2022년은 그 어떤 해보다도 천문학계가 격변한 시기라고 할 수 있다. 여러 프로젝트들이 새로운 천문학 관측을 수행하며 천문학 교과서에 여러 새로운 지식들을 추가했으며, 이를 통해서 그동안 알지 못했던 우주의 모습이 드러나고 있기 때문이다.

2022년, 우리의 지식을 한층 더 깊어지게 해준, 그리고 우리를 즐겁게 해준 우주 소식들은 어떤 것들이 있을까?

1. 제임스 웹 우주망원경의 발사 그리고 성공적인 관측

2021년 크리스마스에 지구를 떠나 성공적으로 발사된 제임스 웹 우주망원경은 발사 직후부터 전개, 설치 과정이 진행되며 1월 말에는 지구로부터 약 150만 km 정도 떨어진 라그랑주 L2 주변 헤일로 궤도 주변 원하는 궤도에 안착했다. 이후 거울 및 미세 정렬 작업이 시작되었으며, 망원경의 냉각과 수많은 테스트도 성공적으로 진행되며 시험 운전을 진행했다. 모두 성공적으로 마친 제임스 웹 우주망원경은 6월경 첫 관측을 시작했다.

제임스 웹 우주망원경이 첫 번째 공개한 이미지는 남쪽 하늘 날치(Volans)자리 근처 SMACS 0723 은하단의 딥필드 이미지였다. 작고 희미한 천체를 포함하여 수천 개의 은하로 가득 차 있는 사진이며 은하단의 수많은 천체가 결합한 무거운 질량은 중력 렌즈 역할을 하고 있다.

제임스 웹 우주망원경은 먼 행성의 대기에서 물을 발견했으며 별의 죽음과 탄생, 은하의 진화와 상호작용 등을 자세히 관측했다. 제임스 웹 우주망원경은 우리 태양계의 행성들과 위성들 관측도 빼놓지 않고 수행하고 있으며 외계 행성의 직접 관측 결과도 보여주었다. 가장 오래된 은하의 기록을 연이어서 갈아치우고 있다.

제임스 웹 우주망원경은 그 결과만으로도 2022년 10대 천문학 뉴스가 모두 선정될 수 있을 정도로 이미 천문학의 많은 것을 바꾸어놓고 있다. 인류 역사상 가장 강력한 망원경이며 어두운 미래를 관측하기에 안성맞춤인 해상도와 민감도를 지닌 망원경이기에 관측할 대상은 여전히 무궁무진하다. 따라서 제임스 웹 우주망원경은 내년이 더 기대되는 망원경이다.

2. 다시 달을 밟게되는 인류 - 아르테미스 미션

아르테미스 1(Artemis I) 미션은 아르테미스 2(Artemis II) 미션과 함께 1972년 마지막으로 달에 착륙했던 아폴로 17호 이후 53년 만에 처음으로 다시 유인 달 착륙을 하는 우주선인 아르테미스 3 (Artemis III) 미션을 위한 준비 미션이다. 상단의 오리온(Orion) 캡슐 우주선, 우주 발사 시스템 (SLS: Space Launch System) 로켓, 그리고 플로리다 케네디 우주 센터의 지상 시스템을 최초로 통합 테스트하는 미션이다.

발사 전부터 아르테미스 미션은 현존하는 가장 강력한 로켓인 우주 발사 시스템을 통해서 큰 유명세를 탔다. 인류를 처음 달에 밟게 해준 새턴 5호 로켓과의 비교는 물론이며 스페이스 엑스의 스타십 로켓과도 비교가 되던 우주 발사 시스템은 앞으로의 미국항공우주국(NASA) 미래와 직결되는 소중한 자산이기에 앞으로 더 강력하게 진화할 것이다.

아르테미스 1 미션은 네 번의 시도 끝에 11월16일 성공적으로 발사되어 마침내 인류의 달 탐사는 다시 시작되었다. 26일간의 대장정 끝에 수많은 테스트를 성공적으로 마친 아르테미스 미션은 성공적인 스플래시다운과 함께 지구 복귀 역시 문제없이 수행해 냈다. 이 성공을 토대로 내년엔 아르테미스 2 미션이 시작된다.

