11년간 화성에 있던 NASA MAVEN, 조용히 사라져.

출처: Ars Technica

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“팀이 임무 종료와 함께 사랑하는 사람을 잃은 듯한 슬픔을 정말 크게 겪은 것 같습니다.”

보라색은 NASA MAVEN 궤도선에 탑재된 Imaging Ultraviolet Spectrograph 장비가 2024년 5월에 탐지한 화성 밤면의 오로라를 나타냅니다. 보라색이 짙을수록 오로라가 더 많이 존재한다는 뜻입니다.

Credit:
NASA/University of Colorado/LASP

NASA의 MAVEN 우주선은 작년 12월 6일 화성 뒤로 사라졌을 때 상태가 매우 양호했습니다. ‘식(食)’이라고 부르는 이 일상적인 통과는 1시간 이내에 끝날 예정이었지만, 우주선이 지구와 다시 통신을 재개해야 할 시점에 아무 소식도 들리지 않았습니다.

통신 상실은 엔지니어들이 MAVEN과의 연결을 복구하려는 비상 계획을 촉발했습니다. MAVEN은 지구에서 2억 마일 이상 떨어진 화성을 도는 궤도에 있습니다. 그러나 희미한 신호를 청취하고 눈먼 상태에서 명령을 전송해도 소용이 없었습니다. 임무를 구하려는 희망은 시간이 지날수록 사라졌고, NASA 관계자는 수요일에 포기한다는 발표를 했습니다.

“NASA는 MAVEN 우주선 탐색을 중단하고 임무 폐기를 위한 활동을 시작했습니다.”라고 메릴랜드 주 고다드 우주비행센터의 MAVEN 프로젝트 매니저인 마이크 모로(Mike Moreau)가 말했습니다.

신호 손실

2013년 지구에서 발사되어 2014년 화성 궤도에 진입한 화성 대기와 휘발성 물질 진화(MAVEN) 우주선이 무슨 일이 일어났는지 엔지니어들이 파악하려면 시간이 좀 걸릴 것입니다. MAVEN은 화성 대기와 태양풍 사이의 상호작용을 연구하기 위해 설계된 우주선으로, 11년 동안 화성에 머물며 원래의 주요 임무를 훨씬 초과해 성공을 거두었습니다. 그러나 갑작스러운 고장은 큰 충격이었습니다. NASA의 행성 탐사 임무는 수십 년 동안 운영되는 경우가 많습니다.

제한된 정보만으로는 조사관들이 MAVEN에 무슨 문제가 있었는지 정확히 밝히지 못할 수도 있습니다. 조사관들은 화성이 신호를 차단하기 전 우주선이 전송한 데이터를 면밀히 검토하고 있으며, 우주선이 행성 뒤에서 다시 나타난 뒤에도 텔레메트리 조각을 복구했습니다.

“이번 조사 과정에서 제트 추진 연구소(JPL) 팀원들은 우주선으로부터 텔레메트리와 도플러 이동 데이터 조각을 복구하는 데 성공했습니다.”라고 모로가 말했습니다. “이 데이터는 신호 손실 직후 몇 시간 동안 복구된 기록된 신호에서 추출되었습니다.”

지상 관제팀은 실시간으로 이 희미한 신호를 포착하지 못했습니다. 이 신호들은 화성 상층 대기의 밀도와 역학을 조사하기 위한 별도 과학 캠페인 중에 기록된 것이었으며, 해당 대기는 라디오 신호를 왜곡시킬 수 있습니다.

“우리가 확인할 수 있었던 한 가지는 관성 속도 측정값으로, 우주선이 분당 약 2.7회 회전하고 있다는 것이었습니다.”라고 모로가 설명했습니다. “이와 일치하는 도플러 서명도 확인했습니다. 이는 우주선이 예상보다 빠르게 회전하고 있음을 의미하며, 회복이 불가능한 문제를 나타냅니다.”

태양을 향해 태양 전지를 향할 수 없게 된 뒤, 회전하는 우주선은 몇 시간 안에 배터리를 소진했을 가능성이 높습니다.

