아라타입니다.



[우주] 지구에서 가장 멀리 있는 인위적 개체, 보이저 1-2호 (1/3)
https://pgrer.net/?b=8&n=51512


어제에 이어,
오늘 그 두번째 이야기,
보이저 1-2호 중 1호에 대해 알아보겠습니다. (강력 스압 예상)




[Voyager 1]





1. 보이저 1호

- 보이저 1호는, 미항공우주국 나사에서 만든 722kg짜리 우주탐사선으로써,
   태양과 점점 멀어지는 미션으로 인해 태양광 발전에만 의존할 수 없어,
   플루토늄을 이용한 핵연료를 기반으로 오랜기간 지구와 지속적인 쌍방향 통신을 할 수 있도록 고안되었으며,
   오늘(2014년 5월 3일)이 지구를 떠난지 36년 3개월 28일째 되는,
   지금 이 시각에도 지구와 최대한 멀어지는 단 하나의 임무를 수행중인,
   인간이 만든 인위적 개체 중 가장 멀리 떠나고 있는 탐사선입니다..

- 목성과 토성을 근접 탐사하는 것이 첫번째 임무었고,
   그 후 태양계 행성공전 궤도와 다른 수직적 방향으로 태양계의 끝을 만나는게 두번째 임무,
   그리고 나서, 아예 태양계를 벗어나 외우주라 불리는 곳에 성간물질이 존재하는 곳으로 떠나는게 마지막 임무입니다.

   그 후에는 지구와의 통신이 단절되기에,
   보이저가 최종 도착하는 곳은 지구에서 파악할 수 없으며, 단지 통신을 위해서만 존재할,
   아껴아껴쓴 나머지 핵연료가 다하는 약 2030년에 보이저와의 통신이 두절될 것이라 예상하고,
   이 외롭고도 외로운 보이저 1호는 그 임무를 공식적으로 마치게 될 것입니다..
  



2. 미션의 배경

- 미국은 1960년대 우주 외부행성을 연구할 목적으로, 그랜드 투어 계획을 수립합니다.
  1970년대 이르러 더욱 깊어져만 가는 냉전체제에 대응하기 위해,
  미국 정부는 미사일 기술개발의 일환으로 이 계획을 받아들이고,
  점차 급진적으로 개발되어가는 미사일 실험도 할겸 우주로 우주로 무언가를 쏘아 올리게 됩니다.
  그리하여, 미국의 천재적인 우주과학 기술자들도 미사일 기술개발에 힘입어,
  이번 기회에 아예 우주를 더욱 더 탐사하기로 결정하게 된 것이고,

  이미 파이오니아 10호가 목성을 탐사하여 어느 정도의 정보를 나사에 던져주고,
  거기에 더해 매리너 계획에 의해 외부 행성까지의 항법도 새로이 개발되는 그 시점,

  170년만에 한 번 온다는 각 행성들의 공전궤도와 행성들의 위치가 일직선으로 일치한다고 하여,
  이런 더없을 좋은 기회에 일직선으로 있을 외부행성들을 한꺼번에 탐사하는 것은 너무나 효율적이라고 판단,
  급기야 보이저 프로그램으로 이름을 바꾸고 당시 모든 기술들을 집약하여 보이저 1호를 만들어 냅니다.

  그러나, 10회에 걸쳐 30%의 실패율을 보유한 매리너 계획 때문에,
  원래 매리너 11호로 명명된 보이저 계획은 일단 예산이 대폭으로 삭감되면서,
  목성과 토성의 근접저공 탐사비행으로 임무를 단순화 할 수 밖에 없었습니다.
  그리곤 임무완료 후 외부로 날려보내어, 언제일지 모를 연료가 다 떨어질 때 까지만 통신을 하기로 했습니다.
  그 예상은 1989년이었는데,
  지금까지 이렇게 오래동안 생존해서 통신이 될줄은 그 때는 예상하지 못했었죠..



- 보이저 1호의 특이한 점은,
  지구의 목소리를 담은 골든 레코드디스크를 본체 외부에 부착했다는 것이죠.
  아마 많은 분들이 이건 기억하고 계실겁니다.


보이저에 부착된 골든 레코드(황금도금)


좀 더 왼쪽으로.. 좀 더 오른쪽으로.. 좀 아래로.. 그래, 거기.

