[별들의 후손이 들려주는 천문학 이야기] OSIRIS-REx와 베누, 그리고 앞으로의 샘플 귀환 임무

오시리스-렉스 샘플은 어떻게 지구로 돌아왔을까?

지구를 떠난지도 벌써 7년, 미항공우주국(NASA)의 오시리스-렉스 (OSIRIS-REx: Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer) 탐사선은 7년간의 왕복 우주여행을 성공적으로 수행하고 지난 9월 24일 소행성 베누의 샘플을 보내온 바 있다.

2016년에 발사된 오시리스-렉스는 베누에 도착하는 데만도 2년이 넘게 걸렸다. 그 후 소행성을 매핑하고 샘플을 찾을 장소를 정한 후 약 250그램의 암석을 채취하는 데에도 거의 2년이 걸렸다. 이후 지구로 돌아오는 2년간의 여정을 시작했다.

NASA는 “비가 오나 눈이 오나” 계획의 지연 없이 미국 유타주의 그레이트 솔트 레이크 사막 상공에서 샘플을 실은 캡슐이 지구 표면으로부터 약 250km 상공에서 발사될 예정이라고 밝힌 바 있다. 그리고 성공적으로 캡슐 수집이 완료된 후 과학자들은 이를 텍사스 휴스턴에 있는 NASA의 존슨 우주 센터로 안전하게 옮기기 시작했다.

NASA는 소행성 베누에서 채취한 샘플이 “여러 세대의 과학자들에게 약 45억 년 전 태양과 행성이 형성되던 시기, 그리고 오늘날 우리가 알고 있는 생명의 시작을 들여다볼 수 있는 창을 제공할 것”이라고 설명한 바 있다. 그리고 첫 번째 분석 결과 베누는 예상대로 생명체에 필수적인 화학 물질인 탄소가 풍부한 것으로 알려졌다.

샘플 귀환 미션이란?

샘플 귀환 임무는 우주 탐사선을 보내서 달, 소행성, 행성 등 천체에 착륙한 후 토양, 광물, 암석 샘플 등을 채취하는 것을 말한다. 최근엔 샘플 귀환 임무를 로봇이 수행하는 경향이 있지만, 과거에는 인류가 직접 수행한 바 있다. 1969년부터 1972년 사이에 달을 탐험한 아폴로 탐사선이 샘플 귀환 미션의 첫 주인공이다.

NASA의 샘플 귀환 임무는 이후 약 382kg의 암석과 달 토양을 수집하며 성공적으로 첫 단추를 끼웠다. 이외에도 소련 시대의 러시아 역시 1969년부터 1976년까지 세 차례의 로봇 임무를 성공적으로 수행하여 약 326g의 샘플을 채취한 바 있다. 보다 최근에는 2003년부터 2010년까지 진행된 일본 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 하야부사 (Hayabusa) 임무를 통해 지구에서 가까운 소행성인 이토카와(25143 Itokawa)의 샘플이 지구에 도착하였으며, 2020년 하야부사2 임무를 통해서는 류구 소행성(162173 Ryugu)의 샘플이 성공적으로 도착했다.

중국 역시 2020년에 창어 5호를 통해서 달에서 샘플을 가지고 귀환한 바 있다.

베누의 샘플은 누가 분석할까?

우주에서 돌아온 샘플은 지구의 실험실에서 분석된다. 하지만 일부는 의도적으로 분석되지 않고 보관되기도 한다. 이는 과학자와 엔지니어들은 시간이 지남에 따라 기술이 발전하고 있음을 알고 있기 때문이다. 미래에는 같은 재료를 가지고도 더 과학적으로 의미 있는 다른 실험을 수행할 수 있다. 이 때문에 아폴로 미션에서 수집되었던 달의 샘플도 상당수는 그대로 봉인된 채 보관되며 최근에 조금씩 분석되고 있다.

NASA는 베누의 샘플 25%를 자체 연구를 위해 보관할 계획이지만, 나머지는 전 세계 35개 기관의 200명의 과학자들에게 분배될 것이라고 밝혔다. 물론 오시리스-렉스 임무를 위해 레이저 고도계 장비를 제공한 캐나다 우주국에도 샘플의 4%를 보낼 전망이다. 샘플의 0.5%는 파트너십의 일환으로 JAXA에 전달될 예정이다. JAXA 역시 이전에 소행성 샘플의 10%를 NASA와 공유한 적이 있다.

