 천문학적인, 어마어마한 비용이 들어가는 겁니다. 그래서 달에 물이 있고, 없고는 달에 기지를 건설할 수 있느냐 없느냐와 바로 연결되는 문제입니다.

달에 물이 있다는 것이 밝혀졌으니 좀 더 분석을 해서 그 양이 충분하고, 그 물을 바로 식수로 사용할 수 있다고 하면 달에 기지를 만드는 일은 더 탄력을 받을 수밖에 없다는 것이 전문가들의 의견입니다.

그러면 달에 기지를 만드는 것은 왜 중요할까요? 우선 달에 대한 연구는 달과 태양계 생성의 기원을 찾는 데 중요한 가치가 있습니다. 또 달에 우주정거장을 세우면 화성 탐사에도 더 유리해 집니다. 화성은 이산화탄소와 얼음이 꽉차있어서 달보다는 훨씬 더 매력적인 곳입니다. 과학자들은 대기가 없는 달보다 중력이 있고, 대기가 있는 화성이 ‘테라포밍(Terra forming-지구화 시키는 것)’ 하기에 적합한 곳이라고들 말합니다.





화성을 지구화 시키는 테라포밍을 위해서도 달에 기지를 건설하는 것은 필요하고, 달에 물이 있다면 그 달 기지 건설은 시간문제라는 해석이 가능합니다. 물은 사람들의 식수원이 되기도 하고, 물을 전기분해하면 수소는 동력원(로켓의 연료 등)으로, 산소는 우주비행사들의 호흡을 위해 사용될 수도 있기 때문입니다.

우선은 이번에 달에 존재하는 물이 식수로 사용할 수 있느냐에 대한 연구가 더 행해져야 하고, 달에 얼마나 많은 물이 존재하는지에 대해 더 연구가 이뤄져야 합니다. 그리고 나면 달에 기지를 건설하는 일이 곧 진행되겠지요.

NASA는 입수한 데이터를 아직 완벽하게 분석한 것은 아니며 앞으로도 더 많은 시간이 걸릴 것이라고 했습니다. 좋은 결과가 있었으면 좋겠습니다.




*오늘의 중요 용어정리
[스윙바이(Swingby)]

우주탐사선이 달이나 행성과 같은 큰 천체 곁을 통과하는 것을 플라이바이라고 하는데, 천체와의 거리가 가까우면 인력에 의해 탐사선은 속도와 방향이 바뀌게 된다. 그 후 우주선은 바뀐 방향대로 다시 비행을 계속하는데, 이처럼 우주선 자체의 연료에 의한 것이 아니라 행성의 인력을 이용해 궤도를 바꾸는 것을 스윙바이(Swingby)라고 한다.





[테라포밍(Terraforming)]

쉽게 말하면 테라포밍은 지구가 아닌 다른 행성이나 위성을 지구와 비슷하게, 지구화 시키는 것을 말한다. 사람들이 살 수 있도록 다른 행성이나 위성을 지구의 대기, 온도, 생태계와 비슷하게 바꾸는 작업을 하는 것이다.

지구에 빙하기가 닥치거나 하는 살인적인 기상 이변이나 또는 혜성의 충돌과 같은 재앙으로 인해 인류의 멸망이 눈앞에 닥친다면 ‘노아의 방주’가 그랬던 것처럼 그 위험에서 인류를 구원 해 줄 새로운 노아의 방주가 필요하다. 이 문제를 해결하기 위한 것이 바로 ‘테라포밍(Terraforming) 프로젝트’이다.

지금까지는 테라포밍에 가장 적합한 후보로 꼽히는 행성이 바로 화성이다. 적당한 중력이 있고, 대기가 있어 이를 지구와 비슷하게 바꿀 수 있다고 판단되기 때문이다. 물론 쉬운 일은 아니지만, 절대 불가능 한 것만은 아니라는 것이 과학자들의 판단이다.




* 더 찾아보아요.
- 미국항공우주국(NASA) : 우주의 여러 모습들을 사진으로 만나 볼 수 있어요.
http://www.nasa.gov/

- ‘엘크로스(Lcross) 프로젝트’ 관련 사진과 동영상을 볼 수 있습니다.
http://www.nasa.gov/mission_pages/LCROSS/multimedia/index.html




* 한걸음 더!
☆ 화성을 지구화 시키는 ‘테라포밍’이 가능하다면 화성은 어떤 모습으로 변할까요? 화성이 점차 지구처럼 변해서 사람이 살 수 있는 행성이 될 모습을 상상해 보아요.

※ 이곳에 쓰인 모든 이미지의 출처는 미국항공우주국(NASA) 홈페이지이며, 영리 목적으로 사용될 수 없습니다.




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