11월 태양 도착, 용암보다 뜨거운 열 받으며 최근접 시도
태양풍·코로나 집중 연구…황색왜성 등 항성 연구에도 기여
태양계 모든 생명의 근원이자 중심체인 태양에 대한 인류의 대탐사가 11일 시작된다.
미국항공우주국(NASA)은 이날 새벽 플로리다의 케이프 커내버럴 공군기지에서 ‘파커 태양 탐사선(PSP)’을 델타Ⅳ 대형 로켓에 실어 발사할 준비를 모두 마치고 카운트다운을 진행 중이다.
NASA 계획대로 순조롭게 진행되면 파커 탐사선은 오전 3시48분(한국시간 오후 4시48분)부터 45분 사이에 발사돼 7년간의 대장정에 오르게 된다.
10월 초에 금성을 처음 지나고 11월에 태양과 만나게 된다.
파커라는 이름은 60년 전에 이미 태양풍의 존재를 밝히며 태양 연구에 독보적 업적을 쌓은 우주물리학자 유진 파커(91) 박사에게서 따온 것이다.
NASA가 우주 탐사선에 생존학자의 이름을 붙인 것은 이번이 처음이다.
파커 탐사선에는 그의 사진과 논문이 실려있으며, 파커 박사는 케이프 커내버럴 공군기지에서 자신의 이름을 딴 태양 탐사선 발사장면을 지켜볼 예정이다.
파커 탐사선은 우주에 관심이 있는 사람들이 NASA에 제출한 100만명 이상의 이름도 함께 싣고 간다.
◇ 태양에 얼마나 가까이 접근하나 = NASA는 파커 탐사선의 임무 명칭을 ‘태양에 닿기'(Touch the Sun)로 정했다. 1천만도에 달하는 태양의 코로나를 뚫고 표면에서 600만㎞까지 접근하는 담대한 시도에 나서는 것을 상징적으로 표현한 것이다.
파커 탐사선은 태양에 가장 가까운 행성인 수성 궤도 안쪽에서 태양 주변을 24바퀴 돌게 된다. 첫 일주때 태양에서 2천500만㎞까지 근접한다. 이는 NASA의 헬리오스 2호가 4300만㎞까지 접근하며 지난 1976년에 세운 최근접 기록을 단숨에 갈아치우는 것이다.
NASA 태양 탐사 프로젝트 과학자인 존스 홉킨스 대학의 니콜라 폭스 박사는 이를 100야드짜리 미식축구장에 비유해 설명했다. 지구와 태양이 축구장 양쪽 끝에 있다고 치면 수성은 태양 쪽에서 35야드, 헬리오스 2호는 29야드, 파커 탐사선은 4야드 지점에 있는 것으로 볼 수 있다고 했다.
파커 탐사선은 태양궤도를 돌 때마다 점점 더 태양 속으로 가까이 가게 되며 2024~2025년에 3차례 최근접 비행을 하고 산화하게 된다.
◇ 어떤 임무 수행하나 = 파커 탐사선은 어떤 우주선도 접근하지 못했던 태양 대기 속으로 들어가 태양 대기의 가장 바깥층을 구성하고 있는 코로나가 태양 표면보다 수백, 수천배 더 뜨거운 이유를 규명하게 된다.
또 우주로 전하를 가진 입자를 지속적으로 흘려보내는 태양풍의 원인도 찾게 된다. 태양풍은 멀리는 해왕성까지도 영향을 미치는데, 지구에서는 이 때문에 통신시스템 장애나 정전 등 실질적인 피해가 일어나기도 한다. 이는 또 우주비행사들에게 치명적 위험이 될 수도 있다.
이런 임무들은 파커 탐사선이 태양에 더 가까이 다가가야 명확하게 규명하고 확인할 수 있는 것들이다.
NASA 메신저호가 지난 2011년부터 4년간 수성 궤도를 돌며 태양풍에 관한 자료를 수집했지만 거리가 너무 멀어 한계가 있었다.
파커 탐사선은 지금까지 이론이나 원거리 관측 등을 통해 불확실하게 정립된 이론을 현장에서 확인하고 새로 규명하는 임무를 수행하게 된다.
이를 통해 태양은 물론 우리은하의 태양급 황색왜성이나 다른 항성에 대한 이해를 넓힐 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
◇ 용암보다 뜨거운 태양열 어떻게 견디나
NASA는 이번 파커 태양 탐사프로젝트에 총 15억달러를 투입했다.
지난 1958년 NASA를 창설할 때부터 태양 탐사는 기본 목표였으며, 첨단 기술이 총 동원된 덕분에 60년만에 꿈의 실현에 나서게 됐다.
파카 탐사선의 속도는 시속 69만㎞에 달한다. 미국 시카고에서 중국 베이징까지 1분에 주파할 수 있는 속도로 인간이 만든 비행체 중 가장 빠르다.
그러나 용암보다 더 뜨거운 열 때문에 불가능할 것처럼 보였던 태양 탐사가 실현된 것은 승용차 크기의 탐사선을 감싸는 2.4ｍ 크기의 ‘열 방패’가 1등 공신이다.
NASA 연구팀이 개발한 열보호시스템(TPS)은 탄소 강판 사이에 탄소복합재를 넣는 첨단기술을 활용해 절연체를 만들고 바깥에는 흰색 세라믹 페인트를 칠해 열을 최대한 반사하게 했다. 두께는 11㎝에 불과하지만 최대 화씨 3천도(섭씨 1650도)를 견디며 실내온도를 30도 안팎으로 유지한다.
다행인 것은 코로나의 온도가 수백만~1천만도에 달하지만 선체에 가해지는 열은 화씨 2500도(섭씨 1400도) 정도라고 한다. 온도는 입자가 얼마나 빨리 움직이는지를 나타내고, 열은 이 입자가 전달하는 에너지 양이 얼마나 되는지를 보여주는데 우주에서는 이 입자가 많지 않아 온도가 나타내는 만큼 선체에 강한 에너지가 전달되는 것은 아니다.
그렇다고 해도 화씨 1300~2200도(섭씨 700~1200도)인 용암보다 더 뜨거운 열을 견딘다는 것은 TPS가 없었다면 상상조차 어려운 일이라고 할 수 있다.
파커 탐사선은 마지막 비행을 할 때 쯤이면 연료가 모두 떨어져 더는 조종을 할 수 없게 돼 선체가 녹아내리고 열방패만 남는 것으로 최후를 맞게 된다고 한다.
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