NASA와 SpaceX, 목성의 달에 유로파 클리퍼 발사

NASA가 제작한 가장 큰 행성간 우주선인 유로파 클리퍼(Europa Clipper)가 월요일 오후 플로리다의 케네디 우주 센터에서 이륙했습니다.

이번 임무는 생물학의 근본적인 질문 중 하나인 태양계의 다른 곳에 생명체가 존재할 수 있는지에 대한 답을 제시할 것입니다.

우주선의 목적지는 목성의 위성 중 하나인 유로파(Europa)로, 이곳의 두께가 10마일 이상일 수 있는 얼음층 아래로 물이 흐릅니다. 그러한 해양 세계는 외부 태양계에서 상당히 흔합니다. 이로 인해 추측이 제기되었습니다. 그 바다 중 어느 곳에도 생명체가 헤엄칠 수 있을까요?

지금으로서는 대답이 흥미로울 수 있습니다.

52억 달러 규모의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 임무는 NASA가 이러한 해양 세계의 거주 가능성에 대한 빈칸을 채우는 데 전념한 첫 번째 임무입니다.

유로파 클리퍼(Europa Clipper) 프로젝트 과학자인 로버트 파팔라도(Robert Pappalardo)는 “나는 유로파가 우리 태양계에서 외계 생명체가 존재할 가능성이 가장 높은 곳이라고 생각한다”고 말했다. “생명에 필요한 재료를 풍부하게 담고 있고, 생명이 시작될 시간도 충분할 가능성이 높기 때문입니다.”

이륙 당시 유로파 클리퍼의 무게는 약 12,500파운드였으며, 그 중 절반 정도가 추진체였습니다. 두 개의 태양광 패널이 배치된 후 우주선은 농구장보다 약간 긴 100피트 이상 확장되었습니다.

강력한 SpaceX Falcon Heavy 로켓은 우주선을 지구에서 태양 주위를 공전하는 궤도로 운반했습니다. 내년 2월 화성을 통과하면 중력이 강화되고, 2026년 12월에 지구 주위를 돌아 목적지를 향해 추가 가속을 얻게 됩니다.

5년 반 동안 18억 마일을 여행한 후 유로파 클리퍼(Europa Clipper)는 2030년 4월 11일 목성 궤도에 진입할 예정입니다. 그런 다음 4년에 걸쳐 유로파를 49번이나 통과하게 됩니다.

지구는 생명체가 존재하는 것으로 알려진 유일한 장소이기 때문에, 과학자들이 생명체를 찾을 수 있는 가장 유망한 장소는 비슷한 곳, 즉 너무 춥지도 덥지도 않은 지구와 같은 행성일 것이라고 믿는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 우리가 알고 있는 생명체에 필수적인 액체 물이 표면으로 흘러갈 수 있는 온도입니다.

이렇게 온화한 조건을 지닌 별 주변 지역은 거주 가능 구역으로 알려져 있으며, 동화 팬이라면 골디락스 구역으로 알려져 있습니다.

우리 태양계에서는 지구만이 “딱 맞는” 기준을 충족합니다. 그러나 액체 물은 외부 태양계에서 얼음 껍질 아래 숨어 있는 매우 흔한 것으로 밝혀졌습니다. 유로파는 행성 과학자들이 보이지 않는 바다에 대한 강력한 증거를 발견한 최초의 세계였으며, 실제로 그들은 이제 지구 전체 바다를 합친 것보다 두 배나 많은 물을 포함할 수 있다고 믿고 있습니다.

바다가 있다고 생각되는 다른 세계로는 목성의 또 다른 두 개의 큰 얼음 위성인 칼리스토(Callisto)와 가니메데(Ganymede)가 있습니다. 엔셀라두스와 미마스는 토성의 궤도를 돌고 있습니다. 해왕성 주위의 트리톤. 왜소행성인 명왕성마저도요.

물 외에도 생명의 다른 필수 구성 요소는 에너지와 탄소 기반 분자로 생각됩니다. 이번 임무는 이러한 유기체가 유럽에도 존재하는지 여부를 연구하는 것을 목표로 합니다.

