우주
화성 대기 찾기 – 과거 사건을 이해하는 것이 식민화 실현의 핵심
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우주 탐사는 1조 달러 규모의 기회입니다. 맥킨지 추정에 따르면, 전 세계 우주 경제는 2035년까지 인플레이션을 감안하면 1조 8천억 달러가 될 것이며, 2023년의 6300억 달러보다 증가할 것입니다.
투자자들이 우주 탐사 열풍에 뛰어들게 하는 주요 요인 중 하나는 화성 식민화입니다. 화성에 대한 과학적 지식과 데이터가 증가하면서 화성에서의 잠재적 건설에 대한 연구가 늘어나고 있습니다. 하지만 화성을 이해하기 위한 최신 연구에 깊이 들어가기 전에, 화성 임무가 시간에 따라 어떻게 진행되었는지 간략히 살펴보겠습니다.
A Brief History of Important Missions to Mars
5년이 넘는 50년 전, 1965년에 NASA의 마리너 4호가 화성에 도착해 행성의 사진 21장을 지구로 전송했습니다. 6년 후인 1971년에 소련의 마스 3 착륙선이 화성에 연착륙했습니다. 같은 해 NASA의 마리너 9호는 화산과 발레스 마리네리스를 발견했으며, 수천 장의 사진을 촬영하면서 결국 화성 궤도에서 지구로 전송했습니다.
Source: NASA
1976년에 바이킹 1호와 바이킹 2호가 화성에 도착해 착륙선을 표면에 내려 보냈습니다. 각 우주선이 수년간 데이터를 안전하게 반환할 수 있었지만, 그들은 화성에서 미생물 존재를 증명하지 못했습니다.
1976년 이후, 화성 임무에서 의미 있는 돌파구가 나오기까지 20년 이상이 걸렸습니다. 1997년에 NASA의 파인더랜드 착륙선과 소저너 로버가 화성 표면에 도착했습니다.
Source: Research Gate
2001년에 NASA의 마스 오디세이가 시작되었습니다. 지금까지도 화성으로부터 데이터를 지구에 전달하는 가장 중요한 임무 중 하나이며, 20년 이상 동안 적색 행성으로부터 데이터를 중계해 왔습니다.
화성으로의 여정은 미국에만 국한되지 않았습니다. 이후 여러 국가들이 이 흐름에 동참했습니다. 예를 들어 2014년에 인도의 오비터 미션이 화성에 도착했으며, 2021년에 UAE의 첫 번째 행성간 미션인 호프 오비터가 화성에 도착했습니다. 같은 해 중국의 톈원-1 미션이 궤도에 진입했으며, 3개월 뒤에 중국은 착륙선과 로버를 성공적으로 배치했습니다.
현재는 다수의 국가와 기업이 화성을 더 잘 알기 위해 활발히 임무를 수행하고 있습니다. 유명 연구 기관들도 최선을 다하고 있습니다. 그 중 하나가 MIT가 수행한 미션으로, 최신 연구에 따르면 화성의 ‘사라진 대기’는 실제로 사라진 것이 아니라 눈앞에 숨겨져 있을 수 있다고 합니다.
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The Mystery Behind the ‘Missing Atmosphere’ of Mars
엄밀히 과학적인 용어로 말하자면, Joshua Murray와 Oliver Jagoutz가 발표한 연구는 초기 화성의 탄소 순환에 대한 초염기성 변성 효과를 정량화했습니다.
그들은 노아키언 시대 점토가 유기 탄소를 저장할 수 있는 용량을 계산했습니다. 나중에 볼 수 있는 수치적 부분은 장기 임무를 위한 에너지 원으로 활용될 수 있는 저장소 부피를 추정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 연구 결과는 또한 물-암반 반응이 행성 대기 진화에 미치는 제어 역할을 보여주었습니다.
