아르테미스 프로젝트와 달의 무궁무진한 자원

아르테미스 계획

◆아르테미스 계획은 2017년 시작된 미국 항공우주국 (NASA)과 유럽 우주국 (ESA), 일본 우주항공연구개발기구 (JAXA), 대한민국 과학기술정보통신부, 오스트레일리아, 캐나다, 이탈리아, 룩셈부르크, 영국, 아랍에미리트연합 (UAE), 우크라이나, 뉴질랜드 등이 참여하는 유인 우주 탐사 계획입니다. 이 계획의 목표는 2024년까지 우주인을 달에 보내고, 2026년 이후 5차에서 8차 또는 그 이상 순차적으로 달에 지속가능한 유인 기지를 건설하는 것입니다. 이 계획은 아폴로 계획에 맞춰 그리스 신화에 등장하는 아폴로의 쌍둥이 누이이자 달의 여신인 아르테미스의 이름에서 따왔습니다.

아르테미스 계획(Artemis Program) 또는 아르테미스 협정(Artemis Accords)은 21세기 미국의 달 탐사 계획으로, 달에 유인 탐사와 우주정거장 건설 등을 목표로 합니다. 유사한 계획이었던 컨스텔레이션 계획이 취소된 후 트럼프 행정부에서 재탄생한 달 탐사 계획입니다. 2025년까지 달에 다시 유인 착륙을 하는 것을 목표로 하고 있으며, NASA뿐 아니라 세계 각국의 우주기구와 우주 관련 민간 기업들까지 연계된 거대 국제 프로젝트입니다. 아르테미스는 그리스 신화에서 아폴로의 쌍둥이 누이이자 달의 여신으로, 과거 유인 달 탐사의 원조격인 아폴로 계획의 후속 사업으로서 의미 있는 작명인 셈입니다.

1. 아르테미스 계획 소개

아르테미스 1호: 한국시간 2022년 11월 15일 오후 3시 48분에 미국 플로리다주 케이프 커내버럴 우주군기지에서 오리온 (우주선)과 SLS 로켓을 테스트하기 위해 발사할 임시 무인 달 궤도선입니다. 오리온 우주선은 10일간의 비행을 거쳐서 지상 60,000 km 궤도까지 진입한 뒤, 지구로 귀환할 예정입니다. 아르테미스 2호: 2024년 5월 이후에 발사 예정인 첫 번째 유인 시험 비행입니다. 우주비행사 4인이 탑승해 지구 궤도에서 광범위한 실험을 수행합니다. 속도를 올려 달 주위 자동 귀환 궤도로 진입한 뒤 지구로 귀환해 바다에 착수 (splashdown) 예정입니다. 아르테미스 3호: 2025년에 발사 예정인 아폴로 계획 이후 최초의 유인 달 착륙 임무입니다. 우주 비행사 4인에 최초의 여성과 유색 인종을 포함시킬 예정입니다. 아르테미스 4호: 2027년에 발사 예정인 유인 우주선 계획으로 루나 게이트웨이 우주정거장 건설이 주요 임무입니다. NRHO에 있는 루나 게이트웨이에 게이트웨이 모듈을 실어 나를 예정입니다. 아르테미스 5호~8호: 추가적인 인프라 구축 임무를 수행합니다.

 

