학생들의 우주 정거장 실험

과학자들은 오랫동안 행성의 기원을 이해하기 위해 노력했습니다. 한 이론은 번개가 우주의 먼지 입자들을 끈적거리게 하고 서로 붙게 만든다는 것을 암시합니다. 국제 우주 정거장의 무중력 환경에서, 그 이론은 실험 대상이 되고 있습니다.

태초에는 가스가 있었고, 그 가스는 어디에나 있었습니다. 행성은 없었습니다. 어떤 단단한 것도 없었습니다.

 그렇다면, 어떤 힘으로 그 가스가 행성으로 형성되기 시작했을까요?

 과학자들은 45억년 전에, 먼지와 가스로 만들어진 구름을 강타한 강한 번개가 먼지 입자들을 끈적거리게 하고 서로 달라붙게 만들었다고 추측합니다. 이 덩어리들은 다른 덩어리들에 달라붙어 소행성과, 결국 행성이 될 때까지 성장했습니다. 이러한 밀리미터 보다 작은 구형의 먼지 조각들이 실제 운석에서 발견되어 이 이론에 더 무게를 실어줍니다.

지구의 강한 중력 때문에, 운석의 콘드룰 형성에 필요한 거의 무중력 환경을 완벽하게 재현할 수가 없습니다. 그래서 프랑크푸르트에 있는 괴테 대학의 Frank Brenker 교수와 Björn Winkler 교수는 국제 우주정거장(ISS)에서 가능한 무중력 상태에서 실험을 진행하기 위해 학생들과 기술자로 구성된 팀을 만들었습니다.

EXCISS를 소개합니다

우주정거장에서의 연구 시간을 얻어내기 위한 경진대회에서 수상하기 위한 경쟁도 매우 치열할 뿐만 아니라 우주정거장으로 보낼 물질들의 무게 제한도 있습니다. 학생들은 독일 항공 우주센터의 프로그램 메니저인 Johannes Weppler가 관리하는 전국대회인 Überflieger 대회를 발견하였습니다. 이 대회에 출품된 24개 팀 중 괴테대학의 EXCISS (Experimental Chondrule Formation at the ISS, 우주정거장에서 수행하는 콘드룰 형성 실험)팀이 우주정거장으로 갈 수 있는 3개 팀 중 하나로 선정되었습니다.  

"저는 실험이 계획한 대로 이루어질 것이라는 것에 매우 낙관적입니다."

JOHANNES WEPPLER 독일 우주 센터(DLR)의 ÜBERFLIEGER 대회 프로그램 매니저

"저는 실험이 계획한 대로 이루어질 것이라는 것에 매우 낙관적입니다."라고 EXCISS를 선택한 이유를 설명하면서 Weppler는 말했습니다.

이 실험은 독일 우주 비행사이자 국제우주정거장 사령관인 Alexander Gerst에 의해 2018년 말 수행되었습니다.

번개 만들기

행성이 형성되기 전에 존재했던 조건을 그대로 재현하면서도 ISS가 요구하는 크기와 무게 제한을 충족하는 작은 장치를 만드는 것은 엄청난 도전이었습니다. 이 실험은 ISS내의 실험실에 맞도록 특별히 만들어진 10*10*15 cm 크기의 Nanolab에 맞춰 구현되어야 했습니다.

 이 실험은 다양한 에너지 수준으로 나노랍 내부에서 가스 먼지를 폭파하기 위해 고안되었습니다.

"우리는 축전기의 충전 전압을 변화시켜 번개의 에너지를 3에서 30줄(에너지·일의 단위) 사이로 조정할 수 있습니다."라고 실험을 개발하고 장비를 만드는 박사 과정 학생 중 한 명인 Dominik Spahr는 설명합니다.

그러나 선택한 에너지의 범위는 섭씨 수천도의 에너지 아크(arc)를 생성하기에 충분해야 합니다. 이 에너지는 아르곤 가스와 고토감람석(Forsterite)를 혼합하여 발사되는데, 이것은 지구의 상층 맨틀과 운석 콘돌에서 가장 흔한 광물입니다. 연구원들은 아르곤이 비교적 낮은 전압에서 분해되는 경향이 있기 때문에 가스로 선택했습니다.

데이터 수집

분석을 위해 실험에서 데이터를 캡처하는 방법을 찾는 데는 몇 가지 멋진 기술들이 필요합니다. 현미경을 장착한 고성능 비디오 카메라는 번개가 치는 동안과 그 사이의 먼지 입자의 움직임을 기록합니다. 하지만 카메라 자체는 전자파 노이즈 감쇄부품인 페라이트 비드(Ferrite Beads)를 포함하는 보호막을 통해 에너지 급등으로 부터 보호되어야 했습니다.

스틸 사진을 찍는 비디오 카메라는 데이터를 자동으로 캡처하는 전자 랩 노트북에 연결됩니다. ISS는 지구에 무선으로 연결되어 있기 때문에 매일의 결과가 클라우드 컴퓨팅 기반 플랫폼인 ‘Science Cloud’에 전달됩니다. 팀원들은 플랫폼에 매일 접속해 결과를 확인한 후, 다음 날 테스트 수행 전에 필요한 조정을 수행할 수 있습니다.

 먼지 입자의 변화를 감지하고 (만약 변화가 있다면), 콘드룰 생성 여부를 확인하는 것은 나노랩이 지구로 돌아온 후에나 가능합니다. "우리는 전자현미경을 포함한 다양한 기술을 사용하여 먼지 입자를 분석할 것입니다,"라고 EXCISS 프로젝트의 수석 박사과정 학생인 Tamara Koch가 말했습니다. "우리는 우리의 먼지 입자들을 지구에서 행해진 실험 결과와 운석에서 발견되는 자연적인 콘드룰들과 비교할 것입니다. 이는 적어도 몇 개월은 걸릴 것입니다."

다음 세대를 위하여

이 프로젝트는 독일의 고령화와 전반적인 유럽의 우주 개발 노력을 대표합니다.

 "물론, 미국과 러시아는 우주에서 가장 지배적이고 가장 눈에 띄는 두 강대국입니다."라고 Weppler는 말했습니다. "그럼에도 불구하고, 독일도 중요한 역할을 하는 것을 목표로 하고 있습니다."

 따라서, 그는 유럽 우주국에서 독일이 두 번째로 큰 재정적 공헌자이며, DLR은 국제 파트너들과 함께 많은 프로젝트를 수행하고 있다고 말합니다. 열렬한 스타트랙 팬인 Weppler는 젊은이들이 우주에 대해 더 많이 생각할 수 있도록 독려하는 기회들을 환영합니다.

 Weppler는 미국 TV 시리즈물에서 "전에는 아무도 가보지 못한 곳으로 대담하게 가기 위해"라는 말을 들은 적이 있습니다. 그 철학은 명백하게 Weppler에게 영향을 끼쳤습니다.

 "스타 트랙에 대한 제 사랑은 저에게 큰 영감을 주었고 지금도 계속되고 있습니다."라고 그가 말했습니다. "이번 실험은 스타트랙의 핵심 아이디어 중 하나인 우주 탐험에 관한 것입니다. 이 학생들은 ISS에서 그들만의 실험을 한 최초의 유럽 학생들입니다.” ◆

다쏘시스템은 BIOVIA 과학 카운실을 통해 EXCISS 실험을 지원한 것을 자랑스럽게 생각합니다.

더많은 정보를 원하시면 다음 링크를 방문하여 주십시오. go.3ds.com/gUs

저술 윌리엄 J. 홀스테인 맨 위로 이동