[Science &] 아셨나요?…올해에만 소행성 416개 지구 스쳐갔다

"서북쪽 하늘에서 수직으로 낙하하는 푸른 불빛이 보였다. 이윽고 하늘이 둘로 갈라지면서 검은 구름이 피어올랐다."

1908년 6월 30일 오전 7시 17분. 러시아 시베리아 지방 툰구스카강 유역에서 정체를 알 수 없는 불덩이가 하늘을 서에서 동으로 가로질러 날아가더니 상공 5~10㎞에서 폭발했다. 심한 땅울림과 함께 돌풍이 몰아쳤고, 나무 8000만그루에 해당하는 2150㎢의 숲이 파괴됐다. 서울시 면적의 3배가 넘는 크기가 쑥대밭이 된 것이다. 폐허가 된 산림에서는 1500마리의 순록 시체와 같은 방향으로 쓰러진 나무들이 발견됐고 사건 현장에서 15㎞ 떨어진 곳에서 방목하던 가축들까지 타 죽었다.

블랙홀, 메탄가스 등 추측이 난무했던 이 '불덩이' 정체는 2013년에 이르러서야 확실히 밝혀졌다. 5년 전 사건 현장에서 운석 파편들이 미국, 독일, 우크라이나 과학자 그룹에 의해 발견되면서 미지의 물체가 소행성이었음이 드러난 것이다. 미국 산디아국립연구소(SNL)에 따르면 이 소행성의 직경은 27m 정도였고 다른 연구소 관측 결과로도 최대 40m 안팎이었다. 폭발 파괴력은 현재 다이너마이트(TNT)를 기준으로 300만~500만t 위력에 달했다.

2009년 미국 리스크매니지먼트솔루션(RMS)사가 보험회사를 위해 작성한 특별보고서에 따르면 러시아 툰구스카 지역에 떨어진 소행성이 뉴욕 맨해튼에 추락했다면 인명 피해가 1000만명대로 기하급수적으로 불어날 수 있었다. 예상 재산 피해 규모도 2조달러(약 2151조원)로 추정됐다. 문제는 이 정도 크기 소행성이 지구와 충돌할 확률이 결코 무시할 수준이 아니라는 점이다. 한국천문연구원에 따르면 직경 30m 정도의 툰구스카급 운석은 대략 100년에 한 번꼴로 떨어지고 있다.

이렇게 지구 궤도에 바짝 가까이 다가오는 소행성들을 '지구 근접 소행성(Near Earth Objects·NEOs)'이라고 부른다. 주로 지구로부터 약 0.3AU(4488만㎞) 이내로 접근한 천체들이 여기에 속한다. 1AU는 지구와 태양 간 거리인 약 1억4959만㎞인데 이 거리의 30% 안에 들어오면 지구와 충분히 '가깝다'고 보는 셈이다. 현재까지 관측된 NEO는 총 1만8334개이고, 이 중 지름 1㎞가 넘는 소행성도 893개나 된다. 지름 1㎞ 안팎의 NEO는 크기가 크기 때문에 관측 확률이 98%에 달하는 반면 지름 10~30m 크기의 NEO는 관측 확률이 1%에 불과하기 때문에 발견되지 않은 작은 천체까지 포함하면 지구에 근접하는 소행성 숫자는 크게 늘어날 수도 있다. 2017년에는 860개, 2016년에는 726개의 소행성이 지구 주변을 통과했다. 올해 들어서도 벌써 6월까지 총 416개 NEO가 지구를 스쳐 지나갔다. 또 지구에서 궤도를 추적 중인 NEO 중 올 하반기 지구를 향해 오는 게 확실한 NEO는 26개다.

물론 모든 NEO가 인류에 위협적인 것은 아니다. 지난 2일 남아프리카 보츠와나 지역 하늘에서 초속 17㎞로 떨어지다가 현지 농부들이 설치한 CCTV에 포착됐던 소행성은 자동차 크기였다. 지름 1.8m의 이 소행성은 추락 8시간 전 미국 애리조나대 카탈리나 천문대에서 포착됐지만 미국 항공우주국(NASA)은 이 정도 크기 소행성은 대기권에서 안전하게 소멸돼 지구에 피해를 주지 않을 것으로 판단해 내버려뒀다. 이보다 더 작은 1m 이하 모래알, 자갈 크기의 유성체도 있다. 감시망에 잡히는 것만 집계해도 매일 100t에 달하는 작은 천체들이 지구로 비 오듯 떨어진다. 대부분은 지구 대기를 통과하면서 불타서 없어지거나 완전히 타지 않고 바다에 빠진다.

