4.37광년 떨어진 '알파 센타우리'로 간다

천문연 연구팀, 우주먼지와 충돌 회피하는 방법 제시

▲알파 센타우리로 가는 우주선은 표면적이 적어야 하고 이중 보호막이 필요하다는 지적이 나왔다.[사진제공=천문연]

[아시아경제 정종오 기자] 태양계에서 약 4.37광년 떨어진 알파 센타우리. 우리 항성계에서 가장 가까운 별이다. 거리로 따지면 약 43조7000억㎞ 떨어져 있다. 지난해 4월 억만장자 유리 밀너와 물리학자 스티븐 호킹, 페이스북 공동설립자 마크 저커버그는 알파 센타우리까지 우주선을 보내는 '스타샷 프로젝트'를 시작했다.

광속의 20%(초속 약 6만㎞)까지 속도를 내는 우주선을 만들어 알파 센타우리까지 약 20년 만에 도착하겠다는 목표를 제시했다. 문제는 우주가 진공을 돼 있는데 수소와 헬륨, 먼지가 존재한다는 것이다. 광속 20%의 속도에서 매우 작은 먼지와 충돌도 매우 큰 우주선 손상으로 이어진다.

한국천문연구원(원장 한인우)은 알파 센타우리까지 우주선이 무사히 갈 수 있기 위해서는 우주선을 보호할 수 있는 방법이 필요하다고 밝혔다. 천문연 티엠 황(Thiem Hoang) 박사 연구팀은 최근 논문에서 광속에 비교되는 초고속 우주선의 경우 미세한 원자의 충돌도 심각한 위험이 될 수 있다며 우주선을 보호하기 위한 구체적 방법을 제안했다.

티엠 황 박사팀은 스타샷 프로젝트에서 제시한 광속의 20% 속도 우주선의 경우 우주공간에 있는 마이크론(micron, 1/1000mm) 크기의 먼지입자나 무거운 원소의 원자들도 치명적 위협이 될 수 있다고 지적했다. 우주공간이 고(高) 진공이기는 한데 완벽한 진공이 아니라 먼지와 가스입자 등 성간물질이 존재한다는 것이다.

연구팀이 분석한 결과 알파 센타우리까지 수소나 헬륨 원자는 대략 10의18승 정도로 계산됐다. 이 중에서 약 1.3% 정도는 수소나 헬륨 이외의 무거운 원소들이 분포돼 있는 것으로 알려졌다. 먼지의 경우 대략 10의5승 정도로 추정됐다.

연구팀은 우주선의 경로에 존재하는 각 먼지입자 또는 원자가 충돌할 경우 발생되는 에너지도 계산했다. 입자들의 충돌 에너지는 우주선 표면의 한 지점을 고온으로 빠르게 가열하며 손상시킨다. 적은 분포라도 무거운 원소의 원자의 경우 우주선 표면을 0.1mm 깊이까지 손상시킬 수 있고 우리 눈에 보이지 않는 작은 먼지입자에도 우주선의 표면은 1mm까지 서서히 침식돼 간다는 시뮬레이션 결과를 얻었다.

연구결과를 바탕으로 티엠 황 박사팀은 초소형 우주선을 보호하기 위한 방법들을 제안했다. 하나는 원통형이나 직육면체 등과 같이 우주선 진행 방향의 단면을 작게 만드는 것을 제안했다. 우주선의 표면적이 작을수록 우주 먼지로부터 피해를 덜 받게 된다. 두 번째 방법은 그래핀과 같이 녹는점이 높고 강한 소재로 얇은 차폐막을 이중으로 만들어 우주선을 보호하는 안을 제시했다.

티엠 황 박사는 "이번 연구는 광속으로 우주여행을 할 때 고려해야 할 사항을 천문학적 관점으로 분석한 것"이라며 "연구 결과가 가까운 미래 우주선을 설계하는 데 기여할 수 있기를 기대한다"고 말했다.

한편 스타샷 프로젝트(Breakthrough Starshot)는 '브레이크스루 프라이즈'라는 과학단체가 제안한 계획으로 외계 태양계인 알파 센타우리로 초소형 우주선 1000대를 보내는 프로젝트를 말한다.

이 프로젝트에 활용되는 우주선은 반도체 칩 크기이고 빛을 반사하는 소재로 된 얇은 돛이 달려 있다. 카메라, 항행, 통신, 동력 장치 등이 탑재된다. 로켓에 이 나노우주선들을 탑재해 지구에서 약 100만㎞ 떨어진 곳에 가져다 놓으면 돛이 펼쳐지고 지구에서 돛에 레이저 광선을 쏘아 우주선을 움직인다.

이 프로젝트는 우주선 기술 개발과 발사에 20년이 걸리고 발사 후 알파 센타우리까지 20년 걸쳐 도착한다. 우주선이 알파 센타우리에 도착한 후 보낸 전파가 지구에 도달하는 데는 4.37년이 걸려 총 45년이 걸릴 것으로 예상하고 있다.

알파 센타우리(α Centauri)는 지구에서 태양 다음으로 가장 가까운 별이다. 센타우루스 자리에서 가장 밝다. 육안으로는 하나로 보이는데 알파 센타우리 A 별과 알파 센타우리 B 별, 프록시마 센타우리(Proxima Centauri) 별로 이뤄진 항성 시스템이다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr