과학자들 “달의 물? 산업용으로 활용할 순 있을 듯”

과학자의 시선으로 본 <고요의 바다>와 <돈 룩 업>

<고요의 바다>(왼쪽)와 <돈 룩 업>의 스틸 사진 / 넷플릭스 제공

※이 기사에는 스포일러가 많이 포함돼 있습니다.

눈앞의 이익 때문에 목숨을 위협하는 위험을 무릅쓴다. 지난해 12월 24일 넷플릭스가 공개한 드라마 <고요의 바다>와 영화 <돈 룩 업>의 공통점이다. K드라마 <고요의 바다>에는 메마른 지구를 푸른 별로 돌려놓기 위한 구원의 열쇠로 ‘월수(月水)’가 등장한다. 월수는 인간의 피가 닿으면 무한증식하는 성질을 가진다. 지구로 가져오면 자칫 인류를 익사시킬 수도 있는 위험한 물질이지만 계급을 나눠 물을 배급할 정도로 심각한 물 부족 상황에선 감내해야 할 모험인지도 모른다.

애덤 매케이 감독의 <돈 룩 업>은 SF물이지만 정치 풍자물에 가깝다. 6개월 14일 뒤 지구에 충돌할 것이 확실한 혜성을 발견한 두 과학자가 그 위험성을 알리려 백방으로 노력한다. 대통령은 코앞의 정치적 이해득실에 따라 사안을 다루고, 언론도 가십거리 취급을 하며 끝내 위기를 되돌릴 기회를 놓친다. 기후변화를 경고하는 과학적 진실을 부정하고, 정쟁의 소재로 삼는 오늘날 현실을 꼬집는다.

우주를 자원 탐사의 대상으로 묘사한다는 유사점도 있다. <고요의 바다>에서 월수를 실험하는 비밀 프로젝트는 오늘날 희귀금속이나 핵융합발전의 연료인 헬륨3 같은 자원을 얻기 위해 달과 소행성 채굴을 준비하는 것과 비슷하다. <돈 룩 업>에서는 혜성 충돌을 희귀금속을 얻을 절호의 기회로 보는 IT 거물이 등장한다. 민간 주도의 우주개발을 뜻하는 ‘뉴스페이스’의 미래상이 반드시 밝지만은 않을 것이라는 경고다.

작품 속 주요 장면이 과학적 사실과 맞닿은 측면은 무엇인지 질의응답의 형식으로 정리했다. 홍태경 연세대 지구시스템과학과 교수, 이재진 한국천문연구원 우주과학본부장, 최정열 부산대 항공우주공학과 교수의 도움을 받았다.

-<고요의 바다>에서 월수와 접촉한 인간은 익사 현상을 보이며 죽는다. 인간이 우주에서 발견한 물은 안전할까.

이재진(이하 ‘이’) “근본적으로 달의 물도 지구의 물과 다르지 않을 것이다. 물의 분자 구조는 같아도 여러 광물질이나 먼지가 포함됐을 것이라 그대로 먹을 순 없고 정수를 해야 할 것이다. 확실하진 않지만 달의 물은 아마도 고에너지 입자나 우주방사선에 노출돼 있다 보니 지구와 달리 삼중수소와 결합해 방사선을 띤 형태의 물분자일 가능성이 있다. 지구에서도 방사선에 많이 노출되면 어떤 물질이든 방사선을 띤 물질로 바뀐다. 그런 식으로 방사선이 나오니 사람이 마시면 아마 건강에 좋진 않을 것 같다. 물은 산업용으로도 필요하니 마실 수 없다고 해도 수소를 뽑아내 연료로 활용할 순 있을 것이다.”