아르테미스 계획은 2017년 12월 11일, 당시 미국 대통령이었던 도널드 트럼프가 우주정책명령 1호(Space Policy Directive-1, SPD-1)에 서명하면서 시작되었습니다. 대통령각서(Presidential Memorandum)에서 트럼프 대통령은 NASA를 중심으로 세계의 다른 국가들, 그리고 민간기업들과의 협력을 통해 유인 달 탐사를 추진할 것을 재확인하였습니다.SPD-1의 서명은 '우선 달로 돌아가자'는 우주 탐사 기조, '문 퍼스트(Moon First)'로 미국이 복귀했음을 알리는 사건이었습니다. 트럼프 행정부의 이런 자세는 이전의 오바마 행정부와는 크게 다른 것이었습니다. 오바마 행정부의 우주 정책은 우선 기술개발에 힘쓴 뒤 단번에 화성을 겨냥하는 '마스 퍼스트(Mars First)'를 지향했습니다. 그런데 그것이 트럼프 행정부에 의해 뒤집힌 것입니다. 이 '문 퍼스트'에 트럼프 행정부는 상당히 진지하게 임했는데, 2019년 3월 26일 부통령 마이크 펜스는 NASA의 새로운 탐사 목표가 당초 예정되어 있었던 2028년 유인 달 착륙을 4년 앞당겨 2024년에 달성할 것이라는 담대한 목표를 선언하기도 했습니다. 2019년 5월 13일, NASA 국장 짐 브라이든스타인에 의해 새 우주계획의 이름이 아르테미스로 정해졌다는 사실이 발표되며, 달에 돌아가기 위한 NASA의 대전략은 마침내 계획의 형태로 널리 알려지게 되었습니다. 계획 진행 중에 여러 차질이 발생하며 현재는 2025년 유인 달 착륙으로 목표가 늦춰졌으나, 바이든 행정부에 들어선 뒤에도 아르테미스 계획의 본질과 그 지향점은 바뀌지 않았습니다. 2020년 10월 13일에는 아르테미스 계획을 성사시키 위한 국제 조약인 아르테미스 약정이 발효되었으며, 2022년 6월 28일에는 달 궤도 시험비행 위성인 '캡스톤(CAPSTONE)'이 아르테미스 계획의 일환으로서 발사 성공하며 새 유인 달 탐사 계획의 시작을 알렸습니다. 아르테미스 계획이 현재 예정된 일정대로 진행될 경우, 인류는 아폴로 17호 이래 53년 만에 달 표면을 다시 밟을 예정입니다.

 

2. 목표

아폴로 계획이 단순히 우주비행사들을 달로 보내고 기초적인 탐사를 하는 데 그친 것에 비해 아르테미스 계획은 더 깊이 있는 목표를 표방하며, 《미국 항공우주국 달 탐사 계획 개괄》은 이에 관해 크게 세 개의 챕터를 작성했습니다. 첫 번째는 '인류의 지속가능한 달 방문 실현(Setting Humanity on a Sustainable Course to the Moon)'으로, 단발성 이벤트로 그치지 않고 유인 우주 탐사의 지평을 달을 포함하는 영역으로 확장하겠다는 것입니다.

 

두 번째는 '2024년의 인간 달 착륙(Landing Humans on the Moon in 2024)'으로, 아르테미스 3호 단계에서 다인종, 성별로 구성된 우주인을 달 표면에 착륙시켜 탐사 임무를 수행하겠다는 것입니다. 세 번째는 '달 탐사 미션의 연장과 화성 탐사를 위한 준비(Extending Lunar Missions and Preparing for Mars)'로, 아르테미스 계획을 미래의 행성 탐사 계획의 연장선으로 만들겠다는 것입니다. 지속 가능한 달 방문을 가능케 하는 것은 아르테미스 계획의 가장 중요한 목표라고 할 수 있습니다.

 

이를 위해서 루나 게이트웨이가 건설됩니다. 루나 게이트웨이는 달을 공전하는 우주정거장으로, 다양한 우주선을 통해 달에 접근할 수 있는 통합 플랫폼이자 전초 기지를 세우는 것이라 할 수 있습니다. 루나 게이트웨이의 건설은 달 탐사 임무의 빈도와 성공률 둘 모두를 향상하고, 달 탐사 계획의 유연성을 증진할 것으로 추정됩니다.

 

한편 달 표면에서는 지속 가능한 달 기지의 건설이 이루어집니다. 통신, 발전, 방사선 차폐 등 달에 인간을 상주시키는 데 필요한 이들 기반 시설은 향후 수십 년 간의 달 탐사 및 거주 구역 확장의 밑바탕으로 기능하게 됩니다. 2025년 달 착륙은 아폴로 계획과 다소 다른 구성으로 이루어집니다.

 

여기에는 최초의 여성 우주비행사가 달에 착륙하는 것이 포함되는데, 아폴로 계획은 모두 합해 12명의 우주비행사를 달에 보냈으나 그중 여성은 한 명도 없었습니다.

 

아르테미스 계획의 첫 번째 유인 달 착륙 임무인 아르테미스 3호는 네 명의 우주비행사를 달까지 보내고, 그 중 남자 한 명과 여자 한 명으로 구성된 두 명의 우주비행사를 달 표면에 착륙시킬 예정입니다. NASA는 달로의 귀환을 통해 미국의 우주 리더십을 전 세계에 재확인시켜줄 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

 

궁극적으로는 달을 화성 및 외행성 유인 탐사의 발판으로 삼는 것이 최종 목표입니다. 달은 지구와의 거리가 상대적으로 가까우면서도 심우주 탐사에 사용될 기술들을 시험할 수 있는 환경을 갖춘 훌륭한 테스트베드입니다. 루나 게이트웨이 또한 화성으로 향하는 수개월의 우주 공간 체류가 인간에게 어떤 영향을 미치는지 모의실험을 진행하는 데 활용될 예정입니다.

