영화 [아바타: 물의 길] 속 성간 이동 우주선에 담긴 과학

영화 [아바타: 물의 길 (Avatar: The Way of Water, 2022)]이 개봉한 지 10일이 지났습니다. 4K 해상도에 HDR과 HFR, 3D와 4D의 상영을 지원하는 원본 콘텐츠의 포맷은 현존하는 영상 콘텐츠들 중에 가장 뛰어난 모습을 보여주며 어떤 상영관에서 [아바타: 물의 길 (2022)]을 관람해야 가장 최대로 영화를 즐길 수 있을지 고민하게 만들기도 했죠.

 

영화 [아바타: 물의 길] 어떤 상영관에서 관람하면 좋을까요?

영화 [아바타: 물의 길] 어떤 상영관에서 관람하면 좋을까요?

영화 [아바타: 물의 길 (2022)]은 일견 허무맹랑한 판타지 영화처럼 보이기도 합니다. 하지만 이 영화 세계관의 배후에는 꽤나 치밀하게 짜인 과학적, 문화적, 생태학적 고증이 깔려있습니다. '제임스 카메론' 감독은 하나의 세상을 창조하는 것과도 같은 이 모든 요소들을 전문가들의 자문을 받아가며 영화에 미처 다 표현되지 못한 부분들까지 아주 사실적이고 상세하게 만들어냈습니다. 그중 아주 좋은 사례가 [아바타 시리즈] 세계관에 등장하는 성간 이동 우주선 '벤처 스타'의 모습입니다. [아바타: 물의 길 (2022)]에서는 벤처 스타를 군용으로 개조한 모델인 '매니페스트 데스티니'라는 우주선도 등장하고 있죠. 참고로 'Manifest Destiny'라는 이름. 즉 '명백한 운명'은 서부개척 시대에 미국 백인들이 자신들의 영토 확장 야욕을 종교적으로 미화하던 구호이기도 합니다. 오늘은 [아바타 시리즈] 속 성간 이동 우주선에 담긴 과학적인 고증들을 한번 살펴보는 시간을 가져보도록 하겠습니다. 그럼 시작해 볼까요?

 

영화 [아바타: 물의 길] 속 성간 이동 우주선 ISV 벤처 스타

목차

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벤처 스타 - 지구 기술의 총합체

영화 [아바타: 물의 길 (2022)]에서 성간 이동 우주선들이 등장하는 시간은 초반 몇십 초 정도밖에 되지 않지만 카메론 감독은 이 우주선들의 디자인을 위해서 약 10페이지가량의 자세한 설정집을 작성했다고 합니다. 그렇게 창조된 우주선은 지금까지 수많은 SF 영화들에서 등장했던 다른 어떤 성간 이동 우주선 보다 사실적이고 고증에 충실한 모습을 갖추게 되었습니다. 현재까지 태양계밖으로 가장 멀리 날아간 우주선은 1977년에 미국 NASA의 그랜드 투어(Grand Tour) 계획에 의해 발사된 외우주 탐사선 '보이저 1호'입니다. 보이저 1호는 시속 61000km의 엄청난 속도로 날아가고 있습니다. 하지만 이 속도로 '판도라'가 있는 '알파 센타우리' 항성계까지 날아가려면 아직도 무려 7만 7000년이나 더 가야 합니다. 4.4광년이 얼마나 먼 거리인지 미루어 짐작할 수 있는데요. 그래서 실제 판도라까지 가기 위해서는 우주선의 질량은 최대한 가볍게 만들고 엔진의 출력은 최대한으로 높일 수 있게 가능한 지구의 모든 기술을 총동원해야 합니다. 벤처스타의 디자인에는 이 모든 기술들이 아주 충실하게 반영되어 있습니다.

벤처 스타 - 속도와 승무원들

'Capital Star Class Interstellar Vehicle Venture Star' 약칭 'ISV 벤처 스타'. 세로의 길이가 1.6km에 달하는 이 거대한 우주선은 광속의 70%까지 속도를 낼 수 있습니다. 이는 지구에서 판도라까지의 4.4광년을 약 6년 9개월 만에 주파할 수 있는 속도이죠. 하지만 그 안에 타고 있는 승무원들은 상대성이론에 따른 시간 지연 효과 때문에 약 1년이 줄어든 5년 9개월 정도가 걸린 것으로 체감하게 됩니다. 하지만 6년에 가까운 시간을 비행하는 동안 모든 사람들이 동면에 들어가는 것은 아닙니다. 15명의 상근승무원들이 5명씩 3교대로 깨어나 각각 20개월 동안 우주선을 안전하게 관리하는 업무들을 맡게 되죠. 이들은 원심력을 이용한 인공 중력이 적용되는 공간에서 생활할 수 있습니다.

