김소구 박사(지진연구소장)와의 '천안함' 일문일답
-천안함 사고를 정말 객관적으로 다룰 '국제학술회의' 해보고 싶다-
(김 소장이 운영하는) 지진연구소의 홈페이지를 보니, 순수과학의 입장에서 천안함 문제에 객관적으로 접근하겠다 이런 얘기가 눈에 띄는데..
"나도 응용과학을 했지만 지금은 순수과학 하는 마음으로 연구하고 있다. 응용과학은 주변과 사람을 살필 수밖에 없다. 어떤 목표와 이익을 추구하게 마련이다. 물론 모든 응용과학이 그렇다고 말할 수는 없지만 일반적으로 그런 성격이 있다는 거다. 천안함 연구는 절대 진리를 추구한다는 마음으로 했다. 데카르트는 “나는 생각한다, 고로 존재한다”고 했지만, 아인 랜드라는 러시아 출신의 미국 작가이자 객관주의 철학자는 “나는 존재한다, 고로 생각하겠다”고 말한 바 있다. 존재 자체가 생각에 영향을 끼칠 수 있다는 얘기다. 나는 지금 은퇴한 학자로서 이해관계에서 떠나 있고, 그래서 최대한 객관적으로 접근할 수 있고 그렇게 하겠다, 이게 천안함 문제에 접근하는 내 마음이라는 거다."
홈페이지에 쓴 글에는 현재 남은 것은 지진파와 공중음파 그리고 완파된 군함뿐이며 그외의 것들은 비밀이고 동화 같은 이야기뿐이라는 말도 있는데..
제1의 증거가 지진파, 공중음파, 초저주파 이런 데이터다. 이건 부정하지 못한다. 그 안에 많은 정보가 있다. 무엇보다 공중음파와 초저주파는 충격파(shockwave)에 의해서 생긴다. 또 충격파가 있었으니, 폭발 이외에 다른 걸 생각할 수 없다. 지금 남은 지진파, 수중음파, 공중음파, 초저주파 관측 데이터가 어떻게 생겨난 것인지를 추적하는 것이다. 거기엔 원리가 있고 그런 원리에 의해 어떤 결과를 찾아나가는 것이다. 그래서 지진파 연구는 귀납과 연역을 합친 방법이라고 할 수 있다. 그 원인을 추적한 것이 세 편의 논문이고 각각 방법을 달리해서 결론을 재확인하는 것들이다."
지난해 발표한 첫번째 논문은 관측된 지진파, 수중음파, 공중음파를 분석해보니 첫째, 수중폭발이 있었던 게 분명하다, 둘째 합조단의 결론과 달리 수중폭발의 지진 규모는 2.04이고 버블주기는 0.990초이며, 이를 통해서 볼 때에 수중 8미터에서 TNT 136킬로그램 폭발량이 폭발했을 것으로 보인다, 이는 1970년대에 한국해군이 설치했다가 버려둔 육상조종기뢰의 폭발량과 일치한다, 이런 내용이었지요?
"그렇다. 136킬로그램 폭발량이 주목된 데에는 수중폭발 연구에서 자주 쓰는 폭발량이 300파운드(136킬로그램) 단위였던 데다, 실제로 엠케이6(MK6) 같은 폭뢰에도 가장 많이 쓰이는 폭발량이다. 이 폭발량은 1970년대에 우리 해군이 서해에 설치했던 육상조정기뢰의 폭발량이기도 하다. 그리고 136킬로그램 폭발량에 해당하는 어뢰는 없기 때문에 기뢰를 생각하게 되었고, 마침 역사적으로도 침몰 사건 지역에 그런 폭발량의 기뢰가 설치됐다가 버려진 적이 있어서 주목했다."
합조단도 비슷한 분석과정을 거쳐 폭발량을 계산했을 텐데, 김소구 박사와 합조단의 분석방법에서 무엇이 달라 이렇게 결론이 다르게 나타났다고 생각하는지. 버블 주기에서 차이가 비롯하는 것 같은데..
"(수중폭발 때 물 속에서 거대한 거품이 급속히 생성됐다가 급속히 수축하는 주기를 뜻하는) 버블 주기는 지진파 데이터에서 찾을 수 있는 관측값이다. 수중폭발을 연구할 때엔 버블 주기부터 찾아야 한다. 그런데 합조단이 제시한 버블 주기 1.1초는 지진파 데이터가 아니라 초저주파 데이터에서, 초동에 나타나는 충격파의 주기에서 찾아낸 것이다. 그건 수중폭발의 버블 주기가 아니다. 버블 주기는 지진파에 잡히는 초기 데이터를 대상으로 (주파수의 분포를 가려내는) 스펙트럼 분석을 해서 찾아낸다. 그렇게 찾아낸 게 0.990초이다."
