[과학을 읽다]"보이저 1호, 너 어딨니?" (아시아경제 2014.07.08 09:13)

[과학을 읽다]"보이저 1호, 너 어딨니?"

미항공우주국, 최근 자료 분석 "성간 우주에 있다

 

▲별과별 사이의 '성간 우주'에 머물고 있는 보이저 호.[사진제공=NASA]

 

지금까지 확인된 것 중 태양으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 존재는 무엇일까. 인류가 직접 제작해 태양계 가장자리로 보낸 '보이저 1호' 탐사선이다. 보이저 1호는 지금 정확히 어디에 있는 것일까. 태양권을 벗어난 것일까? 아니면 아직 태양권에 있는 것일까? 그것도 아니면?

이 물음에 우주과학자들의 시선이 집중되고 있다. 과학자들 사이에서도 의견이 엇갈린다. 태양권을 떠났다고 설명하는 과학자와 아직 태양권을 벗어나지 못했다고 주장하는 이들의 주장이 대립하고 있다.

미 항공우주국(NASA)은 이 같은 논란에 종지부를 찍으려는 듯 7일(현지 시간) '태양이 보이저 1호에 또 다른 쓰나미 파를 보냈다(Sun Sends More Tsunami Waves to Voyager 1)'라는 기사를 게재하고 "보이저 1호는 현재 성간 우주에 있다"는 주장에 힘을 실었다. 성간 우주에 머물고 있다는 것은 태양권을 떠났다는 의미다.

여러 관측 자료를 검토해 봤을 때 현재 보이저1호는 별(항성)과 별(항성) 사이의 공간인 '성간 우주'에 있다는 것이다. 에드 스톤 박사(캘리포니아공과대학)는 "일반적으로 성간 우주는 고요한 호수와 같다"며 "2012년 태양이 폭발하면서 외부로 충격파를 보냈는데 약 1년 뒤에 보이저 1호에도 도착했다"고 설명했다. 이 충격파는 보이저 호 주변의 플라스마를 진동하게 하는 원인이 된다고 분석했다.

가장 최근 보이저 1호에 도달한 쓰나미 파(tsunami wave)를 분석한 결과 보이저 1호는 성간 우주에 있는 것으로 확신했다. 보이저 1호가 태양권 바깥으로 나간 것에 대해 명확한 증거를 찾고 있는 돈 구메트 박사(아이오와대학)는 "보이저 호를 두고 논란이 많다"며 "우리는 최근의 보이저 1호에서 나온 데이터를 분석하고 이를 통해 보이저 1호의 위치를 파악하고 있다"고 말했다.

태양은 코로나질량이라고 부르는 물질을 외부로 방출한다. 이때 충격과 압력파가 만들어진다. 2012년부터 보이저 1호에 세 번에 걸쳐 이런 충격파가 도달했다. 2012년에 포착된 첫 번째 충격파는 거의 미미해 관측하는데 어려움이 많았다. 두 번째 충격파는 2013년 3월에 보이저 1호의 코즈믹 레이(우주 線)에 정확히 기록됐다.

우주 선(線)은 우리 은하에 있는 별 주변에서 나오는 에너지가 충전된 물질을 말한다. 태양 충격파는 쓰나미 위에 있는 부표처럼 이런 물질을 밀어낸다. 2013년 기록된 두 번째 쓰나미 파를 분석해 본 결과 연구팀은 이 전에 측정한 것보다 40배 정도 밀도가 높은 플라스마를 보이저 1호에서 발견했다. 기존에 없었던 것으로 이는 보이저 1호가 성간 우주에 머물러 있다는 직접적 증거라는 것이다.

스톤 박사는 "쓰나미 파는 마치 종처럼 플라스마를 친다"며 "여기서 발생하는 플라스마의 진동과 밀도로 미뤄봤을 때 보이저 1호는 성간 우주에 진입했음을 보여주고 있다"고 주장했다. 현재 우주 과학자들은 세 번째 충격파를 파악하고 있는 중이다. 보이저 1호에 영향을 미친 세 번째 충격파는 올해 3월에 기록됐다. 세 번째 플라스마 밀도를 관측해 봤더니 이전에 관측한 것과 비슷한 수준인 것으로 나타났다.

한편 보이저 1호는 1977년 발사됐다. 목성과 토성, 천왕성과 해왕성을 거쳐 태양계 가장자리로 이동했다. 태양에서 가장 멀리 떨어져 있는 존재가 됐다. 지금은 태양권을 벗어나 성간 우주에 머물러 있고 조만간 다른 미지의 세계로 여행을 떠날 차비를 하고 있는 중이다. 보이저 1호는 인류가 만든 우주선 중 가장 먼 곳에 도달한 탐사선이 됐다.

