달 남극의 미스터리

인도의 Chandrayaan-3 임무는 이미 달의 수수께끼 같은 남극에 대한 새로운 통찰력을 드러내고 있습니다. 이 지역에 대한 향후 임무는 미국, 중국, 러시아가 계획하고 있는데, 무엇이 이 지역을 그렇게 매력적으로 만들까요?

인간이 만든 어떤 물체도 이전에 밟아 본 적이 없는 곳입니다. 그러나 지난 주, 소형 프라그안(Pragyaan) 탐사선은 모선인 인도의 비크람(Vikram) 착륙선에서 경사로 아래로 미끄러져 내려와 달의 남극 주변 지역을 탐험하기 시작했습니다 .

무인 우주선은 혹독하고 분화구가 흩뿌려진 달의 극지방에 최초로 연착륙한 선구자적인 존재입니다. 1960년대와 70년대의 아폴로 임무는 주로 달의 적도 근처에 착륙한 반면 , 인도 찬드라얀 3호 임무의 착륙선은 달 남극에서 약 600km(370마일) 떨어진 곳에 성공적으로 착륙했습니다.

그것은 이틀 전 러시아의 시도가 실패하고 통제 불능에 빠져 추락한 Luna-25 우주선 에 뒤이어 도착했습니다 . 인도의 임무는 달 표면의 이 불가사의한 부분에서 활발한 활동을 시작하는 것입니다. 이 부분에서는 궁극적으로 인간이 10년 후에 그곳에 발을 디디게 될 것입니다 .

영국 오픈 대학교(The Open University)의 행성 과학자인 시므온 바버(Simeon Barber)는 "이런 일이 일어나고 있다는 것은 정말 놀라운 일입니다."라고 말했습니다.

인도와 러시아와 함께 미국과 중국 모두 달의 남극을 목표로 삼고 있습니다. 그곳에서 그들은 달의 가장 흥미로운 미스터리 중 일부를 조사하고 아마도 그들이 발견한 것을 활용하기를 희망합니다.

하지만 달의 남극이 이 방문객들에게 그토록 매력적인 이유는 무엇일까요?

Pragyan 탐사선이 사진에 담은 Vikram 착륙선은 달의 남극에 착륙한 최초의 우주선입니다.  임무는 이미 새로운 통찰력을 제공했습니다(제공: ISRO)

이미 찬드라얀 3호와  여행가방 크기의 탐사선은  그들이 처한 이상한 환경에 대한 몇 가지 감질나는 힌트를 보냈습니다.  먼지가 많은 표면 을 초당 약 1cm(0.4인치)씩  이동하는 프라기안 탐사선은 몇 미터 떨어진 곳으로 나아갔습니다. 모선에서.

탐사선은 길을 따라 달 토양에 센서를 파묻고 표면 아래 온도가 이상하게 급격히 떨어지는 것을 발견했습니다. 표면에서는  약 50C(120F)의 온도가 측정되었지만 그 아래에서 불과 80mm(3인치) 아래에서는 -10C(14F)까지 떨어졌습니다.  온도 차이는  과학자들을 "놀랐습니다" .

탑재된 화학 분석 장비는 또한 달 토양에 황, 알루미늄, 칼슘, 철, 티타늄, 망간, 크롬 및 산소가 존재함을 나타냅니다  .

이 두 가지 초기 발견은 왜 과학자들이 달의 남극 지역을 탐험하기를 열망하는지 암시합니다.

달의 자전축은 지구의 23.5도에 비해 1.5도로 얕아서 극지방의 일부 분화구에서는 햇빛을 전혀 볼 수 없습니다. 이러한 지역의 낮은 기온과 결합하여 과학자들은 이로 인해 많은 양의 얼음이 생겨났으며 , 얼음의 대부분은 물로 만들어졌으며, 이 얼음은 토양에 섞이거나 표면에 노출되었다고 믿습니다. 얼음이 우주비행사를 위한 자원이자 미래의 과학적 발견을 위한 발판으로 사용될 수 있다는 희망이 있습니다 . 인도 뉴델리 소재 자와할랄 네루 대학교 지질학 교수 사우미트라 무케르지(Saumitra Mukherjee)는 "이곳은 독특한 위치"라고 말했습니다. "물 가용성은 매우 중요합니다."

때때로 "영원한 어둠의 분화구"라고도 불리는 영구적으로 그늘진 지역은 태양 광선이 내부에 도달하지 않는 방식으로 기울어져 있습니다. 이는 잠재적으로 수십억 년 동안 얼음을 저장할 수 있음을 의미합니다.