이를 위해 우주선에는 카메라, 분광계, 자력계 및 레이더를 포함한 9개의 장비가 탑재되어 있습니다. 관측을 통해 과학자들은 바다의 깊이를 측정하고, 유로파 표면에서 발견되는 일부 화합물을 식별하고, 달 자기장의 지도를 정확하게 그려 그 안에 무엇이 있는지에 대한 추가 단서를 제공할 것으로 기대합니다.

유로파 내부 조건이 생명을 유지할 수 있는지 여부만 제외하고 어떤 도구도 생명체를 직접적으로 찾지 않습니다.

목성의 거대한 중력은 유로파 내부를 밀고 당기며, 마찰열은 해저의 열수 분출구에 연료를 공급할 수 있습니다. 통풍구는 환원제로 알려진 화학 물질을 바다로 분출할 수 있습니다.

표면에서는 얼음에 대한 목성의 방사선 충격으로 인해 산화 물질이 생성됩니다. 산화제와 환원성 물질이 결합하면 생명에 활력을 불어넣는 화학 반응인 에너지가 방출됩니다.

그러나 그것이 일어나기 위해서는 유로파 표면의 산화제가 어떻게든 수 마일의 얼음을 건너 바다로 이동해야 합니다.

중요한 점은 지구의 지각이 단순한 단단한 암석 조각이 아니듯이 유로파의 얼음도 단순한 단단한 지각이 아니라는 것입니다.

표면 아래의 압력으로 인해 얼음은 구부러질 수 있습니다. 따뜻한 얼음 덩어리는 표면으로 올라가고 차갑고 밀도가 높은 덩어리는 가라앉아 산화제를 아래로 운반할 가능성이 높습니다. 이는 지구 내부에서 맨틀이 오르락내리락하는 방식과 유사한 대류 패턴입니다.

이는 표면 화학 물질을 바다로 운반하는 컨베이어 벨트일 수 있습니다.

텍사스 대학 지구물리학 연구소의 연구 교수이자 유로파 클리퍼(Europa Clipper)의 얼음 관통 레이더 장비의 수석 조사관인 도널드 블랭켄쉽(Donald Blankenship)은 “이것은 용암 램프일 것으로 매우 기대된다”고 말했습니다.

우주선 레이더에서 나오는 소리는 얼음과 눈을 거의 쉽게 통과하지만 바닷물에서는 반사됩니다. 따라서 유로파 클리퍼(Europa Clipper)는 얼음을 통과해 바다까지 쭉 볼 수 있을 것입니다.

레이더는 얼음 속에 묻혀 있는 호수와 녹은 암석이 아닌 물을 분출하는 극저온 화산도 탐지할 수 있습니다.

선박에 탑재된 열화상 장비는 얼음이 더 얇고 바다가 표면에 더 가까운 곳을 나타낼 수 있는 따뜻한 지점을 찾습니다.

대략 프랑스 빵 한 조각 길이의 튜브 모양의 도구는 생명의 구성 요소 역할을 할 수 있는 탄소 기반 분자를 포함하여 얇은 대기에서 분자를 포착하고 식별합니다.

허블 우주 망원경은 유로파 표면에서 간헐적으로 분출되는 수증기 기둥이 무엇인지 감지했습니다. 운이 좋다면 유로파 클리퍼(Europa Clipper)는 바다에서 나올 수 있는 폭발성 연기를 뚫고 날아갈 수 있습니다.

또 다른 장비인 자외선 분광계는 먼 별이 유로파 뒤로 지나갈 때 기둥 내부의 분자를 식별할 수도 있습니다. 유로파는 임무 동안 이런 방식으로 약 100번 정도 별을 가릴 것으로 예상됩니다. 희미한 별에서 방출되는 자외선의 색상이 가스의 밀도와 구성 요소를 어떻게 결정하는지 살펴보세요.

유로파 클리퍼 임무를 발사대까지 도달하는 것은 길고 느린 여정이었습니다.