 

3. 타 우주기구와의 국제 협력

 

국제우주정거장의 경우와 마찬가지로, 아르테미스 계획의 목표 달성을 위해 NASA는 타국의 우주기구와도 협력하고 있습니다. 특히 루나 게이트웨이의 건설에 참여하는 ESA, JAXA, CSA [5]는 아르테미스 계획의 핵심 파트너로 평가받고 있습니다. ESA는 루나 게이트웨이의 주요 모듈을 제작할 뿐만 아니라, 달 표면까지 HERACLES라는 이름의 화물 착륙선을 내려보낼 예정입니다.

 

JAXA는 ESA와 협력해 루나 게이트웨이의 모듈을 제작하며, 일본인 우주비행사를 달에 보내는 데 미국과 합의를 이끌어내는 데 성공했으며, CSA는 국제우주정거장에서 사용하는 로봇 팔을 제작한 경력을 바탕으로 루나 게이트웨이에서 사용할 로봇팔을 제작할 예정입니다. 2020년대에 들어 미국과 대립각을 세우고 있는 중국과 러시아는 아르테미스 계획에 참여하지 않습니다.

 

러시아는 루나 게이트웨이의 건설 계획 수립 단계에서 참가할 의사를 보였으나, 2022년 러시아의 우크라이나 침공을 계기로 미국과 완전히 갈라서 버렸습니다. 중국의 경우에는 오바마 행정부 시절 제정된 법안으로 인해 미국과의 우주 협력이 원천 봉쇄되어 있습니다.

(Wolf Amendment) 중국은 독자적으로 달 탐사에 나서 미국보다 10년 늦은 2035년 달에 유인 우주선을 보낼 계획입니다. 아르테미스 약정 Artemis Accords(아르테미스 약정 또는 아르테미스 협정) 미국이 주도하는, 아르테미스 계획을 진전시키기 위한 정부 간 국제 조약입니다.

내용은 1967년 제정된 우주조약에 근거하며, 평화로운 목적의 우주 활동 및 투명성을 주요 골자로 합니다. 2020년 10월 13일 미국을 포함한 8개국이 약정에 조인하며 발효되었습니다. 아르테미스 약정은 아르테미스 계획에 공식 참여하기 위해 조인해야 하는 핵심적인 조약으로 평가받고 있습니다. 2021년 5월 24일, 대한민국이 아르테미스 약정에 서명했습니다. 이로써 한국은 아르테미스 계획의 10번째 참여국이 되었습니다. 현재는 미국을 포함한 전 세계 27개국이 아르테미스 약정에 서명한 상태입니다.

아르테미스 계획에 따른 아르테미스 약정(협정) 서명국은 사실상 자국(또는 민간기업)의 우주 자원 소유권을 독자적으로 인정하게 되는 계기가 될 것으로 여겨집니다. 일본은 이러한 행보를 위해 '우주자원의 탐사 및 개발에 관한 사업활동 촉진에 관한 법률을 제정 및 공포하고 2021년 12월 23일 자로 시행하였습니다. 이로써 일본은 달탐사선 계획으로 부터 얻게 되는 달 자원의 상업적 거래를 합법화하였습니다.

이는 우주자원의 소수집단의 이익추구를 위한 양보 없는 경쟁과 대결의 신호탄이며 이에 대한 우려로 러시아의 드미트리 로고진 러시아연방우주국(로스코스모스) 국장은 국내법이 국제법(우주조약)을 넘어서는 월권행위의 사례로 우려하는 맥락에서 1967년 체결한 우주조약(Space Treaty)에 따른 전인류를 위한 우주행위를 촉구한 바 있습니다.

4. 과정

아르테미스 계획의 달착륙선으로, 다수의 기업으로부터 입찰을 받아 선정하게 됩니다. 스페이스 X, 내셔널 팀(블루 오리진/록히드 마틴/노스롭 그루먼/드레이퍼 컨소시엄), 다이네틱스 사가 1차 경쟁자로 선정되었습니다. 그동안 NASA와 함께 SLS, 상업 승무원 수송 프로그램 등 다수의 프로젝트를 진행해 왔던 보잉이 잘린 것이 특이하다는 반응이 있는데, NASA 측에서는 보잉에서 제시한 안이 가격은 가장 비싼데 성능은 최악이라서 탈락했다고 합니다.

