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알파 센타우리까지 가는 법



(Interstellar journey: The aim of the Starshot project is to send a tiny spacecraft propelled by an enormous rectangular photon sail to the Alpha Centauri star system, where it would fly past the Earth-like planet Proxima Centauri b. The four red beams emitted from the corners of the sail depict laser pulses for communication with the Earth. Credit: Planetary Habitability Laboratory, Univesity of Puerto Rico at Arecibo)


 작년 4월 러시아의 억만 장자 유리 밀너(Yuri Milner)는 흥미로운 계획을 발표했습니다. Breakthrough Starshot Initiative라는 계획으로 1억 달러의 비용을 들여 지구에서 가장 가까운 행성계인 알파 센타우리까지 갈 수 있는 우주선을 공모한 것입니다. 극도로 가벼운 라이트 세일을 이용해서 광속의 20%까지 가속해서 20년 이내로 알파 센타우리까지 도착하는 것이 목표입니다. 


 라이트 세일은 기본적으로 솔라 세일과 같은 원리입니다. 다만 먼 우주에서는 태양풍만 받아서는 충분한 가속도를 얻을 수 없으므로 레이저 빔 같은 다른 에너지 원을 이용한 라이트 세일을 응용한다는 것이 골자입니다. 사실 1억 달러라는 거금으로도 해결할 수 없는 문제점이 수두룩하지만, 인간의 상상력을 자극하는 과제임에 분명합니다. 


 알파 센타우리 행 라이트 세일 우주선이 해결해야 할 중요한 문제 가운데 하나는 가속은 그렇다쳐도 감속을 어떻게 하느냐입니다. 광속의 20%로 알파 센타우리 시스템을 스쳐지나가면 행성계를 제대로 탐사하기는 거의 불가능하기 때문입니다. 


 막스 플랑크 연구소의 르네 헬러 (René Heller of the Max Planck Institute for Solar System Research in Göttingen)와 마이클 힙케 (Michael Hippke)는 감속을 위해 항성에서 나오는 항성풍과 항성의 중력을 이용하는 방법을 제안했습니다. 


 이 계획을 위해서는 10만 제곱미터에 달하는 거대한 라이트세일과 100g에 불과한 미니 탐사선이 필요하기 때문에 역시 현실성 없기는 마찬가지지만, 이론적인 가능성은 매우 흥미로운 주제 가운데 하나입니다. 


 이들의 첫 목표는 지구에서 가장 가까운 외계 행성인 프록시마 b (proxima b) 입니다.  ( http://blog.naver.com/jjy0501/220908110240 참조) 거대한 라이트 세일을 단 우주선을 초속 13,800km(광속의 4.6%) 로 프록시마 b 가 있는 프록시마 센타우리에서 400만km까지 접근시키면 프록시마 센타우리의 항성풍이 브레이크로 작동해서 속도를 늦추게 됩니다. 하지만 사실 이것만으로는 충분한 감속이 어렵습니다. 


 그래서 태양계 탐사에서 많이 사용한 플라이바이 방식을 반대로 이용하게 됩니다. 즉 빠른 속도로 항성 주변을 지나면서 항성의 중력에 의해 속도를 늦추는 것입니다. 이 과정을 어러번 반복하면 마침내 프록시마 b 탐사에 가능한 수준으로 감속이 가능해집니다. 다만 이 과정까지 100년의 시간이 필요합니다.




(동영상)  


 이렇게 보면 이론적인 가능성은 있는 셈이지만, 현실적으로는 가능성이 거의 없다고 해도 무방할 것입니다. 다만 언제나 그러하듯이 결국 인류가 답을 알아낼 날이 올 것이라고 믿습니다. 언제가 될지는 모르지만, 인류의 후손이 프록시마 b에 도달하는 날을 상상해 봅니다. 


 참고 


More information: Heller, R., & Hippke, M. (2017) "Deceleration of high-velocity interstellar sails into bound orbits at Alpha Centauri", The Astrophysical Journal Letters, Volume 835, L32, DOI: 10.3847/2041-8213/835/2/L32 

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