주의를 기울여야 하는 것은 NEO 중에서도 지구와 닿을락 말락 한 0.05AU(748만㎞) 이내로 날아오는 지름 140m 이상의 소행성이다. 지구 최근접 거리까지 다가오는 이들에는 '지구 위협 소행성(Potentially Hazardous Asteroid·PHA)'이라는 이름이 붙는다. 전체 NEO의 10% 내외를 차지하는 PHA는 현재까지 1914개가 발견됐다. 바로 지난달 29일에도 지름 290~650m 사이로 추정되는 소행성 '2001 KB67'이 지구를 스쳐 지나갔다. 이 소행성은 이날 오전 10시 46분(한국시간) 초속 13.33㎞의 속도로 지구에서 0.02AU(596만2971㎞) 떨어진 지점까지 근접했다가 다시 멀어졌다. 이들 소행성이 초속 평균 15~30㎞ 정도로 대기권에 진입하게 되면 강력한 충격파로 주변 대기를 뜨겁게 가열시키고 공중에서 폭발하면서 엄청난 양의 에너지를 방출한다.

직경 1㎞ 소행성이 지구와 부딪치면 충격 에너지는 8만~10만Mt(메가톤·1Mt은 다이너마이트 100만t 위력)에 달한다. 바다에 떨어질 경우에는 바다 깊숙이 움푹 파인 구덩이를 만들고 이 구덩이가 빠른 속도로 주변 바닷물로 채워지면 해수면 급하강에 따른 쓰나미가 발생할 수도 있다. 또 전문가들은 소행성이 지구에 떨어지면 지진이나 해일 등 충격파도 문제지만 충돌 후 지구에 찾아올 '핵겨울' 등 기후변화가 더 심대한 위협이 될 수 있다고 경고한다. 소행성과 부딪친 지각의 암석들이 잘개 쪼개져 하늘로 솟아오르면 이 알갱이들이 먼지와 결합해 대기권을 떠돌면서 지구로 향하는 햇빛을 가로막기 때문이다. 이렇게 되면 기온이 떨어져 생태계 붕괴가 불가피하다. 약 6500만년 전 멕시코 유카탄 반도에 떨어져 당시 번성했던 공룡을 일거에 멸종시킨 소행성은 직경 10~15㎞ 정도로 추정된다.

문홍규 한국천문연구원 책임연구원은 "보통 직경 1.5㎞를 넘는 소행성은 국지적 피해를 넘어 전 지구적 기후변화를 일으킬 수 있고 10㎞급 소행성의 경우 생물의 50% 이상을 전멸시킬 정도의 파괴력을 가진다"고 설명했다. 올해 3월 타계한 세계적인 물리학자 스티븐 호킹 박사도 지난해 노르웨이에서 열린 천체우주과학축제 스타무스 페스티벌에서 "소행성 충돌로 지구가 사람이 살기 어려울 정도로 파괴되는 건 시간문제"라고 지적했다.

다만 피해 규모는 소행성 구성 물질 등에 따라 달라질 수 있다. 문 책임연구원은 "충돌 에너지 크기는 소행성 전체가 쇳덩어리처럼 밀도가 높은 금속으로 돼 있는지 아니면 밀도가 낮은 탄소 비중이 높은지에 따라 달라지고 같은 부피여도 밀도가 크면 피해가 더 커진다"며 "지구 대기에 진입하는 속도, 진입 각도, 바다로 떨어지는지 대지로 떨어지는지 등에 따라서도 피해 양상에 차이가 생긴다"고 말했다.

한국 역시 소행성 충돌 위험이 큰 국가에 해당된다. 2015년 영국 사우샘프턴대 연구진이 내놓은 보고서에 따르면 2100년까지 발생할 수 있는 소행성 충돌로 피해를 볼 위험도가 전 세계 206개국 가운데 한국은 17번째였다. 지구와 충돌할 가능성이 큰 행성 261개를 선정하고 자체 개발한 충돌 프로그램 결과와 인구밀도 등을 고려해 위험도를 추산한 결과다. 소행성 충돌로 피해를 입을 위험이 가장 큰 나라는 중국이었고 인도, 파키스탄, 인도네시아, 브라질이 뒤를 이었다. 일본이 9위, 미국은 11위, 북한은 33위를 기록했다.