블루 오리진, 록히드 마틴, 노스롭 그루먼 등이 속한 내셔널 팀의 달 착륙선이 많은 비판을 받고 있는데, 승무원 구역까지 올라가는 사다리가 무려 10m가 넘는다고 하여 안전사고가 우려되고 있습니다.

스페이스 X가 제시한 착륙선은 화성 탐사선으로 설계된 스타십을 약간 변경만 한 채 그대로 써먹어서 동체 높이가 50m에 달합니다. 간이 엘레베이터가 있긴 하지만 사람과 물자를 싣고 내리기 매우 번거로울 것으로 보입니다.스타쉽은 재사용 가능한 우주선이기 때문에 가성비를 고려하면 나사가 쉽게 거절하지 못할 거라고 판단한 듯 합니다.다이네틱스가 제시한 착륙선은 외형상으로는 가장 멀쩡해 보이지만 사실은 가장 문제 많은 설계안으로, 현재 설계안대로 만들면 페이로드 질량이 음수(-)가 된다고 합니다. 즉, 추력이 부족해 달에서 이륙할 수 없습니다.

2021년 4월 16일, 스페이스X가 사업자로 선정되어 스타십 착륙선을 사용하는 것이 결정되었습니다. NASA 측은 스타십이 재사용 가능한 점, 이미 수십 차례의 테스트를 통해 검증된 랩터 엔진을 이용하는 점, 넓은 승무원 구획을 제공하는 점이 주요 선정 이유로 들었습니다.

아르테미스 계획에 참가하는 우주인들은 지구에서 오리온 우주선에 탑승해 달 궤도에 도착한 뒤, 궤도에 대기 중인 스타십에 옮겨 타서 달에 착륙하게 됩니다. 착륙용 다리는 개선되었지만 탑승용 간이 엘리베이터는 여전히 번거롭고 안전이 우려스럽다는 의견이 있으나 달의 중력이 지구의 1/6이라는 것을 생각했을 때 감당할 만한 단점입니다.

또한 화성 왕복까지 상정한 스타십을 달 착륙선으로 쓸 거면 처음 지구에서 출발할 때부터 스타십을 타고 가면 되지 굳이 오리온 우주선을 타고 가서 옮겨 타는 번거로운 과정을 거쳐야 하냐는 비판도 나오고 있습니다. 하지만 스타십 착륙선은 아르테미스 계획에 맞춰서 재설계한 버전이므로 오리지널 스타십과 달리 지구에서의 발사와 대기권 재돌입 기능을 제거하고 가격을 낮춘 것으로 보입니다.

다만 이런 점을 감안해도 오리온의 발사체인 SLS로켓의 비싼 운용 비용을 감안하면 그냥 스페이스 X에 돈을 더 주고 행성 간 이동용 스타십을 사용하는 게 더 저렴할 가능성이 높습니다.

오리온의 좁은 공간 때문에 우주 비행사들이 받을 스트레스를 생각해도 처음부터 스타십을 타고 가는 게 훨씬 나을 것입니다. 또 거대한 스타십 착륙선을 어떤 방식으로 달 궤도까지 옮길 지에 대해 확정된 것은 없습니다. 스타십의 원래 발사체인 슈퍼헤비 혹은 SLS 로켓을 사용할 가능성이 높습니다.

아르테미스 계획은 2010년대 후반 들어 정치적 및 외교적 이유로 인해 본래 목적이 많이 퇴색된 시대착오적인 프로젝트라는 비판을 받고 있다. 미국에 지나치게 치우쳐진 프로젝트 아르테미스 계획은 수십 개국이 참여하는 국제 프로젝트이지만, 달 탐사에 있어 핵심이라고 볼 수 있는 유인 발사체 하드웨어인 SLS/오리온, HLS 착륙선의 개발 및 권리를 미국이 사실상 독점하고 있어 계획 일정 및 목적이 미국의 정치적, 외교적 상황에 따라 끊임없이 변동하고 있고, 이로 인해 체계적이고 일관적인 개발 일정 및 목적이 사실상 존재하지 않습니다.

게다가 유인 달 착륙의 핵심이라고 볼 수 있는 HLS착륙선은 SpaceX가 독점적으로 개발하고 있는데, 이로 인해 프로젝트 자체가 기업 하나에 의존하고 있는 상황입니다. NASA의 실책과 기술적 퇴보 아르테미스 계획은 미국 내 정치적 이유로 스페이스 X의 HLS착륙선을 제외하면 50여 년 전 미국의 아폴로 계획과 비교하여 나아진 점을 찾아보기가 어려울 정도로 기술적 발전이 전무합니다.

