이중 소행성에 대한 궤도 변경 실험 다트(DART·Double Asteroid Redirection Test) 임무가 성공적으로 마무리되었다. 소행성 충돌에 대해 인류가 갖는 두려움의 역사적 배경은 과거의 기록에서만 보던 생명 멸절의 가공할 충돌이 다른 행성에서 일어나는 것을 목격했고, 과학과 기술의 발전으로 그와 같은 충돌을 일으킬 만한 천체가 여전히 있을 수 있다는 사실을 인식한 것이다. 위험한 소행성이 얼마나 많은지를 찾아내는 대규모 지구 위협 소행성 탐색 프로그램을 진행하고, 현재는 지구와 충돌할 가능성이 있는 행성 규모의 소행성이 없지만 만약 그런 소행성이 있다고 하더라도 그 궤도를 바꿀 수 있는 방법을 차근차근 준비하고 있다. 다트 임무는 이를 위한 매우 중요한 전기가 되었음에 틀림없지만 이런 기술은 국제정치적 파급 효과를 살펴보아야만 한다.

1. 지구에 일어난 운석 충돌

지구가 포함된 우리 태양계는 인류 역사의 시간보다 훨씬 긴 시간 동안 끊임없이 변화하여 현재에 이르렀다. 특히 지구형 행성이라고 부르는 딱딱한 지표로 되어 있는 행성이나 달 또는 소행성 표면에 남겨진 충돌구 흔적을 통해 현재 우리가 어떻게 느끼든 상관없이 과거에는 뭔가 충돌이 일어났다는 사실을 알 수 있다. 지구상에서 공식적으로 확인된 충돌 흔적 데이터베이스에 수록된 충돌구 개수는 대략 190개이다. 이 중에는 공룡의 멸종을 초래했다고 알려진 멕시코 유카탄반도에 생긴 직경 180킬로미터, 깊이 20킬로미터의 거대한 충돌구는 약 6600만 년 전 지름 10~15킬로미터 정도의 소행성이 충돌한 것으로 추정된다. 충돌 당시 공룡을 포함한 생물종의 75퍼센트가 멸종할 만큼 강력한 충돌 에너지가 발생함으로써 엄청난 열과 태양을 덮을 정도의 먼지가 생성되었다. 

일반적으로 우주에서 지표로 떨어진 암석을 통틀어서 운석이라고 하며 지상에 도달하는 동안 대기에서 타는 과정을 유성 또는 별똥별이라고 한다. 2018년 한국 지질자원연구원에서는 합천군의 적중면과 초계면을 아우르는 분지가 한반도 최초의 운석 충돌구라는 사실을 밝혀냈다.^[1] 지금으로부터 약 5만 년 전 마지막 빙하기를 보내던 한반도의 구석기인은 갑자기 하늘에서 지름 200미터 크기의 소행성이 떨어지는 엄청난 충돌을 경험했을 것이다. 이와 비슷한 시기 미국 애리조나의 유명한 베링거 충돌구를 만든 지름 약 30미터의 소행성보다 훨씬 크고 강력한 충돌이었다.^[2]

인류 문명이 발생한 이래로 가장 큰 충돌 사건은 1908년 시베리아 퉁구스카 대폭발인데, 지름 약 30미터 크기의 소행성이 초속 25~40킬로미터의 속도로 지구 대기권에 진입하면서 퉁구스카 상공 8킬로미터 지점에서 폭발하였는데, 이때 소행성의 질량은 2~7만 톤으로 폭발 에너지의 위력은 15~20메가톤이었다. 폭발 에너지의 충격으로 반경 25킬로미터의 나무들이 쓰러졌고 수천 마리의 순록이 폐사하였으며, 1500킬로미터 이상 떨어진 주택의 유리창이 깨어질 정도의 위력이었다. 최근의 충돌 사건은 2013년 2월 15일 러시아 첼랴빈스크주에 떨어진 운석이다. 지름 15미터의 소행성이 초속 18킬로미터의 속도로 돌입하여 히로시마 원자폭탄보다 33배나 더 큰 폭발력으로 공장 하나가 무너지고 주변 건물의 유리창 부서지며 1500여 명의 부상자가 발생하였다.

