우주학 화성 마스 글로벌 서베이어

우주학 화성 마스 글로벌 서베이어

 

마스 글로벌 서베이어는 마스 패스파인더와 마찬가지로 지구와 화성이 가까워졌던 1997년 발사 시간대를 이용했다. 패스파인더와 달리 궤도선이었던 이 우주선은 최초로 디지털 촬영이라는 신기술을 이용하여 화성의 모습을 담았다.

 

 

 

 

 

바이킹 탐사선이 설계된 때로부터 20년 동안 우리 지구에 대한 연구는 원격감지기술 덕분에 몰라보게 발전했다. 지구 궤도 위성에 탑재된 카메라 등의 장비로 지구 지표면에서는 불가능하던 측정이 이루어졌고, 그 덕분에 우리가 사는 행성을 좀 더 넓은 관점으로 볼 수 있게 되었다. 마스 글로벌 서베이어는 상자처럼 생긴 본체에 다섯 개의 중요한 장비를 싣고 있었는데, 대부분 지구 궤도에서 사용된 장비와 같은 원리로 제작되었다.

화성 궤도 카메라는 원래 1992년 실패로 끝난 마스 옵서버 임무에 사용하기 위해 말린 우주과학시스템에서 제작한 것이었다. MOC는 원래 1992년 실패로 끝난 마스 옵서버 임무에 사용하기 위해 말린우주과학시스템에서 제작한 것이었다. MOC는 궤도에서 픽셀당 1.4미터의 해상도로 흑백 사진을 촬영할 수 있는 협각 카메라와 픽셀당 230미터의 해상도로 지표면을 붉은색과 푸른색 파장으로 동시에 포착할 수 있는 두 대의 광각 카메라로 이루어졌다. 또한 광각 사진을 합성함으로써 색채 사진을 만들어내는 기능이 있었다. 한편 화성 궤도선 레이저 고도계는 적외선 레이저에서 나오는 펄스를 이용하는 장비로 지하의 고도 측정에 사용되는 레이저 장비와 유사한 방식이었다. MOLA는 4년 동안 1초당 10펄스를 쏘아내면서 고도를 측정했고, 그 덕분에 NASA의 과학자들은 지구에서 화성의 지형도를 세밀하게 제작할 수 있었다. 열 방출 분광기는 화성 지표면의 화학 조성과 광물 조성을 샅샅이 분석했으며, 지진계는 화성의 자기장 분포도를 전에 없이 자세하게 측정했다.

서베이어는 1997년 9월 12일 화성의 타원형 궤도에 사뿐히 진입했다. 사실 패스파인더보다 먼저 발사되었지만, 1,030킬로그램으로 무게가 훨씬 더 많이 나가기 때문에 그만큼 속도를 낼 수 없었고, 따라서 도착하는 데 더 오랜 시간이 걸렸다. 지표면에 있는 패스파인더와 마찬가지로 서베이어에는 화성을 조사할 뿐 아니라 신기술과 첨단 장비를 시험하는 임무가 맡겨졌다. 특히 화성의 대기 맨 윗부분을 지속적으로 마찰함으로써 연료를 태우지 않고도 우주선의 궤도를 수정할 수 있는 에어로브레이킹 기법을 시연하기에 더할 나위 없는 기회였다. 이 과정을 도착한 때로부터 18개월이나 걸리긴 했지만, 결국 서베이어는 지표면을 촬영하기에 최적화된 궤도로 들어섰다. 그리고 약 400킬로미터 상공에서 두 시간에 한 번 씩 화성 주위를 돌았다. 화성의 남극과 부극 위를 지나가기 위해 서베이어의 궤도는 큰 갇고로 길우러지도록 설정되었다. 또한 태양동기 궤도를 유지할 수 있는 기간이 선택되었다. 이는 화성, 서베이어, 태양이 상대적으로 항상 같은 위치에 있어 모든 지표면 지형에 같은 각도의 햇빛이 비치는 궨도를 말한다. 그럼으로써 화성이 느릿느릿 자전하는 동안 서베이어 위성은 한쪽 극에서 다른 극으로 이동하면서 지표면의 거의 모든 지역을 일정한 시각에 촬영할 수 있었다.

마스 글로벌 서베이어는 10년 가까이 작동했으며, 그동안 화성 지표면의 변화 양상을 24만 장이 넘는 MOC 사진을 담아 지구로 전송했다. 화성의 시간으로 따지면 약 5년 동안 변화를 기록한 것이다. 지표면을 고해상도로 포착한 그 사진들에는 고르고눔 카오스 등의 지역에서 최근에 물이 흘렀던 흔적뿐 아니라 베크렐 크레이터 등에서 발견된 고대 퇴적암과 극빙관에 나타난 복잡한 지형 등이 고스란히 담겨 있었다. 무엇보다도 이러한 사진들을 통해 차세대 궤도선과 착륙선의 과측과 탐사 대상이 될 법한 곳들이 수도 없이 드러났다. 또한 서베이어는 먼지 악마, 최근에 일어난 화산활동, 산사태, 장기간에 걸친 기후 변화의 흔적 등을 밝혀냄으로써 화성을 죽은 행성으로 생각했던 지구인의 인식을 완전히 바꾸어 놓았다. 서베이어는 소프트웨어를 업그레이드하는 도중에 문제를 겪은 후 2006년 11월 지구와의 통신이 끊겼다. 다행이도 그때는 이미 2001 마스 오디세이와 화성 정찰 궤도선이라는 후계자들이 합류한 뒤였다.

