2022년  주목받게 될 과학 이슈는 무엇일까.

NASA 유인 탐사 프로젝트부터 한국의 달 궤도선 발사계획까지

국제학술지 네이처는 2022년에 주목되는 7가지 과학이슈를 소개했다. 미국이 추진하는 유인 달 탐사계획인 ‘아르테미스’부터 한국의 달 궤도선 발사계획까지, 올해의 흥미로운 과학 이슈를 살펴본다.

한국이 개발한 첫 달 궤도선(KPLO)이 올해 8월 스페이스X의 발사체 ‘팰컨9’에 실려 달로 향할 예정이다. (KARI)

①한국형 달 궤도선 발사

네이처는 2022년 주목할 이슈 중 하나로 각국 정부와 민간 기업이 협력하는 달 탐사를 꼽았다. 먼저, 한국이 개발한 첫 달 궤도선(KPLO)이 올해 8월 스페이스X의 발사체 ‘팰컨9’에 실려 달로 향할 예정이다. 이 궤도선은 4개월여의 여행 끝에 올해 12월쯤 달에 도착해 약 100km 상공 궤도를 1년간 돌며 달 표면을 조사할 전망이다.

한국의 달 궤도선에는 달 표면을 조사할 6개 탑재체가 실릴 것으로 보이며, 여기에는 미국 항공우주국(NASA)이 개발한 섀도캠도 포함된 것으로 알려졌다. 해당 캠은 달의 극지방에 영구 음영지역을 촬영할 수 있는 카메라로 향후 미국이 추진하는 유인 달 착륙 후보지를 찾는 데 활용될 것으로 보인다.

또한, NASA는 올해 2월 유인 달 탐사획인 아르테미스 계획의 첫 번째 탐사선인 ‘아르테미스 1호’를 쏘아 올릴 예정이다. 이 계획은 2025년까지 달에 사람을 보내는 거대 프로젝트로, 미국이 달에 우주인을 보내는 건 1972년 아폴로 17호 우주인을 보낸 이후 53년 만이라서 주목받고 있다. 현재 한국 외에도 일본과 영국, 유럽연합, 캐나다 등 13개국 정부와 민간 기업이 이 계획에 참여하고 있다.

일본의 민간 기업 아이스페이스도 아랍에미리트(UAE)의 달탐사로버 라시드를 달까지 보내는 하쿠토-R 달 탐사 프로그램을 준비하고 있다. 미국 민간 기업인 애스트로보틱테크놀로지와 인튜이티브머신즈는 NASA 장비를 달까지 운반할 탐사선을 개발중인 것으로 알려졌다. 일본의 무인 달 탐사기 ‘슬림’(SLIM)도 달 지면에 사뿐히 내려앉는 연착륙에 처음 도전하며, 인도의 달 착륙선 ‘찬드라얀 3호’도 달 착륙에 나설 예정이다.

과학계는 새해 초 오미크론 변이의 전염성과 위험도에 대한 정확한 분석 결과가 나올 것으로 관측하고 있다.(npr.org)

②오미크론 변이 정체 규명

신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)도 올해 계속해서 주목할 주요 이슈로 꼽혔다. 지난해 11월 말 이후 오미크론 변이가 전 세계로 급격히 퍼지며 5차 대유행이 현실화되고 있는 가운데, 과학계는 새해 초 오미크론 변이의 전염성과 위험도에 대한 정확한 분석 결과가 나올 것으로 관측하고 있다.

특히 네이처는 mRNA 백신 효능 향상과 함께 단백질 기반이나 DNA 기반 코로나 백신도 등장할 것으로 전망했다. 바이러스가 몸에서 항원으로 작용하는 부분만 정제해 만든 단백질 백신은 이미 간염 백신, 대상포진 백신에서 수십 년간 사용해 왔으며, 이에 상대적으로 안전성을 확보할 수 있고 대량생산도 가능할 것으로 기대되고 있다.

세계 최대 실험장치 거대강입자가속기가 올해 재가동된다.(CERN)

③거대강입자가속기 재가동

세계 최대 실험장치 거대강입자가속기(LHC)도 올해 주목해야할 이슈로 꼽혔다. 스위스 제네바 인근 유럽입자물리연구소(CERN)에 설치된 LHC는 입자를 빛에 가까운 속도로 올린 뒤 충돌시켜 빅뱅 직후에 우주에 있던 입자를 생성해 관측하는 장치로, 2012년 힉스입자를 발견해 표준 모형을 완성하는 데 일조했으며 현대 물리학의 다양한 획기적 발견을 이끌고 있는 것으로 평가받고 있다.

LHC는 2018년 12월까지 2차 가동을 끝내고 검출기 구성 장치추가를 비롯한 개선 작업에 집중해 왔다. 당초 지난해 3차 가동을 시작할 계획이었으나 코로나19로 작업 일정이 미뤄지며 올해 6월 가동이 재개될 것으로 보인다. 이번 가동에서는 암흑물질과 표준 모형에도 없는 입자를 관측할 수 있을지 주목된다.

