잊혀진 행성 ‘달(Moon)’이 다시 국제적 관심의 대상으로 떠오르고 있다. 지난해 중국은 무인 탐사선 ‘창어 3호’를 달에 보내 현재 탐사로봇 옥토끼가 달 표면을 누비며 사진을 지구로 보내오고 있다.
이에 자극받은 러시아가 최근에 다시 달 탐사 계획을 발표하고, 유일하게 유인우주선을 보냈던 미국도 달 탐사 계획을 더욱 적극적으로 추진하고 있다. 우리나라를 비롯해, 유럽, 일본, 인도 등도 달 탐사에 매우 적극적인 행보를 보이고 있다.
로봇 분야에 자신감을 갖고 있는 일본은 오는 2020년에 탐사 기지를 건설한다는 야심찬 포부를 숨기지 않고 있다. 일본 우주개발연구본부는 “오는 2020년경에 달 남극 지역에 로봇을 보내 1년 이상 활동이 가능한 탐사기지를 건설한다”고 발표했다.
유인탐사의 선구자인 미국의 경우, 지난 2004년 1월 초 부시 대통령은 “오는 2020년까지 달에 연구기지를 세우겠다”고 말한 바 있다. 이를 위해 새로이 달에 보낼 우주선으로 ‘오리온(Orion)’을 개발 중이며, 달 전초기지(Lunar outpost) 건설을 위해 실천 로드맵을 추진중인 것으로 알려졌다. 러시아 역시 지난 1976년 이후 중단했던 달 탐사 프로그램을 40년 만에 부활시킬 계획을 적극 표명하고 있다.
지구에 하나뿐인 위성인 달은 오랫동안 많은 비밀에 싸여있었지만 그동안의 많은 탐사로 신비의 베일은 이미 벗겨진 상태. 그럼에도 불구하고, 많은 나라들이 달 탐사에 열을 올리는 이유는 무엇일까? 화성탐사를 위한 전초기지 건설, 우주여행을 위한 전진기지 등이 그 이유로 꼽히고 있다.
그러나 전문가들은 “70년대 초에 동서 냉전의 일환으로 불붙었던 달 탐사 경쟁이 다시 재점화되고 있는 진짜 이유는 정작 다른데 있다”고 말한다. 과연 그 이유는 무엇일까?
뜻하지 않은 광물의 발견


달 탐사의 선구자격인 미국과 구소련은 1970년대 여러 번 달을 왔다 갔다 하면서 382kg의 달 암석과 흙을 지구로 가져왔다. 탐사대가 이 물질들을 가져온 데는 여러 가지 이유가 있었다.
그 첫째는 “달에 과연 물이 있는가?”하는 물음에 대한 답 때문이다. 그 결과, 미시간대 연구팀은 당시에 “달의 고원지대 지각 상층부에 물의 흔적이 발견됐다”는 내용을 네이처지에 싣기도 했다. 
다음으로 “달이 지구에서 떨어져나간 사촌인가?”에 대한 답을 찾기 위해서였다. 달로부터 얻은 토양의 철저한 분석을 통해 산소 40%, 실리콘 20%, 철 12%, 마그네슘 4.8% 등 지구와 매우 비슷한 조성을 갖고 있다는 사실이 밝혀졌고, 과학자들은 “약 45억 년 전에 달이 지구에 충돌한 소행성 충돌에 의해 잘려나간 행성이 진화한 것”이란 가설에 힘을 실었다. 
그런데 이 분석 작업에서 뜻하지 않은 결과도 나타났다. 이 암석들에는 헬륨3이 0.01ppm 섞여 있었던 것. 전문가들은 “헬륨3은 지구에는 거의 없는 성분이며, 미래에 달이 희귀자원의 보고가 될 수 있고 지하지원을 위한 기지 건설의 목표가 될 수 있다”고 말한다.
현재 추세대로라면 지구상의 화석연료인 석유는 40년, 천연가스도 60년 정도면 고갈된다는 것이 전문가들의 공통된 견해다. 우라늄 역시 재처리하지 않으면 약 65년내에 바닥나고, 풍력, 조력 등의 신재생 에너지도 현재의 화석연료를 대체하기에는 아직은 어렵다는 것. 
반면에 현재 달에는 수많은 종류의 광물자원과 약 5백만 톤 이상의 헬륨 3가 매장되어 있는 것으로 추정되고 있다. 헬륨3에는 과연 어떠한 비밀이 숨어있는 것일까?


삼중수소 대신에 헬륨3 사용


제3의 불로 불리는 원자력은 크게 핵분열 반응과 핵융합 반응의 두 가지 방법이 대세를 이룬다. 핵분열은 원자핵이 같은 정도의 크기를 가진 두 개의 원자핵으로 나누어지는 현상이며, 핵융합은 그 반대로 작은 질량을 가지고 있는 원자핵을 충돌시켜 질량이 큰 원자핵으로 만드는 것이다.
예를 들면, 질량이 2인 중수소(양성자1+중성자1)와 질량이 3인 삼중수소(양성자1+중성자2)를 결합시키면 반응에 의해 헬륨(양성자2+중성자2)과 중성자 하나가 남게 되고 그 과정에서 질량이 감소하는 만큼의 에너지가 생성된다.
과학자들은 “같은 질량의 연료에서 최대로 얻을 수 있는 에너지의 양은 핵융합이 핵분열에 비해 4배 이상이다”고 말한다. 즉, 핵융합은 값싸고 무한정한 연료 자원, 아주 작은 양의 방사성 폐기물, 보다 단순한 안전성 등의 장점으로 인류의 에너지 위기를 해결할 궁극적인 원천으로 부각됐다.
전문가들은 “헬륨3가 국제적 관심을 끄는 이유는 바로 3중수소 대신에 활용될 수 있기 때문이다”고 설명한다. 헬륨3은 일반적인 헬륨(He :양성자2개+중성자2개)보다 중성자 수가 하나 적다. 따라서 이 헬륨3에 중수소(양성자1개+중성자1개)를 핵융합 시키면 헬륨과 양성자 1개로 바뀌고, 이때 감소하는 질량만큼이 에너지로 변환된다.
이에 연구되고 있는 것이 핵융합 발전이며, 그 수단으로 ‘인공태양’이라고 불리는 핵융합발전장치 토카막(Tokamak)이 탄생했다. 
전문가들은 “달 표면에는 태양풍에 의해 1백만 톤 정도의 헬륨3가 침전돼 있다”고 추정한다. 미국 행성지질학연구소의 로런스 테일러 소장은 “헬륨3가 중수소와 결합할 때의 융합 반응에서 엄청난 에너지를 얻을 수 있는데 25톤 가량의 헬륨3이면 미국이 1년 동안 쓸 전기의 양이다”고 말했다.
아울러 헬륨3가 매장된 지역에 800도 이상의 열을 가해 헬륨을 분리해 내고, 이를 우주왕복선에 실어서 지구로 가져오면 한 대분(약 25톤)으로 지구촌이 약 5백년 정도 사용할 수 있는 에너지 확보가 가능하다는 것. 
지구에 헬륨3이 거의 매장돼있지 않기 때문에 미래의 에너지 위기에 처한 세계 각국이 다시 달탐사에 시동을 거는 이유가 바로 여기에 있다.