로켓과 탐사, 그리고 지구의 위기

 

로켓은 언제 어디서 제일 먼저 발명되었을까?

가장 이른 시초로 보이는 것은 서기 1000년경에 당복이 만들었던 것인데, 아마 군사 혹은 불꽃놀이 용도로 만든 것으로 추정된다.

 

 

로켓의 시작과 기본 구조

로켓은 기본적으로 발사체에서 동력을 공급받아 작동한다. 이 발사체에 주입된 화학물질은 산소와 섞인다.

그리고 반응성이 높은 원소인 산소가 산화, 즉 폭발하면서 화학물질에 저장된 에너지를 방출한다.

이 같은 과정을 통해 구멍이 뚫린 쪽으로 공기가 새어 나가면, 같은 세기의 힘이 구멍 반대 방향으로 작용해 통을 밀기 시작한다(뉴턴 제 3 법칙). 이때 하늘로 향해 가도록 방향만 잘 설정해주면 된다.

 

현대의 로켓 구조와 가장 비슷한 것은 1944년 독일의 물리학자 베른헤르 폰 브라운이 만들었다.

‘보복 무기’를 의미하는 독일어 단어에서 앞 글자를 따와 V-2라 이름 붙인 이 로켓은 우주에 도달할 수 있었다. 그리고 나치는 이것을 3000곳이 넘는 도시를 향해 발사했다.

 

이 로켓의 기본구조는 자동차의 내연기관을 떠올려보면 이해하기 쉽다.

먼저 많은 양의 연료를 가득 채울 통이 있어야 한다. 폰 브라운은 알코올과 물을 연료로 썼다. 요즘엔 보통 등유나 액체 수소를 사용하는데, 이 두 가지를 산소 조건에서 태우면 물이 부산물로 만들어진다.

그리고 연료와 산소가 혼합되는 통과 산소 탱크가 있어야 한다.

무엇보다 중요한 건 한쪽 끝에 노즐이 달린 연소실이다. 바로 여기서 폭발력을 얻는다.

연료와 산소 혼합물에 불을 붙이면 로켓이 발사되는 것이다.

 

이때 이 폭발반응에서 사소한 오류라도 있으면 발사는 실패할 수도 있다. 대표적인 예시가 바로 아폴로 13호이다.

 

1970년 아폴로 13호는 지구로부터 33만 킬로미터 떨어진 곳에서 선체 한 부분이 폭발하여 달 착륙 임무를 결국 수행하지 못했다.

 

원인은 사소해 보이는 여러 가지가 있었다.

일단 산소 탱크 중 하나가 이송 도중에 떨어졌는데 겉으로 보기엔 멀쩡했다. 떨어진 높이도 고작 5센티미터밖에 되지 않았다.

하지만 이때의 충격으로 탱크를 충전하는 관이 빠져버렸다. 이 관은 탱크 중앙에 연결되어 산소를 공급하거나 빼내는 역할이었다.

 

또 하나는 탱크 속 과잉 산소를 태우도록 설계된 가열기의 전원이 28볼트에서 작동했는데, 케네디 우주 센터에선 65볼트를 사용하고 있었다.

그 결과 과부하가 발생하여 아무도 모르는 사이 가열기가 점점 뜨거워졌고, 내부 온도는 540도까지 치솟아 교반 날개에 동력을 공급하는 전선의 테플론 코팅이 녹았다.

 

지구에서 우주로 발사된 지 56시간 후, 우주비행사들은 탱크 안의 액체산소를 사용하려고 교반 날개를 작동시켰다.

그 순간 산소가 흘러나오는 탱크 속에서 전선들 사이에 합선이 일어나며 불꽃이 튀었고... 쾅! 폭발이 일어났다.

우리가 그 상황에 있었다면 생각만 해도 아찔하고 패닉이 올 것 같지만 우주비행사들은 침착하게 관제탑과 연락을 취했다고 한다.

 

 

왜 로켓으로 지구 밖을 탐사해야 할까?

우주는 행성이 존재하기엔 위험한 곳이다.

오늘날 유카탄반도엔 폭 180, 깊이 20킬로미터의 분화구가 있다. 이것은 약 6500만 년 전에 운석이 멕시코만 이남 지역을 강타한 충격으로 생겼다.

