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by X세기소년 May 07. 2023

21세기, 인류는 최초로 외계인을 보게 된다 - 스타샷

지구TMI

그동안 몇 안 되는 소중한 구독자들의 흥미 유발한답시고, 주제에 대한 이야기를 꺼내기 전에 본론을 뒤로한 채 히찮은 농담이나 썰로 글을 시작했는데, 최근 들어 문득 그런 글의 시작이 꽤나 지엽적인 데다가 정보 전달력은 물론 흥미를 떨어뜨린다는 생각을 했다. 이제 두괄식으로 써본다! (이 와중에도 말이 너무 많지만ㅎ)

이 글의 핵심 정보

1. 스타샷 프로젝트(Breakthrough Starshot Project)는 지구에서 초소형 우주선을 쏘아 외계 행성에 도달시키는 프로젝트다.

2. 2036년에 발사 예정이고 대략 2060년쯤에 외계 행성(알파 센타 우리- 프록시마 행성)에 도착할 예정이지.

3. 아마 2060년에는 이 글의 제목처럼 인류 최초 우리 두 눈으로 진짜 외계 생명의 존재를 확인하게 될지 모른다.

베르나르 베르베르의 소설 '파피용'에 보면 이런 명대사가 있어.

마지막 희망은 탈출이다

자연 고갈, 전쟁, 심각한 오염 등으로 생명력을 잃어가는 지구에서 일부 인간들이 초대형 우주 범선에 탑승하지. 그리고 또 다른 행성을 향해 우주 항해를 시작해. 새 행성을 위해 탑승한 인간들이 몇 세대를 걸쳐 이동하지. 소설의 내용 둘째치고 광압, 태양풍, 및 거대한 닻을 이용해 추진력을 얻는 신박한 우주선의 항해법이 인상적이었던 작품이었지. 사실 SF 소설류에서는 아주 클리셰라고는 하지만 말이야. 근데 이 클리셰가 현생에서 일어나려고 해!

오늘의 주제는 Breakthrough Starshot Project, 바로 스타샷 프로젝트야.

이미지 출처 : tamilastronomy

스타샷 프로젝트(Breakthrough Starshot Project)는 지구에서 초소형 우주선을 쏘아 외계 행성에 도달시키는 프로젝트야. 2036년에 발사 예정이고 대략 2060년쯤에 외계 행성(알파 센타 우리- 프록시마 행성)에 도착할 예정이지. 아마 2060년에는 이 글의 제목처럼 인류 최초 우리 두 눈으로 진짜 외계 생명을 보게 될지 몰라! (최근에 미국 정부는 스타샷 프로젝트의 발사 일정을 조금? 늦추어서 2069년 발사로 다시 잡았다고는 하더라고? 뭐 그래도 이동 시간을 감안하더라도 21세기 안에는 외계 행성을 볼 수 있을 거야.)

혹시 외계인의 존재를 믿어? 만약 믿는다면, 함께 달려오는 질문들이 있잖아? 외계 생명은 어디에 살고 있을까? 이미 태양계에는 없지 않나? 태양계에서 가장 지구와 비슷한 행성인 화성만 봐도, 과거에 물이 흘렀던 흔적이었더라, 과거에는 생명이 살았을 수도 있다~ 하니깐 말이야.

하지만 현실은 우리 나약한 인간들은 우주복 없이는 살 수도 없지. 실제로 인간이 맨몸으로 화성에 노출된다면 약 2-3분도 버티지 못한다고 해. 화성의 대기는 지구의 1/100 수준으로 대부분 이산화탄소인 데다가 산소는 0.1% 뿐이야. 게다가 화성에는 태양으로부터 분출되는 해로운 태양풍이나 우주 방사선을 막아주는 자기장도 거의 없어서 아마 우주방사능을 그대로 맞게 될 거야. 맞아. 어쨌든 죽어. 아직 화성은 살 수 있는 곳이 아니야. ~~머스크형 어떻게 하려고 그래?~~

그럼에도 불구하고, 미국의 일론 머스크 형은 2029년까지 화성에 인간을 이주시키겠다는 화성 테라포밍이라는 야심 찬 계획을 세우고 있지. 화성을 인간이 거주 가능한 인공적인 행성으로 만들겠다는 계획이야. 인간이 지구를 떠나 처음으로 달에 착륙했던 시기가 1969년이었으니까, 만약 성공한다면 인간이 달에 착륙한 지 60년이 지난 후겠네.