물이지만 우리가 먹는 물(경수)과는 성질이 다른 중수(重水)가 있다. 수소원자 2개가 무거운 동위원소인 중수소 2개로 바뀌어 물리·화학적 성질이 조금 다르다. 천연 우라늄에 잘 반응해 이를 사용하는 원자로의 감속재로 이용된다. 중수소는 물의 수소·산소 결합 강도를 증가시켜 일부 체내 생화학 반응에 중요한 차이를 일으킨다. 인체에 자연적으로 약 5g의 중수에 해당하는 중수소가 함유돼 있어 무해하지만 체내 물의 절반 이상이 중수로 대체될 경우 세포 기능 장애로 죽음에 이를 수 있다. <고요의 바다>처럼 월수가 입에서 콸콸 쏟아질 정도로 중수가 인체에 찰 경우다.

-월수가 기지 밖으로 뿜어져 나오자마자 얼어버린다. 가능한 일인가.

이 “기압이 낮아 물이 터져 나오면 (아무리 차가운 상태라도) 얼음이 되기 전 순식간에 증발한다. 높은 산에 올라가면 (기압이 낮아져) 낮은 온도에서도 물이 끓는 것과 같다. 지구에서 상상하는 물의 모습을 하진 않을 것 같다. 달에서 물분자가 검출됐지만 지구처럼 고여 있는 건 아니고 얼음 상태로 묻혀 있거나 토양 속에 습기로 스며들어 있는 정도일 것이다.”

-달 탐사에 셔틀 형태의 우주선이 사용된다. 달의 기지는 고요의 바다에 있는 것으로 나온다. 화성이나 달에 기지를 세울 경우 최적의 장소는.

최정열(이하 ‘최’) “궁극적으로는 재사용 발사체로 개발해야 한다. 일론 머스크가 추진하는 초대형 발사체인 스타십도 재사용 가능한 형태로 개발되고 있다.”

이 “고요의 바다는 평지라 착륙하긴 좋지만 기지를 만들기엔 좋지 않다. 아무것도 없기 때문이다. 그곳에선 물을 발견할 가능성이 희박하다. 물이 발견될 것으로 기대하는 곳은 달의 북극이나 남극처럼 태양을 가리는 지역이다. 이곳에선 태양이 1년 내내 안 비치는 지역이 있을 수 있다. 빛이 구릉에 가려지거나 천연 동굴이 있는 지역도 후보지다. 특히 동굴에 기지를 건설하면 우주방사선을 막거나 온도 변화에서 장비를 보호하는 등 활용도가 높다. 오랫동안 사람이 거주하기 안전하고 편해 동굴을 찾으려는 노력을 하고 있다. 영화에서처럼 평지라도 협곡을 끼고 있으면 가능할 것 같다. 물이 있을 수 있고, 협곡을 이용해 사람과 장비를 보호할 수 있다. 우주에서 1~2년간 우주방사선에 노출되면 거의 치명률에 가깝다. 한달 정도 머문다면 큰 문제는 없지만 1~2년 거주한다면 문제가 심각하다. 이건 화성도 마찬가지다.”

-지구가 물이 없는 메마른 행성이 될 가능성도 있나.

홍태경(이하 ‘홍’) “<고요의 바다>에선 왜 갑자기 지구에서 물이 부족해졌는지 설명하진 않는다. 다만 과거에 물이 있었는데 없는 행성의 특징을 보면 수증기를 붙잡을 만한 대기가 없다. 태양광에 의해 물분자가 분해돼 가스 형태로 우주 공간으로 날아가 물이 고갈된 것이다. 지구의 경우 일단 대기가 있고, 그런 대기를 놓치지 않을 정도로 지구의 덩치가 충분히 크다. 영화처럼 물이 고갈돼도 지표에만 없을 뿐 대기 중에 머물러 있을 가능성이 크다.”

-<돈 룩 업>에서는 공룡을 멸종시킨 것과 비슷한 지름 10㎞의 혜성이 충돌한다. 이런 소행성이 충돌한다면 어떤 일이 일어나나.

