항공우주 여행목적지별 복사 위험도

이전의 포스팅에서는 우주에서의 복사의 위험에 대해서 정리해 보았다. 하지만 이것이 우주에서 모두 동일하게 위험한 것인지에 대한 부분은 알 수 없었다. 그래서 이번에는 우주에서 행성마다 어떤 차이가 있는지 무엇이 위험한지에 대해서 알아보고자 한다.

 

지구 저궤도 여행과 우주정거장 방문

 

우리가 가장 쉽고 짧게 할 수 있는 우주여행으로는 우주공간으로 올라갔다가 금방 다시 지구로 내려오는 것이다. 이러한 여행은 이륙에서 착륙까지 몇 시간밖에 걸리지 않을 것이고, 운이 나빠 전자기 복사나 태양 고에너지 입자가 특별히 강렬하게 분출하는 사건을 만나지 않는 한 복사에 노출되는 양이 적을 것이다.

 

 

이것보다 조금 더 위험한 것은 지구 주위의 궤도를 도는 것이다. 대기가 제공하는 보호막은 지표면에서 고도 400km를 넘어가면서 의미가 없다. 이곳은 저궤도라고 불리우며 국제우주정거장이 날고 있는 곳이다. 때문에 이곳에 머무는 사람은 지상에 잇는 사람보다 더 많은 복사에 노출되고 만다. 대략 160~320배나 많은 복사를 받는데 이는 지상에서 14~27년동안 정상적으로 받는 복사의 양이라고 보면 된다. 실로 엄청난 수치이다.

 

우주산책에 나서는 우주비행사는 초보적인 보호벽으로 둘러싸인 우주선에 머무는 사람보다 더 많은 복사에 노출된다. 선외활동에 사용되는 우주복은 작고 유연하게 만드느라 복사차단장치가 부족하므로 우주비행사는 우주산책에 나가기 전에 우주정거장의 고도와 태양 활동이 활발할 때 일어나는 지를 철저하게 검토해야 한다.

 

지금은 우주기상 위성이 태양을 계속 감시하면서 위협적인 태양입자 분출에 대해 사전경고를 해준다. 우리가 우주선에 탑승을 할때에도 누군가 우주기상 채널을 주시하고 있을 것이다.

 

 

밴앨런대 여행은 위험하다

밴앨런대를 여행할 때에는 악명 높은 버뮤다 삼각지대보다 더 나쁜곳에 들어간다고 상상해도 과언이 아니다. 이곳의 복사강도는 장기간 노출되었을때 치명적일 정도로 높은데 특히 밴앨런대에서는 지표면에서보다 수백만배나 더 강하다. 우주비행사들이 밴앨런대를 무사히 통과하는 것은 항상 중요한 과제중 하나였다.

 

이곳은 두께가 균일하지 않아서 비행을 잘 한다면 복사에 덜 노출된채로 지나갈 수 있다. 가장 두꺼운 지역은 지구 적도 상공 부근이고 자남극과 자북극 상공에는 사실상 밴앨런대가 없는거나 마찬가지 이다. 그말은 남극과 북극 가운데 하나를 통해 위로 곧장 날아오를 수 있다면 밴앨런대의 복사를 완전히 피할 수 있다는 말이다. 하지만 현실적으로는 불가능했기에 절충안을 모색하고 있다.

 

 

대기가 없는 달과 희박한 화성은 복사를 막지 못한다

달은 대기가 거의 없기 때문에 복사를 막아주지 못한다. 달의 대기가 얼마나 희박한가 하면 아폴로 달 착륙선이 로켓 배기가스로 내뿜는 기체의 양이 달 전체의 공기량과 비슷할 정도였다. 우주비행사는 우주에서 지내는 동안 마주치는 이온화 복사의 양을 측정하는 복사배지를 착용한다. 이온화 복사는 원자에서 전자를 떼어내고 분자를 분해할 만큼 강한 에너지를 지니고 있다.

