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[별별이야기] 지구에서는 못보는 달의 뒷면…다시 뜨거워지는 달 탐사!

■ 지웅배 / 연세대학교 은하 진화 연구센터 연구원

[앵커]
1969년 처음으로 달에 착륙한 인류는, 50년 넘게 달 탐사를 이어오고 있는데요. 오늘날엔 달을 우주 연구를 위한 전초기지로 삼기 위한 노력이 이루어지고 있습니다.

오늘 '별별 이야기'에서는 연세대학교 은하 진화 연구센터 지웅배 연구원과 함께 이에 대한 자세한 이야기 나눠보겠습니다. 어서 오세요.

1969년 인류가 달에 첫 발자국을 남겼죠. 이제 우리가 달을 조금 더 가깝게 느끼게 된 계기인데, 그런데 지구에서 바라보는 달은 늘 앞면만이라고 하더라고요. 그렇다면 달의 뒷모습은 어떤 모습인가요?

[인터뷰]
네. 말씀하신 것처럼 달의 뒷면은 지구에서 절대 볼 수 없습니다. 달은 자신의 자전 주기와 지구 주변을 도는 공전주기가 일치하기 때문에 지구에서는 항상 달이 같은 면을 향하는 것처럼 보이는데요. 인류는 아폴로 미션을 비롯한 다양한 달 탐사선을 통해 달 주변 궤도를 돌면서 달의 뒷면을 확인했습니다.

[앵커]
네, 연구원님도 혹시 영화 트랜스포머에서 달 뒷면에 로봇이 있는 장면을 보셨는지 모르겠는데, 일단 준비되어있는 영상 보고 얘기해보겠습니다.

바로 이 장면인데요. 지금 봐도 재밌네요. 실제 이 장면처럼 달 뒷면을 봤더니 혹시 로봇이나 문명이 있었나요?

[인터뷰]
아, 아쉽게도 로봇들은 존재하지 않았습니다. 그동안의 탐사를 통해 밝혀진 달의 뒷면은 매끈한 우리 앞면과는 다르게 울퉁불퉁한 표면을 가지고 있었는데요.

달의 앞면을 떠올려 보시면, 얼룩진 방아 찧는 토끼 모양 부분이 생각나실 겁니다. 그 부분은 달의 앞면에 넓게 펼쳐져 있는 달의 바다라고 부르는 지형입니다. 달의 바다는 오래전 마그마가 달 표면 바깥으로 흘러나와서 굳으면서 생긴 평탄한 지대가 낮은 지역입니다.

오래전 온갖 크레이터 충돌 흔적으로 울퉁불퉁했던 달의 앞면은 그 표면을 덮어버린 바다가 만들어지면서 매끈하게 지워져 버렸죠. 반면 달의 뒷면은 고스란히 오래전 운석 충돌이 남긴 다양한 크레이터들을 갖고 있습니다. 그래서 달의 앞면은 훨씬 어둡고 매끈하지만, 달의 뒷면은 훨씬 밝고 또 울퉁불퉁한 거친 지형을 갖고 있죠.

[앵커]
네, 앞면은 매끈하지만 뒷면은 울통불퉁하하다고 하셨는데, 뒷면이 유독 이렇게 크레이터들이 많은 이유가 있을까요?

[인터뷰]
달의 앞뒤가 확연히 다른 지형적인 특징을 갖게 된 것은 지구와 달이 함께 같은 주기로 자전을 하면서, 강한 중력으로 붙잡혀 있는 탓에 달 내부의 핵과 물질들이 지구 쪽으로 살짝 치우쳐있기 때문으로 추정하고 있습니다. 만약 달을 과일 쪼개듯 절반으로 잘라서 단면을 본다면 달의 핵은 중앙이 아닌 지구 쪽으로 살짝 치우친 자리에 위치할 겁니다.

그래서 달의 핵이 표면 가까이 치우쳐져 있는 달의 앞면은 지각의 두께가 얇고 지구를 등지고 있는 쪽은 지각의 두께가 두꺼운데요. 이런 이유로 달의 뒷면은 운석과 충돌했을 때 더 강하게 버틸 수 있었습니다.