달의 얼음에 대한 가장 좋은 증거는 2009년 10월 NASA의 실험에서 나왔습니다. 당시 빈 로켓은 의도적으로 남극의 분화구에 충돌했습니다 . 미국 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스의 행성 과학자인 마가렛 랜디스(Margaret Landis)는 “물질의 기둥에는 물이 있다는 증거가 있었습니다.”라고 말했습니다. "그것은 달의 얼음에 대한 우리의 직접적인 관찰입니다."

다른 데이터에서는 얼음으로 인해 극지방에서 더 높은 반사율이 나타나는 반면, 극지방에서는 더 많은 양의 수소가 관찰되었는데 , 이는 아마도 얼음 때문일 ​​수 있습니다. 작년에 캘리포니아에 있는 나사 에임스 연구 센터의 과학자 윌리엄 리치(William Reach)는 달을 연구하기 위해 나사의 현재 은퇴한 소피아 망원경을 비행기로 날려서 현재 찬드라얀 3호의 비크람과 탐사선이 착륙한 곳 "바로 바깥"에서 수소의 증거를 발견 했습니다 . 8월 23일에 착륙했습니다.

이러한 최근의 얼음 발견은 달, 특히 남극 탐험에 대한 새로운 관심을 불러일으켰습니다.

인도의 착륙선과 탐사선은 이제 과학자들이 "달 연구자들이 달 토양에 얼음이 존재하는 것에 대해 제안한 이론을 테스트할 수 있게 될 것"이라고 인도우주연구기구(ISRO)의 전직 엔지니어이자 현재 대학에서 근무하고 있는 안찰 샤르마(Aanchal Sharma)는 말했습니다. 이탈리아 트렌토 출신.

찬드라얀 3호의 데이터는 유용할 것이지만, 과학자들이 특히 기대하는 것은 남극에 더 가까이 착륙하게 될 후속 임무입니다. 여기에는 영구 그림자 지역 (PSR) 으로 알려진 분화구가 있습니다 . 때때로 "영원한 어둠의 분화구" 라고도 불리는 이 분화구는 태양 광선이 결코 내부에 도달하지 않는 방식으로 기울어져 있으며, 이는 잠재적으로 수십억 년 동안 얼음을 저장할 수 있음을 의미합니다. 남극에는 북극보다 분화구가 더 많으며, 이는 얼마나 많은 운석 충돌이 표면에 부딪혔는지에 대한 무작위 결과일 가능성이 높으므로 남극이 더 매력적인 목표가 됩니다.

PSR의 온도는 -200C(-390F) 아래로 떨어질 수 있으므로 얼음을 찾기에 가장 좋은 위치가 됩니다. 2024년 후반에 달의 남극으로 향할 예정인 Viper라고 불리는 Nasa 탐사선 은 이러한 PSR 중 일부로 운전하여 헤드라이트를 켜서 말 그대로 그들의 비밀을 밝힐 것입니다. Viper의 프로젝트 관리자인 Nasa Ames Research Center의 Dan Andrews는 임무를 통해 "얼음 덩어리" 또는 "모래 혼합물에 혼합된 작은 결정"이 있는지 알려주어야 합니다.

그러나 Viper가 PSR에 들어가는 첫 번째 임무는 아닐 수도 있습니다. 미국 회사 Intuitive Machines의 Micro-Nova 호퍼 라는 이전 임무는 2024년 초에 달에 보내질 수 있습니다. 표면을 파는 드릴과 같은 Viper의 장비는 부족하지만 추진기를 사용할 것입니다. 달의 남극에 있는 PSR에 "점프"하여 내부를 처음으로 엿볼 수 있습니다.

하지만 이것이 달의 남극을 목표로 하는 유일한 임무는 아닙니다. 일본과 협력하여 후속 인도 임무인 Chandrayaan-4 도 이곳으로 향할 예정이며, 중국은 이 지역에 착륙하겠다는 의사를 밝혔고 러시아는 또 다른 남극 임무를 계획하고 있습니다.

물얼음이 그 관심을 끌고 있습니다. 만약 그것이 풍부하게 존재하고 접근 가능하다면, 달에 있는 인간 정착 과 더 먼 태양계 탐사 에 귀중한 자원 이 될 수 있습니다 . 달 토양에서 얼음을 떼어낼 수 있다면 그것은 수소와 산소로 분리될 수 있는데, 이는 로켓 연료의 핵심 구성 요소 이거나 인간 정착을 위한 식수와 산소의 잠재적 공급원이 될 수 있습니다.

