우주여행에도 최대 걸림돌은 미세먼지, 해법은?

“스타샷 프로젝트 우주선 머리카락 굵기 먼지에도 파괴돼”
천문연 연구팀, 원통형·직육면체 모양에 그래핀 차폐막 제안

가장 가까운 별인 알파 센타우리까지 나노우주선을 쏘아올린다는 스타샷 프로젝트 개념도. 스타샷 프로젝트 제공

인류는 이르면 2040년께 가장 가까운 별인 알파 센타우리에 우주선을 보낸다. 지난해 4월 러시아 억만장자 유리 밀너, 미국 천재물리학자 스티븐 호킹, 페이스북 공동창업자 마크 주커버그는 안파 센타우리까지 우주선 1000대를 보내는 ‘스타샷 프로젝트’를 시작했다. 돛과 본체로 이뤄진 나노우주선을 레이저로 광속의 20% 속도까지 가속해 알파 센타우리까지 20년 만에 도착하도록 한다는 것이다. 이 획기적인 우주여행에서 가장 큰 걸림돌은 ‘미세먼지’다.

한국천문연구원 연구원인 베트남 출신 티엠 황(37) 박사는 15일 “우주공간은 텅 비어 있지만 완벽한 진공은 아니라서 먼지와 가스입자 등 성간물질이 존재한다. 주로 수소와 헬륨으로 이뤄져 있지만 수마이크로미터(㎛·100만분의 1m)에 이르는 미세먼지도 있다. 초고속을 날아가는 우주선이 머리카락 굵기(15㎛)의 먼지와 부닥치면 파괴될 것이다”라고 말했다. 티엠 황과 미국 위스콘신대, 하버드대 공동연구팀은 우주선과 성간물질의 충돌을 계산하고 이를 방지할 수 있는 방안을 제시해 논문이 학술지 <천체물리학저널> 3월1일치에 실렸다.

알파 센타우리는 태양 다음으로 가까운 별로 지난해 지구 크기만한 프락시마B 행성이 발견돼 더욱 주목을 받았다. 스타샷 프로젝트가 제대로 작동하면 나노우주선은 20년쯤 뒤 시속 1억6천만㎞로 알라 센타우리까지 날아가 지구에 전파를 보내올 수 있다. 전파가 지구까지 오는 기간이 4.37년 걸리는 점을 고려하면 45년쯤 뒤에 우리는 프라시마B 행성에 우리와 똑같은 생명체가 살고 있는지 확인할 수 있다.

연구팀은 지구와 알파 센타우리 사이에 존재할 수 있는 성간물질을 계산했다. 우주에는 평균 1㎤ 안에 1개 정도의 수소나 헬륨 원자가 존재한다. 알파 센타우리까지는 수소나 헬륨 원자가 10의 18제곱 개 가량이 존재한다. 철이나 마그네슘 등 무거운 원소들은 이보다 100분의 정도 적어 10의 16제곱개, 먼지는 약 10만개 정도 될 것으로 추정된다.

이들 원소와 우주선이 부닥치면 어떻게 될까? 연구팀의 분석으로는 철과 같은 무거운 원소와 부닥치면 우주선 표면이 0.1㎜ 깊이까지 손상되고, 작은 먼지 입자라도 1㎜까지 팰 것으로 추정됐다. 머리카락 굵기의 미세먼지라면 우주선 자체가 파괴되는 것으로 시뮬레이션됐다. 황 박사는 “광속 20% 속도로 우주선이 날아가면 0.1㎛의 먼지와 부닥쳤을 때 10의 8제곱 기가볼트(GeV)의 에너지를 받게 된다. 우주선은 고에너지의 성간불질과 부닥쳐 표면이 증발하거나 녹아내리고 본체는 달아오르게 된다”고 말했다.

연구팀은 초소형 우주선을 보호하기 위해서는 진행 방향의 단면을 원통형이나 직육면체 등올 작게 만드는 것이 중요하다고 제안했다. 우주선의 표면적이 작을수록 우주 먼지로부터 피해를 덜 받기 때문이다. 또한 그래핀처럼 녹는점이 높고 강한 소재로 1㎜ 정도로 얇은 차폐막을 이중으로 씌우는 방안도 제시했다.

황 박사는 “우주선이 소행성이나 큰 입자와 충돌하면 거의 부서진다고 봐야 하지만 이들 물체와 만날 가능성은 100만분의 1에 불과할 것이다. 한국은 반도체와 그래핀 등 경량소재 기술에서 앞서 있어 스타샷 프로젝트 등 우주선 개발에 기여할 부분이 많다고 생각한다”고 말했다.

이근영 선임기자 [e-mail]