재미있게도 일명 ‘별메달’로 불리는 전 세계에서 단 10개뿐인 금메달이 2014 소치 동계올림픽에서 수여되었다. 2014년 2월 15일에 결승전을 치르는 7개 종목에서 금메달을 획득하는 열 명의 선수에게 첼랴빈스크 운석 낙하 1주년을 기념해서 특별행사 형식으로 운석 조각의 일부를 넣어서 제작한 금메달을 수여했다. 당시 우리나라 국적이었던 안현수 선수도 쇼트트랙 남자 1000미터에서 우승하여 이 금메달을 받았다.

이즈음 우리나라에서도 운석 낙하 사례가 발생했다. 2014년 3월 9일 오후 8시경 수도권 남부로 진입한 뒤, 대전시 남쪽 하늘 85킬로미터 고도에서 빛을 내뿜다가 경상남도 함양군과 산청군 상공 25킬로미터 지점에서 공중 폭발하여 진주시에 운석이 떨어진 것이다. 다행히 피해는 보고되지 않았지만, 파프리카 재배 비닐하우스와 밭과 개울 등에서 운석 네 조각, 총 34킬로그램이 발견되었다. 당시 소치올림픽 별메달 이야기와 함께 진주 운석이 하늘의 로또라는 소문이 나돌고 해외에서 이른바 운석 사냥꾼까지 합세하는 등 커다란 이슈가 되었다. 그러나 우리나라에 떨어진 운석에 대한 해외 반출을 국가에서는 금지한다. 이에 따라 운석 발견자들의 반발이 크고 정부의 운석 구매 비용에 대한 이견도 너무 커서 결국 아직까지 진주 운석은 발견자가 보관하고 있다. 우리나라에서 발견된 운석은 한국 지질자원연구원이 보관 중인 1943년 전남 고흥군에 떨어진 두원 운석과 더불어 진주 운석이 유일하다.

2. 운석 충돌에 대처하는 지구인들의 자세

작은 크기의 소행성은 지구의 대기권에 진입하면서 대부분 타서 없어져서 지표에 흔적을 남기지 않는다. 그럼에도 지구에 남아 있는 운석 충돌 흔적은 행성 작용이라고 불리는 비바람 등의 침식, 지진, 지각 이동, 화산 등 지질 활동에 의해 충돌 기록이 빠르게 지워지지만, 지구 이외의 태양계 천체에는 더 많은 소행성 충돌 기록들이 남아 있다. 그래서 행성 작용이 아주 일찍 멈춘 달은 지구와 가까이 있으면서도 훨씬 더 많은 충돌 흔적을 갖고 있다. 최근 우주 선진국들의 활발한 달 탐사로 달 표면의 충돌 기록에 대한 상세한 연구가 지구의 과거를 이해하는 데 많은 기여를 하고 있는데, 38억 년 전 달 표면에 집중적으로 소행성 충돌이 있었고, 소행성 크기가 작을수록 충돌 흔적이 기하급수적으로 많다는 사실이 밝혀졌다. 이는 태양계가 38억 년 전에 엄청난 격변이 있었고, 지금도 여전히 태양계 내에서는 크기가 작을수록 엄청나게 많은 잠재적 충돌체가 존재한다는 것을 의미한다.

결정적으로 인류가 소행성의 충돌을 걱정하게 된 사건은 슈메이커-레비 9이라는 혜성의 목성 충돌이다. 1993년 3월 24일 미국 캘리포니아 팔로마 천문대에서 슈메이커 부부와 데이비드 레비가 소형 망원경을 이용해 근지구 소행성을 찾는 프로그램을 진행하던 중 우연히 새로운 혜성 하나를 발견하였다. 이 혜성은 여러 개의 핵이 궤도를 따라 길쭉하게 늘어서 있었고 목성과 매우 가까운 위치에 있었다. 궤도 계산 결과 이 혜성은 1992년 7월 목성에 너무 가까이 접근하는 바람에 목성의 기조력이 혜성을 잡아 뜯어 이미 부서진 상태에서 발견된 것이었다. 1994년 7월 16일 목성과 초속 60킬로미터의 엄청난 속도로 충돌하면서 6일 동안 21개의 파편들이 차례대로 충돌하였는데 가장 큰 충돌 흔적은 목성의 유명한 대적반보다 눈에 잘 띄었으며 여러 달 동안 유지되었다. 슈메이커-레비 9 혜성의 충돌을 보면서 ‘우주 청소기’로서 목성의 역할이 주목받게 되었다. 많은 수의 혜성과 소행성이 목성의 강한 중력에 이끌려 목성과 충돌하면서 목성이 내태양계로 진입하는 천체 수를 줄여주었기 때문이다. 목성이 없었다면 지구에 떨어지는 소행성 수는 현재보다 2,000~8000배가량 많았을 것으로 생각된다.