3. 지구를 지켜라 - DART 미션

직경이 불과 몇 km 정도 되는 소행성이나 혜성들도 6600만 년 전의 그 때처럼 순식간에 지구 생명체 모두를 위험에 빠뜨릴 수 있다. 따라서 잠재적으로 위험한 소행성(potentially hazardous asteroids)이나 혜성들은 인류에 큰 위협이 되고 있다.

DART(Double Asteroid Redirection Test; 이중 소행성 방향 전환 테스트)라 불리는 임무는 지구에 충돌할 가능성이 있는 잠재적인 소행성이나 혜성의 위험으로부터 지구를 보호하기 위한 기술을 테스트하는 것이다. 

NASA의 대규모 행성 방어 전략의 일부인 DART는 2021년 11월 지구를 출발했으며 목표 소행성을 자유롭게 탐색하며 '키네틱 임팩트'(Kinetic impact)라 부르는 편향 방법을 이용하여 의도적으로 소행성에 충돌하여 소행성의 움직임을 약간 변경하는 계획을 포함하고 있다. 이를 통해 소행성에 인공위성이나 탐사선이 충돌할 때 어떻게 충돌할 수 있는지 배울 수 있다.

디모르포스는 지구 근처 소행성 65803 디디모스의 위성 소행성(쌍소행성계)이며 DART 미션의 주인공이다.

DART 미션은 10개월간의 대장정 끝에 2022년 9월 26일 디모르포스에 정확히 충돌하는데 성공했다. 마치 영화의 한 장면과도 같았던 충돌 장면은 제임스 웹 우주망원경뿐 아니라 허블 그리고 근처의 여러 우주망원경 그리고 지상의 망원경들에 까지도 촬영되며 미션의 대성공을 알렸다.

인류는 예상대로 속도의 작은 변화만으로도 소행성이 이동하는 경로에 상당한 차이를 만들 수 있음을 확인했다. 또 인간이 예측하던 지구 방어 전략이 맞았다는 걸 확인, 인류의 지구 방어에 대한 자신감을 갖게 해줬다.

4. 블랙홀 관측

2019년 EHT (Event Horizon Telescope) 팀은 인류 역사 최초로 지구에서 약 5500만 광년 떨어진 M87 은하의 초대질량 블랙홀 M87*의 가장자리 생김새를 공개했다. 이로부터 3년 후 또 다른 블랙홀의 그림자가 공개되었다.

이는 바로 우리은하의 중심에 있는 초대질량 블랙홀인 궁수자리 A* (Sgr A*) 블랙홀로, 현재까지 인류가 관측한 블랙홀 중 가장 가까운 블랙홀이다.

궁수자리 A* 블랙홀은 질량이 작지만 지구와의 거리가 가까운 탓에 M87* 블랙홀과 비슷한 크기를 보인다. 두 블랙홀은 놀라울 정도로 유사해 보였으며 이는 아인슈타인의 일반상대성 이론이 맞는다는 간접적인 증거가 될 수 있다.

물론 두 블랙홀의 다른 점도 존재한다. 예를 들면 M87* 블랙홀과 비교했을 때 우리은하 중심부의 블랙홀에서는 제트와 같은 강력한 물질 분출 현상이 발견되지 않았다. 두 블랙홀이 어떻게 유사하고 다른지에 관해서 공통점과 차이점을 분석하면, 초거대 질량 블랙홀 주변에서 가스가 어떤 방식으로 상호 작용하는지 알 수 있으며 블랙홀 제트의 물리학적 기원과 은하의 형성에 관한 힌트를 얻을 수 있다.

