작은 우주 쓰레기 조각이 어떻게 엄청난 피해를 입힐 수 있을까?

지난 2016년 유럽 우주국 소속 우주 비행사 팀 피크는 국제 우주 정거장(ISS)의 유리창에 0.4인치 크기의 움푹 들어간 부분이 박혀 있는 사진을 공유했습니다. 그 범인은 바로 우주 쓰레기의 작은 조각이었습니다. 페인트 또는 금속으로 보이는 이 잔해 조각은 위성에서 나왔으며, 직경은 수천 분의 1밀리미터에 불과했습니다. 이는 대장균의 단일 세포보다도 크지 않은 수준입니다. 많은 사람들은 "어떻게 그렇게 작은 조각이 눈에 보이는 손상을 일으킬 수 있나"라며 황당함을 감추지 못했습니다. 이와 관련해 애리조나 대학의 천문학자 비슈누 레디는 "모든 것은 속도에 달려 있다"라고 말했습니다. 우주 정거장 고도와 다른 대부분의 위성에 있는 물체는 25,200km/h(15,600mph) 이상의 속도로 지구 주위를 90분마다 한 번씩 회전합니다. 이는 지구상에서 평균 총알이 발사되는 속도의 10배에 달하는 속도입니다.

 

충격 에너지는 물체의 크기에만 관련된 것이 아니며, 속도와 방향도 중요합니다. 이것이 바로 작은 총알이 그렇게 큰 피해를 입힐 수 있는 이유입니다. 빠른 속도로 움직일 때에는 어떤 물체라도 충분히 위험할 수 있습니다. 매사추세츠 공과대학 항공 우주학과 부교수인 케리 카호이는 "속도가 가산된다는 점을 명심해야 한다"라고 강조했습니다. 두 물체가 충돌할 때 서로를 향해 움직이면 충돌 에너지가 증가합니다. 카호이는 "고속도로에서 운전하는 상황을 가정해 보자"라며 예시를 들었습니다. 카호이는 "같은 방향으로 빠르게 움직이는 두 대의 자동차는 서로 닿을 수도 있고 간신히 접촉만 할 수도 있다. 그러나 오토바이처럼 가벼운 차량이라도 반대 방향으로 속도를 내던 중 차량과 충돌하면 두 운전자 모두에게 재앙이 될 수 있다"라고 비유했습니다. 우주에서 빠르게 움직이는 페인트 조각은 이와 마찬가지로 충돌할 경우 상대적으로 큰 흔적을 남길 수 있습니다. 우주에서는 다양한 경로를 따라 위성과 우주선, 잔해가 궤도를 돌고 있습니다. 어떤 물체는 적도 주위를 수평으로 공전하는 반면 또 다른 물체는 극 주위를 수직으로 순환할 수 있습니다. 일부 물체는 역행으로 이동하기도 하는데 이는 지구 궤도 반대 방향으로 회전한다는 의미입니다. 점점 더 많은 잔해가 공간을 어수선하게 만들면서 지구의 저궤도, 즉 우주 정거장이 회전하는 곳은 마치 출퇴근 시간의 혼잡한 고속도로처럼 변합니다. 카호이는 "많은 피해가 발생할 가능성이 있다"라고 설명했습니다.

 

운 좋게도 국제 우주 정거장에 탑승한 우주비행사들은 창문에 큰 잔해 조각이 부딪히지 않았습니다. 미생물 크기에 불과한 이 조각은 움푹 들어간 부분만 남길 수 있지만, 완두콩 크기의 조각이라면 중요한 비행 시스템을 무력화시킬 수 도 있습니다. 레디는 "탁구공 크기의 잔해 조각은 재앙이 될 것"이라 밝혔습니다. 그 크기에서는 우주 쓰레기로 인해 우주 정거장이 급속히 감압되고, 우주비행사가 기내에서 숨을 쉬는 것이 불가능해질 수 있습니다. 우주 쓰레기는 점점 더 큰 문제를 낳고 있는 것으로 파악됐습니다. 실제로 지구 궤도에는 최소 1억 2천8백만 개의 파편이 포함되어 있으며, 그중 34,000개는 약 4인치, 즉 10센티미터보다 큰 것으로 나타났습니다. 이는 감지할 수 있을 만큼 큰 파편들입니다. 이러한 작은 조각은 인공위성이 극 자외선 아래에서 자연적으로 풍화될 때나 더 큰 우주 잔해 조각이 충돌할 때, 또는 인공위성이 의도적으로 파괴될 때 형성됩니다. 더 큰 조각에는 3,000개의 버려진 위성뿐만 아니라 발사 중에 우주선이 떨어뜨린 볼트 및 기타 부품이 포함됩니다.

 

레디는 "우주 쓰레기를 추적함으로써 과학자들은 국가와 기업에 우주선이 빠르게 움직이는 잔해 조각의 경로에서 벗어나도록 지시할 수 있다"라고 전했습니다. 국제 우주 정거장은 지난 1999년부터 이러한 기동 중 25번을 수행했습니다. 현재 연구자들은 갈고리, 그물, 자석을 사용하여 쓰레기를 지구 대기권으로 끌어들이는 등 우주 밖으로 쓰레기를 낚는 여러 가지 방법을 개발하고 있습니다. 우주 쓰레기가 너무 많을 경우, 인간이 위성 및 기타 유형의 우주선을 위해 지구 궤도를 사용하는 것이 위험해질 수 있습니다. 레디는 "지금은 그 근처에도 가지 못했지만, 더 이상의 축적을 방지하기 위해 우주 쓰레기 문제를 미리 해결하는 것이 중요하다"라고 이야기했습니다. 오늘날 사람들이 통신을 비롯해 날씨 예측, 은행 업무, 엔터테인먼트, 군사 등 많은 분야에 있어 우주에 의존하는 것을 언급한 레디는 "문명으로서, 그리고 진보 측면에서 우리가 우주에 접근할 수 없다면 우리는 여러 단계 후퇴하게 될 것"이라 우려했습니다.