NASA, 화성 잃어버린 대기 미스터리 풀기 위해 쌍둥이 우주선 발사

연구자들은 이러한 변화의 가장 큰 이유가 태양풍이라고 생각합니다. 태양으로부터 바깥쪽으로 흘러나오는 이 꾸준한 전하 입자 흐름은 수십억 년에 걸쳐 화성의 대기를 점차 침식해 왔습니다. 대기가 얇아짐에 따라 행성은 냉각되었고 표면의 물이 대부분 사라졌습니다.

NASA는 현재 2025년 11월 13일에 시작된 ESCAPADE(Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers) 임무를 통해 이 과정을 조사하고 있습니다. 임무의 과학 장비는 2월 25일부터 활성화되어 완전히 작동했습니다. 이러한 장비는 과학자들이 화성이 어떻게 대기를 그토록 많이 잃었는지, 그리고 태양이 오늘날 어떻게 계속해서 행성을 형성하고 있는지 연구하는 데 도움이 될 것입니다. 우주선은 또한 지구 근처를 여행하는 동안과 화성으로 여행하는 동안 우주 날씨에 대한 새로운 정보를 수집할 것입니다.

임무가 화성에 도달하면 수집된 데이터는 NASA가 언젠가 지구를 탐험할 우주 비행사를 더 잘 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“선구적인 ESCAPADE 듀오는 화성을 사람이 살 수 없는 행성으로 바꾸는 데 있어 태양의 역할을 조사할 뿐만 아니라 미래의 인간이 붉은 행성으로 임무를 수행하는 동안 화성을 겨냥한 태양 현상에 대한 우주 기상 프로토콜 개발에 정보를 제공하는 데 도움이 될 것입니다.”라고 워싱턴에 있는 NASA 본부의 태양물리학 부문 책임자인 Joe Westlake가 말했습니다. “ESCAPADE는 태양계 전역의 태양물리학 임무단에 합류함으로써 우주의 인간과 기술을 더욱 안전하고 성공적으로 만드는 또 다른 기상 관측소가 될 것입니다.”

최초의 화성 임무

ESCAPADE는 화성 주변 궤도에서 함께 작동하는 두 개의 우주선을 사용한다는 점에서 눈에 띕니다. 이러한 조정된 접근 방식을 통해 과학자들은 한 번에 두 위치에서 행성의 자기 환경을 관찰할 수 있으며 단일 우주선으로는 얻을 수 없는 통찰력을 얻을 수 있습니다.

한 쌍의 우주선은 자기력의 영향을 받는 화성 주변 지역인 화성 자기권의 급격한 변화를 추적할 것입니다. 이를 통해 연구자들은 화성의 대기가 천천히 우주로 누출되는 과정을 확인하기를 희망합니다.

NASA 본부의 ESCAPADE 프로그램 과학자인 미셸 캐시(Michele Cash)는 “두 개의 우주선을 갖는 것은 원인과 결과, 즉 화성의 경우 태양풍이 자기장과 어떻게 상호 작용하는지 이해하는 데 도움이 될 것”이라고 말했습니다.

이전 임무에서는 단일 우주선을 사용하여 화성의 대기를 연구했습니다. ESCAPADE는 과학자들에게 두 가지 다른 입장에서 동시에 시각을 제공함으로써 이러한 작업을 기반으로 합니다.

“ESCAPADE 임무는 게임 체인저입니다.” 캘리포니아 버클리 대학의 임무 책임자인 Rob Lillis가 말했습니다. “그것은 우리에게 스테레오 관점이라고 부를 수 있는 것을 제공합니다. 즉, 동시에 두 가지 다른 관점을 제공합니다.”

우주선이 화성에 도착하면 처음에는 동일한 궤도 경로를 따라 이동하며 약간 다른 시간에 동일한 지역을 통과합니다. 이 전략은 과학자들이 지구의 자기 환경에서 변화가 언제 어디서 일어나는지 정확히 찾아내는 데 도움이 될 것입니다.

Lillis는 “두 대의 우주선이 해당 지역을 빠르게 연속적으로 통과하면 해당 지역이 2분이라는 짧은 시간 단위로 어떻게 달라지는지 모니터링할 수 있습니다.”라고 말했습니다. “이를 통해 우리는 이전에는 결코 할 수 없었던 측정을 할 수 있게 될 것입니다.”

