이는 지구정지궤도 위성의 고도인 35,800㎞보다도 가까운 거리였다. 두 사례는 지구가 소행성과의 충돌 가능성을 안고 있으며, 인류가 위험에 상시 노출돼 있음을 새삼 일깨워줬다. 과연 소행성 충돌의 위험성은 어느 정도며, 어떻게 막을 수 있을까.
이동훈 과학칼럼니스트 enitel@hanmail.net
지난 2월 15일 러시아 상공에 밝게 빛나는 유성이 나타났다. 초속 18㎞로 낙하하던 이 유성은 우랄산맥 남부 상공을 지나치면서 빛나는 불덩어리로 변하더니 첼랴빈스크주 상공 15~25㎞에서 폭발했다. 폭발 위력은 TNT 500킬로톤 정도로, 히로시마에 떨어진 원자폭탄 리틀보이의 33배에 해당했다.
지구를 위협하는 소행성 1,388개
대기권에서 대부분의 폭발 에너지가 흡수되기는 했지만 이 폭발로 1,500여명이 부상을 입었고, 6개 도시의 4,300여채 건물이 손상을 입었다. 일부 목격자들의 경우 강렬한 열기까지 느꼈을 만큼 강력한 폭발이었다. 대기권 돌입 시 질량이 약 1만톤, 지름이 17m 정도로 추정되는 첼랴빈스크 유성은 1908년 시베리아 퉁구스카에서 공중 폭발해 2,150㎢의 숲을 파괴해버린 일명 퉁구스카 유성이후 지구 대기권에 들어온 가장 큰 우주물체다.
주목할 만한 사실은 첼랴빈스크 유성이 지구 대기권에 돌입할 때까지 전혀 탐지되지 않았다는 점이다. 미 항공우주국(NASA)를 비롯한 많은 국가의 우주기구들이 지구와의 충돌 가능성이 있는 소행성, 즉 지구근접물체(Near Earth Object, NEO)를 탐지·추적하고 있음에도 말이다. 지구는, 아니 인류는 NEO로부터 안전하지 않은 것일까.
NEO는 학술적으로 태양과 가장 가까워지는 거리, 즉 근일점이 1.3AU(약 2억㎞) 이내인 소행성이나 혜성을 의미한다. 지구와의 거리를 기준으로 하면 근지점이 4,800만㎞ 이내의 소행성이 NEO로 분류된다.
NASA는 1998년부터 이러한 NEO들을 찾아 추적하고 있는데 올해 3월 24일 현재까지 발견된 NEO가 무려 9,819개에 달한다. 이중 약 861개가 지름이 1㎞ 이상의 대형 NEO로 파악되고 있다. 더욱이 근일점이 0.05AU(약 748만㎞) 이내며 직경이 150m 이상인 잠재적으로 지구에 위협을 줄 수 있는 소행성(Potentially Hazardous Asteriods, PHA)도 1,388개나 된다.
이러한 NEO의 충돌 위협은 지구의 지리사와 생태사에 매우 큰 영향을 미쳤다는 것이 오늘날 학계의 정설이다. NEO가 학계의 주목을 받게 된 것은 대략 1980년대 이후로, 소행성이나 혜성의 지구 충돌 위협에 대한 경각심이 높아지게 된 것이 그 원인이었다. 이들의 위협을 줄이는 능동적 방안이 연구된 것도 이즈음부터였다.
우주를 떠도는 행성 킬러
만일 NEO가 지구와 충돌한다면 어떤 사태가 벌어질까. 수치상으로 보면 지름이 약 85m 이내의 NEO는 첼랴빈스크 유성처럼 대기와의 마찰을 이기지 못하고 지표면에 도달하기 전에 공중폭발을 일으킬 가능성이 높다. 하지만 이때도 폭발의 위력은 결코 무시할 수 없는 수준이다. NEO의 크기와 질량이 늘어날수록 폭발위력도 기하급수적으로 커지는데 지름 50m의 NEO는 TNT 5.2메가톤(리틀 보이 위력의 약 350배)의 에너지를 낸다. 다만 NASA는 이 정도로는 지상에 끼치는 피해가 미약하다고 설명한다.