과학자들이 우주에서 샘플을 수집하는 이유는 무엇일까? 우리는 우주의 샘플에서 대체 무엇을 배울 수 있을까?

앞선 설명처럼 우주에서 채취한 샘플은 태양계 각각 다른 곳의 생명체와 초기 지구 역사에 대해 알려줄 수 있는 귀중한 자료들이다. 샘플에는 원자, 분자 및 복잡한 화합물, 심지어 과학자들이 끊임없이 찾고 있던 물의 증거가 포착될 수도 있다. 또한 극히 낮은 확률이지만 태양풍 입자 또는 혜성 파편이 포함될 수도 있다.

일부 과학자는 지구의 자원이 고갈됨에 따라 소행성이 광물이 필요하다고 주장하고 있다. 이 때문에 소행성이나 달의 샘플에 대한 보다 정확한 분광학적 연구가 계속해서 진행되고 있다.

샘플을 지구로 보내온 오시리스-렉스 탐사선은 현재 무엇을 하고 있을까?

오시리스-렉스 탐사선은 샘플만 지구로 돌려보냈을 뿐, 탐사선 자체가 지구로 복귀한 것은 아니다. 2022 년 4월 25일 NASA는 오리리스-렉스 임무가 연장될 것이라고 확인한 바 있는데, 탐사선은 현재 오시리스-에이펙스 (OSIRIS-APEX: Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security APophis Explorer)라는 이름으로 변경되어 다른 미션을 계속해서 이어 나가고 있다. 새 이름에서 알 수 있듯이, 다음 목표는 지구에서 가까운 소행성이자 잠재적으로 위험한 물체 중 하나(향후 100년 동안은 위험을 가하지 않을 예정)인 99942 아포피스(Apophis)이다. 참고로 아포피스는 2029년 4월 13일에 지구를 근접 통과할 예정이다.

아포피스에 대한 관측은 2029년 4월 8일에 시작될 예정이며, 며칠 후인 4월 21일에는 OSIRIS-APEX가 이 소행성과 랑데부할 예정이다. 마치 유럽우주국(ESA)의 로제타(Rosetta) 탐사선이 혜성 67P 츄르모프-게라시멘코(Churyumov–Gerasimenko)와 만났을 때와 비슷한 순간이 될 것이다.

OSIRIS-APEX는 베누와 유사한 궤도를 따라 약 18개월 동안 아포피스를 돌게 되며, 베누에서 샘플을 채취했던 방법과 유사한 방법으로 과학 탐험을 시작할 전망이다. 아포피스의 표면을 교란시켜 소행성의 표면 아래에 있는 물질을 노출하고 (관련 동영상 바로 보러가기), 이를 통해서 소행성 아포피스에 있는 여러 가지 물질에 대한 분광학적 연구를 시작할 전망이다.

앞으로 계획된 샘플 귀환 임무는?

일본의 화성 탐사선(MMX)은 화성 지역에서 암석을 가져오는 최초의 샘플 귀환 임무를 목표로 하고 있다. 2024년에 발사될 예정인 MMX는 화성의 위성인 포보스와 데이모스를 조사하고 위성 형성 과정에 대한 정보를 수집할 예정이다. 이를 통해 과학자들은 태양계가 어떻게 형성되었는지 더 잘 이해할 수 있을 것으로 기대하고 있다. MMX는 두 위성 중 크기가 더 큰 위성인 포보스에서 샘플을 채취한 후 2029년에 지구로 귀환하는 것을 목표로 하고 있다.

한편, ESA와 NASA 역시 화성 표면에서 샘플을 채취하는 임무를 계획 중이며, 모든 것이 계획대로 진행되면 2033년에 화성 표면의 샘플과 함께 지구로 귀환할 예정이다.

[출처] : https://www.sciencetimes.co.kr/news/%eb%b2%a0%eb%88%84%ec%9d%98-%ec%83%98%ed%94%8c%ec%9d%84-%ec%a7%80%ea%b5%ac%eb%a1%9c-%eb%b3%b4%eb%82%b4%ec%98%a8-%ec%98%a4%ec%8b%9c%eb%a6%ac%ec%8a%a4-%eb%a0%89%ec%8a%a4-%ed%83%90%ec%82%ac%ec%84%a0/?cat=132