[변태섭기자의 교과서 밖 과학] 우주선도 뚫는 우주방사선

태양에서 나온 우주방사선이 지구 자기장을 뚫지 못하는 모습을 그린 상상도. 미국항공우주국(NASA) 제공

일본 최대 패션 쇼핑몰 조조타운 창업자인 마에자와 유사쿠가 민간인 최초로 2023년에 달 여행을 떠난다. 30억 달러(약 3조4,000원) 자산가이자 일본 18번째 부호로 알려진 그는 미국 민간 우주개발기업 스페이스X의 차세대 재사용 우주선 ‘빅 팰컨 로켓(BFR)’을 타고 달 궤도를 도는 등 약 6일간 우주여행을 한 뒤 지구로 귀환할 계획이다. 달에 직접 착륙하진 않지만, 미국항공우주국(NASA)의 아폴로 계획 이후 첫 유인 달 탐사가 될 전망이다. 일론 머스크 스페이스X 최고경영자(CEO)는 지난달 17일(현지시간) 이를 발표하면서 “장기적으론 BFR을 통해 화성과 금성, 목성 또는 다른 은하계까지 갈 수 있도록 할 것”이라고 말했다.

‘우주 호텔’도 곧 문을 연다. 지난 4월 미국 우주개발업체인 오리온스팬은 320㎞ 상공에 길이 13.3m, 폭 4.3m 크기의 우주 호텔을 2021년까지 만든 뒤 2022년부터 영업에 나설 계획이라고 밝혔다. 12일간 우주에 머무는데 드는 숙박비는 950만 달러(약 107억원)다. 우주 호텔은 90분마다 지구를 한 바퀴 돌기 때문에 우주 호텔 투숙객은 하루 평균 일몰ㆍ일출을 각 16번씩 볼 수 있다. 12일 동안 총 384회다. 이 회사의 프랭크 뱅거 CEO는 “우주는 인류에게 남은 마지막 미개척지”라며 우주여행의 ‘낭만’을 강조했다. NASA 등 각국의 우주 관련 정부기관들도 앞다퉈 우주개발 계획을 내놓고 있다.

하지만 성큼 다가온 우주관광ㆍ개발이 꼭 낭만적인 것만은 아니다. 지구에서 멀리 떨어진 곳을 탐험할수록, 우주에 오래 머물수록 인체에 해로운 우주방사선에 무차별적으로 노출될 수밖에 없어서다. 현재 기술로는 우주방사선 피해를 줄일 마땅한 방법도 없다.

우주방사선은 흑점 폭발로 태양에서 나오는 태양 우주방사선(SEP)과 초신성 폭발 등 태양계 밖에서 만들어진 은하 우주방사선(GCR)으로 나뉜다. 미국 조지타운대 메디컬센터 연구진은 이달 1일(현지시간) 국제학술지 ‘미국 국립과학원회보(PNAS)’에 “생물이 GCR에 장기간 노출될 경우 위장 조직이 심각히 손상되면서 대장ㆍ위 등에 암이 발병할 수 있다”고 발표했다.

연구진은 철과 실리콘 등 무거운 중이온이 포함된 우주방사선과 감마선을 쥐에 쪼였을 때 위장 기능에 어떤 변화가 나타나는지를 살폈다. 그 결과 중이온 우주방사선에 노출된 쥐는 위장 점막 교체 기능이 손상돼 영양소를 제대로 흡수하지 못했다. 암으로 발전할 수 있는 용종도 발생했다. 위장 점막은 3~5일 간격으로 새로운 세포로 바뀌어야 영양소 흡수 등 제대로 된 역할을 할 수 있다. 카말 다타 NASA 특수연구센터 연구원은 “인체 내 다른 장기도 우주방사선 속 중이온의 영향을 받을 가능성이 매우 높다”고 말했다.

전하를 띄지 않는 우주방사선은 대기 중 질소ㆍ산소 등과 부딪혀 수많은 전자를 내면서 사라진다. 전하를 띄는 우주방사선은 지구 자기장이 만든 자기권을 뚫지 못해 자기장이 드나드는 극지방으로 주로 유입된다. 이렇게 들어온 우주방사선 속의 입자가 공기 원자ㆍ분자 등과 부딪혀 빛을 내는 게 오로라다. 지구의 대기와 자기장이 우주방사선의 ‘방어막’ 역할을 하는 셈이다.

그러나 지구 자기장 밖에선 상황이 달라진다. 최기혁 한국항공우주연구원 미래융합연구부 책임연구원은 “입자가 무거울수록 더 많은 에너지를 갖고 있어 피해가 클 수밖에 없다”며 “우주방사선 속의 중이온은 가벼운 입자와 달리 알루미늄으로 만든 우주선도 뚫고 들어올 정도”라고 설명했다. 우주선이 제대로 된 ‘보호막’ 역할을 하지 못한다는 얘기다. SEP에는 주로 가벼운 입자가, GCR에는 철ㆍ실리콘과 같은 무거운 중이온 입자가 들어 있다.

우주인이 우주선 안에 있더라도 중이온이 몸을 관통하면서 신체 내 복잡하게 꼬여 있는 유전물질(DNA)을 끊어버리게 된다. 그러면 돌연변이가 발생해 암 발병 가능성이 높아진다. 세포 노화를 촉진하고 중추신경계 등에 손상을 미칠 수도 있다. NASA가 우주인들에게 놓인 직접적인 위협 요인으로 고립감, 무중력, 폐쇄적인 주거환경 등과 함께 우주방사선을 꼽은 것도 이런 이유에서다.

최 책임연구원은 “장기 유인 우주탐사에서 우주방사선 문제를 어떻게 할지 아직까지 뾰족한 해결책을 찾지 못한 상황”이라고 설명했다. 다타 연구원도 “현재 기술로는 우주인을 제대로 보호하기 어렵다”고 말했다.

변태섭기자 libertas@hankookilbo.com

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