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소행성 ‘베누’의 먼지 한 줌과 생명체의 기원

소행성 ‘Bennu’와 생명체의 기원

 소행성 베누(Bennu)는 아폴로 소행성군에 속한 약 6년마다 지구에 근접하여 지나가는 작은 소행성이다. 1999년 9월 11일 리니어 프로젝트로 발견된 B형 소행성 중 하나로 지름은 500m가 채 안되는 소행성이지만, 지구에 근접하는 성질 덕에 2135년엔 달과 지구 사이를 지나가 충돌 가능성이 있는 지구 접근 천체이다. 심지어 2182년 지구 충돌 확률은 1800만분의 1에 다다르고 2060년에 지구와 75만 km의 거리로 근접한다. 이후 22세기 말에 베누가 지구와 충돌할 확률은 2700분의 1로 위험하다. 물론 낮은 가능성이지만 NASA는 만일에 대비하여 이미 베누의 궤도를 바꿀 우주선을 고안하고 있다. 아래의 그림을 보면 Bennu의 크기를 실감할 수 있을 것이다. 소행성이 태양계 주변을 어떻게 도는지를 보면 지구와 충돌 가능성이 있다는 것 또한 이해가 될 것이다. 명칭은 미국 대학생들의 공모로 이집트 신화의 베누의 이름을 땄다.


소행성 Bennu의 크기 비교

태양계 행성과 소행성 Bennu의 궤도 비교

 베누가 다른 소행성에 비해서 많은 관심을 받는 이유는 역시나 지구에 충돌할 가능성이 있기 때문이다. 베누의 밀도 파악을 위한 검체 체취와 베누 표면 물질 조사를 위한 무인 탐사선 Osiris-Rex는 2016년에 발사되어 베누에 도착했다. 낮에는 섭씨 127도, 밤에는 영화 73도까지 내려갈 정도로 일교차가 큰 베누는 극도로 어두운 소행성으로 표면 반사율이 4%밖에 안된다. 이는 아스팔트보다 어두운 색을 가졌다는 것인데, 2018년 하반기 관측 결과에 따르면 탄소질 소행성 C형의 하위 그룹인 F형 소행성에 속하며 베누가 혜성에서부터 생겨났을 가능성이 높으며 현재까지 표면에 물이 존재할 가능성이 있다고 한다.


Bennu로 쏘아올린 탐사선, Osiris-Rex

 베누의 파편을 얻기 위한 탐사는 2016년에 시작되었다. 당시 NASA는 폭 500m 정도의 소행성을 향해 Osiris-Rex 탐사선을 발사했다. 탐사선이 목표까지 도달하는데는 2년이 걸렸다. 즉, 지구에서 베누까지 2년이 걸린 것이다. 그리고 탐사선이 우주 암석의 표면에서 토양 샘플을 채취할 수 있는 위치를 확실하게 파악하기까지 또 2년이 걸렸다. 이렇게 총 4년의 과정을 통해 마침내 베누의 표면에서 한 줌의 토양 샘플을 확보하였고, 이제 지구로 이를 전송할 예정이다.


 Osiris-Rex가 담고 있는 이 자그만한 캡슐에는 귀중한 화물이 있다. 산 하나 정도의 크기인 소행성 베누에서 채취한 한 줌의 먼지는 ‘우리는 어디서 왔는가?’라는 심오한 질문에 대한 답을 줄 수 있는 우주 물질이 들어 있는 것이다. 탐사 책임자인 단테 로레타 교수는 ‘소행성 베누에서 채취한 물질 250g을 지구로 가져온다면, 우리는 지구보다 앞서 존재했던 물질, 어쩌면 태양계 이전에 존재했던 알갱이까지도 볼 수 있게 될 것’이라고 말했다. 우리 모두, 전인류에 걸친 퍼즐을 풀 수 있는 기회이다. 지구는 어떻게 형성되었고 왜 인간이 살 수 있는 환경이 만들어졌으며 바다는 물을 어디에서 얻었고 대기의 공기는 어디서 왔을까? 그리고 가장 중요하게도, 지구의 모든 생명체를 구성하는 유기 분자의 원천이 무엇인지 밝혀낼 수 있을 것이다. 지구상의 모든 살아있는 생물은 유기 분자로 이루어져 있는데, 다른 분자들과는 다르게 유기 분자들의 고유한 특성에 의해서 모든 생명이 창조되었다고 해도 무방하다. 이 유기 분자의 기원을 밝혀내는 것은 매우 필수적이다.


