안녕하세요,
우주라는 카테고리는 너무도 막연하여 약간 매니아적인 경향을 갖게 되지만,
그래도 좋아해주는 분들이 계셔, 힘내서 글 올려봅니다.
현재 지구에서 인간이 만든 물체 중 가장 멀리 떨어져 있는 '보이저'호 이야기를 해볼까..합니다.
재밌게 읽어주셔요..
[Voyager program]
귀여운 보이저 1호..
보이저 2호
1. 시 작
: 보이저 프로그램, 즉 보이저계획은 1962년부터 미국이 이미 실시하고 있었던 매리너 계획에서 연계된
프로그램입니다.
1962년부터의 매리너 계획으로 미국은 수성, 금성과 화성의 탐사를 실패를 반복하다가,
결국 세 행성 모두 성공했습니다.
이 탐사라는 것이, 행성 바닥에 내려앉아 직접적으로 토질을 연구하는 등의 임무가 아니라,
최대한 가까이 접근해서 사진찍는게 전부인 임무였죠..
물론 당시 미국의 우주탐사 개발의지는 너무나 열정적이었고 확고한 상태였기에,
달에 인간을 보냈듯이, 기술이 없어서 내려앉지 않은건 아닌 것 같습니다.
이 매리너 계획은 10호까지 발사되었고,
그 후 11호부터 탐사하려는 행성을 늘리며 이름이 바뀌어 보이저 프로그램으로 시작하게 된 것입니다.
: 스윙-바이 항법의 발견
이 매리너 계획의 중요성은, 지금까지도 전 세계가 써먹는 행성간 항법기술을 미국이 개발해냈다는 것에
있습니다.
스윙-바이라고 하는 이 기술이 매리너 계획에 의해 처음으로 개발되었는데,
1970년대 초반까지는 우주선의 자체 추진력에 의해서는 목성 이상의 탐사가 불가능했기 때문입니다.
그래서 발견된 이 스윙-바이 항법을 간략하게 설명 드리자면,
태양계에 분포된 행성들은 태양을 중심으로 공전을 하고 있죠.
그리고 각 행성들엔 자기만의 중력이 있습니다.
그렇다면 우주선을 그 행성에 근접시킨다면, 그 우주선은 행성과 가까워질수록 중력에 의해 속도가
점점 빨라지죠.
그 때 어느 한 지점에서 그 우주선의 최고속도가 나올 것이고,
그 지점을 지나게 되면 다시 중력에 의해 잡아당겨지며 느려질 것입니다.
그렇죠?
이 방법을 이용해서, 우주선 자체 추진력의 한계 이상으로 우주선을 빨라지게 만들고,
공전을 하고 있는 행성의 궤도를 파악해서,
가장 빨라지는 시점을 지나자마자 그 가속을 지닌 채, 궤도를 수정하여 행성을 벗어나게끔 하는 것이죠.
이 방법을 쓰기 때문에,
먼 곳을 탐사하는 우주탐사선들은 그 행성의 방향으로 일직선이 되게 날라가지 않습니다.
화성을 빙그르르 돌고 가속력을 받아 그 엄청난 힘으로 날아가는 것입니다.
현재 보이저 1호는 목성에서 다시 스윙바이를 하여 토성을 향할 수 있었고,
토성에서 다시 스윙바이를 해서 태양계를 벗어나기 위해 가고 있는 것이죠.
대단하지 않습니까?
글로 쓰면서도 믿을 수가 없네요..흐흐..
또한 스윙바이 덕택에 이 방법을 이용하는 우주선은,
스윙바이를 할 때 궤도수정을 위해 필요한 최소의 에너지만을 가지고 있을 수 있게 되었습니다.
스윙바이가 주는 극대의 효율이죠.
이런 방법을 이용해야 아주 먼(진짜로 멀디 먼) 곳에 있는 행성을 향해 그나마 빨리 달려갈 수 있는 것입니다.
우리나라가 새마을 운동하던 그 당시에 미국은 대체 이런걸 어떻게 개발해냈고,
수십만 킬로미터 떨어진 곳에 있는 다른 행성의 중력을 계산해서 실수없이 이 방법을 써먹는지 지금도
의아합니다..
당장 책상의자에 앉아,
눈 앞에 휴지통에 휴지뭉치 던지는 것도 안들어 가는데,
대체 이 스윙바이가 어떻게 삑사리가 안나지..........?
2. 발 사
: 이 방법을 이용하여 목성을 지나 토성, 천왕성, 해왕성, 명왕성까지 갈 수 있다고 자신감을 얻은 미국은,
정말이지 기나긴 여행을 위해 준비-설계된, 보이저 우주선 2대를 1977년에 발사하게 됩니다..
장소는 미국 플로리다 캐이프커네버럴 공군기지.
우주에서 찍은 기지 사진
1962년부터 줄기차게 지속해온 매리너 계획이 1973년 매리너 10호에 의해 마감을 하고,
나사는 이 보이저 계획을 4년간 준비,
1977년 8월 20일에 보이저 2호를 발사하고,
1977년 9월 5일 보이저 1호가 발사하게 됩니다.
보이저 2호 발사~
보이저 1호도 발사~
왜 2호가 먼저 발사가 되었냐고요?
특별한 이유는 없습니다.
그저 두 대를 동시에 제작했는데,
1호보다 2호가 발사준비가 먼저 끝났고, 당시 최적의 조건을 맞추다보니, 2호를 먼저 쏘아올린 것이죠.
1호가 며칠 늦게 쏘아지긴 했으나, 궤도상으로 1호가 2호를 추월하여 더욱 앞설 수 있게 되었고,
현재는 순서에 맞게 1호가 2호보다 훨씬 더 멀리 날아가고 있습니다.
이 보이저 형제는 타이탄3E 라는 로켓에 실려 날아갔습니다.
이 로켓은, 본래 사용용도로 보자면... 미국의 대륙간 탄도 미사일(ICBM) 용도..라고 알고 계시면 됩니다..
왜 당시 미국이 미친듯이 우주개발에 나섰는지.. 이런 기술들을 보면 대략 알 수 있죠..
유사시 핵탄두를 실어 소련으로 날려보낼 더 나은 기술의 미사일 개발을 위해서.. 무서운 넘들..
