제주대학교

2024년 03월 3주차

BOOK SUMMARY

인문

우리가 우주에 가야 하는 이유

저자 폴윤 (지은이)
출판 EBS BOOKS
출간 2023.12

나사 태양계 홍보대사 폴 윤 교수가 들려주는 오늘의 우주 이야기

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우리가 우주에 가야 하는 이유

인류의 호기심은 멈출 수 없다

NASA 외계행성과학연구소장 찰스 바이크만은 제임스 웹 우주망원경같은 관측 수단을 동원해 끊임없이 외계행성을 탐색하고 또 탐험하는 이유로 호기심을 꼽았다. “인간은 태초부터 호기심이 많은 동물이고 호기심은 지금까지도 사라지지 않았으며 더구나 탐험은 ‘인간의 본성이기 때문이다.” 무수한 이유가 있겠지만 인간이 무엇을 발견하고 고안하고 찾아나서는 데 있어 호기심보다 더한 이유는 아직 발견되지 않은 듯하다.

우주시대에 필요한 인재라고 하면 일단 뭔가 거리감부터 느껴진다고나 할까. 우리 일상에서 만나기 어려운 천재 같은 사람들이나 하는 일 같다. 하지만 1997년부터 제임스 웹 우주망원경의 ISIM(통합과학장비모듈) 프로젝트 선임연구원으로 일한 매튜 그린하우스는 “제임스 웹 개발에 참여한 사람들은 출신도 배경도 제각각이고, 우리 주변에서 볼 수 있는 평범한 사람들”이라고, 다만 그들이 다른 점이 있었다면 “자신의 모든 걸 연구에 바친 것일 뿐”이라고 했다. 믿기 어렵겠지만, 그의 말은 진실이다. 핵심은 호기심과 상상력. 그리고 헌신.

어떻게 보면 지구는 우주의 축소판이라고 할 수 있는데, 이 지구에서 무언가를 관찰하고 탐구하는 것을 좋아하는 호기심 많은 사람이라면 일단 우주 인재로서의 기본 자질을 갖춘 셈. 해보지 않은 것, 보이지 않은 것을 상상할 수 있는 지적 호기심을 가진 사람이 제1의 조건이다.

두 번째로는 도전 정신이 있어야 한다. NASA에서 엑소플래닛, 즉 태양계 외 행성 탐사를 제안했던 윌리엄 보루키(William J. Borucki)라는 과학자가 있다. 엑소플래닛에 아무도 관심을 가지지 않던 1980년대부터 관심을 가지고 꾸준히 탐사 제안서를 냈지만 번번히 거절당했다. 한두 번만 거절당해도 그 일을 추진하기 어려운데, 그는 포기하지 않고 계속해 나가며 케플러 망원경의 기반을 만들었고, NASA는 2009년 3월 케플러 망원경을 우주로 발사했다. 이후 케플러는 9년 동안의 행성 탐사를 통해 2,681개의 엑소플래닛을 발견하며 태양계 외에 존재할지도 모를 또 다른 우주의 존재를 밝혔다. 천문학자들의 시야를 확장해 준 것이다.

한편 이제 우주 인재라면 단순한 지적 호기심을 넘어 인류학적인 측면에 대한 고민이 있어야 한다. 내가 하는 일이 인류에 도움이 될 것인가, 우리의 삶을 보다 낫게 해 줄 것인가에 대한 사회적인 고민과 인류애에 바탕한 철학이 있어야 한다. 단순히 지금의 세대만이 아니라 미래 세대까지 생각하는 품 넓고 따뜻한 마음이 필요하다.

지적인 측면에서 보면, 당연한 이야기지만 과학적 사고뿐 아니라 학문적 연마가 필요하다. 실제 우주 탐험과 개발은 단순히 상상의 영역이 아니다. 아주 미세한 물리적 오류도 용납되기 어려운 분야다. 일단은 보통 사람들은 이름만 들어도 고개를 흔들, 머리에 김이 모락모락 피어오를 거 같은 분야들이겠지만 우주 산업에 종사하기를 꿈꾼다면 과학(Science), 기술(Technology), 공학(Engineering), 수학(Mathematics)에 대한 공부는 기본이다. 최근에는 여기에 예술(Art)적 소양까지도 더해져야 한다고 하는데, 이를 한데 아울러 스팀(STEAM)교육으로 부르기도 한다.

