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2012년 7월 8일 일요일

태양계 이야기 85 - 지구를 위협할 수 있는 소행성들 (4)






 3. 소행성 충돌의 대응 전략 


 지구에 상당한 피해를 입힐 수 있는 정도의 몇몇 소행성 들에 대해서 현재 면밀한 추적 감시가 이루어지고 있기는 하지만 이것 만으로는 진짜 충돌 운명인 소행성 자체를 파괴하거나 궤도에서 벗어나게 만들 순 없습니다. 따라서 이에 대한 회피 전략이 논의되게 되었는데 현재 가능성 있는 천체는 아포피스를 비롯해서 1950 DA 등의 몇개 천체가 거론되고 있으나 소행성의 궤도는 변경의 가능성도 있고 우리가 잘 알지 못한는 장주기 혜성들도 있을 수 있기 때문에 구체적으로 어떤 형태의 천체가 목표가 될지는 아직 결정되지 않았습니다. 또 50 - 100 미터 정도 지름의 비교적 작은 천체라도 지구에 충돌시 인구 밀집 지대에 떨어지면 엄청난 피해를 입힐 수 있습니다. 



 (애리조나의 유명한 크레이터인 베링거 크레이터. 지름 1740 미터, 깊이 170 미터의 이 크레이터는 5만년 전쯤 약 50 미터 크기의 니켈 - 철 운석이 충돌한 결과이다. 당시 파괴력은 10 메가톤급 이었다고 보는데 아포피스나 1950 DA 는 이것과는 비교도 안될 만큼 강력한 충돌을 일으킬 수 있다.    This file is in the public domain because it was created by NASA  ) 



 (1908 년의 퉁구스카 폭발은 운석이나 작은 혜성 충돌이 원인으로 보이는데 대략 10 - 15 메가톤급 폭발이 있었다고 여겨지고 있다. 이 폭발은 2150 평방킬로에 있던 8000만 그루의 나무를 쓰려뜨렸다. 만약 인구 밀집 지대에서 이런 일이 발생했다면 수백만명이 희생될 만큼 강력한 폭발이었다. 이 사진 자체는 1927 년에 찍은 사진이다.  This work is in the public domain in Russia according to article 6 of Law No. 231-FZ of the Russian Federation of December 18, 2006; the Implementation Act for Book IV of the Civil Code of the Russian Federation. ) 


   
이런 소행성 충돌이 영화의 소재로 등장한 것은 사실 역사가 꽤 되지만 나사에서 본격적으로 이를 연구하기 시작한건 1992 년 부터 였습니다. 1998 년에 이르러 본격적으로 이와 같은 지구 충돌 가능성이 있는 천체들의 목록을 제작하기 시작 2008 년에는 1 km 지름 이상 되는 근지구 천체 (NEO : Near Earth Object) 의 90% 이상의 목록이 작성되었습니다. 하지만 2009 년에도 여전히 1 km 이상 대형 근지구 소행성이 발견되는 등 아직 우리가 모르는 1 km 이상 근지구 소행성이 있을 가능성이 0% 라고 할 수는 없습니다. 


 아포피스 처럼 100 미터 이상급 소행성은 인구 밀집 지대에 떨어지면 대형 수소폭탄 이상의 피해를 줄 수 있고 바다에 떨어지면 쓰나미의 원인이 될 수 있습니다. 1950 DA 처럼 1 km 급 소행성은 충돌한 지역을 초토화 시키는 것은 물론 핵겨울을 가져올 가능성이 있습니다. 만약 10 km 급 소행성이나 혜성이 충돌하는 경우에는 대멸종 수준의 파괴가 일어날 가능성이 있습니다. 과거 공룡 멸종과 관련이 있는 충돌이 10 km 급 소행성이나 혜성 충돌의 결과라고 보고 있습니다. 


 미국에서는 2005 년 부시 전 대통령이 서명한 NASA Authorization Act of 2005 법안에 의해 지름 140 미터 이상의 근지구 천체를 추적 관찰하여 국가 안전을 지키는 것을 법률적으로 의무화 했습니다. 이후 국제적인 추적 노력에 의해 상당수의 NEO 가 추적되었으며 이미 이전 포스팅에서 말했듯이 이 중 위험한 천체인 PHO ( Potentially Hazardous Object : 혹은 Asteroid 를 붙여 PHA 나 Comet 을 붙여 PHC 라고도 함 ) 의 목록을 제작하고 있습니다. 그리고 2012 년 1월까지 1284 개의 PHA 의 목록을 작성했습니다. 



