우주 위험 감시

2013년 러시아 첼랴빈스크 상공에서 지름 약 20 m의 소행성이 폭발했다. 집 한 채만 한 돌덩이였지만, 그 충격파로 수천 채의 유리창이 깨지고 1500명 가까이 다쳤다. 이렇게 작은 천체가 어떻게 그런 에너지를 냈을까? 그리고 지구를 위협하는 우주의 위험에는 무엇이 있으며, 사람들은 그것을 어떻게 감시할까?

소행성 지름 (10의 거듭제곱 m)

1.2.1충돌의 에너지

소행성은 지구에 대해 초속 수십 km로 다가온다. 운동 에너지는 속력의 제곱에 비례하므로, 같은 질량이라도 총알보다 수만 배 빠른 소행성의 에너지는 엄청나다. 초속 20 km로 날아오는 암석 1 kg의 운동 에너지는 \(\dfrac{1}{2} \times 1 \times (2 \times 10^4)^2 = 2 \times 10^8\) J로, TNT 폭약 약 50 kg에 해당한다.

그림 1에서 지름을 바꾸어 보자. 첼랴빈스크 크기인 20 m는 히로시마 원폭의 약 40배이다. 대부분 대기에 들어오며 부서져 상공에서 폭발했지만 그 충격파가 땅에 닿았다. 140 m 이상이면 한 지역을, 1 km 이상이면 기후를 바꾸어 전 지구에 피해를 줄 수 있다. 6600만 년 전 공룡 시대를 끝낸 소행성은 지름이 약 10 km였다.¹

1.2.2우주 위험 감시

우주의 위험에는 지구에 가까이 오는 소행성과 혜성, 수명이 다한 인공위성이나 우주 쓰레기의 추락, 그리고 태양 폭발로 생기는 우주 기상이 있다. 태양 표면에서 플레어가 일어나거나 코로나 물질이 대량으로 방출되면, 고에너지 입자와 전자기파가 지구에 닿아 위성, 통신, 위성 항법, 전력망에 장애를 일으킨다. 그래서 여러 나라가 망원경으로 지구 근접 천체를 찾아 궤도를 계산하고, 태양 관측 위성으로 우주 기상을 예보한다.

1.2.3예제 풀이

질량은 \(3000 \times \dfrac{\pi \times 20^3}{6} \approx 3000 \times 4190 \approx 1.26 \times 10^7\) kg, 곧 약 1만 2천 t이다. 에너지는 \(\dfrac{1}{2} \times 1.26 \times 10^7 \times (2 \times 10^4)^2 \approx 2.5 \times 10^{15}\) J이고, \(\dfrac{2.5 \times 10^{15}}{4.18 \times 10^{12}} \approx 600\)킬로톤이다.

지름이 7배인 140 m이면 에너지는 \(7^3 = 343\)배, 약 200메가톤이다. 그래서 국제 사회는 지름 140 m 이상인 지구 근접 천체를 대부분 찾아내는 것을 목표로 감시한다. 2022년에는 실제로 탐사선을 소행성에 부딪혀 궤도를 바꾸는 실험(DART)에 성공했다. 미리 발견하기만 하면 피할 방법이 생기고 있다.

아래 탐구 카드에서 작은 소행성의 충돌 에너지와, 태양 폭발이 지구에 미치는 영향을 살펴보자.

1. 멕시코 유카탄반도의 칙술루브 충돌구는 지름이 약 180 km이다. 이 충돌로 하늘을 덮은 먼지와 그을음이 햇빛을 가려 기온이 떨어지고 광합성이 줄어, 생물 종의 약 4분의 3이 사라졌다.