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수성 탐사

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목차

1. 개요

수성 탐사는 태양에 가깝고 극한 환경으로 인해 어려움이 많다. NASA의 매리너 10호는 최초의 수성 근접 관측을 통해 자기장과 표면의 크레이터를 발견했고, 메신저는 수성의 밀도, 지질학적 역사 등을 연구하여 물 얼음과 유기 화합물의 가능성을 확인했다. 현재 ESA와 JAXA가 공동으로 진행하는 베피콜롬보는 2025년 수성 궤도 진입을 목표로 다양한 과학적 질문에 대한 답을 찾기 위해 설계되었으며, 러시아와 NASA에서도 수성 착륙선 임무를 제안했다.

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수성 탐사

2. 수성 탐사의 어려움

수성은 태양과 매우 가깝고 자전 속도가 느려 표면 온도가 극단적으로 변하기 때문에(427°C ~ -173°C) 처음에는 탐사 계획의 초점이 되지 않았다.[49]

수성 탐사가 어려운 또 다른 이유는 수성 주위를 선회하는 궤도를 잡기 어렵기 때문이다. 태양과의 거리가 가까워 탐사선이 태양 중력장에 끌려가기 때문이다. 게다가, 끌려갈수록 속도가 빨라지기 때문에, 수성 궤도에 이르렀을 때는 탐사선의 속도를 늦추어야 한다. 이를 위해서는 상당한 양의 연료가 필요하다. 이는 지구 궤도에서 움직이는 인공 위성과는 다르다. 한편, 수성의 대기는 매우 희박하기 때문에 에어로 브레이크나 낙하 장비를 사용하여 행성에 착륙해 탐사하는데 더욱 큰 어려움이 된다.[49]

수성은 태양을 매우 빠르게 공전하므로(24.25mi/s와 30mi/s 사이) 우주선이 수성에 도달하려면 매우 빠른 속도로 이동해야 한다. 수성이 태양에 매우 가깝다는 것은 우주선이 태양의 중력에 의해 더욱 가속된다는 것을 의미하며, 궤도 진입을 위해 감속하려면 상당한 연료 소비가 필요하다.[3] 또한, 수성의 대기가 거의 없기 때문에 수성에 착륙하려는 탐사선은 공력 브레이크나 낙하산을 이용할 수 없어[32] 착륙 임무를 위해서는 더 많은 연료가 필요하다.

3. 수성 탐사 역사

수성은 태양과 매우 가깝고 자전 속도가 느려 표면 온도 변화가 극심하여( 427°C ~ -173°C )[49] 초기에는 탐사 대상으로 주목받지 못했다. 한때 테라포밍 가능성도 논의되었지만, 먼 미래에나 가능하며 화성보다도 실용성이 떨어진다는 의견이 많았다.

수성 탐사가 어려운 또 다른 이유는 태양의 강한 중력 때문에 궤도 진입에 많은 연료가 필요하고, 희박한 대기로 인해 에어로 브레이크나 낙하 장비를 사용하기 어렵기 때문이다.[49]

그럼에도 불구하고, 과학자들은 지상 망원경 관측을 통해 수성에 대한 여러 가지 가설을 세웠고,[48] 매리너 10호가 예기치 않게 관측한 자료들은 학계의 큰 관심을 불러일으켰다.[49] 이후 메신저와 베피콜롬보 등의 탐사선들이 발사되어 수성의 비밀을 밝히기 위한 노력이 계속되고 있다.

3. 1. 매리너 10호 (1973-1975)

매리너 10호


NASA의 매리너 10호는 금성과 수성의 대기, 표면, 물리적 특징을 조사하기 위한 탐사선이었다. 1973년 11월 2일 21시 45분 (태평양 표준시) 케네디 우주센터에서 발사되었다.[51] 수성은 태양과 가까워 궤도 진입이 어려웠기 때문에, 매리너 10호는 금성의 중력장을 이용한 플라이바이를 통해 1974년 3월 29일 수성에 근접 통과했다. 이는 최초의 수성 근접 관측이었다.[48]

매리너 10호는 태양 주위를 한 바퀴 돌 때 수성은 두 바퀴 돌도록 설계되어, 임무 종료 전까지 두 번 더 수성에 접근했다. 그러나 매번 같은 면만 관측되어, 전체 표면의 45%만 촬영할 수 있었다. 1975년 3월 24일, 연료 부족으로 매리너 10호와의 통신이 두절되면서 임무가 종료되었다.[48]