수학자나 공학자가 주로 인류가 우주로 나가 정착하는 데까지 역할을 수행한다면, 실제 거주와 관련해서는 우주에서 입을 패션을 연구하고, 고독하고 폐쇄된 공간에서 사람들의 마음을 어떻게 달랠 수 있을까를 연구한다든지, 우주에서 어떻게 반려동물과 함께 살 수 있을까, 우주에서 근육 손실, 골다공증 및 방사선에 의한 신체 손상을 효율적으로 막을 수 있는 방법은 무엇일까 하는 일상의 문제들을 고민하고 그 해결책을 강구하는 인재가 필요하다.

그리고 우주 인재라면 무엇보다 지구 중심적 사고에서 벗어나야 한다. 중력이 지배하는 지구를 기준으로 생각하면, 우리의 상상력과 문제 해결 능력은 제한적일 수밖에 없고, 지구에서 유효한 해법이 우주에서는 무용지물일 확률이 크다. 정말이지 우주엔 별들의 수만큼 해법이 있지 않을까.

바이오시그니처를 찾아서

지구 밖에 과연 생명체가 살고 있을까, 하는 문제는 인류가 아주 오랫동안 품어 온 의문이다. NASA 역시 지난 60여 년간 지구 밖 외계 생명체에 대해 관심을 가지고 연구와 탐사를 지속하고 있다. 그렇다면 생명체가 존재한다는 것은 어떤 의미일까? 생명체가 존재하고 진화하는 데 필요한 것은 무엇일까. NASA는 두 가지 관점으로 접근하고 있는데, 하나는 일단 이 지구환경을 근거해 생각할 때 생명체 존재와 진화의 핵심 조건을 물이라는 것이고, 하나는 메탄이 존재하는 곳에서도 가능하다는 생각이다.

먼저 물 찾기와 관련해 NASA는 지구의 달과 목성의 달인 유로파에 주목하고 있다. 2021년 NASA는 화성 탐사선 퍼서비어런스를 화성 착륙에 성공시키며 화성에서 생명체 흔적(biosignature)찾기와 거주 가능성 등을 탐색하는 작업을 하고 있다. NASA는 화성을 뛰어넘어 더 먼 곳에 위치한 세계로의 탐사를 이어 나가고 있다. 목성과 토성에는 달이 많은데 그중 목성의 달 중 하나인 유로파의 표면에 물이 존재할 가능성에 주목하고 있다.

유로파 표면 아래엔 지구 바닷물의 2배가 넘는 거대한 바다가 숨겨진 것으로 알려지며, 2016년에 NASA는 허블 우주망원경을 이용해 유로파 대기에서 수증기가 뿜어져 나오는 모습을 관찰하기도 했다. 이에 NASA는 ‘유로파 클리퍼 미션(Europa Clipper Mission)을 계획했다. 2024년에 탐사선인 유로파 클리퍼를 보내 물과 생명체 형성에 필요한 화학 요소의 존재 여부, 생명체를 지탱하기 위해 필요한 에너지 전달 과정 등을 탐사할 계획을 세우고, 이미 미 의회에서 관련 예산을 통과시켰다. 클리퍼(Clipper)는 19세기 날렵하게 항해하던 돛단배의 한 종류다. 클리퍼는 2024년 10월 유로파로 향한다.

토성 탐사와 관련해서는 토성계 타이탄 미션(Titan Saturn System Mission)이 있다. 토성의 달 중 가장 큰 타이탄에는 메탄 호수가 있다. 생명체는 물을 통해서 존재, 진화할 수 있지만 메탄 호수를 통하는 방법도 충분히 가능하다. 생명체에 산소만이 의미가 있다는 것은 어쩌면 지구적 시각일 수 있다. NASA는 2028년 무인 드론 탐사선인 드래곤플라이를 타이탄에 보내 그곳의 대기층을 조사할 예정이다. 또 오랫동안 관심을 가져 온 화성 역시 과거에 물이 존재했고, 지금은 얼음 상태로 존재하기 때문에 생명체의 흔적을 찾을 수 있는 확률이 높다고 보고 있다.