3. 탐사 및 미션 수행
: 저 위 궤도 그림에서도 보듯이,
보이저 2호는 - 목성, 토성을 탐사하고 천왕성 해왕성을 위해 날아가고,
보이저 1호는 - 2호보다 늦게 떳지만 더 빠른 궤도로 2호보다 먼저 목성과 토성을 지나서
결국 태양계를 벗어나는 성간임무를 위해 곧장 날아갑니다..
<보이저 1호 미션 일지>
- 1977년 9월 5일, 미국 플로리다 캐이프 커네버럴 공군기지에서 발사
- 1977년 12월 10일, 화성을 지나 행성간 벨트에 진입
(실제 화성과 목성 사이는 태양에서 화성까지의 거리보다 더 멀기 때문에 중간에 엄청난 공간이 있음,
이 곳을 말합니다.)
- 1977년 12월 19일, 보이저 2호 추월
- 1978년 9월 8일, 행성간 벨트를 거의 벗어남
- 1979년 1월 6일, 목성 관측 시작
- 1980년 8월 22일, 토성 관측 시작
- 1980년 12월 14일, 행성관찰 임무 종료 후 미션 확장 - 태양계를 벗어나라
- 2013년 8월 기준, 태양으로부터 125AU 거리 기록(1AU = 태양과 지구의 거리, 약 1억 5천만km)
대략 파악 가능한 보이저 1호 위치, 현재는 이보다 좀 더 나갔을 듯..
<보이저 2호 미션 일지>
- 1977년 8월 20일, 미국 플로리다 캐이프 커네버럴 공군기지에서 1호보다 먼저 발사
- 1977년 12월 10일, 화성을 지나 행성간 벨트에 진입(1호와 동일)
- 1977년 12월 19일, 1호에게 추월당함
- 1978년 10월 21일, 행성간 벨트를 거의 벗어남
- 1979년 4월 25일 , 목성 관측 시작
- 1981년 6월 5일, 토성 관측 시작
- 1985년 11월 4일 , 천왕성 관측 시작
- 1989년 6월 5일, 해왕성 관측 시작
- 1989년 10월 2일, 행성관찰 임무 종료 후 미션 확장 - 1호와 같은 운명이 되라
- 2012년 10월 기준, 태양으로부터 100AU 거리 기록
보이저 2호의 대략적인 위치
- 태양계를 덮고 있는 공간인 헬리오시스를 거의 벗어났습니다..
먼저 보이저 1호에 대해 알아볼게요.
자, 따라오세요.
[Voyager 1]
1. 보이저 1호
- 보이저 1호는, 미항공우주국 나사에서 만든 722kg짜리 우주탐사선으로써,
태양과 점점 멀어지는 미션으로 인해 태양광 발전에만 의존할 수 없어,
플루토늄을 이용한 핵연료를 기반으로 오랜기간 지구와 지속적인 쌍방향 통신을 할 수 있도록 고안되었으며,
오늘이 지구를 떠난지 39년 3개월 28일째 되는,
지금 이 시각에도 지구와 최대한 멀어지는 단 하나의 임무를 수행중인,
인간이 만든 인위적 개체 중 가장 멀리 떠나고 있는 탐사선입니다..
- 목성과 토성을 근접 탐사하는 것이 첫번째 임무었고,
그 후 태양계 행성공전 궤도와 다른 수직적 방향으로 태양계의 끝을 만나는게 두번째 임무,
그리고 나서, 아예 태양계를 벗어나 외우주라 불리는 곳에 성간물질이 존재하는 곳으로 떠나는게
마지막 임무입니다.
그 후에는 지구와의 통신이 단절되기에,
보이저가 최종 도착하는 곳은 지구에서 파악할 수 없으며,
단지 통신을 위해서만 존재할,
아껴아껴쓴 나머지 핵연료가 다하는 약 2030년에 보이저와의 통신이 두절될 것이라 예상하고,
이 외롭고도 외로운 보이저 1호는 그 임무를 공식적으로 마치게 될 것입니다..
2. 미션의 배경
- 미국은 1960년대 우주 외부행성을 연구할 목적으로, 그랜드 투어 계획을 수립합니다.
1970년대 이르러 더욱 깊어져만 가는 냉전체제에 대응하기 위해,
미국 정부는 미사일 기술개발의 일환으로 이 계획을 받아들이고,
점차 급진적으로 개발되어가는 미사일 실험도 할겸 우주로 우주로 무언가를 쏘아 올리게 됩니다.
그리하여, 미국의 천재적인 우주과학 기술자들도 미사일 기술개발에 힘입어,
이번 기회에 아예 우주를 더욱 더 탐사하기로 결정하게 된 것이고,
이미 파이오니아 10호가 목성을 탐사하여 어느 정도의 정보를 나사에 던져주고,
거기에 더해 매리너 계획에 의해 외부 행성까지의 항법도 새로이 개발되는 그 시점,
170년만에 한 번 온다는 각 행성들의 공전궤도와 행성들의 위치가 일직선으로 일치(그랜드 투어)한다고 하여,
이런 더없을 좋은 기회에 일직선으로 있을 외부행성들을 한꺼번에 탐사하는 것은 너무나 효율적이라고 판단,
급기야 보이저 프로그램으로 이름을 바꾸고 당시 모든 기술들을 집약하여 보이저 1호를 만들어 냅니다.
그러나, 10회에 걸쳐 30%의 실패율을 보유한 매리너 계획 때문에,
원래 매리너 11호로 명명된 보이저 계획은 일단 예산이 대폭으로 삭감되면서,
목성과 토성의 근접저공 탐사비행으로 임무를 단순화 할 수 밖에 없었습니다.
그리곤 임무완료 후 외부로 날려보내어, 언제일지 모를 연료가 다 떨어질 때 까지만 통신을 하기로 했습니다.
그 예상은 1989년이었는데,
지금까지 이렇게 오래동안 생존해서 통신이 될줄은 그 때는 예상하지 못했었죠..
- 보이저 1호의 특이한 점은,
지구의 목소리를 담은 골든 레코드디스크를 본체 외부에 부착했다는 것이죠.
아마 많은 분들이 이건 기억하고 계실겁니다.
보이저에 부착된 골든 레코드(황금도금)
좀 더 왼쪽으로.. 좀 더 오른쪽으로.. 좀 아래로.. 그래, 거기.
