조엘 레빈: 우리가 화성으로 돌아가야 하는 이유

46억 년에 달하는 역사를 18분안에 말하려고 하는데요. 분당 3억 년에 해당하는 내용입니다. NASA가 화성에서 찍은 첫 번째 사진으로 시작해보죠. 이 사진은 1965년에 마리너 4호가 화성을 근접통과하며 찍은 것입니다. 이 사진이 저명 과학저널에 소개되었을 때, 이 사진이 저명 과학저널에 소개되었을 때, 뉴욕타임스는 이런 사설을 실었습니다. "화성은 별로 흥미롭지 않다. 그곳은 이미 죽은 세계이며, NASA는 더 이상 화성을 연구하는데 시간과 노력을 낭비해서는 안 된다." 다행스럽게도 워싱턴 NASA 본부의 지도부는 더 잘 알고 있었죠. 그 덕분에 이 붉은 행성에 대한 더욱 폭넓은 연구가 시작되었습니다.

모든 과학에 있어서 핵심적인 질문 중의 하나는 "지구 밖에 생명이 존재하는가?" 라는 것입니다. 저는 지구 밖에서 생명이 있을 것으로 보이는 가장 유력한 대상이 화성이라고 믿습니다. 앞으로 몇 분 동안 화성에 생명체가 존재할 가능성을 보여주는 놀라운 관측결과들을 보여 드리려고 합니다. 바이킹(Viking)호가 찍은 사진부터 보여드리죠. 이것은 바이킹호가 1976 년에 찍은 사진을 합성한 것입니다. 바이킹호는 NASA 랭리연구센터에서 개발, 운용되었습니다. 1976 년 여름, 궤도탐사선 2 대와 착륙선 2 대를 보냈죠. 4 대의 우주선을 발사해 2 대는 궤도에, 2 대는 표면에 보낸 참으로 멋진 성과였죠.

이 사진은 어느 행성의 표면을 찍은 것인데요. 바로 바이킹 착륙선이 찍은 화성 표면의 사진입니다. 그렇죠. 붉은 행성은 표면도 붉습니다. 화성은 지구의 절반 크기입니다. 하지만, 지구는 표면 2/3가 물로 덮혀 있기 때문에 화성의 표면적은 지구의 육지 면적과 견줄만 합니다. 따라서 지구의 절반 크기지만, 화성은 매우 넓은 곳입니다. 화성에 대한 지형 관측 자료를 통해서 우리는 화성 표면의 고도 차이를 파악하고 있습니다.

화성에 대해 많은 것을 알고 있죠. 화성에는 태양계에서 가장 큰 화산인 올림푸스 몬스(Olympus Mons)가 있습니다. 태양계의 그랜드 캐년이라 할만한 마리너리스 협곡(Valles Marineris)도 있습니다. 매우 매우 흥미로운 행성이죠. 화성에는 태양계 최대 충돌 크레이터인 헬라스 분지(Hellas Basin)도 있죠. 직경이 3,200 km나 됩니다. 이 충돌이 발생했을 때 우연히 화성에 있었다면, 정말 화성 최악의 날을 겪었을 겁니다. (웃음) 이것이 올림푸스 몬스 화산입니다. 애리조나주보다 크죠.

화산이 중요한 이유는 화산이 대기를 만들고, 그로 인해 바다가 생기기 때문입니다. 보시는 것은 마리너리스 협곡인데요, 태양계에서 가장 큰 협곡으로 미국 지도와 겹쳐질 정도입니다. 4,800 km에 달하죠. 화성에 대한 가장 흥미로운 점 중 하나는, 국립과학원(NAS)이 우주 10대 신비 중에 하나로 선정하기도 했는데요. 왜 화성의 특정 지역이 매우 높은 자성을 띄고 있는가하는 것입니다. 우리는 이를 지각 자기(crustal magnetism)라고 부르는데요. 화성에는 특정한 여러 지역에 걸쳐, 그 이유는 알 수 없지만, 매우 높게 자기화된 표면이 있습니다.