벤처 스타 - 세 가지 추진 시스템

벤처 스타의 가장 커다란 비중을 차지하는 부분은 역시 엔진입니다. 벤처 스타는 세 가지 추진 시스템을 갖추고 있는 하이브리드 우주선입니다. 첫째로 반물질 엔진, 두 번째는 레이저빔 경돛 추진 시스템, 마지막으로 반물질 엔진을 보조하거나 단거리 운항 때 사용하는 핵융합 엔진입니다.

반물질 엔진

핵융합 기술은 우리가 현재 원자력 발전소에서 사용하고 있는 핵분열 기술보다 세, 네 배나 많은 에너지를 같은 질량의 물질에서 추출할 수 있는 기술입니다. 하지만 이런 핵융합 엔진도 태양계 밖, 4.4광년을 날아가기에는 역부족이죠. 판도라로 가기 위해서는 핵융합 보다 100배 이상의 에너지를 추출할 수 있는 엔진인 '반물질 엔진'이 필요합니다. 반물질 엔진은 물질과 반물질을 충돌시킬 때 발생하는 '쌍소멸 현상'을 이용하는 엔진으로 질량을 100% 에너지로 전환할 수 있습니다. 벤처 스타의 외관 중 가장 두드러지는 특징이 바로 거대한 '라디에이터'인데요. 이는 태양을 뛰어넘는 열과 빛을 발생시키는 반물질 엔진의 열기에 우주선이 녹지 않게 하기 위한 장치입니다. 대부분의 SF 영화 속 우주선들에서는 이런 라디에이터의 모습을 발견하기 어렵습니다. 하지만 완벽주의자인 제임스 카메론 감독은 근미래의 성간 이동 우주선이 사용할 가능성이 가장 높은 반물질 엔진에 대한 과학적인 고증을 바탕으로 벤처 스타에 커다란 라디에이터를 장착시켰습니다. [아바타: 물의 길 (2022)] 초반에 이 반물질 엔진을 이용해 판도라의 숲을 태워버리는 장면이 등장하는데요. 반물질 엔진이 뿜어낼 수 있는 빛과 열을 생각했을 때 이는 엔진의 출력을 아주아주 낮게 잡은 모습일 것입니다. 엔진에서 발생하는 빛과 열 외에도 반물질 엔진에서 주의 깊게 생각해야 할 것은 바로 엔진에서 방출되는 유해한 방사선입니다. 그래서 사람과 화물을 엔진으로부터 최대한 멀리 떨어뜨려 놓아야 하는데 이것이 벤처 스타가 1.6km라는 엄청난 길이를 가지게 된 이유입니다. 문제는 1.6km나 되는 우주선을 뒤쪽에서 밀어서 추진시키기가 매우 어렵다는 점인데요. 어마어마한 추진력을 받아도 찌부러지지 않을 만큼 아주 견고한 구조를 만들어야 하기 때문이죠. 그러자면 우주선의 질량이 커지게 되고 그에 따라 연료도 더 많이 소비됩니다. 벤처 스타는 이에 대한 해결책으로 엔진이 앞장서서 우주선을 끌고 가는 모습으로 디자인되었습니다. 탄소 나노튜브 같은 강력한 장력을 가진 물질을 이용해서 마차처럼 우주선을 끌고 가게 되면 질량을 10분의 1 수준으로 줄일 수 있다고 하죠. 이와 같은 성간 우주선의 설계는 과학 저술가인 '찰스 펠레그리노'와 물리학자 '짐 파웰'이 '발키리 프로젝트'라는 이름으로 제안한 디자인인데요. 찰스 펠레그리노는 카메론 감독의 친구로 아바타 제작에 과학 고문으로 참여했다고 하죠.