한편 제임스 웹 망원경은 엑소플래닛, 그러니까 우리 태양계 밖에 존재하는 외계행성(exoplanet)중에서 표면에 물의 분포가 보이는 행성을 관찰하기도 했다. 밤하늘에 빛나는 하나하나의 별은 각자의 태양계의 중심이며 최소 하나 이상의 행성을 갖고 있을 것으로 예측된다. 그런데 이 별들은 온도가 저마다 다 다르다. 태양의 역할을 하는 별과 너무 가까우면 표면에 물이나 액체가 모두 증발해 버리겠고, 너무 멀면 얼어 버릴 것이다. 하지만 적절한 거리를 유지한다면 표면에 물이 액체 상태로 유지될 수 있어 생명체가 존재할 수 있는 환경이 만들어질 수 있다. NASA는 그런 외계행성을 찾고 있다. NASA와 MIT가 협력해 쏘아올린 우주망원경 테스의 큰 관심사 역시 생명의 흔적이 있는 외계행성을 찾는 것이다. 표면에 액체가 존재할 수 있을 정도로 태양의 역할을 하는 별로부터 적정하게 떨어진 거리에 위치한 행성을 관찰하고 있다.

많은 과학자와 NASA는 외계에 생명체가 있다면, 또 그들이 고등 문명을 가졌다면 인류처럼 전파를 이용할 것이라는 생각을 하고 있다. 바이오시그니처(Biosignature), 그러니까 생명체의 존재를 증명할 지표를 얻기 위해 한 방법으로 테크노시그니처(technosignature)를 이용한다. 테크노시그니처는 라디오 시그널 같은 것을 보내서 외계로부터의 반응을 측정하는 것이다. 다른 생명체가 방사하는 전자, 방사선, 자기 파동, 무선 통신 등을 측정한다. 결국 대중들이 많은 관심을 가지고 있는 외계인의 존재 가능성을 찾는 과정의 일부다. NASA는 그동안도 이런 연구를 지원해 왔는데, 앞으로는 좀더 적극적으로 관련 연구를 진행할 것으로 보인다.

스페이스 비즈니스를 선도하는 ‘퍼스트 무버들

4차 산업 시대에는 무엇보다 위성 통신망 구축이 중요하다. 수많은 정보를 처리하고, 그 정보로 서비스를 제공하는 데에는 인공위성이 필수적이다. 현재 인공위성을 발사하는 일은 전 세계적으로 널리 알려진 우주 개발 업체 스페이스X가 압도하고 있다. 스페이스X는 위성을 통한 초연결 통신 프로젝트인 스타링크를 추진하고 있는데, 이는 근지구상에 설치한 위성을 활용하여 지구 전 지역에서 인터넷 통신이 가능하게 하는 기술이다. 스페이스X는 이를 위해 4만 2,000여 기의 위성을 배치해 군집 운영할 계획이다.

위성을 통한 서비스가 초기에는 광케이블에 비해 경쟁력이 약하겠지만 장기적으로는 점점 나아질 것이다. 산악 지역이라든지 보수 유지 같은 면에서 유리한 점이 상당히 많다. 어떤 기업이 큰 그림을 그릴 때는 그런 장기적 안목을 갖는 것이 중요하다. 단기적으로는 약하지만 장기적으로 유리한 측면이 큰 것을 바라볼 수 있어야 한다. 초기에는 비용이라든가 기술적인 한계라든가 하는 장벽 때문에 경쟁력이 약해 보일 수 있다. 하지만 가능성을 바라보는 게 중요하다.

기술적 한계 때문에, 비용 때문에 지금은 실행하기 어려운 프로젝트들도 시간이 지나면 기술이 발전하고 관련 기술의 비용도 감소하게 되기에 실행 가능해진다. NASA는 하나의 프로젝트가 제안되었을 때 기술적 한계와 자금의 제약으로 추진하기 힘들 경우 충분한 시간을 갖고 철저한 준비로 성사시킨 경험을 많이 갖고 있다.