5. 허블 우주망원경, 가장 큰 혜성을 발견하다 - 베르나르디넬리-베른스타인 혜성

2022년 4월 허블 우주망원경은 가장 큰 혜성의 핵(먼지, 얼음 등으로 구성된 혜성의 중앙 부분)을 발견해서 화제가 되었다. 2014년 처음 발견된 위 혜성은 C/2014 UN271(Bernardinelli Bernstein, 베르나르디넬리-베른스타인)로 명명되었으며 매우 먼 거리에서도 너무 밝은 밝기를 자랑하고 있어 혜성의 핵이 매우 큰 것으로 예측되고 있었다.

캘리포니아 대학의 로스엔젤레스 캠퍼트(UCLA) 행성 과학 및 천문학자 데이빗 쥬잇 교수(Prof. David Jewitt)가 이끄는 천문학 팀은 허블 우주망원경이 관측한 영상과 다른 근적외선 파장대에서 포착한 영상을 이용한 연구 결과 위 혜성의 반지름이 최소 60km가 넘는다고 보고했다.

잘 알려진 혜성 중 1P/Halley(핼리 혜성)의 반지름이 5.5km, 67P/Churyumov-Gerasimenko(추류모프-게라시멘코 혜성)의 반지름이 2 km임을 생각해보면 이 혜성의 크기는 엄청나다는 걸 알 수 있다.

이 혜성이 중요한 이유는 태양계 바깥의 가상 천체이자 장거리 얼음 혜성들의 고향으로 알려져 있는 오오트 구름(Oort cloud)에서 유래한 것으로 예측되기 때문이다. 따라서 혜성의 기원에 관해서 큰 힌트를 가져다 줄 수 있다.

또 이 혜성은 우리 태양계의 먼 외곽에서 태양을 돌고 있으며 지구와 태양에 가장 가까이 근접할 2031년 1월에도 지구-태양 거리의 대략 10배 정도의 거리까지만 접근한다.

6. 토성의 위성 미마스는 얼음 껍질 아래에 바다를 가지고 있다?

토성의 수많은 위성 중 하나로 1789년 천문학자 윌리엄 허셜이 발견한 미마스(Mimas)는 자체 중력으로 ‘구형'을 유지하고 있는 천체들 중 가장 작은 천체로 알려져 있다.

미마스에서 가장 크게 두드러지는 외형 특징으로 크기가 130 km에 달하는 크레이터(허셜 충돌구라 부름)를 들 수 있다. 미마스는 1979년 파이어니어 11호에 의해서 처음 근접 관측되었으며 10여 년 전에 목성과 토성 그리고 이들의 위성에 관해서 연구한 카시니-하위헌스호 역시 근접 촬영을 진행하였다. 미마스의 밀도는 대략 1.15g/cm3로 이를 통해서 위성의 내부는 대부분 물과 얼음으로 채워져 있다고 예측할 수 있는데, 2017년 카시니호 역시 임무 종료 전 이 위성에서의 진동을 잡아낸 바 있다.

최근 미국 사우스웨스트연구소의 알리사 로든 박사가 이끄는 천문학 팀은 위 진동을 근거로 새로운 발견을 수행해냈다. 이러한 진동은 내부에 바다를 유지할 수 있는 지질학적인 특징에서 유래할 수 있기 때문이다.

연구팀은 컴퓨터 모델링을 통해 이러한 진동을 재현해낸 결과 약 22~32 km사이의 얼음 껍질 아래에 바다를 유지할 수 있다는 걸 발견해냈다. 토성과 미마스 사이에 상호 중력작용에 의해서 미마스의 내부 온도 상승에 따른 지하 바다의 존재가 가능하다는 의견이다.

이번 연구 결과는 태양계 혹은 외계 태양계에 존재할 수 있는 생명체의 정의를 넓혀줄 수 있을 것으로 기대되며 앞으로의 후속 연구가 더 기대된다.

7. 화성의 삼각주에서 생명체의 흔적 발견

2011년 2월 화성의 예제로 충돌분지에 착륙한 후 화성을 누비고 있는 미항공우주국의 새로운 화성 로버 퍼서비어런스(Mars 2020)는 연이어 놀라운 발견을 세상에 공개하고 있다.

