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우주로 이사 가는 날! (2)

어린이과학동아 2007.01.15 02호

어떤 집에서 살까?

자, 어떤 행성이 마음에 드나요? 그런데 우주로 이사 가기 전에 결정할 게 또 있어요. 어떤 집에서 살 것이냐 하는 거죠. 설마 지구와 같은 집을 상상하고 있는 건 아니겠지요?

모양보다는 안전이 먼저
지구는 대기층이 감싸고 있어 기온이 매우 안정되어 있으며, 해로운 태양빛도 막아 주고 있다. 그런데 만약 대기가 희박한 행성에 우주정착촌을 세워야 한다면? 영화에서는 대기가 희박한 화성에 극관의 이산화탄소를 녹여 내 온실효과를 일으킨 뒤, 지구의 이끼를 보내서 대기층을 만드는 상상력을 발휘하기도 한다. 그러나 사실 이끼가 살아남았다고 해도 그 다음이 문제! 화성의 중력은 너무 약해서 애써 만든 산소는 눈 깜짝할 사이에 날아가 버리기 때문이다. 따라서 새로운 행성에서 살게 될 집은 예쁜 모양이나 넓은 창보다는 안전하게 살아갈 수 있도록 하는 것이 먼저다.

우주정착촌에서는 태양열발전소나, 태양빛을 이용해 식물을 기르는 온실은 꼭 필요하다. 처음에 이사 갈 때야 필요한 먹거리나 물건을 갖고 갈 수는 있지만, 우주선에 실을 수 있는 양은 정해져 있다. 따라서 우주정착촌은 무엇보다 지구의 도움 없이도 살아갈 수 있는 자원을 만들어 낼 수 있어야 한다.

최근 미국항공우주국의 케네디우주연구소는 화성의 대기에 녹아 있는 이산화탄소에서 탄화수소와 산소를 얻는 연구를 하고 있다. 이산화탄소에서 탄화수소를 얻으면 이 탄화수소에 들어 있는 수소를 에너지원으로 쓸 수 있다는 것. 또한 화성 극관의 얼음층에서 수소와 산소를 분리해 에너지로 쓰는 방법도 검토되고 있다.

태양풍을 피하라!
대기층이 없는 우주나 행성은 매우 위험하다. 지구는 대기층이 감싸고 있어 기온이 안정되어 있고, 해로운 태양광선도 대기층에서 반사되고 흡수된다. 하지만 대기가 약한 행성에서는 곧바로 태양에 노출되어 있는 것과 같다.

태양은 핵융합 반응으로 높은 자성을 띤 입자를 우주로 내놓는다. 이것이 태양풍이다. 지구는 밴앨런대라는 자기층을 갖고 있어 이러한 태양풍으로부터 보호를 받는다. 그런데도 태양풍이 강해질 때는 통신 장애가 일어나거나 인공위성이 궤도를 벗어나고, 또 동물들이 방향 감각을 잃는 사고가 일어난다. 그러니 대기층이 없는 우주공간이나 행성은 그야말로 무방비라고 할 수 있다.

따라서 우주정착촌을 세울 땐 그 행성의 자기장에 대한 연구가 이뤄져야 한다. 그 자기장이 태양풍을 얼마나 막을 수 있는지를 알아 내서 그에 대한 대비책을 세워야 하기 때문이다. 그리고 현재 지구에서 날씨 예보를 하는 것처럼, 태양풍을 중심으로 우주 환경에 대한 예보가 꼭 필요하다.

내 몸은 어떤 걸 주의해야 하나?

자, 이제 슬슬 이삿짐을 싸기 시작하세요. 앗, 그런데 한 가지 빠트린 게 있군요. 우주로 이사를 가려면 아주 오랫동안 여행을 해야 하는데, 건강은 괜찮으신지…?

우주에서 살려면 튼튼해야
현재 유인탐사선이 화성까지 가는 데 덜리는 시간은 2년 정도. 물론 영화에서처럼 중력이 작용하는 우주선 안에 넓은 응접실도 있다면 우주 여행이 그리 불편하지 않을 수도 있다. 그러나 현재의 기술로는 2년 동안이나 좁고 밀폐된 우주선에 갇혀 있다시피 해야 한다. 따라서 우주 비행사를 선발할 때처럼 우주로 이사를 떠나기 전에는 꼼꼼하게 건강을 확인해야 한다.

