유럽우주국(ESA)이 태양계에서 가장 큰 행성인 목성 탐사를 위해 탐사선을 발사한다. 생명체 존재 가능성이 큰 목성의 세 위성을 본격적으로 조사하는 것은 처음이다.

ESA는 유럽시간 기준 14일 오후 2시 14분(한국시간 오후 9시 14분) 남미의 프랑스령 기아나 쿠루 우주기지에서 목성계 탐사선 JUICE(주스, Jupiter Icy Moons Explorer)를 아리안5 로켓에 실어 발사한다. 13일에 발사할 예정이었지만 기상 문제로 연기되었다.

JUICE는 행성이나 다른 천체의 중력을 이용해 우주 탐사선의 궤도를 조정하거나 속도를 내 연료를 절약할 수 있는 ‘스윙바이’ 항법을 이용한다. 지구, 달 금성의 중력을 이용해 빙글빙글 돌면서 목성으로 나아간다. 2024년에는 달-지구 스윙바이, 2025년 금성 스윙바이, 2026년과 2029년 지구 스윙바이가 예정돼 있다.

ESA에 따르면 발사 시 지구와 달의 중력 도움을 받아야 하기 때문에 발사가 지연되면 4월 남은 기간 동안 매일 한 번씩 발사를 재시도할 수 있다. 이번 달에 우주선을 발사하지 못하면 다음 발사 시기는 2023년 8월로 연기된다.

스윙바이 항법을 이용하기 때문에 연료는 절약할 수 있지만 이전 탐사선보다 목성에 도달하는 데 더 긴 시간이 소요된다. 발사가 성공하면 JUICE는 약 8년간 우주를 달려 목성에 도착하게 된다. 지구와 목성의 거리는 5억8800만~9억6600만㎞이다.

JUICE가 목성에서 수행할 임무는 ▲목성 위성의 바다 탐사 ▲핵심 위성인 ‘가니메데’ 탐사 ▲목성계 생명체 존재 가능성 파악 ▲목성 위성의 형성 과정 탐사 ▲가스 행성 형성 과정 탐사 등이다.

◆목성 위성 탐사...얼음 지각 아래 숨겨진 바다에 생명체가 거주할 수 있을까?

목성의 가장 큰 위성 4개는 가니메데, 유로파, 칼리스토, 이오이다. 이들은 1610년 갈릴레오 갈릴레이에 의해 발견돼 ‘갈릴레이 위성’이라고 불린다. 이중 화산 위성인 이오를 제외한 나머지 3개 위성에는 액체 상태의 바다가 있을 것으로 추정된다.

JUICE는 가니메데, 유로파, 칼리스토의 얼음 지각과 숨겨진 해양층을 조사해 바다의 깊이, 성분, 지각 변동 및 화산 활동의 특징 등을 조사할 예정이다.

2034년에는 핵심 탐사 목표인 가니메데 궤도에 진입하는 것이 목표이다. 가니메데는 갈릴레이 위성 가운데 가장 크며 태양계 위성 중 유일하게 고유한 자기장을 띠고 있다. JUICE는 가니메데의 중력, 형태, 내부 구조, 자기장, 구성물 등의 특징을 조사하기 위해 위성을 덮고 있는 얼음 지각 9km 깊이까지 측정 가능한 레이더 장비를 탑재했다.

또한 목성의 위성이 생명체 거주를 위한 조건을 갖추고 있는지 확인하는 것도 주요한 임무이다. 이를 위해 JUICE는 생명체 형성과 거주에 필수적인 탄소·산소·질소·마그네슘·철 등의 성분을 찾아내는 고해상도 매핑 임무를 수행한다.

얼음 아래 바다를 감추고 있는 세 위성에 생명체 거주 가능성이 있는지 확정할 수 있다면 태양계뿐만 아니라 우주 곳곳의 얼음 행성 및 위성의 생명체 존재 가능성을 추정하는 데 도움이 될 것이다.

◆목성의 비밀 파헤쳐 ‘목성계 특성화’ 기대

목성과 위성 간의 관계도 조사 대상이다. 목성은 굉장히 강력하고 독특한 중력, 자기장, 플라즈마 환경을 갖고 있다. 특히 자기장은 지구 자기장보다 약 20배 더 강하다. 가니메데의 자체 자기장이 목성의 더 큰 자기장과 어떻게 상호작용하는지를 포함하여 목성의 혹독한 환경에서 위성의 형성 과정을 파악할 예정이다.

JUICE는 목성과 목성계를 하나의 집단으로 완전히 특성화할 계획이다. 목성계는 태양계뿐만 아니라 외계에 존재하는 수많은 거대 행성들과 유사한 특징을 지니고 있다. 목성과 같은 가스 행성과 그 위성의 형성 과정은 아직 밝혀진 바가 없다.

미항공우주국(NASA, 나사)는 목성과 위성을 더 면밀히 연구하면 우주생물학자들이 가스 행성 주변에 생물체가 거주 가능한 환경이 어떻게 나타날 수 있는지 이해하는 데 도움이 될 것이라고 말한다. 천체생물학자들은 액체 상태의 바다가 생명체가 살 수 있는 환경이 될 수 있다고 추측한다.

JUICE는 얼음 바다를 가진 3개의 갈릴레이 위성 탐사를 마친 후 남은 갈릴레이 위성 이오와 그보다 작은 목성의 내위성(메티스, 아드라스테아, 아말테아, 테베)까지 관측할 계획이다.

ESA는 “목성과 그 위성들은 태양계에서 가장 흥미로운 시스템들 중 하나를 형성하고 있다.”라면서 “JUICE 탐사선은 이 매혹적인 행성과 위성의 환경에 대해 더 많은 것을 밝히게 될 것”이라고 전했다.