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6,600만 년 전, 공룡을 포함하여 지구 상 생물의 대멸종을 불러일으킨 원인은 소행성 충돌이라고 여겨지고 있다. 물론 최근 연구에 따르면 소행성 충돌보다 화산 폭발을 포함한 다른 원인이 지구 생명체의 대멸종을 불러왔다는 의견도 있다. (관련 기사 보러 가기 - “공룡을 멸종시킨 것은 소행성일까 화산일까?”)

하지만 중요한 점은 만약 소행성 충돌이 대멸종의 주된 이유가 아니라고 해도, 직경이 불과 몇 km 정도 되는 소행성이나 혜성들도 순식간에 지구 생명체 모두를 위험에 빠뜨릴 수 있다는 점이다. 특히, 미항공우주국(NASA)에 따르면 지구와 충돌하면 위험해질 수 있는 잠재적 위험 소행성(potentially hazardous asteroids)만 해도 1,400개가 넘는다고 한다.

소행성의 위협으로부터 지구를 지켜라, DART 미션

DART(Double Asteroid Redirection Test; 이중 소행성 방향 전환 테스트)라 불리는 위 임무는 지구에 충돌할 가능성이 있는 잠재적인 소행성이나 혜성의 위험으로부터 지구를 보호하기 위한 기술을 테스트하는 임무이다.

메릴랜드 주 로렐에 있는 존스 홉킨스 응용 물리학 연구소(Johns Hopkins Applied Physics Laboratory)에서 관리하는 NASA의 대규모 행성 방어 전략의 일부인 DART는 2021년 11월 24일 오전 1시 21분(동부 표준시 기준) 캘리포니아 반덴버그 우주군 기지 (Vandenberg Space Force Base) 4 East에서 SpaceX Falcon 9 로켓에 실려 발사되었다.

DART는 목표 소행성을 자유롭게 탐색하여 Kinetic impact라 부르는 편향 방법을 이용하여 의도적으로 충돌할 수 있음을 보여주기 위해서 시작되었다. 이처럼 미션과 전략의 최종 목표는 지구에 위험을 가할 소행성에 대한 대비책을 세우는 것이지만, 이번 DART 임무에서는 알려진 소행성 중 지구에 위협이 되지 않는 소행성의 움직임을 약간 변경하는 계획이 포함되어 있다. 이를 통해서 DART미션은 지구 충돌 위험을 초래할 수 있는 소행성이 발견될 때 더 효과적이고 빠르게 대비하는 데 도움이 되는 중요한 데이터를 제공하고자 한다.

디디모스 I 디모르포스란?

디디모스 I 디모르포스(이하 디모르포스)는 지구 근처 소행성 65803 디디모스(이하 디디모스)의 위성 소행성(쌍소행성계)이다. 2003년에 처음 발견된 위 소행성은 지름이 대략 170미터에 불과하며 밀도가 낮다. 디모르포스는 직경 780미터의 디디모스 주위를 약 11.9시간에 한 번씩 공전하고 있다.

위 천체가 주목을 받기 시작한 것은 DART미션의 표적이 되었기 때문이다. 미항공우주국은 지구에 위협이 되지 않는 디모르포스를 표적으로 선택했는데, 이는 작은 크기 때문이다. 디디모스 역시 지구에 위협을 가할 수 있는 잠재적 위험 소행성이 아니며, 대략 2년마다 태양 주변을 공전하기 때문에 지구에서 탐사선을 보내기에도 상대적으로 쉬운 소행성이다.

DART미션, 목표 소행성에 정확히 충돌하다!

마치 한 편의 영화 같다. 혹자는 우주선 게임을 하는 것과 같다고 표현한다. DART미션이 10개월간의 긴 여정 끝에 2022년 9월 26일 23시 14분 (GMT 기준; 한국 시각으로는 9월 27일오전 8시 14분) 목표했던 디모르포스에 정확히 충돌했기 때문이다. 이는 미션의 종료를 위해서 탐사선을 천체에 고의로 충돌시키는 것과 다르게, 인류의 미래를 위해서 선택된 첫 번째 고의적인 충돌이다.