1979년 보이저 2호가 목성을 통과했을 때, 유로파의 이미지에는 젖은 공처럼 보이는 것이 나타났습니다. 밝지만 부서진 표면에는 분화구가 거의 없었는데, 이는 어떤 지질학적 과정이 그것을 닦아내고 있음을 나타냅니다.

이는 특히 20년 전 NASA의 갈릴레오 우주선이 유로파의 자기장을 측정한 후 염수층이 존재한다는 강력한 증거를 제공한 이후 과학자들의 더 많은 것을 알고 싶은 호기심을 불러일으켰습니다.

이번 임무에 참여하고 있는 행성과학연구소(Planetary Science Institute)의 수석 과학자 톰 맥코드(Tom McCord)는 “우리는 약 30년 전인 1995년에 임무 계획을 시작했다”고 말했다. 실제로 측정을 시작하려면 6년이 걸립니다.”

오랫동안 워싱턴에 있는 NASA 본부의 고위 관리들은 유럽에 특별히 관심이 없었습니다.

그러나 2000년에 하원의원으로 당선된 텍사스 공화당원 존 컬버슨(John Culberson)은 매우 관심이 있었습니다.

컬버슨 씨는 2004년 기회 탐사선이 화성에 착륙했을 때 캘리포니아에 있는 NASA의 제트 추진 연구소를 방문한 것을 기억합니다. 연구소의 엔지니어들은 자신들이 작업 중인 작업에 대한 요약을 제공했으며 그의 호기심을 불러일으킨 임무는 목성의 큰 위성 여러 개를 방문하는 것이었습니다. 유럽을 포함해.

컬버슨 씨는 “그들이 본사로부터 어떤 지원도 받지 못하고 있다는 것을 알게 되었습니다.”라고 말했습니다. 그래서 그는 세출위원회 위원으로서 선교 사업에 돈을 추가했습니다.

그는 NASA 관계자들이 다른 프로젝트에 돈을 썼을 때 화가 나고 좌절했습니다. “우리는 해마다 유럽을 위해 돈을 절약해왔고 NASA는 그 문제를 해결할 수 있는 방법을 찾아냈습니다.”라고 그는 말했습니다.

NASA가 꺼린 부분 중 하나는 야심찬 유로파 임무의 비용이 통제할 수 없을 정도로 커질 수 있다는 두려움이었습니다.

2010년에 Pappalardo 박사는 NASA 내부 및 외부의 과학자와 엔지니어를 모아 임무를 더 작고 저렴하게 만드는 방법에 대한 아이디어를 브레인스토밍했습니다. 소규모 팀의 절반은 이전에 미션 디자인 작업을 했던 사람들이었습니다. 나머지 절반은 이를 비판하는 사람들이었다고 Pappalardo 박사는 말했습니다.

그는 빈 슬라이드를 제시하면서 첫 번째 회의를 시작했다고 언급했습니다. Pappalardo 박사는 “우리는 빈 종이로 시작했습니다.”라고 말했습니다.

원래 우주선은 유로파 주변 궤도에 진입할 예정이었습니다. 분석 결과는 궁극적으로 거의 모든 과학이 여러 번의 비행을 통해 달성될 수 있으며 우주선에 필요한 차폐량과 연료의 양을 줄일 수 있음을 보여주었습니다.

NASA에 자금을 지원하는 세출 소위원회에서 활동하는 동안 Culberson 씨는 Europa Clipper와 외계 생명체 탐지 능력을 옹호했습니다. 그는 또한 NASA에 착륙선이 포함되기를 원했습니다.

“이것은 우주 프로그램에 대한 대중의 열정을 다시 불러일으킬 수 있는 진정한 기회입니다.”라고 그는 말했습니다.

그러나 오바마 행정부는 NASA에 대해 다른 우선순위를 갖고 있었습니다. 그녀의 2014년 예산 요청에는 Mission Europe을 위한 자금만 포함된 것이 아닙니다. 그는 NASA가 “가까운 미래에” 하나의 비용을 감당할 수 없다고 단호하게 말했습니다.