일례로, 우주인들을 달 궤도까지 보내기 위해 NASA에서 10년 넘게 개발하고 있는 SLS로켓은 50여 년 전의 새턴 V로켓과 비교하여 소프트웨어를 제외하면 기술적으로 나아진 점이 전혀 없으며, 개발비 절감 및 재고 부품 활용을 위해 우주왕복선의 하드웨어를 대거 활용했음에도 불구하고 우주왕복선에 비해 기술적으로 퇴보한 것은 물론, 계속 지연되는 개발기간, 치솟는 개발비로 인해 본래 목적을 상실하였습니다. SLS로켓에 탑재되는 오리온 우주선 역시 많은 부분에서 향상이 있었다고는 하지만, 본질적으로 구식 일회용 캡슐 구조에서 벗어나지 못해 아폴로 사령선이나 소유즈와 비교하여 발전되었다고 보기 어렵습니다.

5. 달의 자원

44억 년 전에 달이 처음 생성되었을 당시에는 현재 우리가 보는 큰 달뿐만이 아니라 조그마한 달까지 생성돼서 달이 2개였다고 합니다.

그러나 7천만 년 후에 서로 충돌해서 하나가 되었고, 이로 인해 달 뒷면의 지각 두께가 앞면에 비해 훨씬 두꺼워지게 되었다고 합니다. (달 앞면은 20km, 뒷면은 80km) 이 학설의 증거는 여러 가지가 있는데, 대표적인 예가 현재 달의 뒷면에 다량으로 존재하는 KREEP [10]. 달 뒷면에 매우 많이 쌓여있는데, 큰 달과 작은달이 충돌하면서 다량의 KREEP이 달 뒷면에 쌓인 것. 과거에 있었던 작은달의 경우, 지름 대략 1200 km 미만, 질량은 최대 현재의 달의 4% 정도였고, 핵은 없거나 매우 작았을 것으로 추정되며, 현재의 달과는 측면으로 45° 정도 각도에 규산염에서의 음속보다 느린 2~3 km/s의 속도로 천천히 충돌했다고 합니다.

이는 달을 파괴하거나 뒷면에 거대한 충돌구를 남긴 것이 아니라 "쌓이게" 만들었다. 39억 년 전에는 소행성이 집중적으로 떨어진 것으로 알려져 있습니다.

공전 주기와 자전 주기가 같아서 지구에서는 항상 앞면만 보인다. 정확히 말하자면 달이 지구 주위를 타원으로 돌기 때문에 지구에서는 달 표면의 약 59%를 관측할 수 있습니다. 이는 기조력에 의한 매우 자연스러운 현상입니다. 오랜 시간이 지나면 현재의 달의 자전 주기와 공전 주기가 같은 상황에 더해서 기조력으로 인해 지구의 자전속도가 느려져, 달의 공전 주기와 지구의 자전 주기가 일치하게 된다고 합니다. 즉  이때가 되면 지구의 한쪽에선 언제나 같은 위치에 달이 떠 있고, 다른 한쪽에서는 언제나 달이 뜨지 않게 되는 것입니다.

뉴 호라이즌스호의 탐사결과에 의하면 명왕성과 카론 역시 이러한 방식의 운동을 하고 있다고 합니다. 수성도 태양과의 상호작용에 의해 공전 주기의 2배가 자전 주기의 3배와 정확히 같습니다.

따라서 창작물에서 가끔 보이는 '달의 지평선으로 지구가 떠오르고 지는' 장면은 현실에서는 존재할 수 없는 풍경입니다. 달에서 볼 때, 지구는 천구상의 어느 한 점에 고정된 채로 영원히 움직이지 않는 것처럼 보인다고 합니다.

단 존재할 수 없는 풍경이란, 동쪽에서 떠서 서쪽으로 지는 태양처럼 달의 하늘에서 지구가 떠올라 반대쪽 하늘로 지는 풍경입니다.

달의 공전궤도 이심률과 기울기, 달의 자전축 기울기, 지구자전에 의한 관측자의 관측각도 때문에 지구에서 달의 뒷면의 일부분을 아주 조금 볼 수 있습니다.

