NASA는 왜 하늘에만 가는 게 아니라 바다에도 가나요?
NASA의 해양 탐사 임무(제공: ESA - 유럽 우주국)
바다는 지구 표면의 70% 이상을 덮고 있지만 아직 바다의 80% 이상이 덮이지 않았습니다. 인류가 탐험되었습니다. 사실, 우리는 종종 인간이 바다의 깊이보다 화성과 달의 표면에 대해 더 많이 알고 있다고 말합니다.
미국 우주국(NASA)은 현재 이러한 단점을 보완하기 위해 심해 탐사 프로그램을 진행하고 있으며, 지구 해양의 가장 깊은 부분에 대한 탐사와 발견이 우리에게 도움이 될 것으로 기대하고 있습니다. 우주 공간에 있는 다른 행성의 바다가 어떤 모습일지 엿볼 수도 있습니다. 또한 지구상에서 가장 극한의 자연 환경에서 인간의 기술력의 한계를 깨뜨릴 수도 있습니다. 이 심해탐사는 기적이 가득하지만, 엄청난 수압으로 인한 폭발재해의 위험도 작지 않다고 할 수 있습니다.
NASA는 심해 탐사 발견이 우주 공간의 일부 비밀을 밝히는 데 도움이 되는 동시에 태양계의 다른 행성을 탐사하는 데 필요한 일부 장비와 실험을 테스트하는 데 도움이 되기를 바라고 있습니다.
지구 바다의 가장 깊은 부분은 NASA가 태양계의 일부 행성에서 탐험하기를 희망하는 환경과 매우 유사합니다. 지구 해양의 깊이를 탐험하는 것은 과학자들이 외계 생명체를 어디에서 찾아야 하는지에 대한 단서를 제공할 수도 있습니다.
지구 바다의 가장 깊은 곳은 그리스 신화에 나오는 지옥의 신 하데스의 이름을 따서 하달지대라고 불린다. 이 초심연지대는 그야말로 인간이 상상하는 지하세계, 지구상의 가공할 제한 구역과 같습니다. 이곳은 헤아릴 수 없는 해저와 해구로 구성되어 있으며 가장 깊은 곳은 해수면 아래 11km에 이릅니다. 호주 전체와 맞먹는 해저 면적을 차지합니다. 지금까지 소수의 심해 잠수정만이 이 어둡고 저승 같은 심연에 감히 뛰어들었습니다.
매사추세츠에 있는 우즈홀 해양학 연구소(WHOI)와 협력하는 NASA 과학자들은 이 어두운 심연 속에서 지구 생명체의 한계를 탐구하고 연구하고 있습니다. 심연지대를 탐험하기 위해 과학자들이 사용하는 용어조차 우주탐사에서 사용하는 용어와 동일하다. 예를 들어 최근 해양생물학자들은 심해지대에 센서와 카메라를 장착한 여러 대의 '착륙선'을 '충돌착륙'으로 보냈다. 년. 충돌지에서 측정되었습니다.
한때 생명이 없다고 생각되었던 심해 열수 분출구에서 풍부한 생명체가 발견되었습니다(제공: 과학 사진 라이브러리)
남부 캘리포니아에 있는 NASA의 제트 추진 연구소 제트 추진 연구소의 엔지니어들 이전에는 접근할 수 없었던 심연 지대의 가장 깊은 곳까지 지도를 작성하기 위해 새로운 유형의 자율 심해 탐사 로봇을 제작하고 있습니다.
이 심해 탐사선의 이름은 '오르페우스'다. 오르페우스는 그리스 신화에 나오는 영웅으로, 심연 속 저승을 오갔다. Orpheus는 NASA의 Perseverance Mars Rover와 유사한 시각적 탐색 기술을 사용하여 초고감도 카메라를 사용하여 해저의 암석, 조개 및 기타 특징을 식별하여 랜드마크로 가득 찬 3차원 지도를 작성합니다. 해저 마커라는 단어. 이 기술은 심해 탐사 로봇이 자신의 길을 찾고 이미 탐험한 장소를 인식할 수 있게 해줄 뿐만 아니라 오르페우스가 이 가혹한 환경에 살고 있는 생물학적 형태에 대한 새로운 발견을 하는 데도 도움이 될 수 있습니다.