50여개국의 인사말과 태양계의 모습, 그 안에서의 지구의 위치, 지구에 사는 생명체 사진과 설명,
미국 대통령과 유엔사무총장의 인사말, 고래 울음소리, 아기 울음소리, 파도소리, 심장박동소리, 인간의 뇌파,
그리고 베토벤과 모차르트 등 클래식 음악과 동서양의 고전 등..
만약 저 멀리 어느 문명체가 이 디스크를 발견하고 해독할 수 있을정도의 기술이라면,
어렵지 않게 지구에 대해 이해할 수 있을 전반적인 내용을 거진 포함하고 있습니다.
다만, 그 지능형 생명체가 무조건 선할 것이라는 막연한 기대에 보내어진 것이라,
당시에는 이 디스크 부착의 문제를 두고 반발도 심했었죠.
만약 이걸 본 악한 외계인이 우주전함이라도 끌고 지구를 찾아온다면,
고작 지구는 우주로 나갈 수만 있는 몇 대의 비행선만을 가지곤 대응도할 수 없이 멸명의 길을 갈 수도
있으니까요.
어느 날, 배틀크루져 몇 대가 하늘에 떠 있다면, 아 이 보이저란 놈이 제대로 일을 했구나..생각하시면 됩니다..
이것은, 칼 세이건이 미국 대통령 레이건에게 제안하여 받아 들여진 것이라고 합니다..
- 탐사선의 디자인과 연료체계
보이저의 외부 모습과 각 명칭
이 보이저는 아주 단순히 생겼습니다.
우선 태양전지를 사용하지 않기 때문에, 탐사선에서 흔히 보이는 태양전지판이 없어서 좀 왜소해 보이기도
하죠..
저런 형태의 비행체가 어떻게 날아갈까..싶기도 한데,
뭐 공기저항이 없는 우주에서의 비행에는 생김새가 어찌되었건, 자유로운 유영엔 아무런 영향을 주진
않습니다.
보시다시피, 3.7m 직경의 둥근 접시는 지구와의 통신을 위한 접시 안테나이며,
나머지는 뭐 보시면 아실겁니다.
카메라가 달려있고, 길쭉한 안테나도 있고, 적외선측정기, 분광기, 전하입자검출기, 우주선(Cosmic ray)
검출기 등등..
여러 탐사에 필요하고 그 결과물을 보낼 수 있는 최소한의 장치들로만 구성되어졌죠..
보이저는 굉장히 멀리서 전파를 보내오기 때문에,
우주에 떠도는 다른 탐사선의 안테나를 고의적으로 거쳐서(중계기역할) 지구로 전파가 도달하게 됩니다.
그게 워낙 멀어서, 현재 그 위치에서 보이저가 데이터를 송신한다면, 지구엔 대략 17시간 후에 도착하게
되는 것입니다..
그리고 눈여겨 볼 부분은, 당시 과학자들의 예상을 뛰어넘고 아직까지도 그 생명력을 유지하고 있는
핵연료 전지입니다.
이 '방사선동위원소 열전자 발전기'는,
플루토늄238 산화물로 구성되어, 화학반응으로 열을 뿜어내어 그 열을 전기에너지로 바뀌게 하여 전력으로 이용하는 겁니다.
이 핵연료는 반감기가 87년이고, 1년에 0.78%씩 연료가 줄어듭니다.
그러나 연료가 줄어들면 들수록, 발생하는 열전자 또한 줄어들어 시간이 갈수록 전력은 가속을 붙어 약해지는 것입니다.
그러나, 이 녀석 덕분에 여태껏 아주 미약하지만 꾸준히 일정한 정보(데이터)를 지구로 보낼 수 있는 힘이 되는 것이죠.
이 녀석의 데이터 송출량은 1회 고작 20byte가 전부입니다..
또한 6kb에 불과한 저장공간에,
지구에서 내리는 어떠한 전파를 '받아서 분석하여 처리하고 결과를 송출' 할 수 있는,
탐사선이 갖춰야할 전반적인 관리데이터가 저장되어 있습니다.
이건 마치, 최신 게임의 최적화가 아주 잘 진행되어 고물컴퓨터에서 최상옵으로 구동이 되는 것과 비슷합니다..
이 핵연료를 사용하여 필요할 때마다 궤도를 바꿔가면서 스윙바이를 했고,
연료가 점검 더 고갈되어 2010년엔 자외선 관찰측정이 중지,
그리고 2015년엔 디지털 기록기의 작동이 중지,
또한 2016년엔 평행유지 자이로 장비가 중지,
그리고 2020년에는 최소한의 전력으로 장비들간의 전력 공유가 이뤄지고,
마지막으로 2025-30년 사이에는 모든 전력이 중단되어 더이상 지구와의 통신이 두절되게 됩니다..
3. 보이저 1호의 궤도
- 보이저 1호와 2호는 각각 목성과 토성을 거쳤습니다.
위 그림에서 보다시피,
보이저 1호와 2호는 태양계 행성의 공전궤도와 평행되는 위치로 날아가는게 아니라,
거의 수직이 되는 방향으로 위/아래 갈라져 날아갑니다.
1호는 토성 관찰이 끝난 후 바로 방향을 틀어 태양계 공전궤도의 윗쪽으로 출발했고,
2호는 천왕성, 해왕성을 관찰한 후에 아래쪽으로 방향을 잡고 날아가는 것이죠.
2호가 천왕성, 해왕성을 위해 좀 더 평행을 유지하며 날아갔기에,
1호가 현재 지구에서 가장 먼 개체로 인식되는 것입니다.
좀 더 이해를 돕기 위해, 한글로 된 비슷한 그림을 가져왔습니다.
현재 보이저의 위치가 대략 보이시죠?
그림엔 아직 성간공간으로 진입은 못했지만,
2013년 9월 13일, 나사는 보이저 1호가 성간공간(Interstellar Space)으로 진입했다고 발표했습니다.
인간이 만든 물체가 거기 도달함이 밝혀졌지만,
인류 중 아무도 도달해 보지 못한 그 알 수 없는 공간은, 여전히 상상외에 미지의 공간일 수 밖에 없습니다..
