지난 2020년 12월 6일 태양계의 비밀을 간직한 자그마한 캡슐 하나가 지구로 도착했다. 일본이 2014년 12월 3일 쏘아 올린 하야부사2는 2018년 6월 27일 지구에서 약 3억 4000만 km 떨어진 평균 폭 약 850m의 탄소질 소행성 류구에 도착했고, 류구에 미네르바-II와 마스코트라는 이름의 로버 2대를 착륙시켰다. 이후 2019년 7월 11일 하야부사2는 소행성에 작은 폭발을 일으켜 류구의 지하 샘플을 채취해 귀환했다. 하야부사2는 태양계의 비밀을 간직한 5.4g의 시료가 담긴 캡슐을 지난 12월 6일 호주에 있는 사막에 떨어뜨려줬고, 일본항공우주개발기구 JAXA 측이 이를 회수했다. 우리에게 샘플을 전달해준 하야부사2는 다른 소행성 2001CC21과 1998KY26을 향해 떠났다.
소행성 채취 기술의 중요성
하야부사2는 앞으로의 임무까지 포함하면 20년 가까이 걸리는 대단한 프로젝트이다. 이렇게 대단한 프로젝트를 진행했음에도 우리가 얻은 것은 고작 5.4g의 시료와 착륙한 로버 2대 그리고 하야부사2가 그동안 보낸 기타 관측 자료 등이 전부다. 현재가 냉전 시대도 아니고 우주 기술을 그렇게 과시할 것도 아닌데 구태여 일본에서 큰 예산을 들여서 소행성을 탐사하고자 한 이유는 무엇일까?
우선 태양계의 비밀을 알 수 있다는 점이 중요한 이유이다. 우리가 살고 있는 지구도 태양계의 일부인데 지구를 시추하나 소행성의 샘플을 가져오나 다 똑같은 것이 아닌가라고 의아해할 수도 있지만, 소행성의 샘플이 주는 중요한 의미가 있다. 행성은 형성 이후 수많은 충돌로 성장했고, 이후 많은 상호작용을 거쳐서 태양계 형성 초기인 46억년 전과는 확연히 다른 모습을 보인다. 하지만, 소행성은 많은 충돌을 겪지도 않았고, 표면에서 일어나는 변화도 크게 없기 때문에 태양계 형성 초기의 물질을 간직하고 있을 가능성이 높다. 특히 하야부사2는 최초로 행성 지하의 물질을 가져오기 위해서 폭발을 일으키고 작은 크레이터를 만드는 노력을 들였다. 이를 통해서 태양에서 날아오는 우주선의 노출을 최소화한 시료를 채취해 그간 얻은 시료나 운석에 비해서도 더욱 값진 시료를 채취했다.
이런 태양계 형성 초기의 물질을 가져오면서 우리는 태양계 초기의 여러 가설에 대해서 검증해볼 수 있다. 지구 최초의 생명체를 설명하는 여러 가설 가운데서 외계 소행성의 유기 물질이 소행성과 지구의 충돌을 통해서 지구에 전달되어 생명체가 생겨났다는 가설이 있다. 샘플 분석에서 유기물질 분석을 통해서 이런 가설을 검증하는 좋은 단서를 얻게 된 것이다.
또한, 소행성 채취를 통해서 추후 경제적 이득을 기대해 볼 수도 있다. 최근 미국의 사우스웨스트 연구소에서는 소행성 16 사이키(16 Psyche)의 허블 망원경 관측 결과를 분석한 결과 자외선 흡수선에서 산화 철의 증거를 찾을 수 있었고, 이를 통해서 표면에서 태양풍으로 인한 산화가 일어남을 알 수 있었다. 이를 통해서 해당 연구진은 16 사이키가 완전히 철과 니켈로만 이루어진 소행성일 수 있다고 예상했다. 16 사이키는 행성이 될 뻔한 천체의 핵이 남은 것으로 예상되며, 지름이 수백 km에 달하는 이 소행성에 있는 모든 금속을 현재 가치로 환산한다면 $10,000,000,000,000,000,000 달러가 넘는, 현재 전 세계 GDP의 7만 배에 달하는 가치를 지닐 수도 있다고 보여진다.