홍 “운석 크기가 커질수록 지구에 미치는 영향은 기하급수적으로 커진다. 운석이 충돌하면 먼지구름이 솟아올라 태양빛을 가리고 오래 머물면서 광합성을 막는다. 먼저 식물이 죽고 그걸 먹이로 하는 육식동물이 죽어 멸종에 이른다. 운석 규모가 먼지가 퍼지는 범위를 결정한다. 공룡 멸종 당시 유카탄 지역에 떨어진 운석은 높이 1.5㎞에 달하는 메가 쓰나미를 만들었다. 수십~수백m 높이의 메가 쓰나미를 발생시키는 주요 원인으로 운석 충돌이나 큰 규모의 해저 산사태를 든다. 태평양이나 대서양에 거대 운석이 떨어지면 인접 대륙에 일순간 엄청난 쓰나미가 몰아닥친다. 2004년 12월 수마트라 대지진의 경우 1200㎞ 정도 되는 단층면이 일시에 쪼개지면서 수직방향으로 최대 10m 정도 바닷물이 들어올려졌다. 2011년 동일본 대지진의 경우 쓰나미의 최대 높이는 30m였다. 그보다 더 큰 지진해일의 흔적이 있는데 이건 메가 쓰나미의 흔적으로 운석 충돌과 연관됐을 것으로 생각하지만 해저의 운석 흔적을 찾기는 쉽지 않다. 영화처럼 1.5㎞ 높이의 쓰나미가 생긴다면 웬만한 대륙도 쓸고 지나간다. 바닷물의 수심이 중요한 역할을 한다. 1.5㎞ 높이의 물이 올라가려면 수심이 그만한 깊이여야 한다.”

<고요의 바다>에 나오는 달 기지의 모습(위)과 <돈 룩 업>에서 지구와 충돌하기 직전 혜성의 모습 / 넷플릭스 제공

-혜성 충돌로 규모 10~11의 지진도 발생한다고 설정됐다.

홍 “혜성이 충돌하면 충격파는 일단 중력파 형태로 전달된다. 중력파는 우주 공간에만 있는 게 아니라 솔리드(고체)와 솔리드가 충돌할 경우 언제든 생긴다. 판이 다른 판에 일순간 파고들거나 큰 운석이 충돌해 중력 불균형이 발생하는 순간 중력파가 생긴다. 중력파는 빛의 속도로 지구 전체에 퍼져 관측된다. 동일본이나 수마트라 대지진 때도 중력파가 관측됐다. 중력파 다음에 지진파가 뒤따른다. P파, S파, 표면파인데 표면파가 가장 큰 피해를 준다. P파는 초당 8㎞, S파는 4.5㎞, 표면파는 3.5~4㎞의 속도로 지구 내부를 통과한다. 속도가 느릴수록 진폭이 커 표면파는 굉장히 큰 진폭을 가진다. 표면파가 느리다고 해도 어떻든 몇시간 후면 지구 반대편에 도착한다. 그 충격으로 지구 전체에 엄청난 규모의 자유진동(free oscillation)이 일어난다. 지진파가 지나가도 프리 오실레이션이 일어나면 그 효과가 한동안 계속된다. 수마트라나 동일본 대지진 때도 표면파가 지구 표면을 다섯바퀴 감아돌 때까지 프리 오실레이션이 관측됐다. 전체로 보면 지구는 탄성체에 가까워 지금도 외부 자극으로 프리 오실레이션이 끊임없이 일어나지만 그 크기가 작아 느끼지 못할 뿐이다. 큰 규모의 운석이 충돌하면 그 충격으로 프리 오실레이션 상태로 수일 혹은 몇달간 진동할 수 있다. 지구 위에 사는 생명체는 아마 제정신이 아닐 것이다. 대양에서 배를 타고 있을 때처럼 멀쩡한 땅이 일렁이기 때문이다.”

-소행성이나 혜성의 충돌을 막기 위한 ‘다트(DART) 프로젝트’가 도움이 될까.

