혜성/소행성과의 충돌 위험성
지구는 태양 주위를 공전하는 과정에서 혜성이나 소행성과 충돌할 수 있는 위험성에 항상 노출되어 있습니다. 이렇게 지구와 궤도가 교차하는 혜성들이나 소행성들 (이들을 NEO, Near Earth Object 라고 합니다) 과의 충돌 위험성에 대해서 특별한 관심을 갖게 된 것은 지극히 최근의 일입니다.
우리가 살아가는 동안에 지구가 이들 NEO와 실제로 충돌할 가능성은 아주 작지만, 일단 사건이 발생했을때 예상되는 여파가 전 인류의 존속을 위협하는 엄청난 파국이기 때문에 거론할 가치는 충분하다 하겠습니다.
우주 포탄의 크기가 크다면 지구가 받게 될 충격은 그만큼 커지게 됩니다. 이러한 충돌 당시의 충격은 국소적인 재난이지만 우주 포탄 충돌의 여파로 엄청난 양의 먼지가 대기권으로 퍼져 나가고 그로 인해서 야기될 지구 전체의 기후 변화가 더더욱 심각한 위험 요소로 생각되어지고 있습니다. 그렇게 되면 지구 전체의 기온이 떨어져서 농산물의 생산량이 현격하게 감소되며 여러 국가들의 파멸을 야기하게 될 것입니다.
거대 운석 충돌로 인한 재난은 이처럼 국소적인 파국을 일으키는 것이 아니라 모든 지구 생명체들에게 영향을 준다는 점에서 다른 여타 재난들과는 성격이 다릅니다. 과학자들은 지구의 기후를 변화시킬 수 있는 우주 포탄의 최소 크기는 무게 수백억톤 가량 정도로 추정하고 있는데 이 경우 지구 충돌시 방출되는 에너지는 TNT 백만 메가톤 급에 달합니다. 이에 해당하는 우주 포탄의 크기는 직경 1km에서 2km 사이로, 이보다 적은 크기의 우주 포탄은 충돌한다고 해도 국소적인 충격만을 줄 것으로 생각되고 있습니다.
거대 운석 충돌의 파국을 막기 위한 첫걸음은 지구와 그 궤도가 교차하는 우주 포탄들을 모두 찾아낸 후 그 성격과 궤도를 면밀히 파악하는 일입니다. 현재의 관측 기술로 직경 1km 이상의 소행성들을 감지해 낼 수는 있지만, 2000여개로 예상되는 NEO 가운데에서 현재까지 밝혀진 것은 그 10%인 200여개에 불과한 실정입니다. 이들은 지난 20년간 몇몇 소수의 천문학자들이 지상에 설치된 작은 망원경을 이용해서 찾아낸 것들입니다. 최근에는 매달 몇개 정도의 새로운 소행성들이 발견되고 있는데 이러한 추세라면 지구와 충돌할 가능성이 있는 모든 우주 포탄들을 찾아내는데는 백년 이상의 긴 세월이 걸릴 것으로 생각됩니다. 보다 체계적이고 적극적인 연구가 요구되고 있습니다.
현재로선 어떤 소행성이나 혜성도 지구와의 충돌이 확실히 예견되어 있는 것은 없습니다. 다음 1세기 동안 지구가 직경 1km 이상의 우주 포탄과 충돌할 가능성은 천분의 일 이하로 매우 작긴 하지만 거대 운석 충돌은 언제라도 일어날 수 있는 태양계의 자연 현상 가운데 하나입니다. 지금으로부터 6500만년전 번성했던 공룡의 총체적인 멸망을 가져왔었을 것으로 추측되는 거대 운석 충돌을 미리 예상할 수만 있다면, 인류는 당시의 공룡들과는 달리 우리 스스로를 재난으로부터 구할 수 있을 것입니다. 거대 운석 충돌이 일반인들에게 큰 흥미를 자아내는 것도 바로 이런 이유 때문일 것입니다.
혜성의 주기적 충돌설
태양계의 초창기 시절, 우주 공간에는 행성들이 만들어지다 남은 찌꺼기인 혜성이 수없이 흩어져 있었기 때문에 이들과의 충돌은 매우 흔한 자연 현상 가운데 하나였을 것입니다. 그러나 점차 이러한 혼돈의 상태가 정리되어나가면서 충돌도 많이 줄어들어 오늘날에 이르고 있습니다. 달과 같이 메마른 천체에는 예전 험란했던 시절의 상처가 고스란히 남아있지만 지구에는 이와는 다른, 좀 더 간접적인 방법으로 기억되어있습니다.
