현재 화성을 탐사중인 큐리오시티 (Curiosity) 로버에는 RAD (Radiation Assesment Detector ) 라는 장치가 탑재되어 있습니다. 이 장치의 목적은 화성의 방사선 레벨을 측정해서 향후 인간이 화성에서 탐사 및 활동을 해도 안전한지를 알아보는 것입니다. 화성은 지구와는 달리 강력한 자기장과 두터운 대기층이 없기 때문에 강력한 우주의 전리 방사선들이 지표까지 지구에 비해 더 수월하게 내려올 수 있습니다.
물론 태양과의 거리가 지구보다 먼 만큼 태양에서 오는 고에너지 입자와 자외선의 양 자체는 작겠지만 역시 이를 보호해줄 대기와 자기장이 약하다는 것은 화성 지표의 방사선 레벨이 높을 수 밖에 없는 이유라고 하겠습니다. RAD 는 구체적으로 이 방사선 레벨을 측정해서 미래 인류의 화성 탐사에 대한 기초 자료를 수집하고 있습니다. 큐리오시티는 지난 2012 년 8월 6일 화성에 착륙했고 현재 RAD 는 데이터를 지구로 송신하고 있습니다.
(RAD Image credit NASA/JPL-Caltech/SwRI )
RAD 가 송신한 데이터를 분석중인 나사의 과학자들은 화성 지표의 방사선 레벨이 의외로 (?) 낮아서 국제 유인 우주 정거장 (International Space Station ) 수준인 것으로 파악된다고 발표했습니다. 사실 이것도 아주 낮은 수치라고는 할 수 없습니다. 예를 들면 국제선 여객기를 타는 경우 12 시간 동안 추가로 받게 되는 방사선 레벨은 0.1 - 0.2 mSv 수준입니다. ISS 가 있는 LEO (저 지구 궤도) 의 경우 이 수치는 5 배로 증가합니다. 따라서 지상과 비교시 ISS 수준도 그렇게 낮다고 볼 수 는 없겠죠.
하지만 달리 생각하면 ISS 역시 지구의 강력한 자기장에 의해 보호를 받습니다. ISS 는 대기에 의한 보호는 받기 힘들어도 자기장은 위치상 가능하죠. 화성엔 그렇게 강력한 자기장이 없고 대기도 지구의 1% 수준인데 어떻게 그것이 가능한 것일까요 ?
(지구의 자기권 - 강력한 지구 자기는 강력한 태양 고에너지 입자로 부터 지구 표면의 생명체들을 지켜주는 역할을 하고 있음. ISS 도 이 보호를 받을 수 있다. Source : NASA)
(큐리오시티의 RAD 가 2012 년 8월 7 일 (UTC) 에 보내준 RAD 데이터 Credit: NASA/JPL-Caltech/SWRI )
현재도 나사의 과학자들을 이를 연구 중에 있지만 열조류 (thermal tide) 라는 화성 대기의 독특한 작용 때문으로 생각되고 있습니다. 비록 화성의 대기의 밀도가 지구의 1% 미만으로 낮은 편이지만 이 대기에는 두가지 지구 대기에는 없는 이점이 있습니다. 첫번째로 화성은 지구보다 태양에서 멀기 때문에 태양의 고에너지 입자를 덜 받는 편입니다. 두번째로 더 중요한 이유는 화성의 대기가 낮동안에는 팽창하면서 더 두꺼워지는 현상이 일어나기 때문입니다. 이는 마치 조류의 작용과 비슷한 특징이 있습니다. 열조류 현상인 셈입니다.
(화성의 태양을 향한 면은 열에 의해 팽창해서 대기가 두꺼워 짐 Source : NASA/JPL)
지구도 그렇지 않냐고 생각할 수 있지만 지구에는 없는 특징이 화성에 존재합니다. 일단 화성은 중력, 온도, 대기의 밀도 모든 것이 낮은 편입니다. 따라서 지표가 따뜻해져서 상승 기류가 생기면 이 공기는 위로 아주 높이 상승해서 일종의 새로운 방어막을 구성하게 됩니다. 심지어 압력도 하루중 변화가 생기는데 낮에는 대기의 압력이 높아지고 (대기의 열팽창에 의해) 밤에는 압력이 떨어지는 현상이 관찰됩니다. 그 주된 이유는 희박한 대기라서 조금의 변화도 크게 반영되는데다 화성에 바다가 없는 만큼 아무리 태양에너지 자체가 지구보다 작다고 해도 하루 중 일교차가 매우 크기 때문입니다.
아무튼 이 이유로 인해 생각했던 것보다 두터운 대기 방어층이 만들어져 태양에서 오는 고에너지 입자를 걸러낼 수 있는 것으로 보입니다. 하지만 지구의 강력한 자기장과 두터운 대기에 견줄 만한 수준은 아니라서 저지구 궤도 비슷한 정도라는 것이죠.
일단 태양에서 오는 고에너지 입자는 이렇게 막는다고 하지만 다른 우주의 여러 천체들에서 오는 방사선의 경우에는 다 막기 어렵습니다. 여전히 화성 표면은 지구에 비해 방사선 레벨이 높지만 그래도 ISS 와 비슷하다면 인류가 6 개월 정도 체류 하는 정도는 충분히 가능한 수준입니다.
나사의 과학자들은 RAD 의 데이터를 계속 수집해고 있습니다. RAD 는 26 가지 종류의 입자와 방사선 (감마선, 중성자 등 포함) 을 측정할 수 있는 능력이 있습니다. 전리 방사선의 종류가 다르면 방호 대책도 달리 세워야 합니다. 왜냐하면 종류에 따라서 투과력이 다르기 때문이죠. 종이 조차 투과 하기 힘든 알파선과 인체를 쉽게 투과 가능한 감마선에 대한 대책은 달라야 합니다.
RAD 에서 나온 데이터는 향후 인류의 화성 탐사시 적절한 방호 대책을 세우는 데 유용하게 사용될 것입니다. 어쩌면 화성의 대기가 지금 보다 두꺼워지는 것도 대책중 하나에 들어가게 될 수도 있죠. 이전에 이야기한 화성 테라포밍이 그것인데 사실 그것이 가능하다고 해도 인류의 화성 탐사 보다 더 먼 미래의 일이기 때문에 지금 대책으로 세울 순 없겠죠. 그 보다 화성까지 오가는 동안 우주 공간과 화성에서 방사선 방호 대책이 더 필요할 것입니다. 큐리오시티가 우리에게 제공할 정보 중에 하나라고 해야겠죠.
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