또한 보이저는 거의 수직으로 날아갈 수 있었기 때문에,
60억km를 날아간 보이저 1호가 위에서 아래로 내려다보며 태양계 행성의 공전모습을 한 눈에 볼 수 있었고,
그 결과 아래와 같은 사진이 나오게 됩니다.
이름은 '태양계 가족 초상화'.
수성과 화성은 태양빛에 의해 찍을 수가 없었고, 나머지 6개의 행성을 한 면에 쵤영했습니다.
이렇게 모자이크로 된 원본사진으로는 감이 안잡히실 것 같아,
이렇게 보면 대략 위에 모자이크 사진이 어떤 형상인지 이해가 되실겁니다.
이 사진을 찍고, 아주 조그맣고도 창백한 푸른 점(pale blue dot)으로 찍힌 지구에 너무 감동을 받은
칼 세이건은,
Look again at that dot. That's here. That's home. That's us.
On it everyone you love, everyone you know, everyone you ever heard of, every human being who ever was,
lived out their lives. The aggregate of our joy and suffering, thousands of confident religions, ideologies, and economic doctrines,
every hunter and forager, every hero and coward, every creator and destroyer of civilization, every king and peasant,
every young couple in love, every mother and father, hopeful child, inventor and explorer, every teacher of morals,
every corrupt politician, every "superstar," every "supreme leader," every saint and sinner in the history of our species lived there
- on a mote of dust suspended in a sunbeam.
저 점을 다시 보자. 여기 있다. 저것이 우리의 고향이다. 저것이 우리다.
우리가 사랑하는 모든 이들, 우리가 알고 있는 모든 사람들, 당신이 들어봤을 모든 사람들,
존재했던 모든 사람들이 그곳에서 삶을 영위했다.
우리의 기쁨과 고통이 총합, 확신에 찬 수많은 종교, 이데올로기들, 경제적 독트린들, 모든 사냥꾼과 약탈자,
모든 영웅과 비겁자, 문명의 창조자와 파괴자, 왕과 농부, 사랑에 빠진 젊은 연인들, 모든 아버지와 어머니, 희망에 찬 아이들,
발명가와 탐험가, 모든 도덕의 교사들, 모든 타락한 정치인들, 모든 슈퍼스타, 모든 최고의 지도자들,
인간 역사 속의 모든 성인과 죄인들이 저기 - 태양 빛 속에 부유하는 먼지의 티끌 위-에서 살았던 것이다.
- 칼 세이건 -
이라고 얘기 했습니다. (위키 펌)
다시 지구를 보겠습니다.
저기 보이는 저 조그만 파란점 하나.. 저게 지구입니다.
우주 전체로 보자면 감히 언급하기조차 미미한 존재.. 그게 지구입니다..
태양이 없으면 아무것도 못하는, 가엽디 가여운 행성.. 그게 지구입니다..
4. 보이저 1호 미션 일지
시간에 따른 보이저 1호의 행적을 따라가 보겠습니다.
- 1977년 9월 5일, 미국 플로리다 캐이프 커네버럴 공군기지에서 발사
- 1977년 12월 10일, 화성을 지나 행성간 벨트에 진입
(실제 화성과 목성 사이는 태양에서 화성까지의 거리보다 더 멀기 때문에 중간에 엄청난 공간이 있음,
이 곳을 말합니다.)
위 그림에 보이는 하얀점들이 있는 공간입니다.
저 점들이 모두 소행성들이라 생각하면 됩니다.
태양계에는 우리가 알고있는 몇개의 행성만 존재하는게 아니라,
갖가지 크고 작은 운석덩어리(소행성)들이 무쟈게 많이 포진되어 있겠지요.
- 1977년 12월 19일, 보이저 2호 추월
이렇게 19-21일 사이에 1호가 2호를 추월을 하게 됩니다.
- 1978년 9월 8일, 행성간 벨트를 거의 벗어남
- 1979년 1월 6일, 목성 관측 시작
드디어 목성에 근접했네요.
1월에 근접은 했지만 무려 2개월을 더 날아가 목성과 40만km 부근까지 근접하게 됩니다.
목성도 기체 행성답게 고리가 있는데, 먼저 그 고리에 있는 '아말테아'라는 위성의 사진을 찍어 보내왔습니다.
그리곤 본격적인 목성 탐사 시작.
보다 더 가까운 근접촬영이기에, 해상도 좋은 사진을 건질 수 있었죠.
보이저 1호가 한달간 목성에 근접하면서 찍은 사진
지구보다 큰 폭풍이 치고 있다는 유명한 목성의 대적점 촬영. (큰 빨간점이라는 뜻)
근접 촬영의 힘.
목성 가족사진.
목성 아래 조그맣게 보이는 목성의 위성, 가니메데.
가니메데 근접촬영. 현재 외계생명체가 살고 있을 것이라고 유력하게 예상함..
위성 이오.
귀여운 위성 유로파와 이오.
위성 칼리스토의 분화구.
이오에서의 화산 폭발장면 촬영 성공.
이건 우주과학사적으로 대발견에 속함.
이전 파이오니아 10호와 11호 때 발견하지 못했고, 아무도 이오가 화산활동을 하리라 예쌍치 못했는데,
떡하니 보이저가 사진을 보내오니 놀랄 수 밖에요..
이렇듯 보이저 1호는 목성에서 4월까지 머물며 엄청난 양의 사진을 근접 촬영하여 지구로 송신하게 됩니다.
교과서나 일반 서적에 실린 거의 모든 목성관련 사진은, 이 녀석, 보이저 1호가 촬영한 사진이 대부분입니다.
얘가 뭘 하나 지구로 송신해주면, 지구의 역사가 새로이 쓰여지는 셈이죠..
그리곤 목성에서의 스윙바이를 성공, 토성으로 향합니다..
- 1980년 8월 22일, 토성 관측 시작
보이저는 목성 스윙바이의 추진력을 바탕으로, 1년을 넘어 또 열심히 달려서 토성에 근접하게 됩니다.
토성으로부터 350만km까지 근접하여 찍은 너무나도 아름다운 사진.
누구나 이 토성에 대한 막연한 동경같은건 있을 겁니다.
우주의 '별'이라면 응당 갖춰야 할 고리라는 엄청난 외모에 대한 버프(고리빨?)로,
다른 모든 행성을 제치고 당당히 태양계 최고의 얼짱 행성으로 자리잡고 있죠..