지구상에 남은 충돌 흔적을 그저 과거 기록으로만 알던 인류가 엄청난 충돌을 생생하게 목격함에 따라 그 위험도와 회피 방안에 대한 생각을 하게 되었다. 1992년 미국 의회는 NASA에 스페이스가드(spaceguard) 탐사 목표를 달성하도록 요청했는데, 향후 10년 내에 크기 1킬로미터 이상의 근지구 소행성의 90퍼센트를 발견하라는 것이었다. 스페이스가드라는 용어는 아서 클라크의 소설에 등장하는 소행성 충돌을 대비하기 위한 조기 경보 시스템에서 차용하였다. 크기가 1킬로미터인 이유는 앞에서 살펴본 바와 같이 지금까지 지구 충돌 흔적들을 면밀히 연구한 결과 이 정도 크기인 소행성이 지구와 충돌하면 전 지구적인 피해를 입히는 것으로 추정되었기 때문이며, 이 목표를 달성하기 위해 세계적으로 여러 개의 소행성 탐색 프로그램이 진행되었다. 2006년 국제천문연맹의 결정으로 명왕성이 행성에서 제외된 이유도 이 프로그램으로 발견한 명왕성보다 큰 더 큰 천체들이 명왕성 궤도에서 발견되었기 때문이다. 2003년까지 누적 384개, 2010년까지 누적 589개, 2023년 봄 현재까지 누적 686개가 발견되었다. 이즈음 태양계 소천체 연구학회에서는 NASA의 스페이스가드 탐사목표인 90퍼센트를 달성할 수 있을지에 대해 뜨거운 토론을 벌였으나, 우리가 발견한 소행성이 발견해야 할 개수의 90퍼센트인지를 어떻게 알 수 있는지가 가장 중요한 질문이었다.

우리 태양계에서 8개 행성도 아니고, 행성의 위성도 아닌 모든 자연 물체를 태양계 소천체라고 한다. 혜성은 코마라고 불리는 핵 주변의 활동성이 한 번이라도 보고가 된 소천체를 말하며, 소행성은 혜성이 아닌 소천체를 말한다. 태양계에는 목성과 화성 사이와 해왕성 너머 명왕성과 유사한 궤도에 수많은 소행성들이 띠 모양으로 분포되어 있는데, 이를 각각 소행성대와 카이퍼 벨트라고 한다. 이들은 행성이 만들어지고 남은 잔해물로 수십억 년의 시간 동안 행성의 중력에 의해 튕겨 나가거나 흡수되다가 그나마 안정화되어 현재의 위치에 자리를 잡은 것이다. 천문학자들의 계산에 따르면 지구 근처에 있는 소행성은 수백만 년 내에 태양이나 행성 중력의 섭동을 받아 튕겨 나가거나 충돌하여 없어진다. 그런데 45억 년의 나이를 가진 지구 주변에 소행성들이 여전히 있다는 것은 소행성들이 내태양계로 끊임없이 유입되고 있다는 뜻이다. 이런 유입의 원천은 소행성대와 카이퍼 벨트가 주를 이루고 그 외는 우리 태양계가 아닌 다른 태양계에서 떨어져 나온 떠돌이 소천체인데 소행성들 간의 충돌, 비균질한 생김새와 자전에 태양 빛에 의한 열복사, 혜성에서 분출되는 가스의 추진력 등과 같은 중력 법칙 이외의 다양한 요인들에 기인한다. 결론적으로 아직은 발견해야만 하는 소행성의 개수를 특정할 수 없으나 최근 몇 년 동안 1킬로미터급 소행성의 새로운 발견이 10개 이내이고 지금까지 발견된 것들 중에서 향후 100년 이내에 지구와 충돌할 위험이 있는 천체는 없다.^[3]