어쨌든 말이야, 적어도 현재로서는 인간이 태양계 행성중편안하게 머무를 수 있는 곳은 없다고 보는 게 맞는 것 같아. 그렇다면 외계 생명체에게도 아마 마찬가지겠지. 하지만 태양의 지배를 받고 있는 우리 귀여운 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 그리고 천왕성은 사실 정말 너무나도 작은 규모지. 우주의 관점에서 바라볼 때 말이야. 태양계에서 인간이 아닌 다른 외계 생명체가 없다면 우주의 다른 무수한 항성계(태양계와 같이 행성들이 달려있는)에서는 적어도 지구와 같은 환경의 행성이 하나쯤은 있지 않을까? 그러면 아주 높은 확률로 외계인이 있겠지. 자, 그러니까 머스크형보다 어찌 보면 조금 더 말도 안 되는 꿈을 갖고 말이야, 지구를 떠나 화성으로 이사 가는 인간들의 계획 말고, 외계인이 살고 있는 행성을 이 21세기 안에, 그러니깐 지금 이 글을 보고 있는 당신들이 죽기 전에 실제로 발견한다면 어떨 것 같아?

하지만 놀랍게도 이 계획은 현재 실행 중이야! 2060년까지 현생을 버티며 살아 있어야 할 이유이기도 하지. (무척이나 궁금하거든...)

*하기 영상 참고 (스타샷 프로젝트 시뮬레이션)

Breakthrough Starshot 스타샷 공식 유튜브 영상

아마도 외계인들이 살고 있을? 그곳의 이름은 바로 "알파 센타우리". 태양으로부터 약 4.37 광년 정도 떨어져 있지. 4.37 광년은 말 그대로 빛의 속도인 초속(약 30만 Km/s)으로 4년 하고도 조금 더 가야 하는 거리지만 말이야(Km로 환산하면 41조 3천억 Km). 사실 이건 엄! 청! 가까운 거리라고 할 수 있어. 얼마나 가깝냐고? 안드로메다 은하라고 들어봤지? 예전에 그런 드립 많이 했잖아. 안드로메다로 보내버린다고. 그 안드로메다도 사실 우주적 관점에서 우리 은하 근처에 있는 은하거든? 근데 250만 광년이야. 그렇다면 4광년은 진짜 옆집이다. 그렇지? 확실히 넘어지면 코는 닿는 거리야.

두 밝은 별 중 왼쪽이 알파 센타우리(A), 그리고 오른쪽은 베타 센타우리(B). 이미지 출처 : 나무위키

(안 궁금할 수도 있지만,) 왜 하필 알파센타 우리냐고? 거기에 외계인이 있을지 어떻게 아냐고? 여러 이유가 있지만 가장 쉽게 설명하자면 우선 가까워. 태양에서 가까운 항성계 인 데다 태양과 그 성질도 비슷하지. 그렇다면 지구형 행성도 있을 거 아니야? 그렇지? 그래서 여러 천문학자들은 높은 확률로 그곳에 생명이 있거나 혹은 인간이 살 수 있는 환경이 조성되어 있을 거다,라는 얘기들이 계속 흘러나왔고, 이 때문에 SF 소설이나 게임 등에서도 단골 소재로 쓰이기도 했지.

만약 인류가 태양계 너머 이동할 수 있는 유인 우주 왕복선을 만든다면, 아마 가장 먼저 가보지 않을까?

하지만 아쉽게도, 무능한 현대 인류는 아직 41조 3천억 Km를 횡단할 우주 왕복선 기술이 없어. 만들더라도 한세대에 걸쳐 가지 못할 거야. 지금 가장 빠른 우주선이 시속 5만 Km니까.. (*주의 : 초속 아님) 아마 수만 년이 걸릴 거야. 좀 더 자세히 예를 들자면 보이저 1호는 17km/s (초속)의 속력을 내지. 1초에 17킬로를 간다니... 겁나 빠르잖아? 근데도 이 속도로는 우리의 목표 행성까지 대략 7만 년 정도가 걸린대. 7만 년이면 정말 과장 하나도 안 보태고 호모사피엔스 인류 조상님들이 아프리카 대륙을 떠나 새로운 대륙으로 진출했을 시기였어. 7만 년 뒤에도 인류가 살아 있을까?

