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현재 우주정거장에서 우주비행사가 몇 개월 활동하기도 하고, 우주정거장에서 인공중력을 발생시키지 않습니다.
고로 우주비행사들은 우주정거장에서 장시간 활동하면서 지속적으로 무중력에 가까운 저중력에 노출되며, 이는 중력에 의해 눌려진 뼈마디의 압력을 완화시켜주는 등의 효과는 있지만 근력을 약화시키고 소화기능의 장애를 불러오며 심장근육의 약화 같은 현상도 일으킵니다.
사람이 중력이 있는 환경에서 진화하고 생활하다보니 무중력 상태에 장기간 노출되는건 그렇게 생명유지에 도움이 되는 일은 아닐겁니다.
무중력 환경에서 수태되어 태어난 쥐는 중력이 있는 환경에서도 위아래를 구분하지 못하는 모습을 보였다고 합니다.
무중력 환경과 유사한 상황을 만들기 위해 장기간 일어나지 않고 누워서 생활하도록한 사람들의 심장근육은 실험 이전보다 작게 줄어들었다고 하고요.
고로 장기간의 우주여행을 하게 된다면 중력문제를 어떻게 해결해야할지가 문제가 될것입니다.
중력장을 조종하는 오버테크놀러지 수준의 기술이 없다면 현재로서 실제로 사용할 수 있을 유일한 방법은 원심력을 이용해서 인공중력을 만드는 거겠죠.
아서 클라크의 유명한 소설인 2001 스페이스 오디세이에서는 달에서 태어나고 자란 아이가 정상적으로 성장(지구에서 태어난 아이들보다는 훨씬 크지만)하는 모습을 보여주었고, 토성으로 향하는 디스커버리호에는 달의 중력과 같은 수준의 인공중력을 일으키는 부분이 존재합니다.
그런데 과연 사람이 비교적 정상적인 몸상태를 유지하기 위해서는 어느 정도의 인공중력을 만드는 것이 좋을까요?
사람이 진화한 환경인 1G가 가장 이상적일 것이라고 생각하는데, 2001 스페이스 오디세이에서는 달의 중력 정도만 유지한다는 묘사가 나옵니다.
달의 중력 수준의 인공중력을 지속적으로 유지하는 정도로도 괜찮을까요?
사람의 건강을 유지할 수 있는 최소한의 인공중력 세기는 어느 정도일까요?
2001 스페이스 오디세이 영화판의 과학적 오류가 중력으로 인해 빨대에 든 액체가 밑으로 내려가는 정도밖에 되지 않는다고 하고, SF의 거장인 아서 클라크의 묘사니, 소설에서처럼 달 정도의 인공중력을 유지해도 괜찮다고 생각해도 문제는 없을 것 같은데...
무조건... 1G를 유지하는게 가장 이상적입니다. 인간으로서 제대로 살아가려면 말이지요. 우리 인류는 1G라는 중력권에서 탄생하여 성장한 존재로 1G 환경에서 가장 정상적인 삶을 할 수 있습니다.
클라크는 스페이스 오딧세이에서는 달 정도 중력을 이야기했지만, 거대한 천체를 그려낸 '라마와의 랑데부'에서는 훨씬 큰 중력을 유지하는 시설을 보여줍니다. 다시 말해 달 정도 중력이라는 건 최소한의 생활이 가능한 정도로 구현했을 뿐, 그 역시 인간이라는 존재에게는 더 큰 중력이 필요함을 인지했다고 볼 수 있겠지요.
한편, 아이작 아시모프는 파운데이션 시리즈 중에서 인류의 기원이 된 행성을 찾아갈 때 당시 인간들이 살아가는 행성들이 평균적으로 1G에 가까운 중력, 24시간 내외의 하루 등을 갖고 있다는 것을 바탕으로 '지구'라는 행성이 대략 이 조건에 맞을 것이라며 이를 기준으로 찾아나서는 장면이 나오죠. 바꾸어 말하면 파운데이션 세계관에서 사람들은 지구와 비슷한 환경의 행성에서만 살아가고 있다는 말입니다.
이 역시 인류가 1G 환경에서 탄생했기 때문입니다.
1G보다 낮은 환경에서 태어나서 자란 사람들은 지구로 돌아올 수 없습니다. 신체가 그만큼 연약하기 때문입니다. '문라이트 마일'이나 '플라네테스' 등에서 이를 소재로 한 이야기를 볼 수 있지요. 1G에서 태어나서 자란 사람들은 짧은 기간 저중력 상태에서 생활할 수 있지만, 우주 정거장에서 장시간 생활하고 돌아온 사람들이 지구에 도착하면 들것에 실려 나갑니다. 물론 원래 지구에서 태어나고 자란 만큼 빨리 회복하지만, 저중력에서 활동 기간이 길어질수록 몸은 약해지고 심하면 회복 불능의 상태에 빠지죠. 특히 성장기에 저중력 환경에서 생활한다면 아예 1G 환경에 적응할 가능성이 매우 낮아지고요.