DART미션의 개요도 ⓒ NASA/Johns Hopkins Applied Physics Lab

미항공우주국의 빌 넬슨 국장은 이에 관해서 DART미션의 성공이 지구 방어에 대한 자신감을 보여주지만 동시에 모든 인류에게도 실질적인 혜택을 주는 미션이라고 표현했다. 그는 이어서 미항공우주국과 유럽우주국 등이 우리의 고향 지구를 연구하고 있는 사이, DART미션은 마치 SF영화를 과학으로 바꾸며 지구를 보호할 수 있는 단 한 가지 방법에 대해서 보여주고 있다고 설명했다.

DART팀은 지상망원경과 우주선의 DRACO(Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical Navigation)기기, 그리고 SMART Nav(Small-body Maneuvering Autonomous Real Time Navigation) 알고리즘을 이용하여 소행성들에 대해 성공적으로 탐색한 후 의도적으로 소행성과 충돌하며 자신들의 기술을 성공적으로 시연했다. 570kg에 달하는 우주선은 소행성의 궤도를 변경시키고자 90,000km정도 이동하여 시속 22,530km의 속도로 소행성에 충돌하였으며, 충돌 몇 초 전에 DRACO 기기는 디모르포스의 표면을 자세히 클로즈업하여 보여준 바 있다.

충돌 2초 전(12km 거리)의 디모르포스 ⓒ NASA/Johns Hopkins APL

DRACO기기가 보여준 초고해상도의 소행성 모습은 보는 이들로 하여금 탄성을 자아내게 하기에 충분했다.

이탈리아 우주국(ASI: Italian Space Agency)에서 개발한 LICIACube(Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids)는 DART의 충돌 15일 전에 DART에서 분리되어 충돌과 그로 인한 분출된 물질들의 이미지를 캡처했다. 다만, LICIACube의 안테나는 크지 않기 때문에 며칠부터 몇 주 내로 이에 대한 이미지가 지구에 도착할 예정이다.

DART미션 성공의 의미

속도의 작은 변화만으로도 소행성이 이동하는 경로에 상당한 차이를 만들 수 있기 때문에 위의 충돌은 매우 큰 의미를 갖는다. 미항공우주국의 행성 방어 책임자(Planetary Defense Officer)인 린들리 존슨(Lindley Johnson)은 DART의 성공이 소행성이나 혜성의 위험으로부터 지구를 보호하기 위해서 반드시 필요한 사항들을 확인시켜 준다고 설명한다. 위 성공은 우리가 더는 무시무시한 우주 재해로부터 무기력하지 않다는 점을 보여주고 있으며, 다음 행성 방어 임무인 NEO(Near-Earth Object) Surveyor를 통해서 남아 있는 위험한 소행성을 찾는 것을 가속할 수 있다고 주장한다.

또한, DART미션의 충돌 성공은 이제 인류가 우주의 작은 물체조차도 정확하게 조준할 수 있다는 점을 의미한다. DART팀은 이번 충돌의 영향으로 디모르포스 궤도가 약 1% 또는 약 10분 정도 단축될 것으로 예상했다.

DART팀은 전 세계와 우주에 배치된 수십 개의 최첨단 망원경을 이용하여 한 쌍의 소행성을 계속해서 관측할 계획이다. 특히, 제임스 웹 우주망원경과 허블 우주망원경 등 지상의 여러 망원경은 위 충돌을 정확히 잡아낸 바 있다.

제임스 웹 우주망원경과 허블 우주망원경 등 지상의 여러 망원경은 충돌 순간을 정확히 잡아낸 바 있다 ⓒ Joseph DePasquale, Alyssa Pagan/Space Telescope Science Institute

몇 주 동안은 이들의 분출물에 관한 연구를 진행할 예정이며 DART미션이 소행성의 궤도 변경을 얼마나 성공적으로 이루었는지 결정하기 위하여 소행성의 궤도 변화를 정확히 측정할 예정이다.

충돌에 성공하자 기뻐하는 DART팀 관계자들 ⓒ NASA/David C. Bowman

존스 홉킨스 응용 물리학 연구소장 랄프 세멜 교수(Prof. Ralph Semmel)는 위 최초의 임무는 놀라울 정도로 정확했으며 모든 면에서 기대했던 바를 이루었다고 설명했다. 또한, DART의 충돌 후 약 4년 후에는 유럽 우주국(ESA)의 Hera 프로젝트가 DART의 충돌로 인해 남겨진 분화구와 질량 등에 대한 정확한 측정 등을 수행하며 소행성에 관한 자세한 연구를 수행할 전망이다.