  50여개국의 인사말과 태양계의 모습, 그 안에서의 지구의 위치, 지구에 사는 생명체 사진과 설명,
  미국 대통령과 유엔사무총장의 인사말, 고래 울음소리, 아기 울음소리, 파도소리, 심장박동소리, 인간의 뇌파,
  그리고 베토벤과 모차르트 등 클래식 음악과 동서양의 고전 등..

  만약 저 멀리 어느 문명체가 이 디스크를 발견하고 해독할 수 있을정도의 기술이라면,
  어렵지 않게 지구에 대해 이해할 수 있을 전반적인 내용을 거진 포함하고 있습니다.
  다만, 그 지능형 생명체가 무조건 선할 것이라는 막연한 기대에 보내어진 것이라,
  당시에는 이 디스크 부착의 문제를 두고 반발도 심했었죠.
  만약 이걸 본 악한 외계인이 우주전함이라도 끌고 지구를 찾아온다면,
  고작 지구는 우주로 나갈 수만 있는 몇 대의 비행선만을 가지곤 대응도할 수 없이 멸명의 길을 갈 수도 있으니까요.
  어느 날, 배틀크루져 몇 대가 하늘에 떠 있다면, 아 이 보이저란 놈이 제대로 일을 했구나..생각하시면 됩니다..  

  이것은, 칼 세이건이 미국 대통령 레이건에게 제안하여 받아 들여진 것이라고 합니다..



- 탐사선의 디자인과 연료체계


보이저의 외부 모습과 각 명칭

  이 보이저는 아주 단순히 생겼습니다.
  우선 태양전지를 사용하지 않기 때문에, 탐사선에서 흔히 보이는 태양전지판이 없어서 좀 외소해 보이기도 하죠..
  저런 형태의 비행체가 어떻게 날아갈까..싶기도 한데,
  뭐 공기저항이 없는 우주에서의 비행에는 생김새가 어찌되었건, 자유로운 유영엔 아무런 영향을 주진 않습니다.

  보시다시피, 3.7m 직경의 둥근 접시는 지구와의 통신을 위한 접시 안테나이며,
  나머지는 뭐 보시면 아실겁니다.
  카메라가 달려있고, 길쭉한 안테나도 있고, 적외선측정기, 분광기, 전하입자검출기, 우주선(Cosmic ray) 검출기  등등..
  여러 탐사에 필요하고 그 결과물을 보낼 수 있는 최소한의 장치들로만 구성되어졌죠..
  보이저는 굉장히 멀리서 전파를 보내오기 때문에,  
  우주에 떠도는 다른 탐사선의 안테나를 고의적으로 거쳐서(중계기역할) 지구로 전파가 도달하게 됩니다.
  그게 워낙 멀어서, 현재 그 위치에서 보이저가 데이터를 송신한다면, 지구엔 대략 17시간 후에 도착하게 되는 것입니다..


  그리고 눈여겨 볼 부분은, 당시 과학자들의 예상을 뛰어넘고 아직까지도 그 생명력을 유지하고 있는 핵연료 전지입니다.



  이 '방사선동위원소 열전자 발전기'는,
  플루토늄238 산화물로 구성되어, 화학반응으로 열을 뿜어내어 그 열을 전기에너지로 바뀌게 하여 전력으로 이용하는 겁니다.
  이 핵연료는 반감기가 87년이고, 1년에 0.78%씩 연료가 줄어듭니다.
  그러나 연료가 줄어들면 들수록, 발생하는 열전자 또한 줄어들어 시간이 갈수록 전력은 가속을 붙어 약해지는 것입니다.

  그러나, 이 녀석 덕분에 여태껏 아주 미약하지만 꾸준히 일정한 정보(데이터)를 지구로 보낼 수 있는 힘이 되는 것이죠.
  이 녀석의 데이터 송출량은 1회 고작 20byte가 전부입니다..
  또한 6kb에 불과한 저장공간에,
  지구에서 내리는 어떠한 전파를 '받아서 분석하여 처리하고 결과를 송출'할 수 있는,
  탐사선이 갖춰야할 전반적인 관리데이터가 저장되어 있습니다.
  이건 마치, 최신 게임의 최적화가 아주 잘 진행되어 고물컴퓨터에서 최상옵으로 구동이 되는 것과 비슷합니다..