우즈홀해양학연구소에서 심해탐사 프로그램을 이끌고 있는 심해생물학자 팀 섕크는 "오르페우스는 시도다. 탐지에 성공하면 A가 없는 곳은 없을 것"이라고 말했다. 인간은 도달할 수 없습니다."
초심연 지대의 어두운 깊이를 탐구하려는 Shank의 시도는 이번이 처음이 아닙니다. 2014년 오르페우스의 전신인 네레우스(그리스 신화 속 바다의 신)가 탐사를 위해 뉴질랜드 북동부의 케르마덱 해구로 파견됐으나 이 잠수정 탐사선은 수심 10㎞ 아래로 가라앉은 것으로 추정된다. 엄청난 수압을 견디지 못하기 때문이죠.
샹크는 "12시간 후 네루스가 작은 조각으로 변해 있는 것을 확인했다"며 "네루스의 실패로 인해 심해 지역을 탐험하는 새로운 방법을 다시 생각해야 한다고 덧붙였다. 새롭게 설계된 심해 탐사선 오르페우스는 바퀴가 네 개인 자전거 정도의 크기이며 무게는 약 250kg입니다. 이전의 모든 수중 탐사선보다 훨씬 가볍고 작으며 제작 비용이 저렴합니다. 가벼움은 오르페우스를 더욱 민첩하게 만들어 이전에 한 번도 탐험한 적이 없는 해저 깊은 곳에 있는 참호와 해저 분수에 접근할 수 있게 해줍니다.
지구의 유로파 위성
해양생물학자들은 오랫동안 심해저에서는 생명체가 존재할 수 없다고 믿었으나, 20세기 전반에 이르러 심해에서는 생명체가 존재할 수 없었다. 잠수정이 그곳으로 모험을 떠나기 시작했습니다. 이 해역에서 우리는 이 금지된 생명의 영역에서 생명이 가능하다는 것을 발견했습니다.
당시 과학자들은 여전히 바다의 모든 유기체는 예외 없이 광합성을 통해 에너지를 공급하는 먹이사슬에 의해 유지된다고 믿었습니다. 바다 표면의 식물, 조류 및 일부 해양 박테리아는 태양 에너지를 설탕으로 전환하여 유기체에 저장한 다음 초식 해양 동물이 먹으며, 이를 다시 육식 해양 동물이 먹으며 바다를 형성합니다. 과학자들은 심해에 사는 유기체가 생존을 위해 죽은 유기물에 의존한다고 확신합니다. 그들이 생존을 위해 의존하는 유기물에는 동물의 시체, 배설물, 바다의 상층에서 떨어지는 "해양 눈"이 포함됩니다. 눈송이를 닮은 심해의 눈송이를 말합니다. 계속해서 침전되는 동일한 유기 잔해물입니다.
당시 과학자들은 바다의 가장 깊은 곳에는 해양 생물이 생존할 만큼 충분한 식량이 없으며, 생명이 존재하기에는 너무 어둡고 추운 곳이라고 믿었습니다.
그러나 심해 생물에 대한 인류의 이해가 완전히 바뀌게 된 것은 1977년 미국 연구팀이 원격 조종이 가능한 앨빈 잠수정을 수심 2,440m의 태평양에 내려보낸 이후였습니다. 이 잠수선의 임무는 해저 화산 활동으로 인해 해저 분화구에서 열이 끊임없이 방출되는 해저의 온천 사진을 촬영하는 것입니다.
과학자들은 이 해저 분화구 주변에 반투명 달팽이, 양각류 등의 해양 생물과 이전에 본 적이 없는 작은 벼룩 같은 갑각류로 가득 찬 활기찬 생태계를 발견하고 깜짝 놀랐습니다.
샹크는 "이번 발견으로 우리는 지구상에서 완전히 새로운 형태의 생명체를 발견했다. 이 심해 동물은 햇빛에 의존하지 않고… 바닷속 깊은 곳의 화학 물질을 먹고 산다"고 말했다. .”
하지만 과학자들도 심연의 바닥에 사는 생물들이 어떻게 엄청난 수압에서 살아남아 계속해서 살아갈 수 있는지 의구심을 갖고 있습니다.
