(내외방송=석정순 기자) 지난 9월 28일 스페이스X 최고경영자 일론 머스크는 미국 텍사스주 보카치카에서 스타십 우주선의 시제품인 MK1 모델을 공개하며, “이것은 내가 본 것 중 가장 고무적인 것”이라고 흥분을 감추지 못했다. 머스크에 따르면, 스타십 우주선은 스페이스X의 발사시설에서 수직 이착륙을 통해 재활용이 가능해 비용을 획기적으로 줄였으며, 달과 화성뿐만 아니라 태양계 어디든 갔다 올 수 있도록 설계됐다. 최근 우주기술의 빠른 발전은 우주관광을 넘어 행성 이주의 가능성을 높이고 있다. 우주선 개발을 통해 머스크가 특히 기대를 나타내며 공을 들이는 분야는 화성식민지 건설이다. 우주물리학자 미치오 가쿠 같은 저명한 과학자들도 오래전부터 인류 생존의 다음 행동강령으로 화성 이주를 꼽고 있을 정도다. 한때 상상과 판타지의 영역이었던 우주여행과 화성 이주계획이 점점 현실화되고 있다.
머나먼 붉은 행성
인류에겐 화성은 어떤 행성일까? 태양계의 네 번째 행성이자 금성에 이어 지구에서 두 번째로 가까운 이웃 행성이다. 화성의 토양에 함유된 많은 양의 산화철은 이 행성을 붉게 보이게 만들었고, 이는 사람들에게 무수한 상상력의 원천이 됐다. 밤하늘에서 불그스름한 빛을 띠는 행성이므로 로마 신화의 전쟁신 마르스(Mars)의 이름이 붙었다. 한자문화권에서도 붉은빛으로 인해 불의 행성, 화성(火星)으로 불린다.
화성은 지구와 가까울 뿐더러 표면 환경이 지구와 비슷하고, 물이 존재할지 모른다는 생각 때문에 우주 SF의 배경으로 자주 등장하기도 했다. ‘타잔 시리즈’로 유명한 SF작가 에드거 라이스 버로우즈의 1912년 소설 ‘화성의 공주’에서 화성은 그런 미지의 신비한 장소로 그려진다. 한때 지구처럼 풍부한 자연과 고도의 문명을 자랑했지만, 현재는 주민들이 두 종족, 고도로 통제된 전사집단인 녹색인과 세련된 문화를 보존하고 있는 적색인으로 나뉘어 끝없는 전쟁을 치르고 있는 붉은 황무지로 묘사된다. SF지만 과학적인 구성과는 거리가 멀고, 무대만 화성으로 옮긴 유쾌한 서부활극을 담은 스페이스 오페라다.
SF소설의 신기원을 열었던 허버트 조지 웰즈의 ‘우주전쟁’에는 화성이 직접 배경으로 나오진 않지만, 화성인이 보행 병기인 비행접시를 타고 지구를 찾아와 인류문명을 파괴하는 세기말적 묵시론을 보여준다. 여기에 등장하는 외계인은 인간의 모습이 아니라 문어처럼 생긴 두족류 외계인이다. 어찌 됐든 화성은 외계인이 사는 곳이라는 이미지가 강하게 인식됐다.
화성 이주계획
미국의 SF작가 레이 브래드베리(Ray Bradbury)가 1950년 간행한 『화성연대기(Martian Chronicles)』는 26편의 단편으로 구성된 옴니버스 형식으로 20세기 말 지구인의 화성이주 이야기를 다뤘다. 수차례의 화성 탐험 실패, 그럼에도 화성으로 떠나가려는 이민의 대열, 화성에 생겨난 번영과 악덕의 도시, 지구에서 옮아간 바이러스에 의한 화성인의 멸종, 핵전쟁 때문에 폐허가 된 지구 이야기가 파노라마처럼 펼쳐진다. 과학 만능주의와 물질문명의 탐욕에 관한 통렬한 비판이 저변에 깔린 『화성연대기』는 인류의 화성 이주 신드롬을 기술의 관점이 아니라 문명의 알레고리로 제시했다. 여기서 우리는 ‘왜 화성에 가는가?’라는 질문과 맞닥뜨리게 된다.
인류는 정말 화성에 갈 수 있을까? 한때 가장 인기 있는 과학소설의 소재였던 화성 탐사는 이제 어느 정도 구체적인 실행계획까지 나오고 있는 단계다. 지구와 화성의 거리는 가장 먼 거리일 때는 약 4억 100만km, 가장 가까울 때는 약 5460만km다. 비용과 시간이 만만치 않은 거리지만, NASA(미우주항공국)를 비롯해 여러 민간 기업들이 화성 탐사와 이주계획에 뛰어든 상태다.