  이 핵연료를 사용하여 필요할 때마다 궤도를 바꿔가면서 스윙바이를 했고,
  연료가 점검 더 고갈되어 2010년엔 자외선 관찰측정이 중지,
  그리고 2015년엔 디지털 기록기의 작동이 중지,
  또한 2016년엔 평행유지 자이로 장비가 중지,
  그리고 2020년에는 최소한의 전력으로 장비들간의 전력 공유가 이뤄지고,
  마지막으로 2025-30년 사이에는 모든 전력이 중단되어 더이상 지구와의 통신이 두절되게 됩니다..





3. 보이저 1호의 궤도

- 보이저 1호와 2호는 각각 목성과 토성을 거쳤습니다.



  위 그림에서 보다시피,
  보이저 1호와 2호는 태양계 행성의 공전궤도와 평행되는 위치로 날아가는게 아니라,
  거의 수직이 되는 방향으로 위/아래 갈라져 날아갑니다.

  1호는 토성 관찰이 끝난 후 바로 방향을 틀어 태양계 공전궤도의 윗쪽으로 출발했고,
  2호는 천왕성, 해왕성을 관찰한 후에 아래쪽으로 방향을 잡고 날아가는 것이죠.
  2호가 천왕성, 해왕성을 위해 좀 더 평행을 유지하며 날아갔기에,
  1호가 현재 지구에서 가장 먼 개체로 인식되는 것입니다.



  좀 더 이해를 돕기 위해, 한글로 된 비슷한 그림을 가져왔습니다.
  현재 보이저의 위치가 대략 보이시죠?
  그림엔 아직 성간공간으로 진입은 못했지만,
  2013년 9월 13일, 나사는 보이저 1호가 성간공간(Interstellar Space)으로 진입했다고 발표했습니다.
  인간이 만든 물체가 거기 도달함이 밝혀졌지만,
  인류 중 아무도 도달해 보지 못한 그 알 수 없는 공간은, 여전히 상상외에 미지의 공간일 수 밖에 없습니다..  

  또한 보이저는 거의 수직으로 날아갈 수 있었기 때문에,
  60억km를 날아간 보이저 1호가 위에서 아래로 내려다보며 태양계 행성의 공전모습을 한 눈에 볼 수 있었고,
  그 결과 아래와 같은 사진이 나오게 됩니다.

  이름은 '태양계 가족 초상화'.



  수성과 화성은 태양빛에 의해 찍을 수가 없었고, 나머지 6개의 행성을 한 면에 쵤영했습니다.
  이렇게 모자이크로 된 원본사진으로는 감이 안잡히실 것 같아,


  이렇게 보면 대략 위에 모자이크 사진이 어떤 형상인지 이해가 되실겁니다.

  이 사진을 찍고, 아주 조그맣고도 창백한 푸른 점(pale blue dot)으로 찍힌 지구에 너무 감동을 받은 칼 세이건은,

  Look again at that dot. That's here. That's home. That's us.
On it everyone you love, everyone you know, everyone you ever heard of, every human being who ever was,
lived out their lives. The aggregate of our joy and suffering, thousands of confident religions, ideologies, and economic doctrines,
every hunter and forager, every hero and coward, every creator and destroyer of civilization, every king and peasant,
every young couple in love, every mother and father, hopeful child, inventor and explorer, every teacher of morals,
every corrupt politician, every "superstar," every "supreme leader," every saint and sinner in the history of our species lived there
- on a mote of dust suspended in a sunbeam.

저 점을 다시 보자. 여기 있다. 저것이 우리의 고향이다. 저것이 우리다.
우리가 사랑하는 모든 이들, 우리가 알고 있는 모든 사람들, 당신이 들어봤을 모든 사람들,
존재했던 모든 사람들이 그곳에서 삶을 영위했다.
우리의 기쁨과 고통이 총합, 확신에 찬 수많은 종교, 이데올로기들, 경제적 독트린들, 모든 사냥꾼과 약탈자,
모든 영웅과 비겁자, 문명의 창조자와 파괴자, 왕과 농부, 사랑에 빠진 젊은 연인들, 모든 아버지와 어머니, 희망에 찬 아이들,
발명가와 탐험가, 모든 도덕의 교사들, 모든 타락한 정치인들, 모든 슈퍼스타, 모든 최고의 지도자들,
인간 역사 속의 모든 성인과 죄인들이 저기 - 태양 빛 속에 부유하는 먼지의 티끌 위-에서 살았던 것이다.