화성에 물이 있을까요? 대답은 없다입니다. 액체 상태의 물은 오늘날 화성 표면에는 존재하지 않죠. 하지만, 초기 화성에는 강과 빠르게 흐르는 물이 있었음을 보여주는 흥미로운 증거가 있습니다. 오늘날 화성은 매우 건조하지만 극지의 얼음지대에 약간의 물이 있을 것으로 여겨집니다. 이 얼음지대는 화성의 북극과 남극에 분포되어있습니다. 최근에 찍은 몇장의 사진들을 보고계신데요. 스피릿 탐사선과 오퍼튜니티 탐사선이 찍은 것입니다. 이 사진들은 한 때 화성에 매우 빠르게 흐르는 물이 있었음을 보여줍니다. 왜 물이 중요할까요? 물은 생명체 발현의 필수요소이기 때문입니다. 물은 행성에 있어서 진화와 생명 기원의 핵심 재료입니다.

보시는 것은 지구의 남극 사진과 올림푸스 몬스의 사진입니다. 지형과 빙하들이 매우 유사하죠. 즉, 한쪽은 남극의 얼음이고, 한쪽은 화성에 존재하는 얼음입니다. 이것은 제일 좋아하는 사진입니다. 몇 주 전에 촬영된 것이죠. 아직 공개되진 않았습니다. 이것은 유럽우주국(European Space Agency)의 화성궤도 탐사선 마스 익스프레스(Mars Express)가 찍은 사진으로 크레이터 안에서 액체 상태의 물과 얼음을 찾았습니다. 매우 흥미로운 사진이죠.

이제 우리는 46억 년전 화성의 역사 초기에는 즉, 46억년 전의 화성은 지구와 유사한 환경이었으리라 믿고 있습니다. 강도 있고, 호수도 있고 하지만, 더 중요한 것은 화성에는 거대한 바다가 있었다는 점인데요. 북반구 전체가 바다였을 것으로 생각됩니다. 이 푸른 색 지역은 약 6.5 km 정도 낮은 지역을 나타내는 곳으로 과거에 화성 표면을 덮었던 바다가 있었음을 의미합니다. 그럼 화성의 바다를 채웠던 물은 어디로 갔을까요? 글쎄요, 하나 추정되는 것이 있는데요. 이것은 화성 궤도 위성 오디세이(Odyssey)가 몇 년 전에 보낸 관측 자료입니다. 화성의 지표층 아래 물이 얼음 형태로 얼어얼어 있는 것입니다. 이것은 그 양을 백분율로 나타낸 것인데요. 푸른 색은 무게로 16%라는 뜻입니다. 지표 하에 무게로 16%에 해당하는 언 상태의 물, 즉 얼음이 갇혀 있는 것입니다. 따라서 지표 하에는 많은 양의 물이 존재합니다.

화성에 관한 관측자료중에서 제가 볼 때, 가장 흥미롭고 놀라운 자료가 올해 초 사이언스지에 발표되었습니다. 이것은 화성 대기중에 얼마나 많은 메탄(CH4)가스가 함유되어 있는지를 보여주는 것인데요. 3개의 메탄영역이 뚜렷하게 나타나 있습니다. 왜 메탄이 중요할까요? 왜냐하면, 지구 상에 존재하는 메탄의 거의 대부분, 즉 99.9%는 생명체가 만든 것이기 때문입니다. 외계인이 아니라 지하나 지표의 미생물들이 만든 것이죠. 현재 우리는 화성 대기의 메탄이 지구 대기와 마찬가지로 유기물에 기원을 둔 것이며, 생명체가 만든 것이라는 증거를 가지고 있습니다. 이것은 세 개의 가스지대 A, B1, B2입니다.

이것은 지형적으로 나타난 모습이죠. 지리학적인 연구를 통해서 이 지역들이 화성에서 가장 오래된 곳이라는 것을 알아냈습니다. 사실상 지구와 화성의 나이는 똑같이 46억 년입니다. 하지만, 지구에서 가장 오랜된 암석은 36억 년 밖에 되지 않는데, 여기서 10억년의 차이는 지각변동에 따른 지구표면의 재생성 때문임을 지질학적인 발견을 통해 알 수 있었습니다. 첫 10억 년 이전의 지질학적 기록은 존재하지 않습니다. 그 기록이 화성에는 존재하죠. 그리고 이 지역이 바로 지구와 화성이 형성된 시기인 46억 년 전까지 거슬러 올라가는 곳입니다. 그건 화요일이었죠. (웃음)

