"정말 아름답습니다. 지금까지 우리가 본 것 중 가장 아름답습니다."

텍사스의 한 연구소에서 일하고 있는 영국의 천문학자 애슐리 킹 박사(Dr. Ashley King)는 오시리스-렉스 (Osiris-Rex) 탐사선이 소행성 베누에서 2주 전 지구로 보내온 소행성 베누의 암석 샘플을 보기 위해서 장비를 설치하고 조사를 시작하는 과정에서 이런 말을 내뱉었다.

킹 박사는 "우리는 우리가 올바른 소행성에 갔다는 것을 확인했습니다."라고 덧붙였다. (관련 기사 바로 가기 - 오시리스-렉스 탐사선이 소행성 베누에서 채취한 샘플, 지구로 무사히 귀환하다)

베누 소행성, 탄소와 수분이 풍부한 미네랄을 풍부하게 함유

오시리스-렉스 탐사선은 2020년 10월 지구에서 3억 3천만 km 떨어진 곳의 베누 소행성에 접근한 후 마침내 위 소행성과 '하이파이브'에 성공했다. 이후 다시 베누의 물질을 지구로 실어 나르기 시작했는데, 탐사선이 얻은 '우주의 물질'을 미국 유타주 솔트레이크시티 서쪽에 위치해있는 군사 제한 지역에 안전하게 내려놓기까지 대략 3년이 걸렸다.

소행성 베누가 위 탐사선의 주인공으로 선정된 이유는 여러 가지가 있지만. 가장 중요한 이유로 지난 수십 년간의 분광학 연구를 통하여 베누는 탄소가 풍부한 소행성(carbon-rich asteroid; 다양한 광물과 함께 탄소가 많은 소행성)으로 분류 되었기 때문이다.

탄소가 풍부한 유기화합물은 약 45억 년 전 태양계 초기 역사를 그대로 담고 있을 확률이 크기에 태양계의 역사를 알 수 있는 중요한 단서로 인식된다. 또한 탄소가 풍부하고(유기물) 물이 풍부한 소행성은 약 45억 년 전에 젊은 지구 시스템에 주요 생명 구성 요소를 공급하는 데 관여했을 수 있다는 이론이 지배적인 가운데, 해당 연구를 통해서 지구에 있는 물은 어디에서 왔는지, 그리고 생명체가 발달할 수 있게 한 성분은 어디에서 왔을지 등 여러 질문에 대답할 수 있으리라 기대된다.

자연사 박물관(Natural History Museum) 5명의 전문가로 구성된 '퀵 룩(Quick Look)' 팀의 첫 분석 결과, 베누의 검은색 외계 가루에는 탄소와 수분이 풍부한 미네랄 등이 풍부하게 함유된 것으로 나타났다. 이는 많은 소행성과 하틀리 2 혜성(103P/Hartley) 등이 지구 바다의 물과 생명체를 시작하는 데 필요한 일부 화합물을 제공했다는 앞서 설명된 이론과 그간의 증거들과도 일치하는 연구 결과이다. 베누 샘플은 계속해서 이러한 아이디어를 검증하고 연구하는데 사용될 예정이다.

과학자들, X-선 컴퓨터 단층 촬영을 활용하여 내부를 살펴보다

초기 실험을 수행하기 위해 킹 박사와 동료들은 태그-샘 (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism) 메커니즘 (5초 동안 질소 가스를 표면에 쏘아보낸 후 튀어오르는 자갈을 채집하고 다시 물러나는 ‘터치 앤 고 Touch And Go' 샘플 수집 방식을 통해서 수집된 입자들)을 사용하여 수집한 입자들이 포함된 내부 챔버를 열기 시작했다. 이 미세한 베누 먼지는 캐니스터(소형의 금속 용기, 특히 증발가스 제어장치를 뜻함)를 둘러싼 모든 표면을 둘러싸며 분포되어 있음이 발견되었다.

킹 박사는 "샘플 캐니스터의 뚜껑을 열자, 사방에 검은 가루가 뿌려져 있었습니다. 정말 놀랍고 흥분되는 순간이었습니다."라고 샘플을 처음 보았던 순간을 회상했다. 당시 앉아있었던 모든 과학자들이 순간 자리에서 일어나 화면을 가리키기 시작했다고 한다. 연구팀은 먼지를 주사 전자 현미경에 넣고 적외선 분광법 X-선 회절 및 화학 원소 분석 방법을 통해 성분을 조사하기 시작했다. X-선 컴퓨터 단층 촬영(CT)을 사용하여 입자의 3D 모델을 만들고 그 내부 역시 살펴보았다.