약한 앞면은 충돌로 인해 마그마가 새어 나와 크레이터를 메웠지만, 뒷면은 마그마가 새어 나오지 않고 그냥 크레이터만 파일 뿐이죠. 달의 등은 살갗이 두꺼워서 운석에 맞아도 멍은 들지만 피는 나지 않던 셈입니다.

[앵커]
재미있는 비유이네요. 그런데 이런 달의 뒷면에 천문대를 지어서 별을 관측하면 상당한 이점이 있다고 들었습니다. 어떤 이야기인가요?

[인터뷰]
오래전부터 인류의 달에 대한 관심을 보여주는 영화나 소설들이 많았죠. 그런 걸 보면 달로 신혼여행을 떠난 부부들을 위해 달 호텔을 만들거나 달 정착을 위한 달 농장이 가장 먼저 만들어지지 않을까? 하는 기대를 하고 계신 분들이 많으리라 생각합니다.

하지만 그런 우리 앞선 그런 예상과는 다르게 가까운 미래에 달 표면에 가장 먼저 지어질 건물로 우리가 천문대라고 이야기하고 있습니다. 달은 지구와 다르게 시상을 방해하는 대기도 거의 존재하지 않고 지질학적으로 죽어있기 때문에 지진이 일어나서 천문대가 무너질 걱정도 없죠. 특히 지구에서 발생하는 생활전파잡음이나 도시 불빛에 의한 빛 공해에서 벗어나서 태양과 지구를 가릴 수 있는 달의 뒷면이라면 가장 최적의 천문대가 만들어질 것이라 기대하고 있습니다.

[앵커]
그런데 우주에는 우주 망원경도 있고, 위성도 있는데 유독 달의 뒷면에 천문대를 설치하려는 이유가 무엇인가요?

[인터뷰]
사실 대부분의 우주 망원경과 위성들은 고도 약 500에서 600KM에 해당하는 지구 저궤도로 올라가는데요. 인류의 첫 인공위성이었던 스푸트니크 이후로 수많은 인공위성이 올라가면서 발생한 각종 우주 쓰레기가 문제가 되고 있습니다.

아주 빠른 속도로 지구 주변을 맴도는 우주 쓰레기들은 그 크기가 작은 알갱이 수준이라 하더라도 망원경 몸체를 뚫고 파괴할 수 있을 정도로 위력이 강합니다. 이런 우주 쓰레기와의 물리적 충돌뿐 아니라 우주 쓰레기들이 만들어낸 각종 먼지 부스러기 구름이 천문 관측을 더 어렵게 만들죠. 특히 먼지구름이 우주에서 날아온 파장이 짧은 빛을 흡수하고 파장이 긴 적외선 영역의 빛을 방출하기 때문에 이 저궤도 상공은 그 배경 적외선으로 채워지게 됩니다. 그래서 정작 더 먼 우주에서 날아온 천체의 적외선이 배경 적외선에 묻혀 정밀한 관측이 어려워지게 됩니다.

이 외에도 태양 활동이 활발해져서 그 영향으로 강한 자외선이 방출되면 위성들에 영향을 주게 됩니다. 태양의 영향을 받은 위성은 서서히 힘을 잃고 추락할 위험이 생기게 되는 거죠. 또, 지구 주변을 도는 위성들은 지구에서 발생하는 이런 생활전파잡음에서 벗어나지 못하다는 점을 들 수 있습니다.

[앵커]
그래서 달에 천문대를 설치하면 좋은 점에 대해서 설명해주셨는데, 그런데 이게 단순히 상상이 아니라 실제로 나사에서 이것을 추진할 계획을 가지고 있다면서요?

[인터뷰]
네. 현재 NASA에서 공개한 혁신 첨단 프로그램 구상 'NIAC'에 따르면 달 크레이터에 지름 약 1KM의 거대 단일 전파 망원경을 건설할 예정입니다.

물론 이런 큰 접시 안테나를 직접 만드는 것은 불가능한데요. 대신 NASA에서는 달에 움푹하고 둥글게 파여있는 자연 크레이터를 활용해 크레이터 자체를 거대한 전파 안테나의 접시로 활용할 계획을 세우고 있습니다. NASA에서는 사람이 아닌 로봇을 보내서 전파망원경을 건설할 계획인데요.

