물의 흔적을 찾아라

앞선 설명처럼 태양계에는 지구 외에도 많은 천체들이 물을 지니고 있음이 밝혀졌다. 이제 인류의 목적은 분명해졌다. 위 위성들이나 왜소 행성에 탐사선을 보내 물의 흔적을 찾으면 된다. 특히, 목성의 갈릴레오 위성들은 생명체를 포함하고 있을 가장 높은 확률의 천체들이기에 가장 활발하게 연구가 진행되고 있다.

가장 먼저 유럽우주국(ESA)이 나섰다. 그리고 2024년 미항공우주국(NASA)도 두 번째 주자로 나설 전망이다. 다만 태양계 탐사선들은 발사 시기에 따라서 여러 행성과의 상호작용을 고려해야 하기에 발사 시간이 빠르다고 반드시 먼저 도착하지는 않는다. 특히나 행성의 중력을 이용한 근접 비행(플라이바이 flyby)를 수행할 때는 도착 시간이 더 달라지게 된다. 이 때문에 2023년에 출발한 유럽우주국의 탐사선보다, 후년 출발하게 될 미항공우주국의 탐사선이 목성계에 먼저 도달하게 될 예정이다.

유럽우주국의 주스 (JUICE: JUpiter ICy Moons Explorer) 미션

2023년 4월 14일 금요일, 중앙 유럽 서머타임(CEST)으로 오후 2시 14분, 남아메리카 북동쪽 프랑스령 기아나의 쿠루 발사대에서 하얀 연기가 내뿜어지기 시작했다. 폭발적인 굉음을 내뿜으며 발사된 아리안 5 로켓은 역사적인 목성 위성 탐사선을 탑재하고 있으며, 탐사선은 지구를 출발하며 8년간의 긴 여정을 시작했다. 위 발사는 당초 목요일에 발사 예정이었지만, 번개가 동반되며 심한 기후의 불안정성 때문에 24시간 지연된 바 있다.

이름하여 주스 임무(JUICE: Jupiter icy Moons Explorer)는 2031년 목성계에 도착하여, 목성의 얼음 위성들을 스캔하고 목성의 거대한 극지방 오로라, 강력한 목성의 자기장, 그리고 목성의 대적점 등에 관한 연구를 수행할 전망이다. 즉, 위 탐사선은 목성의 강력한 자기장이 위성들 및 근처 환경에 어떤 영향을 끼치는지에 관해서 비밀을 파헤칠 예정이다. (관련 기사 보러 가기 - “2023년에 주목할 과학 이벤트”, “2023년에 시작될 우주 탐사 미션은?”)

하지만, 위 탐사선의 가장 큰 목표는 유로파, 칼리스토, 가니메데 등 바로 목성의 얼음 위성들이다. 태양으로부터 너무 멀리 떨어져 있는 탓에 매우 낮은 온도와 혹독한 환경이 예측되지만, 위 얼음 위성들은 얼음 표면 아래에 깊은 액체 상태의 바다를 품고 있다고 밝혀졌기 때문이다.  지구 곳곳의 해저에서 발견되는 열수구가 목성의 얼음 위성의 바다에 존재한다면, 어둠 속에서도 생명체가 번성할 수 있는 충분한 온도를 제공할 수 있다. 이를 기반으로 얼음 위성들의 바다에 생명체가 존재할 수 있는지, 혹은 이전에 존재한 적이 있는지에 대한 질문에 대답할 예정이다.

특히, 유로파 위성은 생명체가 존재할 가능성이 매우 높은 위성으로 알려져 있는데, 유로파의 바다는 지구의 모든 바다를 합친 양보다 두 배나 많은 물을 저장하고 있기 때문이다. 또한 이오 위성이 태양계에서 가장 활발한 화산활동을 펼치고 있는지에 관한 연구를 진행할 전망이다. 이처럼 주스 탐사선은 생명체에 필수적인 물, 원소 및 에너지원을 찾아낼 전망이며 목성 위성들의 지질, 활동 및 환경에 대한 데이터를 수집할 예정이다.

유럽은 이미 로제타 (Rosetta) 탐사선 등을 통해서 수많은 중력 비행에 성공한 바 있기에, 주스 탐사선에도 정교한 계산과 함께 이를 이용할 전망이다. 위 중력 비행 계획이 모두 성공적으로 진행된다면 8년 뒤 2031년, 주스 탐사선은 긴 여정 끝에 목성계에 안전하게 안착할 예정이다. 10개의 첨단 관측 연구 장비가 포함되어 있는 주스 탐사선은 이후 총 3년 반에 걸쳐 목성계에서 여러 연구를 진행할 예정이다.

주스 탐사선은 분화구가 매우 많은 칼리스토를 21회, 그리고 태양계에서 유일하게 자체 자기장을 보유하고 있는 가니메데를 12회 플라이바이 할 예정이다. 이후 탐사선은 심지어 가니메데의 직접 궤도 안에서 직접 위 위성을 공전할 전망이다. 2034년 주스 탐사선이 가니메데 궤도에 진입하면 지구가 아닌 다른 달의 궤도를 도는 최초의 위성 탐사선이 될 전망이다.

주스 탐사선은 유로파 역시 두 차례 중력 비행할 예정이지만, 유로파의 추가 관측은 2024년 10월에 발사될 미항공우주국의 유로파 클리퍼 탐사선이 도맡아서 진행할 예정이다.

유로파 클리퍼 미션

앞선 설명처럼 유로파 클리퍼 탐사선은 유로파 위성에 집중적으로 매달릴 전망이다. 유로파 클리퍼 탐사선은 자기 음향용 플라즈마 계측기(PIMS), 유로파 클리퍼 자력계, 유로파용 매핑 이미징 분광기(MISE) 등 총 9개의 과학 장비를 갖추고 있으며, 1970년대의 파이오니어 탐사선들, 보이저 탐사선들, 그리고 갈릴레이 탐사선을 거쳐 현재도 열심히 목성계를 연구하고 있는 주노 탐사선의 뒤를 잇게 될 탐사선이다.

방사능에 강한 고성능 탐사선인 유로파 클리퍼는 목성 주변의 긴 궤도를 공전하며 얼음으로 뒤덮인 목성의 달을 반복적으로 근접 비행할 계획이다. 구체적으로 유로파 위성으로부터 최대 25㎞까지 접근하는 등 50회 가까운 근접 비행이 계획되어 있으며, 관측 결과에 따라서 직접 위성에 착륙할 계획도 가지고 있다.

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