최 “우주선을 충돌시켜 궤도를 조금만 바꿔도 충돌을 피할 수 있다. 그 가능성을 시험하는 인류의 첫 시도라는 점에서 의미가 있다. 다트 임무의 목표인 소행성은 지구 근처로 오진 않지만 충돌 실험을 실행하고 그 효과를 관측하기 용이해 선택됐다. 혜성과 운석의 궤도를 바꿀 수 있다고 확인되면, 이후엔 커다란 레이저 광선을 쏘거나 핵폭탄을 사용해 궤도를 바꾸는 시도도 할 수 있다.”

미 항공우주국과 유럽우주국은 ‘소행성 궤도변경 실험’으로 불리는 다트 임무를 수행할 우주선을 지난해 11월 24일 발사했다. 무게 620㎏인 우주선은 올해 9월 말 지름 약 160m인 소행성 ‘디모포스’와 충돌한다.

이 “다트는 소행성 충돌에서 지구를 보호한다는 명분을 내세우지만 내면에선 군사적 목적도 있다. 중국과 러시아는 위성요격 실험을 하지만 서방 국가는 우주를 평화적으로 이용해야 한다는 ‘외기권 조약’에 따라 이런 실험을 맘 놓고 못 한다. 위성을 요격할 경우 그 파편에 자국 위성도 위험해져 부담이기도 하다. 하지만 유사시엔 이런 기술을 갖추고 있어야 하는데 인공물체에 실험할 수 없어 소행성 같은 자연물체에 충돌시키는 실험을 하는 것이다. 충돌 위험이 있는 소행성이나 혜성이 발견되지는 않았지만 우리가 모든 걸 다 예측할 수 있는 건 아니니 그에 대비한다는 명분도 좋고, 과학적인 의미도 있지만 군사적인 목적도 어느 정도 있을 것이다. 우주엔 그런 게 많다. 우주에선 군사적인 활동을 하지 말자고 약속해 대놓고 무기체계 실험을 못 하는데 과학을 명분으로 유사시에 군사용으로 쓸 수 있는 기술을 개발한다.”

-소행성이나 운석에서 희귀광물이 많은 이유는.

홍 “지구보다 운석에 많은 것은 아니다. 운석의 구성성분에 따라 제각각이다. 기본적으로 태양계를 구성하는 물질은 태양계가 생성될 때 동일하게 생성된 물질이고, 그후 태양 중력으로 빠져나가지 못하고 갇혀 있는 상태에 있다. 그래서 지구 구성물질의 상당수가 운석과 태양계를 떠도는 혜성의 고정 성분일 것으로 추측하고, 지구상의 희귀광물이 운석 혹은 혜성 속에 있을 것이라 생각하는 것이다. 지구가 미행성에서 행성으로 성장할 때 마그마 오션으로 불리는, 지구 전체가 용융 상태에 있는 와중에 충돌하면서 지금은 지구 내부에나 있는 무거운 광물들이 떨어져 나갔다. 이런 일이 태양계 초기에 엄청나게 일어났다. 희귀광물은 지구 내부에 있어 채굴이 어려운 것들이다. 다이아몬드도 지구 내부로 들어가면 굉장히 풍부하다. 지구에서 깊이 파고들어야 채취할 수 있는 광물들이 운석 충돌로 밖으로 튕겨나가면서 운석 표면에 노출된다. 실제 운석을 보면 특정 물질로만 구성된 운석이 꽤 있다. 혜성과 소행성에서 자원을 채굴한다는 생각은 그래서 그럴듯하다.”

이 “빛의 스펙트럼을 조사하면 소행성이나 혜성의 구성물질을 어느 정도 파악할 수 있다. 궤도를 계산하면 밀도가 얼마 정도 되는지도 알 수 있다. 대부분 지구랑 비슷하다. 철 아니면 지구와 유사한 돌멩이로 구성됐는데 가끔 특이하게 밀도가 높은 소행성이 발견된다. 옛날에 행성과 충돌하면서 핵 쪽에 있는 무거운 물질이 튀어나간 것이다. 지구 핵 쪽에 가면 많지만 채취를 못 하는 광석들이 소행성을 구성하는 경우가 있지 않을까 생각하지만 흔하진 않고 아주 특별한 경우이다.”

