지질지원연, 다누리 감마선 분광기 활용한 연구결과 발표

KIGAM의 우주자원 탐사개발 모식도. [사진=지질자원연]

[아이뉴스24 정종오 기자] 달의 남북극에 있을 것으로 예상하는 물 분포 지도가 나왔다. 우리나라 달 탐사선 다누리의 관측장비를 활용해 만든 것이다.

2022년 8월에 발사한 대한민국 최초의 달 궤도 탐사선인 다누리호(KPLO). 성공적으로 임무를 수행하고 있다.

이런 가운데 달 자원 등 우주자원탐사를 미래 비전으로 제시한 한국지질자원연구원이 다누리호에 실린 감마선분광기(KPLO Gamma-Ray Spectrometer, KGRS)를 활용해 달 극지의 물 분포 지도를 만들었다.

한국지질자원연구원(원장 이평구, KIGAM) 우주자원개발센터 김경자 박사 연구팀은 지난 2년 동안 KGRS로 수집한 자료를 분석해 달 극지의 물 분포 지도를 만드는데 성공했다.

연구팀은 달의 북극이 남극 보다 더 넓은 지역에 물이 분포하고 있으며 함량도 높을 것으로 분석해 루나 프로스펙터 미션과 비슷한 연구 결과를 발표했다.

로즈데스트벤젠스키(Rozhdestvenskiy) 북극지역 영구음영지역. [사진=지질자원연]

앞으로 루나 프로스펙터가 달 북극과 남극 지역의 얼음 함량을 각각 4.6%와 3.0%로 추정하고 북극에 약 3억3000만 톤의 물이 존재할 것으로 분석한 결과를 추가 전산모사(simulation)를 통해 검증할 예정이다.

KGRS 연구 결과는 중성자 수 감소를 통해 달 극지방 표면에 물이 존재함을 보여주는 방식이다. 이전 루나 프로스펙터 미션의 결과를 재검증하는 중요한 발견으로 평가되고 있다.

루나 프로스펙터(Lunar Prospector) 미션은 1998년에 미국 항공우주청(NASA)이 발사한 달 탐사선으로 달의 자원과 환경에 대한 중요한 데이터를 수집하기 위해 진행된 미션을 말한다.

이번에 제작된 달 극지의 물 분포 지도는 달 북극의 대표적 영구 음영 지역이자 얼음이 존재할 가능성이 높은 충돌분지인 로즈데스트벤스키 지역에서 중성자 감소 현상이 뚜렷하게 나타났다.

해당 지역에 상대적으로 많은 양의 물이 존재함을 입증했다. 이러한 발견은 달의 물 분포와 지질학적 기원의 이해는 물론 앞으로 인류의 달 자원개발과 기지 건설에 중요한 정보를 제공할 것으로 기대된다.

연구팀은 KGRS 차폐분광기의 붕소(Boron)와 중성자의 반응으로 생성된 487 킬로전자볼트(keV)의 감마선 피크(peak)를 분석해 중성자 지도를 제작했다. 이를 통해 달의 원소 분포와 물 존재를 추적함으로써 달 극지 자원 산정에 중요한 정보를 확보했다.

KGRS의 중성자 지도는 열중성자와 열외중성자 영역에서 주로 반응이 일어나는데 극지역 표토층에서 물의 함량과 중성자 수의 관계를 전산모사 한 결과, 달 표면에 물 함량이 많을수록 중성자 수가 감소하는 현상을 확인했다.

KGRS의 달 표면 원소지도는 기존 루나 프로스펙터의 중성자 지도와 일치해 신뢰성이 높다. NASA Moon Trek 사이트에 공개돼 국제 달 자원조사 컨소시엄(International Lunar Prospecting Consortium)의 달 자원 산정을 위한 국제활동 수행에 활용될 예정이다.

KGRS 중성자 지도(A, B)와 루나 프로스펙터 열중성자지도(C), 열외중성자지도(D). [사진=지질자원연]

김경자 센터장은 “이번 연구 결과는 KIGAM의 독창적 달 자원탐사 기술력을 증명하고 앞으로 달을 포함한 우주 자원 개발과 탐사에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다”며 “지속적 달 자원 탐사 연구를 통해 대한민국의 우주 자원 기술을 고도화하고 글로벌 우주 탐사 경쟁력을 강화하는 데 앞장서겠다”고 말했다.

한편 한국지질자원연구원이 독자적으로 개발한 감마선 분광기는 2022년 8월 5일 다누리호 발사를 통해 본격 탐사에 나섰다. 고도 100km 달 궤도에서 달의 원소 분포, 물 함량, 중성자 방사선 등에 대한 중요한 데이터를 10초마다 수집해 달의 원소 지도와 중성자 지도, 극지방 물 분포 지도를 작성하는 기초자료로 활용하고 있다.

올해 2월부터는 다누리의 고도가 60km로 낮춰짐에 따라 상대적으로 강한 감마선 분광신호를 얻을 수 있어 앞으로 달 표면에서의 물(H) 지도는 물론 기타 원소지도 작성에 효과적일 것으로 예상된다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)

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