3'30" 읽기
- 목성의 위성인 유로파, 가니메데, 칼리스토를 탐사, 얼음 위성까지 7억 7,800만 km 여행
- 프랑스령 기아나의 유럽 우주기지에서 아리아드네 5호 로켓으로 발사
- 무게 약 2.4t의 우주탐사선은 지구를 떠난 뒤 2031년 목성계에 도달
- +250도 ~ -230도까지의 극심한 온도 변동 감내,총면적이 85㎡인 10개 태양광 패널 보유
- 지상국과 통신 위해 2.50m 안테나 탑재

JUICE: 목성의 얼음 위성으로 발사
유럽 ​​임무는 목성의 위성인 유로파, 가니메데, 칼리스토를 탐사할 것이다.

오늘 한국시각으로 저녁 9시 15분경, 유럽 우주 탐사선 JUICE(Jupiter Icy Moons Explorer)가 가이아나의 우주 정거장에서 목성의 얼음 위성으로 발사된다. 탐사선은 유로파, 가니메데, 칼리스토라는 거대 가스 행성의 3대 위성을 탐사할 것이다. 세 곳 모두 두꺼운 얼음 지각 아래에 액체 바다가 있어 거주 가능한 조건을 제공할 수 있으며 태양계에서 외계 생명체에게 가장 유망한 장소로 간주된다. 

▲ 유럽 ​​우주 탐사선 JUICE가 가스 거인의 거대한 얼음 위성을 탐사하기 위해 목성계로 발사된다. © ESA/ATGmedialab; NASA/JPL, DLR

갈릴레오 갈릴레이는 400년 전에 이미 4개의 큰 목성 위성인 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토를 관측했다. 그들은 약한 망원경으로도 행성의 양쪽에서 밝은 점으로 볼 수 있다. 목성의 가장 안쪽에 있는 달 이오는 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 천체인 반면, 목성의 다른 세 개의 큰 달은 얼음 달이다. 그 표면은 빙하 아래의 액체 상태의 물을 숨기는 두꺼운 얼음 껍질로 덮여 있다.

표적은 목성의 얼음 위성 

이것이 바로 목성의 3개의 큰 얼음 위성을 매우 흥미롭게 만드는 것이다. 빙하 아래 바다에서 생명 친화적인 조건이 만연할 수 있으며, 어쩌면 외계 생명체가 존재할 수도 있다. 그러나 목성의 얼음 위성이 생명체의 출현과 장기적 생존에 필요한 조건을 제공하는지는 기초적으로만 알려져 있다. 목성 시스템은 지금까지 단지 두 번 방문됐다. 1995년부터 2003년까지 NASA의 갈릴레오 탐사선과 현재 목성 궤도를 돌고 있는 NASA의 Juno 탐사선의 방문이다.

Paul Scherrer Institute(PSI)의 Wojciech Hajdas는 "이전 임무와 지구 관측에서 수집한 데이터를 기반으로 목성의 위성에 생명체가 존재한다는 가정과 계산이 많이 있다"고 설명했다. “JUICE를 통해 우리는 복잡한 목성계를 더 잘 이해할 수 있다. 생명을 찾는 것이 아니라 가능하거나 불가능한 서식지를 추론하기 위해 환경을 더 잘 이해하는 것이다.”

Jovian 시스템으로의 발사 및 여정

모든 것이 계획대로 진행된다면 ESA의 JUICE(Jupiter Icy Moons Explorer) 우주선이 오늘 발사되어 목성의 얼음 위성까지 7억 7,800만 킬로미터를 여행할 것이다. 탐사선은 우리 시간으로 오후 9시 15분경 프랑스령 기아나의 유럽 우주기지에서 아리아드네 5호 로켓으로 발사될 예정이다. 무게 약 2.4t의 우주탐사선은 지구를 떠난 뒤 2031년 목성계에 도달할 때까지 약 8년간 비행하게 된다.

가는 길에 JUICE는 장거리 비행을 위한 추진력을 얻기 위해 몇 가지 복잡한 비행 기동을 수행할 것이다. 여기에는 2024년 8월 지구와 달의 결합 비행이 포함되며, 이 동안 탐사선은 먼저 750km 고도에서 달 궤도를 돌고 36시간 후에 지구를 통과한다. 2025년에는 금성의 저공비행이 뒤따를 것이며, 2026년과 2029년에는 지구에서 두 번 더 스윙 홀 기동을 할 것이다.