“이것이 우주선이 운영을 지속할 수 없는 전력 상태에 도달했음을 이해하는 데 도움이 된 데이터 포인트 중 하나였습니다.”라고 모로가 말했습니다. “이것이 우리가 현재 알고 있는 사실입니다. 이상 검토 위원회는 실제 고장을 일으킨 근본 원인을 아직 조사 중입니다.”

MAVEN은 타원형의 타원 궤도를 따라 화성 표면에서 가장 가까운 지점은 110마일(180 km), 가장 먼 지점은 2,500마일(4,000 km)까지 도달합니다. 소형 자동차 정도 크기의 이 우주선은 50~100년 동안 현재 궤도를 유지한 뒤 자연스럽게 화성 대기로 진입해 소멸할 예정입니다.

화성 주위를 타원형 궤도로 도는 MAVEN 우주선의 예술 일러스트(축척 비례 아님).

Credit:
NASA/University of Colorado/LASP

무엇이 사라졌는가?

이 질문에 대한 답은 두 가지입니다. 첫 번째는 MAVEN이 수십억 년에 걸친 화성 대기의 변화를 이해하려는 과학자들을 돕기 위한 연구 플랫폼으로 설계되었다는 점입니다. MAVEN 이전에 과학자들은 화성이 과거에 더 따뜻하고 습했으며, 두꺼운 대기를 가지고 있었다는 사실을 알고 있었습니다. 오늘날 화성의 대기는 너무 얇아 표면에 액체 물이 존재할 수 없으며, 수십억 년 전 화성을 뒤덮었던 호수와 강의 흔적이 널리 발견되고 있습니다.

MAVEN은 대기 상층부에서 분자를 빼앗아 가는 메커니즘, 즉 ‘대기 탈출(atmospheric escape)’ 현상의 증거를 찾았습니다. 우주선의 과학 장비들은 태양에서 방출되는 거대한 폭발성 입자 흐름에 화성 대기가 어떻게 반응하는지를 모니터링했습니다.

“우리의 가장 흥미로운 발견 중 하나는 11년간의 MAVEN 데이터를 이용해, 어떤 행성에서도 처음으로 ‘스퍼터링(sputtering)’이라는 대기 탈출 과정을 관측한 것입니다.”라고 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스 대기·우주 물리학 연구소의 MAVEN 수석 연구원 샤넌 커리(Shannon Curry)가 말했습니다. “이 과정은 전하 입자가 상층 대기에 충돌해 중성 대기를 튀겨내는 현상으로, 마치 수영장에서 물에 몸을 던지는 것과 같습니다. 우리는 희귀 가스 동위 원소를 사용해 이 과정이 수십억 년 동안 주요 탈출 메커니즘이었다는 것을 확인했습니다.”

2024년의 태양 폭풍은 화성에 특히 큰 영향을 미쳤습니다. “우리는 대기 탈출이 수십 배 급증한 것을 관측했으며, 행성 전체에 걸친 빛나는 오로라 영상도 포착했습니다.”라고 커리가 덧붙였습니다.

MAVEN의 과학적 유산은 확고하지만, 2006년 NASA에 최초 제안된 프로젝트 팀에게는 작별이 쉽지 않습니다.

“팀이 임무 종료와 함께 사랑하는 사람을 잃은 듯한 슬픔을 정말 크게 겪은 것 같습니다.”라고 모로가 말했습니다.

“동시에 지난 10년간 우리가 이룬 과학 성과에 대해 엄청난 자부심을 느낍니다.”라고 커리가 말했습니다. “MAVEN은 태양계 어디에서도 대기 탈출을 가장 잘 관측한 우주선이었습니다. 이제 우리는 화성뿐 아니라 지구를 포함한 모든 행성의 대기 탈출을 가장 잘 이해하게 되었습니다.”

두 번째 답은 다소 불확실합니다. MAVEN은 화성 표면에 있는 NASA의 로버와 착륙선으로부터 전송된 과학 데이터를 중계해 온 핵심 역할을 수행했습니다. 이 중계 덕분에 퍼시비어런스(Perseverance)와 큐리오시티(Curiosity) 같은 로버에서 훨씬 더 많은 데이터와 영상을 지구로 전송할 수 있었습니다.

MAVEN이 사라지면서 NASA는 현재 네 대의 다른 궤도선을 이용해 이 중요한 라디오 링크를 유지할 수 있지만, 관계자들은 이