 NASA의 엔지니어들은 그동안 Osiris-Rex의 최종 궤도를 조정해왔다. 그들은 지구로 캡슐을 투하하기 위한 최종 발사 여부를 결정했고, 2023년 9월 말에 Osiris-Rex에서 보낸 탐사 캡슐이 소총 탄환 속도의 15배가 넘는 속도로 대기권을 뚫고 떨어질 예정이다. 캡슐은 물론 대기권 진입 과정에서 불타오르겠지만 열 차폐막과 낙하산이 하강 속도를 늦추고 아래 그림과 같이 유타주 서부 사막에 연착륙할 수 있게 도울 예정이다. 지구 도착 4시간 13분 전에 캡슐을 분리하여 13분 전 시점에 시속 4만km가 넘는 속도로 대기권에 진입한다. 10분 50초를 남긴 시점에서 지상 3만미터 상공에서 보조 낙하산을 전개하고 5분 10초를 남겼을 때 주 낙하산이 펴지며 하강한다. 그리고 마침내 10mph의 속도로 지구의 지면에 접촉하게 된다. 아래 그림은 NASA에서 제공한 Osiris-Rex가 보낸 캡슐이 지구로 귀환하는 과정을 그린 그림이다. 지구로의 예상 낙하지점 또한 NASA에서 제공하였다.


Osiris-Rex가 보낸 캡슐이 지구로 귀환하는 과정이다. 예상 낙하 지점은 유타주 서부 사막 지역이다.

Bennu의 토양 샘플을 담은 캡슐의 예상 낙하 지점

소행성 베누 표면 중 어느 부분을 채취할지 선택의 중심에 영국의 록 전설이자 천체 물리학자인 브라이언 메이 경이 있었다. 퀸의 기타리스트인 그는 스테레오 이미징 분야 전문가이다. 그는 다른 각도에서 피사체를 촬영한 두 장의 사진을 정렬해 원근감을 가진 3D 뷰를 만드는데 탁월하다. 그와 공동 작업을 하는 클라우디아 만조니는 베누에서 샘플 채취할 수 있는 후보지를 선정하기 위해 이러한 작업을 했다고 한다. 그리고 가장 접근하기에 안전한 장소를 골랐다.


 2020년 10월 20일, 샘플을 채취하는 순간은 놀라움 그 자체였다. 아래 영상은 Osiris-Rex 탐사선이 베누에서 샘플을 채취하는 영상이다. Osiris-Rex는 3m 길이 기둥 끝에 무언가를 부착할 수 있는 장치를 달고 소행성으로 내려갔다. 채취에 대한 구상은 표면을 두드리는 동시에 질소 가스를 분출해 자갈과 먼지를 걷어내는 것이다. 그런데 현장에서 일어난 일은 충격적이었다. 채취 장치가 표면에 닿자 표면은 액체처럼 갈라졌다. 아래 영상에서 볼 수 있듯이 가스를 발사하자 10m 정도가 푹 파이며 장비가 더 내려갔다. 질소 분출은 그 압력으로 인해 직경 8m 분화구를 만드는 폭발을 일으켰다. 이 폭발에 물질이 사방으로 튀었고, 결정적으로 채취 상자에도 이 물질이 담기게 되었다.


