망치 챙겨라, 달·화성서 ‘지하 보금자리’ 찾고 싶다면

NASA, 지면 때려 인공 지진파 생성 실험

애리조나 등서 지하 용암 동굴 감지 성공

지진파는 빈 공간 만나면 반사…투시 효과

미래 달·화성 땅 속 기지 탐색 때 활용 가능

방사선·운석 막고 온도 변화도 피할 수 있어

길이가 30㎝도 되지 않는 짧은 풀이 잔뜩 깔려있고, 말라버린 나무가 곳곳에 눈에 띄는 거친 대지에서 몇 명의 사람들이 무언가 일을 하고 있다. 형광색 작업복을 입은 이들은 뚜껑 있는 플라스틱 상자에 앉아 있거나 귀에 헤드폰으로 추정되는 물체를 쓴 채 서 있다.

그런데 이 사이에서 유독 눈에 띄는 한 사람이 있다. 그의 손에는 야구 방망이만 한 망치가 들려 있다. 두 손으로 망치 자루를 단단히 움켜쥐고 지면을 향해 내리치기 위해 땅에 시선을 고정했다.

이들은 대체 누구일까. 미국 항공우주국(NASA) 연구진이다. NASA 소속 과학자들이 왜 황량한 초원에서 첨단 장비도 아닌 망치 주변에 삼삼오오 모여 있을까. 이유가 있다. 바로 우주 기지를 세우기 위해서다. 이것이 무슨 말일까.

사진 속 NASA 과학자가 쥐고 있는 망치는 길이 약 1.2ｍ에 중량은 약 4.5㎏이다. 공사 현장에서 흔히 볼 수 있는 연장이다.

연구진은 최근 애리조나주 플래그스태프와 캘리포니아주 툴레레이크에 출장을 나가 이 망치를 들고 대지 위에 섰다. 그리고 지표면을 걸으며 1ｍ에 한 번씩 망치로 땅을 때렸다. 그런 동작을 하며 총 125ｍ를 이동했다. 땅을 타격하면 진동이 생긴다. 이는 지진파와 비슷하다. 연구진은 ‘인공 지진파’를 생성한 것이다.

플래그스태프와 툴레레이크 모두 화산 지대다. 과거에 용암이 흘렀던 땅이라는 뜻이다. 이 때문에 지하에는 용암 동굴이 많다. 용암 동굴은 화산 분출 때 흘러나온 용암이 땅 밑에서 구멍을 만들며 지나간, 터널 같은 모양의 지형이다.

연구진은 이 용암 동굴의 위치를 인공 지진파로 찾아내는 데 성공했다. 인공 지진파는 땅 밑에 깔린 바위는 그대로 통과하지만, 동굴처럼 빈 공간을 만나면 튕기듯 반사해 지면으로 되돌아온다.

동굴을 만난 인공 지진파는 확연히 다른 움직임을 보이는 것인데, 연구진은 이 현상을 지면에 설치한 센서로 잡아냈다. 연구진은 “병원에서 컴퓨터단층촬영(CT)으로 사람 몸속을 들여다보는 것과 비슷한 원리”라고 했다. 이번 실험과 연구는 국제학술지 ‘지구물리학 연구회보’에 실렸다.

사실 인공 지진파는 이미 지하자원 탐사나 지반 성질 확인 등에 쓰이고 있다. NASA 연구진은 이번 실험을 통해 인공 지진파 용도를 지하 용암 동굴 탐색, 특히 달·화성에 있는 동굴 찾기로 확장할 계획을 세웠다. 무거운 물체로 땅을 타격해 인공 지진파를 만드는 일은 지구 아닌 다른 천체에서도 어렵지 않게 할 수 있다.

달과 화성의 지하 용암 동굴은 유인 과학기지 또는 정착촌을 만들기에 적합한 곳이다. NASA는 “용암 동굴에 들어간 사람은 우주 방사선과 운석에서 보호받을 수 있다”고 설명했다. 지하 용암 동굴 위를 덮은 두꺼운 암석은 천연 차단벽이 되기 때문이다.

암석은 단열층 역할도 한다. 2022년 NASA 달 관측 위성이 파악한 자료를 보면 그 효과는 놀라울 정도다. 달 용암 동굴 온도가 영상 17도로 일정하게 유지되고 있었다. 한국으로 치면 초가을에 나타나는 온도다. 우주비행사가 일상생활을 하고, 각종 전자 장비를 운영하기에 딱 좋다.

쾌적한 용암 동굴과는 달리 지표면에서는 ‘온도 널뛰기’가 극심하다. 달의 밤은 영하 170도까지 곤두박질치고, 낮은 영상 120도까지 치솟는다. 화성도 영하 140도와 영상 20도를 오간다. 지구처럼 두꺼운 대기가 없어서 생기는 극단적인 온도 변화를 지하 용암 동굴로 들어가면 쉽게 피할 수 있다는 뜻이다.

용암 동굴에는 천장과 바닥, 벽이 형성돼 있는 만큼 기지 건설에 들어가는 비용과 시간도 아낄 수 있다. 인력과 장비를 동원해야 하는 토목 작업을 최소화할 수 있어서다. 허허벌판에서 기초 공사부터 해야 하는 지표면 기지보다 유리하다.

연구진은 “달이나 화성을 실제 탐사할 때에는 망치 대신 무거운 추를 알아서 땅으로 떨어뜨리는 자동화 장비가 쓰일 수도 있을 것”이라고 전망했다.