로제타와 필레 — 혜성과 함께 10년을 날아 착륙하다 | 우주 여행 Wiki

우주 탐사 역사에는 수많은 '최초'가 있습니다. 그러나 2014년 11월 12일에 일어난 일은 그 어떤 '최초'와도 다른 종류의 감동이었습니다. 그날, 인류가 만든 작은 착륙선이 혜성 표면에 내려앉았습니다. 시속 수만 킬로미터로 태양을 공전하는, 불규칙하고 울퉁불퉁한 혜성의 표면에, 10년을 날아 도달한 끝에 착륙한 것입니다.

그 착륙선의 이름은 필레(Philae) — 그리고 그것을 혜성까지 데려온 모선의 이름은 로제타(Rosetta) 였습니다.

이름에 담긴 의미

로제타(Rosetta). 이 이름은 1799년 이집트에서 발견된 로제타 석(Rosetta Stone)에서 따왔습니다. 로제타 석은 동일한 내용이 이집트 상형문자, 세속 문자, 고대 그리스어 세 가지 언어로 새겨진 비석으로, 수천 년간 해독 불가능했던 고대 이집트 문자를 해독하는 열쇠가 되었습니다.

임무 기획자들의 의도는 명확했습니다. 혜성은 태양계 형성 당시의 원시 물질을 그대로 보존한 타임캡슐 입니다. 로제타 탐사선이 혜성을 해독하여 태양계와 생명의 기원이라는 수수께끼를 푸는 열쇠가 되길 바라는 것이었습니다.

착륙선 필레(Philae)는 이집트 나일 강의 필레 섬 이름을 딴 것으로, 로제타 석 해독에 결정적 단서를 제공한 필레 오벨리스크가 이곳에서 발견되었습니다. 탐사선 이름 하나하나에 역사와 철학이 담긴 임무였습니다.

10년 2개월의 항해

유럽우주국(ESA)의 로제타 탐사선은 2004년 3월 2일 아리안 5 로켓으로 발사되었습니다. 목표 혜성은 67P/추류모프-게라시멘코(67P/Churyumov-Gerasimenko) — 1969년 소련의 천문학자 클림 추류모프(Klim Churyumov)와 스베틀라나 게라시멘코(Svetlana Gerasimenko)가 발견한 주기 혜성으로, 약 6.45년 주기로 태양 주위를 돕니다.

67P 혜성까지 직접 날아가기에는 에너지가 부족했기 때문에, 로제타는 지구(2005년, 2007년, 2009년)와 화성(2007년)을 근접 통과하며 중력 도움을 받았습니다. 또한 소행성 스테인스(Steins, 2008년)와 루테티아(Lutetia, 2010년)를 스쳐 지나가며 근접 관측하는 '덤'도 챙겼습니다.

그리고 2011년 6월 8일, 탐사선은 목성 궤도 너머 먼 우주로 나아가며 동면(Deep Space Hibernation) 에 들어갔습니다. 태양에서 너무 멀어 태양광 발전이 불가능해졌기 때문입니다. 지구에서는 2년 반 동안 아무런 신호도 보내지 않는 탐사선을 그저 기다려야 했습니다.

"안녕, 로제타!" — 31개월 만의 재기동

2014년 1월 20일 오전, ESA 다름슈타트 관제센터에는 수십 명의 연구자들이 모여 있었습니다. 동면 중인 로제타를 깨우는 '알람 시계'가 맞춰진 날이었습니다.

오전 10시, 탐사선의 내부 타이머가 동면 해제 명령을 실행했습니다. 로제타가 실제로 깨어나 안테나를 지구 방향으로 돌리고 신호를 보내오기까지 기다려야 할 예상 시간은 약 7시간. 그 7시간 동안 관제실의 분위기는 말 그대로 숨막히는 긴장이었습니다.

오후 6시 18분, 신호가 도착했습니다. 31개월의 동면에서 깨어난 로제타가 보내온 첫 신호였습니다. 관제실은 환호성으로 터져나갔고, ESA 임무 운영 책임자 안드레아 아코마조(Andrea Accomazzo) 는 두 손을 번쩍 들었습니다. 관제사 하나가 트위터에 올린 메시지는 전 세계에 퍼졌습니다: "Hello, World!"

이후 로제타는 6월부터 67P 혜성에 점점 다가갔습니다. 그리고 2014년 8월 6일, 인류 역사상 최초로 혜성 궤도에 진입 했습니다.

혜성의 첫인상 — 예상을 완전히 뒤엎은 형태

67P 혜성이 처음 자세히 보이기 시작했을 때, 과학자들은 경악했습니다. 혜성은 예상했던 감자 모양이 아니라 두 개의 덩어리가 좁은 목으로 연결된 오리 모양 이었습니다. 공식적으로는 '접촉 이중 구조(contact binary)'로 불리지만, 팀원들은 이를 '러버 덕(rubber duck)'이라는 별명으로 불렀습니다.

