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태양계 이야기 192 - 화성에서의 300 일




 화성에서 지난 1 년 넘게 여러가지 과학적 탐사를 진행중인 큐리오시티 로버의 임무중 한가지는 미래 유인 화성 탐사를 준비하기 위해 화성에서의 방사선 피폭 수준을 검증하는 것입니다. 이 자료는 대단히 중요한 것으로써 미래 화성 유인 탐사를 시도하기 전에 화성으로 가는 동안, 화성에서 체류하는 동안, 화성에서 지구로 돌아오는 동안에 받는 방사선 수준을 정확히 측정해야 합니다. 그래야 앞으로 유인 탐사에서 방사선 방호 대책과 적절한 탐사 시간을 정할 수 있을 테니까요. 이 부분에 대해서는 앞서도 한번 설명드린 바 있습니다.


 참고 : 화성까지 가는 길은 험난 ? http://blog.naver.com/jjy0501/100189064905
           생각보다 낮은 화성의 방사선 ? http://blog.naver.com/jjy0501/100174030574


 큐리오시티 로버에 탑재된 RAD (Radiation Assesment Detector ) 는 화성에 가는 동안은 물론 화성 표면에서의 방사선 수치를 기록해 과학자들에게 필요한 정보를 제공하고 있습니다. 이에 대해서는 앞서 포스트에서 이미 상세히 설명했으므로 중복된 설명은 피하겠지만 아무튼 화성 <-> 지구간 우주 여행에서의 방사선 노출은 다소 높은 편이며 화성 표면에서는 화성 대기에 의한 보호를 받기 때문에 이보다 낮기는 해도 여전히 지구 표면 보다는 높은 방사선 노출에 시달려야 합니다. 


 태양과 우주의 다양한 고에너지 입자 방출원 (항성에서부터 초신성까지) 들은 인체에 유해할 수 있는 방사선을 내놓습니다. 지구는 이를 막아주는 든든한 방호 메카니즘을 가지고 있는데 가장 중요한 것은 지구 자체에서 나오는 자기장과 지구 대기입니다. 지구는 크기에 비해 강한 자기장을 가지고 있어 고에너지 입자들이 함부로 침투하는 것을 막아주는데 이 자기 보호막은  ISS 같은 저지구 궤도를 도는 유인 정거장 까지 보호해 줄 수 있습니다.


 한편 지구의 대기는 태양에서 나오는 자외선을 차단하는 오존 층을 비롯한 두터운 대기층이 있어 태양과 우주 저편에서 날라오는 방사성 입자들을 막아줍니다. 이와 같은 방호벽은 방사선에 취약한 DNA 를 지닌 지구 생명체가 지표에서도 번창할 수 있도록 도와주고 있습니다.




(태양에서 나오는 고에너지 입자인 Solar Energy Particle (SEP)  와 우주 저편에서 나오는 고에너지 입자인 Galactic Cosmic Ray (GCR) 를 막아주는 지구의 자기장  Credit : NASA/JPL-Caltech/SwRI ) )



 화성의 경우 태양에서 오는 방사선의 수준은 지구보다 낮지만 대신 지구 같은 강력한 자기장이 없기 때문에 우주에서 날라오는 방사선을 쉽게 방어하지 못합니다. 하지만 이전에 설명했듯이 그래도 아예 없는 것보다는 더 나은 수준이라 화성 표면의 방사선 수준은 화성 - 지구간 우주 공간 보다는 낮습니다.


 큐리오시티의 RAD 와 관련된 연구를 담당하고 있는 사우스웨스트 연구소 (Southwest Research Institute) 의 돈 하슬러 박사 (Dr. Don Hassler) 와 그의 동료들은300 일간의 RAD 데이터를 분석해서 화성 유인 탐사시 얼마나 많은 방사선에 노출될 것인지를 보다 분명하게 예측할 수 있는 결과를 사이언스 Science 에 발표했습니다. 이전에도 비슷한 연구를 발표한 바 있지만 실제 유인 화성탐사에 견줄만한 더 장기간의 데이터를 통해 이를 입증했다는 것이 중요한 시사점입니다.



(RAD 데이터를 이용해서 화성에서 체류하는 동안 노출되는 방사선 양을 비교한 것.  Using the data collected by SwRI’s Radiation Assessment Detector onboard the Curiosity rover, this chart compares the radiation dose equivalent for a 500-day stay on Mars to the dose associated with a 180-day journey to Mars, a six-month stay on the International Space Station and several Earth-based sources of radiation. (Credit: Image courtesy of Southwest Research Institute))



 RAD 데이터에 의하면 2012 년 8월에서 2013 년 6월까지 화성 표면에 도달하는 은하 우주 방사선 (GCR) 의 양은 하루 평균 0.67 mSv 라고 합니다. 반면 화성까지 가는 동안 노출되는 은하 우주 방사선의 양은 1.8 mSv 로 역시 화성 표면이 그래도 그냥 우주 공간보다는 안전하다는 것을 보여주고 있습니다. 이에 따르면 화성에서 500 일간 보내는 것은 화성 - 지구간 여행 180 일간에 맞먹는 수준의 방사선에 노출되게 됩니다. 


 만약 아무런 방호 장치가 없다고 할 경우 (큐리오시티는 무인 로버이므로 방사선 보호가 필요없음) 지구 - 화성 왕복 여행은 0.66 Sv 의 방사선 노출이 예상되며 화성에서 500 일간 미션을 포함하는 경우 총 방사선 노출은 1 Sv 에 이를 것으로 예상됩니다. 대략 100 mSv 의 연간 방사선 노출이 1% 의 암 발생 증가와 연관되고 1 Sv 의 연간 방사선 노출이 5% 정도의 암 발생 증가와 연관성이 있다고 생각하면 무시할 수 없는 수준의 방사선 피폭이라고 하겠습니다. 


 따라서 미래의 유인 화성 미션은 반드시 방사선 노출에 대한 대비가 필요할 것으로 생각됩니다. 화성 - 지구간을 왕복할 우주선을 만드는 것만으로도 상당한 무게가 발생할 수 밖에 없는데 만약 방사선 방호까지 생각한다면 화성 탐사선은 더 무거워 질 수 밖에 없을 것입니다. 다만 안전성을 담보하지 않는 화성 유인 탐사는 사실 고려할 만한 가치가 없으므로 미래의 유인 화성 탐사계획은 반드시 이 문제에 대한 해결책을 마련해야 할 것으로 생각됩니다. 


 참고 


Journal Reference:

  1. Donald M. Hassler, Cary Zeitlin, Robert F. Wimmer-Schweingruber, Bent Ehresmann, Scot Rafkin, Jennifer L. Eigenbrode, David E. Brinza, Gerald Weigle, Stephan Böttcher, Eckart Böhm, Soenke Burmeister, Jingnan Guo, Jan Köhler, Cesar Martin, Guenther Reitz, Francis A. Cucinotta, Myung-Hee Kim, David Grinspoon, Mark A. Bullock, Arik Posner, Javier Gómez-Elvira, Ashwin Vasavada, John P. Grotzinger, Msl Science Team†, the MSL Science Team. Mars’ Surface Radiation Environment Measured with the Mars Science Laboratory’s Curiosity Rover. Science, 2013 DOI: 10.1126/science.1244797
   




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