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오시리스-렉스(OSIRIS-REx) 우주 탐사선이 10월 20일 소행성 샘플을 가져온다.

소행성 벤누(Bennu) : 단단한 껍질, 다공성으로 가득
OSIRIS-REx 우주 탐사선이 지구 궤도 소행성 샘플을 가져온다.

예상과 다른 점 :
지구 궤도 순양함 벤누(Bennu)는 고전적인 암석 소행성보다 프랄린(쵸콜릿에 견과류가 섞인 형태와 비슷)에 가깝다.
NASA의 OSIRIS-REx 우주선의 데이터에서 알 수 있듯이 벤누의 내부에는 큰 구멍과 저밀도 영역이 있기 때문이다. 이 소행성은 약 150년 후에 지구에 불길하게 가까워질 것으로 예상돼 앞으로의 움직임이 매우 중요하다.
약 10일 후에 Bennu 탐사선은 처음으로 샘플을 채취해 지구로 가져올 것이다.

▲ 소행성 Bennu의 조작된 색상 이미지. 풍화가 심한 표면 영역을 파란색으로, 더 깨끗한 암석을 붉은 톤으로 보여준다. © NASA / Goddard, University of Arizona.

500m 크기의 소행성 Bennu가 OSIRIS-REx 리허설 임무의 표적으로 선정된 것은 우연이 아니다. 몇 년에 한 번씩 이 덩어리의 경로가 지구에 가까워지기 때문이다.
2100-2200년 사이에 Bennu가 지구를 때릴 위험은 0.07%이다.
따라서 소행성의 특성을 가능한 한 정확하게 아는 것이 중요하다.
소행성은 미래 궤도에 영향을 준다.

▲ 2018년 11월 25일 OSIRIS-REx가 Bennu에서 약 80km 떨어진 곳에서 찍은 일련의 이미지 애니메이션으로 소행성의 완전한 회전을 보여준다. Source https://www.asteroidmission.org/?attachment_id=12182 (image link); see also https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/osiris-rex-approach Author: NASA/Goddard/University of Arizona

"Bennu를 방문하고 지도를 작성함으로써 우리는 궤도를 매우 정확하게 결정하고 그것에 영향을 미치는 물리적 힘을 결정할 수 있다"고 볼더(Boulder)에 있는 콜로라도 대학의 다니엘 쉬레스(Daniel Scheeres)가 설명했다. "그러면 향후 몇 백년 후에 소행성이 어디에 있을지, 그리고 견인 우주선을 만들기 시작할지 여부를 쉽게 예측할 수 있다."

OSIRIS-Rex 탐사선은 2018년부터 마름모 모양으로 지구 궤도를 돌고 있으며 초기 데이터를 수집하고 있다. 과학자들은 이제 6개의 전문 논문집에 결과를 발표했다.

측정 보조 도구로서의 조약돌 구슬

첫 번째 놀라움은 Bennu의 내부 움직임이 예상과 다르게 보인다.
천문학자들은 벤누의 전체 밀도가 다소 낮기 때문에 다소 느슨하게 응집된 암석으로 구성된 물체 ‘잔해 더미’ 소행성에 속한다고 생각했다.
내부의 질량 분포를 보다 정확하게 매핑하기 위해 Scheeres 와 연구자들은 소행성의 중력장이 OSIRIS-REx의 궤도에 어떻게 영향을 미치는지 평가했다.

▲ 2020년 10월 20일 OSIRIS-REx 우주 탐사선은 로봇 팔로 소행성 Bennu의 샘플을 채취 할 예정이다. © NASA

운이 좋았다.
몇 번이고 작은 암석 조각이 소행성 표면에서 분리되어 잠시 궤도를 돌다가 다시 떨어졌다. Scheeres의 설명이다. “누군가가 이 구슬을 표면에 던진 것처럼 우리가 그들의 길을 따라갈 수 있도록했다. 우리 동료들은 여기에서 Bennu의 중력장을 추론할 수 있었다."

중력장의 미묘한 공간적 변화는 소행성 내부의 어디에 더 밀도가 높고 따라서 더 거대하거나 덜 조밀한 지대에 대한 결론을 도출할 수 있게 했다.