하지만 지름 85m의 소행성이라면 얘기가 달라진다. TNT 28메가톤(리틀 보이 위력의 약 1,900배) 수준의 에너지를 뿜어낸다. 인류가 만든 가장 강력한 핵무기인 구 소련의 차르 봄바(TNT 58메가톤)의 절반에 해당하는 위력의 폭탄이 공중에서 터지는 셈이다.
특히 이보다 큰 지름 100m의 소행성은 공중폭발을 하지 않고 지표면을 직격하며 커다란 크레이터를 남기게 된다. 이때의 충격은 TNT 3.8메가톤 정도일 것으로 추정된다. 또한 지름 200m의 NEO는 무려 TNT 261메가톤, 지름 1㎞라면 무려 TNT 4만6,300메가톤의 위력을 지표면에 가하게 된다.
지름 200~300m의 NEO 하나만 지구와 직격해도 대도시 하나가 그 자리에서 사라지는 것은 물론 엄청난 먼지 구름을 일으켜 핵겨울과 유사한 혹한을 유발하면서 자칫 인류 전체가 끝장나버릴 수도 있다.
참고로 6,500만년전 유카탄 반도에 떨어지면서 공룡을 지구상에서 멸종시킨 주범이라 여겨지는 소행성의 경우 직경이 약 10~14㎞, 위력은 TNT 1억1600만 메가톤 이상이었던 것으로 알려져 있다. 고작(?) 10㎞가 조금 넘는 소행성이 현재 전 세계가 보유한 핵무기의 1만 배가 넘는 충격을 가하며 지구상의 거의 모든 생명체를 없애 버린 것이다.
토리노 척도
그러나 불행 중 다행은 크기가 큰 NEO일수록 지구와의 충돌 가능성도 현저히 낮다는 사실이다. 지름 4m 정도의 소행성은 1년에 한 개, 지름 7m는 5년에 한 개 꼴로 지구에 떨어지지만 퉁구스카 대폭발을 일으킨 수준의 NEO가 지구에 떨어질 확률은 2,000~3,000년당 한 번 정도에 불과하다. 또한 지름 1㎞는 50만년, 5㎞는 2,000만년당 한 번 꼴이다.
이 확률로 계산해 보면 향후 10억년 동안 지표면에 착지할 직경 1㎞ 이상의 소행성은 약 2,000개 수준이다. 그러나 천문학자들은 실제 수치는 이보다 적다고 말한다. 태양계에 존재하는 소행성의 대다수가 화성과 목성 사이에서 궤도 운동을 하고 있다는 이유에서다. 혹여 이들이 궤도를 바꿔서 NEO가 되더라도 지구까지 도달하는 데는 최소 수십억 년이 걸린다는 설명이다. NEO의 충돌 위험도를 측정하는 단위로는 NEO의 크기와 그에 비례한 운동에너지, 그리고 지구 충돌 확률을 변수로 삼는 '토리노 척도'가 주로 쓰인다. 위험성에 따라 0등급에서 10등급까지 총 11단계로 충돌 확률 및 예측되는 피해상황을 나타낸다.
0등급은 충돌 위험성이 전무한 NEO, 1등급은 지구 근처를 통과할 수는 있지만 이렇다 할 위험성이 없는 비교적 안전한 NEO에게 부여된다. 그리고 2~4등급은 충돌 위험성이 있어 천문학자의 주의가 필요한 NEO, 5~7등급은 충돌 위험성이 높은 위험한 NEO, 그리고 8~10등급은 충돌이 100% 확실해 지구에 큰 피해를 입힐 NEO다. 특히 10등급 NEO의 경우 전 지구적인 재앙, 다시 말해 대멸종을 초래할 수 있을 만큼 위험한 NEO를 의미한다.