① 감압병 주의
무중력 상태로 오래 있게 되면 기압이 낮기 때문에 우리 몸에 녹아 있던 질소가 공기방울이 되어 몸의 곳곳을 자극한다. 혈관이 막히거나 연골에 염증이 생길 수 있다. 우주선 안에 고압 산소치료실과 같은 곳이 필요하다.

② 스트레스
우주 환경에서는 좁고 밀폐된 공간과 긴장에서 오는 스트레스로 수면 장애가 생기거나 면역 기능이 떨어질 수 있다. 혈액 검사를 통해 미리 충분한 휴식과 영양을 섭취하고 비타민과 같은 약물을 챙겨야 한다.

③ 신장 결석
기압이 낮아지면 뼈에서 칼슘이 빠져 나가면서 뭉쳐 신장결석이 생길 수 있다. 이 병에 걸리면 매우 고통스럽기 때문에 미리 몸에서 칼슘을 잘 만들고 저장하는지 확인해야 한다.

④ 소음
우주선은 엔진이나 장비로 인해 매우 시끄럽다. 오랫동안 이런 소음에 노출되면 소음성 난청이 올 수 있다. 귀마개는 필수이며, 휴대용 청력 검사기도 가져가야 한다.

⑤ 충치
꼼꼼하게 치과 치료를 하고 떠나도 장기간 우주여행을 하면서 충치나 염증이 생길 수 있다. 간단한 충치 치료가 가능한 덴탈 키트를 챙겨 가야 한다.

⑥ 감염성 질환
우주선에서는 창문을 열 수가 없기 때문에 공기가 오염되기 쉽다. 또 물이나 음식을 계속 먹어야 하므로, 청결한 상태가 유지되지 않으면 수인성 전염병 같은 것이 생길 수도 있다. 미리 철저하게 감염 질환을 검사해야 한다.

⑦ 뼈와 근육 약화
기압이 낮은 상태에서 칼슘이 빠져나가면 골다공증처럼 뼈가 약해진다. 근육은 점점 쭈그러든다. 전문가들은 1년이 넘는 우주여행을 위해서는 인공으로 중력을 만드는 장치가 개발되어야 할 것으로 보고 있다.

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뭘 타고 가지?

건강까지 검사했겠다, 이제 곧 출발해도 되겠군요. 그런데 이사할 때 뭘 타고 가실 건가요? 자, 골라 봅시다~.

더 빠르게! 차세대 플라즈마 로켓
현재까지 우주여행에 사용되는 로켓은 주로 화학식 로켓이었다. 화학식 로켓은 연료를 태워 내뿜는 힘에 대한 반작용으로 앞으로 나아간다. 짧은 시간 안에 빠른 속도로 나아가는 장점이 있으며, 오랫동안 기술이 축적됐기 때문에 꽤 안전하다. 하지만 연료가 많이 들기 때문에 멀리 가기 어렵고 효율적이지 않다. 또 효율을 높이기 위해서는 로켓의 엔진이 커져야 하고, 그러면 발사할 때 연료가 더 많이 필요해 한계가 있다.

최근 NASA에서는 화성처럼 장거리 우주여행을 위해 차세대 플라즈마 로켓(VASIMR)을 연구하고 있다. 이 로켓은 전기로 연료를 이온화하여 고속으로 내뿜고, 이 때 생기는 운동에너지로 엔진을 움직인다. 수소, 헬륨, 중수소를 연료로 쓸 수 있으며 필요한 전기는 원자력 에너지나 태양 에너지를 이용해 얻는다.

차세대 플라즈마 로켓은 화성까지 가는 시간을 절반으로 줄일 수 있어, 우주 비행사들이 우주 방사능에 노출되는 시간도 줄 것으로 기대되고 있다. 게다가 수소나 헬륨 등을 연료로 쓰기 때문에 되돌아올 연료를 싣고 가지 않아도 된다. 예를 들어 화성에서 얼음층의 수소를 분리하면 지구로 되돌아갈 연료를 충분히 채울 수 있다.

태양바람 타고 가는 우주범선
차세대 우주여행 수단으로는 우주범선이 있다. 우주범선은 태양에서 나오는 빛의 복사압을 이용해 우주를 여행하는 이동 수단이다. 앞서 말한 대로 화학식 로켓을 이용하면 대부분의 연료가 지구 궤도를 벗어나는 데 쓰이게 된다. 그래서 우주 공간으로 나아갔을 때는 새로운 추진 에너지가 필요하다. 우주범선은 이 에너지를 태양에서 얻기 때문에 따로 연료가 필요없다는 것이 가장 큰 장점! 하지만 태양의 복사압이 작아서 충분히 충전하는 데 시간이 오래 걸린다. 그래서 사람보다는 화물을 실어 나르는 데 더 알맞다.

