우주는 광대하며 수많은 별로 가득하다. 그러나 지적 생명체가 존재하더라도 지구를 방문할 수는 없을지 모른다. 출처: 미국항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA), 우주망원경과학연구소(STScI), 로한 나이두(Rohan Naidu, MIT). 이미지 처리: 조지프 드파스콸(Joseph DePasquale, STScI), CC BY.
2026년 5월 22일, 미국 국방부는 설명되지 않는 비행 물체로 보이는 모습을 담은 기밀 해제 사진과 영상의 두 번째 묶음을 공개했다. 이러한 자료 공개는 2023년 7월부터 시작된 과정의 결과였다. 당시 정부 내부 고발자들은 의회 청문회에서 미국 정부가 외계 우주선과 외계 생명체의 신체 일부로 추정하는 물체를 비밀리에 보유하고 있다고 증언했다.
그 의회 청문회는 UFO 보고서를 정부와 과학계모두에서 점점 더 진지하게 논의하기 시작하는 문화적 변화의 출발점이 되었다.
미국 국방부는 2026년 5월 이전에 기밀로 분류했던 UFO 관련 자료 200건 이상을 공개했다. 출처: 미국 국방부
그러나 이러한 새롭게 얻은 정당성은 과연 타당한 것일까? 항공기와 우주선 설계를 연구하는 항공우주 과학자인 나는 이 질문에 수학, 물리학, 그리고 공학 원리를 통해 접근한다. 외계 방문자의 가능성을 평가하려면 외계 우주선이 지구에 도달하기 위해 극복해야 하는 장애물을 이해할 필요가 있다.
거리의 폭정
우리 태양계 안에는 지적 외계 생명체가 존재한다는 증거가 없다. 따라서 외계 방문자가 존재한다면, 그들은 우리은하(Milky Way)의 다른 항성계에서 와야 할 가능성이 크다.
태양에 가장 가까운 항성인 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)는 약 4.25광년 떨어져 있다. 이는 약 25조 마일, 또는 40조 킬로미터에 해당한다.
이를 쉽게 이해하기 위해 비유하자면, 만약 지구가 완두콩 크기라면 프록시마 센타우리까지의 거리는 대략 뉴욕과 호주 시드니 사이 거리와 비슷하다.
가장 가까운 별들은 얼마나 멀리 있을까?
지구에서 가장 가까운 별들조차도 상상하기 어려울 만큼 멀리 떨어져 있다.
또한 지적 생명체를 보유한 항성은 전체 항성 가운데 일부에 불과하다고 생각하기 때문에, 실제로 외계 문명이 존재한다 하더라도 가장 가까운 문명은 프록시마 센타우리보다 훨씬 더 멀리 떨어져 있을 가능성이 크다.
속도의 필요성
성간 거리의 규모를 고려하면, 외계인이 지구로 향하는 여행은 필연적으로 수년, 어쩌면 수세기에 걸쳐 진행할 수밖에 없다. 그러나 이동 시간이 길어질수록 치명적인 사고나 시스템 고장의 위험도 커지며, 이는 임무 자체를 위태롭게 만든다. 따라서 가능한 한 빠르게 이동해 지나치게 긴 여행을 피해야 한다.
어떤 물체도 광속(초속 약 30만 킬로미터)을 넘거나 도달할 수 없다. 그러나 그 한계에 가까워지기 훨씬 전부터 공학적 제약이 나타난다. 제한된 연료 공급과 구조적 손상 가능성은 우주선의 최고 속도를 제한한다.
성간 비행 속도에 대해 보편적으로 인정하는 상한은 없지만, 여러 연구는 초속 약 3만 킬로미터, 즉 광속의 10% 수준을 현실적인 순항 속도로 제시한다. 이 속도라면 10광년 거리를 이동하는 데 약 100년이 걸린다.
꿈에 연료를 공급하기
우주선을 목표 순항 속도까지 가속하는 방법을 찾는 일은 모든 외계 탐사자가 직면할 핵심 과제다.
