인간이 화성으로 이주하기 위한 여러가지 조건

1920년대 로버트 고다드가 액체 로켓을 실험하던 때만 해도 인간이 달에 갈 수 있으리라 생각한 사람은 많지 않았습니다. 
그 당시 사람들에게 달 탐험은 과학과 에스에프의 경계에 서 있는 불확실한 미래였습니다. 
100년이 지난 지금은 화성이 그 경계에 서 있는 듯합니다. 
화성에 경쟁적으로 탐사선을 보내고 민간 업체까지 화성행 로켓을 실험하는 시대이지만 인간이 정말로 화성에 갈 수 있을까 하는 질문에는 여전히 물음표가 가득합니다.

왜냐하면 화성은 달처럼 며칠 만에 갈 수 있는 곳이 아니기 때문입니다. 
현재 로켓 기술과 화학 연료로 화성까지 가는 데는 7개월에서 9개월이 걸립니다. 
왕복으로는 2년 이상이 걸리는 긴 여행입니다. 
과연 인간이 그렇게 오랜 시간 동안 우주에서 살아남을 수 있을까요.

실제로 화성행 우주선에 탑승하게 된다면 어떤 문제에 부딪힐까요. 
그리고 위험과 비용을 감수하면서까지 화성에 가려는 이유는 무엇일까요. 
오늘은 이런 질문들에 답해보면서 화성으로 가는 여행을 떠나볼까 합니다. 
과학과 sf의 경계를 오가면서 유인 화성 탐사의 가능성과 한계점을 한번 알아보겠습니다.

화성으로 가는 여행길은 낭만과 거리가 멉니다. 
화성 여행은 아주 오랫동안 무중력 상태의 좁은 공간에 갇힌 채 각종 우주적 위험들과 사투를 벌이는 고행길입니다. 
나사의 연구에 따르면 우주에서 건강을 위협하는 요소는 현재 알려진 것만 34가지나 됩니다. 
그중 많은 위험 요소가 중력과 관련이 있습니다. 
우리 몸은 지구 중력에 맞게 진화해 왔습니다.

세포에서부터 골격 구조까지 일지에 적응해 온 몸이 영지에 장기간 노출되면 건강에 좋을 일이 없겠죠. 
무중력 상태에서 인간의 몸에 찾아오는 생물학적 변화들은 국제우주정거장의 우주인들을 통해 알 수 있습니다. 
국제우주정거장의 우주인들은 대부분 6개월 이상 장기 미션을 수행하고 있습니다.

우리 몸이 무중력을 만나면 제일 먼저 근육이 약해집니다. 
근육을 잡아주던 일지의 힘이 사라지면서 온몸에 근육이 위축돼 탄력을 잃습니다. 
다음은 골밀도가 감소합니다. 세포에 가해지는 중력이 없어져서 뼈에서는 칼슘이 빠져나가기 시작합니다. 
국제우주정거장의 우주인들의 골밀도는 한 달에 최소 1%씩 줄어들었습니다. 
지구에 사는 노인의 골밀도가 1년에 1%씩 줄어든다는 사실과 비교해보면 결코 가볍게 볼 일은 아닙니다.

골밀도 감소는 장기적으로 골다공증이나 신장 질환으로 이어질 수 있습니다. 
근육과 뼈가 약해지는 것을 최대한 막으려면 열심히 운동을 해야 합니다. 
국제우주정거장에 우주인들이 매일 2시간씩 의무적으로 운동을 하는 이유가 바로 이 때문입니다.

그러나 운동이 모든 근육을 단련시키지는 못합니다 운동 효과는 팔다리 근육과 주요 골격근에만 집중됩니다. 
그 외에 수백 가지 근육들은 운동이 되지 않습니다. 
지구에서는 중력이 이 근육들을 운동시켜주지만 우주에서는 그럴 수 없습니다. 
우주에서는 얼굴과 손가락에 있는 모든 미세 근육들이 약해집니다.

힘줄과 인대도 약해집니다. 덕분에 척추가 늘어나고 키가 3에서 5센티미터 정도 커집니다. 
키가 커져서 좋아라 할 우주인도 있겠지만 대신 허리 통증으로 고생해야 합니다. 
요통은 우주인들의 만성 질환입니다. 중력이 없으면 눈도 침침해집니다. 
우리 몸의 순환개는 일지에 맞는 힘으로 혈액을 뇌까지 올려보내도록 진화해 왔습니다.

그런데 같은 힘으로 영지에서 펌프질을 하면 혈액이 거칠게 솟구치게 됩니다. 
온몸의 유체가 과도하게 흐르고 눈에 많은 유체 압력이 가해집니다 시신경에 염증이 생기고 미세 혈관이 손상됩니다. 
실제로 우주인의 3분의 2 이상이 궤도에서 몇 달을 보낸 뒤 시력 감퇴를 호소합니다. 
1 0이던 시력이 0.2까지 떨어진 경우도 있습니다.

감퇴된 시력은 지구에 귀환한 뒤 회복되기도 하지만 영구적으로 손상되기도 합니다. 
이 외에도 많은 문제들이 무중력 때문에 발생합니다. 
무중력 여행이 이처럼 건강에 안 좋다면 해결책은 없을까요. 
가장 확실한 방법은 인공 중력을 만드는 것이겠죠. 
에스에프 영화를 보면 인공 중력 우주선이 종종 등장합니다.