NASA는 개발 중인 신형 오리온 우주선을 통해 아폴로 계획 이후 처음으로 유인 달 탐사 미션인 아르테미스 계획을 수행하게 되며, 2030년대에는 유인 화성 탐사계획에도 사용될 예정이다. 화성 식민시대를 위한 첫걸음이다. 현재 ‘화성 식민지’ 건설에 뛰어든 국가는 미국, 러시아, 유럽연합, 인도, 중국 등 5개국이다. 아랍에미리트(UAE)은 2117년까지 화성에 도시를 건설하고, 인류를 이주시키는 ‘화성 2117’ 프로젝트라는 담대한 계획을 발표하면서 화성에 세워질 도시의 이미지 영상을 공개하기도 했다. 터미널에서 출발해 문을 열면 미래의 화성 도시가 펼쳐진 다. 연구소와 대학, 고층빌딩이 늘어서 있는 60만명이 거주하는 아름다운 도시다.
여기에 민간 우주기업 스페이스 X, 블루 오리진, 버진 갤럭틱이 뛰어든 형국이다. 특히, 미국 민간 우주항공기업 ‘스페이스 X’의 최고경영자 일론 머스크는 오는 2024년에 승객을 태워 화성으로 여행을 떠나보내고, 50년 내에 100만명을 이주시키겠다는 포부를 밝혔다.
하지만 성공 여부는 확신할 수 없다. 2020년대 중반까지 화성에 인류 정착촌 건설을 시작하겠다고 해 세계적 주목을 받았던 네덜란드 벤처기업 ‘마스 원(Mars One)’의 화성 이주계획은 2019년 회사가 파산함으로써 7년만에 결국 계획이 물거품이 됐다. 마스 원의 화성 식민지 프로젝트는 2020년 로봇을 화성에 보내 정착촌 건설을 시작하고, 2025년 4명을 시작으로 2033년까지 24명, 총 6개팀을 보내 화성에서 살도록 한다는 것이었다.
물론, 이 같은 구상은 회사 설립 초기부터 기술력과 자금력에서 의심을 받아왔다. 2014년 미국 MIT는 “화성에 도착한 사람들은 이후 10주 안에 죽지 않으려면 숱한 난관을 극복해야 한다”면서 “현재 기술로는 화성 도착 후 68일 안에 모두 질식해 숨질 것”이라는 내용의 보고서를 내기도 했다. 하지만 주목할 점은 화성에 가면 다시는 지구로 돌아오지 못한다는 ‘죽음의 편도여행’ 조건에도 마스 원의 2015년 화성 이주 희망자 모집에는 20만명이 넘는 지원자가 몰려들었다는 점이다. 적어도 열망은 충분해 보인다.
화성 이주를 위한 선결조건
만약 인류가 화성에 안전하게 도착할 수 있다면 이제 더욱 새롭고 근본적인 도전이 기다린다. 인간은 화성에 성공적으로 정착할 수 있을까? 언젠가는 정착에 성공할 것이다. 하지만 그 전에 넘어야 할 산이 많다. 화성은 지구보다 평균 온도가 현저히 낮다. 최저 온도는 영하 176℃, 최고 온도는 영상 35℃로, 평균 온도가 영하 63℃ 정도다. 게다가 화성은 지구보다 기압이 낮다. 지구 100분의 1에 불과한 기압 때문에 몸을 눌러줄 여압복이 필요하다. 화성 대기의 95% 이상은 이산화탄소다. 더욱이 얇은 대기층을 뚫고 들어오는 치명적인 우주방사선으로부터 몸을 보호해야 한다.
한 마디로 현 상태로는 사람이 살 수 있는 환경이 아니다. 화성에서 인간이 오랫동안 생존하기 위해서는 생존조건을 충족하는 환경을 만들어야 한다. 물론, 이런저런 조건들을 충족시키다 보면 비용이 천문학적으로 불어나게 될 것이다. 화성에서 인간의 거주를 위한 최우선 조건은 무엇일까? 스티븐 페트라넥(Stephen Petranek)은 그의 TED 강연 저서 『화성 이주 프로젝트(How We’ll Live on Mars)』에서 인간이 화성에서 살기 위해 극복해야 할 것들을 명시했다.
첫 번째는 물이다. 1976년 NASA가 최초로 화성에 안착시킨 탐사선 바이킹 1호를 통해 화성 대기에 미량이나마 수분이 있다는 것을 발견했다. 2008년 화성 탐사선 피닉스는 화성에 물이 존재한다는 것을 공식 확인했다. 다만, 식수로 사용하기 위해서는 추가적인 기술 개발이 필요하다.
