우주복 없이 우주 공간에 노출된다면 인간은 얼마나 버틸 수 있을까요? 태양은 왜 수십억 년 동안 타고 있으며, 화성을 지구처럼 만들기 위해서는 누가 먼저 가야 할까요? 이 글은 우주 환경에서의 인간 생존 가능성과 행성 개척의 현실적인 과제들을 과학적으로 분석합니다. 실제 물리학 원리와 NASA 연구 자료를 바탕으로, 우주 탐사의 낭만적 상상과 냉혹한 현실 사이의 간극을 살펴봅니다.
진공 노출 시 인간의 생존 시간과 물리적 반응
우주 공간에 우주복 없이 노출되면 인간은 약 10~15초 정도 의식을 유지할 수 있으며, 생존 한계는 대략 30~90초 정도입니다. 많은 사람들이 우주 공간에 나가면 즉시 폭발하거나 순간 동사할 것이라 생각하지만, 실제 물리학적 현상은 다소 다릅니다. 첫 번째 문제는 압력입니다. 우주 공간은 기압이 0에 가까운 진공 상태이기 때문에 외부 압력이 갑자기 사라지면 여러 신체 반응이 나타납니다. 혈액에 녹아있는 기체 분자들이 기화하면서 혈액에 거품을 만들고, 이는 잠수병과 유사한 증상을 유발합니다. 또한 폐 안에 있는 허파꽈리는 외부 압력이 0이 되면 급격히 팽창하여 터질 수 있습니다. 그러나 많은 사람들이 오해하듯이 인간의 몸이 풍선처럼 터지지는 않습니다. 피부가 압력을 버티는 능력이 상당히 크기 때문입니다. 두 번째는 온도 문제입니다. 우주 공간은 절대온도에 가까운 극저온이지만, 역설적으로 급속 냉동이 일어나지 않습니다. 그 이유는 우주가 거의 완벽한 단열 환경이기 때문입니다. 열을 전달하려면 입자가 있어야 하는데, 우주 공간은 밀도가 매우 낮아 열을 전달할 입자 자체가 거의 없습니다. 전도에 의해서 열을 뺏길 분자가 없고, 대류도 불가능하며, 오직 복사를 통한 열 손실만 발생하는데 이는 매우 느린 과정입니다. 진공이 단열재 역할을 하는 셈입니다. 실제 NASA의 연구와 과거 우주 사고 사례들을 종합하면, 우주 공간 노출 시 가장 큰 문제는 온도가 아니라 산소 부족과 허파 손상입니다. 따라서 귀와 코를 막고 입을 다물고 눈을 감은 상태로 20초 정도는 버틸 수 있다는 대화 내용은 과학적으로 타당한 추정입니다. 잠수부들이 압력 차를 견디는 것처럼, 우주 공간에서도 단기간이라면 피부가 압력을 버텨줄 수 있습니다. 흥미로운 점은 진공 환경에서의 추진 원리입니다. 진공청소기는 지구에서 외부 대기압과 내부 저압의 차이로 작동하지만, 우주에서는 외부도 진공이므로 압력차가 없어 작동하지 않습니다. 반면 소변이나 다른 물질을 분출하는 것은 뉴턴의 작용-반작용 법칙에 따라 실제로 추진력을 발생시킬 수 있습니다. 다만 질량이 너무 작아 실질적인 속도 변화는 극히 미미할 것입니다.
태양 연소의 메커니즘과 수십억 년의 지속성
부탄가스는 한 번에 빠르게 타는데, 태양은 왜 수십억 년 동안 천천히 타고 있을까요? 이 질문은 핵융합 반응의 본질을 이해하는 핵심입니다. 태양이 빛과 열을 내는 것은 화학적 연소가 아니라 수소 핵융합 반응입니다. 이 반응이 일어나려면 기본적으로 온도가 충분히 높아야 합니다. 왜냐하면 핵융합은 원래 서로 밀어내는 플러스 전하를 띤 양성자들을 억지로 빠르게 충돌시켜서 굉장히 희박한 확률로 융합시키는 과정이기 때문입니다. 이것이 가능하려면 내부가 엄청난 밀도와 온도를 가져야 합니다. 많은 사람들이 하는 착각 중 하나는 태양을 이루고 있는 모든 수소가 연료로 쓰이고 있다고 생각하는 것입니다. 실제로는 태양 표면 바깥의 비교적 미지근한 수천도 정도의 수소는 거의 연료로 쓰이지 않습니다. 기껏해야 6천도 정도이기 때문입니다. 핵융합이 일어나려면 내부로 가서 한 천만도 이상으로 달궈져 있어야 합니다. 부피로 따지면 태양 전체 부피의 정중앙 1%만이 실제로 연료로 쓰이고 있습니다. 이 핵 부분은 부피로는 1%에 불과하지만 엄청난 밀도 때문에 질량으로 치면 태양 전체의 20~30%를 차지합니다. 내부가 엄청난 고밀도로 압축되어 있어 서로 충돌하고 융합하는 것입니다. 따라서 태양이 죽을 때도 자신이 가진 수소를 다 써서 죽는 것이 아니라, 연료로 쓸 수 있는 중심부의 수소만 소진되어 죽는 것입니다. 바깥에 있는 수소들은 그 안으로 들어갈 수 없습니다. 물론 대류를 통해 순환하면서 조금씩 들어가기는 하지만, 내부의 온도가 워낙 높아야만 가능한 반응이어서 바깥쪽 수소는 아무리 노력해도 반응에 참여할 수 없습니다. 결국 태양이 오래 타는 이유는 핵융합 반응 자체의 확률이 극히 낮고, 반응이 일어나는 영역이 매우 제한적이며, 반응 속도 자체가 매우 느리기 때문입니다. 이러한 특성 덕분에 태양은 약 100억 년의 수명을 가질 수 있으며, 현재 약 46억 년을 살아온 상태입니다.