 

▲보이저 1호.[사진제공=NASA]

 

 

“여기는 보이저 1호… 태양서 193억km 떨어진 우주 비행중”

(동아일보 2014-09-05 10:55:08)

美 무인 우주탐사선 발사 37주년 맞아

 

1977년9월5일 미국 케이프커내버럴 우주센터에서 발사된 보이저 1호.보이저 1호는 토성의 고리를 촬영했고, 토성의 위성인 타이탄의 모습도 담았다.또목성의‘대적반’을촬영하는데도성공했다. 목성의 위성인 ‘이오’에서는 화산이 분출하는 모습을 포착했다(번호순으로). 미국항공우주국(NASA) 제공

 

미국의 무인 우주탐사선 ‘보이저 1호’가 5일로 37번째 생일을 맞는다. 1977년 지구를 떠난 보이저 1호는 무게 721.9kg에 출력 420W급 엔진을 달고 37년째 우주 공간을 비행하고 있다. 현재 위치는 태양에서 약 193억 km 떨어진 지점. 인류가 우주로 쏘아 올린 탐사선 가운데 지구에서 가장 멀리 떨어져 있다.

보이저 1호는 그간 수많은 탐사 신기록을 세웠다. 1979년 목성에 약 35만 km까지 다가가 아름다운 목성의 모습을 촬영했다. 당시만 해도 미지의 행성이었던 목성의 대적반(거대 폭풍)과 대기가 보이저 1호에 처음 포착되면서 목성의 비밀이 하나씩 벗겨지기 시작했다. 이듬해에는 토성에서 12만 km 지점에 접근해 토성의 고리가 1000개 이상의 선으로 이뤄졌고 고리 사이에는 간극이 있다는 사실을 밝혀냈다.

목성과 토성의 위성도 발견했다. 목성의 위성인 ‘테베’ ‘메티스’ ‘아말테아’를 발견하고 토성의 위성으로는 ‘아틀라스’ ‘프로메테우스’ ‘판도라’ ‘에피메테우스’ 등 4개를 추가했다. 이 밖에도 천문학자 갈릴레오 갈릴레이가 발견했던 지름 3000∼5000km의 거대 목성 위성 ‘이오’ ‘유로파’ ‘가니메데’ ‘칼리스토’의 모습을 포착하는 데도 성공했다. 특히 이들 위성 가운데 이오에서는 용암이 300km 가까이 흘러나오는 모습을 찍어 위성의 화산활동을 처음 확인했다.

보이저 1호가 행성 사이를 자유자재로 누비며 탐사할 수 있었던 건 ‘중력 보조’라는 항법 기술 덕분이다. 중력 보조는 탐사선의 추진력을 사용하지 않고 행성이 탐사선을 끌어당기는 중력을 이용해 행성에 가까이 다가갔다가 탈출할 때만 연료를 이용하는 방식이다. 중력 보조 항법을 적절히 사용하면 탐사선이 보유한 추진력보다 더 긴 거리를 여행할 수 있다.

보이저 1호는 지난해 9월 탐사선 최초로 태양계를 벗어났다. 미국항공우주국(NASA)은 보이저 1호가 보낸 자료를 분석한 결과 전하 입자의 양이 급격히 증가했다는 점에서 태양계를 벗어난 것으로 추정하고 있다. 지금도 보이저 1호는 시간당 6만 km씩 지구에서 멀어지고 있다.

보이저 1호는 방사성 동위원소를 활용한 전력공급장비 덕분에 태양광을 에너지원으로 쓰는 다른 위성과 달리 태양빛이 미치지 않는 태양계 바깥에서도 움직일 수 있다. NASA는 보이저 1호가 연료로 사용하는 플루토늄이 바닥이 나는 2025년까지는 계속 여행을 이어갈 수 있을 것으로 전망한다.

황정아 한국천문연구원 선임연구원은 “보이저 1호가 가설로만 존재하는 소행성의 고향 ‘오르트 구름(Oort Cloud)’의 존재를 확인할 수 있을 것”이라고 말했다.

쌍둥이 탐사선 ‘보이저 2호’는 1호보다 16일 먼저 지구를 떠났지만 1호와는 다른 경로를 택했다. 목성과 토성까지는 비슷한 경로로 날아갔지만 그 뒤 보이저 1호는 태양계 밖으로 향했고, 2호는 천왕성과 해왕성을 차례로 관측하는 경로를 택했다. 현재 보이저 2호는 태양에서 158억 km 떨어진 지점을 지나고 있다.

