만약 지구의 위성이 3개 이상이었다면 어땠을까요?

여기서 저는 

1. 3개의 위성의 탄생 과정 

2. 위성 3개를 사용하는 두 가지 방법

에 대하여 이야기해 보도록 하겠습니다.

1. 3개의 위성의 탄생 과정

 저는 위성이 3개라고 가정하겠습니다. 위성이 4개 이상일 수도 있겠지만 확률을 따져 보자면 위성이 3개일 가능성이 높습니다. 왜냐하면 작은 지구 주위에서 위성이 공전할 수 있는 영역은 한정되어 있는데, 위성이 많아질수록 위성의 공전궤도 간의 거리가 가까워질 것이고, 위성끼리 가까워지면 서로의 중력에 이끌려 궤도를 이탈해 버릴 가능성이 높아지기 때문입니다. 

 세 위성의 크기는 어떨까요? 제 생각에는 세 위성의 크기가 제각각일 것 같습니다. 가장 큰 위성은 달의 크기 정도일 테고요. 세 위성에서 지구까지의 거리는 크기에 비례할 것입니다. 질량이 작을수록 중력의 영향을 적게 받으니 지구에서 비교적 가까운 거리에서 공전해야 궤도를 유지할 수 있겠지요. 

 그럼 제가 상상한 거대 충돌설에 기반한 위성 3개의 탄생과정을 묘사해 보겠습니다. 과거 원시지구에 거대한 소행성이 충돌합니다. 충돌로 인해 지구 근처에 다양한 크기의 파편들이 흩뿌려집니다. 파편들은 지구 주위에 원반을 형성하며 공전하게 됩니다. 그리고 소행성 무리는 원반의 형태에서 3개의 고리로 바뀝니다. 작지만 공전속도가 비교적 빨라 지구 근거리의 궤도에 안착한 소행성들로 이루어진 가장 안쪽의 고리, 크기와 공전속도 둘 다 평균이었던 소행성들로 이루어진 가운데 고리, 크기가 크지만 공전속도가 느린 소행성들로 이루어진 가장 바깥쪽 고리를 형성하지요. 세가지 범주 중 어디에도 속하지 못한 소행성들은 행성을 공전하기 위한 요건을 갖추지 못했으므로 지구에 추락하거나 저 멀리 날아가 버리게 됩니다. 시간이 지나며 소행성들끼리 결합하며 3개의 고리는 각각 하나의 위성을 형성하게 됩니다. 가장 안쪽 고리는 당연히 길이도 가장 짧았고(원이 작을수록 원의 둘레도 짧아지니까요) 가장 작은 소행성들로 구성되어 있었기에 가장 작은 위성을 형성합니다. 나머지 두 고리도 비슷한 원리로 중간 크기 위성과 가장 큰 위성을 형성하게 되지요. 위성들은 중력으로 나머지 소행성들까지 흡수하며 결국 지구 주위를 도는 위성 3개만 남게 됩니다. 

2. 3개의 위성을 활용하는 방법

위성이 3개가 되면 할 수 있는 일 두 가지를 소개해 보겠습니다.

1. 우주 GPS 

GPS는 3개의 GPS위성과 통신하며 응답속도를 바탕으로 삼각측량법을 이용해 기기의 위치를 파악합니다. 그렇다면 3개의 위성에 GPS수신기를 하나씩 달면 어떨까요? 앞으로 지구 저궤도와 달을 방문하는 우주선들이 많아질 텐데, 달에 GPS 수신기를 하나씩 달면 위성의 공전궤도 내부를 비행하는 우주선들의 위치파악을 보조할 수 있을 겁니다. 우주에는 GPS의 사용을 제한하는 요소가 거의 없기 때문에 이상적일 것 같네요. 한가지 단점은 이미 X선을 이용해 우주에서 위치를 정확히 파악하는 NICER라는 시스템이 있으므로 활용도는 떨어질 겁니다. 아마 NICER가 고장났을 때 비상용으로 사용할 수 있겠네요. 

(NICER에 대하여; https://odelian.tistory.com/1452)

2. 주경이 달의 공전궤도 크기인 가상 전파망원경

 일반적으로 전파망원경은 군집을 형성하여 설치해 가상의 거대 전파망원경을 설치하는 효과를 냅니다. 예를 들자면 1km 간격을 두고 설치된 두 전파망원경은 주경이 1km인 전파망원경과 같은 성능을 발휘할 수 있습니다. 이벤트 호라이즌을 진행한 연구팀들은 지구 전역에 있는 전파망원경들을 이용해 주경이 지구만한 가상망원경을 만들어 세계 최초로 블랙홀의 사진을 촬영하는데 성공했습니다. 만약 위성에 전파망원경을 하나씩 설치하면 가장 바깥쪽에서 회전하는 위성의 공전궤도 사이즈의 초거대 전파망원경을 만들 수 있습니다. 이렇게 거대한 전파망원경을 만들게 되면 지금은 상상도 못할 정도로 멀리 떨어진 천체도 관측 가능해질 수도 있습니다.(사실 가상 망원경의 메커니즘을 생각해 보면 실제 주경의 크기는 가운데 궤도를 도는 위성의 공전궤도 반지름과 가장 바깥쪽 위성의 공전궤도 반지름을 합한 만큼이 되지만 그것까지 설명하면 너무 복잡해질 것 같네요) 한 가지 단점은 지구에서 북극이나 남극 쪽 하늘에서 보이는 천체만 관측 가능할 것이라는 점입니다. 이 방식대로 만들어진 망원경은 위성의 공전궤도가 그리는 원에 수직인 방향만 관측할 수 있거든요...

아마 달이 3개가 모두 적도에 수직인 궤도에서 공전하면 2개 이상의 달의 지구와 일직선상을 이루어 달끼리 월식을 일으키는 날도 올 겁니다. 달 3개가 일직선상에 들어오는 날은 엄청난 기념일이 되겠군요. 아마 엄청난 장관일 것 같네요.