이 형태는 착륙 지점 선정에 심각한 문제를 야기했습니다. 울퉁불퉁한 지형, 예측 불가능한 중력장, 혜성 표면에서 뿜어져 나오는 가스 분출 — 착륙 가능한 평평한 지점을 찾는 것 자체가 도전이었습니다.

수개월간의 분석 끝에, 착륙 지점으로 선정된 곳은 큰 덩어리(헤드 로브) 위의 'J' 지점, 나중에 공식 이름 '아길키아(Agilkia)' 로 명명되었습니다.

2014년 11월 12일 — 두 번의 바운스

착륙 당일, 필레는 모선 로제타에서 분리되어 약 7시간에 걸쳐 낙하했습니다. 혜성의 중력은 지구의 약 100,000분의 1 수준으로 극히 미약했습니다. 이를 보완하기 위해 필레에는 두 가지 장치가 준비되어 있었습니다: 착지 즉시 혜성 표면에 박힐 작살(harpoon) 두 개, 그리고 탐사선을 아래로 누를 스러스터(cold gas thruster) .

그런데 당일 아침, 엔지니어들은 최악의 소식을 접했습니다. 필레의 스러스터가 작동 불능 상태라는 것이었습니다. 착지 충격 흡수를 위한 장치 하나가 비활성화된 것이었습니다. 그러나 임무를 취소할 시간도, 다른 선택지도 없었습니다. 착륙을 강행했습니다.

오후 4시 34분(독일 현지시각), 필레는 아길키아 지점에 터치다운했습니다. 그러나 작살도 발사되지 않았습니다. 혜성 표면이 예상보다 훨씬 단단한 얼음이었고, 작살의 격발 메커니즘이 반응하지 않은 것이었습니다.

필레는 두 번 튀어올랐습니다. 첫 번째 바운스로 표면에서 약 1킬로미터 높이까지 올라가 다시 착지했고, 두 번째 바운스로 약 수십 미터 튀어오른 뒤 마침내 멈췄습니다. 첫 착지 지점 아길키아에서 약 1킬로미터 떨어진 곳이었습니다.

문제는 그곳이었습니다. 필레가 최종 안착한 지점 '아비다(Abydos)' 는 혜성의 커다란 절벽 그늘 아래였습니다. 태양광이 도달하는 시간이 하루 1.5시간에 불과한 곳이었습니다. 태양전지 패널로 충전해야 하는 필레에게는 치명적인 조건이었습니다.

57시간의 과학 — 배터리가 닳기 전에

필레의 1차 배터리는 착지 후 약 57시간 동안 사용할 수 있었습니다. 그 57시간 동안 과학팀은 모든 실험 장비를 가동했습니다. 토양 시추 드릴을 가동했고, 혜성 표면 물질을 분석하는 COSAC 질량 분석기를 작동시켰으며, 표면 경도를 측정하고, 카메라로 360도 파노라마 사진을 찍었습니다.

2014년 11월 15일 새벽, 필레의 배터리가 방전되었습니다. 마지막 신호를 보낸 뒤, 필레는 잠에 들었습니다. 과학팀은 침묵했습니다. 57시간 동안 수집한 데이터를 분석하는 것만으로도 수년이 걸릴 분량이었습니다.

필레가 57시간 동안 수행한 실험 목록:

실험명     | 담당 기관         | 성과
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COSAC    | 독일 막스플랑크 연구소 | 유기 분자 16종 검출 (일부 생명 관련)
PTOLEMY  | 영국 오픈 유니버시티 | 동위원소 비율 측정
MUPUS    | 폴란드 천문학연구소  | 표면 경도 측정 (예상보다 훨씬 단단한 얼음)
ROLIS    | DLR (독일)      | 착지 지점 이미지 촬영
ROMAP    | 오스트리아/독일    | 자기장 측정 (혜성에 자기장 없음 확인)
SD2      | 이탈리아 핀메카니카  | 토양 시추 시도

2015년 — 짧은 재기동, 그리고 마지막 인사

2015년 6월, 67P 혜성이 태양에 가까워지면서 필레가 안착한 지점에도 햇빛이 더 많이 들기 시작했습니다. 6월 13일, 필레가 깨어났습니다. 7개월간의 동면에서 깨어난 탐사선이 보내온 신호는 85초 분량이었습니다. 필레의 온도는 영하 35도에서 정상 작동 범위인 영하 5도로 올라와 있었습니다.

그러나 기쁨은 오래가지 않았습니다. 필레와의 통신은 단속적이었고, 결국 2015년 7월 9일 마지막으로 신호가 수신된 후 완전히 끊겼습니다. 혜성이 태양에 가까워지면서 방출되는 가스와 먼지가 로제타와 필레 사이의 통신을 방해했기 때문이었습니다.