시간이 걸리긴 했지만 1킬로미터급 근지구 소행성에 대한 스페이스가드 탐색 목표는 달성했다고 추정하고 있는데, 혹시 소행성을 찾아내는 탐색 노력이 부족한 게 아닌지 의구심을 가질 수도 있을 것이다. 하지만, 140미터급 근지구 소행성의 연도별 발견 개수를 보면 그렇지 않다는 것을 알 수 있다.^[4] 첼랴빈스크 운석에서 본 것처럼 20미터보다 작은 소행성이 그 정도의 피해를 일으켰다는 점을 생각하면 140미터 소행성은 하나의 도시 또는 작은 나라를 초토화시킬 수 있는 위험성이 있다. 이에 확장된 스페이스가드 탐색 목표는 지름 140미터 소행성을 발견하는 것이며 아직까지 매년 꾸준히 새로운 소행성이 발견되고 있다. 이는 지름 1킬로미터 소행성보다 밝기가 더 어둡고 작은 소행성을 꾸준히 많이 발견하고 있음에도 1킬로미터 이상의 천체를 발견하는 개수가 최근 5년간 평균 다섯 개 내외라는 말은 1킬로미터급 근지구 소행성은 우리가 충분히 알고 있다는 뜻이다.

슈메이커-레비 9 혜성의 목성 충돌이 계기가 되었을 것으로 예상되는 두 개의 유명한 우주 재난 영화 〈아마겟돈〉과 〈딥임팩트〉가 1998년 개봉하면서 혜성의 지구 충돌 시나리오에 대한 인류의 직접적인 대응을 진지하게 생각하게 되었다. 1994년 1월 발사한 클레멘타인 탐사선은 미국 국방부 산하 미사일방어국과 NASA가 공동으로 달과 소행성 정찰에 필요한 새로운 탐사기술을 실험했는데, 지구 궤도를 가로지르는 지오그라포스라는 소행성의 궤도를 바꿀 수 있는지 알기 위해 그 밀도와 내부구조 등 물리적 특성을 조사하는 임무도 포함되어 있었다. 그리고 2005년 7월 4일 미국의 독립기념일에 NASA는 혜성 템펠 1에 충돌하는 실험을 실시하였다. 초속 28.6킬로미터의 속도로 날아가는 모선에서 364킬로그램의 구리 충돌체를 초속 10.2킬로미터의 속도로 혜성에 충돌시켜서 표면 아래에 숨은 휘발성 가스를 관측하였다. 2011년 2월 15일, 다른 탐사선을 이용하여 이 충돌 흔적을 살펴봤는데, 지름 150미터의 충돌구가 확인되었고, 충돌부 주위에는 밝은색의 흙더미가 있는데 이는 충돌 시 분출된 물질이 다시 떨어지며 쌓인 것이다. 이제까지 태양계 소천체가 지구에 충돌했다면, 이번은 인류가 최초로 태양계 소천체의 표면에 상당한 크기의 충돌 흔적을 만든 것이었다. 이 충돌 실험은 지구와의 먼 거리 때문에 실시간으로 위성을 조작할 수 없어서 최초로 일종의 자율주행으로 충돌이 진행되었는데. 이 기술이 다트 임무의 충돌 과정에도 그대로 사용되었다.