미국과 일본 등 국제연구진의 중력파 연구 협력도 주목받고 있다.(나사)

④중력파 연구 협력

미국과 일본 등 국제연구진의 중력파 연구 협력도 눈길을 끈다. 2017년 중력파의 존재를 처음 확인한 과학자 3명은 노벨물리학상을 수상했으며, 이후 중력파 천문학 연구가 활발히 이뤄졌다. 당시 노벨상 수상 성과는 미국에 설치된 중력파 검출기로 중력파를 관측하는 ‘라이고’(LIGO) 협력단과 유럽 이탈리아의 중력파 검출기를 이용하는 ‘버고’(VIRGO) 협력단의 공동연구 결과물이었다. 이들은 태양 질량의 36배와 29배인 블랙홀 두 개로 이뤄진 쌍성이 지구에서 13억 광년 떨어진 곳에서 충돌하면서 발생시킨 중력파를 처음으로 관측했다.

이러한 가운데, 지구에서 약 9억 광년 떨어진 은하에서 블랙홀이 중성자별 두 개를 먹어치우는 장면이 처음 포착되며 주목받았다. 그간 블랙홀끼리 충돌하거나 중성자별끼리 합쳐진 경우는 관측됐지만, 블랙홀과 중성자별이 충돌해 합병하는 과정이 확인된 건 이번이 처음이다. 해당 연구에는 국내 연구진도 참여했으며, 라이고와 카그라 협력단에 소속돼 중력파 검출 연구를 진행해온 한국중력파연구협력단(KGWG) 20여 명이 논문에 이름을 올렸다.

올해도 유럽·러시아의 화성탐사계획 ‘엑소마스’가 활발하게 진행된다.(나사)

⑤유럽·러시아의 화성탐사계획 ‘엑소마스’

‘엑소마스’(ExoMars)는 유럽우주국(ESA)과 러시아연방우주국(ROSCOMOS)이 공동으로 진행하는 화성 탐사 프로젝트에 관심이 집중되고 있다. 최근 유럽우주국과 러시아연방우주국 소속 연구원들이 포함된 공동연구팀은 화성 탐사 궤도선이 관측한 자료를 분석한 결과 적도 부근의 마리너계곡에서 상당한 수준의 물을 발견해 세계적인 주목을 받았다.

이번 발견을 이끈 탐사 궤도선 ‘가스추적궤도선’(TGO)는 지난 2016년 착륙선 ‘스키아파렐리’와 함께 발사된 이 프로젝트의 첫 번째 탐사선이다. 마리너계곡은 깊이 8km, 길이 4500km에 이르는 태양계 최대 협곡으로 미국 그랜드캐니언보다 20배 이상 큰 것으로 알려졌다. 이번에 화성에서 발견된 협곡 크기가 네덜란드 국토 면적과 비슷한 것으로 나타났다.

그간 화성에서 발견된 물은 대부분 극지방 지표 부근에서 얼음 형태로 소량 발견된 것 정도였으나, 이번에는 이례적으로 극지방보다 기온이 높은 적도 부근에서 지표 1미터 아래 매장된 다량의 물이 발견돼 의미가 크다.

이 같은 발견이 가능했던 건 엑소마스 화성 탐사 궤도선에 장착된 특수 관측 장치때문인 것으로 알려졌다. 연구팀은 궤도선에 장착된 ‘고해상도 고온열 중성자 검출기’(FREND)를 사용해 지면 약 1미터 아래 매장된 수소 분포도를 관측했으며, 이를 통해 물의 존재 여부를 확인했다. FREND 관측 결과, 이 지역에서 다량의 수소가 발견됐고, 이 수소가 물 분자와 관련된 것이라고 가정한다면 이 지역의 표피 근처 물질의 최대 40%가 물로 추정되고 있다. 특히 마리너 계곡 중앙 부분이 물로 꽉 차 있을 가능성도 제기되고 있으며, 해당 지역은 기온이 낮아 건조한 흙 아래 얼음이 영구적으로 남아있는 지구의 영구동토층과 유사한 것으로 알려졌다.

엑소마스 연구팀은 현재 화성에 물이 어디에 어떻게 분포하는지 파악하는 것은, 한때 풍부한 수자원을 가졌던 화성에 무슨 일이 일어났는지 이해하는 데 중요한 것으로 관측하며, 해당 연구가 거주 가능한 행성을 찾고, 과거 화성에 생명이 살았는지 알아내는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있다.

현재 중국이 건설하고 있는 우주정거장 ‘텐궁’이 올해 말까지 완성될 전망이다. (CAST)

⑥중국 우주정거장 ‘톈궁’ 완성

현재 중국이 건설하고 있는 우주정거장 ‘텐궁’이 올해 말까지 완성될 전망이다. 텐궁의 완성은 중국 과학기술의 우수성을 전 세계에 알리는 계기가 될 것으로 관측되며, 동시에 1970년대부터 40여 년간 유지되고 있는 미국의 ‘우주 패권’을 흔들 것으로 보인다.

중국이 구축 중인 우주정거장은 길이 37m, 무게 90t으로 현재 미국, 러시아 등이 공동으로 운영하는 국제우주정거장(ISS)의 3분의 1 크기로 알려졌다. 오는 2024년 ISS가 운영을 종료하고 나면 한동안 중국 우주정거장이 유일한 우주정거장이 될 것으로 보인다. 현재 많은 정부와 기업들이 텐궁에서 다양한 공동 프로젝트를 진행하기를 희망하고 있으며, 중국은 이들이 신청한 프로젝트 중 현재까지 9개 프로젝트의 진행을 확정한 것으로 알려졌다.

⑦유엔 총회

이외에도 네이처는 올해 주목할 만한 과학계 이슈로 ‘제27차 유엔기후변화협약 당사국총회’(COP27)와 ‘제15차 유엔 생물다양성협약 당사국총회’(COP15)를 꼽았다.