Shank는 초심부 구역에서는 "수압이 평방인치당 15,000파운드에 이릅니다. 이곳의 압력은 동물의 세포 하나하나를 짜낼 수 있을 정도로 엄청납니다"라고 말했습니다.
1977년에 처음으로 수중의 경이로움을 목격한 후 과학자들은 이 깊이에 사는 유기체가 세포가 엄청난 수압을 견딜 수 있기 때문에 생존할 수 있다는 사실을 발견했습니다.
거대 양각류 갑각류, 라이온피시 등 초심연대에 사는 생물의 몸에는 피에졸라이트(그리스어로 압력을 뜻함)라는 물질이 있어 체내의 세포막과 단백질이 극도로 높은 온도에서 분해되는 것을 방지할 수 있습니다. 온도는 압력에 의해 분쇄되었습니다. Barolysin은 주변 물의 무게에 비해 세포 내에서 단백질이 갖는 공간의 양을 증가시켜 압력에 대응합니다.
"이것은 마치 텐트에 말뚝을 박는 것과 같습니다"라고 Shank는 말했습니다.
바다는 지구 표면의 70% 이상을 덮고 있습니다(제공: NASA)
유기체가 그렇게 혹독한 환경에서 생존할 수 있을 뿐만 아니라 번성할 수도 있다는 발견은 생물학자들에게 중요한 질문을 제기합니다. 지구를 넘어 다른 행성의 해양 세계에도 존재할 수 있습니까?
목성의 달 유로파(유로파라고도 함)의 얼음 지각 아래에는 액체 바다가 있으며, 그 깊이는 60~150km이며, 수분 함량은 지구의 바다와 같습니다. 총액의 2배입니다. 햇빛은 유로파의 두꺼운 얼음 바깥층을 통과할 수 없으며, 얼음에는 십자형 균열과 파손이 있습니다. 유로파의 얼음 껍질 아래의 압력은 지구의 심해 지역의 압력과 비슷합니다.
샹크가 말했습니다. "우리 지구에도 유로파(달)가 있습니다. 지구에서 먼저 시도하지 않는 이상 지구의 유로파를 어떻게 탐색할 수 있을지 모르겠습니다." 로봇은 6억 2,830만km 떨어진 얼어붙은 달(지구의 유로파)에서도 동일한 탐지를 수행할 수 있습니다.
오르페우스 제작에 참여한 나사 제트추진연구소 엔지니어 러셀 스미스는 “우리에게 있어 지구의 심해저란 이 행성들의 해양 세계에 성공적으로 접근할 수 있는 기술을 개발하는 곳”이라고 말했다.
하지만 우주나 심해에서 작동할 수 있는 로봇은 완전히 자율적이어야 합니다. Smith는 "로봇은 결정을 내릴 수 있어야 합니다"라고 Orpheus의 목표는 해수에서 환경 DNA와 화학 물질을 감지 및 분류하고 해저에서 샘플을 회수할 수 있는 것이라고 지적했습니다.
초심연지대 탐사 로봇을 만드는 것은 매우 어려운 일이라고 말했다.
오르페우스는 엄청난 수압과 극한의 온도를 견뎌야 한다. 초심해대의 수온은 어는점보다 약간 높지만, 심해 온천 주변의 온도는 370도까지 올라갈 수 있다. 섭씨.
스미스는 "심해에서 작업할 수 있는 로봇을 개발하는 것은 매우 어렵다. 전자 장치가 부서지거나 물에 잠기는 것을 방지하기 위해 상당히 두꺼운 껍질이 필요하다"고 말했다. 에폭시 수지에 넣은 작은 유리 구로 구성된 부력 소재인 합성 폼으로 만들어졌습니다. 오르페우스에 사용된 쉘 폼은 영화 감독 제임스 카메론의 딥씨 챌린저에서 남은 재료였습니다. 2012년에 카메론은 딥씨 챌린저호를 타고 서태평양의 마리아나 해구 바닥에 가라앉았습니다.