많은 탄소 및 유기물의 발견 그리고 결정구조안에 갇혀있는 물의 발견

NASA 고다드 우주비행센터의 분석가 다니엘 갤빈 박사는 해당 퀵 룩 팀이 탄산염과 더 복잡한 유기물을 모두 감지했다고 설명한다. 연구팀의 가장 주요 발견 중 하나는 매우 많은 양 탄소이다. 무게 기준으로 총량 대비 5%에 가깝다. 위 결과가 나오자마자 많은 과학자들은 크게 놀라며 소리쳤다고 한다.

또한 애리조나 대학교의 우주 화학자이자 오시리스-렉스의 수석 연구원 단테 로레타 박사는 샘플의 점토 광물에 함유된 수분 함량에 주목해야 한다고 설명한다. 그는 "결정 구조 안에 물이 갇혀 있다"고 설명하며 이를 통해서 이것이 무엇을 상징하는지 과학적으로 해석하기 시작했다고 한다. 그는 위 결과가 물이 지구에 어떻게 도착했는지에 관한 힌트를 제공해주는 결과라고 설명하며, 지구에 바다와 호수, 강과 비가 있는 것은 베누에서 볼 수 있는 것과 같은 45억년전의 점토 광물이 지구에 도착했기 때문일 것이라는 과학적 해석을 추론할 수 있다고 덧붙였다.

우리는 누구이며 어디에서 왔을까?

NASA(미항공우주국) 존슨 우주 센터에서 열린 브리핑에서 NASA 국장 빌 넬슨은 우리는 우리가 누구인지, 우리가 무엇인지, 우리가 어디에서 왔는지 알아내려고 노력하고 있다고 언급하며 우주라는 이 광활한 공간에서 우리의 위치는 어디일지 궁금증을 해결하고 싶다고 설명한다.

한가지 흥미로운 점은 탐사선이 "풍부한 샘플"을 가져온 것은 분명하지만, 과학자들은 베누가 실제로 얼마나 많은 양을 보유하고 있는지 아직 정확히 알지 못한다는 점이다. 9월 24일 유타주 사막에 착륙한 샘플 보관 통은 안전하게 보관되어 실험실에서 분석되기 시작했지만, 오시리스-렉스 우주선이 소행성 조각을 보관하는 데 사용한 내부 챔버는 아직 내용물을 완전히 비우고 무게를 측정하지 못했다. 탐사팀은 총 250그램 정도가 들어 있는 것으로 추정하고 있을 뿐이다. 연구팀은 이 추정치를 확증하려면 몇 주 더 세심하게 분석해야 한다고 밝혔다.

베누 먼지 연구에 대한 앞으로의 계획

전체 샘플이 추출되면 위 데이터와 결과들이 전 세계 연구자들과 공유될 예정이다. 약 100밀리그램은 영국으로 보내져 영국 국립보건원(NHM)의 킹 박사 연구팀과 오픈, 옥스퍼드, 맨체스터 대학의 협력자들에 의해 추가 연구가 진행될 것으로 예상된다.

오시리스-렉스 연구팀은 내년 3월에 열리는 달과 행성 과학 컨퍼런스(LPSC)에서 보고할 수 있도록 일련의 연구를 완료하는 것을 목표로 하고 있다. 또한 두 개의 주요 개요 논문이 동시에 '유성 및 행성 과학(Meteoritics & Planetary Science)' 저널에 게재될 예정이다.

NASA는 샘플의 70% 이상을 아카이브에 바로 보관하여 미래 세대를 위해 보존할 계획이며, 아직 태어나지 않은 미래의 과학자들이 현재 존재하지 않는 실험실에서 아직 발명되지 않은 최첨단 장비를 사용하여 연구할 수 있도록 지원할 계획이라고 한다.

존슨의 수석 과학자인 에일린 스탠스베리(Eileen Stansbery)는 지금까지 탐사 과정에서 얻은 과학적 지식과 베누의 샘플은 우주의 시작에 관한 방대한 지식의 시작점에 불과하다고 설명하며, 앞으로 밝혀질 수많은 신비로운 우주과학에 대한 기대를 한껏 높였다.