"합조단은 버블 주기를 1.1초로 잘못 규정했고, 또한 선체 아래에서 생성된 버블의 동역학(힘의 작용)을 제대로 계산하지 못했다. 합조단에는 여러 공학자가 참여했지만, 지진파나 수중폭발 전문가는 없었다고 알고 있다.
최근에 나온 두 번째, 세 번째 논문을 보자. 두 번째 논문은 시뮬레이션에 집중하고 있다. 즉, 폭발지점과 폭발량을 달리했을 때 버블주기가 관측된 0.990초로 나오는지 살피고 있다. 그렇게 해보니 폭발지점을 수심 8미터, 좌현 방향 5미터에서 TNT 136킬로그램 폭발량이 터졌을 때 오차가 가장 적은 것으로 나타난다는 것이다. TNT 250킬로그램 폭발량으로는 오차가 상당히 큰 것으로 나타났다는 결과도 함께 제시했는데..
"폭발 깊이를 8미터 또는 9미터로 했을 때, TNT 폭발량을 136킬로그램 또는 250킬로그램으로 했을 때 나타나는 결과를 시뮬레이션 해서 오차율을 계산한 것이다. 그랬더니 폭발깊이 8미터, 좌현쪽 5미터, 폭발량 136킬로그램일 때에 오차가 가장 적었다. 첫번째 논문의 결과를 재확인해주는 결과다."
사용된 시뮬레이션 프로그램은 얼마나 신뢰할 수 있는 것인가?
"해양공학에서, 선박공학에서 매우 널리 쓰이는 유한요소법(FEM) 시뮬레이션을 이용했다."
프로펠러의 흰 방향에 관한 시뮬레이션 결과도 실렸다. 구체적인 입력값을 주었을 때에, 파손된 전함의 프로펠러가 정확히 같은 모양으로 휜다는 것을 보여주는 결과는 아닌 것 같은데..
"구체적인 입력값을 주기는 어렵다. 이번 논문의 프로펠라 시뮬레이션은 좌초에 의해서 파손된 전함의 흰 프로펠러 모양이 나올 수 있음을 보여준 것이다."
프로펠러가 좌초에 의해 휘었다면, 그건 어떤 상황을 말해준다고 생각하는 건가?
"큰 배가 섬 가까이 가는 것은 매우 위험한 일이다. 상식적으로 그렇게 항해하지는 않는다. 아무튼 어떤 이유로건 섬 가까이 접근하다가 매우 단단한 규조토 성분의 해저 바닥에 걸렸고 거기에서 빠져나오려고 하다가 프로펠러가 이처럼 휠 수 있음을 보여준 것이다."
천안함이 섬 가까이 항해하다가 해저 규조토 바닥에 걸렸다가 빠져나오려고 시도했고, 이 과정에서 선박에서 나오는 선박보호용 전류가 강하게 나오는 바람에 1970년대 우리 해군이 설치했다가 버려둔 육상조종기뢰(LCM)의 뇌관에 전류가 흘러 그것이 폭발했다고 보는 건가?
"그런 추정을 할 수 있다. 136킬로그램 폭발량은 1970년대에 설치됐다가 버려둔 우리 해군의 기뢰 폭발량과 같다. 250킬로그램으로는 천안함 폭발 당시의 관측 버블 주기가 설명되지 않는다. 수중폭발 시뮬레이션에서도 그 결과값은 오차가 너무 크다. 이번 논문에서는 작은 상자에다 염분 3.5%의 소금물을 만들고 거기에 교류를 흘렸더니 떨어진 곳에서도 전등이 켜진다는 것을 보여주는 실험 결과도 담았다. 이미 알려진 원리이기는 하지만, 바닷물이 전류가 흐르는 회로를 구성할 수 있음을 실제 재현해서 보여주자는 것이었다. 큰 선박에는 선체부식방지장치(ICCP)라는 게 있고 천안함에도 그게 있는데, 교류를 직류로 바꾸어서 바닷물에 강하게 흘려보내면 바닷물이 일종의 회로가 되어 선체의 까진 부분으로 전류가 흘러간다. 그러면서 나트륨 이온이 선체의 까진 부분에 몰리면서 그곳에 나트륨금속 층이 생겨 부식을 막아주는 것이다. 매우 강한 전류가 사용된다."
과학수사지진학, 포렌식 사이즈몰로지(forensic seismology)라는 말을 논문 제목에 썼는데 실제로 이런 용어가 사용되는가? 무얼 하는 분야인지..
"주로 핵실험이나 수중폭발을 감시하고 조사할 때 지진파나 공중음파를 분석해 역추적할 수 있다."