어쨌든 위에서 언급한 베르나르 베르베르의 소설 '파피용'에서는 실제로 레이저를 쏘아 항해하는 초대형 우주 범선에 인간들과 동식물을 태우고 새로운 행성을 향해 항해를 시작해. 그래서 그 안에서 번식을 시키고 몇 세대를 걸쳐 여행하더라고? 이 소설 재밌다 근데? 내 학창 시절 꿈을 키워준 소설이야. 안 읽어본 사람은 읽어봐.

갑자기 책소개?

베르나르 베르베르의 소설 '파피용'에 나오는 초대형 우주 범선 (구글 이미지)

1. 스타십의 원리

인간은 태우고 이동할 광속에 근접한 우주선은 현실적으로 불가능하지. 만들더라도 말이야, 인간의 몸은 그 속력에서 나오는 압력을 견디지 못하고 찢어지고 말겠지? 그래서 준비한 이야기가 바로 이 초소형 우주 범선, 스타샷 프로젝트야! 고작 몇 그램밖에 안 나가는 초소형 우주 범선 천여 개에 레이저를 쏘아 프록시마 행성까지 가속시키는 원리지.

스타샷 프로젝트 스타칩의 가상 이미지

프로젝트의 정식 명칭은 Breakthrough Starshot. 우주선의 이름은 스타칩이래. ~~귀엽.. 포테토칩 같아~~

어쨌든 지구와 가깝고, 생물이 존재할 것으로 기대를 걸고 있는 알파 센타우리의 프록시마 행성까지 약 천 개가 넘는 초소형 쪼꼬미 최첨단 우주선들을 보내는 거지. 그렇다면 여기서 4광년이 넘는 먼 거리를 어느 세월에 가냐 반문할 수 있지만, 탐사선은 방금 언급했듯이 겨우 약 1g(그램) 정도의 작은 질량에 가로x세로 4m 크기의 솔라 세일이라는 (나무위키 참고) 추진체를 달아 지구에서 쏜 고출력 레이저로 가속시킬 계획이야. 지구의 지표면에서 고출력 레이저 약 1만 개를 스타칩에 달려있는 돛에 발사해 강하게 밀어주는 거지. 마치 바람을 타고 나아가는 돛단배처럼 말이야. 계산에 따르면, 5~10분 정도만 레이저를 쏘아 줘도 광속의 20%까지 스타칩들을 가속할 수 있다고 해. 이 방법으로 스타칩들은 10여분 만에 광속의 약 20%, 초속 약 6만 km 또는 (시속으로 환산하면 2억 1600만 km)까지 가속이 가능하게 되지. 게다가 탐사선 발사 후 20여 년 후에는 프록시마 행성 부근에 도착하게 된다고 해. 이 속도가 어느 정도인지 체감이 안되지? 비교하자면 총알의 수 만배 속력이라고 하네.

이 작은 우주선에는 여러 장비들이 장착될 예정이야. 이 작은 우주선 위에는 빛을 반사하는 소재로 된 얇은 돛이 달려 있었고, 우주선 본체에는 카메라, 전원 장치, 항법ㆍ통신 장비(지구와 정보 교신을 위한), 인공지능 통제 장치 등이 탑재될 예정이지.

아주 쉽게 이 원리를 설명하자면 핵심은 크고 가벼운 우주 범선, "스타칩"이야. "코스모스"의 저자이자 위대한 천문학자 칼 세이건이 생전에 고안했던 프로젝트 중 하나였지. 바람을 이용해 바다를 항해하는 돛단배처럼, 태양빛을 받아서 태양에서 멀어지는 방향으로 항해하는 우주 범선이지.

빛에서 무슨 추진력을 얻냐고? 전자기학에 의하면 모든 빛은 운동량을 갖고 있어. 지구에서도 종이에 손전등 빛을 비추면 종이를 아주 조금 미세하게나마 밀어낼 수 있거든! 이런 원리처럼 빛이 가하는 힘을 복사압(Radiation Pressure)이라고 부르는데. 배에 달린 돛을 바람이 밀어내서 배가 나아가는 것처럼, 빛을 쏘아서도 물체를 밀어낼 수 있지. 그런데 우주는 지구와는 달리 방해꾼이 없지. 대기가 존재하지 않기 때문에 마찰도 없어. 밀면 계속 나아갈 수 있지. 지구에서 형광등을 켰다고 우리 몸이 뒤로 밀려나지는 않잖아?