 

 

[과학을 읽다]보이저1호…성간 공간의 노랫소리

(아시아경제  2014.12.17 10:29)

2012년 부터 세 번에 걸쳐 충격파 전해와

 

▲충격파로 판단할 때 보이저1호는 성간 공간에 있는 것으로 분석됐다.[사진제공=NASA]

 

보이저1호가 부르는 노래. 지난 2월부터 11월까지 보이저1호는 독특한 소리를 전해오고 있다. 현재 보이저1호는 성간 공간에 있다. 때론 높은 소리를 나타내는 붉은 색으로 가끔씩은 속삭이듯 낮은 소리를 보내왔다.

보이저1호는 지금 정확히 어디에 있는 것일까. 우주과학자들에게 이 질문은 상당히 흥분되고 곤혹스러운 주제 중 하나이다. 눈으로 직접 볼 수 없고 지구에서부터 너무 멀리 떨어져 있기 때문이다. 현재 보이저1호는 태양권(heliospher)을 벗어나 성간 영역에 있을 것으로 판단했다. 지금까지 보이저1호가 전해온 세 번에 걸친 '쓰나미 파(tsunami waves)'를 분석한 결과이다.

보이저 1호는 2012년부터 올해까지 세 번의 충격파를 전해왔다. 가장 최근에 관측된 충격파는 올해 2월이었다. 지금도 2월과 같은 노랫소리가 이어지고 있다. 이 같은 충격파를 분석한 결과 연구자들은 보이저1호가 여전히 성간 영역에 머물러 있을 것으로 진단했다.

돈 거네트(Don Gurnett) 아이오와대학 물리학과 교수는 15일(현지시간) 지구물리 천문학연구연합회(American Geophysical Union) 행사에서 "많은 사람들은 성간 영역의 중간지역은 부드럽고 조용할 것으로 생각한다"며 "보이저1호가 전해온 충격파는 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 일반적"이라고 말했다.

첫 번째 쓰나미파는 2012년 10월~11월에 나타났다. 두 번째 파는 2013년 4월~5월 사이에 발생했다. 두 번째 쓰나미파는 첫 번째 보다 주파수가 높았다. 첫 번째 쓰나미파는 낮은 소리였고 두 번째는 조금 높은 소리를 보였다.

올 2월에 세 번째 충격파가 전해졌는데 이 충격파는 11월까지 오랫동안 지속됐다. 여전히 계속되고 있다. 세 번째 충격파가 이어지는 동안 보이저1호는 약 6억4300만㎞를 움직인 것으로 집계됐다.

쓰나미파는 태양이 코로나물질을 방출할 때 발생한다. 쓰나미파는 압력파를 발생시킨다. 이 압력파가 성간 플라즈마와 만날 때 충전된 입자가 별들 사이 공간에서 발견된다. 충격파가 플라즈마를 교란시키는 것이다.

에드 스톤(Ed Stone) 보이저미션 과학자는 "쓰나미파는 노래 또는 종처럼 공명되는 이온화 가스 현상이 나타나는데 이를 통해 확인할 수 있다"고 설명했다.

보이저1호가 보내온 두 번째 충격파는 전에 관측됐던 것보다 플라즈마 밀집도가 40배 정도 높았다. 높은 주파수에 밀집도 높은 플라즈마를 보이는 충격파로 봤을 때 보이저1호는 어떤 탐사선도 가보지 못한 곳을 탐험하는 '프론티어' 영역에 들어간 것으로 판단했다. 바로 성간 영역이다.

에드 스톤 박사는 "보이저1호가 더 멀리 갈수록 플라스마 밀집도는 더 높아질 것"이라며 "이런 현상이 보이저1호가 태양권을 벗어나면서 성간 영역의 밀집도가 더 높아지기 때문인지, 아니면 충격파 그 자체 때문인지 아직은 알 수 없다"고 말했다. 추가 검토 작업이 필요하다는 것이다.

보이저1호와 2호는 16일의 간격을 두고 1977년 발사됐다. 보이저2호가 먼저 떠났고 보이저1호가 뒤따랐다. '쌍둥이' 보이저 탐사선은 모두 목성과 토성을 지나쳤다. 이후 보이저1호는 더 먼 공간으로 여행을 떠났고 보이저2호는 천왕성과 해왕성을 탐험했다. 보이저2호도 보이저1호를 따라 몇 년 뒤에는 성간 영역에 들어갈 것으로 전망되고 있다.