이 지도는 화성 표면에 착륙시킨 우주선의 위치를 보여줍니다. 여기가 바이킹 1호, 바이킹 2호. 이건 오퍼튜니티. 이건 스피릿이죠. 이것은 마스 패스파인더(Mars Pathfinder). 이건 2 년 전에 착륙한 피닉스입니다. 모든 착륙선과 탐사로봇들이 북반구로 보내진 사실을 발견할 수 있습니다. 그것은 북반구 지역이 고대 해저 분지가 있었던 곳이기 때문이죠. 이 곳엔 크레이터도 많지 않습니다. 그 이유는 물이 소행성과 운석충돌의 영향으로부터 해저 분지를 보호했기 때문이죠. 이와 달리 남반구를 보면, 충돌로 형성된 크레이터와 화산으로 생긴 크레이터를 볼 수 있습니다. 여기 헬라스 분지는 지질학적으로도 매우 다른 곳입니다. 메탄이 있는 곳을 보세요. 메탄은 매우 거친 지형의 지역에 분포해 있습니다.

화성의 신비를 밝힐 최고의 방법은 무엇일까요? 10 년 전에 우리는 이 질문을 던졌습니다. 10 명의 최고의 화성 과학자들을 이틀동안 랭리연구센터에 초빙했죠. 아직 답을 찾지 못했던 주요 문제들을 회의에서 다루었습니다. 그리고 이 문제에 대한 최고의 해답을 찾기 위해 이틀 동안 노력했습니다. 그 회의에서 얻은 결론은 아레스(ARES)라고 불리는 자동 조종 로켓 추진 비행체였습니다. 공중 국지 환경 탐사기(Aerial Regional-scale Environmental Surveyor)죠. 이건 아레스의 20% 축소 모형입니다.

이 비행기는 랭리연구센터에서 설계했는데요. 전 세계에서 화성에서 날 수 있는 비행기를 제작할 수 있는 곳은 랭리연구센터가 유일합니다. 거의 100 년 동안 세계의 항공 기술을 주도한 곳이죠. 아레스는 지표 위 1.6 km 상공에서 수백 km를 탐사하면서, 시속 724 km로 비행합니다. 이런 활동은 탐사로봇이나 착륙선이 할 수 없었던 것들이죠. 산, 화산, 크레이터 위를 날 수 있습니다. 계곡을 넘어서 날 수도 있죠. 지표 자기 지역을 날 수도 있고, 극지방의 얼음지대와 천층수 위를 날아다니며 화성의 생명체를 탐사할 수 있습니다.

동시에 중요한 것은, 화성 대기를 날아다니며 영상을 전송하게 된다면, 지구 밖에서 비행체를 이용하여 영상을 지구로 송신하는 최초의 시도라는 것입니다. 우리의 목표는 이 프로젝트를 위해 세금을 내고 있는 미국국민들을 감동시키는 것입니다. 하지만 더욱 중요한 것은 차세대 과학자, 공학자, 엔지니어, 수학자들을 자극하는 것이죠. 차세대 과학자, 엔지니어,수학자, 공학자들의 배출을 보장하는 것은 우리 국가안보와 경제성장에 있어서 핵심적인 영역이기 때문입니다.

이것은 ARES가 화성을 비행하는 모습입니다. 미리 프로그램을 해 두면 메탄이 있는 지역을 날게 됩니다. 비행기에 탑재한 관측도구를 이용하여, 매 3분마다 화성 대기의 표본을 채집합니다. 메탄뿐만 아니라 생명체가 생성하는 다른 형태의 가스도 살펴볼 것입니다. 가스가 발생하는 지역을 정확하게 밝혀낼 수도 있습니다. 가스의 농도변화를 측정하면 출처를 알 수 있기 때문이죠. 이를 통해서 차기 임무가 수행될 착륙지점을 결정할 수 있습니다.

그럼 이 비행기를 어떻게 화성으로 운반하죠? 답은 딱 두마디죠. '매우 조심해서'. 첫번째 문제는, 화성까지 비행할 수 없으므로 이 것을 우주선에 실어서 화성으로 보내야 한다는 것입니다. 또 다른 문제는 우주선의 최대 직경이 2.74 m라는 것이죠. ARES는 날개 길이 6.4 m, 동체 길이 5.2 m입니다. 이걸 어떻게 화성까지 운반하죠? 접는 겁니다. 접어서 우주선으로 운반하는 거죠. 우리는 이걸 에어로쉘이라고 부르는것에 넣어 보낼건데요. 이것이 그 방법입니다. 그럼 프로젝트 순서를 알 수 있는 짧은 동영상을 보시죠.

