일본 MMX, 화성 위성 포보스에 착륙해 10g 시료를 지구로 가져온다

일본이 어떤 우주 기관도 해내지 못한 도전에 나선다: 화성의 위성에 착륙해 최소 10g의 표면 물질을 채취해 지구로 가져오는 것이다. MMX(Martian Moons eXploration)라는 이름의 이 탐사선의 목표는 포보스(Phobos)로, 길이 약 27km의 감자 모양 위성으로, 다른 어떤 알려진 위성보다도 화성에 가깝게 공전한다. 계획이 성공하면, 지구의 실험실은 화성계에서 처음으로 확보한 물리적 샘플을 보유하게 된다.

이는 화성이 어떻게 두 개의 위성을 가지게 되었는지 아무도 모르기 때문에 중요하다. 포보스와 더 작은 쌍둥이 데이모스(Deimos)는 너무 가까이 다가와 포획된 소행성일 수도 있고, 거대한 무언가가 화성에 충돌하여 궤도로 튀어나온 잔해일 수도 있다. 각각의 답은 초기 태양계에 대한 다른 이야기를 말해주며, 실험실에서 분석된 샘플만이 이를 해결할 수 있다.

이 임무는 일본우주항공연구개발기구(JAXA)가 주도한다. JAXA는 두 개의 소행성에서 알갱이를 가져온 하야부사 탐사선을 운영한 기관이다. NASA, 프랑스 우주국(CNES), 독일 항공우주센터(DLR), 유럽우주국(ESA)이 파트너로 참여한다. JAXA는 이를 일본이 주도한 국제 행성 임무 중 가장 크다고 밝혔다.

“화성의 위성 포보스는 인류에게 미개척의 전선으로 남아 있습니다.” 가와카쓰 야스히로(Kawakatsu Yasuhiro) MMX 프로젝트 매니저는 JAXA 성명에서 이렇게 말했다. “포보스의 샘플을 지구로 가져옴으로써 화성 위성이 어떻게 형성되었는지, 화성권이 어떻게 진화했는지, 그리고 지구형 행성에서 발견되는 물과 유기 물질이 어떻게 기원했는지 탐구하기를 바랍니다.”

MMX가 포보스의 샘플을 채취하는 방법

탐사선은 길이 약 9m로, 세 개의 모듈이 쌓여 있다: 화성 궤도 진입을 위한 추진 모듈, 착륙 다리와 샘플링 장비를 탑재한 탐사 모듈, 샘플을 지구로 운반할 귀환 모듈이다. ESA에 따르면 11개의 과학 장비를 탑재하고 있으며, 주 탐사선에 7개, 소형 로버에 4개가 실려 있다.

포보스는 너무 작아 일반적인 방식으로 궤도 선회가 불가능하다. 중력이 지구의 1/1000도 안 되기 때문에, MMX는 준위성 궤도(quasi-satellite orbit)를 비행할 예정이다. 기술적으로는 화성을 공전하지만 포보스와 보조를 맞춰 위성 주변을 맴도는 궤도다. 여기서 TENGOO라는 망원 카메라로 약 40cm 크기의 지형을 식별하고, OROCHI라는 광각 카메라, 레이저 고도계, 프랑스의 적외선 분광기 MIRS, NASA의 감마선·중성자 장비 MEGANE이 지형, 광물, 화학 원소를 매핑한다.

주 탐사선이 착륙을 감행하기 전에, 정찰기를 투하한다. CNES와 DLR이 제작한 25kg짜리 로버 이데픽스(Idefix)는 표면 위 40~100m 높이에서 낙하하여 스스로 바로 선 후 약 100일 동안 이동한다. 포보스에서 이데픽스의 무게는 지구에서의 15g 정도, 즉 종이 몇 장 정도에 불과하다.

그 다음이 착륙이다. 탐사 모듈은 약 2시간 30분 동안 표면에 머물며, 두 번째 착륙 지점에서 다시 착륙할 수도 있다. 주요 도구는 로봇 팔에 장착된 코어러(corer)로, 약 2cm 깊이까지 파고들어 태양광과 태양 복사에 의해 화학적으로 변질되지 않은 물질에 도달한다. NASA가 제공한 백업 방식은 질소 가스 분사로 표면 알갱이를 용기에 불어 넣는 것으로, 이는 OSIRIS-REx가 소행성 베누(Bennu)에서 사용한 것과 같은 원리다. 다만 포보스의 약한 중력에서는 그 분사가 탐사선을 전복시킬 약간의 위험이 있다.

화성의 위성인 이유, 화성 자체가 아닌 이유

포보스의 기원에 대한 질문은 사실 행성이 어떻게 물을 얻게 되는지에 대한 질문이다. 포보스가 포획된 소행성이라면, 어린 암석 행성에 물과 유기 분자를 전달했을 어둡고 탄소가 풍부한 소행성처럼 보여야 한다. 거대 충돌 후 잔해로 형성되었다면, 대부분 화성 지각으로 이루어져 있어야 한다.

“이 미스터리의 열쇠는 화성의 위성에 있습니다. 이 위성들은 대기와 물의 성분을 운반할 수 있는 천체인 탄소질 소행성과 매우 닮았습니다.” 수석연구원 구라모토 기요시(Kuramoto Kiyoshi)가 말했다. 포보스는 외형상으로는 포획된 소행성처럼 보이지만, 거의 원형에 가깝고 화성 적도에 가까운 궤도는 단순히 지나가던 물체를 낚아챈 것으로는 설명하기 어렵다.