한편 토리노 척도에서는 지름 50m 이하, 그러니까 이번에 첼랴빈스크 상공에서 폭발한 것 같은 소형 NEO는 등급 외로 친다. 0등급도 못 받는다는 얘기다.
'발견'이 최선의 대책
질병도 조기 발견이 중요하듯이 NEO에 대응하는 가장 좋은 대책 역시 한시라도 빨리 발견하는 것이다. 만약 지름이 100m 이상인 NEO를 발견하지 못한 채 첼라빈스크와 같은 상황을 맞는다면 돌이키기 힘든 피해를 입을 수 있다.
때문에 충돌 가능 시점보다 최소한 10년 이전에는 NEO, 특히 PHA를 발견해 위치를 지속적으로 추적하고 있어야 한다. 그래야만 추가적인 관측을 통해 충돌 여부를 명확히 할 수 있으며, 필요할 경우 사전 대응책이라도 세울 수 있다. 지구와 충돌하기 수일, 또는 수주일 전에 발견하는 것은 큰 의미가 없다. 사실상 손 쓸 방법이 없는 탓이다.
이에 따라 현재 세계 각국은 NEO를 조금이라도 더 빨리 찾아내기 위해 다양한 프로젝트를 전개하고 있다. 그중에서도 선두주자는 단연 미국이다. NASA는 차치하고라도 미국 하버드-스미스소니언 천체물리학연구소에 위치한 국제천문연맹(IAU) 산하 소행성센터(MPC)가 지난 1947년부터 NEO를 추적해 오고 있다.
1996년 출범한 '링컨지구근접소행성연구(LINEAR)'도 NEO를 발견·추적하는 대표적 프로젝트다. LINEAR 연구팀은 뉴멕시코주에 배치된 직경 1m급 천체망원경 2대와 직경 50㎝급 천체망원경 1대로 우주를 감시하고 있는데 2004년까지 매년 새로 발견된 NEO의 65%를 발견해냈다.
또 1980년 시작된 미국 애리조나주립대의 스페이스워치(Spacewatch) 프로젝트에서는 애리조나주 키트봉 천문대에 1.8m급, 90㎝급 천체망원경을 설치하고, 지구를 덮칠 지도 모르는 NEO를 찾고 있다.
그 외에도 지구근접소행성추적(NEAT), 로웰천문대 NEO 탐색(LONEOS), 카탈리나 스카이서베이(CSS), 임페라토레 평원 NEO 서베이(CINEOS), 일본 스페이스가드협회, 아시아고-DLR 소행성 서베이 등 다양한 NEO 탐색 프로젝트가 가동되고 있다. 2011년 현재 WISE 프로젝트를 통해 직경 1㎞ 이상의 NEO 중 93%를 발견했으며, 아직 발견하지 못한 것은 70개뿐이라고도 한다.
특히 NEO 관측은 우주에서도 이뤄진다. 2009년 발사된 NASA의 광역적외선탐사위성(WISE) 위성이 고감도 적외선 망원경을 활용해 1년간 400개의 NEO를 발견해냈으며, 캐나다우주기구(CSA)가 지난 2월 25일 NEO 관측위성 '네오샛(NEOSSat)'을 발사하기도 했다.
이러한 지구근접천체 조기 발견 노력을 통해 지구에 위협이 되는 지구근접천체들에 대한 목록화와 지속적인 감시가 가능해졌다. 보통 태양으로부터 0.983~1.3AU 거리 사이에서 궤도 운동을 하는 지구 근접 소행성들이야 말로 지구에 충돌할 위험이 높다고 보며, 이 범위에서 지구 근접 소행성이 발견되면 IAU 산하 MPC에 달려 목록화 시킨다.
이러한 관측을 통해 지난 2008년 수단에 떨어진 직경 4m의 소행성 '2008 TC3'의 충돌 위치와 시간을 19시간 전에 정확히 예보할 수 있었다.