실제 보이저가 이 사진을 이렇게 예쁘게 찍을 줄은 예상하지 못했습니다.. 기울기도 환상..
참고로, 이 고리는 1610년 갈릴레이에 의해 처음 발견되어지나,
당시엔 이게 고리인 줄 모르고, '얘는 귀가 있네..'정도로 마무리 했습니다..
보이저 1호가 보내온 토성의 고리.
토성의 위성, 레아
레아의 크레이터 (컬러를 입힘)
토성의 위성, 테티스
위성 타이탄의 두꺼운 안개층
복잡한 유기화합물 안개로 뒤덮힌 타이탄
보이저 1호가 토성을 탐사하면서,
토성의 고리가 얼음덩이리들로 구성됨을 처음 알았고,
토성과 타이탄의 실질적인 대기조사도 처음 했습니다.
보이저 1호는 이 토성의 위성인 타이탄의 관찰을 마지막으로, 실질적으로 주어진 행성관찰 임무를
종료했습니다.
그리곤 다시 토성을 스윙바이하여, 머나먼 대장정에 돌입하게 된 것입니다..
- 1980년 12월 14일, 행성관찰 임무 종료 후 미션 확장 - 태양계를 벗어나라
- 2013년 8월 기준, 태양으로부터 125AU 거리 기록(1AU = 태양과 지구의 거리, 약 1억 5천만km)
5. 보이저 1호의 미래
- 보이저 1호는 현재 성간공간에 진입했다고는 알려져 있습니다.
위 그림을 보자면, 태양에서의 거리가 고작 그것밖에 안되는 것처럼 보이나,
아래 숫자를 보시면 1-10-100으로 늘어나죠.
즉, 1-10까지 거리의 10배를 그림으로 표현할 수 없어, 거리를 단순화한 그림에 불과합니다.
감안하여 본다면, 현재 이 보이저가 얼마나 멀리 날아가고 있는지 대략 짐작이 가실겁니다.
그리하여, 드디어 이론만으로 가능한 공간인 성간물질공간으로 진입했다고 나사가 발표했죠..
대체, 보이저의 카메라엔 뭐가 보일까요.. 뭐라도 보이긴 할까요..?
위에 보이는 오르트 구름까지 도달하려면 300년 정도가 걸릴 것이고,
그 구름을 지나려면 대략 4만년의 시간이 필요하다고 합니다. 빛의 속도로도 1.6광년..
(뭐, 그림상으론 아닌 것 같으나, 그렇다고는 하네요.. 이정도 시공간 개념에선 얼마나 걸리는지가
중요한게 아님..)
보이저 1호는 우리가 보는 저 먼곳에 은하수를 오늘도 혼자 방황하고 있을 것입니다.
그래도 보이저 1호는 마지막까지 힘을 다해 인류에게 전달할,
너무도 미약하지만 소중한 신호를 오늘도 전달하려 할 것입니다.
현재 보이저 1호가 향하는 목적지는 기린 별자리 방향, 알파 센타우리라는 별.
지구에서 바라본 하늘에서 4번째로 밝은 별..
1.6광년을 가는데 4만년의 시간이라는데, 이 별은 그나마 가까이 있다는 거리인, 4.3광년..
어쩌면 인류가 멸망한 뒤, 도착할지도 모르는 기나긴 여행입니다..
언제나 끊임없는 호기심으로 가득찬 인류의 마지막 희망.
이 보이저 형제들 중 1호가 주는 이 희망은,
고작 100년남짓 살수 밖에 없는 우주의 티끌의 티끌과 같은 존재인 인류에게도,
영원불멸이라는 기대를 주기에 충분합니다.
이제 2호입니다.
2호 내용에 몇가지는 윗부분과 중복될 수도 있을 것 같네요.
자, 조금만 더 힘내시고 마저 읽어봅시다.
[Voyager 2]
1. 보이저 2호
- 보이저 2호의 전체적인 배경 및 탐사선 디자인, 성능, 하나의 목표 등등은 보이저 1호와 동일합니다. (쌍둥이)
무게가 1호와 동일한 722kg이란 것은 1호가 장착하고 있는 모든 것을 갖추었고,
그 의미는 달리하자면 1호가 했던 모든 미션수행을 2호도 동일하게 수행할 수 있다는 얘기죠.
또한 동일한 핵연료 덕분에, 1호와 마찬가지로 예상치 못하게 수명이 연장되어지게 된 점도 동일합니다.
다만, 어찌하다 보니 2호의 타이틀을 달고 1호 보다 먼저 쏘아올려지게 되었다는 점이 특이하네요.
그 때 나사의 컴퓨터 제어가 잠시 오류를 발생시켜 2호의 발사에 영향을 끼치기도 했지만,
다행히 정신을 차려 계획한 날에 쏘아 올릴 수 있게 됩니다.
당시 그 날이 아닐경우, 170년만에 오는 '그랜드투어' (행성간 공전궤도상 위치가 일치되는 시점)을
놓치게 되어,
반드시 계획한 날에 보내져야만 했었기에, 적지않은 인원이 긴장했었습니다..
현재 이 보이저 2호는,
보이저 1호 다음으로 인간이 만든 인위적 개체 중 지구와 먼 곳에 있는 두번째 개체입니다.
- 1호와 마찬가지로, 목성과 토성의 탐사를 첫번째 임무로 수여받고,
1호와는 또 다르게 천왕성과 해왕성까지 섭렵하라는 두번째 임무를 수여 받았습니다.
결과적으로 말씀드리자면,
현재까지 보이저 2호외에 천왕 해왕성에 접근한 탐사선은 없었고, 앞으로의 계획도 없으며,
그 결과 지구상에 있는 천왕성과 해왕성의 모든 사진원본은 모두 이 녀석이 보내어 준 것들입니다.
무려 8천장에 가까운 사진을 초당 20byte로 전송했던 것이죠.
이 어찌 기특하지 않을 수 있겠습니까..
목성과 토성을 가본 탐사선은 보이저 외에 몇몇 있습니다.
지금도 토성을 탐사중인 카시니호도 있구요.
참고로, 카시니호는 몇발 더 나아가, 토성의 위성인 타이탄에 직접 착륙도 했습니다.