이 모든 내용이 일반인이 이해하기엔 너무 과학적으로 들릴 수 있지만, 과학자들이 연구를 통해 제안한 바에 따르면 화성의 사라진 대기 대부분이 행성의 점토 덮인 지각에 잠겨 있을 수 있다고 합니다. 현상을 더 자세히 설명하자면, 물이 아직 존재하던 시기에 특정 암석을 통과하면서 느린 연쇄 반응을 일으켜 이산화탄소를 대기에서 빼내어 메탄으로 전환시켰다고 강조했습니다.
메탄은 점토 표면에서 수억 년 동안 저장될 수 있는 탄소 형태였습니다. 화성 연구 커뮤니티에 가장 유용한 결과는 이 격리된 화성 탄소를 회수해 미래 화성-지구 임무의 추진제로 전환할 가능성이라는 점이었습니다.
연구 저자인 Oliver Jagoutz, MIT 지구·대기·행성과학부 교수는 다음과 같이 말했습니다:
“이 메탄은 여전히 존재할 수 있으며, 미래에 화성에서 에너지원으로 활용될 수도 있습니다.”
The Importance of Knowing the Planet’s History
연구와 그 발견이 우리 미래에 큰 잠재력을 가지고 있지만, 과학자들이 행성의 역사와 구성에 대해 연구하지 않았다면 이러한 돌파구는 이루어지지 못했을 것입니다.
역사를 밝히기 위한 노력은 여러 중요한 통찰을 제공했습니다. 예를 들어, 화성 표면에 대한 원격 측정 결과 일부 지각에 초염기성 화성암이 포함돼 있다는 것이 제시되었습니다. 이러한 암석이 형성되는 과정은 지구에서 스멕타이트가 생성되는 과정과 유사합니다.
스멕타이트는 표면 점토 광물의 일종으로, 탄소를 매우 효율적으로 가두는 특성을 가지고 있습니다. 하나의 스멕타이트 입자는 수십억 년 동안 탄소가 방해받지 않고 머무를 수 있는 다수의 주름을 가지고 있습니다.
초염기성 변성 효과도 화성에서 비슷했습니다. 이 변성으로 형성된 노아키언 시대 점토는 유기 탄소를 저장할 수 있었습니다. 점토 표면에 최대 1.7바의 CO₂가 흡수될 수 있으며, 비생물학적 메탄 생성과 화성의 δ13C 역사에 대한 최선 추정치를 결합하면 과학자들은 0.6~1.3바의 CO₂ 등가 저장소를 예측했습니다.
과학자들은 초염기성 암석 현상을 더 깊이 파고들었습니다. 물이 화성의 깊은 초염기성 암석과 반응해 오늘날 표면을 뒤덮은 점토를 형성할 가능성을 탐구했으며, 연구 결과 암석이 올리브 광물(olivine)이 풍부하다고 결론지었습니다.
그들은 또한 올리브가 풍부한 암석이 탄소를 저장할 가능성을 조사했으며, 물이 지각을 타고 흐를 때 올리브와 반응할 수 있다고 주장했습니다. 올리브는 환원된 형태의 철이 풍부한 광물로, 물에 존재하는 산소와 결합해 수소를 방출하고, 그 결과 붉은 산화철이 형성되어 행성의 색을 만들게 됩니다.
마지막으로, 물의 자유 수소가 이산화탄소와 결합해 메탄을 형성했을 것입니다.
국립과학재단의 일부 지원을 받은 이 연구는 과학자들이 여러 중요한 주장을 제시함으로써 게임 체인저가 될 수 있습니다.
“화성 역사의 이 시점에서 우리는 CO₂가 모든 구석구석에 존재하고, 암석을 관통하는 물에도 CO₂가 가득하다고 생각합니다.”
– Joshua Murray
연구의 중요성을 강조하며, 콜로라도 대학교 지질학 명예 교수이자 2014년부터 2020년까지 화성 대기와 휘발성 진화(MAVEN) 임무를 이끌어온 Bruce Jakosky는 다음과 같이 말했습니다:
“Murray와 Jagoutz는 암석과 대기의 화학적 상호작용을 CO₂를 제거하는 수단으로 조사했습니다. 풍화가 일어난 양의 상한선에 따르면, 이는 초기 화성 대기에서 CO₂를 제거하는 주요 과정이 될 수 있습니다.”