퍼서비어런스는 올해 봄부터 화성의 북서쪽 고대 삼각주로 이동하여 탐사 활동을 벌이고 있다. 35억년 전 강물이 흘러 쌓인 퇴적암석 주변에서 길이 2미터의 로봇팔을 이용하여 표본을 채취하였고 유기물 화학 분석 장비를 이용하여 성분을 분석한 결과 위 암석에 황산염 광물과 함께 유기 분자층이 포함되어 있음을 확인했다.

지구에서 황산염 퇴적물에 종종 생명의 흔적이 포함되어 있음을 상기해보면 이 역시 생명의 흔적이 포함되어 있을 수 있음을 암시해주는 결과이다.

NASA는 유럽우주국(ESA)과 함께 오는 2028년 화성에 탐사선을 보낼 예정이다. 2033년 계획된 화성 암석 표본 회수 작전 때문이다. 암석의 표본들이 지구로 복귀하게 되면 달의 토양을 이용한 수많은 실험처럼 화성의 생명체에 관한 수많은 수수께끼가 풀릴 것이다.

8. 누리호 그리고 다누리

2022년 6월 21일 대한민국 땅에서 우주로 가는 길이 열렸다. 전남 고흥 나로우주센터에서 발사된 한국형 발사체 누리호(KSLV-Ⅱ)는 성능검증 위성을 목표 궤도에 안착시키며 남극 세종기지와 교신에 성공함으로서 우리나라도 독자적인 우주 수송 능력을 확보하게 되었다. 

순수 국내 기술로 설계·개발된 최초의 우주 발사체 누리호라는 점에서 자주적인 우주 개발역량이라는 큰 의미를 지니게 된 한국의 성공에 외신들도 앞다퉈서 이를 보도했다. 비록 항공우주 산업의 후발주자이지만 발사대나 발사체를 다른 나라에서 빌릴 필요 없이 우리나라가 원할 때마다 우주를 여행할 수 있는 무대를 마련했다는 점에서 큰 의의를 갖는다.

누리호 발사를 성공적으로 수행한 덕에 명실상부 우주 강국의 대열에 진입한 우리나라는 누리호의 성공이라는 감동이 가시기도 전 8월 초 우리나라 최초의 달 탐사선 다누리(“Danuri”, KPLO: Korea Pathfinder Lunar Orbiter)까지 달 전이궤도에 성공적으로 진입시켰다. 명실상부 달 탐사국에도 이름을 올리게 된 우리나라는 우주 강국의 첫 발걸음을 성공적으로 디뎠다고 평가받고 있다.

다누리가 임무 궤도에도 성공적으로 안착하면 주어진 임무 궤도를 하루 12회 공전하며 달 관측 업무를 수행하며 지구로 자료를 보낼 예정이다.

9. 중국의 무서운 성장 - 우주정거장 건설 완료

천문학은 선진국의 전유물이라고 할 수 있을 정도로 큰 자본이 드는 학문이다. 따라서 국가의 경쟁력이 어느 정도 도달한 상태에서만 폭넓은 투자가 가능하다. 실제로 천문학 분야에서 선두를 유지하고 있는 미국, 유럽, 그리고 일본 등은 대부분 경제적으로도 매우 성장한 선진국들인 경우가 대부분이다. 하지만 최근 천문학계에서는 중국의 성장세가 매우 무서움을 확인할 수 있다.

중국의 천문, 우주산업 투자는 하루 이틀 일이 아니다. 이미 1990년대 초반부터 시작된 선저우 우주개발이 시작되었으며 1993년에는 중국의 국가 우주 기구인 중국 국가항천국(CNSA)이 설립되었다. 2011년에 미국 국회가 중국과 미국 간의 우주개발 협력을 금지하며 중국의 국제우주정거장(ISS)을 이용을 금지시키자, 중국은 독자 유인 우주정거장을 만들겠다는 계획하에 톈궁(天宮) 1호를 발사하며 톈궁 프로젝트를 시작했다.

