[우주를 보다 ]학생이 만든 센서 탑재한 나사의 금성 탐사선 다빈치

태양계에서 지구와 가장 닮은 행성은 금성이다. 크기와 질량은 약간 작지만 태양계의 모든 행성 중 지구와 가장 비슷하고 공전 주기 역시 224일로 지구와 차이가 가장 적다. 하지만 비슷한 부분은 여기까지다. 금성은 표면 온도가 섭씨 400도가 넘고 기압은 지구의 90배가 넘는 고온 고압 환경으로 지구와 너무 다른 형제 행성이다. 

과학자들은 그 이유를 알기 위해 여러 대의 금성 탐사선을 보냈지만, 극한적인 표면 환경과 두꺼운 구름 때문에 더 멀리 떨어진 화성보다 훨씬 적은 정보만을 얻었다. 몇 년이라도 움직이면서 탐사할 수 있는 화성 로버와 달리 금성 착륙 탐사선은 길어야 몇 시간 이내로 고온 환경을 견디지 못하고 작동을 멈추기 때문이다.

하지만 나사는 2031-2032년 사이 금성 대기와 지표를 탐사할 다빈치(DAVINCI) 우주선을 통해 금성 탐사에 도전한다. 다빈치 우주선의 핵심은 낙하산에 매달려 금성 대기 정보를 수집하는 디센트 스피어(Descent Sphere)다. 

디센트 스피어는 높은 고도에서 방열판을 분리하고 낙하산을 타고 천천히 내려오면서 고도 별 대기 구성 및 온도와 압력 같은 중요 정보를 수집한다. 디센트 스피어가 수집할 주요 정보 중 하나는 금성 대기의 산소 농도다. 

금성 대기는 지구와 달리 대부분이 이산화탄소이다. 이로 인해 강력한 온실효과가 발생해 뜨거워진 것이다. 지구 대기의 1/5을 차지하는 금성 대기에서는 관측이 어려울 정도로 소량이지만, 나사의 과학자들은 여기에 매우 중요한 정보가 있다고 보고 있다. 

금성의 산소는 모두 무생물적 과정으로 생성된 것으로 지각에 풍부한 산소 화합물과 물 등이 반응해 생성된 것이다. 따라서 그 정확한 양을 알아내면 반대로 지각을 구성하는 광물의 조합을 알 수 있다. 여기에 더해 외계 행성에서 산소를 발견한 경우 어디까지 무생물적으로 생성될 수 있는지를 추정할 수 있다. 

하지만 탐사선은 산소 이외에도 여러 가지 물질을 검출하고 분석해야 하므로 산소 측정 센서는 정확하고 정밀할 뿐 아니라 아주 작아야 한다. 존스 홉킨스 대학의 노암 이젠버그 박사가 이끄는 학생 팀에 만든 VfOx (Venus Oxygen Fugacity)는 지름 1cm에 불과한 동전형 센서로 이 임무를 담당한다.  VfOx는 작고 평범한 센서 같지만, 금성 대기를 낙하하면서 상당한 압력과 온도 변화에도 견딜 수 있도록 세라믹 소재로 제작되어 있으며 극미량의 산소 농도 변화를 실시간으로 측정할 수 있을 정도로 정밀한 장치다. 당연히 학생 팀 단독으로 만들 수 있는 장치는 아니고 경험 있는 과학자들과 함께 학생들이 참여해 제작한 것이다. 

나사와 협력 기관들은 학생 참여 프로그램을 통해 가능한 많은 학생들이 참가하도록 권장한다. VfOx의 경우 메릴랜드 예술 대학의 학생처럼 전공에서 다소 거리가 있는 학생도 참가했다. 이런 과정을 거쳐 뛰어난 학생들이 새롭게 전공을 선택하거나 혹은 다재다능한 융합형 인재로 거듭날 수 있다. 물론 나사나 대학 입장에서도 뛰어난 인재들을 미리 확보할 기회다. 우주 강국을 꿈꾸는 우리 역시 눈여겨볼 대목이다.