목성을 개척하다. - 파이어니어 10호 -

왜 목성인가?

시작에 대한 질문은 언제나 인류의 호기심을 자극합니다.

어떻게 아무것도 없는 무(無)에서 무언가가 나타나 물리적 우주를 이루었는가?

그 누구도 만족할 만한 답을 얻지 못했습니다.

 

태양계 내의 다른 행성들과 너무나도 다른 지구에서 어떻게 생명체가 생겨나고 번성할 수 있었을까?

지구의 역사라는 긴 영화에서 한 프레임에 불과한 지구의 현재 모습만 가지고는 답을 찾기가 쉽지 않습니다.

더 나아가 지구의 미래를 예측하고 과거를 짐작하기에는 너무나 부족한 정보입니다.

그러나 태양계 내의 다른 행성들은 진화의 역사를 다른 속도로 보여주고 있습니다.

예를 들어 달과 수성과 같은 일부 행성들은 행성 진화의 고대 기록을 보존하고 있습니다.

 

하지만, 모든 행성이 너무 멀리 떨어져 있고, 지구 대기의 영향으로 지상의 망원경 관측은 그 한계가 명확합니다.

행성 탐사선이 파견된 이후, 지난 수 세기 동안보다 행성에 대해 더 많은 것이 알려진 것은 너무나 당연합니다.

다른 행성에 대한 지식은 우리의 고향인 지구에 대한 이해를 위해 매우 중요합니다.

다른 행성을 관찰하고 연구하면서, 지구 환경의 장기적인 변화를 예측하고 이에 대비할 수 있습니다.

 

여러 측면에서 목성은 우주 전체에서 일어나는 일을 대변하고 있습니다.

목성은 핵반응이 시작되기 전의 별이 겪는 진화 과정과 유사하며, 목성의 대기와 빠른 자전 속도는 지구의 날씨와 제트 기류등을 연구하는 극단적인 모델을 제공합니다. 

또한 목성의 위성 체계는 마치 실제 태양계를 축소한 것처럼 보이기도 합니다. 따라서 그 형성이 태양계 형성과 유사했을 수 있습니다.

 

태양계의 기원을 이해하기 위해서라도 목성을 포함한 외부 행성의 탐사는 필연적인 선택이였습니다.

목성이나 토성 같은 외부 행성들은 지구와 매우 멀리 떨어져 있기 때문에, 합리적인 시간 내에 도달하려면 우주선이 매우 빠르게 이동해야 합니다. 하지만 당시 기술로는 충분한 속도를 낼 수가 없었습니다. 그러나 목성의 강한 중력을 이용하면 우주선을 외부 행성으로 비교적 빠르게 이동시킬 수 있습니다.(스윙바이)

즉, 목성은 외부 태양계를 탐험할 수 있는 수단을 제공합니다.

하지만 문제가 있었습니다. 목성의 강한 자기장과 방사선이 목성을 이용하려는 탐사선을 얼마나 손상시킬지 알 수가 없었습니다. 만약 목성의 자기장과 방사선이 매우 강력해서 목성에 접근 조차 할 수 없다면, 외부 태양계 탐사는 더 강력한 추진 시스템이 개발될 때까지 잠정 중단될 것입니다. 수 년이 걸릴지, 수 십년이 걸릴지 그 누구도 예상할 수 없었습니다. 

따라서 목성을 이용한 외부 태양계 탐사가 가능할 지 알아낼 수 있는 유일한 방법은 우주선을 목성으로 보내는 것 뿐이였습니다.

 

목성을 탐사하기 위해 인류는 많은 기술적 과제를 해결해야 했습니다.

첫번째, 그 당시 인류가 탐사선을 보낸 화성까지의 거리는 6,500만km에 불과했지만, 목성까지는 8억km의 거리에 달했습니다. 이처럼 광대한 거리는 통신 문제를 야기합니다. 무선 신호의 감소도 문제지만 우주선에서 지구로 전달되는 정보 신호의 지연시간과 지구에서 우주선에 전달하는 무선 명령 신호의 지연 시간의 합계가 92분에 달했습니다.

한치의 오차도 없이 사전에 모든 것이 잘 계획되어야 했습니다. 미지의 요인으로 인한 위험에 대응하고 수정할 기회는 없을테니까요.  

두번째, 태양으로부터 멀어지는 만큼, 태양에너지의 강도도 약해집니다.(지구에서의 1/27 수준) 기존 방식이었던 태양광 발전으로 우주선에 필요한 전력을 공급하는 방식은 사용할 수 가 없었습니다. 이에 파이어니어 10호는 최초로 방사선 동위원소 열전 발전기를 동력원으로 사용하게 됩니다. 또한 장기간 빠른 속도로 우주를 비행해야 했기에 우주선과 과학 장비의 경량 설계와 높은 신뢰성과 정밀함이 요구되었습니다.

세번째, 화성과 목성 사이의 소행성대를 통과해야 합니다.

과학자들은 그저 우주선이 소행성들과의 충돌 없이 무사히 빠져나가기를 기원할 수 밖에 없었습니다.