열쇠! 금성 탐사선 태양계의 신비를 풀어낼

 

최근 우주 개발이 활기를 띠어 달 착륙, 화성 탐사 소식이 자주 들려옵니다. 2020년대에는 다시 사람이 달을 걷게 되고 그 후에는 화성에 갈 가능성이 높아졌습니다.금성에 관한 의외로 이야기는 없어요.

사실 인류는 금성 탐사와 화성 탐사를 거의 동시에 시작했습니다. 지금까지 여러 탐사선이 금성의 궤도를 돌거나 직접 착륙해서 많은 정보를 얻을 수 있었습니다. 그렇다면 우리에게 잘 알려지지 않은 금성, 과연 어떤 행성일까요?

금성은 달 다음으로 밝고, 밤에도 밝아 잘 보인다. David Blanchflower 밤하늘에서 두 번째로 밝게 빛나는 천체가 금성입니다. 초저녁에도 자주 보여 ‘장경성’ 또는 ‘개밥바라기’라고 불렀고, 새벽에 보이는 금성은 ‘샛별’ 또는 ‘계명성’이라고도 하는데, 개밥바라기는 개가 배고파 저녁을 원할 때 서쪽 하늘에 뜬다고 해서 붙여진 이름입니다. 서양에서는 로마 신화에 나오는 미의 여신의 이름을 따서 비너스(Venus)라고 부릅니다.

금성은 얼핏 보면 태양계에서 지구와 가장 비슷한 행성입니다. 크기와 질량이 비슷하기 때문에 중력도 0.9배 정도로 별 차이가 없습니다. 그러나 96.5% 농도의 두꺼운 이산화탄소 대기가 온실효과를 일으켜 평균기온이 462도나 되고 표면대기압은 지구의 약 92배로 바닷속 900m 깊이로 받는 수압과 같습니다. 이런 곳에는 생명체가 살 수 없습니다.

일본의 새벽 탐사선이 촬영한 금성. JAXA 금성에는 철과 금속이 녹아 만들어진 핵이 있는데, 웬일인지 지구처럼 자기장을 발생시키지는 않습니다. 반면 지각 활동은 매우 활발하기 때문에 10 만이 넘는 화산이 있지요. 아마 지표면 곳곳에 용암이 넘쳐나고 유독성 아황산가스가 대기 중에 가득 차서 계란 썩은 냄새가 진동했을 겁니다.

또한 금성의 자전 방향은 지구와 반대이기 때문에 해가 서쪽에서 떠서 동쪽으로 지게 되는데요. 자전 속도도 느려서 금성의 하루는 지구의 117일입니다.

금성과 지구의 크기 비교.(왼쪽) 금성 표면의 레이더 이미지로 실제 색과는 다르다.(오른쪽) 아폴로 17호가 촬영한 지구. NASA 과학자들은 금성이 형성된 초기에는 바다가 존재했다고 생각했습니다. 대기와 지질 분석을 통해 초기 금성이 비교적 따뜻하고 습한 기후였다는 결과가 나왔습니다. 점차 뜨거워지면서 바다가 사라졌다는 이론입니다. 하지만 최신 연구에서는 처음부터 금성에 바다가 없었을지도 모른다고 합니다.금금성에 착륙한 최초의 탐사선은?인류는 1961년부터 금성에 탐사선을 보내기 시작했습니다. 가장 먼저 금성 궤도에 도달한 탐사선은 구소련의 베네라 1호였지만 안타깝게도 금성으로부터 약 10만km 거리에서 연락이 두절되었습니다. 베네라(Venera)는 러시아어로 비너스를 뜻합니다. 그 후 1962년에 미국의 마리너 2호가 3만 5천km 거리를 지나면서 금성 대기권을 최초로 관측할 수 있었습니다.

신기하게도 구소련은 화성탐사에서 이어진 불운을 겪었지만 금성탐사만큼은 미국을 제치고 많은 성과를 거뒀습니다. 1967년에 베네라 4호는 금성 대기권에 프로브를 투하하여 대기의 성분을 측정하였고, 이어 1970년에는 마침내 베네라 7호가 무사히 금성 지표면에 착륙하였습니다.

베네라 4호의 모습은 베네라 7호도 비슷하다. Roscosmos 베네라 4호는 역사상 처음으로 다른 행성의 대기에서 지구로 데이터를 전달하는 탐사선이며, 베네라 7호는 최초로 지구가 아닌 행성 표면에 착륙에 성공한 탐사선입니다.

1976년 미국의 바이킹 탐사기가 처음 화성 착륙에 성공했는데 소련은 그보다 6년 앞서 금성에 착륙했죠. 한 가지 재미있는 것은 지금까지 금성 착륙에 성공한 나라는 소련뿐이라는 점입니다. 미국은 금성 착륙 시도조차 하지 않았습니다. 그 이유는 미국이 외계 생명체를 찾기 위해 화성 탐사에 집중했기 때문이라고 합니다. 금성의 극한 환경에 생명체가 존재한다고는 생각하지 못했습니다.

반대로 화성 착륙에 완벽하게 성공한 나라는 미국뿐입니다. 1971년 소련의 마스 3호가 화성 착륙에 성공했지만 곧 신호가 끊겨 절반의 성공에 그쳤습니다. 어떻게 보면 금성은 소련에게 행운의 행성, 화성은 미국에만 미소짓는 행성 같습니다.

