우리가 수성에 대해 많이 알지 못하는 세 가지 이유가 있습니다.
우리가 수성에 대해 많이 알지 못하는 세 가지 이유가 있습니다.
- 관찰하기 어렵다
수성은 역사상 "방황하는 별"로 언급된 5개의 행성 중 가장 적게 연구되었습니다. 금성, 화성, 목성, 토성과 달리 수성은 지구에서 보기 힘든 것으로 유명합니다. 그것은 태양계에서 가장 안쪽에 있는 행성이기 때문에 항상 불편할 정도로 태양에 가까이 있는 것처럼 보입니다. 밤이 별을 관찰하기에 가장 좋은 시간이지만, 수성은 태양과 거의 동시에 지고 떠오릅니다. 이것은 항상 수평선 가까이에서 볼 수 있으며 새벽 직전과 황혼 직후에 일시적으로만 볼 수 있음을 의미합니다.
천문학자들은 망원경을 사용하여 낮에 행성을 조사할 수 있지만 밝은 햇빛과 태양의 지속적인 근접성이 광학 장치에 해를 끼칠 수 있기 때문에 추가적인 주의를 기울여야 합니다. 그들이 경험할 수 있는 잠재적인 피해 때문에 더 큰 망원경은 때때로 태양 방향을 전혀 응시할 수 없습니다.
지금까지 건설된 가장 강력한 천문 관측소 중 하나인 유명한 NASA/ESA 허블 우주 망원경이 수성을 카메라에 포착한 적이 없다는 점은 흥미롭습니다. 허블우주망원경은 약 140억 광년 떨어진 이카루스라는 푸른색 초거성을 포함해 약 550㎞ 상공에서 지구 궤도를 돌면서 아주 멀리 떨어진 천체를 여러 개 발견했다. 하지만 섬세한 광학을 해칠까 봐 머큐리를 한 번도 쳐다보지 않았다.
- 도달하기 어렵다
NASA의 Mariner 10호는 1970년대 초에 태양 주위를 돌고 수성을 세 번 통과했지만 NASA의 메신저인 수성 주위를 도는 첫 번째 임무는 2011년까지 걸렸습니다.
금성과 화성은 각각 1975년과 1971년에 첫 궤도선을 얻었다. 목성은 1995년에 첫 번째 궤도선을 받았습니다. 수성의 일반적인 거리인 7700만 킬로미터와 달리 가장 가까운 지점에서 지구로부터 거의 6억 3000만 킬로미터 떨어져 있음에도 불구하고 말입니다. NASA, ESA, 이탈리아 우주국의 공동 작업인 카시니 임무를 통해 더 멀리 떨어져 있는 토성도 수성보다 7년 앞서 있었습니다.
수은이 거의 분석되지 않는 이유는 무엇입니까? 1973년과 1974년에 마리너 10호가 3번의 빠른 저공비행을 한 후 40년 넘게 태양계의 가장 안쪽 행성을 탐사하는 데 아무 일도 일어나지 않았습니다. 놀랍게도 수성은 목성과 토성보다 지구에서 더 멀리 떨어져 있지만 접근하기 더 어렵습니다. 일부 계산에 따르면 작은 행성인 명왕성은 수성보다 도달하는 데 더 적은 에너지가 필요할 수 있습니다. 수성과 태양의 근접성이 그 원인입니다. 우주선이 항성 주위를 공전하는 동안 수성을 지나쳐 날아갈 뿐만 아니라 즉시 행성 주위를 공전하기 위해서는 태양의 중력에 맞서 지속적으로 제동을 걸어야 합니다.
ESA의 BepiColombo 임무 프로젝트 과학자인 Johannes Benkhoff는 이 제동을 수행하는 두 가지 접근 방식이 있다고 생각합니다. "다른 행성의 중력을 사용하여 경로를 따라 속도를 늦추거나 많은 연료를 운반하는 큰 우주선이 필요합니다. 수성에 도착하려면 이러한 행성 비행을 여러 번 수행해야 하기 때문에 시간이 걸립니다.
ESA의 Sun-explorer Solar Orbiter는 2년 이내에 수성보다 우리의 부모 별에 더 가까운 태양 주위를 공전할 수 있습니다. 놀랍게도 BepiColombo가 두 개의 궤도선인 JAXA(Japan Aerospace Exploration Agency)의 Mercury Magnetospheric Orbiter와 유럽 우주국의 Mercury Planetary Orbiter가 수성 주변의 적절한 궤도에 진입할 수 있도록 위치를 지정하는 데 7년이 걸립니다. 우주선은 거기에 도달하기 위해 총 9번의 저공비행 또는 중력 보조 기동을 해야 하며, 이를 통해 정지하고 진로를 수정하는 데 도움이 됩니다.