달의 거대한 크레이터 정중앙에 하나, 크레이터의 둥근 가장자리에 여러 대 로봇을 보냅니다. 총 두 종류의 로봇을 보내면 크레이터 중심에 착륙하는 첫 번째 로봇은 여러 겹의 와이어를 가지고 가는데요. 로봇이 그 와이어를 주변에 풀어놓으면 가장자리에 있던 로봇들이 크레이터 사면을 굴러 내려와 와이어 끝을 하나씩 붙잡게 됩니다. 가장자리에 있던 로봇들이 와이어를 붙잡고 다시 자기 자리로 올라가게 되면 그물망 모양으로 와이어들이 쫙 펼쳐지면서 크레이터를 가득 채운 둥근 안테나 역할을 하게 됩니다.

이후 크레이터 중앙에 착륙했던 로봇은 망원경 검출기에 해당하는 장치를 위로 분출시키는데요. 작은 추력으로 살짝 위로 올라간 검출기는 크레이터 가장자리 로봇들에 의해서 적당한 높이에 고정됩니다. 이런 모든 과정을 통해 월면 천문대를 건설할 계획이 있습니다.

[앵커]
이 계획대로 돼서 성공을 한다면 우리는 달 천문대로 무엇을 관측할 수 있을까요?

사람이 아닌 로봇이 천문대를 건설한다는 것이 정말 놀랍습니다. 만약 나사의 이런 계획이 성공한다면 어떤 것을 확인할 수 있을까요?

[인터뷰]
만약 이 계획이 정말 성공한다면 천문학자들은 아주 낮은 저주파수의 영역에서도 우주를 관측하게 될 것이라 기대하고 있습니다. 또 이 망원경을 혼자 활용하는 것이 아니라 이미 지구에서 활약하고 있는 지구의 전파 망원경들과 함께 협력해서 활용한다면, 무려 그 기선 베이스라인의 길이가 지구와 달 사이 거리인 38만 km에 해당하는 아주 기다란 전파 망원경 간섭계 역할을 할 수도 있죠.

특히 전파 관측은 이처럼 동시에 하나의 천체를 멀리 떨어진 여러 대의 안테나로 관측하는 간섭계 관측을 많이 합니다. 각 망원경이 떨어진 거리를 직경으로 하는 거대한 하나의 망원경의 역할을 하게 되죠.

지구 사이즈 간섭계보다 더 서른 배나 기선이 긴 지구-달 간섭계가 완공된다면 우리는 이웃 은하의 초거대 질량 블랙홀뿐 아니라 그보다 수천만 배 이상 더 가벼운 항성 질량, 중간질량 블랙홀들의 모습도 실제 인증샷으로 볼 수 있게 되겠죠.

[앵커]
네, 그럼 우리 이렇게 실제 인증샷을 정말로 관측할 수 있다면 천문학적으로는 어떤 의미를 가지는지 궁금해요.

[인터뷰]
이런 관측이 가능해진다면 오랫동안 수수께끼로 남아있는 여러 대표적인 우주론적 난제들을 확인할 수 있을 니다. 2019년 인류가 처음으로 블랙홀을 목격했다면, 가까운 미래 지구 달 간섭계 관측을 통해서 인류는 처음으로 블랙홀이 나이 들어가면서 소멸하는 호킹 복사라고 부르는 블랙홀의 주름살을 목격하게 될지 모릅니다.

아쉽게도 스티븐 호킹은 일찍 세상을 떠나서 이 역사적인 검증 과정을 목격할 수는 없었지만, 가까운 미래 이런 지구를 벗어나 달로 뻗어 나가는 멋진 협력 관측을 통해서 오랫동안 미지로 남아있던 거대한 비밀을 검증할 수 있기를 바랍니다.

[앵커]
언젠가 인류가 달에 가서 살 수 있지 않을까? 그런 상상을 했었는데, 실제로 이렇게 달을 활용하려고 하는 계획을 들으니까 정말 신기하다는 생각이 듭니다. 앞으로도 새로운 소식 기대하겠습니다. 오늘 말씀 고맙습니다.
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