실제로 지난 2005년, 최초의 우주범선인 코스모스1호가 우주로 발사되었다. 코스모스1호는 미국과 러시아의 항공우주 전문가들이 만들었는데, 거울로 코팅된 두께 0.005㎜, 길이 14m의 얇은 돛 8개를 풍차 모양으로 달고 있었다. 그런데 안타깝게도 첫 우주범선은 실종되고 말았다. 하지만 태양 복사압의 활용이 연료 문제를 해결해 효율적인 우주여행을 가능하게 해 줄 수 있기 때문에 앞으로도 관심은 계속 될 것이다.

우주에서 살게 되면…

요다님의 전화 요청

요다 : 자, 어때요? 새로운 행성의 정착촌이 맘에 드나요?

아빠 : 네, 요다님의 꼼꼼한 소개 덕분에 이렇게 우주에서 살게 되었어요.

가족들 : 함께 정말 고맙습니다!

요다 : 하하, 쑥스럽구만! 그런데 아직 고맙다는 인사를 받기는 일러요. 정착촌에서도 해결해야 할 문제들이 있답니다. 마지막으로 그걸 얘기해 주려고 이렇게 화상전화를 했답니다. 함께 보면서 곰곰이 생각한다면 우주에서의 생활에 많은 도움이 될 거예요.


우주에서도 쓰레기는 골치
화성까지 가는 데 2년이 걸린다고 했을 때 6명에서 약 6톤의 쓰레기가 나온다. 이정도라면 화성에 내리기 전부터 쓰레기에 눌릴 지경! 현재 우주 비행에서 쓰레기는 지구로 가지고 오지만, 우주정착촌에 살 때는 다른 방법이 필요하다.

현재 연구되고 있는 것은 쓰레기를 재활용하는 것으로, 여기에는 미생물이 쓰인다. 지오박테리아 종류는 유기물인 쓰레기를 먹고 분해해 전기를 만들어 낸다. 실제로 미국의 펜실베니아대학교에서는 이 박테리아가 쓰고 난 물을 깨끗하게 하면서 전기를 생산해 내는 장치를 개발했다.

또한 우주에서는 마실 수 있는 깨끗한 물도 꼭 확보해야 한다. 화성의 극관에서 얼음을 찾는다해도 그냥 마실 수는 없는 일! 현재는 화학물질을 먹는 미생물을 이용해서 물을 깨끗하게 거르는 정수 장치에 대한 연구가 활발하다.

타산지석, 바이오스피어2
오래전부터 인류가 꿈꿔 온 우주정착촌은 잠깐 동안 머무르는 기지가 아니라 지구처럼 잘 갖춰진 생태계였다. 그래서 1991년에는 미래에 화성에 세워질 새로운 정착촌을 위해 밀폐된 인공 지구를 만들어 실험에 들어갔다. 이것이 바로 바이오스피어2다.

미국 애리조나 주에 만든 바이오스피어2는 유리로 밀폐된 1만 3000㎢의 공간으로, 거주구역, 농업구역, 자연구역으로 나누어져 있다. 또 열대우림, 사바나, 습지대, 바다, 사막의 다섯 가지 생물권도 만들어 지구 생태계를 그대로 본뜨고자 했다. 여기에 8명의 사람이 들어가 밖에서 어떤 도움도 받지 않고 숨쉬고, 먹고, 생활할 수 있는지를 실험했다. 2년 동안 진행될 계획이었던 바이오스피어2는 18개월 만에 실패로 끝이 났다. 기대했던 것과는 달리 산소 농도가 줄어들고 이산화탄소가 계속 늘어나는 데다 일부 곤충만이 번식을 하는 등 생태계의 균형이 깨졌기 때문이다.

화성에 대기층을 만들고 식물을 살게 해서 생태계를 만드는 일은 바이오스피어2보다 훨~씬 더 성공하기 어려운 일이다. 그러나 하늘을 날거나 우주에 가는 일도 오래전에는 상상일 뿐이었다. 그래서 뜨거운 관심과 연구가 계속되는 지금, 우주에 살고자 하는 인류의 꿈은 결코 헛되어 보이지 않는다.

과연, 모든 숙제를 풀고 우주로 이사 가는 날은 언제쯤일까?

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