이탈리아 엔지니어 Giuseppe (Bepi) Colombo는 우주 임무의 경로를 조정하기 위해 행성 저공 비행의 사용을 연구한 선구자 중 한 명이었습니다. Bepi Colombo는 금성에서 저공비행을 실행함으로써 Mariner 10의 원래 의도된 수성 저공비행을 수성 총 3비행으로 변경하는 아이디어를 내놓았습니다. 현재 유럽-일본 머큐리 원정대인 BepiColombo는 그의 이름을 따서 명명되었습니다.
Johannes에 따르면 저공비행은 수성에 도달하는 데 필요한 대부분의 에너지를 제공합니다. "우리는 주로 저공비행을 올바르게 하기 위해, 행성을 지나갈 때 우주선을 올바른 위치로 가져오기 위해 연료를 사용합니다. 이를 통해 제동을 걸고 태양으로 올바른 방향으로 가기 위해 최대 에너지를 얻습니다."
- 너무 뜨거워서 궤도를 가까이서 볼 수 없습니다.
머큐리와 세 번의 짧은 방문 중 하나 동안 Mariner 10은 행성 표면까지 327km 가까이 이동했습니다. 2011년과 2015년 사이에 MESSENGER 우주선은 시간이 지남에 따라 약간씩 변하는 타원 궤도에서 수성을 돌았습니다. 궤도의 가장 가까운 지점은 수성 표면에서 200km 떨어진 반면 가장 먼 지점은 임무가 진행됨에 따라 거리가 15,200km에서 약 9000km로 감소했습니다.
BepiColombo 프로젝트의 두 궤도선 중 하나인 ESA의 Mercury Planetary Orbiter(MPO)는 표면에서 480km 거리에서 시작하는 가장 가까운 지점과 간신히 1500km에서 시작하는 가장 가까운 지점으로 수성 주위를 훨씬 더 가까운 궤도를 따라갈 것입니다. . BepiColombo의 궤도는 시간이 지남에 따라 변경되며 지구에 가장 가까운 지점은 다시 상승하기 전에 약 200km까지 내려갑니다.
Mariner 10과 MESSENGER는 수성에 잠시 더 가까이 다가갔을지 모르지만 오랜 시간 동안 그곳에 머문 적은 없었습니다. 이 때문에 두 미션 모두 행성 표면 전체를 다루는 고해상도 데이터를 성공적으로 수집하지 못했습니다. BepiColombo는 이것을 바꿔야 합니다.
ESA의 엔지니어링 팀과 그 파트너들은 유럽 과학자들이 BepiColombo에 대해 가졌던 고상한 아이디어에 의해 한계에 부딪혔습니다.
BepiColombo 시스템 엔지니어인 Daniele Stramaccioni는 임무가 직면하게 될 도전 과제를 뜨거운 피자 오븐 안에 기능적인 노트북을 넣는 것에 비유했습니다.
그는 BepiColombo의 사명이 독특하다고 주장합니다. "장비의 약 80%는 완전히 새로운 것이어야 했습니다. 광범위한 혁신이 일어나지 않았다면 이륙하지 못했을 것입니다.
BepiColombo는 건설 당시 다른 ESA 미션보다 더 가혹한 환경에서 작동하도록 계획되었습니다.
수성의 그을린 표면은 지구에 가까운 것보다 약 10배 더 강할 뿐만 아니라 우주로 열을 방출합니다. 따라서 MPO는 납을 녹일 수 있을 만큼 높은 최대 450°C의 온도를 견뎌야 합니다.
표준 우주 미션 재료는 이러한 고온을 견딜 수 없습니다. 예를 들어, 기존의 태양 전지판은 약 140°C에서 분해되기 시작합니다. 따라서 엔지니어들은 작업을 위해 완전히 새로운 재료를 개발해야 했습니다. 태양 전지 패널의 작동 온도는 탄소 섬유 강화 폴리머 덕분에 200°C 이상으로 증가할 수 있지만 어레이는 여전히 태양 노출을 줄이기 위해 최대 70도까지 기울어져야 합니다.
미션의 성패를 가르는 어려움 중 하나는 태양광 패널 기술이었고 개발 지연으로 인해 프로젝트가 한 번에 거의 취소되었습니다.
냉각 파이프와 라디에이터의 정교한 네트워크도 MPO에 설치되어 우주선에서 그늘진 쪽으로 열을 전달합니다. MPO의 내부는 이러한 라디에이터와 우주선의 섬세한 센서에 중요한 수십 겹의 공간 단열층에 의해 실온으로 유지됩니다. 94kg의 세라믹 천, 티타늄 및 알루미늄 절연 블랭킷은 우주선의 부피를 늘립니다.
BepiColombo는 강렬한 열을 경험할 뿐만 아니라 수성의 밤 쪽 온도가 180°C까지 낮아져 재료에 심각한 스트레스를 줄 수 있습니다.
어려운 임무를 수용하기 위해 ESA는 네덜란드의 유럽 우주 연구 및 기술 센터(ESTEC)의 테스트 시설을 개조해야 했습니다.
이 기사에서 BepiColombo 임무 설계가 직면한 기술적 어려움에 대해 자세히 알아보십시오.