이후 과학팀은 필레의 위치를 찾으려 했지만 오랫동안 실패했습니다. 그러다 2016년 9월 2일, 로제타 카메라가 혜성 표면 절벽 균열 속에 끼어있는 필레의 모습을 담은 이미지를 포착했습니다. 하얀 동체, 세 개의 다리 중 두 개가 보이는 필레 — 마치 균열 속에 웅크리고 잠들어 있는 것 같은 모습이었습니다.

2016년 9월 30일 — 로제타의 마지막 하강

로제타의 연료가 바닥을 드러내고 있었습니다. ESA는 최후의 결정을 내렸습니다. 로제타를 혜성 표면으로 의도적으로 충돌 시키는 것이었습니다.

2016년 9월 30일, 로제타는 마지막 하강을 시작했습니다. 비행 디렉터 안드레아 아코마조 는 "이 결정을 내리는 것은 결코 쉽지 않았다. 로제타는 단순한 기계가 아니라 우리 팀 모두의 12년이었다"고 말했습니다.

로제타는 약 50미터의 해상도로 사진을 찍으며 혜성 표면으로 천천히 내려갔습니다. 마지막으로 전송된 이미지는 혜성 표면 불과 몇 미터 위에서 찍힌 것으로, 혜성 표면의 자갈 하나하나가 선명하게 보일 정도였습니다.

오전 10시 39분(다름슈타트 현지시간), 신호가 끊겼습니다. 로제타는 혜성의 일부가 되었습니다. 관제실에서는 아무도 말을 하지 않았습니다.

혜성 먼지에서 발견한 생명의 단서

로제타와 필레 임무가 과학적으로 남긴 가장 중요한 유산은 유기 분자의 발견 입니다. 필레의 COSAC 실험은 혜성 표면에서 16종의 유기 화합물 을 검출했으며, 그 중에는 글리신(glycine, 가장 단순한 아미노산), 메틸아민, 에틸아민 등 생명체 구성 분자의 전구체들이 포함되어 있었습니다.

로제타의 ROSINA(혜성 이온 중성 분석기) 장비는 혜성 코마(혜성 주위의 가스 구름)에서 인(phosphorus) 을 발견했습니다. 인은 DNA와 ATP(생명의 에너지 분자)를 구성하는 필수 원소입니다. 또한 혜성 물의 중수소/수소 비율이 지구 바다의 비율과 다르다 는 것도 측정되었습니다 — 이는 지구의 바다가 주로 혜성이 아닌 소행성이 가져온 물로 채워졌을 가능성을 시사합니다.

| 로제타/필레 주요 과학 성과 요약 | |---|---| | 성과 항목 | 내용 | | 유기 분자 | 16종 검출 (글리신, 메틸아민 등 생명 전구체 포함) | | 인(P) 발견 | 혜성 코마에서 DNA 구성 원소 최초 검출 | | 물 동위원소 | 지구 바다와 다른 D/H 비율 (혜성 기원설에 의문) | | 혜성 형태 | 접촉 이중 구조 ('러버 덕') 확인 | | 자기장 | 혜성 표면에 자기장 없음 확인 | | 표면 경도 | 예상보다 훨씬 단단한 얼음층 확인 | | 먼지 입자 | 원시 태양계 물질, 결정질·비결정질 혼합 구조 |

혜성과 함께한 2년 — 인류 탐사의 새 장

로제타가 67P 혜성 궤도에 머문 2년 2개월(2014년 8월~2016년 9월) 동안, 과학팀은 혜성이 태양을 향해 다가가고 다시 멀어지는 전 과정을 코앞에서 관찰했습니다. 혜성이 태양에 가까워지면서 분출이 격렬해지고, 표면이 변화하고, 새로운 분화구가 생겨나는 것을 실시간으로 목격했습니다.

로제타 수석 과학자 맷 테일러(Matt Taylor) 박사는 임무 종료 후 이렇게 회상했습니다. "우리는 혜성과 2년을 함께 살았습니다. 혜성은 우리에게 한시도 예측 가능하지 않았습니다. 매일 새로운 것을 보여주었습니다. 그것이 이 임무의 선물이었습니다."

46억 년 전 태양계가 태어날 때 만들어진 혜성. 그 먼지 속에 새겨진 생명의 흔적을 찾아 10년을 날아간 탐사선. 두 번 튀어올라 그늘 속에 잠든 착륙선. 그리고 혜성의 일부가 된 모선. 로제타와 필레의 이야기는 끝났지만, 그것이 던진 질문들 — 우리는 어디서 왔는가, 생명은 어떻게 시작되었는가 — 은 지금도 계속됩니다.

로제타와 필레 — 혜성과 함께 10년을 날아 착륙하다