이러한 현상을 칭동이라고 하며, 이 현상으로 인해 지구에서 볼 때 달의 가장자리에 있는 훔볼트의 바다가 보이는 때도 있고 안 보이는 때도 있다고 합니다.

그러므로 달의 훔볼트의 바다에서 지구를 볼 때는 한 달에 한 번씩 지구가 지평선에서 작은 원을 그리며 뜨고 지는 풍경을 볼 수 있다고 합니다. 달의 뒷면은 수많은 SF에서 좋은 소재가 되었습니다. 달묘전설에서는 달토끼가 여기에 사는 것으로까지 나온 바 있으나, 탐사 결과 달의 뒷면에는 별거 없는 것으로 밝혀졌습니다.

천문학자들은 소련의 탐사선인 루나 3호가 찍은 달 뒷면 사진을 보고 놀라움을 감출 수가 없었는데, 달의 앞면과 달리 뒷면엔 엄청난 양의 크레이터들이 가득했기 때문입니다.

이는 당시 천문학자들의 고민거리가 되었는데, 유력한 설로는 지구의 조석현상과 마찬가지로, 달에서 운석충돌 시 또는 달 형성 시 유동적이었던 현무암질 마그마가 조석에 의해 지구 방향으로 분출해서 크레이터들을 덮어버렸다는 것입니다.

달의 바다는 이 현무암질 마그마의 바다입니다. 워낙 가깝고 크게 보이는 천체라 태양빛이 강한 낮에도 종종 볼 수 있다고 합니다.

달의 빛은 태양빛을 반사하여 지구에 비추는 것입니다.

현재 달과 지구 간의 평균거리는 약 38만 5천 km입니다. 그러나 과거엔 지구의 자전속도가 지금의 3~4배에 달할 정도로 빨랐고 달은 지금보다 10만 km 이상 가까웠습니다.

조석력에 의해 지구의 자전에너지를 달이 가져가서 현재처럼 된 것입니다.

과거엔 슈퍼문 따위는 비교도 안 될 정도로 달이 하늘에 꽉 차게 보였습니다.(가로 세로 곱하기 1.35 배율, 면적 대비 1.82배로!) 그리고 달이 지구와 계속 멀어지고 있다는 것도 잘 알려진 사실. 달에 설치된 레이저 반사경으로 측정한 결과, 1년에 약 3.8cm씩 멀어지고 있다고 합니다.

머나먼 달이 도대체 어떻게 지구의 인력에 잡혀 공전하는지 궁금해질 정도로 지구와 달 사이의 거리는 지구 크기에 비해서 매우 깁니다.

38만 4천 km는 지구를 제외한 태양계의 모든 행성이 다 들어가는 거리로 수성, 금성, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 지름을 다 합쳐도 37만 km 정도라서 여기에 지구와 옛 행성이었던 명왕성까지 끼워 넣어야 겨우 비슷합니다.

대충돌설의 시뮬레이션에 의하면 달이 막 형성됐을 무렵 지구-달 거리는 지구 반지름의 약 3~5배였다고 합니다. 이는 19,113 ~ 31,855 km 사이 거리로 현재의 약 15배 정도로 가깝습니다. 이때는 달이 이렇게 보였을 것입니다.

현재 또한 가까웠던 만큼 조수간만의 차도 지금보다 훨씬 심했을 것으로 예상됩니다.

캐나다 몬트리올 퀘벡대학(UQAM) 지구·대기과학 교수 데이비스 조슈아 박사 등이 참여한 연구팀이 약 25억 년 전 지구와 달이 현재보다 약 6만㎞ 더 가까웠으며, 하루는 17시간밖에 안 됐다는 결과를 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 발표했습니다.

달은 29.5일, 즉 대략 30일마다 한 번씩 지구를 공전, 자전하고 있습니다.

달은 태양계 위성 중 다섯 번째로 큰 위성입니다.

크기로 따지자면 목성형 행성들의 위성들에 조금 밀리는 감은 있지만 여전히 순위권 안에 들며, 거기에 다른 거대 위성들이 대부분 얼음과 돌이 반반 섞여 있어 가벼운 편인 데 비해 달은 속이 돌덩어리가 꽉 차 있어 그 밀도는 더 높습니다.

또한 왜행성들을 제외한 행성의 위성들 중에서 모행성과의 크기 비율을 따져보았을 때에는 태양계 최고 수준인데, 왜행성으로 분류된 명왕성의 위성인 카론 같은 것을 제외하면 모행성과의 질량 차이가 이 정도로 작은 것은 달 뿐입니다.