지구 충돌 시나리오
결과적으로 현재까지 발견된 NEO나 PHA 가운데 지구와 충돌이 확실시되는 것은 하나도 없다. 상대적으로 가능성이 다소 높은 녀석들이 있기는 하지만 한국천문연구원 문홍규 박사는 수치 자체에 너무 놀랄 이유가 없다고 강조한다. 문 박사는 "충돌 확률이 높은 NEO의 대다수는 근래에 발견된 것으로 충분한 관측이 이뤄지지 못해 오차범위가 크다"며 "천문학계는 존재가 파악된 NEO 중 100년 내 지구와 충돌할 것은 없다고 판단하고 있다"고 밝혔다.
물론 그럼에도 일각에서는 지구와의 충돌이 확실시되며 막대한 피해를 입힐 것으로 예상되는 NEO의 출현에 대비해 이들의 물리적으로 저지할 수 있는 방안을 찾고 있는 상태다. 이는 주로 NEO를 지구에 위협적이지 않은 크기로 부수는 방안, NEO의 궤도나 속도에 변화를 일으켜 충돌 가능성을 없애는 방안으로 나뉜다.
꽤 많은 NEO 관련 문화매체에서는 파괴 방식을 선호하지만, 사실 하나의 NEO를 완전히 무해한 크기로 조각내려면 엄청난 에너지가 필요하다. 게다가 자칫 잘못하면 하나의 위험한 천체를 여러 개의 위험한 천체로 바꿔놓을 개연성도 있다.
이런 이유로 학계에서는 지연방식이 한층 설득력 있게 받아들여진다. 이의 세부적 방법은 매우 다양하다. 핵무기로 타격하거나 우주선을 충돌시켜 궤도를 변경하는 것에서부터 태양에너지를 사용해 NEO의 일부를 증발시킴으로써 무게 중심을 바꿔 궤도를 변경하는 방법, NEO에 로켓 엔진을 장착해 궤도를 변경시키는 방법 등이 제시되고 있다.
이 방법들은 하나같이 현재의 기술로는 현실화에 어느 정도 무리가 있는 것이 사실이다. 하지만 다행히도 우리에게는 아직 충분한 시간이 있다. 직경 1㎞의 NEO가 지구에 격돌하는 것은 보통 평균 44만년에 한 번 있는 일이기 때문이다. 그 시간 동안 충분히 하늘을 보고, NEO를 막아낼 기술을 갈고 닦는다면 인류의 미래는 결코 비관적이지 않다.
지난 2월 22일 폐회한 유엔 산하 평화적 우주 이용을 위한 위원회(COPUOS)에서는 NEO로부터 지구를 지켜내기 위한 감시방위체계 수립을 확정하기도 했다. 감시방위체계는 소행성과 혜성의 접근을 감시하고 방어하고 대피 경보를 내리는 3개 기구, 구체적으로 국제소행성 경보네트워크(IAWN), 우주임무기획·자문단(SMPAG), 충돌재해기획·자문단(IDPAG)으로 구성한다는 복안이다. 이 계획이 오는 6월 유엔 총회에서 인준된다면 SF 영화에서처럼 지구를 향하는 파괴적 소행성을 막아내는 초국가적 지구방위 조직이 탄생하게 된다.
유성 (流星) 지구 대기권 내로 진입해 대기와의 마찰에 의해 밝게 빛나는 소행성. 동일한 물체지만 지구 밖에서는 소행성, 대기권 내에서는 유성, 지면에 떨어지면 운석이라 부른다.
AU 지구와 태양 사이의 평균 거리를 나타내는 Astronomical Unit의 약자. 1AU는 1억5,000만㎞다.
근지점 ([perigee, 近地點) 지구를 공전하는 근지점 ([perigee, 近地點) 위성 등의 물체가 지구와 가장 가까워지는 거리.