지층 사이에 묻혀있는 화석은 지구 생명의 역사상 약 12번의 전세계적 대파국이 있었다는 사실을 증거하고 있습니다. 어떤 학자들은 이것의 원인이 혜성이나 소행성과의 충돌 때문이며, 여기에는 일정한 주기성이 있다고 주장합니다. 즉 지구가 주기적으로 다른 천체와 충돌하여 심각한 재난을 겪는다는 것입니다. 이것이 주기적 충돌설입니다.
주기적 충돌설은 보다 구체적인 시간적 간격과 원인을 제시한다는 점에서 단순한 확률론과는 다릅니다. 확률은 지구상에 있는 모든 충돌 분화구 수를 시간으로 나눈 값에 불과합니다. 미국의 고생물학자인 데이비드 롭과 존 세프코스키는 지금까지 알려진 지구상의 모든 충돌 분화구의 생성 나이를 조사하였으며 이 과정에서 약 2천 6백만년에서 2천 8백만년의 주기성을 발견하였다고 주장했습니다. 요컨데 우주에서 일어나는 어떤 현상이 혜성이나 소행성을 주기적으로 추락하도록 하였다는 것입니다.
주기적 충돌설은 대파국을 미리 예언할 수 있게끔 하기 때문에 흥미를 자아냅니다. 혜성이 주기적으로 지구와 충돌하는 원인으로 가장 설득력이 있게 제기되는 것은 라고 명명된 가상의 천체입니다. 네르시스는 그리스 신화에 나오는 복수의 여신입니다. 이 천체는 약 3천만년의 주기로 태양을 공전하며 이 과정에서 오르트 구름을 통과한다는 것입니다. 오르트 구름에는 수많은 혜성의 핵들이 잠자고 있으며, 네르시스가 중력적으로 이들의 잠을 깨워 태양계의 중심부로 밀어냅니다. 이때마다 지구를 포함한 각 행성이 혜성과 충돌할 가능성은 극히 높아진다는 것입니다.
많은 천문학자들이 네메시스를 찾는 일에 관심을 갖고 있지만 아직까지 발견되지 않고 있습니다. 따라서 혜성의 주기적 충돌설 역시 아무런 확증이 없이 하나의 흥미로운 가설로 남아있습니다.
영화 와
- Dr. David Morrison의 보고서에서 -
1998년에 혜성이나 소행성과 같은 NEOs (Near Earth Objects)와 지구와의 충돌을 다룬 두 개의 헐리우드 영화가 상영된다. 5월 8일 개봉되는 스필버그 / 드림월드 제작 와 7월 1일 개봉되는 디즈니 영화사의 이 그것이다. 이들 두 영화는 지금까지 상영되었던 그 어떤 SF 영화보다도 거대 운석 충돌의 위험성을 실감있게 다루고 있다. 그렇다면 일반인들은 이들 영화를 보고 거대 운석 충돌설에 대한 어떤 생각을 갖게 될 것인가?
영화 (드림웍스/파라마운트 영화사) 는 미미 레더 (Mimi Leder) 가 감독하고 로버트 듀발 (Robert Duvall), 티 레오니 (Tea Leoni), 엘리자 우드 (Elijah Wood), 바넷사 레드그레이브 (Vanessa Redgrave), 모건 프리맨 (Morgan Freeman) 등의 배우들이 열연한 영화이다. 총 제작지휘는 스티븐 스필버그 (Steven Spielberg), 조안 브래드쇼우 (Joan Bradshaw), 워커 파키스 (Walter Parkes) 가 나누어 맡았다.
영화 제작 과정에서 과학 기술 분야의 조언역으로는 캐롤린 / 진 슈메이커 부부 (Carolyn / Gene Shoemaker)와 크리스 루치니 (Chris Luchini), 조슈아 콜웰 (Joshua Colwell), 게리 그리핀 (Gerry Griffin), 데이빗 워커 (David Walker) 등 상당수의 혜성 전문가들이 맡았고 원전은 Arther C.Clarke의 소설 이다. 스토리는 미국 정부가 직경 수마일에 이르는 어떤 혜성이 지구를 향해 돌진하고 있다는 사실을 숨기고 있음이 한 여기자로부터 폭로되면서 시작된다.