명왕성의 경우 카론과 질량 차이가 별로 없는 데다 공전 궤도의 중심이 명왕성 바깥에 있기 때문에 모행성과 위성 관계라기보다는 이중 행성계에 더 가까울 정도입니다.

거기에 일단 태양계의 왜행성들은 전부 달보다 크기, 질량이 훨씬 작습니다. 이 점은 달이 일반적이지 않은 방식으로 생성되었다는 것을 시사하며, 충돌설을 지지하는 또 다른 증거이기도 합니다.

달의 질량은 태양계에서 해왕성의 위성인 트리톤 이하 모든 위성의 질량을 합친 것보다 더 큽니다.

참고로 태양계의 위성 중 자체적인 크기와 모행성과의 거리를 감안했을 때 모행성에서 보이는 크기가 두 번째로 큽니다. 첫 번째는 목성의 위성 이오. 지구와 달의 질량차는 81:1이지만 지름은 3.5:1로 무게에 비해 덩치가 큰데, 이는 충돌발생설을 뒷받침하는 큰 근거 중 하나입니다.

대충돌 당시에 상대적으로 무거운 우라늄 등 방사성 원소를 포함한 금, 백금, 은, 납 등 어마어마한 양의 중원소를 포집한 지구 내핵, 그리고 유동하는 철질로 이루어져 강력한 자기장을 만드는 지구 외핵 등 그만큼 무게가 나가는 부분들은 충돌 이후에도 그대로 지구에 삼켜지고, 상대적으로 가벼운 지각과 맨틀 부분이 적당한 높이로 튕겨져 나가 달이 형성되었습니다.

달의 형성은 지구의 재형성보다 늦었기에 지구의 강력한 중력 영향을 받아 처음부터 상대적으로 무거운 암석의 마그마가 조석고정되어 지구 방향으로 몰렸고 이는 지구와 마주 보는 방향에 달의 바다가 많아지는 현상을 일으켰습니다.

지구에서 바라보는 기준으로 겉보기 크기가 태양과 일치하는데, 이 점은 동양에서 음양 사상이 발전하는 데 결정적인 영향을 주었으며 천문학적으로 실로 엄청난 우연의 산물이 아닐 수 없습니다.

단, 처음에는 달이 더 가까웠다가 점점 멀어지는 중이므로 달과 태양의 시지름이 비슷한 시점은 태양계 전체 역사에서 당연히 지나가야 할 순간이긴 합니다.

신기한 점은 바로 그 순간에 인류가 생겨나 태양과 달을 관측했다는 점입니다.

그런데 엄밀히 따지자면 지구와 달의 공전궤도가 타원이기에 정확한 시지름은 다소 차이가 생기며, 이 차이로 인해 금환일식이 생깁니다.

2009년 11월 13일 NASA에서 달 뒷면에 상당한 양의 물이 있다고 발표했습니다.

물론 예상되는 물의 상당량은 크레이터 사이에 얼어 있습니다. 생성 당시에 물이 있을 가능성도 있지만 햇빛이 들지 않는 영구 그림자 지역에서 수억 년 동안 축적했을 가능성이 유력하다고 합니다. 바로 꺼내 쓸 수 있을 정도지만 수은 함량이 높아서 처리과정이 필요하다고 합니다.

만약 달이 사라진다면? 발생할 수 있는 현상입니다.

과거에는 지구의 자전축을 안정화시키는 역할을 더 이상 하지 못해 지축이 흔들리고, 그로 인한 급격한 기후 변화가 발생하는 등 정말로 큰일 난다는 게 학계의 입장이었지만, 이후의 연구 결과 생각보다 그렇게 심각한 결과를 초래하지는 않는다고 밝혀졌습니다.

일부 변화로 인해 조금 큰 문제가 있을 수도 있다는 게 중론이나 확실히 지구의 풍경은 달라질 것입니다.

또한, 달에 있는 자원을 채취할 수 없고, 그로 인한 이익을 받을 수 없습니다.

실제로 달에는 지구에서 구하기 힘든 헬륨-3가 많이 있고, 달에서 태양광 발전을 하는 거대한 띠를 만드는 구상을 한 적도 있습니다.

조석 현상이 약해짐에 따라 조수간만의 차가 줄어들어 갯벌 생태계가 전멸하며, 지구 자전이 느려지는 속도도 줄어들고, 조석 가열도 약해져 지구의 온도가 아주 조금 감소합니다.

달빛이 사라져 밤이 더 어두워짐에 따라 야행성 동물들의 시야 확보가 어려워집니다.