얘는 2017년 임무를 종료하게 되고, 토성의 대기로 접근시켜 파괴할 계획이라고 합니다.
위 그림을 보시면, 파이오니아 형제와 보이저형제의 추진방향이 보이실 겁니다.
나사는 이 주변 우주를 다 탐험할 생각인지, 막 쏘아대고 있던 시기네요..
또 참고로, 파이오니아 10호와 11호에는 각각 우주인에게 보내는 메세지인 골든디스크를 부착하고 있습니다.
이를 참고로 보이저에는 좀 더 업그레이드된 디스크를 장착하게 된 것이죠.
또한 파이오니아 형제가 지구상에서 가장 먼저 목성과 토성을 탐사한 개체인데요,
그 때의 정보를 바탕으로 보이저 계획이 좀 더 정교하게 꾸며질 수 있었던 것이었죠.
그리고, 보이저 형제가 아니었다면 현재 지구상에서 가장 먼 개체가 될 수도 있었구요..
현재는 이 파이오니아 형제 모두 2003년을 기해 지구와 교신이 끊겨져 사실 소행성과 충돌했는지
여부도 파악이 안됩니다..
앞으로 보이저가 겪을 운명을 미리 체험한 파이오니아..
'수고했다..'
- 2호 역시, 1호와 동일한 외계생명체에게 보내기 위한 골든디스크를 본체 옆에 장착하고 있습니다.
참고로 그 디스크에 55개국 언어의 인사말이 담겨있는데, 한국어도 여성목소리로 '안녕하세요' 다섯음절이
담겨있습니다..
실제 들어보면, 긴장한 듯한 젊은 여성 목소리입니다..
2. 보이저 2호의 스윙-바이
- 여기서 해왕성까지 궤도에 맞게 도달해야 하는 보이저 2호의 스윙-바이에 대해 좀 더 알아봅시다.
위 그림에서 보시면, 1호는 토성을 마지막으로 궁극적인 탐사목적은 끝났기에,
다음 탐사를 위한 정확한 궤도의 스윙바이는 없었습니다.
그저 알파센타우리 방향으로만 보내어지면 되었던 것이죠.
그에 반해, 2호는 천왕성, 해왕성을 반드시 거쳐야 하는 더 중요한 임무가 있기에,
이 녀석의 스윙-바이는 1호보다 더욱 더 정교해야만 했던 겁니다.
좀 더 정확한 스윙-바이 방법을 위해 다음 자료를 찾았습니다.
2호가 목성을 스윙-바이하는 궤도를 그림으로 나타낸 것입니다.
대략 어떻게 이루어지는지 감이 잡히시죠?
목성의 각 위성으로부터 최대한 근접되게 비행하여 그 위성의 중력까지도 추진력을 삼아,
목성과 최근접함과 동시에 궤도를 바로 수정하여 그 탄력을 그대로 유지하고 날아가는 것이죠.
이렇게 해야 인간의 추진한계보다, 더 강력한 추진력으로 그나마 짧은 시간에 다른 행성에 도착할 수
있으니까요.
위 그림을 보시면, 2호가 스윙바이를 할 때마다 엄청나게 속도가 증가함을 알 수 있습니다.
하나의 행성에서 스윙바이를 위해 최대로 접근했다가 벗어나면서,
다시 그 행성의 중력으로 인해 멀어질동안 속도가 줄어들죠..
자, 이제 스윙바이도 마쳤으니, 보이저 2호가 지나간 행적을 한 번 따라가볼까요?
3. 보이저 2호 미션 일지
- 1977년 8월 20일, 미국 플로리다 캐이프 커네버럴 공군기지에서 1호보다 먼저 발사
- 1977년 12월 10일, 화성을 지나 행성간 벨트에 진입(1호와 동일)
- 1977년 12월 19일, 1호에게 추월당함
- 1978년 10월 21일, 행성간 벨트를 거의 벗어남
- 1979년 4월 25일 , 목성 관측 시작
보이저 2호도 1호보단 조금 늦었지만, 목성에 도착을 했습니다.
1979년 7월 9일, 목성에서 57만km 까지 초근접하여 사진 촬영을 시작합니다.
위성 칼리스토의 완벽한 구도
2호가 촬영한 칼리스토의 분화구
무언가가 할퀸듯한 자국의 유로파
- 나사의 과학자들은, 보이저 1호가 보내온 낮은해상도의 위성 유로파 사진만 보다가,
2호가 보내온 완전 선명한 유로파 사진을 보곤 깜짝 놀랐습니다.
보내온 사진을 분석하여,
유로파는 소보루빵처럼 겉은 얼음으로 뒤덮혀 있고 속은 바다가 흐를 거라고 나사는 추정할 수 있었습니다.
그래서 현재 나사는 여유만 되면,
이 유로파에 드릴을 단 탐사선을 보내 얼음을 한 번 파보고 싶어하죠..
과연 그 안에 바다가 있으며, 있다면 어떤 생명체가 살지 알아보고 싶으니까요..
아마 대왕오징어 같은..?
2호의 위성 가니메데 초근접 사진
2호가 찍은 대적점 초근접 사진
목성의 고리 촬영
너무나 귀여운 목성의 위성, 이오
이 보이저 2호는 목성에서 1호가 하지 못했던 아주 큰 성과(목성의 위성 3개를 새로이 발견)를 냅니다.
목성의 고리 근처에서 또다른 작은 위성 두 개를 발견하고,
위성 이오와 아말테아의 궤도에서 다시 하나의 작은 위성을 발견하게 된 것입니다.
역시 보이저 2호도 주위를 둘러보는 그 자체가 지구의 역사가 되는 셈이네요..
이제 목성을 지나 토성으로 향해 출발합니다..
- 1981년 6월 5일, 토성 관측 시작
아아 목성을 지나 멀리멀리 달려 토성에 도착할 즈음, 저~기 앞에 토성이 보이네요..
그런데, 너무나 이쁜 모습을 하고 있는게 아니겠습니까?!?!
놓칠 수 없이 바로 촬영을 하니,
이렇게 이쁜 토성과 그 위성 테티스, 디오네, 레아와 함께 사진이 찍혔습니다..
너무 이쁘지 않습니까?
2호가 찍은 이쁜 토성
위성 레아와 디온과 함께..