하지만 우주 공간에서는 이야기가 달라져. 우주의 빈 공간에서는 이런 물질이 존재하지 않기 때문에 조금만 힘을 가해도 계속해서 앞으로 나아갈 수 있지! ~~지구는 역시 내 앞길을 막고 있었어~~

정리하자면 로켓에 스타십 1000여 대를 잔뜩 싣는다. > 대기권을 돌파해 우주에서 스타칩을 풀어놓는다. > 스타십이 돛을 핀다. > 지구의 레이저 광선이 돛을 향해 쏜다. > 저항이 없는 우주에서 우주 돛단배(스타칩) 들이 가속을 붙여 항해를 시작한다. > 계산대로라면 스타칩들은 점점 가속도가 붙어 광속의 20%까지 도달한다. (약 6만 km/s) > 20년 정도 후면 알파센타 우리에 도착한다. > 스타칩이 지구에 그쪽 행성의 데이터들을 전송한다. > 외계 생명이 있는지 우리 두 눈으로 확인한다. > ~~예쁜지 확인한다.~~

스타칩에 쏠 레이저 빔. 대기 간섭을 최소화하기 위해 고도가 높고 습도가 낮은 사막 지역에서 쏠 것이라고 예상한다. (이미지 출처 : 스타샷 프로젝트 공식 유튜브 영상)

2. 초 일류급 지지자들

칼 세이건 X 스티븐 호킹

유리 밀러 X 마크 쥬커버그

스타샷 프로젝트에 참여한 유명 인사들.

개인적으로 흥미를 갖는 것 중 하나가 세계에서 가장 똑똑하고 돈 많은 사람들이 어디에 관심을 두고 있는 지를 보는 건데, 그중 하나가 "우주 산업"이야. 페이스북의 창업자 마크쥬커 버그 역시 스타샷 프로젝트에 참여했어. 그뿐만이 아니야. 아마존의 창업자 제프베이조스는 민간 우주 기업 '블루 오리진'을 만들었고, 천재 사업가 일론 머스크 역시 민간 우주 기업 '스페이스 X'를 만들어 압도적인 기술력을 선보이며 연일 "화성 갈 거야"를 외치는 중이지. 페이팔의 창시자 피터 틸 역시 굉장한 우주광이라고 해.

Breakthrough Starshot (스타샷 프로젝트)은 2016년에 발표된 인류 최초의 성간 탐사 계획이야.

코스모스의 저자이자 위대한 천문학자 중 하나인 칼세이건이 고안했고, 러시아의 억만장자 벤처사업가 유리 밀너가 후원을 했지. 그리고 21세기 최고의 천재 우주물리학자 스티븐 호킹과 페이스북 창업자 마크 주커버그가 참여했지.

이미 지구에서 벌만큼 번사람들이 말이야, 우주에 그토록 목메는 이유는 왜일까? 확실한 건 단순히 돈이 좋아서, 혹은 사업적인 수단은 아닌 것 같아. 이 우수한 유전자들이 더 넓은 차원과 미지를 쫓는 데에는 이유가 있겠지.

3. 스타샷 프로젝트의 기술적 한계점

통신의 문제

스타샷 프로젝트는 한계점 또한 명확하지. 우선 작은 스타칩들이 그곳까지 정확히 항해할 수 있을지가 의문이야. 인공지능 항법 장치를 달아 항해할 계획이라고는 하지만 말이야. 일단 킬로미터의 단위가 아닌 광년 단위의 거리인데 지구에서 원격 조종을 할 수 있을까? 도무지 내 머리로는 대형 안테나 말고는 대안이 떠오르지 않는다...

예를 들어 1광년 떨어진 거리에서 스타칩 탐사선에 문제가 긴다면 지구에 데이터가 도착하기까지도 역시 1년이 걸리기 때문이지. 1년을 기다려 데이터를 받았다고 치자. 그러면 지구에서 명령을 내려 그 신호가 다시 탐사선에 도달하는 데 또 1년이 넘게 걸리겠지? ~~우주 봉화 뭐 이런 거 없나~~ 대안으로 탐사선에 간단한 인공지능을 탑재하는 방법이 있다고 해. 알아서 항해하도록 하는 거지. 또 다른 방법으로는 탐사선이 약 천대가 넘는다고 했잖아? 그래서 차례대로 발사해서 릴레이로 통신을 주고받는 것으로 이러한 통신 문제를 해결하는 방법도 있다네. ~~뭐가 다른 거지...? 어쨌든 상상하니 뭔가 귀엽다~~

스타칩 탐사선 무게의 문제

수 g 내로 무게를 줄여야 항해가 가능하대. 그래서 탐사선에 탑재되는 각종 부품들의 무게를 최소화해야 하지. 카메라, 컴퓨터, 통신장비, 및 탐사 장비 등을 수 그램 내외로 줄여야 하는 난제가 있어. 미래로 갈수록 컴퓨터 부품이 작아지고 용량은 거대해지는 무어의 법칙으로 부품의 성능적 향상이 지속적으로 이루어진다 해도 카메라, 통신 장비 및 외 탐사 장비를 몇 그램짜리 부품으로 줄이기에는 아직 역부족이야.