세번째 논문은 표면반사파를 다룬다. 표면반사파라는 지진파의 한 성분을 주로 분석했더니 폭발깊이와 폭발량이 재확인됐다는 것으로 읽힌다. 수중폭발이 일어날 때 그 에너지는 사방으로 여러 파로 전달되는데, 해저 바닥에 부딪혀 반사되는 것도 있고(해저반사파), 위쪽에 떠 있는 선체에 부딪혀 반사되는 것도 있고(선체반사파), 또 수면(표면)에 부딪혀 반사되는 것(표면반사파)도 있고. 표면반사파만을 따로 별건의 논문에서 다룬 이유는 무엇인가?
"얕은 바다에서, 그것도 천안함이 침몰한 서해처럼 닫힌 바다이고 또 3월처럼 쌀쌀한 시기에는 표면반사파 속도가 선형적으로 전파되기 때문에(압력에 비례해 속도가 증가하기 때문에), 계산식을 사용해 폭발깊이를 구할 수 있다. 첫 번째, 두 번째 논문 이후에 폭발깊이를 다시 확인해보고 싶었다. 그런데 반사된 수중음파의 확립된 도파관(웨이브가이드/waveguide, 파를 가두어 유도시켜 전파하는 임의의 구조체) 계산식에 의하면 웨이브가이드를 이루는 임계진동수(critical frequency) 또는 컷오프 진동수(cutoff frequency)를 알면, 폭발깊이를 확인할 수 있고, 또한 여기에다 버블 주기를 함께 이용하면 폭발량도 계산할 수 있다. 이처럼 세 번째 논문은 이전 논문의 결론을 재차 확인하는 작업인 셈이다."
"지진파 스펙트럼에서 표면반사파 45헤르츠(Hz)를 식별해내어 이를 정해진 관계식에 넣어 계산해보니 폭발깊이는 시뮬레이션에서 확인된 것처럼 8미터인 것으로 확인됐다. 또 수중폭발 연구에 자주 쓰이는 반사파 추적(ray-tracing) 그림을 그려보았다. 이를 통해 수심 8미터에서 136킬로그램 폭발량이 폭발했을 때에 생성되는 표면반사파, 해저반사파가 그려졌고, 이는 관측된 지진파 데이터와 일치하는 것이었다."
포르투갈 대학 교수가 공저자로 참여했는데.
"그 분야의 연구를 하신 분으로, 포르투갈의 알가르브대학의 로드리게즈 교수가 표면반사파 분석에 많이 기여했다."
논문 셋을 종합하면, 첫번째 논문은 지진파(수중음파), 공중음파, 초저주파를 이용해 버블 주기를 찾아내고 폭발량을 찾아낸 기초 연구였고, 두번째 논문은 이를 시뮬레이션을 통해 검증한 것이고, 세번째는 표면반사파라는 지진파의 한 성분을 이용해서 기존 결론을 다시 확인한 것이라고 볼 수 있는가?
"그렇다. 이를 통해 내가 생각하는 시나리오는 천안함이 어떤 이유로건 섬 가까이 접근했다가 규조토 해저 바닥에 걸려 벗어나려는 과정에서 프로펠러가 휘었고, 이때에 떠오른 육상조종기뢰의 뇌관에 천안함 선체에 흐르는 전류가 전해져 기뢰가 폭발했을 가능성이 크다는 것이다. 공중음파는 물론이고 지진파로 볼 때에도 수중폭발이 있었음은 부정하기 힘든 사실이다. 좌초나 충돌로는 그런 지진파와 공중음파가 잡히지 않는다. 그리고 250킬로그램 폭발량도 역시 여러 검증 과정을 거쳐 나온 결과들로 볼 때에 관측된 지진파 데이터에는 맞지 않는다. 폭발의 원인으로 유력하게 추정되는 것이 육상조정기뢰이다."
두번째 세번째 논문은 중국 선박해양공학회가 내는 학술지(Journal of Marine Science and Application)와 신생 온라인 저널(Science Research)에 발표돼, 첫번째 논문이 실린 학술지(Pure and Applied Geophysics)와 비교할 때 다소 권위가 떨어진다는 지적도 받을 수 있을 텐데..
"영향력지수(임팩트 팩터)가 낮은 건 사실이다. 하지만 임팩트 팩터가 높은 저널에 실린 논문이라고 해서 다 좋은 논문인 것도 아니고, 그렇지 않은 저널에 실린 논문이라고 해서 안 좋은 논문인 것도 아니다. 사실 천안함 사건을 다루는 논문을 싣는 것을 꺼려하는 분위기도 학술지들 사이에 있다. 중국 선박해양공학회가 내는 저널은 매우 규모가 큰 학회가 내는 저널이고, 실제로 외국 학자들의 논문이 더 많이 실리는 국제적인 저널이다. 또 다른 저널들(미국과 유럽)에도 투고했으나 에디터가 정치적으로 민감한 사항으로 여겨 논문 게재를 꺼려 신생 저널에 논문을 싣게 되었는데, 이 저널은 무료로 논문을 읽을 수 있는 공개접근(오픈 억세스) 저널이라 누구라도 이 논문을 자유롭게 읽고 피드백을 해주길 바라는 의미에서도 이 저널에 투고하게 되었다."