(매년 각 프로젝트가 발견한 NEO 의 목록  Jet Propulsion Laboratory, NASA http://neo.jpl.nasa.gov/stats/  Alan B. Chamberlin  This file is in the public domain because it was created by NASA ) 




 하지만 이의 목록만 제작한다고 모든 문제가 해결되지는 않습니다. 다행히 당분간 지구에 충돌 가능성이 높은 소행성이나 혜성은 없지만 갑자기 등장할 가능성을 100% 배제할 수 없기 때문에 만약에 경우에는 이 천체의 궤도를 변경시키거나 혹은 파괴하는 전략이 필요합니다. 


 - 핵무기 

 : 영화에서 가장 선호하는 방법입니다. 사실 이것도 한가지 방법이 될 수는 있습니다. 크기가 작은 소행성의 경우 완전히 증발시킬 수도 있으며 그렇지 못해도 그 궤도를 크게 변화시켜 지구에 충돌하지 않게 만들 수 있습니다. 또 의도적으로 궤도를 변경시키기 위해 작은 핵폭탄을 폭발시킬 수 있습니다. 이 경우 장점은 비교적 작은 크기의 우주선으로도 목적 달성이 가능하다는 점입니다. 


 하지만 문제 역시 존재하는데 많은 소행성들이 단단한 하나의 암석이 아니라 약한 중력에 의해 그냥 뭉쳐있는 돌무더기 (Rubble piles) 에 불과한 경우가 많기 때문입니다. 만약 잘못하면 수십 - 수백개로 분해되어 지구로 떨어질 수 있습니다. 


 이게 아주 작으면 문제가 안되지만 만약 그 파편들이 각각 수만 - 수백만 톤이라면 문제가 더 심각해 집니다. (참고로 아포피스는 약 2000만톤급으로 추정) 지름 수십 미터에 달하는 운석이라도 핵폭탄급 위력을 지닐 수 있기 때문에 오히려 한개의 큰 핵폭탄 대신 여러개의 핵폭탄이 자탄처럼 분산되어 실제 파괴력은 더 커질 수도 있습니다. 같은 위력이라도 한곳에 몰려서 폭발하면 살상 반경이 작아지기 때문입니다. 이는 마치 단거리 지대지 미사일인 ATACMS Block I/IA 에서 수많은 자탄이 떨어져 파괴력을 더 키우는 것과 비슷한 상황이 될 수도 있습니다. 


 따라서 핵무기는 비교적 작은 크기의 소행성을 완전히 증발 시킬 용도거나 혹은 단단한 니켈 - 철 소행성이라고 생각될 경우, 시간적 여유가 없을 경우 고려해 볼 수 있으며, 영화 아마겟돈 처럼 거대한 PHO 안쪽에서 핵폭발을 일으키는 경우는 지구에 더 위험한 결과를 초래할 가능성이 있습니다. (즉 2000만톤 짜리 소행성 하나보다 20만톤 짜리 100 개가 더 위험) 


(참고로 보는 핵폭발의 위력과 살상 반경의 변화 20 kT 에서 20 MT 으로 위력이 1000 배 강해져도 살상 반경은 대략 10 배 정도 (범위로는 100배) 늘어나는 정도이다. 따라서 같은 위력이면 한개의 큰 폭탄보다 작은 폭탄 여러개가 더 위력이 세지만 무수히 많은 핵탄두를 탑재할 순 없기 때문에 결국 무기용 핵폭탄은 적당한 선에서 타협을 보게 된다.  큰 소행성을 여러개로 쪼개는 것은 오히려 위력을 더 크게 만들 가능성이 있다.    출처 : wiki) 


 - 운동 에너지 충돌 (Kinetic impact)

 이방법은 핵무기 대신 지구에서 우주선을 충돌시켜 궤도를 조금만 변경시키는 것입니다. 이런 약간의 궤도 변경만으로도 크기가 작은 소행성은 지구 충돌 가능성을 막을 수 있습니다. 이 방법은 예기치 않게 소행성이 조각나서 지구로 충돌하는 것을 막는데 유용하지만 역시 그럴 가능성이 0% 라고 할순 없습니다. 