요약하면, 이 연구는 붉은 행성의 역사를 파헤쳐 초기의 두꺼운 대기에서 CO₂가 어디로 사라졌는지를 이해하려는 것입니다. 이 질문은 화성 대기, 기후, 미생물 서식 가능성을 이해하는 데 근본적인 의미를 가집니다.
연구 기관 외에도 화성을 탐사하려는 기업들이 있습니다. 그 중 하나가 SpaceX (SPCX )입니다.
#1. SpaceX
SpaceX의 화성 미션 은 인류를 다행성 종으로 만들기 위한 길을 열겠다는 비전으로 진행됩니다. SpaceX의 잘 알려진 설립자이자 우주 탐사 분야에서 전 세계적으로 논의되는 인물인 Elon Musk는 회사의 화성 미션에 대해 막대한 야망을 가지고 있습니다.
“아침에 일어나 미래가 밝을 것이라고 생각하고 싶습니다. 이것이 바로 우주 문명을 이루는 의미입니다. 미래를 믿고 과거보다 더 나은 미래를 기대하는 것이죠. 별들 사이에 서 있는 것보다 더 흥미진진한 일은 없다고 생각합니다.”
– Musk, 비전을 제시하며
SpaceX Mars Solution: Starship
Starship은 SpaceX의 우주선과 Super Heavy 로켓이 결합된 형태입니다. 이 조합은 승무원과 화물을 지구 궤도, 달, 화성 및 그 너머로 운송하도록 설계된 완전 재사용 가능한 운송 시스템으로 자리 잡고 있습니다. 세계에서 가장 강력한 발사체로 평가받으며, 완전 재사용 시 150톤, 일회용 시 250톤까지 운반할 수 있습니다.
SpaceX 공식에 따르면, 6개월 안에 화성에 도착할 수 있으며 화성 대기권에 시속 7.5km로 진입합니다. 대기 감속을 통해 속도를 줄이며, 궤도 상 연료 보급이 가능해 화성에 최대 100톤을 운송할 수 있습니다.
높은 재사용성을 갖추고 있어 탱커선은 임무 비용을 크게 낮출 수 있는데, 주요 비용은 산소와 메탄으로, 전체 비용을 저렴하게 유지할 수 있습니다.
SpaceX가 화성에 관심을 갖는 이유는 다차원적입니다. 회사는 화성을 지구와 가장 가깝고 햇빛이 충분한 거주 가능한 이웃으로 보고 있습니다. 행성의 추운 환경을 인지하면서도, 이를 따뜻하게 만들 수 있다고 확신합니다.
하지만 Musk 자신의 입장을 보면, 화성 미션은 여전히 비용이 많이 드는 사업입니다. 이번 달 초 그의 X 게시물에 따르면:
“현재 화성 표면에 유용한 페이로드 1톤당 약 10억 달러가 소요됩니다. 이를 자급자족 도시 건설을 위해 톤당 10만 달러 수준으로 낮춰야 하므로 기술이 10,000배 개선돼야 합니다. 매우 어렵지만 불가능한 일은 아닙니다.”
SpaceX는 NASA와 협력하고 있습니다. 2024년 9월 26일, NASA는 대중을 가상 손님으로 초대하여 SpaceX Crew-9 임무 발사에 참여하도록 했으며, NASA 우주비행사 Nick Hague와 Roscosmos 우주비행사 Aleksandr Gorbunov이 SpaceX Dragon 우주선을 타고 9월 28일 토요일 동부 표준시 오후 1시 17분에 플로리다 케이프커버럴 우주군 기지의 Space Launch Complex-40에서 발사될 예정이었습니다.
SpaceX는 가장 중요한 비밀스러운 민간 기업 중 하나로 평가받으며, 수익이 20억 달러에 불과했던 $20억 매출에서, 보도에 따르면 2023년에는 90억 달러, 2024년 예상 매출은 150억 달러, 그리고 30억 달러의 이익을 기록했습니다.
