[YS과학] 이중 소행성 디모르포스에 고의로 충돌한 다트(DART) 우주선

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By 사이언스웨이브

영어 ‘다트(dart)’는 ‘던지는 화살’을 뜻하며, 작은 화살촉을 손으로 던져 과녁에 맞히는 게임도 ‘다트’라고 부른다. NASA는 2021년 11월 24일 ‘다트(Double Asteroid Redirection Test, DART)’라는 이름의 작은 우주선을 소행성 디모르포스로 보냈다. 다트의 목적은 디모르포스에 초고속으로 정면 충돌해 그 궤도를 바꾸는 것이었다. 이 충돌 실험이 성공하면, 미래에 어떤 소행성이 지구와 충돌할 위험이 있을 때 다트와 같은 우주선을 미리 발사해 지구와의 충돌을 피할 수 있을 것으로 기대됐다.

지구를 떠난 다트 우주선(무게 610kg)은 10개월 동안 달까지의 거리 26배에 해당하는 11,000,000km(0.074AU)를 달려가 디디모스(오른쪽) 주위를 도는 디디모르포스(중앙)와 초속 6.6km(시속 2,250km, 마하 19)의 상대속도로 충돌했다. 이 충돌 후 디디모스 주위를 11시간 55분 주기로 돌던 디모르포스는 공전 시간이 73분이나 감소한 11시간 23분으로 변화했다. 다트를 발사하기 전에 NASA의 과학자들은 충돌 후 디모르포스의 공전주기가 73초 이상만 변화한다면 성공이라 생각하고 있었다. 디모르포스의 이런 궤도 변화를 정밀하게 관측한 것은 유럽우주국이 2024년에 올려보낸 헤라(HERA) 우주선이었다.

다트가(붉은 선)가 디디모스(녹색) 주변을 도는 디모르포스와 충돌한 후, 디모르포스의 과거 공전 궤도(바깥 궤도)가 짧아져 공전주기는 73분 감소하게 되었다. 디모르포스의 공전주기가 변한 것은 충돌이 궤도를 변화시킨 것을 의미한다. 이런 궤도변화는 훗날 어떤 소행성이 지구를 향해 올 때 그것의 진행방향을 변화시킬 수 있는 가능성을 의미하는 것이다.

다트 우주선은 발사 10개월 후인 2022년 10월 12일 계획대로 디모르포스와 충돌했고, 목표했던 것보다 더 큰 궤도 변화를 일으켰다. 소행성 디모르포스는 애초에 지구와 충돌할 위험이 있는 천체는 아니었다. 그럼에도 실험 대상으로 선택된 이유는 이 소행성이 자기보다 큰 소행성 디디모스(Didymos)를 공전하는 ‘달 소행성’이기 때문이다. 디모르포스는 디디모스를 약 11시간 55분마다 한 바퀴 돌며, 두 소행성이 함께 움직이는 ‘이중 소행성(double asteroid)’을 이룬다.

LICIACube 우주선에 실린 망원경은 다트가 디모르포스에 충돌하는 순간 발생한 섬광과 부서진 파편들이 마치 혜성의 꼬리처럼 우주 공간으로 흩어져 나오는 모습을 촬영했다.

직경이 780m인 디디모스 소행성(왼쪽)은 1996년에 애리조나주에 있는 키티피크 천문대에서 처음 발견했다. 그리고 디디모스 주변을 도는 달 소행성 디모르포스(오른쪽)는 2003년에 발견되었다. 디모르포스의 직경은 170m 정도이다.

충돌 순간 디모르포스에서는 약 1,000톤에 달하는 암석과 먼지가 분출됐다. 이 장면은 이탈리아우주국과 유럽우주국이 협력해 제작한 소형 탐사선 LICIACube가 촬영했다. LICIACube는 다트 우주선에 실려 갔다가 충돌 직전에 분리되어 현장을 기록했다.

소행성이란?

소행성은 화성과 목성 사이에 떠 있는 암석이나 금속으로 이루어진 작은 천체를 말한다. 대부분은 ‘소행성대’에 존재하지만 지구 근처나 다른 궤도에서도 발견된다. 지금까지 약 40만 개의 소행성이 확인되었으며, 그중 일부는 단독이 아니라 2개가 짝을 이루는 이중 소행성, 3개가 모인 삼중 소행성 형태로도 존재한다. 2024년 현재 352개의 복수 소행성이 발견되었다.

다트 우주선이 디모르포스에 충돌한 지점을 나타낸다. 이 사진은 충돌 직전 다트 우주선 자체의 카메라가 촬영한 영상이다. 사각형은 다트 우주선과 우주선에 전력을 공급한 태양전지판의 모습을 나타낸다.

다트 우주선 자체에 준비된 카메라가 충돌하기 몇 초 전에 촬영한 디모르포스의 모습이다. Didimos는 ‘쌍둥이’라는 고대 그리스어이고, Dimorphos는 ‘이중형태’라는 뜻이다.

다트와 디모르포스가 충돌하는 장면은 LICIACube 관측선 외에 허블우주망원경과 제임스웹 우주망원경도 촬영하는 데 성공했다. 왼쪽은 허블우주망원경이 충돌 순간을 포착한 것이고 오른쪽은 같은 시간에 제임스웹 우주망원경이 찍은 모습이다.

충돌 실험의 대상인 디디모스와 디모르포스는 약 2년 주기로 태양을 공전한다. NASA는 이 소행성이 태양에 접근해 지구와 거리가 가까워지는 시점을 골라 실험을 수행했다.

허블우주망원경은 1990년에 궤도에 올라 2025년이면 관측 35주년을 맞는다. 허블은 그동안 빅뱅 직후에 태어난 별들을 포함해 다양한 천체와 블랙홀 등 1억 건이 넘는 우주 장면을 촬영했다.

공룡시대는 약 2억 5,300만 년 전부터 6,600만 년 전까지를 말한다. 이 시대가 끝난 이유는 거대한 소행성이 지구와 충돌해 엄청난 화재와 기후 재난을 일으켰기 때문으로 알려져 있다.

다트 우주선의 충돌 실험 성공은 미래에 닥칠지도 모르는 거대 소행성 충돌 위험에 대비하기 위한 것이다. 이 성과로 인류는 지구 방어에 한층 자신감을 얻게 되었다.

📌3줄 요약.

  • 🛰️ NASA는 2022년 다트(DART) 우주선을 소행성 디모르포스에 충돌시켜 궤도 변화를 성공적으로 입증했다.
  • 🪐 이 실험은 지구와 충돌 위험이 있는 소행성을 미래에 막기 위한 ‘행성 방어’ 기술의 시험이었다.
  • 🌍 공룡 시대 멸종 원인처럼 거대 소행성 충돌 가능성에 대비해, 인류가 지구를 지킬 수 있다는 희망을 보여줬다.

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