Bennu에서 온 먼지 한 줌

 이렇게 채취된 샘플이 드디어 지구에 도착했다. Orisis-Rex는 7년에 걸친 70억km의 왕복 여정을 끝내고 캡슐을 지상에 안전하게 도착 시키는데 성공했다. 도착한 샘플은 전문 분석 공간이 마련된 텍사스의 존슨 스페이스 센터로 이동하였고, 런던 자연사 박물관의 애슐리 킹 박사를 시작으로 과학자들이 이를 분석하기 시작할 것이다. 앞서 말했듯이 지구의 생명체의 기초를 이루는 유기 분자의 기원을 찾는 것이 사실상 이 프로젝트의 핵심이라고 할 수 있는데, 지구의 주요 구성 요소 기원을 설명하는 이론들 중에 우세한 시각이 지구 역사 초기에 베누와 같은 소행성들과 지구가 충돌하며 여러 구성 물질이 지구에 전해졌다. 분석 전에는 베누의 광물 안에 많은 물이 함유되어 있을 것이라고 추측했다. 과학자들은 이 물에 들어있는 수소 원자의 비율이 지구의 바닷물과 비슷한지 분석해보았다. 일부 전문가들은 지구 생성 초기에 지구가 너무 뜨거워서 물이 증발해버렸다고 한다. 만약 베누와 지구의 물 성분이 일치한다면 이는 소행성 충돌이 지구의 바닷물 증가에 중요한 역할을 했다고 할 수 있을 것이다. 또한 베누는 아마 질량 기준 약 5~10%의 탄소를 포함하고 있을 것이다. 이는 초기 지구에 우주에서 복잡한 분자가 물처럼 유입돼 생명 활동이 시작된 것일지에 대해 답을 줄 것이다. 샘플에 들어 있는 모든 탄소 기반 분자들을 살펴보는 것은 초기 분석에 진행되었다.


예전부터 운석 연구를 통해 다양한 유기 분자의 구성을 관찰할 수는 있었지만 운석이 오염된 경우가 많았던 반면, 이번 샘플 회수는 베누의 원시 유기 성분을 파악할 수 있다는 점에서 중요한 기회이다. 로레타 교수는 ‘우리는 이러한 운석에서 단백질에 사용되는 아미노산을 실제로 발견한적이 없습니다. 이번 기회를 통해 외계유입설(소행성이 생명체의 구성 요소의 원천이었다는 이론)에 대해 더 잘 이해할 수 있을 것 입니다.’라고 했다. 연구 결과, 빌 넬슨 NASA 국장은 캡슐에 들어있는 돌과 먼지에는 물과 많은 양의 탄소를 포함하고 있으며 베누와 같은 소행성들이 생명체의 기본 요소를 지구에 전달했을 가능성을 규명하는데 큰 도움이 될 것 이라고 했다. 그들은 첫 번째 분석 결과, 점토 광물 속에 물이 상당히 많이 함유되어 있으며 광물과 유기 분자 모두에 탄소도 검출되었다고 한다. 60g을 훨씬 넘는 이 샘플은 지금까지 얻었던 소행성 샘플 중 가장 탄소가 많으며 탄소와 물이 우리가 찾고자 하는 핵심 물질이라고 했다. NASA의 Orisis-Rex 탐사 덕에 소행성에서 얻은 샘플을 가지고 인류의 기원을 파해치는 일에 큰 진전을 얻을 수 있었다.


 

최성림 학생기자 | Physics & Earth Science | 지식더하기


참고자료

[1]    https://science.nasa.gov/solar-system/asteroids/101955-bennu/

[2]    https://www.bbc.com/korean/international-66899560

[3]    https://science.nasa.gov/mission/osiris-rex/


첨부 이미지 출처

[1~4]    https://www.bbc.com/korean/international-66899560


첨부 동영상 링크

[1]    https://www.youtube.com/watch?v=xj0O-fLSV7c


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