우주에서 손전등을 켜면 앞으로 나아갈 수 있을까?

앤디 위어의 소설 《프로젝트 헤일메리》(Project Hail Mary)에서는 우주에서 손전등을 켜면 그 에너지로 이동할 수 있다는 개념이 등장한다. 정말 손전등을 켜기만 해도 우주선을 움직일 수 있을까? 이번 글에서는 광압(光壓, Radiation Pressure)의 원리를 이용해 실제로 가능한지 알아보자.

1. 빛도 힘을 가할 수 있다? - 광압의 원리

우리가 아는 일반적인 추진 방식(로켓 엔진 등)은 연료를 뒤로 분사하여 추진력을 얻는다. 그런데 빛(광자, Photon)도 운동량을 가지고 있어서, 물체에 충돌하면 아주 작은 힘을 가할 수 있다. 이를 광압(Radiation Pressure)이라고 한다.

광압은 다음 공식으로 계산할 수 있다.

\[ P = \frac{I}{c} \]

\( P \) = 광압 (단위: N/m², 뉴턴/제곱미터)
\( I \) = 빛의 세기 (단위: W/m², 와트/제곱미터)
\( c \) = 빛의 속도 (\( 3.0 \times 10^8 \) m/s)

즉, 강한 빛을 내보내면 미세하게나마 물체를 미는 힘이 발생한다는 의미다.

2. 손전등을 켜면 우주에서 이동할 수 있을까?

이제 실제로 손전등을 사용하면 추진이 가능한지 계산해보자.

일반적인 손전등의 출력이 \( 10 \) W라고 가정하자. 이 손전등에서 나오는 모든 빛이 한 방향으로만 완벽하게 방출된다고 하면, 이를 통해 얻을 수 있는 최대 힘(추진력)은 다음과 같다.

\[ F = \frac{P}{c} = \frac{10}{3.0 \times 10^8} \]

\[ F \approx 3.3 \times 10^{-8} \text{ N} \]

즉, 손전등을 켜면 약 \( 0.000000033 \) 뉴턴(N)의 힘을 얻을 수 있다. 이 힘은 너무 작아서 실제로 우주선을 움직이는 것은 거의 불가능하다.

3. 그렇다면 빛을 이용한 추진은 불가능할까?

손전등처럼 미약한 빛으로는 추진력이 거의 없지만, 더 강한 빛을 사용하면 이야기가 달라진다. 실제로 NASA에서는 태양광 돛(Solar Sail)이라는 기술을 개발하여 빛을 이용한 우주 탐사를 시도하고 있다.

🌞 태양광 돛(Solar Sail)의 원리

태양광 돛은 빛이 반사될 때 더욱 강한 추진력을 얻을 수 있는 원리를 이용한다.

\[ F = \frac{2P}{c} \]

즉, 반사형 태양광 돛을 사용하면 광압을 2배로 활용할 수 있다.

NASA의 LightSail 2 프로젝트에서는 실제로 태양빛을 이용해 추진력을 얻는 데 성공했다. 태양빛은 손전등보다 훨씬 강력하므로, 충분한 시간 동안 사용하면 실제로 우주선의 속도를 증가시킬 수 있다.

4. 결론

우주에서 손전등을 켜면 아주 작은 힘을 얻을 수 있지만, 현실적으로는 우주선을 움직이는 데 사용할 수 없을 정도로 미미한 수준이다.

하지만 태양광 돛(Solar Sail)처럼 강한 빛을 이용하면 실제로 우주에서 추진력을 얻을 수 있다. NASA와 여러 연구 기관이 이를 이용한 미래형 우주 탐사 기술을 개발 중이므로, 언젠가 빛을 이용한 우주 항해가 현실이 될지도 모른다! 🚀