목성의 기원을 찾아서... 주노 탐사선 이야기

16.05.20 11:12l최종 업데이트 16.05.28 09:58l

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▲ 목성 NASA 주노 탐사선 홈페이지에 게시된 목성의 사진 https://www.missionjuno.swri.edu/
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지난 11일 미국우주항공국(NASA, 아래 나사) 주노(Juno) 탐사선의 공식 트위터 계정이 "주노가 7월 4일에 목성에 도착할 예정"이라는 글을 올려 많은 이들의 관심을 보이고 있다.

사람들이 목성을 탐사할 예정인 주노 탐사선에 관심을 보인 이유는 무엇일까. 바로 주노가 목성의 기원을 밝힐 수도 있는 탐사선이기 때문이다. 최근 '목성이 태양계에서 형성된 것이 아닐 수도 있다'는 가설이 제기된 만큼 이 가설이 사실일지 아닐지를 밝혀줄 주노의 역할이 중대하다.

그렇다면 태양계의 행성들은 어떻게 탄생했을까? 태양계는 약 46억 년 전 거대한 분자 구름의 일부분이 중력 붕괴를 일으키며 형성됐다. 대부분의 질량은 중앙에 집중돼 태양을 형성하고 나머지 물질이 원반 모양으로 진화했다. 그속에서 입자들이 충돌하면서 행성이 형성됐다는 '성운설'이 지금까지의 정설이다.

그런데 최근 목성이 태양계에서 형성된 행성이 아닐 수도 있다는 의견이 제시됐다. 목성의 대기 구성 성분 분포가 현재 목성의 위치에서 형성된 행성이 가질 수 있는 분포이기 어렵다는 게 그 근거다.

나사가 1995년 우주탐사선 갈릴레오의 보조 탐사선으로 목성의 대기를 조사한 결과, 목성 대기의 크립톤, 아르곤, 탄소, 질소 같은 물질의 구성 비율이 태양의 2배 이상인 것으로 확인됐다. 이러한 물질들이 보조 탐사선에 의해 관측될 만큼 분포하려면 극저온의 상태에 놓여야 한다.

그런데 목성의 위치에서는 이 정도의 극저온이 발생하기 어렵다. 이로 인해 목성이 태양계가 아닌 곳에서 만들어진 뒤 태양계로 들어온 것이라는 가설이 제기됐다. 또 나사 제트추진연구소 토렌스 존슨 박사가 "목성 대기에 태양계 밖에서 생성된 물체로부터 얻은 화학 구성물이 포함돼 있다"라고 말해 이 주장을 뒷받침하였다.

물론 대기 구성 분포만으로 목성이 태양계로 편입됐다고 결론 내리기에는 아직 이른 감이 없지 않아 있다. 따라서 현재 지구를 떠나 궤도에 오를 준비를 하고 있는 목성 탐사선 '주노'에 큰 관심이 쏟아지고 있다.

주노는 2011년 8월 5일 발사된 목성 탐사선이다. 기존의 탐사선과는 달리 태양광을 이용해 동력을 생산한다. 화성 탐사선까지는 태양광으로 동력 발생이 가능했지만 그 이상의 궤도로 갈 때는 열핵전지를 사용해왔다(열핵전지는 핵물질이 분열할 때 나오는 열을 전기로 바꾸는 전지다). 열핵전지는 방사능을 발생시키고 동력이 고장나거나 사용기간이 제한적이라는 점에서 문제점이 있다. 이번 주노 탐사선은 최신형 태양광전지를 장착하여 이 문제점들을 해결하였다.

주노의 임무는 크게 다섯 가지로 나눌 수 있다.

1. 극궤도에 존재하는 성분, 중력장, 자기장의 조사
2. 목성 대기에 존재하는 물의 양 조사
3. 바위 응어리의 존재 여부 확인
4. 행성의 질량 분포 조사
5. 목성의 대기 조사

나사 주노 홈페이지에 따르면 주노에는 위 임무의 수행을 위한 9가지의 탐사 장비가 있다.

▲ MWR (MicroWave Radiometer): 목성 대기에서 방출되는 열선으로 목성 내부 관측
▲ JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper): 목성 대기 상층부 압력이 변하는 대기층의 적외선 파장 관측
▲ FGM (Fluxgate MagnetoMeter): 목성의 근축과 내부 자기장 측정 및 자기장 영역에 대한 연구
▲ ASC (Advanced Stellar Compass): 목성 지형 관측에 대한 정확한 위치 정보 제공
▲ JADE (Jovian Auroral Distribution Experiment): 목성의 에너지 파장과 자력 측정
▲ JEDI (Jovian Energetic Particle Detector Instrument): 수소, 헬륨, 산소, 황 등의 성분 측정
▲ WAVES (Radio and Plasma Sensor): 목성 오로라의 생성 지역을 규명
▲ UVS (UltraViolet Imaging Spectrograph): 목성의 파장 및 스펙트럼 이미지 촬영
▲ JCM (JunoCaM): 목성 실화상을 촬영, 기록

주노는 아래와 같은 과정을 거쳐서 목성을 조사하러 가게 된다. 탐사선 표시가 현재 주노의 상태이다.

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▲ 주노의 목성 탐사 주노의 목성 탐사 과정이다. 현재 궤도에 오를 준비를 하고 있다.
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