레이저 조준 기술의 문제

지구의 지표면에서 스타칩을 향해 쏠 레이저 광선은 지구의 공전 및 자전, 대기 간섭 등의 변수들을 고려해야 하고 탐사선에의 돛(솔라 세일)에 정확히 명중시킬 수 있어야 해. 따라서 레이저가 나아가는데 대기 간섭을 최소화하기 위해 높은 고도, 습도가 낮은 사막 지역이 예상되지. 게다가 프록시마는 지구의 남반구에서만 관측되는 행성인만큼 레이저를 쏘는 시설 역시 지구의 남반구에 설치해야 하는데, 세계에서 가장 건조하고, 남 아메리카 안데스 산맥의 서쪽에 있는 아타카마 사막이 적격이라고 해.

하지만 여기에도 문제가 발생해. 그 사막에서 쏘았는데 잘 안 맞으면? 게다가 해당 사막에 시설을 설치하는 데 있어 국제적/정치적 문제가 간섭될 수 있어.

탐사선 돛 소재의 문제

탐사선의 돛(솔라 세일)은 무게를 줄이기 위해서는 원자 수백 개 수준의 두께를 가져야 해. 원자 수백 개 수준의 두께면 어느 정도냐면, 음 원자 하나의 질량이 1.66 x 10−27 이니깐, 그냥 미친 듯이 얇고 가벼운 거라고 생각하면 되겠지?

그리고 스타칩의 돛은 지상에서 발사되는 레이저 광선을 반사시킬 수 있어야 해. 무슨 말이냐고? 지표면에서 발사되는 레이저가 너무 강해서 웬만한 소재들은 다 파괴되어 버리거든. 어느 정도냐면, 반대로 이 레이저를 지구에다 쬐어버리면 도시 하나가 불바다가 된다네? ~~ㄷㄷㄷ~~ 하긴, 다른 항성으로 보내는데 그 정도는 쏴줘야지. 어쨌든, 이 문제를 해결하기 위해서 특수 소재인 "그래핀"(*나무위키 참고)이라는 소재를 연구 중에 있대. 꿈의 신소재라고도 불리는 핫한 놈이더라고.

탄소 동소체 중 하나인 '그래핀', 세상에서 가장 얇은 물질이지만 철보다 강하다.

4. 마치며 (개인적인 견해)

아까 잠깐 했던 질문인데, 인간은 왜 그렇게 우주를 좋아할까? 물론 아닌 사람들도 있겠지만 위에서 말한 천재 학자들이나 사업가들은 한 번도 가본 적 없는 우주에 진한 향수를 느끼는 것처럼 행동해.

여느 SF 영화에 나오는 지구 환경의 파괴를 대비해 인간의 새로운 삶의 터전을 개척한다? 과연? 물론 현재 그 심각성이 대두되기는 했지만 과연 저 모든 사업가들이나 과학자들이 그렇게 인류애가 뛰어나 영웅이 되고자 함이었을까? 조심스러운 견해지만 아마 우주는 인간의 "본능"이고 가장 자극적인 "흥미"요소가 아닐까 싶어. 사실 인간의 관심사는 언제나 늘 우주를 향해 있었거든. 우리는 별을 보고 운명을 점치고, 빌고, 또 관찰하고 상상했지. 그리고 중력에 거스르는 운동 능력을 가진 스포츠 선수들의 퍼포먼스에 열광하고 동경하듯이, 인간은 어찌 보면 늘 지구를 벗어나보려 부단히 애썼어.

이제 인공위성을 쏘아 자랑하던 그 옛날 소련이나 달에서 인증샷을 찍어 떠들어대던 아폴로도 지난 이야기가되어 버렸어. 이제 인간은 달 보다 훨씬 더 멀고 더 아득한 행성 혹은 그 너머 항성과 은하들을 바라보고 있어.

왜? 우리도 결국 별의 자식이니까!

안되겠다 나스닥 항공주 사야겠다! 읽어줘서 땡큐!

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