NASA뿐 아니라 우주 산업에 도전하는 수많은 스타트업들은 당장에 눈에는 보이지 않는 가능성을 바라보는 것이다. 지금 시작하는 일이 불가능한 미션처럼 보일지라도, 우주정거장을 짓고 로켓을 쏘아 올리고, 그와 관련된 인프라를 갖추는 작업을 차근차근 해 나간다. 실패를 거듭하면서도 이들은 앞으로의 10년 후 아니 그보다 훨씬 더 먼 미래를 바라보고 나아가고 있다.

이른바 선진국들이 잘하는 지점이 바로 여기에 있다. 지금 당장 돈이 안 되더라도, 기술 증가와 비용 절감이라는 시간의 함수로 봤을 때 비용 절감과 수익 창출은 반드시 다가오는 미래라는 것을 믿는 것이다.

한국의 발사체 스타트업으로는 이노스페이스와 페리지에어로스페이스가 대표적이다. 이노스페이스는 국내 기업으로는 처음으로 고체 연료와 액체 연료를 병합한 하이브리드 엔진을 장착한 발사체를 브라질 우주센터에서 발사하는 데 성공했다.

스타트업 생태계가 탄탄한 미국은 두말할 나위가 없다. 발사체, 위성, 위성서비스를 넘어 우주 탐사까지 다양한 분야에서 참신한 아이디어를 무기로 외부 투자를 받아 사업화에 나선 기업들이 속속 등장하고 있다.

근지구에 인공위성을 발사해 서비스를 하려는 기업은 계속해서 늘어날 것이다. 자율주행, 인터넷, 모든 것이 연결되는 IoT, 하늘을 나는 도심 비행차 등 4차 산업혁명을 위해서는 상당히 많은 데이터 처리 능력이 필요한데 이에 필요한 것이 근지구에 떠다니는 인공위성이다. 앞으로 20~30년 이내에 이 근지구 인공위성 서비스가 산업에서 핵심적인 경제 성장의 동력이 될 것이다. 우주 여행과 우주 자원 개발은 그 이후 경제 성장 동력으로 자리 잡을 것으로 예측한다.

재사용 로켓 산업

2015년 12월 21일, 팰컨 9의 첫 재착륙이 성공한 바로 그 순간, 스페이스X는 우주시대의 상징으로 우뚝 섰다. 2016년 4월에는 해상 바지선에 착륙하는 데 성공했고, 2017년에는 한 번 발사했던 로켓을 다시 발사하는 데 성공했다.

이후 스페이스X의 기술은 빠르게 진보해 왔다. 처음엔 재사용 전 수개월의 보수 기간이 걸렸지만 최근에는 간단한 점검 후 다시 발사할 수 있을 정도가 됐다. 재사용 기록도 갱신을 거듭, 현재 누적 16회를 기록 중인데 이는 당초 호언장담했던 10회를 훌쩍 넘어선 결과다.

재사용 발사체는 우주 개발의 패러다임을 바꿨다. 발사체를 더 싸게 더 자주 쏘아 올릴 수 있게 됨으로써 우주 개발의 진입장벽이 소위 ‘우주 경제란 용어가 나올 정도로 낮아졌다.

재사용 로켓은 혁신이다. 인류가 우주 밖으로 나가는 데 걸림돌이 되는 경제적 문제를 해결할 수 있는 계기를 마련하게 된 것이다. 우주에서 정보 수집이라든지 과학 탐사를 하는 데 있어서 엄청난 비용 절감을 가져올 것이다. 스페이스X가 인류 역사에 남길 가장 중요한 역할이 아닐까 싶을 정도이다.

스페이스X의 팰컨 라인은 한 번 발사하는 데 5,000만 달러 정도가 드는데, 일론 머스크는 향후 500만 달러까지 비용을 감소시킬 수 있다고 이야기한다. 사실 5,000만 달러도 이전에 비하면 10분의 1수준인데, 500만 달러는 그에 비하면 100분의 1 수준으로 떨어진 것이다. 이 정도면 개인이 지불할 수 있는 수준이다. 그렇게 된다면 우주 산업이 가속화하고 실질적인 경제 효과를 창출할 날이 머지않을 것이다. 스페이스X의 등장이 의미하는 것은 우주 산업이 민간 영역에서 이익을 창출할 수 있는 기반을 다진 것이다.

