스페이스X 로켓, 8월 달과 충돌…우주 잔해 어떻게 되나

[우주로 간다] 음속 7배 속도로 돌진 예상…지름 30m 충돌구 생길 전망

스페이스X의 팰컨9 로켓 상단부가 몇 달 동안 타원형 궤도를 떠돌다 오는 8월 달과 충돌할 예정이다. 과학자들은 이번 충돌을 달 충돌 현상과 우주 잔해의 영향을 연구할 수 있는 '자연 실험'의 기회로 활용할 계획이다.

IT매체 기즈모도는 다음 달 예정된 스페이스X 팰컨9 로켓의 달 충돌을 분석한 연구 논문이 최근 공개됐다고 보도했다. 해당 연구는 논문 사전 공개 사이트 '아카이브(arXiv)'에 게재됐으며, 아직 동료 심사는 거치지 않았다.

스페이스X 트랜스포터-17 임무의 일환으로 팰컨9 로켓이 7월 7일 캘리포니아 밴덴버그 우주군 기지에서 발사되는 모습 (사진=스페이스X)

논문에 따르면 팰컨9 로켓 상단 추진체는 오는 8월 5일 오전 2시 44분(미국 동부시간) 달의 아인슈타인 크레이터 인근에 충돌할 것으로 예상된다. 충돌은 지구에서 볼 때 달 동쪽 가장자리의 햇빛이 비치는 지역에서 발생할 예정이다. 지상과 우주 관측소에서는 충돌 순간의 섬광과 분출되는 먼지 기둥, 이후 형성되는 충돌 크레이터까지 관측할 수 있을 것으로 전망된다.

2025년 발사된 팰컨9 상단 추진체, 다음 달 초 달과 충돌

달과 충돌하는 물체는 2025년 1월 15일 미국 항공우주국(NASA) 케네디우주센터에서 발사된 팰컨9 로켓의 상단 추진체다. 당시 로켓에는 파이어플라이 에어로스페이스의 '블루 고스트' 착륙선과 아이스페이스의 '레질리언스' 착륙선이 실려 있었다. 두 착륙선을 달 궤도에 투입한 뒤 상단 추진체는 지구 대기권 재진입에 실패했고, 이후 수개월 동안 타원형 궤도를 돌다 결국 달과 충돌하게 됐다.

궤도 분석가이자 플루토 프로젝트 추적 소프트웨어 개발자인 빌 그레이는 지난 4월 이 로켓의 달 충돌 가능성을 처음 제기했다. 그는 자체 개발한 프로그램으로 로켓의 궤도를 분석해 충돌 날짜와 시간, 속도를 예측했으며, 로켓이 시속 약 8700㎞(음속의 약 7배)로 달에 충돌할 것으로 전망했다.

로켓 잔해는 달의 앞면과 뒷면 경계 부근에 위치한 아인슈타인 분화구 충돌구 내부 혹은 그 주변에 떨어질 것으로 보인다. (사진=빌 그레이)

이번 연구의 공동 저자인 빌 그레이는 연구진과 함께 추적 데이터를 첨단 물리 시뮬레이션에 적용해 충돌 과정을 보다 정밀하게 분석했다.

길이 약 12m, 지름 약 4m, 무게 약 4000㎏인 팰컨9 상단 추진체는 속이 빈 금속 구조물이다. 시뮬레이션 결과 달과 충돌하는 순간 크게 찌그러지면서 지름 20~30m 규모의 새로운 충돌구를 만들고, 다량의 먼지를 일으켜 먼지 기둥이 달 표면 위 수 ㎞까지 치솟을 것으로 예상됐다.

연구진에 따르면 충돌 직전 로켓 상단부는 우리나라의 다누리 달 궤도선과 불과 수㎞ 거리까지 접근할 예정이다. 반면 NASA의 달 정찰 궤도선(LRO)은 당시 달의 다른 지역을 비행하고 있어 충돌로 발생하는 가스를 자외선 장비로 직접 관측하기는 어려울 것으로 보인다.

연구진은 이번 충돌이 실시간으로 관측될 경우 달 충돌 과정에서 발생하는 먼지와 분출물의 거동을 이해하고, 인공 우주 잔해가 천체에 미치는 영향을 연구하는 데 중요한 자료가 될 것으로 기대했다. 또한 충돌 지점을 얼마나 정확하게 예측할 수 있는지 검증하고, 향후 달 지진 실험 등 달 탐사 임무를 준비하는 데도 도움이 될 것으로 전망했다.