추가 이점도 있다. 소행성 충돌로 인해 수십억 년 동안 화성의 토양이 우주로 튀어나갔고, 포보스는 너무 가까이 있어 그 잔해의 일부를 쓸어 담는 것으로 여겨진다. 따라서 포보스 샘플에는 화성 자체의 알갱이가 포함될 수 있다. 예산 압박으로 NASA와 ESA의 화성 샘플 귀환 프로그램이 사실상 취소된 상황에서, MMX는 운석이 아닌 의도적으로 지구에 도달하는 첫 번째 화성 물질을 제공할 수도 있다.

지금까지 모든 탐사선이 실패한 목표

도전의 규모는 역사에서 드러난다. 소련은 두 대의 포보스 탐사선을 모두 위성에 도달하기 전에 잃었고, 러시아의 후속 샘플 귀환 시도인 포보스-그룬트(Phobos-Grunt)는 지구 궤도를 벗어나지 못했다. 지금까지 어떤 우주선도 포보스에 닿지 못했다.

이전 시도들과 비교하면 10g은 많은 양이다. JAXA의 하야부사는 소행성 이토카와(Itokawa)에서 극소량의 알갱이만을 반환했고, 하야부사2는 소행성 류구(Ryugu)에서 약 5.4g을 가져왔다. MMX는 또한 다른 행성의 위성에 착륙하고 이륙하는 첫 번째 우주선이 되며, 화성계를 왕복한 후 지구로 귀환하는 첫 번째 임무가 될 것이다.

임무에는 몇 가지 추가 요소도 있다. 일본 방송사 NHK와 함께 제작한 두 대의 초고화질 카메라가 화성과 그 위성을 8K로 촬영하며, 귀환 도중 MMX는 포보스의 더 작고 덜 탐사된 쌍둥이 데이모스를 스쳐 지나갈 예정이다.

MMX가 약속할 수 없는 것

샘플 귀환 임무는 모든 것이 제대로 작동해야 하는 긴 사슬이며, MMX에는 여러 약점이 있다. 로켓이 첫 번째다. 일본의 H3는 이번 여름 성공적인 발사로 복귀하기 전 실패한 비행에서 항법 위성을 잃었기 때문에, 단 한 번의 발사에 전체 임무가 걸려 있다.

착륙이 두 번째다. 아무도 포보스 표면이 얼마나 단단하거나 느슨한지 측정하지 못했으며, 이것이 바로 이데픽스가 먼저 투하되는 이유다. 백업 가스 샘플러는 탐사선을 전복시킬 수 있으며, 한 번만 착륙하는 임무는 표면 색상과 질감이 다른 달의 한 지점만 샘플링하게 된다.

마지막으로, 완벽한 샘플이라도 논쟁을 끝내지 못할 수 있다. 토양에 섞인 화성의 알갱이가 포보스를 실제보다 더 화성처럼 보이게 할 수 있고, 충돌 잔해로 조립된 위성에도 소행성 물질이 포함될 수 있다. 과학자들은 답이 단일 헤드라인 결과가 아니라 수년간 측정된 동위원소와 광물에서 나올 것으로 예상한다.

MMX와 포보스에 관한 자주 묻는 질문

MMX는 언제 발사되나요?

MMX는 2026년 10월 20일 일본 시간 오전 4시 41분에 일본 남부 다네가시마 우주센터에서 H3 로켓으로 발사될 예정이다. 이는 10월 19일 19:41 UTC, 21:41 CEST에 해당한다. 발사 일정은 기상이나 기술 점검으로 인해 연기될 수 있다.

MMX가 화성에 도달하는 데 얼마나 걸리나요?

약 1년이다. 탐사선은 2027년 8월에 화성 궤도에 진입할 예정이며, 그 다음 달부터 포보스 주변 준위성 궤도에 진입할 예정이다.

포보스 샘플은 언제 지구에 도착하나요?

귀환 캡슐은 2031년에 호주에 낙하산으로 착륙할 예정이며, 이후 일본으로 옮겨져 분석될 예정이다. 이 임무는 최소 10g의 물질을 지구로 가져오도록 설계되었다.

포보스가 중요한 이유는 무엇인가요?

포보스는 포획된 소행성이거나 고대 충돌로 화성에서 튀어나온 파편일 수 있다. 그 구성 성분이 어느 쪽인지 밝혀내고, 물과 유기 분자가 어떻게 지구와 화성에 도달했는지 설명하는 데 도움이 될 수 있다. 또한 화성 토양 알갱이를 포함하고 있을 수도 있다.

이전에 포보스에 착륙한 적이 있나요?

아니다. 1988년과 1989년에 소련의 탐사선 두 대가 위성에 도달하기 전에 손실되었고, 2011년 러시아의 포보스-그룬트는 지구 궤도에서 실패했다. MMX가 최초로 그 표면에 닿는 우주선이 될 것이다.

다음 일정

발사가 진행되면 MMX는 2027년 8월 화성에 도착하고, 2027년 9월 포보스 궤도에 진입한다. 이데픽스는 2029년 초에 투하될 예정이며, 주 탐사선은 2030년에 착륙할 예정이고, 샘플 캡슐은 2031년 호주에 착륙할 예정이다. 최소 2029년까지 운영이 확인된 ESA의 화성 익스프레스(Mars Express) 궤도선이 상공에서 관측을 지원할 수도 있다.

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