Alvin 잠수정은 1977년에 수심 2,440m까지 잠수하여 처음으로 열수 분출구 지역에서 유기체의 존재를 감지했습니다(제공: Ralph White/Getty Images)
심해는 칠흑같이 어두워서 오르페우스는 거대한 스포트라이트를 받는다. 하지만 스포트라이트를 계속 켜두면 로봇의 배터리가 빨리 소진되어 로봇이 바다 심연에 갇혀 움직일 수 없게 됩니다. 전력을 절약하기 위해 Orpheus는 사진을 찍거나 샘플링하지 않을 때 저전력 모드로 전환할 것이라고 Smith는 말했습니다.
달 탐사
2017년 NASA는 우주 탐사와 연구를 해양 탐사 분야에 통합하기 위해 체계적인 수중 생지화학 과학 및 탐사 아날로그(해저) 프로그램을 시작했습니다. 지금까지 이 프로그램은 원격으로 작동되는 잠수정을 사용하여 태평양 해저의 열수 분출공을 탐사하는 두 가지 임무를 완료했습니다.
과학자들은 하와이 해안에서 약 30km 떨어진 로이히 해저 화산(Lō`ihi)과 미국 해안에서 120km 떨어진 미국 국경에 있는 고르다 능선(Gorda Ridge)이 있는 것으로 믿고 있다. 캘리포니아와 오리건 이 두 바다를 둘러싼 화산 활동은 유로파와 토성의 위성 엔셀라두스의 얼음 아래 해양 세계에서 발견될 수 있는 것과 유사합니다.
우주 비행사들의 달과 우주 탐사를 돕는 나사(NASA)의 서브시 프로그램(Subsea Program)을 담당하고 있는 지구생물학자 달린 림(Darlene Lim)은 “전체 서브시 프로그램은 지구의 심해 지역 발견을 기반으로 한다”고 말했다.
해저 프로그램의 두 가지 심해 탐사 작업을 통해 과학자들은 이들의 지질학적, 화학적 조건을 연구했습니다. 두 개의 해저 화산 분출구를 통해 주변 생태를 더 잘 이해하게 되었습니다.
바다 심연의 생태
바다 초심연대에는 생명체가 존재할 뿐만 아니라, 우리에게 낯설 수도 있는 풍부한 생태계를 유지하고 있습니다. 지금까지 발견된 바다에서 서식하는 가장 깊은 생물 중 하나는 길이가 8cm가 넘는 거대한 양각류로, 페루-칠레 해구의 가장 깊은 부분인 리처드 딥 해구(Richards Deep Trench)에서 발견됩니다. . Eurythenes atacamensis라고 명명된 이 심해 갑각류는 새우와 가까운 친척이며, 해수면 상층에서 떠내려온 죽은 해양생물의 파편을 먹고 사는 청소부라고 영국 뉴캐슬대학교 해양생물학 교수가 말했습니다. . Johanna Weston과 같은 연구자들은 2018년에 이것이 페루-칠레 해구에 서식하는 것으로 알려진 가장 풍부한 유기체 중 하나임을 발견했습니다.
게다가 이 심해에는 라이온피시(Lionfish)와 긴다리 등각류 등 이상하고 다소 연약한 종이 적어도 3종 이상 서식하고 있습니다. 이들 생물은 각각 극심한 수압, 낮은 기온, 심연 지대의 어둠 속에서도 살아남을 수 있습니다.
달린 린은 "이 열수분출공은 전혀 무해하다. 해저에서 솟아오르는 뜨거운 물이 아주 차가운 물과 상호작용하기 때문에 온도 변화를 매우 주의 깊게 살펴야 한다. 또한 태양계의 해양 세계 중 일부를 탐험해야 할 수도 있기 때문에 그 자체로도 매우 가치가 있습니다."
유로파와 엔셀라두스에 로봇 탐사선을 보내는 것은 아직 수십 년이 걸릴 수 있지만 NASA 과학자들은 이미 심해 탐사에서 배운 내용을 우주 임무에 적용하고 있습니다.
NASA는 2023년까지 달 남극에서 얼음을 찾기 위한 로봇 탐사선을 발사할 예정이다. 극지 탐사 로버(Viper)를 조사하는 휘발성 물질(Volatiles Investigating Polar Exploration Rover)이라는 임무는 로켓 연료나 미래 식수로 사용하기 위해 달 얼음을 채굴하기 위해 달의 달 분화구 노빌(Nobile) 근처의 얼음을 연구할 것입니다.