두 번째는 산소다. 물을 구할 수 있으면 물을 전기 분해해 수소와 산소로 분리하면 인간이 호흡하는 데 필요한 산소를 충분히 얻을 수 있다. 또, 수소는 연료로 활용할 수 있다. 물 대신 대기 중 이산화탄소에서 탄소를 제거해 산소를 만드는 방법도 있다. NASA가 2020년 발사할 화성 탐사선의 로버는 화성 대기 중 이산화탄소를 산소와 일산화탄소로 바꾸는 연료전지 장비를 운반할 예정이다. 장비 이름은 ‘막시(MOXIE)’로 대기 중에서 고열 세라믹을 이용해 산소를 만든다. 세라믹을 통과하는 전압이 촉매로 인해 표면에 형성된 산소 이온을 분리하는 방식이다.
세 번째는 음식이다. NASA는 화성 토양과 유사한 하와이와 애리조나의 토양을 네덜란드 재배업자들에게 제공해 4200종의 식물 씨앗을 재배했는데, 화성 토양조건을 모방한 흙에 심은 씨앗은 대부분 싹이 텄다고 한다. NASA 지원을 받은 미국 애리조나대학 연구팀은 화성에서 사용할 온실에서 고구마와 토마토 재배에 성공했다. NASA는 2030년 화성 탐사대를 통해 화성 온실재배 시스템을 구축하는 게 목표다. 다만, 이런 직접 재배방식으로 식량을 공급하는 데는 한계가 있다. 스티븐 페트라덱은 직접재배 비중이 10%만 되더라도 성공적인 출발이라고 봤고, 나머지는 지구에서 공수해야 하는데, 이는 또 다른 비용문제를 발생시킬 것이다.
네 번째는 먹고 자고 휴식할 공간이 필요하다. 지구와 유사한 환경을 만들기 위해 공기를 순환시켜야 하고, 적절한 온도와 습도도 유지해야 한다. 인간의 거주환경을 구축하고 관리하는 데는 큰 비용이 투자돼야 할 것이다.
화성 이주 프로젝트는 불가능한 계획은 아니지만 기술적 난관을 극복하기 위한 많은 시간과 비용이 투자되고, 현재로서는 투자대비수익(ROI)이 분명치 않기에 리스크가 큰 도전이다. 물론, 화성 이주 프로젝트가 향후 어떻게 전개될지는 아무도 모른다.
화성에서의 독자생존
화성에 성공적으로 정착하기 위해서는 극한의 환경에 적절히 대응하는 기술적 문제 해결능력을 갖춤과 동시에 심리적 난관 또한 극복해야 한다. 화성에 바로 사용 가능한 물과 산소가 없다면 화성 이주에 성공한다고 하더라도 초기의 정착민들은 한동안 지구에서 가용자원을 조달받아야 한다. 하지만 지구로부터 정기적으로 자원을 실어다 줄 우주왕복선에 만에 하나 문제가 생긴다면 정착민들은 생존을 보장받을 수 없게 된다.
좀 더 현실적인 방안을 위해서는 화성의 적절한 장소에 자급자족이 가능한 구조물이나 인공도시를 만들어야 한다. 그리고 영구적으로 머무르려면 현지에서 직접 농작물을 생산해야 한다. 영화 ‘마션’의 주인공처럼 화성에서 온실을 만들어 식물을 키워 재배에 성공하는 건 어떨까? 영화에서는 화성에 표류한 우주비행사가 감자를 재배해서 500일 이상 생존할 수 있었다.
실제 네덜란드 와게닝겐대학(Wageningen University & Research) 연구진은 2014년부터 달과 화성의 레골리스 성분과 거의 똑같이 재현한 인조토양을 사용해 식물재배연구를 진행해왔다. 이러한 인조토양에서 10종의 작물을 재배한 연구 결과가 최근 ‘오픈 애그리컬처(Open Agriculture)’ 저널에 발표됐다. 실험에 사용한 작물은 모두 10종으로, 연구진은 인조토양에 큰 다닥냉이, 루콜라, 토마토, 무, 호밀, 퀴노아, 시금치, 골파, 완두콩, 릭(서양 대파) 씨앗을 심었고, 지구의 진짜 흙에도 똑같이 심어서 대조군으로 삼았다. 실험 결과, 10종의 작물 중에서 시금치를 제외한 9종이 성공적으로 자랐으나, 지구보다 생산량은 떨어졌다. 실험 결과는 미래에 화성에서 지속적인 농업을 위해서는 인분 등 현지에서 조달 가능한 퇴비 등의 자원도 고려해야 한다는 점을 암시한다.
