지난해 4월 물리학자 스티븐 호킹, 페이스북 공동 설립자 마크 주커버그, 러시아의 억만장자 투자가 유리 밀너는 지구에서 태양 다음으로 가장 가까운 별인 알파 센타우리까지 우주선을 보내는 ‘스타샷 프로젝트’을 발표했다.
알파 센타우리에는 외계행성 프록시마 b가 있다. 질량과 구성 성분이 지구 환경과 가장 유사한 행성으로 외계 생명체가 존재할 가능성이 있어서 큰 화제를 모았다. 알파 센타우리는 지구에서 4.37광년 떨어져 있다. 40조㎞다. 지금까지 개발된 가장 빠른 우주선으로 가더라도 3만년이 걸린다.
우주여행을 하는 우주선의 속도는 대단히 빨라야 한다. 스타샷 프로젝트에서는 비행시간을 줄이기 위해 ‘나노 우주선’을 띄울 계획이다. 크기가 휴대전화만 하고 무게도 28g 정도인 우주선이다. 이 우주선에 불과 몇 g에 불과한 3.5m 크기의 초박막 방패연 모양의 나노돛이 달린다. 우주선 동력은 지구에서 쏘는 레이저빔이다. 28g짜리 우주선에 100GW(기가와트) 레이저가 가해지면 엄청난 에너지가 만들어진다. 나노 우주선은 빛의 속도의 20%로 기존 우주선보다 1,000배 빨리 날 수 있다. 이 속도라면 20년 안에 알파 센타우리에 도달한다.
티엠 황 천문연구원 박사팀은 15일 광속의 20% 속도로 달리는 우주선의 경우, 우주공간에 있는 마이크론(㎛) 크기의 먼지 입자나 무거운 원소의 원자들도 치명적인 위협이 될 수 있다고 밝혔다.
우주공간이 고(高) 진공이기는 하지만 완벽한 진공이 아니라 먼지와 가스입자 등 성간물질이 존재한다. 성간가스는 주로 수소와 헬륨이 원자로 구성됐다. 알파 센타우리까지의 수소나 헬륨 원자는 대략 10의 18제곱개 가량 있는 것으로 계산됐으며 이 중에서 약 1.3% 정도는 수소나 헬륨 이외의 철, 마그네슘 같은 무거운 원소들이 분포돼있다. 천문학에서는 수소와 헬륨 이외의 원소는 무거운 원소로 분류한다. 먼지의 경우 대략 10의 5제곱개 정도로 추정된다.
연구팀은 먼저 알파 센타우리까지의 경로에 먼지 입자와 가스 원자가 어떻게 분포되어 있는가를 분석했다. 이를 토대로 이들 입자들이 우주선 표면을 얼마나 손상 시킬 수 있는지를 계산했다. 그 결과, 무거운 원소의 경우 우주선 표면을 0.1mm 깊이까지 손상 시킬 수 있으며 우리 눈에 보이지 않는 작은 먼지입자에도 우주선의 표면은 1mm까지 서서히 침식된다는 것을 밝혔다. 매우 드물기는 하지만 15마이크론(머리카락 굵기 정도) 이상의 먼지 입자가 초소형 우주선에 충돌하면 우주선 전체가 파괴될 수 있다.
연구결과를 바탕으로 티엠 황 박사팀은 초소형 우주선을 보호하기 위한 방법들을 제안했다. 하나는 원통형이나 직육면체 등과 같이 만들어 우주선 진행 방향의 단면을 작게 만드는 것이다. 우주선의 단면적이 작을수록 우주 먼지로부터 피해를 덜 받게 된다. 두 번째 방법은 그래핀과 같이 녹는점이 높고 강한 소재로 얇은 차폐막을 이중으로 만들어 우주선을 보호하는 것이다. 연구를 이끈 티엠 황 박사는 “이 연구는 광속으로 우주여행을 할 때 고려해야 할 사항을 천문학적인 관점으로 분석한 것”이라며 “이번 연구 결과가 가까운 미래 우주선을 설계하는 데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다. 본 연구는 천체물리학저널(The Astrophysical Journal) 3월 1일자에 게재됐다.
/문병도기자 do@sedaily.com
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