스페이스X는 기존 연료뿐 아니라 산화 액체 산소와 케로신을 연료로 사용하고, 재사용 발사체 개발, 바다 착륙 방법 강구 등을 통해 다양한 비용 절감 방법을 시도하고 있다. 이전에는 발사체를 한 번 쓰고 나면 버려야 했는데 재사용하게 되면서 비용이 줄고, 그렇게 보전한 비용은 성능 개선과 유지 보수에 사용할 수 있어 다른 업체와의 경쟁에서 우위를 점할 수 있다. 결과적으로 우주 발사체도 한 번 사용에 그치지 않고 비행기처럼 계속해서 재사용하기 위한 노력인 것이다.

이렇게 비용이 현실화된다면 많은 나라와 기관들이 우주로 물건을 보내는 일이 보다 용이해지고 빈번하게 이뤄질 수 있어서, 이전과는 비교할 수 없이 많은 실험과 연구를 시도해 볼 수 있다. 향후 스페이스X가 제작한 스타십은 100명의 승객을 태워 출발지에서 우주 밖으로 나갔다가 지구 내 어떤 종착지에도 1시간 이내에 도착하는 것을 목표로 한다. 재사용 로켓은 단순히 그것의 제작비 절감 문제에서 나아가 새로운 우주시대를 열었다는 보다 큰 의미가 있다.

지구 속 화성, 유타 화성 기지

미국 유타에 있는 헌츠빌(Huntsville)이라는 동네는 허허벌판이다. 빨간색 토양도 있고 이곳이 진짜 화성인지 지구인지 헷갈릴 때가 있을 정도다. 화성학회(TMS)는 20년 넘게 남극의 데본섬에 있는 플래시라인 화성 북극 연구기지 FMARS(Flashline Mars Arctic Research Station)와 유타에 있는 화성 사막 연구기지 MDRS(Mars Desert Research Station) 두 곳의 모의 화성기지를 운영하고 있다.

이 중 유타에 있는 MDRS에는 과학자, 공학자 및 다양한 분야의 전문가들이 세계 각처에서 와서 화성과 유사한 환경에서 이런 저런 실험을 하고 있다. 화성 같은 곳은 우주선 밖으로 나가면 방사선이 매우 심한데, 하루 방사선 양이 지구에서 1년 내내 쬐는 방사선량과 같을 정도다. 그러니 우주선 밖으로 나갈 때는 반드시 우주복을 입어야 하는데, 이런 것들을 이곳에서 실험해 보는 식이다.

스페이스X와 누리호처럼 외계로 나갈 때 필요한 운송수단도 중요하지만, 목적지에 도착했을 때 그곳에서 어떻게 생활할 것인가도 매우 중요한 문제다. MDRS에서는 화성에서의 실제 생활을 염두에 둔 연구와 실험을 한다고 보면 된다. 식물도 키우고, 사람이 폐쇄 공간에 오래 있으면 심리적으로 어떤 문제가 생기는지도 세세히 따져 본다.

화성까지 가는 데는 6~8개월이 걸리고 오는 데 또 그만큼 걸린다. 2년 가까운 시간을 오롯이 우주선이라는 폐쇄된 공간에서 지내야 하는데, 이건 사람에게 엄청난 스트레스 상황이다. 정신적 문제를 야기할 가능성이 크다. 그와 같은 상황을 대비해 충분히 연구가 이뤄져야 한다.

또 한 명이 아니라 여러 명이 함께 가다 보면 사람 사이에 갈등이 생길 수 있다. 그럴 때 갈등을 어떻게 해소할 것인지, 그런 문제를 최소화하기 위해서 탑승자를 꾸릴 때 어떤 점을 고려해야 할지 컨퍼런스를 통해 필요한 정보를 취득하고 나눈다. 그렇게 취득한 내용들을 실질적으로 시뮬레이션해 봄으로써 보다 구체적인 대안을 도출해 인간의 화성 탐사 및 거주를 위한 방안을 미리 준비하고 있는 것이다. 우주에서의 삶을 예행 연습하는 중이다.

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본 정보는 도서의 일부 내용으로만 구성되어 있으며, 보다 많은 정보와 지식은 반드시 책을 참조하셔야 합니다.