NEO의 지구 습격 사건
퉁구스카 대폭발
1908년 6월 30일, 러시아 퉁구스카 8.5km 상공에서 직경 45~70m로 추정되는 소행성이 10메가톤 위력으로 폭발했다.
벨라 위성 사건
1979년 9월 22일 미국의 인공위성 벨라(vela)가 남대서양의 프린스 에드워드섬 인근에서 거대한 폭발 섬광을 탐지했다. 2~3킬로톤급 핵폭발에 해당하는 섬광이었다. 당시 미국 정보기관은 핵실험 섬광일 가능성이 90%라고 추정했지만 1980년 7월의 조사보고서에는 핵실험 섬광이 아닌 것 같다는 결론이 내려졌다. 핵실험 외에 이만한 섬광을 낼 수 있는 것은 소행성 폭발 말고는 없다.
동부 지중해 사건
2002년 6월 6일, 직경 10m로 추정되는 NEO가 그리스와 리비아 사이의 동부 지중해 상공에서 폭발했다. 이 폭발로 TNT 26킬로톤에 해당하는 에너지가 방출됐다.
수단 사건
2008년 10월 6일. 과학자들이 2008 TC3이라는 NEO를 발견하고, 다음날인 10월 7일 5시 46분(현지시각) 수단 상공에서 폭발할 수 있다고 예보했다. 천체는 예측된 시각에 수단 상공에서 폭발했다. 이는 NEO의 지구 충돌이 정확하게 예측된 최초의 사례다. 인구밀집지대가 아니어서 이렇다 할 피해는 보고되지 않았다.
인도네시아 사건
2009년 인도네시아 보네 인근 상공에서 거대한 불덩어리가 관측됐다. 약 10m 직경의 소행성의 폭발로 추정됐으며 폭발에너지는 나가사키에 투하된 원자폭탄인 패트맨의 두 배가 넘는 50킬로톤에 해당했다. 사상자는 보고되지 않았다.
◀ 아찔했던 순간
지난 1989년 3월 지구가 6시간 전에 지나친 지점을 직경 1㎞ 소행성이 통과하기도 했다.
지구 충돌 가능 NEO
지금까지 지구에 위협이 될 수 있다고 보고된 NEO는 여려 개가 있었다. 가장 먼 (89959) 2002 NT7은 토리노 척도와 더불어 소행성의 지구 충돌 위험성을 나타내는 또 다른 척도인 팔레르모 기술 충격 위험 척도로 봤을 때 위험하다고 판정된 최초의 NEO다. 당시 2019년 2월 1일 지구와 충돌할 확률이 100만 분의 1 정도로 파악됐던 것. 이후 관측데이터가 축적되며 계산의 정확도가 높아지면서 지금은 2019년 1월 13일 지구로부터 0.4078AU(6,100만 ㎞) 떨어진 궤도를 스쳐 지나갈 것으로 예측되고 있다.
직경 1㎞의 소행성 (29075) 1950 DA의 경우 현재까지 발견된 이와 유사한 크기의 소행성 중 지구와의 충돌 확률이 가장 높은 NEO로 꼽힌다. 오는 2880년 3월 16일경 약 300분의 1의 확률로 지구에 충돌할 가능성이 있다.
그리고 토리노 척도에서 정상 이상의 등급을 받았던 NEO로 99942 아포피스와 (144898) 2004 VD17을 들 수 있다. 이들은 각각 2029년 4월 13일과 2032년 5월 1일에 지구 근처를 스쳐 지나갈 예정이다.
참고로 처음 발견됐을 때 지구 충돌 가능성이 높다고 보고됐던 NEO라도 나중에는 충돌 가능성이 극히 낮아지는 경우가 상례다. 관측정확도가 높아지는 것에 더해 NEO와 같은 작은 크기의 천체는 비행 중 다른 천체들과의 상호작용으로 궤도가 바뀔 수 있기 때문이다.
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