디모르포스(왼쪽)와 디디모스(오른쪽). 크레딧:ESA 2022년 9월, 냉장고 크기의 우주선이 거의 시속 24,000킬로미터(시속 15,000마일)의 속도로 작은 소행성과 충돌했습니다. 충돌은 의도적인 것이었고 소행성은 지구나 달과 충돌할 위험이 없었습니다. NASA의 이중 소행성 방향 전환 테스트(DART로 약칭)는 행성 방어를 위한 인류 최초의 본격적인 시도였습니다. 그리고 성공했습니다!
NASA의 DART 임무는 더 큰 동반자인 디디모스(Didymos) 주변의 소행성 디모르포스(Dimorphos)의 궤도를 극적으로 단축시켰습니다. 하지만 Science Advances에 발표된 새로운 연구 충돌이 추가적인 영향을 미쳤음을 보여줍니다. 또한 전체 소행성계를 태양 주위의 약간 다른 경로로 이동시켰습니다.
최고의 천문 장비를 사용해도 변화를 거의 감지할 수 없습니다. 그러나 인간이 만든 물체가 태양 주위의 자연체 궤도를 측정 가능하게 변경한 것은 이번이 처음입니다.
아주 조금만 밀어도 언젠가는 소행성이 지구에 충돌할 수도 있고 완전히 사라지게 될 수도 있습니다.
작은 추진, 우주적 결과
충돌 후 잔해. 크레딧:NASA 디모르포스(Dimorphos)와 디디모스(Didymos)는 쌍성 소행성계를 형성합니다. 폭이 약 170m인 작은 물체는 폭이 약 800m인 더 큰 소행성을 12시간마다 돌고 있습니다. 이 쌍은 대략 770일에 한 번씩 태양 주위를 공전합니다.
DART는 더 작은 물체를 이동하는 것이 더 쉬울 뿐만 아니라 시스템의 잘 측정된 궤도로 인해 모든 변화를 더 쉽게 감지할 수 있기 때문에 Dimorphos를 타겟으로 삼았습니다.
우주선은 2022년 9월 26일 디모르포스에 충돌하여 암석과 먼지 기둥을 방출했습니다. 이 잔해는 충격을 증폭시키는 데 중요한 역할을 했습니다. 물질이 소행성에서 떨어져 우주로 탈출하면서 추진력을 갖고 시스템에 추력이 추가되었습니다.
과학자들은 이 효과를 운동량 향상 요인이라고 부릅니다. (β)는 탈출하는 잔해가 우주선 자체의 운동량을 넘어서 얼마나 많은 추가 추진력을 추가하는지를 측정한 것입니다. DART의 경우 잔해가 우주선 자체가 전달하는 추진력의 약 두 배에 달했습니다.
이전 측정 결과 충돌로 인해 디디모스 주위의 디모르포스의 궤도가 33분 단축된 것으로 나타났습니다. 이는 임무의 예상 변경 시간인 약 7분을 훨씬 초과한 것입니다.
그러나 연구자들은 더 미묘한 일이 일어났을 수도 있다고 의심했습니다. 두 소행성은 중력적으로 연결되어 있기 때문에 시스템에서 탈출하는 분출물은 공간을 통해 쌍의 공유 질량 중심(무게중심)의 움직임을 약간 이동할 수 있습니다.
만약 그런 일이 발생한다면 태양 주위의 전체 쌍성계의 궤도가 바뀔 것입니다.
거의 보이지 않는 변화 측정
출처:ESA 그러한 변화를 감지하려면 엄청난 정확성이 필요했습니다.
연구원들은 22개의 별 엄폐 현상과 함께 소행성계 위치에 대한 거의 6,000개의 측정값을 분석했습니다. 이것은 소행성이 먼 별 앞을 잠시 지나가는 사건입니다. 엄폐 중에는 별의 빛이 잠시 사라져서 천문학자들은 놀랄 만큼 정확하게 소행성의 위치를 찾아낼 수 있습니다.
이러한 관찰 중 상당수는 전 세계에 주둔하는 자원 봉사 천문학자들로부터 나왔습니다. 여러 위치에서 측정값을 조정함으로써 하늘을 가로지르는 소행성의 정확한 경로를 추적할 수 있었습니다.
결합된 데이터는 작지만 측정 가능한 효과를 보여주었습니다.
팀은 그 충격으로 인해 쌍성계의 궤도 속도가 초당 약 11.7마이크로미터, 즉 시간당 약 1.7인치 느려졌다고 추정합니다.
이러한 변화로 인해 태양 주위를 도는 시스템의 궤도 크기가 약 360미터 줄어들었고, 2.1년의 궤도 주기가 약 0.15초 단축되었습니다.
우리에게 그 숫자는 사소해 보입니다. 그러나 궤도 역학에서는 작은 속도 변화라도 수년 또는 수십 년에 걸쳐 큰 변화로 축적됩니다.
이 정도 크기로 밀면 소행성의 미래 위치가 시간이 지남에 따라 수 킬로미터만큼 이동하여 잠재적인 충돌을 실패로 만들 수 있습니다.
DART 임무는 행성 방어에 대한 개념 증명으로 설계되었습니다.
지구는 작은 우주 파편에 의해 지속적으로 폭격을 받고 있으며, 때때로 더 큰 소행성이 지구를 공격합니다. 지역적 피해를 줄 수 있는 크기인 약 140미터가 넘는 지구 근처 궤도의 대형 소행성은 아직 발견되지 않았습니다.
천문학자들이 잠재적인 충돌이 일어나기 수십 년 전에 위험한 소행성을 식별하면 우주선을 발사하여 소행성을 약간 벗어나게 할 수 있습니다. 개입이 빠를수록 필요한 푸시가 줄어듭니다.
새로운 측정 결과는 쌍성 소행성 쌍 중 단 하나만 충돌해도 전체 시스템의 움직임이 바뀔 수 있음을 시사합니다. 이러한 가능성은 행성 방어 계획가가 사용할 수 있는 전략의 범위를 확장합니다.
이 연구는 또한 소행성 자체에 대한 단서를 제공했습니다. 연구원들은 디모르포스의 밀도를 입방미터당 약 1,540kg으로 추정하며, 이는 디디모스가 흘린 잔해가 나중에 서로 뭉쳐서 느슨한 "잔해 더미"로 형성되었을 가능성이 있음을 시사합니다.
다음 장:헤라
과학자들은 충돌 중에 무슨 일이 일어났는지에 대해 여전히 더 명확한 그림을 원합니다.
유럽 우주국의 Hera 우주선은 현재 Didymos 시스템으로 여행 중입니다. 이번 10년 후반에 도착하면 소행성의 지도를 자세히 작성하고 질량을 측정하며 DART 충돌로 인해 남겨진 분화구를 조사할 것입니다.
이러한 측정을 통해 소행성을 통해 운동량이 어떻게 전달되었는지, 그리고 시스템에서 얼마나 많은 잔해가 빠져나왔는지에 대한 추정을 더욱 구체화할 수 있습니다.
행성 방어 연구자들에게 DART는 이미 중요한 문턱을 넘었습니다. 이번 임무는 우주선이 다른 소행성 주위의 소행성 궤도를 바꿀 수 있고 심지어 태양 주위를 도는 물체의 경로를 조금씩 움직일 수 있다는 것을 입증했습니다.
푸시는 미시적이었습니다. 그 의미는 엄청날 수 있습니다.