지구로 접근하는 소행성 및 운석에 대한 달 중력영향이 없어지므로 소행성을 잘 막아내지 못합니다. 아니라는 쪽은 달의 크기는 지구의 27%, 질량은 1.2%밖에 안 되고, 지구 반지름의 60배 거리에 있으니 별 상관없다고 합니다.

지구에 비해 달에 수많은 크레이터가 존재하는 이유는 대기가 없으므로 당연히 풍화작용이 일어날 수 없어 크레이터가 몇 만 년이고 몇 억 년이고 남게 되기 때문입니다.

위에 언급한 대로 달이 지구 대신 더 많이 맞아주는 탓이 아닙니다. 다르게 말하면 지구에도 과거 상당량의 운석이 떨어졌음을 추정할 수 있습니다. GP나 GOP 같은 최전방에선 365일 무월광 취약시기가 되어 버립니다.

사실 달이 없어져서 기온이 하락하기 시작하면 실질적으로 국경의 의미가 없어질 것입니다. 적도 일대나 온화한 해안 지대를 제외한 모든 지역은 상당 기간 동안은 문명이 살아갈 수 없는 지역이 됩니다.

◆광물 자원: 달의 표면이나 내부에 존재하는 금속, 비금속, 희토류 등의 광물입니다. 광물 자원은 우주선, 우주기지, 우주복 등의 제작에 사용할 수 있습니다.

◆가스 자원: 달의 표면이나 내부에 존재하는 헬륨-3, 수소, 네온 등의 가스입니다. 가스 자원은 핵융합 에너지를 생산하거나 연료로 사용할 수 있습니다.

◆물 자원: 달의 표면이나 내부에 존재하는 얼음이나 액체 물입니다. 물 자원은 우주인의 생존을 위해 필요하며, 전기와 연료를 생산하는 데도 사용할 수 있습니다.

달에는 어떤 자원이 있는가? 달에는 다양한 광물 자원과 핵융합 원료가 존재한다고 알려져 있습니다.

◆희토류는 17가지의 희귀한 금속 원소로 구성된 광물입니다. 희토류는 고성능 자석, 배터리, 레이저, LED, 스마트폰, 컴퓨터, 카메라, 의료기기 등 다양한 고급 기술에 필수적인 원료입니다. 달의 표면에는 희토류가 지구보다 10배 이상 많이 분포되어 있다고 추정됩니다.

◆헬륨-3: 헬륨-3은 핵융합 에너지를 생산하는데 사용할 수 있는 가치 높은 원자로, 태양풍에 의해 달의 표면에 쌓여 있는 것으로 알려져 있습니다. 헬륨-3은 지구에서는 매우 드물고 비싼 반면, 달에서는 약 1,100,000 톤이 존재한다고 추정됩니다.

달의 자원을 어떻게 활용할 수 있을까? 달의 자원을 활용하기 위해서는 먼저 달에 접근하고, 탐사하고, 채굴하고, 운송하는 기술이 필요합니다. 이를 위해 여러 나라들이 달 탐사 계획을 추진하고 있습니다. 대표적으로 미국의 아르테미스 계획은 2024년까지 우주인을 달에 보내고, 2028년까지 달 기지를 건설하는 것을 목표로 하고 있습니다. 중국, 일본, 인도 등도 달 탐사선과 착륙선을 발사하거나 계획하고 있습니다.

달의 자원을 활용하는 방법은 다양합니다. 예를 들어, 희토류는 지구로 운송하여 첨단 기술에 사용할 수 있습니다. 헬륨-3은 달에서 핵융합 발전소를 건설하여 에너지를 생산하거나 지구로 운송하여 사용할 수 있습니다. 물은 달에서 분해하여 산소와 수소로 만들어 우주인의 호흡과 연료로 사용할 수 있습니다. 광물은 달에서 3D 프린팅 기술을 이용하여 건물이나 우주선을 제작하는 데 사용할 수 있습니다.

오랜 기간 달 탐사에 노력을 기울이지 않다가 몇 년 전 달에서 물이 발견되고, 지구에서도 꼭 필요한 희토류, 헬륨 4등이 발견되면서 달 탐사가 다시 본격적으로 재가동되고 있습니다.

아무쪼록 계획이 차곡차곡 잘 실현되어 부족한 자원극복에 도움이 되길 바라고, 대한민국도 달 탐사에 저 적극적으로 참여하여 결실을 맺길 기원해 봅니다.