성간영역에서 보내온 보이저1호의 속삭이는 노랫소리는 관련 페이지(https://www.youtube.com/watch?v=_u-RZTwpECg#t=45)에서 들을 수 있다.

 

▲2012년~2014년까지 세번에 걸쳐 보이저1호는 충격파를 보내왔다.[사진제공=NASA]

 

 

보이저 1호 성간우주비행 중 '정체불명의 소리' 수신

 (노컷뉴스 2014-12-17 10:41)

지난 2월 처음 포착돼 현재도 지속

 

최초로 태양계를 벗어나 성간 우주를 비행하고 있는 NASA(미항공우주국)의 보이저1호 우주선이 지난 2월 이상한 형태의 '츠나미 파장'을 수신했다.

NASA(미항공우주국)에 따르면 이 신호는 아직 계속되고 있으며 성간 우주공간에서 연구진이 수신한 신호 가운데 가장 오래 지속되고 있다.

15일 샌프란시스코에서 열린 미국 지구물리학회(American Geophysical Union)에서 관련 논문을 발표한 미국 아이오아 주립대 돈 구르넷 물리학 교수는 "대부분의 과학자들이 성간 지역의 신호가 조용하고, 잔잔할 것이라고 생각했지만 이런 종류의 충격파가 더 흔한 것 같다"고 말했다.

츠나미 파는 태양 표면에서 자기성 구름을 내뿜는 코로나 질량 분출을 할 때 발생한다. 이 파장은 성간 우주공간에서 전하입자인 성간 플라즈마를 지날 때 플라즈마를 동요시켜 충격파가 발생한다.

캘리포니아 기술연구소 보이저 프로젝트 과학자인 에드 스폰은 "츠나미 파는 이온화된 가스에서 종소리처럼 진동하는 소리를 발생시킨다"고 설명한다.

이번에 보이저가 포착한 충격파는 세 번째 신호로 첫 번째는 지난 2012년 10~11월 사이에 발생했으며, 두 번째 파장은 2013년 4~5월 사이에 수신된 것으로 플라즈마의 밀도가 훨씬 높은 것이었다.

이번에 포착한 신호는 지난 2월에 수신되기 시작해 11월 데이터까지 계속 이어지고 있다. 이 세 번째 신호가 포착되는 동안에 보이저 1호는 더 먼 우주를 향해 4억㎞를 여행했다.

NASA의 고다 우주비행센터 명예 우주물리학자인 레오날드 벌라가는 "이 놀라운 일은 성간에서 나는 충격파의 특성에 대해 새로운 연구를 필요로 하는 의문을 제공하는 것"이라고 평가했다. 벌라가 교수는 과거 이 같은 소리의 원인을 제공하는 자기장 분야를 연구했었다.

이 이상하고 오래 지속되는 특별한 파장이 무엇을 의미하는지 과학자들은 명확히 알지 못한다. 또한 이 파장이 얼마나 빠르고 넓게 퍼져가는 지도 알 수 없다.

지난해 수신된 두 번째 츠나미 파는 보이저 1호가 태양권을 벗어났음을 확인하는데 유용한 자료가 됐다. 태양과 태양계의 행성은 태양풍에서 만들어지는 거품으로 둘러싸여 있다. 보다 높은 주파수의 고밀도 플라즈마 고리들과 보이즈가 통과하는 매체(medium)는 이전에 측정된 것보다 40배 더 밀도가 높았다. 이것이 보이저가 최초로 성간 우주 공간에 진입했다고 결론을 내리는데 핵심 역할을 했다.

보이저가 우주 깊은 곳으로 여행을 계속할수록 플라즈마의 밀도는 높아졌는데 성간 매체물질이 태양계로부터 멀리 떨어져 갈수록 밀도가 높기 때문인지, 아니면 충격파 그 자체로부터 나오는 것인지는 아직 알 수 없다

보이즈 연구진은 이 같은 충격파가 태양에서 보이저가 현재 있는 거리의 두 배가 넘는 지역에서까지 계속 나올 것으로 보고 있다.

보이저 1호와 쌍둥이 보이저 2호는 1977년 16일 간격으로 발사됐다. 두 우주선 모두 목성과 화성을 근접 비행하고, 보이저 2호는 천왕성과 해왕성도 가까이 지났다. 1호보다 먼저 발사된 보이저 2호는 가장 오랜 기간 지속적으로 작동하고 있으며, 수년 내에 보이저 1호처럼 성간 우주에 진입할 예정이다.