 

이로 인해서 아폴로 11호의 우주비행사들은 지구를 떠나 있는 8일 동안 보통사람들이 지상에서 1년동안 받는 복사량의 약 1.5배에 해당하는 복사를 받았다고 한다. 복사배지가 없었다면 5년 동안 받는 것과 같은 양의 복사를 받았을 것이다.

 

 

화성의 대기가 희박하기 때문에 우리를 자외선 복사에서 보호해줄 수 있는 능력은 한계가 있다. 화성 표면에 쏟아지는 태양 복사의 세기는 지구 대기권 상공에 쏟아지는 것의 절반쯤이다. 이러한 화성에서 아무런 보호장비 없이 한 시간동안 이온화 복사에 노출이 된다면 화상뿐만 아니라 유전자와 장기에도 심각한 손상을 입을 수 있다.

 

화성에 쏟아지는 복사를 연구한 결과, 전체 우주 복사는 고도에 따라 달라지는 것으로 나타났다. 고도가 낮을수록 머리위에 쌓인 더 많은 공기가 복사를 더 많이 흡수한다. 북반구는 남반구보다 고도가 더 낮아 10~20퍼센트 정도 복사를 덜 받으며, 남반구에 있는 저지대인 헬라스분지 충돌 크레이터는 주변 지역보다 복사에 대해 좀더 안전하다. 반면에 화산인 올림포스 산 주변 지역은 평균보다 50%정도 더 위험하다고 한다.

 

복사와 관련된 모든 문제가 종합적으로 목성에서 나타난다.

 

태양계에서 가장 크고 무거운 목성은 행성 중에서는 가장 강한 자기장을 가지고 있다. 목성의 구름 꼭대기층에서 측정한 자기장은 지표면에서 측정한 지구 자기장보다 10배나 강하다. 목성의 자기장은 지구 자기장처럼 많은 양의 대전입자를 붙들어 밴앨런대와 비슷한 고에너지 입자가 들끓는 달걀 모양의 자기권을 형성하고 있다.

 

갈릴레이 위성을 방문할 경우 우리가 탄 우주선은 최소한 다섯가지 방출원에서 나오는 복사에 노출될 것이다. 그것은 바로 태양, 태양계 밖에서 은하우주선을 만들어내는 사건, 목성의 자기장에 저장되어 있는 고에너지 입자, 목성 자체, 이오 내부의 연속적인 기체와 마그마의 흐름이다.

 

 

이오의 옅은 대기는 주로 이산화황으로 이루어져 있고 그밖에 나트륨, 염소, 칼륨, 산소 원자도 섞여 있으나 계속 우주공간으로 새어나가고 있기 때문에 이오 표면의 기압은 우리가 숨쉬는 공기 기압에 비해 10억분의 1 미만이다. 고로 이들 기체는 우주에서 날아오는 이온화 복사를 차단하는데 전혀 도움이 되지 않는다.

 

목성에서 상당량의 X선이 방출되는 것도 관측했는데 때로는 예측 불가능한 펄스의 형태로 방출되기도 한다. 그중 일부 펄스는 몇 분 만에 이오의 엷은 대기를 뚫고 전신 X선 촬영장치 수천 개를 한꺼번에 비추는 것과 같은 강도로 이오의 표면에 쏟아진다. 이러한 펄스가 인간에게 쏟아진다면 이는 치명적이라 할 수 있다.

 

행성이나 달, 이오 같은 대형위성이 처음 생성될 당시에는 액체상태였는데 물속에 돌을 던질 때 일어나는 것처럼 밀도가 높은 원소들은 분화라는 과정을 통해 깊숙이 가라앉았다. 이러한 위성 내부에 자리잡은 밀도가 높은 원소 가운데 일부는 천연방사능을 띠고 있다. 따라서 이오에서는 지구에서보다 표면 방사선에 더 많이 노출되는 것이다.

 

 

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