스페이스 클럽 과학자들은 OSIRIS-REx 샘플에서 생명체의 구성 요소를 찾고 잠재적으로 위험한 소행성을 발견합니다.

[발사통제동]

미국 항공우주국(NASA)의 오시리스-렉스(OSIRIS-REx) 소행성 샘플 귀환 미션에 참여한 과학자들은 최근 2023년 소행성 101955 베누(Bennu)의 샘플을 지구로 귀환시킨 후 이에 대한 놀라운 발견을 내놓았다. 과학자들은 이번 주에 OSIRIS-REx 발견을 공개했지만, 새로 발견된 소행성은 1990년대에 이 척도가 도입된 이래 물체에 부여된 두 번째로 높은 등급인 10점 토리노 우주 충격 위험 척도에서 레벨 3에 도달했습니다.

2016년에 발사된 오시리스-렉스 우주선은 2018년 말 베누에 도착하여 태양계 형성의 잔해로 여겨지는 소행성의 궤도를 돌기 시작했습니다. 오시리스-렉스는 베누의 표면이 생각보다 훨씬 거칠다는 것을 발견했고, 임무 관제사들은 우주선이 빠르게 착륙하고 샘플을 수집할 수 있는 베누의 표면을 찾는 데 수년을 보냈다.

마침내 2020년 10월 20일, OSIRIS-REx는 샘플링 장치를 사용하여 베누 표면에서 120g의 표토를 채취했으며, 이 과정에서 베누의 느슨한 "잔해 더미" 구성으로 인해 표면 아래로 거의 가라앉을 뻔했습니다. OSIRIS-REx는 목표 샘플 크기가 60g이었기 때문에 표면 물질의 양이 두 배 이상 증가했습니다. 우주선은 2021년 5월 10일 베누를 떠나 지구로 향했습니다.

OSIRIS-REx 샘플 회수 캡슐은 Dugway Proving Ground의 격납고로 운송되는 동안 헬리콥터 아래에 매달려 있습니다. (제공: NSF의 Justin Davenport)

2023년 9월 24일, OSIRIS-REx 샘플 회수 캡슐이 유타주 사막의 더그웨이 시험장(Dugway Proving Ground)에 안전하게 착륙하여 베누의 토양과 심토 120g을 기다리고 있던 과학자들에게 전달했습니다. 표본 물질의 70%는 미래의 과학 연구를 위해 손대지 않은 채로 남아 있지만, 최근 Nature 및 Nature Astronomy 저널에 발표된 연구는 나머지 30%에 대한 분석을 특징으로 하며 표본에 생명체에 필요한 구성 요소가 포함되어 있다고 설명합니다.

OSIRIS-REx 샘플은 초기 태양계에 대한 통찰력을 제공합니다.

오시리스-렉스는 생명체를 찾기 위해 설계된 적이 없으며, 논문에 기술된 발견들은 외계 생명체를 증명하지 않는다. 그러나 그들은 베누가 떨어져 나간 외부 태양계의 모체를 포함한 초기 태양계는 생명체가 발달할 수 있는 풍부한 유기적 "빌딩 블록"을 가지고 있었다는 것을 보여준다.

지구상의 생명체가 단백질을 형성하기 위해 만든 단백질의 20 가지 아미노산 중 14 개가 Bennu에서 채취하여 연구 된 표본에서 발견되었습니다. 또한, 생명체가 살아가는 데 필요한 화학 반응을 촉진할 수 있는 염염의 증거도 샘플에서 발견되었는데, 이는 물이 존재함을 시사한다. 

이 이미지는 준비되지 않은 소행성 Bennu 입자의 에너지 분산 분광 맵입니다. 인은 녹색, 칼슘은 빨간색, 철은 노란색, 마그네슘은 파란색으로 표시됩니다. (제공: 자연사 박물관/런던/Tobias Salge)

과학자들은 용해된 염이 포함된 물의 증발을 통해 형성된 할라이트, 실바이트, 방해석을 포함한 11가지 광물의 흔적을 발견했습니다. 베누(Bennu)는 엔셀라두스(Enceladus)와 세레스(Ceres)와 함께 탄산나트륨과 염수의 증거를 보여주는 태양계에서 가장 최근의 천체이다.

Life on Earth는 5개의 핵염기를 사용하여 RNA와 DNA의 유전 지시를 저장하고 전달하며, 여기에는 Bennu 샘플에서 발견된 것과 같은 아미노산을 단백질로 배열하는 방법에 대한 지시가 포함됩니다. 또한 Bennu 샘플에는 다량의 암모니아와 포름알데히드가 포함되어 있어 적절한 조건에서 아미노산을 형성할 수 있습니다.