근접 관측을 통해 얻은 두 가지 중요한 정보는 다음과 같다. 첫째, 지구와 매우 유사한 수성의 자기장이 발견되었다. 이는 수성의 느린 자전 속도를 고려할 때 과학자들에게 큰 놀라움이었다. 둘째, 표면에 다수의 크레이터가 존재하는 것이 확인되었다.[52] 이러한 시각 자료는 과학자들이 수성의 지질학을 연구하는 데 중요한 정보를 제공했다.[53]

3. 2. 메신저 (2004-2015)

메신저(MESSENGER)는 NASA에서 발사한 수성 탐사선으로, 2004년 8월 3일 케이프 커내배럴 공군기지에서 발사되었다.[55] 2005년 2월에는 지구, 2006년 10월[48]과 2007년 10월에는 금성을 지나쳤으며, 2008년 1월, 10월 및 2009년 9월에는 세 번 수성을 지나쳤다. 이러한 플라이바이(근접 통과)를 통해 수성 표면의 95% 이상을 촬영했다.

메신저는 화학적 이중 추진 시스템을 사용하여 2011년 3월 18일 수성 궤도에 진입했다.[58] 연료가 소진되어 궤도 유지가 불가능해지자, 2015년 4월 30일 수성 표면에 충돌하며 임무를 마쳤다.[56]

메신저는 수성에 대한 6가지 주요 의문점을 해결하기 위해 자료를 수집했다.[47]

의문점
수성의 밀도가 높은 이유
수성의 지질학적 역사
수성 내부 핵의 구조
자기장의 근원
수성 극점에 존재하는 물질
수성에 존재하는 휘발성 물질



2011년 3월 15일부터 2014년 12월 30일까지 수성 주위를 도는 메신저의 궤적 (애니메이션)


메신저가 첫 번째 수성 플라이바이에서 찍은 사진으로, 이전에는 알려지지 않은 많은 특징을 보여준다.


수성의 바라나우스카스 크레이터(중앙)의 근사적인 색상 표현. 크레이터 내 밝은 부분은 할로우이다.

3. 3. 베피콜롬보 (2018-현재)

ESA과 JAXA가 공동으로 계획한 베피콜롬보는 두 대의 소형 탐사선, 즉 MPO (유럽 제공)와 MMO (일본 제공)로 구성되어 있다.[57] MPO는 수성의 표면과 외기권 조성을 매핑하기 위해 여러 파장에서 이미지를 획득하고, 미오(MMO)는 자기권을 연구한다.[24]

수성 탐사선 ''BepiColombo''의 모습(예술가 묘사), 수성 궤도선(왼쪽)과 수성 자기권 궤도선(오른쪽)


베피콜롬보는 다음과 같은 질문에 대한 답을 찾기 위해 노력한다.[57]

# 태양 성운, 행성계에 있어서, 수성에 대해 연구해야 할 것은 무엇인가?

# 왜 수성의 밀도는 다른 지구형 행성보다 높은가?

# 수성의 핵은 액체인가? 고체인가?

# 오늘날도 수성 구조는 활동적인가?

# 금성과 화성, 달도 가지고 있지 못한 작은 행성이 왜 자기장을 가지고 있는가?

# 수성의 주 성분이 철임에도, 분광 관측으로는 발견되지 않았던 이유는 무엇인가?

# 극점의 영구 동토에는 황 혹은 얼음이 존재하는가?

# 외기권의 형성 원리는 무엇인가?

# 이온층이 없는데도, 자기장과 태양풍이 어떻게 상호 작용을 하는가?

# 수성의 자화(磁化)된 환경이 지구에서 관측되는 오로라, 밴 앨런대, 자기 폭풍 등이 존재한다는 것을 암시하는가?

# 공간의 왜곡으로 인한 수성의 근일점 변화가 일반 상대성 이론에 근거한 결과의 오차값을 더 줄일 수 있는가?

베피콜롬보는 메신저 계획을 보완하도록 설계되었으며, 보다 향상된 측정 장비를 싣고 있다. MPO는 수성에 더 가까운 원 궤도를 돌며, MMO와 메신저는 큰 타원 궤도를 돈다. 이는 궤도의 안정성과 보다 적은 연료를 사용하기 위한 조치이며, 서로 얻는 정보를 보완하여 보다 정확한 측정값을 제공하기 위함이다.[58]