추가로 2060년 스페이스 오딧세이에서는 핵융합 로켓이 등장하며, 계속 추진을 해서 관성을 이용하여 이동 방향의 반대방향으로 중력을 만드는 장면이 등장합니다. 원심력이 아니라도 기술에 따라서는 중력을 발생시킬 방법은 있습니다.
원심력을 이용하여 중력을 발생시킬 때 원의 크기가 충분히 크지 않으면 빠른 속도로 회전시켰을때 콜리오리 효과 등으로 신체에 이상을 일으킬 수 있습니다. 그래서 '건담'에서도 거주구를 회전시켜서 중력을 발생시키는 우주선이 있지만, 콜로니처럼 1G의 환경을 구현하지는 못합니다. 2001년 스페이스 오딧세이의 우주 정거장이 1G를 내지 못하는 것은 기술적인 한계가 있기 때문이지. 그 정도로 충분하기 때문은 아닙니다.
1G입니다. 달 정도의 중력 이야기는 아서 클라크가 자기 소설을 쓰면서 그 정도라면 큰 실수를 하지 않는 한 사고도 나지 않고 건강에도 이상이 없을 거란 추측으로 한 묘사지, 공학적 혹은 의학적인 확실한 근거를 가지고 한 말은 아닙니다. 현대에도 무중력이 인체(정확히는 생물종)에 끼치는 영향을 연구하고는 있습니다만 반중력 발진기 같은 게 있어서 아무 곳에서나 수시로 중력을 바꿔가며 대조군과 실험군을 측정할 수 있는 게 아니라 이론상의 추측이 흥하는 정도죠.
혹 창작 설정을 위한 거라면 적당히 클라크의 이론을 빌리거나 자유롭게 개인의 상상력을 펼치셔도 좋을 겁니다.
수개월 정도의 기간이라면 반드시 1G를 유지해줄 필요는 없습니다만, 만약 1년 이상의 기간이 된다면 역시 1G를 유지하는 것이 가장 이상적이라 할 수 있습니다. 일반적인 인간이 무중력상태 또는 저중력상태에서 정상적인 건강상태를 유지하면서 거주할 수 있는 기간은 수개월 정도에 지나지 않고, 1년 이상 인간이 무중력상태 또는 저중력상태에서 생활하게 되면 심장이나 골격･근육･소화기관 등이 약해지고 면역체계에도 기능의 저하가 발생하는 등 건강에 문제가 생긴다고 하더군요.
따라서 수개월 정도의 항행기간을 상정하는 비교적 작은 우주선이라면 굳이 1G의 인공중력을 반드시 유지해야 할 필요는 없고 아예 인공중력 자체가 필요 없을 수도 있겠습니다만, 1년 이상의 항행기간을 상정하는 비교적 큰 우주선이라면 역시 1G의 인공중력을 적어도 항행기간 동안에는 언제나 항시 유지해줄 수 있도록 배려가 되어 있을 필요가 있습니다. 우주선이 아닌 우주정거장이나 콜로니의 경우라면 더욱 그렇겠고 말이지요.
그리고 표도기님도 하신 이야기입니다만 거기에 좀 더 덧붙여서 설명하자면... 거주구역에 원심력에 의한 인공중력 발생 시스템을 채용하려면 가급적이면 거주구역을 도넛형이나 원통형 등의 원심력에 의한 인공중력의 발생이 용이한 형상으로 만들어주는 것이 바람직하고 더불어 그 지름도 최소 100m 정도는 되어야 합니다. 도넛형이 되었든 원통형이 되었든 사실 그건 특별히 상관이 없긴 하고 원심력에 의한 인공중력의 발생이 가능하다면 어느 모양으로도 비교적 자유롭게 거주구역을 만들 수 있기는 한데(꼭 도넛형이나 원통형이 아니더라도 다양한 형상을 생각해볼 수 있습니다. 다만 도넛형이나 원통형 쪽이 만들거나 다루기가 편하기는 하지요.), 그와는 별개로 거주구역의 사이즈는 일단 저 쯤은 되어야지요. 저 정도의 사이즈(도넛형이나 원통형을 기준으로 했을 경우 최소 100m 정도의 지름)가 되어야 내부의 인간이 현기증 같은 것을 느끼지 않을 수 있게 된다고 합니다. 그 자세한 이유에 대해서는 표도기님께서 이미 설명을 해주셨으니 저는 생략하도록 합니다.
슈퍼중성자
기간과 활동 목적에 따라 달라지겠죠. 디스커버리 같은 거야 인류 최초 목성 탐사니 탑승자 입장에서 좀 손해보는 걸 감수하는 거고, 우주에서 애 낳고 살아야 한다면 1G가 그립지 않을 수가 없을 것 같네요. 장기간이라는 것도 정의하기 나름이라서....