현재의 소행성 채굴 기술
현재로서는 소행성에서 물질을 채취해 온 것은 하야부사 1호기의 아주 작은 양의 소행성 입자와 하야부사 2호기의 류구 토양 5.4g 정도가 전부로, 소행성에서 물질을 가치를 창출할 정도로 많이 채굴하는 기술은 없는 편이다. 그 이유는 간단히 소행성에서 많은 양의 시료를 채취해 오는 데에 드는 비용이 아직은 소행성에서 얻을 수 있는 이익보다 크기 때문이다. 현재 로켓을 포함한 발사체를 우주로 보내기 위해서 1kg당 평균 1만달러가 든다. 이로 인해서 아주 큰 비용이 들 수밖에 없으며, 불과 수백 kg의 탐사선을 보내 5g가량의 샘플을 얻어온 하야부사 2호 프로젝트에 들어간 예산이 약 1천6백억원 정도이다.
그럼에도 기술은 점점 발전하고 있다. 지금 현재에도 더 많은 소행성 채굴 프로젝트가 예정되어 있다. 2016년 9월 미국에서 출발해 지난 2020년 10월 소행성 베뉴에 착륙한 미국의 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)는 소행성에서 약 60g 이상의 표본을 채집하고 2023년 9월 귀환할 예정이다. 또한, 일본의 JAXA는 하야부사 MK2를 개발해 지구 근처의 물질들을 채집할 예정이다. 앞서 언급한 사이키 소행성 역시 미국 NASA의 주도로 민간 우주기업 SpaceX의 로켓을 통해 2023년 탐사하는 프로젝트가 예정되어 있다.
이러한 프로젝트를 넘어 앞으로는 비용 절감으로 인한 사업으로서의 소행성 채굴 역시 전망이 밝아 보인다. SpaceX의 경우 로켓의 1단 추진체를 회수하는 기술을 개발해서 로켓을 발사해서 우주 밖으로 탐사선을 보내는 비용을 획기적으로 절감했다. 이렇게 지구 밖으로 탈출한 탐사선은 기존의 연료 분사 방식과 달리 이온 추진 방식을 통해서 천천히, 그러나 훨씬 효율적으로 움직일 수 있을 것이다. 하야부사에도 탑재된 이온 추진 기술은 더 많은 탐사선에 탑재되며 서서히 발전해가고 있다.
이런 소행성 채굴 기술은 아주 먼 미래의 일 같지만 서서히 우리에게 다가오고 있다. 로켓, 탐사선 등 기술이 하나둘씩 개발되면서 가속이 붙고, 어느 날 지구의 광산이 완전히 구식이 될지도 모른다. 소행성 채굴 기술은 단순히 돈 많은 기업의 프로젝트가 아니다. 태양계 식민화의 첫걸음이다. 소행성의 물질을 채굴해가면서 우리는 점점 외계의 물질을 채굴해 오는 것에 익숙해질 것이다. 그러면 어느 순간 소행성, 다른 생성의 물질과 에너지를 채굴해서 태양계를 우리의 식민지로 만들 수 있을지도 모른다.
그렇다면 우리는 더 많은 자원을 더 싼 가격에 얻을 수도 있을 것이고, 지구의 광산에서 채굴할 필요가 없기 때문에 지구의 환경 문제에서 더 멀어지고, 자원 고갈 문제에서 더 멀어질 것이다. 결국 하야부사의 10g도 안되는 티끌 채집으로 시작된 소행성 채굴은 마침내 인류의 외계 확장을 통한 더 나은 삶으로 나아가는 포문이 될 것이다.
김선우 학생기자│Physics│지식더하기
참고자료
[1] Becker, T. M., Cunningham, N., Molyneux, P., Roth, L., Feaga, L. M., Retherford, K. D., . . . Walhund, J. (2020). HST UV Observations of Asteroid (16) Psyche. The Planetary Science Journal, 1(3), 53. doi:10.3847/psj/abb67e
[2] https://www.nasa.gov/psyche
[3] https://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/
첨부 이미지 출처
[1] https://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/
[2] https://www.hayabusa2.jaxa.jp/en/
[3] https://www.nasa.gov/
첨부 동영상 출처
[1] SpaceX, "The Falcon has landed" | Recap of Falcon 9 launch and landing, https://youtu.be/ANv5UfZsvZQ