2021년부터는 톈궁 프로젝트에 대한 경험을 기반으로 중국 우주정거장의 메인 모듈인 톈허가 성공적으로 발사되며 본격적인 우주정거장의 개발이 시작되었다. 이어서 톈저우 2, 3, 4호, 그리고 선저우 12, 13, 14호 등이 성공적으로 발사되며 톈허와의 도킹에 성공했다.

올해는 실험 모듈인 원톈(問天)이 발사되었으며 멍톈(夢天) 역시 성공적으로 발사되었다. 이후 톈저우 5호와 선저우 15호도 성공적으로 발사, 도킹에 성공하면서 텐ㄷ궁 우주정거장의 성공적인 건설을 마무리 지었다. 최종 모습은 국제우주정거장에 비교하여 약 1/3 정도 크기와 1/4 정도의 무게를 자랑한다.

가깝지만 먼 나라인 중국은 이제 독자적인 우주정거장을 확보하면서 우주 분야에서도 명실상부 강대국의 지위를 얻게 되었다. 이를 통해서 과거보다 훨씬 더 자유로운 실험과 연구가 가능해질 전망이다.

10. 전쟁과 천문학

인류는 이미 두 차례의 세계대전에서 경험했듯이 전쟁의 승패가 과학 기술의 발전과도 큰 관계가 있음을 알고 있다. 이는 과학이 정치적 상황과 국제 정세에 크게 영향을 받기 때문인데, 이처럼 국가 간의 전쟁은 민간을 파괴하며 점점 사회로 깊숙이 침투하고 있다. 그리고 결국 과학에도 영향을 미치고 있다. 천문학도 예외는 아니다.

유럽은 러시아의 우주 산업 경험 등을 토대로 여러 프로젝트에서 러시아와의 협력을 진행해왔다. 하지만 러시아의 우크라이나 침공은 유럽 사회에서 큰 분노를 일으켰다. 국제적인 명분이 부족할 뿐 아니라, 주변국가들로 하여금 에너지 위기 등의 큰 어려움을 불러일으키고 있기 때문이다.

유럽 대부분의 연구소에서는 러시아의 우크라이나 침공을 비판하는 것과는 별개로 “과학 연구소는 항상 중립을 취해야 하며 러시아인이라고 해서 기회에 차별받으면 안 된다”는 의견을 내놓고 있지만, 대부분의 러시아-유럽 협력 프로젝트는 취소되고 있으며, 이로 인한 균열은 쉽게 회복될 조짐을 보이지 않고 있다.

특히 화성에서 과거 생명체의 흔적을 찾기 위한 엑소 마스2(ExoMars 2)의 러시아 참여는 이미 취소됐다. 

또한 유럽의 달 탐사 프로젝트에서도 러시아의 이름은 삭제된 지 오래다. 또한, 국제 우주 정거장(ISS)은 NASA와 러시아 우주국(ROSCOSMOS), 일본 우주항공연구개발기구(JAXA), ESA, 캐나다 우주국 (CSA) 등 총 5개 국가 우주 기관이 참여하고 있었는데 전쟁 이후 이 협력에도 균열이 생겼다.

2022년의 천문학은 새로운 발견과 연구들을 토대로 내년을 더 기대되게 한다. 2023년에도 제임스 웹 우주망원경은 건재할 것이며 새로운 아르테미스 미션도 시작된다.

다만 명실상부한 우주선진국 대열에 진입했지만 우리나라는 아직 갈길이 멀다.

특히 전 세계가 앞다퉈서 다음 몇십년의 먹거리를 찾고 있는 요즘 천문학이나 우주산업은 우리나라의 국가 경쟁력과 자본 확보라는 두마리 토끼를 다 잡을 수 있는 훌륭한 먹거리가 될 수 있다는 점을 기억해야한다. 2023년엔 우리나라에서도 새로운 천문학과 우주 뉴스가 나올 수 있길 기대해본다.