그런 다음 이러한 아미노산은 긴 사슬로 연결되어 생명체가 필요로 하는 거의 모든 생물학적 기능에 동력을 공급하는 단백질을 형성할 수 있습니다. 또한, 탄산나트륨인 트로나(trona)가 발견되었는데, 이는 이 광물이 지구가 아닌 표면 샘플에서 발견된 첫 번째 사례였다. 베누에서 채취한 샘플은 일본 하야부사2 탐사선이 소행성 류구(Ryugu)에서 채취한 샘플보다 휘발성 물질이 더 풍부한 것으로 보인다.

많은 아미노산은 "왼쪽"과 "오른쪽"이라고 불리는 두 가지 거울 이미지 버전으로 나타납니다. (제공: NASA Goddard/OSIRIS-REx)

발표된 한 가지 중요한 발견은 샘플에 있는 아미노산 분자의 키랄성(chirality) 또는 "손(handedness)"과 관련이 있었습니다. 지구에서 생명체 분자의 카이랄성은 일반적으로 아미노산에서는 "왼손잡이"이고 설탕에서는 "오른손잡이"입니다. 

그 샘플들은 운석에서 흔히 발견되는 왼손잡이 분자와 비슷한 "손길"을 가질 것으로 예상되었다. 그러나 Bennu의 아미노산 샘플은 아미노산에서 예상되는 왼손잡이 우세 대신 왼손잡이 분자와 오른손잡이 분자 사이에 균일한 분포를 보여줍니다. 지구상의 생명체가 아미노산에서 우세한 "왼손잡이성"을 갖는 원인은 아직도 수수께끼로 남아 있다. 

https://youtu.be/kzg0yCgDiwg

생명체의 구성 요소가 운석에서 발견되었지만, 베누 샘플에서 발견된 발견은 샘플이 자연 그대로이며 지구의 대기와 환경 조건에 영향을 받지 않았다는 점에서 주목할 만합니다. 운석은 재진입의 열에 의해 변형되고 지구 표면 조건에 노출되며, 겉보기에 좋은 상태로 보관되더라도 운석이 보유할 수 있는 유기물의 증거를 저하시킬 수 있는 방식으로 공기 및 물과 반응할 수 있습니다.

OSIRIS-REx는 착륙 후 가능한 한 빨리 시료 회수 캡슐에 질소를 주입하는 절차를 통해 샘플을 순수하게 지구에 닿지 않도록 설계되었습니다. 또한 더그웨이(Dugway)에서 휴스턴(Houston)으로 운송하는 동안 캡슐을 깨끗한 환경에서 유지할 수 있도록 이동식 클린룸을 구축했습니다. 

샘플을 깨끗한 환경에 보관하는 프로토콜은 성공적이었기 때문에 연구원들은 그들의 결과가 초기 태양계의 조건을 반영할 것이라는 확신을 가지고 샘플을 연구할 수 있었습니다. 과학자들은 로버나 착륙선과 같이 질량이 제한된 우주선에서는 사용할 수 없는 방법과 도구를 사용하여 샘플을 광범위하게 연구하기 위해 다양한 기술을 사용했습니다.

베누에서 채취한 샘플은 소행성이 반복적인 충돌을 통해 지구에 생명의 성분을 제공했다는 개념을 뒷받침한다. 다른 작은 천체에 대한 미래의 임무에서 샘플을 회수하면 Bennu의 결과를 맥락에 맞게 배치하고 왜 지구에서는 생명체가 형성되었지만 이러한 성분을 가진 다른 천체에서는 형성되지 않았는지에 대한 답을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

Bennu의 샘플에 있는 수화된 탄산나트륨 바늘. 바늘은 보라색으로 강조 표시됩니다. (제공: Rob Wardell/Tim McCoy/Smithsonian Institution, 채색: Heather Roper/University of Arizona)

소행성 2024 YR4의 놀라운 미래

베누 샘플 결과는 이번 주에 발표된 유일한 소행성 발견이 아니었다. 소행성 2024 YR4는 한 해가 끝나기 불과 며칠 전인 지난달 발견되었습니다. 이 소행성은 2032년 12월 22일 지구에 충돌할 확률이 약 1%인 것으로 밝혀졌으며, 콜롬비아 인근 동태평양에서 인도까지 뻗어 있는 선에 충돌 경로가 있을 수 있습니다.

2024년 YR4가 1% 확률 임계값을 넘은 후 국제 소행성 경보 네트워크는 1월 29일 "잠재적 충격 경고"를 보내고 소행성이 지구에 충돌할 경우 심각한 폭발 피해를 입을 것이라고 밝혔습니다. 충돌 지점에서 최대 50km 떨어진 곳에서도 피해가 발생할 수 있습니다.