영화 구성의 대부분은 사람들이 자기가 살 날이 앞으로 얼마 남지 않았다는 것을 알았을때 과연 어떤 행동을 보이겠는가 하는 다소 고전적인 상황에 맞추어져 있다. 혜성이 지구와 충돌할 것이 확실시되자 우주비행사들이 파견되어 충돌에 앞서 미리 혜성을 파괴시키고자 핵폭탄을 장치하지만 단지 두 조각으로 분해시키는데만 성공하고 이 두 조각 가운데 직경 2km짜리 작은 덩어리가 대서양에 충돌하게 된다. 그 여파로 미국 동부 해변의 모든 도시들이 해일에 의해 초토화된다. 나머지 하나의 보다 커다란 조각은 마지막 순간 자살 특공대의 영웅적인 공격에 의해 파괴되어 더이상의 재난을 피하게 된다는 이야기이다.
천문학적인 면에서 볼때 영화 의 구성은 비교적 잘 짜여져 있다. 충돌 2년 전에 혜성이 발견된다는 아이디어나 그것을 핵폭탄으로 파괴시키려는 인간의 계획도 매우 그럴 듯 하다. 혜성 표면 장면에서의 특수 효과는 특히 사실적이며 대서양에 충돌한 이후 벌어지는 해일 장면은 한마디로 장관이다. 이 영화에서는 2km짜리 혜성의 충돌 이후 해일 이외의 여러가지 다른 재난에 대해서는 (이를테면 지구의 기후 변동과 같은) 언급하고 있지 않지만 또다른 하나의 커다란 덩어리가 충돌했을때 벌어질 끔찍한 상황들에 대해서는 충분히 암시하고 있다. 우주선에 핵폭탄을 장치하고 혜성을 향해 돌진하는 상황은 현재의 과학 기술로는 다소 어려운 일이지만 전반적으로 봤을 때 혜성 충돌의 위협에 대해서 매우 멋지고 사실적으로 그리고 있는 영화라 할 수 있겠다.
브루스 윌리스 (Bruce Willis) 주연의 영화 은 이와는 좀 다른 이야기이다. 어떤 사람들은 인디펜던스데이 (Indepensence Day)나 맨인블랙 (Men in Black)과 같이 사실성을 전혀 고려하지 않은 단순 SF 영화라고 혹평하기도 한다. 그 어떤 혜성 / 소행성 전문가도 제작 과정에 참여하지 않은 것으로 알려져 있으며 단지 전에 NASA에서 근무했던 조 앨런 (Joe Allen)과 이반 베키 (Ivan Beckey)와 같은 사람들에게서 부분적인 조언을 받았다고 한다.
이 영화에 출연하는 NEO는 텍사스 주 만한 크기의 소행성으로 지금까지 알려진 그 어떤 NEO 보다 무려 백만배나 큰 천체이다. 발견 당시로부터 충돌까지의 기간은 두 주 남짓으로 되어있으며숙련된 전문 우주 비행사나 군대가 아닌 아마튜어 몇 사람들이 단기간의 훈련을 거쳐 스페이스 셔틀에 탑승한 채 소행성으로 파견된다. 스페이스 셔틀이 지구상의 아주 낮은 궤도에서 밖에 작동될 수 없다는 사실을 그 누구도 제작진에게 조언하지 않은 듯 하다. 어쨋거나 스페이스 셔틀을 타고 파견된 우주 비행사들의 임무는 소행성에 200m 깊이의 구멍을 뚫고 그 안에 핵폭탄을 장치하는 것이다.
에서의 사실적인 혜성 장면과는 극히 대조적으로 에 나오는 천체는 전혀 소행성같이 생기지도 않았을 뿐더러 표면에 구멍을 뚤자 마치 그 밑에 마그마가 가득 차있기라도 한 듯이 오랜지 색의 빛이 새어나오기까지 한다. 영화 에서 브루스 윌리스의 영웅적인 행동에 의해 결국 지구는 구원을 받지만, 영화의 사실성 자체는 관객들로부터 철저히 외면될 것으로 보인다.
지구상의 충돌 분화구
충돌 분화구 (Impact Crater) 는 거대한 운석이나 소행성, 혜성 등이 지구와 같은 행성이나 달과 같은 위성의 표면과 충돌하면서 형성된 지질학적 구조물을 말합니다. 태양계 안의 모든 천체들은 탄생 이후 오늘날에 이르기까지, 거의 예외없이 수많은 우주 포탄의 공격에 시달려왔고 표면에 새겨진 충돌 분화구들이 이를 증거하고 있습니다. 그러나 그 천체의 성격에 따라 충돌의 흔적도 다릅니다. 예컨데 곰보투성이인 달에서와는 달리 지구의 충돌 분화구는 머지않아 풍화 작용으로 함몰되거나 화산 작용, 혹은 판운동 등으로 지워지고 맙니다.