매리너 10호나 메신저와 같이, 베피콜롬보는 금성과 지구에서 플라이바이를 사용하며, 태양 에너지 추진을 이용하여 달, 금성을 지나 수성에 느린 속도로 도달할 예정이다. 이러한 기술은 태양 중력의 영향을 최소화하여 수성에 접근하기 위해 필수적이다.[48]

베피콜롬보는 2018년 10월에 발사되어,[45][46] 2025년 12월 5일 수성 궤도에 진입할 예정이다. 그 후, 2년 동안 수성에 대한 정보를 모으고 연구를 행할 것이다.

4. 향후 수성 탐사 계획

베피콜롬보 이후에도 수성 착륙선 등 추가적인 탐사 계획이 논의되고 있다.

4. 1. 러시아의 수성-P (2031년 예정)

러시아 연방 우주국이 수성 착륙선 임무인 수성-P를 제안했으며, 발사 예정일은 2031년이다.

4. 2. NASA의 뉴 프론티어 프로그램 제안 (2035년 발사 예정)

응용물리학연구소(Applied Physics Laboratory)는 NASA의 뉴 프론티어 프로그램(New Frontiers program)에 수성 착륙선(Mercury Lander)을 제안했다.[1] 선정될 경우, 2035년 3월에 발사하여 2045년 4월에 착륙할 예정이다.[1]

5. 수성 테라포밍

한때 수성의 테라포밍 가능성이 논의되었다. 그러나 먼 미래에 가능하며, 가능하더라도 화성보다도 덜 실용적이라는 주장이 많았다.[49] 극지방 주변에 거주할 가능성이 논의되었지만, 화성이나 금성의 테라포밍보다 실현 가능성이 훨씬 낮고 먼 미래의 일이다.[32]

참조

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[2] 웹사이트 NASA: Solar System Exploration: Missions to Mercury http://solarsystem.j[...] Munsell Kirk-editor 2007-01-27
[3] 간행물 Interplanetary Communications https://archive.org/[...] 1968-07
[4] 웹사이트 NASA: Solar System Exploration: Planet Mercury http://solarsystem.j[...] Munsell Kirk-editor 2007-01-27
[5] 웹사이트 Critical decisions on Cosmic Vision http://www.esa.int/F[...]
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[9] 서적 Flight to Mercury https://archive.org/[...] Columbia University Press 1977
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[12] 문서 Dunne 1978
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[33] 문서 Shirely 2003
[34] 서적 The Voyage of Mariner 10: Mission to Venus and Mercury U.S. Government Printing Office 1978
[35] 문서 Dunne 1978
[36] 문서 Dunne, 1978, p. 101
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[43] 웹사이트 水星磁気圏探査機MMOに関する説明会 https://fanfun.jaxa.[...] JAXA 2017-07-06
[44] 웹사이트 水星磁気圏探査機MMOに関する説明会資料 https://fanfun.jaxa.[...] JAXA 2017-07-06
[45] 뉴스 水星探査機「みお」打ち上げ成功　２０２５年到着予定 https://www.asahi.co[...] 2018-10-20
[46] 뉴스 水星探査機「みお」打ち上げ＝日欧共同計画、仏領ギアナから－ＪＡＸＡ https://web.archive.[...] 2018-10-20
[47] 웹사이트 MESSENGER: MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging http://messenger.jhu[...] JHU/APL 2007-01-27
[48] 웹사이트 NASA: Solar System Exploration: Missions to Mercury http://solarsystem.j[...] Munsell Kirk-editor 2007-01-27
[49] 웹사이트 NASA: Solar System Exploration: Planet Mercury http://solarsystem.j[...] Munsell Kirk-editor 2007-01-27
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[54] 문서 Dunne, 1978, p. 103
[55] 웹사이트 MESSENGER Launch to Mercury Postponed https://web.archive.[...] 2007-02-04
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[59] 논문 Present status of the BepiColombo/Mercury magnetospheric orbiter http://www.sciencedi[...] 2006


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