- 칼 세이건 -

이라고 얘기 했습니다. (엔하위키 펌)


  다시 지구를 보겠습니다.



  저기 보이즌 저 조그만 파란점 하나..  저게 지구입니다.
  우주 전체로 보자면 감히 언급하기조차 미미한 존재.. 그게 지구입니다..
  태양이 없으면 아무것도 못하는, 가엽디 가여운 행성.. 그게 지구입니다..





4. 보이저 1호 미션 일지

  시간에 따른 보이저 1호의 행적을 따라가 보겠습니다.

- 1977년 9월 5일, 미국 플로리다 캐이프 커네버럴 공군기지에서 발사
- 1977년 12월 10일, 화성을 지나 행성간 벨트에 진입
   (실제 화성과 목성 사이는 태양에서 화성까지의 거리보다 더 멀기 때문에 중간에 엄청난 공간이 있음, 이 곳을 말합니다.)


  위 그림에 보이는 하얀점들이 있는 공간입니다.
  저 점들이 모두 소행성들이라 생각하면 됩니다.
  태양계에는 우리가 알고있는 몇개의 행성만 존재하는게 아니라,
  갖가지 크고 작은 운석덩어리(소행성)들이 무쟈게 많이 포진되어 있겠지요.

- 1977년 12월 19일, 보이저 2호 추월


  이렇게 19-21일 사이에 1호가 2호를 추월을 하게 됩니다.

- 1978년 9월 8일, 행성간 벨트를 거의 벗어남
- 1979년 1월 6일, 목성 관측 시작

   드디어 목성에 근접했네요.
   1월에 근접은 했지만 무려 2개월을 더 날아가 목성과 40만km 부근까지 근접하게 됩니다.
   목성도 기체 행성답게 고리가 있는데, 먼저 그 고리에 있는 '아말테아'라는 위성의 사진을 찍어 보내왔습니다.


   보이저 1호가 보내온 아말테아 위성 사진

   그리곤 본격적인 목성 탐사 시작.
   보다 더 가까운 근접촬영이기에, 해상도 좋은 사진을 건질 수 있었죠.


   보이저 1호가 한달간 목성에 근접하면서 찍은 사진


   지구보다 큰 폭풍이 치고 있다는 유명한 목성의 대적점 촬영. (큰 빨간점이라는 뜻)


   근접 촬영의 힘.


   목성 가족사진.


   목성 아래 조그맣게 보이는 목성의 위성, 가니메데.


   가니메데 근접촬영. 현재 외계생명체가 살고 있을 것이라고 유력하게 예상함..


   위성 이오.


   귀여운 위성 유로파와 이오.


   위성 칼리스토의 분화구.


   이오에서의 화산 폭발장면 촬영 성공.
   이건 우주과학사적으로 대발견에 속함.
   이전 파이오니아 10호와 11호 때 발견하지 못했고, 아무도 이오가 화산활동을 하리라 예쌍치 못했는데,
   떡하니 보이저가 사진을 보내오니 놀랄 수 밖에요..

  
   이렇듯 보이저 1호는 목성에서 4월까지 머물며 엄청난 양의 사진을 근접 촬영하여 지구로 송신하게 됩니다.
   교과서나 일반 서적에 실린 거의 모든 목성관련 사진은, 이 녀석, 보이저 1호가 촬영한 사진이 대부분입니다.

   얘가 뭘 하나 지구로 송신해주면, 지구의 역사가 새로이 쓰여지는 셈이죠..

   그리곤 목성에서의 스윙바이를 성공, 토성으로 향합니다..


- 1980년 8월 22일, 토성 관측 시작

   보이저는 목성 스윙바이의 추진력을 바탕으로, 1년을 넘어 또 열심히 달려서 토성에 근접하게 됩니다.


   토성으로부터 350만km까지 근접하여 찍은 너무나도 아름다운 사진.
   누구나 이 토성에 대한 막연한 동경같은건 있을 겁니다.
   우주의 '별'이라면 응당 갖춰야 할 고리라는 엄청난 외모에 대한 버프(고리빨?)로,
   다른 모든 행성을 제치고 당당히 태양계 최고의 얼짱 행성으로 자리잡고 있죠..
   실제 보이저가 이 사진을 이렇게 예쁘게 찍을 줄은 예상하지 못했습니다.. 기울기도 환상..
  