극한 상황에 적응한 시스템

목성계로의 긴 여정에서 JUICE 우주 탐사선은 극한 조건에 노출된다. 금성 주위를 공전하는 동안 극심한 복사와 열을 견뎌야 하는 반면, 외부 태양계에서는 극심한 추위와 약한 태양 복사만 만연하다. 플러스 250도에서 마이너스 230도까지의 극심한 온도 변동을 완충하기 위해 우주 탐사선에는 능동 및 수동 구성 요소와 다층 절연으로 구성된 복잡한 열 시스템이 장착되어 있다.

에너지 공급을 위해 JUICE는 총면적이 85㎡인 10개의 태양광 패널을 보유하고 있다. 멀리 떨어진 목성계에서도 여전히 약 700~900W(와트)의 전력을 공급한다. 탑재된 배터리 덕분에 우주선은 최대 5시간 동안 달과 행성의 그림자 속에서도 생존할 수 있다. 우주 탐사선의 민감한 기기를 태양과 목성 주변의 가혹한 우주 방사선으로부터 보호하기 위해 특별히 차폐되었다.

8년의 여정 동안 대부분의 우주선 장비가 꺼지는 동안 하드 방사선용으로 특별히 설계된 입자 탐지기인 RADEM은 활성 상태를 유지한다. 이 지역의 소위 우주 날씨에 대한 중요한 매개변수다”고 Hajdas는 설명했다. 이것에 유리한 JUICE 임무는 특히 높은 태양 활동 단계에서 발생합니다.

▲ JUICE 임무의 목표는 목성과 3개의 큰 얼음 위성 칼리스토(앞), 가니메데, 유로파(뒤)이다. © Burke et al. /PNAS

시사회: 외계 위성의 첫 번째 궤도

2031년에 JUICE는 목성계에 도착하여 원래 4년 동안 지속되도록 계획된 임무를 시작할 것이다. 이를 위해 우주선은 먼저 목성 주변 궤도에 진입하고 2034년 말까지 위성 유로파, 가니메데, 칼리스토의 근접 비행을 총 35회 완료할 것이다. 그런 다음 시사회가 이어진다. 처음으로 탐사선이 외계 행성의 궤도에서 달 중 하나를 중심으로 궤도를 돌게 된다.

이 기동으로 2034년 12월에 JUICE는 태양계에서 가장 큰 위성인 가니메데 주위를 공전하게 된다. 그것에 대해 알려진 것은 목성의 위성인 유로파보다 훨씬 적다. 독일항공우주센터(DLR)의 하이케 라우어(Heike Rauer)는 "JUICE는 실제로 새로운 과학적 지평을 열고 있으며 완전히 새로운 과학적 진술을 가능하게 하고 NASA의 유로파 클리퍼와 같은 다른 미션의 결과를 완벽하게 보완하는 데이터 세트를 생성하기 위해 측정을 사용할 것"이라고 말했다.

▲ ESA 우주 탐사선 JUICE의 비행 경로. © DLR

11가지 도구로 과학적 탐구

JUICE는 과학적 작업을 위해 11개의 측정 장비를 갖추고 있다. 여기에는 여러 분광계, 파동 및 입자 탐지기, 자력계 및 목성의 대기를 무선 측심하기 위한 기기가 포함된다. 우주 탐사선에는 또한 레이더 에코 사운더와 GAIA 레이저 고도계(GAnymede 레이저 고도계)가 내장되어 있어 얼음 위성, 특히 가니메데를 매핑하고 탐사할 수 있다.

JUICE는 이 고도계를 사용하여 가니메데의 얼음 껍질과 그 변형을 정확하게 측정할 것이다. DLR의 Anke Kaysser-Pyzalla는 "변형의 정도에서 얼음 지각 아래에 액체 상태의 물이 있는지 여부와 지각이 얼마나 두꺼운지 추론할 수 있다"고 설명한다. 외부 태양계에서 이러한 장비가 사용된 것은 이번이 처음이다. 또한 탑재된 카메라 시스템은 처음으로 수백 킬로미터 떨어진 얼음 위성인 가니메데, 칼리스토, 유로파의 고해상도 이미지를 생성한다.

JUICE가 Jupiter 시스템의 엄청난 거리에도 불구하고 지구의 지상국과 통신하고 데이터를 보낼 수 있도록 2.50m 안테나가 탑재됐다. 또한 온보드 컴퓨터는 프로브의 기능을 독립적으로 조절할 수 있도록 설계되었다.
출처: European Space Agency (ESA), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Paul Scherrer Institut (PSI)
유럽 우주국(ESA), 독일 항공 우주 센터(DLR), 폴 셰러 연구소(PSI)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]