59만km 상공에서 촬영한 위성 테티스의 엄청난 크레이터 자국
2호가 찍은 토성의 북쪽 극지방, UV필터 적용
주변 위성의 탄소화합물로 인해, 반은 검고 반은 흰 위성 이아페투스 촬영,
물이 흐른 자국이 선명하게 찍힌, 위성 엔셀라두스
참고로, 토성의 대부분 위성은 얼음으로 구성된 얼음덩어리 위성입니다..
보통 겉표면은 거의 얼음으로 뒤덮혀 있는 셈이죠..
특이하게 타이탄이 짙은 대기로 되어있긴 하구요..
토성의 대표위성, 타이탄
타이탄에 대해 잠시 설명을 좀 드리자면,
이 토성의 위성 타이탄은 우선 크기가 태양계 위성 중 가니메데 다음으로 두번째 사이즈를 자랑합니다.
달 보다 약간 더 크죠..
이 녀석은 1600년대에 네덜란드 과학자 '호이겐스'에 의해 발견되어져,
현재 타이탄에 머물고 있는 카시니-호이겐스호의 이름에 발견자가 들어가 있습니다..
우선 두터운 대기층에는 태양계 유일하게 지구와 비슷하게 대부분의 대기가 질소로 이루어져 있고,
표면엔 다량의 호수가 발견되기도 했으나,
지표면의 온도가 무려 영하 180도에 달해, 저 호수는 물이 아니라 탄화수소가 액체상태로 있는 것입니다.
흔히 저 타이탄의 무지막지한 양의 가스에너지들을 지구로 가져온다면,
전세계가 수백년간 사용하고도 남을만큼의 양이라고 합니다.
왜냐면, 현재 우리가 지구에서 찾아 소비한 양보다 더 많은 양이 타이탄에 보이니까요..
현재는 카시니호가 머물면서 사진도 많이 전송해오고 있어 연구가 활발하긴 하지만,
너무나 먼 곳이기에 인류의 손길이 직접적으로 닿을 순 없습니다..
카시니호가 보내온 타이탄의 실제 표면
이 보이저 2호의 토성에서의 성과는,
극지방에서 초속 500m의 강력한 폭풍이 불고 있음을 확인하였고,
이 2호로 인해 수천개의 가느다란 토성고리가 대부분 얼음덩이라 파편들로 구성됨을 알 수 있었고,
그리고 위성의 표면을 초근접해서 촬영하여 아주 선명한 이미지를 확보할 수 있었습니다.
토성에서 다시 스윙바이 후 천왕성으로 출발!
- 1985년 11월 4일 , 천왕성 관측 시작
인류 역사상 단 한번, 그리고 앞으로 계획도 다시 없는 천왕성 직접 탐사.
그 주인공으로 보이저 2호가 낙점되어, 토성을 거쳐 무사히 천왕성으로 접근했습니다..
토성에서 무려 4년을 날아올만큼 너무나도 먼 거리에 있는 천왕성..
대부분의 대기가 메탄으로 구성되어져, 우주에서 바라보면 파란색으로 보입니다..
태양계의 행성 중 세번째로 큰 천왕성은, 무려 28억km의 거리에서 태양을 공전하고 있습니다.
(새삼 태양중력의 위엄)
지구가 태양을 1회 공전하는것을 기준으로 1년을 삼듯이,
천왕성의 1년은 지구의 계산법으로 84년입니다..
인간이 태어나 죽을 때 쯤, 천왕성이 태양을 한바퀴 도는 셈이죠..
엄청나게 느리게 돈다기보다, 엄청나게 멀리있다는 개념으로 받아들여야 합니다..
이 보이저 2호가 가기전, 지구에서 바로본 천왕성은,
자전축이 기울어져 있고 너무나 멀어 희미하게만 보이는 천왕성에 대해 대체 뭘 연구해야 하는지 감을
잡지 못했습니다.
그래서 아마 이 보이저를 날리고 싶었을지도 모르죠..
2호가 찍은 완벽한 구도의 천왕성
2호의 가시영역에서 찍은 천왕성의 사진은,
다른 가스행성들의 특징인 고리나 구름폭풍 모양이 전혀없는 아주 밋밋한 하늘색의 행성이었으나,
지금껏 과학자들에게서 밝혀온 천왕성은 날씨와 계절의 변화가 있고,
천왕성내 바람의 속도는 무려 초속 250m(시속 900km)로 밝혀졌습니다.
2호가 찍은 위성 아리엘.
보이저 2호가 아니었으면 이 세상 사람 누구도 몰랐을 아리엘의 거친 표면입니다..
2호가 바라본 위성 미란다와 초근접 사진
2호가 찍은 위성 오베론
2호가 찍은 위성 티타니아
역시 2호가 찍은 위성 움브리엘
위 5개의 위성이 천왕성의 주요위성입니다.
이 위성들의 이름은 모두 셰익스피어의 희곡에서 이름을 따온 것들입니다.
2호에 의해 새로이 발견된 위성 줄리엣
보이저 2호가 천왕성에 오기 전까지는 5개로 알고 있었던 위성이, 무려 5개의 새로운 위성의 발견으로 10개가 됩니다.
얘가 한번 훑고 지나가면 그 자체가 지구가 새로이 기록하는 우주역사.
역시 와보지 않고는 알 수 없는, 그야말로 불여일견.
천왕성을 직접 볼 수 있었던 기회도 잠시,
보이저 2호는 다시 해왕성을 향해 천왕성에서의 스윙바이를 성공적으로 마치게 됩니다..
- 1989년 6월 5일, 해왕성 관측 시작
우선, 지금까지 해왕성을 접근 통과한 우주탐사선은 보이저 2호가 유일.
그러니 이세상의 모든 해왕성 근접사진은 이 녀석의 단독적인 결과물.
보이저 2호의 마지막 행성인 해왕성 탐사임무의 완벽한 수행을 위해,
나사의 수석과학기술자 및 비행 컨트롤러 등등 모든 기술진들이 잔뜩 긴장하며 최선을 다해
해왕성으로의 근접을 이루어 냈습니다.
해왕성과 그의 거대한 위성인 트리톤과의 궤도를 계산하는 방법이 아주 까다로웠는데,
다행히 수차례의 컴퓨터 시뮬레이션으로 최적의 궤도를 파악,
해왕성에서의 스윙바이도 아주 성공적으로 할 수 있었습니다.