2024년 12월 27일 소행성 지상 충돌 마지막 경보 시스템(ATLAS)에 의해 발견된 2024 YR4는 현재 지름이 40m에서 100m 사이로 추정되며 아폴로 지구를 가로지르는 지구 근접 소행성입니다. 분광 측정에 따르면 2024 YR4는 S형(철 및 마그네슘 규산염) 또는 L형(저철 콘드라이트) 돌이 많은 소행성입니다.

https://youtu.be/T_jQebmyvQU

이 소행성은 발견되기 이틀 전에 지구를 가까이 지나갔습니다. 12월 25일 크리스마스 패스는 2024 YR4가 지구에서 828,800km 이내로 접근하는 것을 보았고, 최초 발견 이후 가장 가까이 접근한 날에 이루어진 소행성에 대한 "사전 관측"이 발견되었습니다.

2016년 이후의 관측 자료를 조사했지만, 2024년 YR4를 보여주는 것은 발견되지 않았기 때문에 2032년에 지구가 먼 거리를 지나갈 수 있다는 일부 궤적은 제외되었다. 소행성이 발견된 이후 여러 장비가 이 소행성을 관측했지만, 2024 YR4는 현재 지구에서 멀어지고 있으며 4월이 되면 가장 큰 망원경으로도 관측할 수 없을 정도로 멀어질 것입니다.

이 소행성은 2028년 중반에 다시 시야를 확보할 것으로 예상되며, 지구에 대한 영향을 완전히 배제하는 데는 그때까지 걸릴 수 있습니다. 2025년 1월 30일 현재 이 소행성이 지구에 충돌할 확률은 77분의 1이며, 토리노 척도에서 10점 만점에 3점으로 평가되고 있습니다. 토리노 등급에서 소행성이 달성한 가장 높은 등급은 2004년 소행성 99942 아포피스가 4등급에 도달했을 때 발생했으며, 2029년에 추가 관측을 통해 지구에 충돌하지 않았습니다.

토리노의 충격 위험 척도. (제공: NASA)

2024 Y4의 등급은 질량, 밀도 및 직경에 대한 현재 추정치를 기반으로 지구에 충돌할 경우 최대 8메가톤의 TNT의 폭발을 일으킬 수 있는 능력에서 비롯됩니다. 2024 YR4는 현재 지름 1,200m, 깊이 170m의 애리조나주에 메테오 분화구를 만든 충돌기 정도의 크기로 생각되고 있습니다.

토리노 스케일(Torino Scale)은 2024 Y4의 등급을 "천문학자들의 주목을 받을 만한 근접 조우"라고 설명합니다. 현재 계산에 따르면 국지적인 파괴가 가능한 충돌 확률은 1% 이상입니다. 대부분의 경우, 새로운 망원경 관측은 레벨 0으로 재할당될 것입니다. 국민과 공무원들의 관심은 만남이 10년도 채 남지 않았다면 마땅하다"고 말했다.

지구에 대한 위험의 추정치는 사용 가능한 데이터 세트에 따라 달라지며 2016년 Palomar Observatory 데이터를 검토하고 있습니다. 천문학자 샘 딘(Sam Deen)에 따르면, 특정 발견 전 데이터를 포함하면 충돌 위험이 약 3-6%로 높아질 것이라고 한다. 위험이 10% 이상으로 높아지면 우주 임무 계획 자문 그룹은 소행성을 우회시키기 위한 우주 임무 옵션을 연구하기 시작할 것입니다.

소행성 위성 디모르포스(Dimorphos)가 DART에 충돌한 후 떨어지는 잔해의 이미지. 2022년 12월 허블 우주 망원경으로 촬영한 사진. (제공: NASA, ESA 및 David Jewitt/UCLA)

지름이 약 500m인 소행성 베누(Bennu)도 먼 미래에 지구와 충돌할 가능성이 적다. 그 크기와 지구를 가로지르는 궤도 때문에 잠재적으로 위험한 소행성으로 지정된 베누는 2182년 9월 24일에 지구에 충돌할 확률이 1,750분의 1입니다. 2024 YR4와 베누는 6,600만 년 전 공룡을 죽인 칙술루브 충돌 소행성의 크기에는 미치지 못하지만, 여전히 심각한 피해와 사상자를 초래할 수 있다. 

다행히도 인류는 2022년 NASA의 DART(Double Asteroid Redirection Test) 임무에서 입증된 것처럼 이제 이러한 소행성을 편향시킬 수 있는 기술을 보유하고 있습니다. 그러나 이러한 소행성이 제기하는 정확한 충돌 위협은 여전히 불확실하며 향후 몇 년 동안 더 많은 관측을 통해 수행해야 할 작업을 알 수 있습니다.

(리드 이미지: OSIRIS-REx가 촬영한 Bennu. 출처: NASA/Goddard/University of Arizona)

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