약 6개월 후에 우주선은 별도의 궤도로 이동할 것입니다. 하나는 화성에 더 가까이 머물고 다른 하나는 더 멀리 여행할 것입니다. 이 5개월 동안 연구원들은 화성에 접근하는 태양풍을 관찰하는 동시에 자기권 내에서 행성의 반응을 연구할 수 있습니다.

Lillis는 “이전 우주선은 태양풍의 상류에 있을 수도 있고 자기권을 측정하는 행성에 가까이 있을 수도 있지만 ESCAPADE를 사용하면 한 번에 두 장소에 있으면서 원인과 결과를 동시에 측정할 수 있습니다.”라고 말했습니다.

미래의 화성 탐사를 위한 준비

화성을 여행하는 우주 비행사들은 지구에 사는 사람들보다 태양 복사에 훨씬 더 많이 노출됩니다.

지구는 태양의 고에너지 입자로부터 지구를 보호하는 강력한 지구 자기장에 의해 보호됩니다. 화성 역시 한때 더 강한 자기장을 가지고 있었지만 시간이 지나면서 약해졌습니다. 오늘날 화성의 지각에는 자기 영역이 분산되어 있으며, 태양풍이 화성의 상층 대기에 있는 하전 입자와 상호 작용할 때 생성되는 끊임없이 변화하는 자기장이 있습니다.

이 특이한 조합은 과학자들이 “하이브리드” 자기권이라고 부르는 것을 형성합니다. 불행하게도 태양풍으로부터 제한된 보호를 제공하여 태양의 에너지 입자가 표면에 더 쉽게 도달하도록 허용합니다. 화성의 희박한 대기는 이러한 취약점을 더욱 가중시켜 미래의 탐험가들에게 도전적인 환경을 조성합니다.

캐시는 “인간을 화성에 보내기 전에 우주비행사들이 어떤 환경에 직면하게 될지 이해해야 한다”고 말했습니다.

ESCAPADE는 또한 화성의 전리층에 대한 과학자들의 이해를 향상시킬 것입니다. 상층 대기의 이 지역은 미래의 우주비행사들이 지구상의 통신 시스템과 마찬가지로 지구 주위로 무선 및 항법 신호를 전송하기 위해 이곳에 의존할 것이기 때문에 중요합니다.

Lillis는 “화성에서의 GPS나 장거리 통신을 원한다면 전리층을 이해해야 합니다”라고 말했습니다.

화성으로 향하는 특이한 경로

대부분의 화성 임무는 지구와 화성이 궤도에 정렬되는 좁은 기간 동안 시작됩니다. 이는 약 26개월마다 발생하는 이벤트입니다. ESCAPADE는 미래에 화성 임무를 더욱 유연하게 만들 수 있는 다양한 전략을 테스트하고 있습니다.

화성으로 직행하는 대신 우주선은 현재 지구에서 약 백만 마일 떨어진 라그랑주 지점 2로 알려진 우주 지점 주위를 순환하고 있습니다. 2026년 11월 지구와 화성이 다시 정렬되면 우주선은 지구를 뒤로 회전하고 행성의 중력을 사용하여 화성을 향해 추진할 것입니다. 임무는 2027년 9월에 도착할 것으로 예상된다.

이 단계에서 우주선은 지구에서 약 200만 마일에 걸쳐 뻗어 있는 거대한 “배회” 궤도를 따라갈 것입니다. 이 경로는 태양으로부터 멀어지는 지구의 자기 환경의 일부인 지구의 먼 자기꼬리의 미개척 지역을 통과하게 될 것입니다.

“우리는 발견 과학을 할 것입니다”라고 Lillis는 말했습니다. “이렇게 멀리 떨어진 곳에서 지구의 꼬리를 측정한 사람은 아무도 없습니다.”

이후 화성까지의 10개월 여행 동안 우주선은 태양풍과 행성 간 공간의 자기 조건을 계속 연구할 것입니다. 이는 우주 비행사가 화성으로 가는 길에 결국 여행하게 될 환경과 동일합니다.

ESCAPADE 임무는 NASA의 태양물리학 부서에서 자금을 지원하며 NASA의 행성 탐사 프로그램을 위한 소규모 혁신 임무의 일부입니다. UC Berkeley의 우주 과학 연구소는 핵심 파트너인 Rocket Lab과 함께 임무를 이끌고 있습니다. 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터; 엠브리리들 항공대학교; 고급 공간; 그리고 블루 오리진.