비록 수중에서 작동하지는 않지만 달을 배회하는 로버는 수중 탐사와 동일한 많은 기술적 어려움에 직면하게 될 것입니다.
Darlene Lin은 Viper 프로젝트의 수석 과학자이기도 합니다. 그녀는 "우리는 Subsea에서 배운 모든 지식을 Viper 프로젝트에 적용할 것입니다."라고 말했습니다.
Subsea 프로젝트는 과학자들이 극도로 어려운 환경에서 통신과 기술을 모두 완료할 수 있도록 하는 것입니다.
운영 측면에서 보면 해양 탐사와 우주 탐사도 유사점이 많습니다. 인간이 접근할 수 없는 위험한 환경을 탐색하기 위해 이 두 지역에 로봇을 파견하고, 과학자 팀이 원격 제어 지원을 제공합니다. 또한, 이 계획은 우주 비행사들이 향후 달 기지의 로봇 장비를 제어하기 위한 기반을 마련하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.
Subsea는 10명 미만의 과학자가 탐사를 위해 바다로 나갈 계획이지만 육지에서는 더 큰 규모의 동료 팀과 함께 일할 것입니다. Viper 프로그램의 경우 팀은 달 탐사선을 지구에서 거의 동시에 작동하게 되며 신속하게 데이터를 분석하고 결정을 내려야 합니다.
두 프로젝트 모두에 참여한 NASA 사회과학자 Zara Mirmalek는 과학자들이 극한 환경에서의 탐험을 준비할 수 있도록 돕기 위해 노력하고 있습니다. 효과적인 의사소통은 이러한 작업에서 매우 중요하다고 그녀는 말했습니다.
토성의 6번째로 큰 달인 엔셀라두스의 얼음 표면에서 다량의 수증기가 분출되는 것은 엔셀라두스 아래에 액체 바다가 숨겨져 있음을 나타냅니다(제공: Nasa/JPL/Space Science Institute)
p>심해 탐사의 복잡성으로 인해 과학자들은 해양 상태, 날씨, 해수 염도에 따라 언제든지 계획을 조정하고 결정을 변경해야 합니다. 미르말렉은 "예상보다 시간이 부족한 경우가 많다. 심해 환경은 기술적으로 매우 까다롭기 때문에 심해에서 작업하는 것은 매우 어렵다"고 말했다.
제한된 우주 임무에서는 통신이 매우 중요하다고 말했다. . 우주 공간의 상황에 대처하기 위해 밀말렉은 수중 과학자들의 의사소통을 하루에 한 번으로 제한했습니다.
달린 린(Darlene Lin)은 "우리가 해양학 커뮤니티와 협력하면서 배운 모든 것은 귀중한 것이었습니다. 우리가 그런 일을 하는 것은 정말 드문 일입니다."라고 말했습니다. 바이퍼 임무를 설계하는 과학적인 운영 과정에 대해 완전한 자신감을 갖고 있다”고 말했다.
그러나 지구에서 날아가는 우주 탐사와 마찬가지로 심해 탐사 역시 인류를 새로운 관점에서 이해할 수 있게 해준다. 우리의 고향 행성. NASA는 우주국이 계획한 해양 탐사가 "수천"의 과학적 발견을 만들어냈다고 말했습니다. 우리가 건강한 바다가 있는 세상에서 계속 살기를 원한다면 NASA의 해양 탐사는 바다에 중요한 정보를 유지할 수 있는 능력을 제공합니다. Laura Lorenzoni는 NASA 임무국의 해양 생물학 및 생지화학 프로그램의 과학자입니다. 바다를 구하려면 바다를 이해해야 한다고 그녀는 말합니다.
로렌초니는 "이것은 지구상의 생명에 매우 중요하다. NASA가 시작했고 앞으로도 계속할 해양 탐사는 우리 지구의 해양 자원의 지속 가능한 이용을 보장하는 기초이다"라고 말했다. p>
즉, 인간이 우주 공간에서 다른 행성을 탐험하기 위해 취하는 모든 단계는 우리가 살고 있는 푸른 행성에서 가장 덜 탐험된 지역에 대해 더 많은 이해를 얻는 데 도움이 될 것입니다. 외계 행성이든 우리 발 아래 심연이든 모두 인간이 탐험해야 할 영역입니다.