태양계 최초·최대 행성

2016년 7월4일 오후 11시53분(미국 시간). 240주년 미국 독립기념일에 맞춰 무인 우주탐사선 주노(Juno)가 목성 대기권 궤도에 성공적으로 진입했다. 미국항공우주국(NASA)이 또 하나의 역사를 쓰는 순간이었다. 목성은 영어로 주피터(Jupiter)라 불린다. 이는 신(神) 중의 왕 제우스(Zeus)를 가리킨다. 주노(Juno)는 그의 정실부인이자 결혼의 여신, 질투의 여신인 헤라다. 주피터가 바람을 피울 때면 짙은 구름 장막을 치지만 주노는 이를 꿰뚫어 볼 수 있는 능력이 있었다. 나사가 목성 탐사선 이름을 주노로 지은 까닭이다. 주노가 드디어 구름에 가려진 주피터의 비밀을 얼마나 인류에게 알려줄까?

목성은 최고신 제우스라는 이름에 걸맞게 갈릴레이 위성 4개(이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토)를 포함해 무려 67개에 달하는 위성을 거느리고 있다. 질량도 태양계 8개 행성(수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성)을 모두 합친 것의 3분의 2 이상을 차지한다. 목성은 질량이 지구의 318배지만 부피는 1400배. 밀도는 지구의 4분의 1 정도에 불과하다. 지름은 지구의 11배(약 14만3000㎞)에 달한다. 태양계에서 최초로 형성된 가장 큰 행성에 걸맞은 덩치다. 두꺼운 구름층에선 강력한 방사선과 자기장이 뿜어져 나온다. 지구에서 목성까지 직선거리는 약 8억6400만㎞다. 이 거리는 시속 100㎞로 달리는 자동차가 멈추지 않고 목성까지 간다면 약 990년이 걸리는 거리다. 시속 1000㎞로 비행하는 항공기가 목성까지 쉬지 않고 간다면 약 99년이 걸린다. 우주에선 짧은 거리지만 지구인에겐 어마어마한 거리다.

주노는 2011년 8월5일 발사된 후 주피터를 찾아 5년이라는 세월을 우주 공간에서 보내며 총 28억㎞를 비행했다. 주노는 지구를 출발해 곧장 목성으로 간 것이 아니다. 주노는 2012년 궤도 수정을 통해 지구 쪽으로 다가왔다. 2013년 10월9일 지구에 560㎞까지 접근하여 스윙 바이(Swing-by·행성의 중력을 이용하여 탐사선을 가속하는 방법)를 통해 주노는 초속 3.9㎞ 이상의 가속도를 얻어 목성으로 향했다.

주노는 갈릴레오 탐사선 이후 목성 궤도를 도는 두 번째 탐사선이다. 1995년부터 2003년까지 목성 궤도를 돌면서 탐사활동을 벌였던 갈릴레오 탐사선은 목성을 멀리서 돌면서 목성 전체를 탐사하는 임무를 수행했다.

주노는 목성 탐사 자체가 가장 큰 임무다. 목성의 남북을 돌면서 5000㎞ 상공까지 접근해 목성 내부를 조사한다. 갈릴레오 탐사선보다 무려 10배나 더 가깝게 목성에 접근하는 셈이다. 주노가 도는 궤도는 상당히 찌그러진 타원 궤도다. 멀어질 때는 200만㎞를 벗어난다. 따라서 목성에 접근했을 때는 목성에 대한 자세한 관측을 시도하고, 멀어졌을 때는 목성 위성을 조사할 예정이다.

중력·자기장·대기성분 조사

주노는 1년8개월간 목성을 37바퀴를 돌면서 목성의 중력과 자기장을 측정한다. 또 지구처럼 딱딱한 고체 핵이 존재하는지 등의 행성 내부 구조도 탐사한다. 이를 통해 목성 지도를 그릴 예정이다. 대기 중에 물이 존재하는지를 밝혀 행성 형성 이론을 결정하는 정보도 제공한다. 탄소 질소 암모니아의 양과 시속 600㎞를 웃도는 속도로 이동하는 목성 대기의 성분·구조·온도 분포도 파헤친다. 목성과 같은 거대 가스 행성이 어떻게 만들어졌는지에 대한 정보를 종합한다. 목성은 46억년 전 태양계 초기의 가스를 빨아들여 생성된 것으로 알려져 있다. 목성의 비밀을 푼다는 것은 곧 지구를 비롯한 다른 행성의 탄생 비밀을 알아내는 것일 수 있다. 세계가 주목하고 있는 이유다.

지름 20m, 높이 4.5m인 무인 목성 탐사선 주노는 시속 약 26만㎞라는 엄청난 속도를 자랑한다. 주노는 세계 최초로 태양광 발전만으로 우주를 누비는 탐사선이다. 주노가 목성 궤도 주변에서 태양빛을 통해 얻는 발전량은 최저 500W 미만에 불과하다. 이는 헤어 드라이어(소모 전력량 1500W 안팎) 1대조차 돌리기 힘들며 가정용 주방 핸드 믹서(소모 전력량 500W 안팎) 1대를 겨우 작동시킬 수 있을 정도의 미미한 수준이다. 주노가 지구 궤도를 비행할 무렵 태양빛으로 발전한 전력량은 1만2000W였다. 목성에서 태양까지의 거리는 지구에서 태양까지의 거리(약 1억5000만㎞)보다 5배 정도 멀기 때문에 목성 궤도에서 주노의 발전량은 1만2000W의 약 25분의 1인 480W 정도밖에 생산하지 못하는 것이다.

이 때문에 주노는 낮은 전력으로도 작동하게 설계됐다. 영하 180도의 목성 궤도에서 동파되지 않도록 돼 있다. 목성의 대기 상태를 생생히 촬영할 수 있는 컬러 카메라, 목성의 오로라 현상을 촬영할 수 있는 자외선 및 적외선 카메라, 산소와 수분 함량을 측정할 수 있는 마이크로파 미터, 중력과 자기장 측정기, 기온 측정용 마이크로파 방사계, 에너지 입자검출기 등이 장착돼 있다.

갈릴레이 지동설은 목성에서

주노 탐사선에는 특별한 탑재물도 있다. 3.8㎝의 레고 인형 우주비행사들이다. 레고 인형의 주인공은 목성을 상징하는 주피터, 그의 아내 주노, 그리고 목성의 신비를 최초로 관측한 이탈리아 과학자 갈릴레오 갈릴레이(1564~1642)다. 1610년에 만든 천체망원경으로 갈릴레이가 처음 관측한 건 지구가 거느린 위성 달이었다. 그리고 목성 주위를 도는 4개의 달(이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토)을 발견하면서 지구뿐만 아니라 다른 행성에도 위성이 있다는 것을 최초로 발견했다. 갈릴레이도 코페르니쿠스처럼 지구가 태양을 돈다는 지동설을 지지했다. 하지만 태양과 천체가 지구를 돈다는 천동설을 1600년 동안 믿어 온 사람들은 그를 ‘거짓 이론을 주장하는 죄인’으로 낙인찍어버렸다. 죽을 때까지 집에서 한발자국도 나오지 못했고 죽은 후에도 묘비를 세우지 못했다. 갈릴레이를 등에 업은 주노가 목성의 짙은 구름을 뚫고 남편인 주피터의 비밀을 얼마나 파헤칠 수 있을지 세계의 관심이 쏠리고 있다.

최용식 한경 경제교육연구소 인턴기자 chys@yonsei.ac.kr