미 국방부가 최근 이전에 기밀로 분류된 두 번째 UFO 사진과 영상을 공개하면서 외계 생명체가 지구를 방문했는지 여부에 대한 논의가 다시 한번 각계각층의 관심의 초점이 되었습니다. 2023년 7월 미국 의회 청문회를 시작으로 시작된 이러한 문화적 변화는 UFO 보도를 민중적인 소문에서 정부와 과학계가 심각하게 다루어야 할 심각한 문제로 점차 진화시켰습니다. 그러나 이 새롭게 발견된 정당성이 그 이름에 걸맞은 것인가?조지아 공과대학 항공우주 공학 교수인 카이 제임스(Kai James)는 최근 수학, 물리학, 공학 원리를 사용하여 외계 우주선이 지구에 도달하기 위해 극복해야 하는 수많은 기술적 장애물에 대한 심층 분석을 제공하는 기사를 썼습니다.

제임스 교수는 외계인 방문객의 가능성을 평가하는 데 첫 번째 장애물이 '거리의 폭정'이라고 지적했다. 현재 태양계에는 지적 생명체가 있다는 증거가 없습니다. 이는 외계인 방문객이 광활한 성간 공간을 여행해야 함을 의미합니다. 태양에 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)를 예로 들어 보겠습니다. 거시적 모델에서 4.25광년의 거리는 지구가 완두콩 크기로 줄어들었을 때 뉴욕에서 시드니까지의 긴 여행에 해당합니다. 지적 생명체를 품은 별은 극히 드물기 때문에 실제 외계 문명은 우리에게서 더 멀리 떨어져 있을 뿐입니다. 장거리 여행 동안 증가하는 시스템 오류와 치명적인 사고의 위험을 피하기 위해 우주선은 가능한 한 빨리 비행해야 합니다. 빛의 속도는 극복할 수 없는 상한선이지만 과학계는 일반적으로 빛의 속도의 10%(즉, 초당 19,000마일 또는 30,000km)가 보다 현실적인 순항 속도라는 데 동의합니다. 이 속도로도 10광년 여행은 100년이 걸릴 것이다.

우주선을 놀라운 순항 속도로 가속하는 방법은 모든 외계인 탐험가가 직면한 핵심 과제입니다. 성간 공간에는 대기가 부족하기 때문에 우주선은 공기 저항을 걱정할 필요가 없고 관성에 의해 활공할 수 있지만 대기를 이용해 속도를 늦출 수 없다는 뜻이기도 하다. 따라서 이상적인 추진 시스템은 시작 가속과 최종 감속을 모두 고려해야 합니다. 현재의 몇 가지 이론적 추진 전략에는 고유한 장점과 단점이 있습니다. 고출력 레이저 빔을 사용하여 광선 돛을 추진하는 솔루션은 우주선을 자체 연료 운반 부담에서 해방시킬 수 있지만, 모항성에 매우 큰 에너지 기반 시설을 구축해야 하며 자체 감속 메커니즘이 부족합니다. 현재 인류에게 친숙한 화학 추진 로켓의 에너지 전환율은 극도로 낮기 때문에 빛의 속도의 10%에 도달하려면 필요한 연료의 총 질량은 관측 가능한 우주 전체의 질량을 훨씬 초과하게 되며 이는 현실적으로 완전히 불가능합니다.

보다 상상력이 풍부한 기술 중에서 이론적으로 가장 효과적인 반물질 추진은 100% 질량-에너지 변환을 달성할 수 있으며 목표 속도에 도달하는 데 총 연료 질량의 1/4 미만이 필요합니다. 그러나 반물질은 매우 불안정하고 제조가 매우 어렵습니다. 지금까지 인간이 생산한 반물질의 총량은 200억분의 1그램도 채 되지 않으며, 수명도 극도로 짧고 가격도 비싸다. 이에 반해, 태양의 원리를 모방한 핵융합 추진은 이론적으로 화학 로켓 1kg당 1,000만 배의 에너지를 생산할 수 있어 보다 실현 가능한 대안이 되었습니다. NASA를 비롯한 여러 기관에서 관련 기술 개발에 힘쓰고 있지만, 계산에 따르면 빛의 속도의 10%에 도달하는 핵융합 추진 우주선에는 여전히 우주선 자체의 질량이 최대 150배나 필요합니다.

추진 시스템의 문제 외에도 우주선 구조의 설계도 미묘한 균형과 극단적인 절충점에 직면해 있습니다. 성간 공간은 비어 있는 것처럼 보이지만 실제로는 작은 우주 먼지와 수소 원자가 드물게 분포되어 있습니다. 우주선이 초당 19,000마일의 속도로 이동함에 따라 작은 먼지 입자가 총알의 강도와 충돌하는 반면, 수소 원자의 충격은 가장 강한 물질을 먹어치울 만큼 강력한 방사선 폭포를 생성합니다. 이런 맹렬한 공격에서 살아남으려면 우주선을 복잡한 자기장 차폐 시스템을 갖춘 '비행 요새'처럼 건설해야 하는데, 그렇게 되면 우주선 전체 질량이 대폭 늘어날 수밖에 없어 '방어용 장갑을 운반하려면 더 많은 연료가 필요하고, 연료를 운반하려면 더 많은 연료가 필요하다'는 악순환이 벌어지게 된다. 구조적으로 가볍고 내구성이 뛰어나야 한다는 이러한 상충되는 요구 사항은 모든 엔지니어링 솔루션의 교차점을 0으로 만드는 경우가 많습니다.

제임스 교수는 요약에서 성간 여행을 명시적으로 금지하는 물리학 법칙은 없지만 수백 가지의 극단적이고 상충되는 공학적 요구 사항이 얽혀 있어 물리적 현실에서 성간 여행에 '사형 선고'를 내릴 수 있다고 강조했습니다. 잠재적인 외계 방문객은 인간의 상상을 뛰어넘는 인지 능력, 기술적 정교함, 물질적 자원을 보유해야 할 뿐만 아니라 기술 진화 과정에서 이러한 불가피한 공학적 과제를 해결해야 합니다. 외계 우주선이 실제로 지구에 온전하게 착륙했을 때, "그들은 누구인가" 또는 "그들은 무엇을 원하는가?"와 비교했을 때, 아마도 인간이 긴급하게 물어봐야 할 조 단위 수준의 과학적 질문은 "그들은 어떻게 이러한 공학적 절망을 극복하고 여기까지 왔는가?"가 되어야 할 것입니다.