남극 상공에 ‘55일 최장 체공 도전’ 풍선 띄운다고?…이유는 ‘이것’

다음달 1일 ‘구스토’ 망원경 성층권으로

고도 36㎞ 머물며 ‘성간 물질’ 관측

로켓 쓰지 않아 이륙 비용 적게 들어

원적외선 탐지해 별 탄생 과정 규명 예정

내부에 공기보다 가벼운 기체인 헬륨을 채우고 있는 미국 항공우주국(NASA)의 과학 연구용 풍선의 모습. NASA 제공

다음달 1일 미국 항공우주국(NASA)의 과학 연구용 풍선에 매달려 지상을 떠날 구스토 망원경의 상상도. 성층권인 고도 36㎞까지 상승할 예정이다. NASA 제공

다음달 1일 남극 대륙에서 역사상 최장 체공 기록에 도전하는 과학 연구용 풍선이 이륙한다. 이 풍선의 체공 목표 기간은 무려 55일이다. 풍선 아래에는 우주의 먼지와 가스를 뜻하는 ‘성간 물질’을 탐지할 특수 망원경이 매달릴 예정이다. 풍선은 발사에 돈이 많이 드는 로켓을 쓰지 않아도 공중에 뜨기 때문에 적은 비용으로 우주의 비밀을 풀 방법이 될 것이라는 기대가 나온다.

미국 항공우주국(NASA)은 다음달 1일 남극 대륙에서 운영하는 자국의 ‘맥머도 기지’ 근처에서 과학 연구용 대형 풍선을 띄울 계획이라고 27일(현지시간) 밝혔다.

이번 계획의 핵심은 ‘구스토’라는 이름이 붙은 천체 관측용 망원경을 풍선에 매달아 지구 상공으로 상승시키는 것이다. 풍선은 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌 재질의 얇은 필름으로 제작됐다. 풍선 내부에는 공기보다 가벼운 기체인 헬륨을 채운다. 완전히 부풀면 110만㎥까지 커진다. 올림픽 경기용 수영장(2500㎥) 440배에 이르는 엄청난 부피다.

이렇게 큰 덩치를 통해 부력을 얻어 자연스럽게 하늘로 올라간다. 풍선이 목표로 하는 고도는 상공 36㎞다. 성층권이다. 국제선 여객기 비행 고도(10㎞)의 3배가 넘는 높은 하늘이다. 

풍선의 체류 목표 기간은 55일이다. 거의 2개월에 육박한다. NASA는 지난 40여년 간 1700개 이상의 과학 연구용 풍선을 띄웠지만, 체공 기간은 대개 수시간에서 수일 사이였다. 이번처럼 오랫동안 하늘에 머무르는 것을 목표로 하는 풍선을 띄우는 것은 처음이다. 그만큼 많은 관측 자료를 수집할 수 있을 것으로 예상된다.

지구에서 16만3000광년 떨어진 대마젤란 은하의 모습. 미국 항공우주국(NASA) 제공

풍선에 매달려 하늘로 올라갈 망원경인 구스토는 우주의 별과 별 사이에 존재하는 ‘성간 물질’을 감지하도록 설계됐다. 주관측 대상은 태양계가 속한 우리은하, 그리고 우리은하 주변에 존재하는 대마젤란은하다.

별과 별 사이는 텅 빈 공간이 아니라 다양한 물질들이 떠다니는데, 그것의 물리적 실체를 확인하려는 것이 목표다. 성간 물질은 별을 탄생시키는 데 중요한 재료다. 비유하자면 수제비(별)를 만들기 위한 밀가루(성간 물질)에 해당한다.

그런데 NASA는 왜 인공위성이 아니라 풍선으로 우주를 관측하려는 것일까. 비용 때문이다. 인공위성은 필수적으로 로켓에 실어야 하는데, 로켓을 쏘려면 돈이 많이 든다.

단 1㎏짜리 물체를 지구 저궤도까지 올리는데에도 유럽의 아리안 5호로는 8900달러(1150만원)가 들어간다. 재사용 로켓을 이용해 발사 비용을 크게 낮춘 미 민간우주기업 스페이스X의 팰컨9으로도 2700달러(340만원)가 소요된다. 반면 풍선은 이륙을 위해 로켓 같은 복잡하고 비싼 기계장치를 쓰지 않는다. 내부에 헬륨만 채우면 공중에 뜬다.

지구를 완전히 벗어나 우주로 가지 않고 성층권까지만 올라가도 관측 임무를 잘 수행할 수 있을까. 문제 없다고 NASA는 본다. 성층권까지만 올라가도 원적외선을 가리는 대기권 내 ‘수증기’를 피할 수 있어서다.

NASA는 공식 설명자료를 통해 “구스토에 (성간 물질에 함유된) 탄소, 질소, 산소 등을 원적외선 영역에서 감지하는 장치를 장착할 예정”이라며 “원적외선 관측을 방해하는 대기권 내 수증기의 99%가 풍선 비행 고도 아래에 집중돼 있다”고 설명했다. 

이번 풍선을 굳이 남극에서 띄우는 데에도 이유가 있다. NASA는 공식 설명자료를 통해 “남극은 지금 여름이기 때문에 하루 24시간 햇빛을 받을 수 있다”며 “태양광 전지판으로 생성한 전기를 통해 망원경 등의 전자장비를 원활히 작동시킬 수 있다”고 밝혔다. 

 2023.11.28   경향신문 이정호 기자