성간 공간은 가혹할 정도로 광대하지만, 그 텅 빈 환경은 장점도 가진다. 대기가 없어서 공기 저항도 없다. 따라서 우주선은 순항 속도에 도달한 뒤 추진 시스템을 끄고 목적지까지 관성으로 이동할 수 있다. 그러나 대기가 없다는 사실은 또 다른 문제를 만든다. 목적지에 도착하기 전에 속도를 줄여줄 매질도 존재하지 않는다. 따라서 이상적으로는 여행 시작 시 가속과 도착 직전 감속에 동일한 추진 시스템을 사용해야 한다.
더욱 이색적인 추진 방식 가운데 하나는 고출력 레이저 빔으로 우주선을 밀어내는 방법이다. 여행자의 모행성 근처에 설치한 고정 레이저 배열이 얇은 반사 돛을 장착한 우주선을 향해 빔을 발사한다. 빛을 이루는 광자는 돛에 복사압을 가하며 우주선을 앞으로 밀어낸다.
이 방식의 가장 큰 장점은 우주선이 자체 연료를 실을 필요가 없다는 점이다. 그러나 레이저를 운용하는 데 필요한 에너지와 기반 시설 규모는 상상을 초월한다. 또한 빔 추진은 감속 방법을 제공하지 못한다. 기껏해야 별도의 감속 시스템과 결합한 하이브리드 전략의 일부로 사용할 수 있다.
더욱 현실적인 접근법은 로켓 추진이다. 로켓은 고속 배기가스를 뒤쪽으로 분출해 추진력, 즉 추력을 생성한다. 배기가스 방향을 반대로 바꾸면 우주선 감속에도 활용할 수 있다.
그러나 로켓에는 치명적인 단점이 있다. 승객, 거주 공간, 생명 유지 장치뿐 아니라 연료까지 직접 운반해야 한다는 점이다. 늘어난 하중은 더 많은 연료를 요구한다. 다시 말해 연료를 운반하기 위해 또 다른 연료가 필요하다. 그 결과 비용이 눈덩이처럼 불어나며, 필요한 총연료량은 비현실적인 규모까지 증가한다.
로켓 추진은 크게 세 가지 범주로 나눌 수 있다.
화학 추진은 일반적으로 연소 반응을 이용해 원자 사이 결합에 저장된 에너지를 추출한다. 지금까지 모든 인류 우주 임무는 화학 추진을 사용했다. 문제는 이 방식이 연료에 담긴 에너지의 극히 일부만 활용한다는 점이다.
결과적으로 순항 속도가 초속 3만 킬로미터인 우주선에 화학 추진을 적용하려면 관측할 수 있는 우주 전체 질량보다 더 많은 연료가 필요하다.
반물질 추진은 이론적으로 가장 효율적인 선택지다. 반물질이 일반 물질과 접촉하면 서로 소멸하며 두 물질의 전체 질량이 100% 에너지로 전환한다. 이 경우 연료 질량이 우주선 전체 질량의 4분의 1 이하에 불과해도 광속의 10%에 해당하는 동일한 순항 속도를 달성할 수 있다. 이는 공상과학 수준의 연료 효율이며, 반물질을 성간 추진의 매력적인 후보로 만든다.
그러나 반물질에는 큰 단점이 있다. 반물질은 극도로 불안정하며 생산하기도 어렵다. 지금까지 입자물리학자들이 생산한 반물질 총량은 200억 분의 1그램에도 미치지 못한다. 더욱이 이러한 입자들은 수초에도 미치지 못하는 짧은 시간만 존재했으며, 생산 비용은 수억 달러에 달했다.
핵융합은 반물질보다 현실적인 대안이다. 이 방식은 태양이 에너지를 생산하는 것과 동일한 과정으로 원자핵 내부에 저장된 에너지를 이용한다. 현재 기술로는 핵융합 엔진이 아직 실현 단계에 이르지 못했지만, 이론적으로는 화학 로켓보다 질량당 1,000만 배더 많은 에너지를 생산할 수 있다.