왜냐면, 보이저 형제는 해당 행성을 스치면서 사진촬영 및 탐사를 진행하는 것이기 때문에,
최적의 스윙바이 궤도를 정해놓고 그 궤도를 따라 가는게 상당히 중요한 것이죠.
2호가 보내온 해왕성과 그 고리
다시 말씀드리자면, 천왕성과 해왕성은 왜 푸른색으로 보이느냐면,
두 행성의 대기는 거의 비슷한 기체들로 구성되어져 있고,
그 대기 중 메탄에 의해 태양빛의 붉은 빛은 흡수를 하고 푸른빛은 반사를 시키기 때문에,
우주에서 보는 이런 대기의 행성들은 푸르게 보이는 것입니다..
언젠가 퀴즈쇼에 나간다면, 꼭 맞추시길.....
2호가 촬영한 더 근접한 해왕성
이 2호가 아니었으면, 해왕성 표면의 검은 부분(대암점)은 발견되지 않았을 것입니다.
또한 1995년 허블이 찍었을 때는 이 대암점이 발견되지 않기도 했죠..
다행히 2호가 가까이 갔을 때 발견되었기에,
해왕성 대기권의 작용이 아주 활발함을 알 수 있었을테지요.
실제 해왕성에는 초속 600m에 달하는(음속의 두 배..;;) 초강력한 폭풍이 대기를 휩쓸고 있습니다..
너무나 엄청난 속도의 바람이라, 감히 상상이 안가네요..
2호의 카메라가 수 초에 걸친 장노출을 주고찍은 해왕성의 고리
멜론껍데기 같은 모양의 위성 트리톤
이 사진을 전송받은 과학자들은.. 얼마나 좋았을까요..
지구에선 도저히 볼 수 없어 궁금해 미치려던 그 곳의 표면을 이렇게 찍어 전송해 주다니..
이 녀석 덕택에 트리톤의 표면이, 멀론껍데기 같이 생김을 알게 되었습니다..
2호가 찍은 해왕성과 그의 자식 트리톤..
트리톤 초근접.. 오오 신비롭습니다.. 대체 무엇이 저기 저렇게 직선을 그어놓았을까요..
사진상으로 연두색으로 보이는 부분이 트리톤의 얇은 대기권입니다.
이 역시 2호의 작품으로, 트리톤에 희박하게나마 대기가 있다는 사실을 다시 우주역사서에 기록.
이렇게 해왕성과 그의 위성 트리톤을 스치며,
나사가 예상했던 것보다 훨씬 더 임무를 잘 수행해 준 보이저 2호는,
공식적인 행성탐사의 임무를 종료하고 다시금 스윙바이를 하여,
1호와 마찬가지로 미지의 세계로 머나먼 대장정에 돌입하게 됩니다..
- 1989년 10월 2일, 행성관찰 임무 종료 후 미션 확장 - 1호와 같은 운명이 되라
- 2012년 10월 기준, 태양으로부터 100AU 거리 기록
4. 보이저 2호의 미래
- 보이저 1호는 현재 성간공간에 진입했다고는 알려져 있고, 2호 역시 성간공간에 거의 근접해 있습니다..
1호와 마찬가지로 약 2030년까지는 지구와의 통신이 가능하기에,
실제 정확히 어느 지점을 통과하는지 알 수 있습니다.
뭐 더욱 실제를 말한다면,
날아간 거리는 알 수 있으나, 그 거리에 위치한 알 수 없는 영역이 실존하는지는 추측이기에,
그게 실제인지 아닌지.. 대략 난감하기는 하죠..
그러나 뭐, 그정도 거리라면.. 이게 그거고 그게 이거인 셈입니다.. 논하기에 벅차다는 말이죠..
그럼 여기서 궁금한 점이, 왜 명왕성은 확인하러 가지 않았냐는 건데,
우선 명왕성이라는 녀석은 공전궤도 자체가 다른 행성과는 너무나 기울기가 달라 궤도를 잡기에
어려움이 있고,
너무나도 멀리 떨어져 있었기 때문이기도 합니다..
뭐 그냥 접근 자체가 불가능했기에, 애초에 계획에 포함시키지도 않았겠죠..
아마, 명왕성을 가려면 처음부터 명왕성을 향해 날아가야 할 것입니다..
지금은 뉴-호라이즌스호가 도착해서 사진을 많이 찍었죠.
보이저 2호는 대략 어디쯤 날아가고 있을까요..
성간공간에는 진입했을까요..?
이 외로운 여행에 누구하다 동반자없이,
홀로 쓸쓸히 더욱 더 깊은 어둠을 향해 날아가는 기분은 어떨까요..
지금 이 순간, 시간이 가는 것 자체가 하나의 역사가 되고 있는 보이저 형제들..
그 속도로 날아간다면, 이론상 우리보단 그래도 나이를 조금씩은 덜 먹을 겁니다..
현재 이 보이저 2호의 임무는,
별 '시리우스'를 향해 부서지기 전까지 날아가는 것입니다.
시리우스는 현재 보이저의 속도로 29만년이나 날아가야 하죠..
29만년 후 인류가 기꺼이 살아남아 이 보이저가 주는 새로운 이야기를 들을 수 있었으면 좋겠군요..
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5. 보이저 글을 마치며..
이번 이 보이저 1-2호로 알아본 탐사선의 임무와 그의 세부 내용들..
결국 처음의 의도와는 다르게,
이 글을 쓰면서 저는 너무도 숙연해짐과 동시에,
우주의 거대함과 그 거룩함에 감히 스스로를 낮추게 되면서,
인류에게 주어진 가장 큰 선물인 '끝없는 상상력'을 맘껏 동원할 수 있었음에 고마움을 느낍니다..
이 보이저 형제가 인류에게 던져 준 메세지는,
천왕성이 어떻고 해왕성이 어떻고..가 아니라,
이 광활한 우주가 수많은 별들외에
지구에게만 생명의 씨앗을 뿌려줬음에 깊이 감사하며 살아가라는 건 아닌지..
저는 우선, 이 긴 글을 읽어주신 분들에게 감사를 드립니다..
보이저 끝.
<잘 알아보고 적은 글이지만, 윗 내용 중 사실과 다른 정보가 있다면,
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