베네라 탐사선 착륙 과정NASA 금성에는 두꺼운 대기가 있어 낙하산으로도 충분히 착륙할 수 있습니다. 화성 착륙이 어려운 이유는 대기가 희박해 낙하산 외에 역추진 로켓까지 사용해야 하기 때문이지만 그렇다고 금성 착륙이 쉽지는 않습니다. 고온, 고압의 산성 구름을 뚫고 무사히 내려올 수 있을 정도로 탐사선이 튼튼해야 합니다.

금성 대기권에 들어온 베네라 7호는 안전하게 착지하려는 의도로 약 60km 고도에서 낙하산을 펼치다 6분 만에 낙하산이 터지면서 그대로 추락했습니다. 하지만 속도를 미리 떨어뜨려 놓고 기압이 매우 높아 추락 속도가 급격히 줄었어요. 19분 뒤 탐사선은 약 60킬로h의 속도로 지표면에 충돌했지만 워낙 튼튼하게 만든 덕분에 정상 작동할 수 있었습니다.금금성 표면에서 사진을 찍을 수 있어 아쉽게도 베네라 7호는 카메라를 탑재하지 않았어요. 금성 표면 사진을 처음 촬영한 것은 5년 뒤 발사된 베네라 9호였습니다.

(왼쪽)베넬라 9호, (오른쪽)베넬라 10호가 촬영한 금성의 표면 이미지. TedStryk 소련은 중요한 임무에서 탐사선을 2대씩 쌍으로 사용했는데, 이는 베네라 9호와 베네라 10호의 거의 동시에 발사되었습니다. 1975년 10월 22일에 베네라 9호가 먼저 착륙에 성공하고 3일 후에는 베네라 10호도 무사히 착륙해 사진을 찍을 수 있었습니다.

베네라 9호가 보내온 금성 사진은 과학자들에게 큰 충격을 주었습니다. 그때까지는 침식 작용으로 금성 표면에 암석이 거의 없을 것이라고 예상했거든요. 하지만 사진 속에 많은 암석이 보였습니다. 그 후 금성에 관한 다양한 지질학 가설을 다시 써야 했습니다.

(왼쪽) 베네라 7호 착륙 모듈, (오른쪽) 베네라 9호 착륙 모듈 모형. © Sputnik Aleksey Kudenko 베네라 탐사기는 혹독한 환경을 견뎌야 하기 때문에 매우 튼튼하게 만들어졌지만, 무려 180기압, 580℃까지 견딜 수 있었습니다. 금성의 표면온도와 압력에 대한 불확실성이 커 설계자들이 큰 오차한계를 선택한 것입니다.

무려 490킬로그램이나 되었던 베네라 7호는 당시로서는 상당히 큰 탐사선이라고 할 수 있습니다. 외부는 티타늄을 사용해 구형 캡슐로 제작했고, 내부에는 충격 흡수 물질이 가득했다고 해요. 덕분에 낙하산이 찢어져 지면에 충돌을 했지만 상처 없이 약 20분간 신호를 보낼 수 있었습니다. 이처럼 작동 시간이 짧았던 이유는 외부 충격이 아니라 고온, 고압의 아황산 대기가 탐사기를 급속히 부식시켰기 때문입니다.

베네라 13호가 촬영한 최초의 금성 표면 컬러 이미지. (탐사선의 모습은 상상도) © Roscosmos 소련은 여기서 그치지 않고 금성 표면의 컬러 사진까지 촬영했습니다. 1982년 금성에 착륙한 베네라 13호, 14호에는 컬러 카메라가 탑재됐는데 13호는 무려 127분간 작동하면서 착륙선 주변 풍경을 촬영해 지구로 전송할 수 있었고 나흘 뒤 착륙한 14호도 최소 57분간 작동했습니다. 두 탐사선은 풍속을 측정하기 위해 금성 대기의 바람 소리도 녹음한 것으로 유명합니다.앞으로앞으로 금성 탐사 계획은?현재 우주개발의 핫이슈는 아무래도 달 화성 탐사입니다. 하지만 금성 탐사 계획도 꾸준히 진행되고 있습니다. 신흥 우주강국으로 부상한 인도는 2023년 슈클라얀(Shukrayaan-1) 탐사선을 금성에 보내려 하고 있습니다. 이 탐사선은 10kg의 풍선형 프로브를 투하해 대기 분석도 할 계획인데 고도 55km의 풍선처럼 장시간 떠 있어 넓은 면적을 측정할 수 있습니다.

베네라 탐사선을 개발한 구소련의 후계자 러시아도 2026~2031년 사이에 베네라D(Venera-D) 탐사선을 다시 금성에 보내려 하고 있습니다. 이번에는 금성 환경에서 24시간 이상 작동할 수 있는 1.6t의 착륙선을 만들 계획입니다.

그동안 주로 옛 소련 탐사선들을 중심으로 금성 탐사를 조사해왔는데 굳이 착륙까지는 아니더라도 미국 유럽 일본의 탐사선들이 금성 궤도를 돌면서 태양계의 신비를 풀 수 있었습니다. 한국도 언젠가 곳곳에 탐사선을 보내 우주의 신비를 탐험하는 날이 오기를 기대합니다.