지구의 절반이 쑥대밭이 되고 잿기둥이 솟아올라 몇 년이나 햇빛을 차단했으며 식물 다음 단계를 차지하는 생명체 대부분이 죽었다.

 

이런 충돌은 사실 지금도 끊임없이 일어나고 있다. 그러나 지각판과 기상 체계가 충돌 증거를 지운다.

아마 사람들은 한 번쯤 아름다운 달 표면 사진을 본 적 있을 것이다. 그 표면을 더 자세히 들여다보면 알 수 있는 사실은, 우주가 사실은 사격장이라는 점이다.

 

지구는 평균 18일마다 운석과 충돌한다. 다행히 대부분은 충돌 규모가 작다.

공룡이 전멸했을 때만큼 큰 소행성 충돌은 약 5000만 년에 한 번씩 일어난다. 그럼 지난 대충돌 이후 6500만 년이 지났으니 기한이 지난 것일까?

 

일부 과학자들은 소행성 잔해가 태양계에서 없어진 덕분에 오늘날엔 거대 소행성에 부딪힐 위험이 과거보단 낮아졌다고 한다. 달 표면에 남은 흔적도 태양계가 이제 막 만들어지고 있을 때의 것이며 그 후로는 변화가 없었다.

하지만 소행성은 행성보다 크기가 작아 이런 식의 주장은 옳지 않다고 말하는 학자들 또한 있다.

 

현재 소행성을 감시하는 기관은 지구에 단 한 곳, 매사추세츠주의 소행성 센터밖에 없다.

이곳에선 지구 가까이에 있는 소행성들의 위치를 매일 업데이트하고 소행성들의 궤적을 기록한다. 비록 900개나 되는 소행성이 잠재적 충돌 가능성이 있는 ‘진입 위험표’상에 있지만 우리가 아는 소행성 대부분은 위험성이 낮다.

 

하지만 소행성 충돌 외에도 위험은 많다.

감마선 폭발로 인해 강력한 방사선을 방출하는 초신성은 수백만 년마다 태어난다. 그중 가까이에 있는 것은 지구의 오존층을 분해하여 우리에게 자외선을 노출시킬 수도 있다. 익히 아시다시피 자외선은 암을 유발한다.

 

혹은 항성계를 빠져나와 혼자 떠돌아다니는 행성도 있다. 혹시 이런 떠돌이 행성이 태양계에 오게 된다면 다른 행성들을 중력으로 끌어당겨 궤도를 벗어나게 할지도 모른다.

 

코로나 질량 방출도 있다. 이는 태양 표면이 전하를 띤 다량의 입자를 지구에 방출하는 현상인데, 우리가 사용하는 기기들에 좋지 않은 영향을 미친다.

마지막으로 발생한 1859년엔 큰 혼란이 없었지만, 오늘날 우리의 GPS, 인터넷, 은행 기록, 주식시장, 전력망들을 이로 인해 한 순간에 몽땅 잃는다면 이 세계가 어떻게 되겠는가?

 

그리고, 당연하게도, 지구 내부의 문제가 있다.

금세기 말까지 지구의 인구수는 100억명을 돌파할 것으로 보인다. 하지만 기후 위기로 인해 사람이 농사지을 수 있는 곳은 점점 척박해진다. 간단히 말해 사람은 늘어나는데 땅은 줄어든다.

이미 대기로 방출된 이산화탄소가 바다로 융해되어 바닷물을 산성화하고 식물성 플랑크톤을 죽이고 있다. 우리가 마시는 산소의 50퍼센트에서 85퍼센트를 이 식물성 플랑크톤이 생산한다.

 

여느 영화들처럼 외계인들이 갑자기 내려와 지구를 구해준다는 시나리오도 멋지지만, 그게 아닌 이상 우리는 우리 힘으로 문제를 해결하고 살길을 모색해야 한다. 위험에 빠진 지구를 구할 생존 기술을 개발하고 습득해야 한다.

미국이 NASA 연구를 위해 쏟아붓는 돈은 연간 23조 원에 달한다. 하지만 미국이 포장 음식을 먹는 비용이 매년 230조 원이라는 사실을 잊으면 안 된다. 버즈 올드린은 이렇게 말했다.

“탐사하지 않으면, 우리는 소멸한다.”