"이를 채굴하는 가장 간단한 방법은 얼음 토양을 파내고 그것을 일종의 오븐에 넣어 얼음을 승화시키는 것입니다"라고 미국 콜로라도 광산 학교의 지질학 조교수인 케빈 캐논(Kevin Cannon)은 말합니다. "우리는 로켓이 연료를 재급유하고 외부 태양계에 여러 번 도달할 수 있도록 충분한 추진제를 창고에 넣을 수 있습니다. 또한 일년 중 최대 90% 동안 조명이 들어오는 지점에 접근할 수 있어 토양 처리에 좋은 태양 에너지를 제공합니다. 산소와 알루미늄 같은 금속으로 변환됩니다."

깊은 우주 여행과 달에서의 생활에 대한 꿈은 생각보다 가까이에 있습니다. 2025년에 NASA는 Artemis III 임무 의 일환으로 반세기 만에 처음으로 SpaceX 착륙선을 타고 달 표면에 인간을 착륙시킬 계획입니다 . 그들은 현재 선택되지 않은 남극 지역에 착륙하여 처음으로 얼음을 직접 탐사할 것입니다.

NASA의 수석 탐사 과학자인 Jacob Bleacher는 "그 임무의 주요 목표는 극지방에 착륙하고 작전하는 방법을 배우는 것입니다."라고 말했습니다. 남극 바이퍼(Viper)와 같은 이전 임무에서 발견한 얼음의 특성에 따라 우주비행사는 일부를 수집하여 지구로 반환할 도구를 가지고 다닐 가능성이 높습니다. 그러면 미래의 아르테미스 임무에서는 이를 자원으로 더욱 적극적으로 활용할 수 있습니다. Bleacher는 "이는 일련의 반복적인 단계입니다."라고 말합니다.

달 표면에서 잠재적으로 사용 가능한 다른 광물과 금속에 대한 전망 도 채굴되어 우주비행사가 그곳에서 생존하는 데 필요한 인프라를 구축하는 데 사용될 수 있습니다 .

달의 남쪽 위도는 표면의 중력 지도에서 볼 수 있듯이 크레이터가 심하게 형성되어 있습니다. 빨간색은 높은 지대를, 보라색은 낮은 지대를 나타냅니다(제공: Nasa)

달의 남극을 탐험해야 하는 과학적 이유도 많이 있습니다. 과학자들은 수십억 년 전 고대 달 화산에 의해 분출되었거나, 소행성이나 혜성에 의해 전달되거나, 심지어 태양풍에 의해 전달되었을 수도 있는 달 물의 기원을 해결하기 위해 열심입니다 . Landis는 "달의 물에 대해 정말 흥미로운 점은 암석 행성이 거주 가능성의 핵심 부분인 물을 얻는 방법을 실제로 이해하는 것입니다."라고 말합니다. "달이 어떻게 물을 얻었는지 이해하면 지구와 [다른 태양계에 있는] 암석 외계 행성에 대해 더 많은 것을 알 수 있습니다."

또한, 중국의 창어 4호 탐사선은 생애 초기에 격렬한 충돌로 인해 달의 남극 근처에 묻혀 있는 거대한 분화구 에 대한 증거를 발견했는데, 과학자들은 이에 대해 더 알고 싶어합니다. 애리조나에 있는 행성 과학 연구소의 Jianqing Feng은 레이더를 사용하여 "우리는 묻힌 분화구의 단면을 볼 수 있습니다"라고 말합니다.

이번 달 초 아르테미스 III 우주 비행사를 위한 과학적 목표를 설정하기 위해 지질학 팀을 이끌도록 선발된 미국 메릴랜드 주 존스 홉킨스 대학 응용 물리학 연구소의 행성 과학자인 브렛 데네비(Brett Denevi)는 또한 남극의 지형이 우주의 일부라고 지적합니다. 달에서 가장 오래된 화산으로 최근 화산 활동의 증거가 적습니다. "이것은 지구에 기록되지 않은 초기 태양계 과정을 살펴볼 수 있는 환상적인 기회를 제공합니다."라고 그녀는 말합니다. 데네비 팀은 왜 달의 뒷면에 가까운 면보다 크레이터가 더 많은지, 한때 표면을 덮었을 가능성이 있는 마그마 바다의 특성과 같은 달에 관한 다른 미스터리를 풀고 싶어합니다. "우리는 여전히 달에 관해 정말 근본적인 질문을 갖고 있습니다."라고 그녀는 말합니다.

찬드라얀 3호는 이러한 질문에 답하는 시작일 뿐일 수도 있고, 이전과는 전혀 다른 방식으로 달에서 생활하고 일할 수도 있습니다. "우리는 태양계에서 생존하는 방법을 배우고 우주 탐험을 위한 청사진을 구축하기 위해 달에 갈 것입니다."라고 Bleacher는 말합니다. "그리고 우리는 태양계의 역사에 대해 배울 수 있을 거예요.

"이것은 정말로 인류를 위한 큰 다음 단계입니다."