지금까지 확인된 지구상의 충돌 분화구는 모두 120여개이며, 그 가운데 대다수는 지질학적으로 안정된 지역인 북아메리카, 유럽, 호주 등지에 분포하고 있습니다. 최근 스페이스셔틀과 같은 인공위성이 지구상의 충돌 분화구를 찾아내는데 많은 도움을 주고 있습니다.그 가운데 배링어 분화구라고도 불리우는 아리조나의 운석 크레이터는 지구상에 존재하는 충돌 분화구로서 제일 처음 확인된 것입니다. 1920년대 이 근처에서 일하던 노동자들이분화구 안에서 운석 조각을 발견하였습니다.
배링어 분화구 이외의 몇몇 작은 충돌 분화구에서도 운석의 파편들이 발견되곤 했습니다. 그러나 반드시 근처에서 운석의 조각이 발견되어야 충돌 분화구로서의 자격을 갖추게 되는 것은 아닙니다. 대부분의 운석들은 충돌시 그 폭발의 충격으로인해 흔적도 없이 날아가버리는 경우가 많습니다. 강한 충돌이 생기면 순식간에 엄청난 고압과 고온의 환경이 형성되어 운석 전체를 증발시켜버리거나 혹은 충돌 지면에 있던 바위들과 함께 녹아서 완전히 뒤섞여버리기도 합니다. 종종 크레이터 주변의 암석에서 다량의 철성분이 검출되기도 하는데 이는 철을 다량 함유한 운석이 충돌하면서 주위 바위들과 녹아 섞인 것입니다.
접시 모양의 지형이 과연 화산 폭발에 의한 분화구인가 아니면 운석 충돌에 의한 충돌 분화구인가를 구별하기란 쉽지 않은 일이었습니다. 이런 가운데 1960년대 충돌 분화구임을 증명할 만한 증거로서, 충돌로인한 암석의 변성 (Shock Metamorphism)이 대두되었습니다. 이러한 암석의 변성 작용은 운석 충돌과 같은 엄청난 고압의 환경 하에서만 생성되는 것으로, 여기에는 산산히 부서진 원뿔모양의 결정체들 (shatter cone), 수정과 장석과 같은 결정체들이 평평해지는 것(planar feature)과 같은 현미경적 미세구조 등이 포함됩니다.
충돌 분화구는 그 모양에 따라 단순 크레이터 (Simple Crater), 복합 크레이터 (Complex Crater) 이렇게 크게 두가지로 나뉩니다. 단순 크레이터는 비교적 크기가 작고 깊이와 직경의 비율이 1:5내지 1:7사이이며 바닥이 매끈한 접시 모양을 하고 있습니다. 복합 크레이터는 이보다 좀더 크며 중력으로 인해 크레이터의 벽이 무너져내림으로서 상대적으로 얕은 모양을 하고 있고 (깊이와 직경의 비율이 1:10에서 1:20) 크레이터의 중앙부에 볼록 튀어나온 돌출부가 있거나 (central peak) 이들이 고리 모양을 하기도 (peak ring) 합니다.
이런 복잡한 모습이 생성되는데는 해당 행성의 중력과 크레이터의 크기에 관한 요인이 함께 관여합니다. 즉 중력이 크면 크레이터의 직경이 작아도 복합 구조가 잘 형성됩니다. 지구의 경우 직경이 2-4km가 되면 복합 구조가 형성되는데 반해, 중력이 지구의 6분의 1에 불과한 달에서는 15-20km 이상의 크레이터에서 이런 모양이 나타나게 됩니다. 복합 크레이터의 특징적 구조물인 중앙 돌출부나 고리 구조는 충돌시 거대한 압력에 대한 분화구 바닥의 반동 현상으로 형성된 것입니다.
거대 충돌 분화구에 대한 연구는 지구상 생명체의 진화의 역사를 규명하는데 결정적인 기여를 하게 되었습니다. 과학자들은 종의 멸망과 거대 운석 충돌과의 밀접한 상관성을 발견했습니다. 일례로 스페이스셔틀에 의해 발견된 유카탄 반도의 거대한 크레이터의 생성시기는 6천 5백만년전으로, 이무렵 지층에서 그 흔적이 일제히 사라진 공룡의 멸족과 직접적인 연관성이 있을 것으로 생각되고 있습니다.
충돌과 위협의 역사
- 6천 5백만년전
맥시코 유카탄 반도
직경 10-15km의 혜성이 시속 10만km의 속도로 지구와 충돌하여 현재 지구상의 모든 원자폭탄을 합친 것보다 훨씬 더 많은 충격 에너지를 발산하였습니다. 이 여파로 공룡을 포함한 지구상 생명체의 75% 이상이 멸종하였고 중생대의 종말을 가져왔습니다.