-과학자는 SF영화와 드라마를 어떻게 보나.

최 “인류가 우주에 눈을 뜨고 개발에 나선 것 자체가 공상과학(SF)소설에서 시작했다. 18세기 SF소설가 쥘 베른은 남북전쟁 이후 발전한 군사기술에 자극을 받아 <지구에서 달까지>라는 소설에서 커다란 대포로 사람을 지구에서 달로 보내는 방식을 묘사했다. 이후 기술이 발달해 시도했지만 대포로는 안 된다는 걸 알고 다른 방법을 고민하면서 로켓 기술이 나오기 시작했다. 과학기술이 소설과 미디어에 영향을 주지만 반대로 과학기술이 받는 영향도 대단하다. 최근 미국이 우주군을 창설했는데 우주군 병사를 가디언이라고 부른다. 해병대는 마린, 육군은 솔저, 해군은 세일러, 공군은 에어맨인데 우주군 명칭은 영화 <가디언즈 오브 갤럭시>를 연상시킨다. 복장도 영화 <스타트렉>에 나온 유니폼과 비슷하다. 현실이 영화의 영향을 받은 한 예이다.”

홍 “상상력을 키운다는 점에서 일단 좋게 본다. 과학자라도 혼자 상상하는 데는 한계가 있는데 영화를 보면 생각하게 된다. ‘이런 일이 정말 가능한가’, ‘저런 환경이 될 때 어떻게 해야 할까.’ 상상력이 바로 곧 새로운 발견과 발명을 이끄는 좋은 자극제가 된다. 오늘 점심을 먹으면서 교수들이 생각한 것도 우주 화장장 사업이다. 과거 아폴로 탐사 때 달에 착륙한 우주인들이 대변 봉지를 달 표면에 두고 왔다. 무게를 줄이기 위한 목적이었을 것이다. 유엔은 아폴로 탐사 이후 엄격하게 규약을 만들어 이런 행위를 금지했다. 다른 나라를 방문하고 돌아올 때 외국 목장을 다녀온 적이 있는지 검사하는데 그곳 토종 생물이나 바이러스를 묻혀올까 우려하기 때문이다. 같은 일이 외계 행성과 지구 간에도 발생할 수 있다. 우리에게 괜찮은 생명체도 그 행성에 가져다 놓으면 엄청난 바이러스가 돼서 생명체를 멸종시킬 수 있고, 반대로 외계 바이러스가 지구에 와서 큰 피해를 줄 수 있다. 이를 막기 위해서 우주 조사를 할 때 지켜야 할 규약을 만든 것이다. 우주에서 돌아올 때 가져오지 말아야 할 것은 무엇이며, 폐기할 때 따라야 할 조치는 무엇인지 규정한 내용이 여기 포함됐다. 대화는 일론 머스크가 화성에 식민지를 만들어 100만명을 이주시키겠다는 이야기로 흘러갔다. 화성의 경우 물분자도 확인되고 물도 확인됐지만 일단 생명체가 없다고 가정하면 대변을 놓아도 흙으로 돌려보낼 미생물이 없다. 사람 똥을 분해해 흙으로 보내는 미생물 없다는 건 사람이 죽어 매장해도 썩지 않는다는 뜻이다. 미생물이 없으니 분해가 안 되고 땅에 매장해도 바싹 마른 미라 형태로 있다가 태양광이나 바람에 의해 가루처럼 분해될 것이다. 이런 상상을 하니 화성에서 화장장을 만드는 사업이 유망하겠다는 생각을 한 것이다.”

고요의 바다 월수 돈 룩 업