▲ 최종 샘플 후보지 4곳 The final four candidate OSIRIS-REx sample sites. Date 12 December 2019 Source https://www.asteroidmission.org/?attachment_id=21105 Author : NASA/Goddard/University of Arizona

중심의 큰 공극

놀라운 결과 :
소행성의 중심과 적도를 따라 눈에 띄게 낮은 밀도를 가진 영역이 군집을 이루고 있다. Scheeres는 “축구장 몇 개가 들어갈 수 있는 구멍이 중앙에 있는 것처럼 보인다. 전반적으로 Bennu는 고전적인 잔해 더미보다 다공성 핵과 단단한 껍질을 가진 프랄린과 비슷하다.

▲ 2018년 12월 25일부터 101955 Bennu 주변의 OSIRIS-REx의 궤적 애니메이션.녹색은 지구.

연구자들은 소행성의 빠른 회전이 시간이 지남에 따라 밀도가 더 높은 물질이 외부에 더 많이 모이는 방식으로 내부를 재배포했다고 의심한다. 이 추세가 계속된다면 Bennu는 어느 시점에서 자신의 회전을 통해 완전히 찢어질 수 있다.
Scheeres는 “아마 백만 년 또는 그 전에 전체 물체가 날아갈 수 있다”고 말했다.

10월 20일 샘플링에 대한 좋은 전망

긍정적인 소식은 2020년 10월 20일에 계획된 샘플링에 관한 것이다.
OSIRIS-REx는 몇 미터 이내로 Bennu의 표면에 접근해 로봇 팔로 표면에서 샘플을 채취한다. 이 샘플은 분석을 위해 지구로 다시 가져온다. 이에 상응하여 중요한 것은 샘플 위치를 잘 선택하는 것이다. 프로브의 측정 데이터가 이제 보여 주듯이 이것은 분명한 사실이다.

따라서 샘플 사이트는 비정상적으로 깨끗하고 풍화가 적은, 암석이 빛을 발하는 지역의 중앙에 위치한다. Bennu 표면의 대부분은 우주선의 영향으로 풍화되어 스펙트럼 측정에서 푸르스름하게 보이지만 샘플 영역에 따라 다르다. 그들의 암석은 스펙트럼 측면에서 더 붉은 빛을 띠고 이것은 짧은 시간 동안만 공간에 노출된 더 깨끗한 구성을 나타낸다.

▲ 101955 Bennu의 지구 궤도 2128-2138 애니메이션. 2135 근접 접근이 표시된다. 파란색 점은 지구

Southwest Research Institute의 케빈 월쉬(Kevin Walsh)는 "1차 및 2차 샘플 사이트는 모두 Bennu 표면의 나머지 부분보다 풍화가 덜된 작은 곳이다. 스펙트럼이 붉은색 분화구에 있다"라고 설명했다. 따라서 표본 추출은 연구자들에게 소행성 내부에서 오랫동안 보호되었던 매우 원시적인 물질을 얻을 수 있는 기회를 제공 할 수 있다.

유기물과 물

긍정적인 점 :
우주 탐사선의 측정 데이터가 확인했듯이 샘플 사이트의 암석에는 결합된 물과 탄소 화합물이 모두 포함돼 있다. 이것에 따르면 샘플 사이트의 대부분 어두운 덩어리에는 탄산염 암석으로 만들어진 밝은 정맥이 있다.

이 미네랄은 물이 있을 때 암석이 형성되었다는 신호로 간주된다.
이 샘플은 또한 유기 분자와 물의 공급자로서 우리 행성의 초기에 Bennu와 같은 소행성 역할에 대한 새로운 통찰력을 갖게 할 수 있다.

OSIRIS REx 임무의 과학 책임자 중 한 명인 툭선(Tucson)에 있는 애리조나 대학의 단테 로레타(Dante Lauretta)는 "탄소질 물질의 풍부함은 임무를 위한 주요 과학적 성과"라고 말했다. "우리는 이제 우리가 수집하고 반환하려는 샘플에 유기 물질이 포함되어 있다고 낙관한다.“

(Science, 2020; doi : 10.1126 / science.abc3557, doi : 10.1126 / science.abc3660, doi : 10.1126 / science. abc3522; Science Advances, 2020; doi : 10.1126 / sciadv.abd3649, doi : 10.1126 / sciadv.abc369 9, doi : 10.1126 / sciadv.abc3350)

[더사이언스플러스=문광주 기자] "no science, no future"

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