- 1천 5백만년전
독일 리스 (Ries) 분지
직경 1km의 소행성이 초속 3km의 속도로 충돌하여 지름 23km에 달하는 충돌 분화구를 만들었습니다.
- 4만년전
미국 애리조나주 코코니노
1백만톤의 철질 운석이 충돌하여 폭 1km, 깊이 2백미터의 충돌 분화구를 만들었습니다.
- 기원후 837년
핼리 혜성이 지구에 약 6백만km의 거리까지 접근했습니다. 당시 핼리의 꼬리는 하늘의 절반에 걸쳐 뻗쳐 있었습니다.
- 1908년 6월 30일
시베리아, 퉁구스카
엔케혜성의 한 조각으로 의심되는 운석이 대기권으로 진입, 지상 8km의 높이에서 폭발하였습니다. 지상에는 어떠한 충돌 분화구도 남기지 않았으나 폭발의 여파로 수명의 사망자가 발생하였고 주변 산림이 황폐화되었습니다. 충격 에너지는 TNT 5천만톤, 히로시마 원자 폭탄의 1천배에 해당하는 위력이었으며, 충격파는 지구를 두바퀴 돌았습니다.
- 1947년
러시아, 블라디보스톡 근처 시베리아 해안
철질 운석의 유성우가 요란한 소리를 내며 우박처럼 낙하하였습니다. 그 압력파 때문에 집집마다 아궁이에서 불길이 솟았으며 창문이 부서지고 땅이 흔들렸습니다.
- 1963년 8월 3일
남아프리카 공화국의 최남단 부근
지름 20미터의 천체가 폭발하였습니다. 당시 방출된 에너지는 TNT 50만톤급이었습니다.
- 1972년
한 소행성이 지구와 단지 60km 밖에 떨어지지 않은 거리에서 미국의 몬타나 상공의 대기권 속으로 진입했다가 다시 우주 공간으로 사라졌습니다.
- 1983년
이라스-아라키-알코크 혜성이 지구와 수백만 km 의 거리로 접근했습니다.
- 1988년 4월 15일
인도네시아 상공
지름 수미터의 천체가 대기권을 뚫고 내러와 인도네시아 상공에서 폭발하였습니다. 이때 방출된 에너지는 TNT 5천톤가량으로 히로시마 원자 폭탄의 3분의 1정도였습니다.
- 1989년 3월 22일
직경 2백-4백미터의 소행성 에스클로피우스가 지구와 70만 km 거리까지 접근하였습니다. 이 소행성은 2020년 3월 25일 지구와 1천만 km 까지 재접근할 예정입니다.
- 1990년 10월 1일
서태평양 상공
이 천체는 대기권을 뚫고 들어와 서태평양 상공 3 km 높이에서 폭발하여 TNT 2천톤의 에너지를 방출하였습니다.
- 1992년 10월 9일
미국 코네티컷주의 웨더스필드
무게 12 kg의 운석이 주차해 놓은 시보레 자동차의 트렁크에 시속 2백 km의 속도로 충돌하여 파손시켰습니다.
- 1993년 1월 19일
이탈리아 상공
한 천체가 폭발하면서 이탈리아 상공의 밤을 대낮처럼 밝혔고 폭발 후 1분 30초 후에 압력파가 지상에 도착하여 많은 지역에서 건물이 흔들렸습니다.
- 1993년 4월 9일, 16일
오스트레일리아 뉴사우스웨일스
4월 9일 엄청나게 밝은 유성이 관측되었으며, 1주일 후인 15일에는 지름이 3-4미터에 달하는 유성이 퀸즐랜드 경계선 상공에서 대기권에 도달한 후, 뉴사우스웨일스 상공에서 수 초동안 밤하늘을 대낮처럼 환하게 만들고는 진로를 남쪽으로 돌려 더보 (Dubbo) 라는 작은 도시의 상공 18km 높이에서 사라졌습니다.
- 1993년 5월 20일
직경 10m, 무게 6천톤의 소행성 1993KA2가 지구와 달 사이의 거리의 3분의 1도 안되는 거리로 지구와 접근했습니다.
- 1994년 2월 1일
토켈라우 제도 인근의 피지섬 북쪽
1천톤의 질량을 가진 천체가 폭발하면서 태양처럼 밝은 붉은 섬광을 발하고 굉음을 냈습니다.
- 1996년 3월
히아쿠다께 혜성이 1천 5백만 km의 거리로 지구와 접근하였습니다.
- 2060년 10월 27일
단주기 혜성인 핀레이가 지구와 수십만 km 이내의 거리로 접근할 예정입니다.