 이런 방식으로 궤도를 약간 수정할 천체 후보는 아포피스입니다. 1950 DA 는 질량이 20 억톤 규모라 이렇게 1톤 도 안되는 우주선을 충돌시켜 궤도를 수정하긴 힘들어 보입니다. 추후 설명할 ESA 의 돈키호테 미션이 바로 그것 입니다. (별도로 설명) 


 이 방법은 지구와 소행성이 충분한 거리에 있어야 성공이 가능합니다. 너무 가까이 있으면 궤도를 살짝 변경해서 충돌을 막기는 쉽지 않습니다. 소행성이 1 km 이상으로 상당히 큰 경우에도 마찬가지 입니다. 


 - 중력 견인 (Gravitational tractor) 


 중력 견인은 SF 영화에서 나올 법한 용어 처럼 생각되지만 사실 매우 간단하고 기발한 아이디어 입니다. 이는 견인하고자 하는 소행성 옆에 우주선을 놓고 미약한 중력으로 소행성의 궤도가 변경되도록 견인하는 것입니다. 이 경우 소행성이 돌무더기이든 눈송이 같은 혜성이든 아니면 단단한 니켈 - 철 소행성이든 상관이 없습니다. 소행성이 파괴될 위험이 없다는 것이 가장 큰 장점입니다. 


 우주선과 소행성 사이 중력은 미약하지만 대신 충분한 거리와 시간을 두고 조금씩 잡아당기면 그 궤도는 충돌을 피할 정도로 변할 수 있습니다. 



(중력 견인의 컨셉 아트  http://www.sott.net/articles/show/163281-gravity-tractor-could-deflect-asteroids Copyleft: This work of art is free; you can redistribute it and/or modify it according to terms of the Free Art License. You will find a specimen of this license on the Copyleft Attitude site as well as on other sites. ) 


 하지만 이 방법에도 큰 문제점이 있습니다. 일단 이 방식은 지구에 매우 위협이 될 만한 큰 소행성을 잡아당기는 데 엄청난 시간이 필요합니다. 지름 100 미터에 질량 100만톤급 소행성을 이동시키는데 10년이 필요할 수도 있습니다. 또 이런 우주선을 개발하고 배치하는데 드는 시간과 비용은 엄청날 것입니다. 


 - 이온 빔 

 이온 빔 양치기 (Ion Beam Shepherd) 는 현재 개발되고 있는 이온 추진 로켓을 이용하는 것입니다. 쉽게 말해 이온 플라즈마 추진체를 소행성 방향으로 향하게 해서 궤도를 변경시키는 방법이라고 할 수 있습니다. 미약한 중력대신 이온 빔을 이용하면 좀더 효과적으로 소행성을 원하는 방향으로 몰 수 있기 때문에 양치기라는 표현은 적당해 보이지만 이 역시 정교한 컨트롤과 비싼 우주선이 필요하고 더 중요한건 아직 이를 수행할 수 있는 수준의 우주선과 이온 엔진이 개발되지 못했습니다. 


 - 태양에너지


 이 방법은 야코브스키 효과를 반대로 이용하는 것입니다. 즉 거대한 반사경이나 솔라 세일을 설치해서 이를 소행성에 비춰서 진로를 벗어나게 만드는 것입니다.  또 야코브스키 효과 대신 태양에너지를 한곳에 집중해 일부 물질을 증발시키므로써 소행성의 궤도를 변경하게 만드는 방법도 있습니다. 이 방법을 사용하려면 거대한 반사경과 더불어 아주 충분한 시간이 필요합니다. 이는 엄청난 비용과 시간이 필요하다는 이야기이기도 합니다.  




 이외에도 여러가지 제안들이 쏟아지고 있지만 사실 처음에 언급한 핵무기와 운동 에너지 충둘 방식이 현재 기술과 비용으로 가장 가능성이 있습니다. 그 중에서 핵무기보다는 아마도 운동 에너지 충돌 방식이 아포피스에 사용될 가능성이 높습니다. 그 계획이 돈키호테 미션입니다. 







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