   참고로, 이 고리는 1610년 갈릴레이에 의해 처음 발견되어지나,
   당시엔 이게 고리인 줄 모르고, '얘는 귀가 있네..'정도로 마무리 했습니다..
  



   보이저 1호가 보내온 토성의 고리.


   토성의 위성, 레아


   레아의 크레이터 (컬러를 입힘)


   토성의 위성, 테티스


   위성 타이탄의 두꺼운 안개층


   복잡한 유기화합물 안개로 뒤덮힌 타이탄


   보이저 1호가 토성을 탐사하면서,
   토성의 고리가 얼음덩이리들로 구성됨을 처음 알았고,
   토성과 타이탄의 실질적인 대기조사도 처음 했습니다.

   보이저 1호는 이 토성의 위성인 타이탄의 관찰을 마지막으로, 실질적으로 주어진 행성관찰 임무를 종료했습니다.

   그리곤 다시 토성을 스윙바이하여, 머나먼 대장정에 돌입하게 된 것입니다..


- 1980년 12월 14일, 행성관찰 임무 종료 후 미션 확장 - 태양계를 벗어나라

- 2013년 8월 기준, 태양으로부터 125AU 거리 기록(1AU = 태양과 지구의 거리, 약 1억 5천만km)






5. 보이저 1호의 미래

- 보이저 1호는 현재 성간공간에 진입했다고는 알려져 있습니다.



   위 그림을 보자면, 태양에서의 거리가 고작 그것밖에 안되는 것처럼 보이나,
   아래 숫자를 보시면 1-10-100으로 늘어나죠. 즉, 1-10까지 거리의 10배를 그림으로 표현할 수 없어, 거리를 단순화한 그림에 불과합니다.
   감안하여 본다면, 현재 이 보이저가 얼마나 멀리 날아가고 있는지 대략 짐작이 가실겁니다.

   그리하여, 드디어 이론만으로 가능한 공간인 성간물질공간으로 진입했다고 나사가 발표했죠..
   대체, 보이저의 카메라엔 뭐가 보일까요.. 뭐라도 보이긴 할까요..?

   위에 보이는 오르트 구름까지 도달하려면 300년 정도가 걸릴 것이고,
   그 구름을 지나려면 대략 4만년의 시간이 필요하다고 합니다.  빛의 속도로도 1.6광년..
   (뭐, 그림상으론 아닌 것 같으나, 그렇다고는 하네요.. 이정도 시공간 개념에선 얼마나 걸리는지가 중요한게 아님..)

   보이저 1호는 우리가 보는 저 먼곳에 은하수를 오늘도 혼자 방황하고 있을 것입니다.
   그래도 보이저 1호는 마지막까지 힘을 다해 인류에게 전달할,
   너무도 미약하지만 소중한 신호를 오늘도 전달하려 할 것입니다.

   현재 보이저 1호가 향하는 목적지는 기린 별자리 방향, 알파 센타우리라는 별.
   지구에서 바라본 하늘에서 4번째로 밝은 별..
   1.6광년을 가는데 4만년의 시간이라는데, 이 별은 그나마 가까이 있다는 거리인, 4.3광년..
   어쩌면 인류가 멸망한 뒤, 도착할지도 모르는 기나긴 여행입니다..




   언제나 끊임없는 호기심으로 가득찬 인류의 마지막 희망.

   이 보이저 형제들 중 1호가 주는 이 희망은,
   고작 100년남짓 살수 밖에 없는 우주의 티끌의 티끌과 같은 존재인 인류에게도,
   영원불멸이라는 기대를 주기에 충분합니다.


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다음 시간에는 보이저 2호로 찾아올께요.



다섯시간 걸려 작성, 스크롤 압박이 대략 멘붕급이네요..

읽어주셔서 감사합니다.



이상, 아라타입니다.



- 참조 : 사실적인 정보전달의 내용으로써,
           예전 과학동아 및 뉴튼지를 보며 쌓은 지식을 기반으로,
           위키를 비롯 각종 블로그 등 자료를 재편집했습니다.