보이저 2호 — 태양계 외행성을 모두 방문한 유일한 탐사선

보이저 계획에서 잘 알려지지 않은 사실이 하나 있습니다. 보이저 1호와 2호 중 어느 쪽이 먼저 발사되었을까요? 정답은 2호입니다. 보이저 2호는 1977년 8월 20일, 보이저 1호보다 무려 16일 앞서 발사되었습니다. 그러나 더 빠른 궤적을 택한 보이저 1호가 목성에 먼저 도착했습니다. 이름은 '2호'지만 언제나 언니 역할을 해온 탐사선 — 그러나 보이저 2호는 형제 중 훨씬 더 많은 것을 보았습니다.

보이저 2호는 인류 역사상 유일하게 태양계의 네 외행성 — 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 — 을 모두 방문한 탐사선입니다. 그리고 그 중 천왕성과 해왕성은 인류가 가까이서 본 것이 이때가 처음이자 마지막입니다.

그랜드 투어: 176년에 한 번의 기회를 낚아채다

1960년대 말, UCLA 대학원생이었던 게리 플란드로(Gary Flandro)는 JPL에서 인턴 업무를 하던 중 놀라운 사실을 계산해냈습니다. 1970년대 후반에 외행성들이 특별히 유리한 위치로 정렬된다는 것이었습니다. 중력 도움(gravity assist)을 이용하면 단 하나의 탐사선으로 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 연속으로 방문할 수 있었습니다. 이 기회는 176년에 한 번 오는 것이었습니다.

그렇게 탄생한 것이 '그랜드 투어(Grand Tour)' 계획이었습니다. 보이저 2호는 이 여정의 충실한 실행자가 되었습니다.

목성: 1979년 7월

보이저 2호는 1979년 7월 9일 목성에서 약 57만 킬로미터 거리로 접근하며 근접 비행을 했습니다. 보이저 1호가 이미 4개월 전에 목성을 통과했지만, 보이저 2호는 다른 각도에서 접근해 새로운 데이터를 수집했습니다.

특히 목성의 위성 에우로파(Europa)의 표면에서 발견된 복잡한 얼음 균열 패턴은 이미징 팀의 관심을 끌었습니다. 훗날 이 패턴은 에우로파의 두꺼운 얼음층 아래에 액체 바다가 존재할 가능성을 강하게 시사하는 것으로 밝혀집니다. 목성의 중력에 의한 중력 도움을 받아, 보이저 2호는 가속을 얻어 토성을 향했습니다.

토성: 1981년 8월

1981년 8월 25일, 보이저 2호는 토성의 구름 꼭대기에서 약 10만 킬로미터까지 근접했습니다. 보이저 1호가 이미 토성을 방문했지만, 보이저 2호는 다른 고리 구조와 위성들을 집중적으로 관찰했습니다.

그러나 이 단계에서 위기가 찾아왔습니다. 주 카메라 플랫폼이 일시적으로 기능을 멈춘 것입니다. JPL 엔지니어링 팀은 며칠에 걸쳐 문제를 해결했고, 토성의 위성 히페리온(Hyperion)의 불규칙한 형태와 엔셀라두스(Enceladus)의 반사율이 매우 높다는 사실을 기록했습니다. 엔셀라두스의 높은 반사율은 훗날 얼음 분출 활동의 증거로 밝혀집니다.

보이저 1호는 타이탄을 근접 비행하기 위해 황도면 밖으로 궤도가 꺾였지만, 보이저 2호는 천왕성으로 계속 나아갈 수 있었습니다.

천왕성: 1986년 1월 — 얼음 행성과의 첫 만남

1986년 1월 24일, 보이저 2호는 천왕성의 구름 꼭대기에서 약 8만 1,500 킬로미터 거리로 접근했습니다. 이것은 인류가 천왕성을 처음으로 가까이서 본 순간이었습니다. 그리고 아직까지도 인류가 천왕성을 그렇게 가까이 본 것은 이때가 유일합니다.

천왕성은 예상을 뛰어넘는 이상한 행성이었습니다. 자전축이 황도면에 대해 97.8도 기울어져 있어 사실상 옆으로 누운 채 공전하고 있었습니다. 보이저 2호는 천왕성에서 10개의 새로운 위성과 2개의 새로운 고리를 발견했습니다.

가장 흥미로운 발견은 위성 미란다(Miranda)였습니다. 미란다의 표면에는 엄청나게 다양한 지형들이 혼재해 있었습니다. 높이가 20킬로미터에 달하는 절벽, 체스판처럼 구획된 지형, 오래된 크레이터와 새로운 지형이 뒤섞인 표면. 과학자들은 미란다가 한때 완전히 부서졌다가 다시 뭉쳐졌거나, 아니면 내부 지질 활동이 매우 강했던 것으로 추정합니다.

또한 보이저 2호는 천왕성이 예상보다 훨씬 적은 열을 방출한다는 사실을 발견했습니다. 목성과 토성은 태양에서 받는 에너지보다 훨씬 많은 열을 자체적으로 방출하지만, 천왕성은 거의 그렇지 않습니다. 이 미스터리는 아직도 완전히 해결되지 않았습니다.

해왕성: 1989년 8월 — 마지막 행성과의 조우

1989년 8월 25일, 보이저 2호는 해왕성의 구름 꼭대기에서 약 4,800 킬로미터 거리까지 접근했습니다. 이 단계에서 지구와의 통신 지연은 편도 약 4시간에 달했습니다. 명령을 보내고 확인을 받는 데 무려 8시간이 필요했습니다.

해왕성에서의 발견들은 극적이었습니다.