물론, 화성에 영구정착하려면 보다 효율적으로 식량을 생산해야 한다. 행성 과학자들이 만든 컴퓨터 모델에 따르면, 그러한 자급자족은 가능할 것으로 예상된다. 지구에서처럼 호화스러운 파티를 즐길 수는 없겠지만, 벌레와 조류를 비롯한 여러 종류의 효율적인 음식을 적절히 배분한다면 100만 인구에 필요한 식량을 자체 조달할 수 있다. 여기에 생존을 위한 안전한 주거공간을 마련하는 데 최소한의 인원과 물질, 물건만으로도 100톤이 넘는 화물을 화성으로 실어 보내야 한다.
테라포밍: 제2의 지구를 위하여
우리가 화성에 가려는 이유는 무엇인가? 단순히 화성에 기지를 짓고, 건물 내부에 머물며, 생존하는 게 인류의 궁극목적은 아닐 것이다. 영원히 실내에만 머물 게 아니라면 장기적으로는 ‘테라포밍(terraforming)’, 즉 화성의 자연환경을 지구처럼 변화시키는 보다 큰 도전에 나서야 한다. 테라포밍이란 지구가 아닌 다른 외계의 천체 환경에 인간에게 알맞은 대기와 온도, 생태계를 만드는 작업이다. 화성의 외부공간으로 나가려면 우선 화성의 대기온도부터 올려야 하는데, 일론 머스크는 그 해법으로 화성 극지방에서 핵폭발을 터트려 극지방 얼음 속에 갇혀 있는 이산화탄소를 대기 중에 방출시켜 화성의 표면온도를 올리자고 주장해 논쟁을 일으키기도 했다. 그 밖에도 대형 우주거울 설치와 온실가스 배출공장 설립 등 대안적 아이디어가 제시되기도 한다.
한편, 하버드대 연구진은 공기만큼 가벼운 반투명물질로 화성을 식물이 자랄 수 있는 땅으로 만들 수 있다는 연구 결과를 내놓았다. 하버드 연구진은 가볍고 단열효과가 뛰어난 에어로겔(aerogel)로 화성표면을 덮어 자외선을 차단하고 온도를 높일 수 있다는 사실을 입증했다. 이 작업이 성공하면 화성의 지표면 온도를 50℃까지 높이고, 자외선은 60%까지 차단할 수 있다. 에어로겔로 화성에서 얼음이 있다고 추정되는 지역을 덮기만 해도 인간의 생존에 필수요소인 물과 햇빛이 공급돼 식물이 자릴 수 있게 된다. 만약 성공한다면 인류의 화성 정착기에서 매우 큰 걸림돌을 해결하게 되는 셈이다.
인간은 살 수 없는 극한환경 속에서 살아가는 생명체들이 있다. 온도가 300℃가 넘고 산소도 없고 빛도 들어오지 않는 심해에서도, 혹한이 몰아닥치는 남극에도 살아가는 생명체들이 존재한다. 하지만 인류가 거주하기 위해서는 인류에게 맞는 환경이 필요하다. 화성을 지구에서처럼 인류가 살 수 있는 환경으로 변환시키는 완전한 ‘테라포밍’을 위해서는 무엇보다 산소가 꼭 필요하다. 일례로, 과거 원시지구의 대기에도 산소가 없었다. 과학자들은 시아노박테리아와 같은 미생물이 광합성을 통해 산소를 지구 대기에 공급했다고 보고 있다. NASA에서는 ‘시아노박테리아’와 같이 광합성이 가능한 미생물을 통해 화성 대기를 지구처럼 산소가 있는 공간으로 만들 수 있다고 전망하고 있다.
화성은 테라포밍을 위해 제2의 지구가 될 수 있을까? 우주시대에 인류는 이제 막 걸음마를 떼려 하고 있다. 구체적이고 장기적인 계획들이 수립되고 실행에 들어갔다. 모든 가능성 혹은 불가능성은 열려 있다. 성공할지 실패할지는 아무도 알 수 없다. 만약 화성에 생명체가 있다면 지구인의 오염에 의한 화성의 영향이라는 윤리적 문제도 풀어야 한다. 그럼에도 우리는 다시 우주비행이론의 선구자인 치올코프스키(Tsiolkovskii)의 말을 상기하게 된다.
“지구는 인류의 요람이지만, 우리가 영원히 요람에서 살 수는 없다.”