#2. Blue Origin
또 다른 기업으로는 Jeff Bezos가 설립한 Blue Origin이 있습니다. 이 기업은 “우주로 가는 길을 만들어 우리 아이들이 미래를 건설하도록” 하는 사명을 가지고 있습니다.
수백만 명이 우주에서 생활하고 일하도록 하여 지구에 이익을 주는 비전을 가지고 설립된 Blue Origin은 인류가 무한한 우주 자원을 활용하고, 해로운 산업을 지구 밖으로 옮겨 지구를 보존하는 미래를 구상합니다.
이 회사는 재사용 가능한 로켓을 통한 우주 접근성 확대, 미래 우주 차량 개발 등 달성 가능한 임무 구성 요소로 비전을 나누고 있습니다. 이는 재사용 가능한 발사체와 안전하고 저비용이며 민·상·방위 모든 고객의 요구를 충족하는 우주 시스템을 의미합니다.
2012년부터 New Shepard 로켓과 중복 안전 시스템을 비행 테스트해 왔으며, 현재까지 22번의 연속 성공 임무를 수행했고, 3번의 성공적인 탈출 테스트도 포함됩니다. 회사는 운영 재사용성이 우주 접근 비용을 낮추는 유일한 방법이라고 믿으며, New Shepard와 New Glenn 모두 처음부터 재사용성을 고려해 설계되었습니다.
여기에 언급할 가치가 있는 점은 NASA의 발사 서비스 프로그램(LSP)이 New Glenn에게 ESCAPADE(탈출 및 플라즈마 가속 및 역학 탐사선) 계약을 수여했으며, 이는 NASA 소형 혁신 행성 탐사 프로그램(SIMPLEx)의 일환으로 화성 자기권을 연구하는 이중 우주선 임무입니다.
최근 보고서에 따르면, Blue Origin은 지금까지 8차례 라운드에서 $5억 9640만을 모금했으며, 최신 라운드는 2023년 7월 25일에 3천470만 달러 규모의 VII 라운드 그랜트였습니다.
Concluding Thoughts
세계에서 가장 비전 있는 비즈니스 리더들이 화성을 탐사하고 있다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 동시에 많은 국가의 최고의 연구 기관과 우주 기관들도 이에 참여하고 있습니다. 목표는 화성으로 가는 안전하고 비용 효율적인 경로를 구축하는 것입니다.
하지만 각 이해관계자는 행성에 일어난 과거 사건을 효과적으로 이해하는 것이 성공의 열쇠라는 점을 잘 알고 있습니다. NASA의 공식 발표에 따르면, NASA는 수년간 ‘화성 초기 역사를 규명하고 이를 통해 지구를 포함한 거주 가능한 세계의 형성과 진화를 이해하는 체계적인 노력을 해왔습니다.’
하지만 이러한 노력에는 재정적·지적 자원이 더 많이 필요합니다. 예를 들어, NASA가 추진하는 샘플 반환 프로그램은 화성에서 귀중한 샘플을 지구로 가져오기 위한 혁신적인 설계를 모색하는데, 이는 NASA가 수행한 가장 복잡한 임무 중 하나이며 예산은 110억 달러에 달합니다.
NASA 관리관 Bill Nelson은 다음과 같이 말했습니다:
“안전하게 착륙하고 샘플을 수집한 뒤, 다른 행성의 샘플을 실은 로켓을 발사하는 일은 이전에 한 번도 시도된 적이 없으며, 3천300만 마일 이상 떨어진 지구로 샘플을 안전하게 운송하는 일은 결코 작은 과제가 아닙니다. 우리는 비용 효율적이며 합리적인 시간 안에 샘플을 반환할 수 있는 방안을 찾기 위해 고정관념을 깨야 합니다.”
이처럼 거대한 임무들이 진행되는 가운데, 우주 프로그램에 대한 자금 배분이 지구를 지속 가능하게 만들려는 노력에 자원을 빼앗을 수도 있다는 점을 기억해야 합니다. 우주 임무가 지구와 그 거주자, 인류 문명, 동물 왕국, 그리고 우리가 살아가는 풍부한 자연에 혜택을 주는 균형을 찾아야 합니다.