대흑반(Great Dark Spot): 목성의 대적반(Great Red Spot)과 유사한 거대 폭풍이 해왕성에서 발견되었습니다. 지구만한 크기의 이 타원형 폭풍은 시속 2,400 킬로미터의 바람을 동반하고 있었습니다. 태양계에서 기록된 가장 강력한 바람이었습니다. 그러나 이 대흑반은 1994년 허블 우주망원경이 다시 확인했을 때 사라지고 없었습니다. 해왕성의 날씨가 매우 역동적으로 변한다는 증거였습니다.

트리톤의 질소 간헐천: 해왕성의 위성 트리톤(Triton)은 가장 놀라운 발견이었습니다. 트리톤은 해왕성의 공전 방향과 반대로 공전하는(역행 궤도) 유일한 큰 위성입니다. 이는 트리톤이 해왕성과 함께 형성된 것이 아니라 나중에 해왕성의 중력에 포획된 카이퍼벨트 천체임을 시사합니다.

더 놀라운 것은 트리톤 표면에서 질소 가스를 뿜어내는 간헐천이 발견된 것입니다. 영하 235도의 극저온 환경에서도 태양 복사열에 의해 얼어있던 질소가 기화되어 수 킬로미터 높이의 기둥을 형성하고 있었습니다. 트리톤은 태양계에서 지질 활동이 확인된 몇 안 되는 천체 중 하나가 되었습니다.

임무 팀장 에드워드 스톤(Edward Stone)은 해왕성을 향해 날아가던 1989년 이렇게 말했습니다: "우리는 12년 여정의 마지막 90분을 위해 모든 것을 걸었습니다." 해왕성 근접 비행은 단 90분이었지만, 그 90분이 인류의 행성 탐사 역사를 완성했습니다.

2018년 12월: 두 번째 성간 탐사선

2018년 12월 10일, 보이저 2호도 마침내 태양권을 벗어나 성간 우주에 진입했습니다. 보이저 1호보다 6년 늦었지만, 보이저 2호만이 가진 특별한 점이 있었습니다. 보이저 2호에는 아직 작동 중인 플라즈마 과학 장비(PLS)가 있었고, 이를 통해 태양권 경계(헬리오포즈)를 통과하는 순간의 플라즈마 환경 변화를 직접 측정할 수 있었습니다.

두 탐사선이 서로 다른 방향으로 성간 우주를 탐색함으로써, 과학자들은 태양권의 구조를 훨씬 더 정확하게 이해할 수 있게 되었습니다. 보이저 1호는 황도면 북쪽으로, 보이저 2호는 황도면 남쪽으로 날아가면서 태양권의 비대칭 구조를 확인해 주었습니다.

보이저 1호 vs 보이저 2호 비교

항목	보이저 1호	보이저 2호
발사일	1977년 9월 5일	1977년 8월 20일
발사 중량	825.5 kg	825.5 kg
목성 근접 비행	1979년 3월 5일	1979년 7월 9일
토성 근접 비행	1980년 11월 12일	1981년 8월 25일
천왕성 근접 비행	— (불가)	1986년 1월 24일
해왕성 근접 비행	— (불가)	1989년 8월 25일
성간 우주 진입	2012년 8월 25일	2018년 12월 10일
현재 거리 (2024년)	약 163 AU	약 140 AU
현재 속도	초속 약 17 km	초속 약 15.4 km
신호 편도 지연	약 22.5시간	약 19.5시간
탐사 행성 수	2개 (목성, 토성)	4개 (목성, 토성, 천왕성, 해왕성)
비행 방향	황도면 북쪽	황도면 남쪽
현재 운용 장비 수	4개	5개

기술 사양

항목	상세 정보
발사일	1977년 8월 20일
발사체	타이탄 IIIE/센타우르
발사 중량	825.5 kg
안테나 직경	3.7 m
동력원	RTG (플루토늄-238) × 3기
발사 시 전력	470 W
현재 전력 (2024년 기준)	약 237 W
현재 거리	약 140 AU (약 209억 km)
성간 우주 진입	2018년 12월 10일
운용 기관	NASA JPL

탑재 과학 장비

보이저 2호 탑재 과학 장비 목록
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[현재 운용 중]
- PWS   (Plasma Wave Subsystem)            플라즈마파 관측
- MAG   (Triaxial Fluxgate Magnetometers)  자기장 측정
- CRS   (Cosmic Ray Subsystem)             우주선 관측
- LECP  (Low-Energy Charged Particles)     저에너지 하전입자 관측
- PLS   (Plasma Science)                   플라즈마 밀도·속도 측정

[운용 종료]
- ISS   (Imaging Science Subsystem)        카메라
- IRIS  (Infrared Interferometer)          적외선 분광기
- UVS   (Ultraviolet Spectrometer)         자외선 분광기
- PPS   (Photopolarimeter System)          광편광계
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보이저 2호의 유산

보이저 2호가 없었다면 인류는 천왕성과 해왕성을 아직까지 망원경으로만 보고 있을 것입니다. 천왕성을 다시 방문하는 우주선이 현재 계획 중이며(2040년대 예정), 해왕성 탐사 임무도 논의되고 있습니다. 하지만 그 탐사선들이 도달하기까지는 수십 년이 더 걸립니다.

그때까지, 보이저 2호는 여전히 그 두 행성을 가장 가까이서 본 인류의 눈입니다. 네 개의 외행성을 모두 방문하고, 성간 우주로 나아가고, 지금 이 순간에도 초속 15.4킬로미터로 날아가고 있는 탐사선. 이름은 2호지만, 업적만큼은 그 누구에게도 뒤지지 않습니다.