비디오: 정상. 5,4,3,2,1. 주엔진 점화. 발진.

조엘 레빈: 플로리다 케네디 우주센터에서 우주선이 발사됩니다. 우주선은 9달을 비행하여 화성에 도착합니다. 화성 대기권에 진입하면서 많은 열이 발생하죠. 시속 28,968 km에 달하면서 마찰열이 발생합니다. 낙하산이 펼쳐지면서 속도가 줄어듭니다. 내열타일이 떨어져 나갑니다. 화성 대기 중에 비행기가 최초로 모습을 드러냅니다. 날개를 펼치고 로켓 엔진이 작동하죠.

우리는 단 한 시간의 비행만으로 화성에 대한 교과서를 다시 쓸 수 있을 정도의 정보를 얻게 됩니다. 대기의 고해상도 측정, 생명체가 만들어 낸 가스의 탐색, 화산에서 만들어진 가스의 탐색, 지표면 연구, 지각 자기력 연구 등 더욱 넓은 지역에서 우리가 몰랐던 정보들을 얻을 수 있게 되리라 믿습니다.

연습이 완벽을 만들죠. 이게 가능하리라고 어떻게 알죠? 그 이유는 ARES 모델의 테스트를 수행해 왔기 때문입니다. 8 년 동안 NASA 랭리연구센터에 있는 화성 조건을 적용한 6대의 풍동 실험실에서 여러 모델을 테스트해 왔습니다. 또 다른 중요한 점은 ARES를 지구 상공 30 km에서 테스트했다는 것입니다. 이 고도에서는 ARES가 비행하게 될 화성과 비슷한 대기밀도와 기압을 갖게 됩니다. 30 km, 그러니까 LA로 가는 민간항공기의 비행고도는 약 11 km 정도인데요 우리는 고도 30 km에서 테스트를 했습니다.

테스트 중 하나를 보여드리고 싶네요. 이것은 절반 크기의 모델입니다. 이것은 고고도 헬륨 풍선이죠. 오레건주 틸러묵 상공입니다. 접은 비행선을 풍선에 매달아 띄웠습니다. 약 3시간 동안 상승한 뒤에 고도 31 km에서 분리 명령을 실행했습니다. 비행기의 날개가 펼쳐지고 모든 것이 완벽하게 수행되었습니다. 이 기술의 완벽을 기하기 위해 높은 고도와 낮은 고도에서 테스트를 완료했습니다.

이제 출발할 준비가 되었습니다. 이건 축소 모델에 지나지 않지만 NASA 랭리연구센터에는 실제 크기의 모델이 있습니다. 우린 떠날 준비가 되어 있습니다. NASA본부가 비용지불을 위한 수표를 (웃음) 끊어 주기만 하면 됩니다. 저는 이 프로젝트를 위해 오늘 강연의 사례금까지 기부하려고 합니다. 사실 사례금은 없답니다. 이건 ARES 팀인데요. 150명의 과학자와 엔지니어들로 구성되어 있습니다. 이들은 제트추진연구소, 고다드우주비행센터, 에임즈연구센터와 여러 주요 대학, 그리고 개발에 참여한 여러 기업에서 일하는 사람들입니다.

엄청난 노력입니다. 이 모든 것이 NASA 랭리연구센터에서 이루어지고 있습니다. 자 여기서 제 연설을 이렇게 마무리 하죠. 여기서 멀지 않은 곳, 노스캐롤라이나 키티호크의 한 도로에서 100년 전 쯤에 역사가 만들어졌습니다. 지구 상에서 최초의 동력 비행기가 하늘을 날았죠. 우리는 바로 지금 최초로 지구 대기권 밖에서 비행기를 날리려는 순간에 있습니다. 화성에 이 비행기를 띄우고, 화성에 관한 교과서를 다시 쓰려 합니다. 더 많은 정보에 관심이 있다면, 웹사이트를 방문해서 이것이 얼마나 신나고 흥미로운 계획이고, 우리가 왜 이 일을 하려는지 알아보세요. 대단히 감사합니다. (박수)