우주탐사를 옹호하는 비영리단체인 행성협회(Planetary Society)도 유럽을 대표해 캠페인을 벌였다. 협회의 우주 정책 책임자인 Casey Dreyer는 “이전에는 이런 방식으로 회원들에게 접근한 적이 없습니다.”라고 말했습니다. “우리는 그것을 해야 할 일, 지원이 있는 일로 굳히는 데 도움을 주었다고 생각합니다.”

트럼프 행정부 하에서 Europe Clipper 임무는 마침내 추진력과 상당한 예산을 얻었습니다.

컬버슨 씨는 2018년 재선에 실패했습니다. 유로파 클리퍼(Europa Clipper)는 살아남았습니다. 그러나 수십억 달러의 비용이 추가될 수도 있는 상륙 제안은 성사되지 않았다.

임무는 추가적인 장애물에 직면했습니다. 원래 컬버슨 씨와 의회는 발사당 약 40억 달러가 소요되는 NASA가 개발한 대규모 로켓인 우주 발사 시스템(Space Launch System)으로 비행기가 비행할 수 있도록 승인했습니다.

의회는 이 조건을 받아들이지 않았고, 2021년 NASA는 SpaceX의 Falcon Heavy 발사 계약을 단 1억 7,800만 달러에 체결했습니다.

올해 유로파 클리퍼는 우주선의 트랜지스터에 결함이 있어 목성 주변의 가혹한 방사선에서 살아남지 못할 수 있다는 사실이 밝혀지면서 다시 위험에 처한 것처럼 보였습니다. 그러나 엔지니어들은 우주선이 더 멀리 회전할수록 트랜지스터가 회복되고 NASA가 발사를 추진한다는 사실을 발견했습니다.

허리케인 밀턴은 원래 발사일인 목요일에 케네디 우주 센터를 통과하면서 또 다른 잠시 지연을 일으켰습니다.

월요일, 컬버슨은 유로파 클리퍼를 실은 로켓이 맑고 푸른 플로리다 하늘을 뚫고 위로 치솟는 모습을 발사 장소의 발코니에서 지켜보았습니다.

“나는 아직도 클라우드 9 위를 걷고 있습니다.”라고 그는 나중에 말했습니다. “문명을 바꿀 수 있는 임무를 위한 완벽한 시작입니다.”

최근의 일부 연구에서는 유로파에서의 삶에 대한 희망에 의문을 제기했습니다.

올해 달 및 행성 과학 회의에서 발표된 두 가지 연구는 유로파 해저에 화산 활동이 없을 수도 있음을 시사합니다. 또한 그곳의 암석은 쉽게 부서지지 않아 생명체에 에너지를 제공할 수 있는 바닷물과 암석 사이의 화학 반응을 감소시킬 수 있습니다.

비록 유로파 내부 깊은 곳에 녹은 암석이 있을 수 있지만, “그 마그마가 해저 근처 어디든 올라갈 수 있는 것은 매우 어려운 것 같습니다”라고 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학교의 행성 과학자이자 이 논문의 저자인 폴 번(Paul Byrne)은 말했습니다. 종이. 두 논문 모두.

번 박사는 비록 오래 전에 유로파 주변에서 생명체가 발생했다고 해도 “오늘날 그러한 생명체를 유지하는 것은 어려운 것 같다”고 말했습니다. “이 연구가 우리에게 알려주기 시작한 것이 바로 이것이었습니다.”

이는 번 박사가 유로파 클리퍼가 50억 달러의 낭비라고 생각한다는 의미는 아닙니다.

그는 “클리퍼는 거주 가능성에 대한 이해를 바탕으로 점진적으로 구축하기 시작하는 데 필요한 바로 그 종류의 임무”라며 “유럽뿐만 아니라 더 많은 곳을 대상으로 하는 일련의 임무 중 첫 번째 임무가 되기를 희망한다”고 덧붙였습니다. ” 소위 해양 세계.”

오랜 기다림이었습니다. 1995년경에 유럽 계획을 수립하기 시작한 과학자인 맥코드 박사는 이제 85세입니다.

유로파 클리퍼가 목적지에 도착하면 “나는 91세 정도가 될 것입니다”라고 그는 말했습니다. “이것은 사람의 삶을 초월하는 노력입니다.”