3. 공룡에겐 없던 우주 계획, 다트 프로젝트

다트는 소행성 충돌 위험이 있을 때 지구를 지킨다는 취지로 시작된 ‘쌍(雙)소행성 궤도 수정 시험(Double Asteroid Redirection Test)’ 프로젝트를 뜻한다. 2022년 2월 26일 다트 탐사선이 목표 소행성인 디모르포스(Dimorphos)와 충돌했다. 지름 150미터인 디모르포스는 지름 760미터의 소행성 디디모스(Didymos)와 중력으로 묶여 함께 돌고 있는데, 대부분의 운동량은 무거운 디디모스가 가지고 있으므로 디모르포스 궤도가 변경되더라도 쌍소행성 전체의 궤도에는 영향이 거의 없다. 앞에서 살펴본 지구 충돌 시 대도시 규모 또는 작은 나라를 초토화할 정도의 크기로 알려진 지름 140미터 내외의 소행성 궤도 변경 실험으로 디모르포스는 또한 적절한 대상이었다. 충돌한 다트 위성의 중량은 580킬로그램이고 충돌 속도는 초속 6.15킬로미터이며, 충돌 지점은 디모르포스 형상에 대한 중심 위치에서 겨우 25미터 벗어난 지점이었다. 소행성의 궤도 변경을 가장 효과적으로 하려면 소행성의 질량 중심에 충돌체를 충돌시키는 것인데, 지구에서부터 약 1100만 킬로미터 떨어진 곳이므로 우주선 자체 자율주행으로 충돌하였다. 지구에서 명령을 보냈다가 돌아오는 데 1분이 걸리므로 충돌 순간은 탐사선이 스스로 충돌 지점을 찾아서 충돌하기 직전까지 영상을 보내왔는데, 충돌 바로 직전 마지막 순간에 보내온 영상은 7센티미터의 공간 해상도 영상이었다. 실험 결과, 디모르포스가 디디모스 주위를 도는 공전 주기는 11시간 55분인데. 이 공전 주기가 33분 단축되었다. 최종 충돌 지점 좌우에 6미터 크기의 돌덩어리 두 개가 있는데 아타바쿠 바위(Atabaque Saxum)와 보드란 바위(Bodhran Saxum)라고 명명되었으며 이는 아프로-브라질과 아일랜드의 북에서 유래했다. 상상할 만하게도 디모르포스에 있는 지명을 명명하기 위한 테마는 모두 북 종류이다.

이번 실험으로 어느 정도의 힘으로 충격을 가하면 소행성의 궤도를 얼마나 변경시킬 수 있는지를 경험했다 하지만 같은 밀도인 소행성이라도 표면 및 내부 구조에 따라 외부의 힘이 소행성으로 전달되는 양상이 다른데, 다양한 크기와 구성 성분을 가지는 여러 종류의 소행성에 어떻게 적용할 수 있을지 더 많은 질문이 생겨나고 있다. 어림잡은 계산으로 만약 디모르포스와 같은 특성을 가진 소행성이 단독으로 지구로 돌진해 온다면 최소 6개월 전에는 이 충돌을 실시해야 한다. 그렇다면 위성을 만들어서 발사하기 위해서는 3년 전에는 이런 충돌 위협 소행성을 발견하거나 미리 더 빠른 대응 능력을 갖추어야만 한다.

인류가 소행성 궤도를 변경하는 기술을 확보하는 것은 소행성 충돌과 같은 재앙적인 사건을 예방하고, 인류의 안전과 생명을 보호하기 위한 중요한 과제이다. 또한 이러한 기술은 지구 주변을 돌고 있는 수많은 소행성들에 대한 탐사와 연구를 가능케 하며, 우주 탐사 및 자원 개발 등에도 큰 도움이 된다. 특히 소행성이 지구와 충돌하는 경우에는 인류 문명에 치명적인 영향을 끼칠 수 있다. 예를 들어 대규모 폭발과 지진, 대피민의 대량 이동 등이 발생할 수 있으며, 이는 인류 문명에 큰 타격을 줄 수 있다. 따라서 소행성 궤도를 변경하는 기술을 확보하고, 위험한 소행성을 조기 탐지하여 대처하는 기술을 개발하는 것은 매우 중요한 과제이다.

소행성 궤도 변경 기술을 특정 국가가 보유하는 것은, 그 나라가 우주 분야에서 선도적인 위치를 갖게 될 가능성이 있다. 이는 다른 나라들과의 경쟁에서 큰 이점으로 작용할 수 있다. 그러나 이러한 기술을 보유한 나라가 다른 나라들을 위협하거나 군사적인 목적으로 이용하려는 시도를 할 수도 있다. 또한 소행성 궤도를 변경하는 기술은 굉장히 비싼 기술이기 때문에, 이를 보유한 나라가 경제적인 이점을 취할 수도 있다. 이러한 경제적 이점을 취하려는 나라가 다른 나라들과의 경제적인 갈등을 일으키는 경우도 생길 수 있을 것이다. 또 이러한 기술을 보유한 나라가 소행성을 조작하여 다른 나라의 영토나 재산에 피해를 줄 가능성도 있다. 이는 국제법상 문제가 될 수 있으며, 국제 사회의 비난과 제재를 받을 수 있다. 따라서 이러한 기술을 보유하는 나라는 국제 사회와의 협력을 강화하고 국제 규범을 준수해야 한다.