미국항공우주국(NASA)은 핵추진 기술 개발을 추진해 왔다. 이 상상도는 핵추진 로켓이 어떤 모습일지를 보여준다. 출처: 존 프라사니토 앤드 어소시에이츠(John Frassanito & Associates), 위키피디아(Wikipedia)
그럼에도 순항 속도가 초속 3만 킬로미터인 핵융합 우주선은 우주선 자체 질량의 약 150배에 해당하는 연료가 필요하다.
섬세한 균형 잡기
이러한 수치는 외계 방문자가 핵융합이든 반물질이든 자신들의 원자로에서 방출한 에너지를 추력으로 효율적으로 전환하는 방법을 이미 알아냈다고 가정한다.
그에 못지않게 중요한 것은 초경량이면서도 매우 안전한 연료 탱크 구조를 설계하는 능력이다. 연료 탱크부터 선체에 이르기까지 우주선 구조를 설계하는 일은 전체 임무에서 가장 어려운 공학적 과제 가운데 하나가 될 것이다.
성간 공간에는 소량의 수소 원자와 미세한 우주 먼지 입자가 흩어져 있다. 초속 3만 킬로미터로 비행할 경우 먼지 입자는 22구경 탄환과 맞먹는 에너지로 선체에 충돌한다. 수소 원자의 지속적인 충돌은 격렬한 복사선 연쇄 반응을 일으키며, 가장 견고한 공학 재료조차 침식시킬 수 있다.
이러한 공격을 견디려면 복잡한 자기 차폐 시스템을 갖춘 비행 요새 수준의 우주선이 필요하다. 그러나 이는 우주선 전체 질량을 증가시키며, 결과적으로 더 많은 연료를 요구한다.
이 사례는 모든 성간 우주선이 직면할 수백 가지 섬세한 설계 상충 관계 가운데 하나에 불과하다. 각각의 설계 요구 조건은 일종의 필터처럼 작용하며, 실현할 수 있는 해법의 수를 줄인다.
모든 요구 조건을 동시에 만족하는 단일 시스템을 찾는 과정은 온라인에서 자동차를 검색하는 것과 비슷하다. 사륜구동, 검은색 외장, 주행거리 1만 마일 이하 같은 조건을 하나씩 추가할 때마다 선택할 수 있는 차량 수는 계속 줄어든다.
더구나 설계 요구 조건끼리 충돌할 경우, 예를 들어 가벼우면서도 극도로 튼튼한 구조를 동시에 요구한다면, 실현할 수 있는 해법의 수는 결국 0이 될 수도 있다.
지구까지의 성간 비행을 직접 금지하는 단일 물리 법칙은 존재하지 않는다. 그러나 수백 가지 극단적이고 종종 상충하는 공학적 요구 조건이 결합하면, 성간 비행은 사실상 실현 불가능해질 수 있다.
물론 외계 문명이 현재 인류가 알지 못하는 혁신적인 기술을 개발했을 가능성도 있다. 그러나 여기서 살펴본 사례들처럼 그러한 기술 역시 결국 자신만의 공학적 난제를 마주할 수밖에 없다.
수조 달러 규모의 질문
궁극적으로 공학적 난제는 성간 여행을 가로막는 수많은 장애물 가운데 일부에 불과하다. 외계 방문자가 실제로 존재하려면 충분한 지적 능력, 기술적 성숙도, 물리적 자원, 집단적 의지, 그리고 지구와의 적절한 거리 조건까지 갖추어야 한다.
그럼에도 모든 조건이 우연히 맞아떨어져 외계 우주선이 온전한 상태로 지구에 도착한다면, 우리는 수많은 질문을 쏟아낼 것이다. 그들은 어디에서 왔는가? 무엇을 원하나? 무엇으로 이루어져 있나?
그러나 우주의 더 깊은 수수께끼를 밝히는 데 가장 중요한 질문은 아마 이것일 것이다.
[번역] 하주영
- 덧붙이는 말
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카이 제임스(Kai James)는 조지아 공과대학교(Georgia Institute of Technology) 항공우주공학 교수다. 참세상은 이 글을 공동 게재한다.