 

우주학 화성 2001 마스 오디세이

 

2001 마스 오디세이 궤도선은 최신형 원격 감지 장비를 화성으로 식도 가서 전에 없이 발전된 방식으로 화성 지표면을 조사했다. 현재까지 가장 오랫동안 작동한 화성 탐사선이라는 기록을 세웠으며, 그 기간에 여러 중요한 발견을 해냈다.

 

마스 패스파인더와 마스 글로벌 서베이어의 성공으로 화성 탐사선을 따라다니던 액운이 끝난 것으로 보였다. 하지만 그 직후에도 화성의 저주가 혹독하게 되풀이되었다. 서베이어보다 열흘 정도 후에 발사된 러시아의 마스 96호가 지구 궤도를 벗어나는 데 실패한 데다 1998-99년의 발사 시간대 때도 줄줄이 실패가 이어진 것이다. 우선 일본의 노조미는 연료 부족으로 정확한 경로를 찾는 데 실패하고 말았다. 9월에는 NASA가 야심 차게 내놓은 화성 기후 궤도선이 도량형 오류라는 우주 비행 역사상 가장 어처구니 없는 이유로 실패했다. 컴퓨터가 미터법과 야드법을 헷갈리는 바람에 궤도가 아닌 대기권 상부로 추락하고 만 것이다. 10주 후인  12월 초에도 마스 폴라 착륙선이 남극 빙관에 맞닿은 플라눔 아우스트랄레 지역으로 하강했으나 착륙에 실패했다.

따라서 NASA의 2001년 임무 한 가지에 수많은 것이 걸려 있을 수밖에 없는 상황이었다. 영화화 되기도 한 곳 공상과학 소설의 제목을 따서 2001 마스 오디세이라는 일므이 붙여진 이 임무는 결과적으로 엄청난 성공을 거두었다. 4월 7일 발사되어 10월 24일 화성 궤도로 진입한 오디세이는 마스 글로벌 서베이어를 대체하기보다는 보조하는 역할로 설계되었다. 특히 화성 지표면의 열 속성과 화학 조성을 세밀하게 조사 할 수 있는 원격감기장비 세트를 탑재하고 있었다. 그중에서 열 방출 이미징 시스템, 러시아에서 개발한 감마선 분광기, 화성 복사 환경 실험장비가 대표적이다.

THEMIS는 일종의 가시광선-적외선 추시 카메라로 여덟 개의 파장을 활용해 토야을 촬영할 수 있도록 설계되었다. 가시광선에서 동일하게 보이는 광물층을 분류하고, 지표면에 쌓인 먼지층을 추시해 지하의 기반암이 갖는 열 속성을 속속들이 파악하는 최첨단 자입였다. 무엇보다도 일교차의 영향을 최소화함으로써 지형 특유의 방출 스펙트럼을 파악했다. 방출 스팩트럼은 사람의 지문과 마찬가지로 어떤 지형을 갖는 광물학적 특징을 뜻한다. 이를 통해 NASA의 과학자들은 화산성 현무암과 화강암에서부터 탄산염 퇴적물과 이산화규소 퇴적물에 이르는 다양한 암석 유형을 밝혀낼 수 있었다. 그뿐만 아니라 THEMIS가 좀 더 긴 아홉 번째 파장으로 촬영한 사진을 통해 화성 대기의 온도 변화도 측정할 수 있었다.

한편 오디세이의 GRS는 우주 광선의 충돌에 의해 지표면이 방출하는 복사열을 화학적으로 탐지하는 장비였다. 우주 광선이 출돌하면 물질마다 다른 파장의 고속 감마선을 방출하므로, 이를 이용하여 GRS가 화성 토양의 확학물질 분포도를 만들어 낼 수 있었다. 그리고 MARIE는 우주 광선과 밀도 높은 복사 에너지가 얼마만큼 빠른 속도로 우주선에 쏟아져 내리는지 측정하는 실험장비였다. 실험 결과 우주 관선과 복사 에너지 모두 고감도의 전자기기나 생체조직을 손상시킬 수 있는 것으로 드러났다. 이처럼 화성의 복사 환경을 이해하는 것은 향후 유인 우주선을 계획하기 위해 반드시 필요한 과정이다. 실제로 200ㄴ년 5월 마스 오디세이는 GRS덕분에 가장 중요한 발견 성과를 얻을 수 있었다. 화성의 고위도와 중위도 토양이 어마어머한 양의 수소가 존재한다는 사실이 확인된 것이다. 지표면 바로 밑에 거대한 물얼음증이 있지 않고서야 수소처럼 가벼운 물질이 그토록 많이 있을 수는 없다. 화성에 아직까지 물 얼음이 있으리라는 점은 오래전부터 예상되었지만, 그 정도로 많이 있다는 사실은 거의 모든 사람에게 놀라움으로 다가왔다. GRS 분석팀의 수석 과학자인 월리엄 보인턴 애리조나대학교 교수가 당시 이렇게 말할 정도였다. - 이층은 얼음이 섞인 먼지라기보다 먼지가 섞인 얼음으로 보는 것이 옮다.

 

2001 마스 오디세이는 내구성이 무척 뛰어난 우주선이어서 2010년 12월 서베이어의 기록을 깨고 화성에서 가장 오랫동안 작동한 궤도선이 되었으며, 현재까지도 작동하고 있다.