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레이저빔 경돛 시스템

반물질 엔진에는 연료인 반수소가 필요합니다. 반수소를 생성하려면 거대한 입자가속기를 엄청나게 많이 돌려야 합니다. 이 역시 천문학적인 에너지가 필요한 작업이죠. 생산하는 데 많은 에너지가 소비되는 귀중한 반물질 연료인 만큼 이 또한 최대한 아껴서 사용해야 합니다. 그래서 사용되는 방법이 바로 '레이저빔 경돛' 추진 시스템입니다. 벤처 스타가 지구에서 판도라를 향해 출발할 때 처음부터 반물질 엔진을 가동하지 않습니다. 대신 벤처 스타는 직경 16km에 달하는 거대한 돛을 펴게 됩니다. 그러면 지구나 위성 등에서 그 돛을 향해 레이저빔을 발사하는데 이 레이저의 광자가 돛에 부딪히면서 우주선이 천천히 가속이 되는 원리입니다. 화석 연료를 이용한 분사형 엔진처럼 폭발적인 순간 추진력은 얻을 수 없지만 무중력에서 가속력이 지속적으로 누적되면서 눈덩이처럼 불어나는 것이죠. 우주선의 끝부분에는 거울 보호판이 달려있는데, 이는 레이저빔 추진을 할 때 빛을 반사시켜서 우주선을 보호하는 용도라고 하네요. 그렇다면 우주선에 쏘아주는 레이저빔의 에너지는 어디에서 얻는 것일까요? 이 레이저빔 경돛 시스템을 구체화시킨 선구적인 SF 소설 중 하나가 바로 물리학자 '로버트 포워드'가 쓴 [로치 월드 (1990)]라는 소설입니다. 이 책에서는 태양가까이 수성 궤도에 띄워놓은 1000대의 인공위성이 태양에너지를 레이저로 바꾸어 우주선에 직접 쏘아주는 것으로 묘사되어 있습니다. 아마 벤처 스타도 이와 유사하게 태양에너지를 이용할 수 있는 여러 가지 방법으로 레이저에 필요한 동력을 얻지 않았을까 생각됩니다. 이렇게 태양에너지를 이용해 쏘아주는 레이저빔은 벤처 스타를 1.5의 중력으로 0.46년 동안 가속하여 광속의 70%까지 속도를 올려줍니다. 그러면 우주선은 더 이상 자체 추진력을 이용할 필요 없이 관성으로 나아갈 수 있게 되죠. 그러면 벤처 스타는 돛을 접어서 챙긴 뒤 우주선의 앞 뒤 방향을 바꾸어 줍니다. 이후 사람과 화물칸 쪽에 있는 몇 겹에 걸친 보호판이 미세한 물질의 충돌로부터 우주선을 보호해 줍니다. 그렇게 벤처 스타는 알파 센타우리 근처까지 비행을 이어가게 되죠. 시간이 흘러 판도라에 도착하기까지 0.46년 정도의 기간이 남게 되면 그때부터 벤처 스타는 감속을 시작합니다. 반물질 엔진을 처음 가동하는 것이 바로 이 때죠. 출발할 때와 마찬가지로 1.5G의 중력으로 0.46년 동안 감속을 하게 되면 드디어 판도라에 도착하는 것입니다. 1편에서는 벤처 스타가 감속을 끝낸 상태에서 라디에이터가 빨갛게 달구어져 있는 모습만 볼 수 있었다면 [아바타: 물의 길 (2022)]에서는 여러 대의 우주선이 엄청난 빛과 열을 내뿜으며 감속하는 장면을 확실하게 볼 수 있었습니다. 판도라에서 지구로 돌아오는 방법은 정확하게 반대 순서인데요. 이번에는 반물질 엔진을 먼저 가동하여 가속을 통해 속도를 올립니다. 가속이 끝나면 우주선의 앞뒤를 바꾸어 보호판이 우주선을 보호하게 하죠. 우주선이 지구에 가까워지면 벤처 스타는 돛을 펴고 지구에서 발사하는 레이저빔으로 인해 감속이 이루어지며 지구와 판도라 사이의 장장 12년에 가까운 여행이 마무리되는 것입니다.

 

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영화 [아바타: 물의 길] 메인 예고편

오늘은 이렇게 영화 [아바타: 물의 길 (2022)] 속 성간 이동 우주선인 '벤처 스타'에 깔려있는 과학적인 원리들에 대해 알아보았습니다. 물론 영화이기 때문에 실제 과학 이상으로 과장된 부분이 없는 것은 아니지만 그래도 이렇게 치밀한 과학적 고증을 통해 구현된 우주선의 모습이 개인적으로는 정말 대단하다는 생각이 들었습니다. 여러분의 생각은 어떠신가요? 댓글을 통해 소통해 주세요!

 

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