보이저(voyager)란 말은 모험적 항해자란 뜻이다. 고대 그리이스 트로이 전쟁의 영웅 오딧세이가 트로이를 멸망시킨 후 고향 이타카로 돌아가기까지의 험난한 항해의 여정이 바로 연상된다. 그만큼 보이저 프로젝트는 인류 역사상 가장 모험적이며 방대한 우주 탐사계획이다. 소위 그랜드 투어 계획의 일환으로 보이저 프로젝트는 목성 바깥쪽의 외행성 탐사 목적으로 미항공우주국(NASA)에서 1977년 8, 9월에 각각 보이저 2호를 필두로 보름 뒤에 보이저 1호를 쏘아 올림으로써 장장 40년에 이러는 우주탐사 대항해 시대가 막을 올렸다. 


보이저호


지금까지의 우주탐사란 것이 화성, 금성 등 내행성 위주 였다면 이 보이저 프로젝트는 목성 바깥의 토성, 천왕성, 해왕성 등의 외행성들을 탐사하고 나아가서는 태양계를 벗어난 우주로 나가 지구로 돌아오지 않는 여행을 감행하기에 더욱 감동적이다. 특히 1976~1980년 시기는 175년만에 한번 찾아온다는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 명왕성 등의 외행성들이 일렬로 도열되는 시기로 외행성 탐사의 절호의 기회가 된다. 보이저 프로젝트로 본격적인 탐사가 시행되기 전에 1972, 1973년에 걸쳐 파이어니어 10, 11호가 각각 발사되어 목성의 중력을 이용한 스윙바이 비행방식을 시험하여 비행속도를 높이고 방향을 바꾸는데 성공한다.




인류가 우주탐사를 위해 우주선을 쏘아올린지도 60년에 가깝다. 역사상 첫 우주탐사선은 1960년 발사된 구소련의 마르스호다. 그런데 이는 안타깝게도 실패하고 만다. 그러나 2년 후 발사된 미국의 마리나2호는 금성에서의 임무수행에 성공한다. 뒤이어 1977년 미국의 탐사선 패스파인더호가 화성 표면에서 물이 흐른 흔적을 발견하여 세상을 떠들썩하게 했다. 뒤이어 쌍둥이 로봇 스피릿(Spirit)과 오퍼튜니티(Opportunity)가 투입되어 물과 생명체의 흔적을 찾아 화성 표면 곳곳을 탐험하는 장면이 고스란히 지구로 전송되기도 했다. 


금성, 화성 등의 내행성 탐사를 가능케 한 사람은 독일의 과학자 월터 호먼이다. 그는 가급적 적은 에너지로 먼 우주항해를 하기 위해서는 지구의 공전궤도와 탐사하고자 하는 행성의 공전궤도를 타원으로 연결하는 새로운 비행항로를 제안했는데 이것이 소위 호먼궤도이다.  호먼궤도를 따라 금성과 화성 탐사는 했지만 목성 이후의 행성들은 탐사하기가 쉽지 않았는데 이는 지구로부터의 거리가 너무 먼 탓에 우주탐사선 자체 추진력의 한계로 인하여 호먼궤도만 가지고는 역부족이었다. 

차례로 행성들을 스윙바이로 통과하며 가속되는 보이저2호

 

그런데 이를 해결하는 획기적 아이디어가 1961년 캘리포니아 공대 제트추진연구소의 한 공학도 마이클 미노비치로부터 나왔다. 그는 우주선이 행성에 접근하여 그 인력을 이용하여 가속되어 비행하다가 행성의 공전력을 추가로 얻어 행성에 스치듯 비켜가며 가공할 추진력을 얻을수 있다고 주장했다. 이는 소위 스윙바이(Swingby) 비행법이라 불리는데 우주선의 제한된 추진에너지로 태양계를 벗어나는 장거리 우주항해의 시대를 열게하는 단초가 되었다. 스윙바이란 것이 좀 이해하기 어려운데 쉽게 이야기 하면 시속 70키로로 달려오는 자동차를 향해 시속 30키로로 고무공을 던진다면 그 공은 시속 100키로의 속도로 튕겨져 나온다는 원리이다. 물론 우주선이 너무 행성에 가깝게 접근하면 행성의 공전에너지를 받아 가속되기도 전에 행성의 인력에 흡입되어 행성과 충돌하게 된다. 그러니 아주 정확한 궤도설계가 우선되어야 할 것이다. 


여튼 파이어니어호의 스윙바이 성공에 고무된 NASA는 1977년 보이저 2호, 1호를 차례로 발사함으로써 보이저 프로젝트를 감행한다. 고장 나는 바람에 보이저 2호 보다 15일 늦게 발사된 보이저 1호는 오히려 지름길을 택하여 보이저2호 보다 목성에 먼저 도달한다. 보이저1호는 목성의 새로운 위성 이오를 발견하고 이곳에서 화산이 폭발하는 장면을 지구로 전송하는 등 화려한 활약을 개시한다. 이후 태양계의 끝자락인 천왕성, 해왕성을 넘어선 우주공간으로 계속 항해 중이다. 태양계와 바깥 우주의 경계지역은 헬리오시스(Heliosheath)라고 하는데 태양계의 칼집으로 불린다. 이는 우주로부터 날아오는 아주 센 에너지의 입자들로부터 태양계를 보호하는 역할을 한다. 보이저1호는 현재 태양계를 벗어난 우주공간을 40년째 항해 중인데 지구로부터 208억 6천만 km나 떨어져 있다. 이는 빛의 속도로 달려도 19시간이나 걸리는 먼 거리다. 이 우주선은 지금도 시속 62,000km의 속도로 지구로부터 멀어지고 있다. 추진력은 플로토늄 원자력 전지를 사용하는데 2020년까지는 외계 우주 탐사가 가능할 것이라 한다.


우주에도 길이 우주선이 다니는 길이 존재한다. 이른바 '우주고속도로'로 불리기도 한다. 우리는 우주 공간이 그냥 무중력 상태로 텅 비어있다고 생각하기 쉽지만 실제로는 천체의 각 행성 간에 작용하는 인력으로 인하여 복잡한 힘의 흐름을 연출하고 있다. 그런 힘들이 상호 균형을 이루는 지점에는 무중력 지대가 형성된다. 이 무중력 터널을 따라서 우주선이 항해하면 별 저항없이 최소한의 연료로 가장 멀리까지 우주를 항해할 수 있게 된다. 이런 무중력 터널에 우주정거장을 건설하면 항상 그 위치를 고수하며 우주선들의 보급기지 역할을 할 수 있다. 앞으로 이런 우주 정거장들이 우주고속도로를 따라 많이 건설되면 우주정거장에서 연료를 공급받은 우주선들이 더 멀리 우주를 여행할 수 있는 시대가 올 수도 있겠다.


우주 방랑자 보이저호들에 탑재된 물건들 중에 혹시 만날지도 모르는 외계인에게 지구를 알리는 타임캡슐이 들어있어 흥미롭다. 지구 모습을 담은 비디오, 남녀의 모습과 지구 위치를 새긴 동판, 그림과 편지, 55개국의 인사말, 시드니 오페라하우스와 만리장성 등의 사진들, 고래 울음소리, 심당 박동 소리, 아기 울음소리, 천둥소리 등의 음향, 인간의 뇌파.... 먼 훗날 외계의 생명체가 이 자료를 보고 우리 지구를 찾아올지도 모를 일이다.


참고 영화; 인터스텔라(interstella)






 

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