이 같은 참사를 막기 위해 과학계는 소행성 궤도를 예의 주시하고 있다. NASA는 1992년부터 우주 방위 프로젝트를 통해 1998년부터 NEO 탐사 관측을 시작했다. 또 2009년 말 발사한 광시야적외선탐사우주망원경(WISE)을 2013년부터 전용 연구장비로 활용해 NEO에 대한 물리적 특성 규명 연구를 수행하고 있다. 2020년께에는 2개의 열적외선 파장을 채택해 어두운 소행성까지 검출할 수 있는 0.5m 우주망원경 'NEOCam'도 발사할 계획이다. NEOCam은 4년간 140m급 이상의 NEO를 검출하는 임무를 맡게 된다.

■ 영화 '아마겟돈'의 소행성 파괴, 현실에서 가능할까

지름 1200㎞ 소행성이 지구를 향하고 있다. 미국 항공우주국(NASA)은 비밀리에 조직한 팀을 두 대의 로켓에 실어 소행성으로 보냈다. 이들의 임무는 소행성의 땅을 판 뒤 핵폭탄을 넣고 지구로 귀환하는 것. 1998년 개봉한 영화 '아마겟돈'은 지구를 멸망시킬 수 있는 소행성 충돌을 막기 위한 과학자들의 눈물겨운 노력을 그리고 있다. 영화가 개봉한 뒤 20년이 지났다.

영화에서 소행성을 파괴하기 위해 사용한 방법은 당시 기술로는 불가능했을지 모른다. 하지만 조금씩 현실이 돼가고 있다. 과학자들은 지구와 소행성 충돌을 대비하기 위해 여러 기술 개발에 나섰다. 핵폭탄도 그 대안이 될 수 있다. 영화 아마겟돈에서 등장한 소행성 파괴 방식은 비현실적이라는 얘기가 많았다. 핵폭탄을 실은 로켓이 발사 과정에서 문제가 발생한다면 지구 대기권에서 폭탄이 폭발할 수 있다. 또 소행성에 착륙하거나 땅을 파고 폭탄을 심는 아이디어 역시 당시에는 너무 앞서간 상상이었다. 하지만 우주로 향하는 로켓 발사 성공률은 어느덧 90%를 넘어섰다.

최근 모스크바 물리학기술연구소가 이끈 러시아 연구진은 학술지 '실험이론물리학저널'에 지름 200m 크기 암석으로 이뤄진 소행성을 폭파할 때 필요한 핵폭탄의 크기를 계산한 연구논문을 발표했다. 연구진은 2013년 2월 러시아 첼랴빈스크에 떨어진 운석 성분을 분석하고 이를 토대로 작은 인공 소행성을 만든 뒤 이를 진공 체임버에 넣고 레이저로 폭파시키는 실험을 진행했다.

만약 소행성의 작은 구멍에 핵폭탄을 정확히 떨어뜨릴 수만 있다면 8~10㎜ 크기의 소행성을 파괴하는 데 필요한 레이저 강도는 500J(줄)로 조사됐다. 구멍이 아닌 표면에서 터뜨린다면 650J에 해당하는 레이저가 필요했다. 소행성 폭파 시 작은 규모로 여러 번 폭파시키는 것보다는 큰 에너지를 한 번에 터뜨리는 것이 효과적이라는 사실도 알아냈다. 이 실험을 토대로 시뮬레이션한 결과 지름 200m 소행성을 파괴하기 위해서는 3Mt(메가톤) 이상의 핵폭탄이 필요했다. 히로시마에 떨어진 원자폭탄 크기가 15㏏(킬로톤)임을 감안하면 200배 이상 큰 규모의 핵폭탄이 필요하다. 다만 이를 정확하게 소행성을 향해 발사하는 것은 또 다른 문제다. 러시아 연구진은 "핵폭탄을 사용하기 위해서는 소행성 성분에 대한 분석이 필요하다"고 말했다. NASA는 2135년 지구 충돌 가능성이 0.037%로 알려진 소행성 '베누'에 핵폭탄을 쏴 궤도를 바꾸는 연구도 진행하고 있다. 이를 위해 NASA는 2016년 '오시리스 렉스' 탐사선을 베누로 발사했다.

이 밖에 고출력 레이저를 쏴 소행성을 태우는 방안도 가능성이 있다. 비행기에서 고출력 레이저를 소행성 한쪽 면에 쏴서 궤도를 바꾸는 방식이다. '솔라 컬렉터' 위성을 발사해 태양빛을 소행성 한쪽 면에 집중시켜 궤도를 바꾸는 방안도 연구 중이다.

[김윤진 기자 / 원호섭 기자]

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