뉴호라이즌스 우주선이 촬영한 명왕성의 고해상도 이미지. / NASA, Johns Hopkins APL

태양풍에 의해 우주 공간에 형성된 거대한 자기 거품인 헬리오스피어 도표. / NASA, Walt Feimer

미국 항공우주국 NASA의 '뉴호라이즌스(New Horizons)' 탐사선이 명왕성(Pluto, 2015년)과 카이퍼벨트 천체인 아로코스(Arrokoth, 2019년) 근접비행을 마친 후 지금은 어디쯤 가고 있을까. 이 무인 탐사선은 2006년 1월 발사 후 심우주를 향해 비행하면서 19년째 임무 수행 중이다.

뉴호라이즌스는 현재 태양계 외곽의 '말단충격(termination shock)'을 다음 탐사 목표로 삼아 이동 중이며 2027년께 통과가 예상된다고 스페이스닷컴이 현지시간 19일 보도했다. '말단충격'은 태양풍이 성간 물질과 충돌하며 속도가 음속(섭씨 20도 기준 약 343m/s) 이하로 느려지는 경계다. '태양의 영향력 한계'라고 부를 수 있는 이 경계는 태양계를 감싸고 있는 보호막인 헬리오스피어(heliosphere)의 외곽을 나타낸다. 뉴호라이즌스는 이곳에서 태양계와 성간 공간의 물리적 전환 과정을 관찰할 예정이다.

뉴호라이즌스가 보이저 탐사선이 놓친 '픽업 이온'을 '명왕성 주변 태양풍 측정 장치(SWAP)'와 '명왕성 고에너지 입자분광기 과학연구(PEPSSI)' 장비로 처음 정밀 측정하게 된다. 성간 중성원자가 태양광에 의해 이온화된 입자인 '픽온 이온'은 '말단충격'을 가로지르는 에너지와 운동량 전달에서 중요한 역할을 한다고 여겨진다.

존스홉킨스 대학교 응용물리학연구소(APL)의 뉴호라이즌스 프로젝트 과학자 폰투스 브랜트는 충격파가 태양 활동에 따라 앞뒤로 움직이며 탐사선을 여러번 가로지를 수 있다고 언급했다. 이는 단일 통과가 아닌 다중 관측 기회를 제공하며, 역사적인 탐사 이벤트가 될 것이라고 덧붙였다.

브랜트는 또 통과 때 얻게 될 데이터가 '말단충격'의 작동 방식을 이해하려는 물리학자들에게 '보물창고'가 될 것이라고 강조했다. 헬리오스피어 물리학의 새로운 장을 열 가능성을 주기 때문이다. 그는 이어 탐사선이 측정한 먼지 입자 충돌이 지속적으로 늘고 있어서 카이퍼벨트가 기존에 알려진 경계(‘카이퍼 절벽’)를 넘어 훨씬 더 확장될 가능성을 제기했다.

지난해 10월 3일부터 동면 모드에 들어간 뉴호라이즌스는 4월 2일 깨어나 누적된 헬리오피직스(태양물리학) 데이터를 NASA의 심우주네트워크로 전송할 예정이다. 뉴호라이즌스 수석 연구원인 앨런 스턴은 탐사선이 양호한 상태이며, '말단충격' 통과 시기를 정확히 예측하기는 어렵지만 준비를 철저히 하고 있다고 밝혔다.

뉴 호라이즌스의 대장정은 단순히 명왕성 탐사를 넘어 태양계 경계와 카이퍼 벨트의 미스터리를 풀어내는 데 기여할 수 있다. 보이저 1호, 2호와 달리 최신 장비로 무장한 이번 탐사는 픽업 이온과 같은 미지의 영역을 탐구하며, 태양계의 끝과 그 너머를 이해하는 데 새로운 통찰을 줄 것으로 기대된다.