먼 미래의 우주선이나 외계인들의 우주선에는 중력장 생성 장치 같은 게 있어서 탑승자들이 둥둥 떠다니지 않습니다. 
영화 제작비 측면에서 아주 유리한 설정이겠지만 중력장과 같은 기술은 현대 물리학의 한계를 뛰어넘은 가상의 기술일 뿐입니다. 
현실 세계에서 인공 중력을 구현하려면 원심력이 최선입니다. 
양동이를 빙글빙글 돌려서 물이 떨어지지 않게 하는 바로 그 원리를 이용하는 겁니다.

영화 마션의 헤르메스호에는 가운데 회전하는 허브가 있어서 탑승객들이 편안하게 우주 여행을 합니다. 
우주여행이 이처럼 편안하니까 마크와 드니를 데리러 다시 화성에 가자는 소리도 나오지 않을까요. 
헤르메스호처럼 거대한 우주선은 지상에서 발사하는 게 불가능합니다. 
지구 궤도에서 조립해야 하고 막대한 예산이 투입돼야 합니다.

항공우주공학자이자 미국 화성협회 회장인 로버트 즈브리는 좀 더 경제적인 인공 중력 우주선을 제안한 적이 있습니다. 
주부인의 아이디어는 영화 스토어 웨이에서 비슷하게 구현되었습니다. 
발사체의 상단부가 균형추로 사용되고 균형추는 캡슐과 연결됩니다. 
캡슐과 균형추의 거리가 1500미터일 때 분당 2회전이면 지구의 중력과 비슷한 중력이 만들어집니다.

분당 1회전이면 화성의 중력과 비슷한 중력이 만들어집니다. 
2회전에서 1회전으로 점점 줄이면서 운항한다면 화성 착륙 후 곧바로 화성 중력에 적응할 수 있습니다. 
나쁘지 않은 아이디어 같지만 현재 나사의 화성 프로젝트에는 인공 중력이 포함되어 있지 않습니다.

인공중력 기술에 대한 확신이 없고 추가적인 비용이 걱정되기 때문입니다. 
인공중력 기술은 일본 과학자들이 딱 한 차례 실험한 적이 있습니다. 
국제우주정거장의 일본 모듈에 회전 장치를 설치하고 쥐를 집어넣은 실험입니다. 
쥐들은 인공 중력으로 만들어진 일주의 상태에서 35일 동안 잘 살아 남았습니다. 
나름 성공적이라 할 수 있지만 후속 실험이나 연구 계획은 없습니다.

아무래도 아직까지는 열심히 운동하면서 화성까지 가는 수밖에 없겠습니다. 
우주에서 중력보다 더 직접적이고 치명적인 위험은 방사선입니다. 
우주는 고요하지 않습니다. 우주는 태양에서 방출된 입자들이 수시로 불어닥치는 사나운 공간입니다 만약 여행 중에 태양 폭풍을 만난다면 탑승객들은 거의 40m의 방사선에 노출될 수 있습니다.

사십 렘은 전신 티씨 촬영을 사십 회 했을 때 노출되는 방사선 양과 같습니다. 
비록 치사량 수준은 아니지만 장기적으로 암 관련 질환을 유발시킬 수 있습니다. 
다행히 태양 폭풍은 도착 하루 이틀 전에 감지 가능합니다. 
태양 폭풍의 속도가 빛보다 빠르지 않기 때문입니다. 
폭풍 경보가 울리면 하던 운동을 멈추고 자폐 시설로 피하면 됩니다. 
자폐 시설은 두꺼운 금속이나 물로 둘러싸인 구조물이 좋습니다.

특히 물은 태양 방사선을 잘 흡수합니다. 
현실적으로 무거운 차폐 시설을 설치할 여력이 안 된다면 물탱크 뒤 식료품 저장실이나 주방을 임시 대피소로 활용할 수 있습니다. 
임시 대피소만 잘 활용해도 방사선 노출량이 오램 정도로 줄어들 겁니다. 
오램이면 좋지는 않지만 끔찍한 정도는 아닙니다. 
참고로 오램은 미국 노동자의 방사선 노출 한계치이기도 합니다.

이 때문에 사실 미국에서는 화성에 사람을 보내는 게 불법입니다. 
중국이나 러시아는 가능합니다. 무중력과 방사선 외에도 우주 여행의 위험 요소는 많습니다. 
수술이나 복잡한 치료를 받지 못하는 점도 큰 문제입니다. 
심리적 고립감이나 탑승객들 간의 갈등 같은 정신적인 문제는 물리적 위험보다 더 심각합니다.

화성 여행은 자칫 총체적인 의학적 난국이 될 수도 있습니다. 
그렇다면 화성 여행의 위험을 최소화할 수 있는 방법은 무엇일까요. 
인공 중력 차폐시설 의료 지원 등이 없어도 건강을 유지하는 방법은 없을까요. 
가장 좋은 방법은 최대한 빨리 화성에 가는 겁니다. 
여행 기간이 짧을수록 위험에 노출될 확률도 줄어드니까요.