화성 테라포밍의 현실과 자기장 문제
화성을 지구처럼 만드는 테라포밍이 가능할까요? 만약 가능하다면 누가 먼저 가야 할까요? 이 질문은 단순한 공상과학이 아니라 실제 과학계와 공학계에서 진지하게 논의되는 주제입니다. 선발대로 가야 할 직업군을 생각해보면, 천문학자는 제일 갈 필요가 없을 것 같습니다. 발밑에 행성이 있을 때 천문학자가 할 일은 많지 않기 때문입니다. 오히려 지질학자, 화학자, 건축학자, 엔지니어 같은 실용적 전문가들이 우선적으로 필요합니다. 특히 화성의 물질만으로 건축 자재를 만들어낼 수 있는 화학자와 건축학자, 그리고 기지를 실제로 건설할 엔지니어가 필수적입니다. 그러나 가장 중요한 선발대는 미생물학자일 것입니다. 테라포밍 자체를 인간이 직접 할 수는 없고, 이를 수행할 생명체가 필요하기 때문입니다. 지구의 진화 역사를 보면 지구의 산소를 만들고 환경을 바꾼 주역은 미생물이었습니다. 남극 데스밸리에는 200만 년 동안 얼어붙은 극한 환경의 사막 암석 틈에 사는 세균들이 있습니다. 이들은 광합성도 하며 화성과 거의 유사한 조건에서 생존합니다. 이러한 극한 미생물을 화성으로 데리고 가서, 화성에 얼어있는 물을 활용해 광합성을 시작하게 하면, 단계적으로 산소를 발생시킬 수 있을 것입니다. 그러나 화성 테라포밍의 가장 큰 난관은 자기장 부재입니다. 중력 부족은 그나마 견딜 수 있지만, 자기장이 없는 것은 치명적입니다. 태양에서 날아오는 해로운 태양풍과 방사선을 막을 수 없기 때문에, 설령 잠깐 대기를 만들고 식물을 심었다 하더라도 곧바로 모두 죽어버릴 것입니다. 최근 나온 아이디어 중 하나는 화성 주변을 도는 포보스라는 위성을 활용하는 것입니다. 포보스는 자기장이 없는 환경에서 태양풍에 맞아 이온 플라즈마를 내보내고 있습니다. 이를 인공적으로 증폭시켜 포보스가 빙글빙글 돌면서 화성 주변을 플라즈마 고리 형태로 감싸면, 일종의 인공 자기장을 만들 수 있다는 구상입니다. 또 다른 방법은 초전도체로 화성 전체를 감싸고 전류를 흘려 자기장을 만드는 것인데, 이는 완전히 상상의 수준입니다. 현재로서는 인공 자기장 구축이 불가능하기 때문에, 가장 현실적인 대안은 화성 지하로 들어가는 것입니다. 화성의 암석 자체가 어느 정도 방사선을 차폐해주므로, 지하에 거주 공간을 만들고 태양열 발전으로 얻은 전기로 지하 스마트팜을 운영하는 방식이 가능할 것입니다. NASA도 실제로 이러한 지하 거주 설계를 연구하고 있습니다. 흥미로운 점은 인간이 행성을 온난화시키는 데는 매우 능숙하다는 것입니다. 지구에서 해온 역사를 보면, 추운 화성을 따뜻하게 만드는 것은 자기장만 해결되면 인간이 충분히 잘할 수 있을 것으로 보입니다. 그러나 그 자기장이라는 허들이 너무 크다는 것이 문제입니다.
우주 생존과 행성 개척의 과학적 가능성을 살펴본 결과, 인간이 우주 공간에서 단기간 생존할 수 있다는 것은 물리적으로 가능하지만, 화성 테라포밍은 자기장 문제라는 근본적인 장애물에 직면해 있습니다. 태양의 수십억 년 연소 메커니즘이 보여주듯, 우주의 에너지 과정은 우리의 일상적 경험과는 매우 다른 원리로 작동합니다. 현재 기술 수준에서는 화성 지하 거주가 가장 현실적인 대안이며, 진정한 테라포밍은 아직 먼 미래의 과제로 남아있습니다.
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[출처]
과학을 보다 우주 이야기/해당 채널: https://www.youtube.com/watch?v=TbvAj9NSA3s&list=PLYeXRzoBwGeHVguBktW327fxb1tKqLXrR&index=153