천안함 사건에 관한 연구논문을 세 편이나 내는 일은 쉽잖다. 어떤 동기와 배경이 있는지?
"내가 처음에 이 문제에 관심을 갖게 된 이유는 두 가지다. 나는 오랜 동안 연구선을 타고서 항해한 적 있다. 그래서 항해 기술과 해저 바닥에 대해 잘 안다고 생각한다. 남태평양 실험 때에도 섬에서 10마일 바깥에 정박하고서 보트를 타고 실험했다. 항해 기술에서 큰 배가 섬 근처에 간다는 것은 무슨 일이 있기 전엔 있을 수 없는 일로 여겨진다. 뱃길도 아닌 데에 큰 배는 못 들어간다. 그런데 천안함은 왜 백령도에 아주 가까이 갔을까? 이게 뭔가? 그래서 지진파를 분석했다.
"나는 예전에 석유회사에서 연구원 생활을 하면서 (땅속 정보와 지각구조를 알아내기 위해서) 일부러 폭발을 일으킨 뒤 지진파를 분석하는 일을 한 적도 있고 국내에선 땅굴 탐지 기술을 위해서 다이너마이트를 터뜨리고 지진파를 분석하는 연구도 해본 적 있어서 폭발과 지진파에 관해서도 잘 안다고 생각한다. 그런데 초저주파가 잡혔고 공중음파도 잡혔다고 했다. 그래서 수중폭발이 있었다고 확신했다. 특히 제2, 3편 논문에서 가스 버블을 보여주는 스펙트로그램과 스펙트럼 분석에서 가스 버블 주기를 명백하게 산출했다. 이런 건 에너지가 짧은 순간에 확산하는 폭발이 아니면 잡힐 수 없는 파이고, 그래서 수중폭발을 확신했다. 그런데 여기저기에서 충돌설, 좌초설 같은 얘기가 나와 혼란이 있다고 생각해서 지진파 분석을 시작하고 논문을 쓰기 시작했다. 지진파와 수중폭발을 잘 아는 내가 해야 하는 일로 생각됐다."
"낮은 바다에서 선체 바로 밑에서 수중폭발이 일어난 실제 사례는 극히 드물기에 국제적으로, 학문적으로도 연구할 가치가 있는 것이다. 또 오랜 교류를 통해서 내가 국제사회에서 의견을 나눌 수 있고 함께 연구할 수 있는 수중폭발과 지진파 전문 학자들도 많다. 그래서 그동안 여러 분들과 의견을 나누면서 연구를 할 수 있게 됐다. 이스라엘, 중국, 미국, 싱가포르, 러시아, 프랑스 등지의 이 분야 전문가들이 많은 도움을 주었다. 한편으로는 지금 생각해보면, 내가 어려운 수학 문제를 풀이하는 데 즐거움을 느꼈던 것 같고, 어떤 문제를 풀었을 때의 쾌감과 성취감도 있었던 것 같다."
학문적 관점에서, 천안함 사건에 관한 국제학술회를 열었으면 한다는 얘기를 했다. 정치적인 문제와도 매우 밀접하게 연계된 주제인데, 순수 학문의 학술회를 여는 게 가능할까?
"꼭 해보고 싶은 일이다. 나는 정치에는 개념이 전혀 없는 사람인데, 정말 객관적으로 이 문제를 다루는 국제학술회를 열고 싶다. 초청하면 참석할 수 있는 해외 학자들도 충분히 있다. 하지만 정부나 정치 지도자 여러 분들께 편지를 써서 내가 쓴 논문을 알렸고, 또 기회 있을 때 재조사나 학술회를 열 수 있는 기회를 제안했지만, 여당은 물론 야당에서도 아무런 관심을 갖지 않고 있다. 주변 사람들도 굉장히 어려운 일이라고 얘기한다."
천안함 사건을 재조사해야 한다고 생각하는가? 어떻게 재조사할 수 있을까? 또 천안함 사건에 관해 더 발표할 논문이 있는가?
"재조사가 이뤄져야 한다고 생각한다. 더욱이 재조사는 주변 해양 환경의 안전을 위해서도 매우 필요하다고 생각한다. 지진파도 전문가가 다시 분석해야 하고 수중폭발, 시뮬레이션, 해저탐사 이런 것들도 다시 해봐야 한다. 그리고 지진파 전문가로서, 지진파 데이터를 이용해 내가 할 수 있는 연구는, 나로서는 할 수 있는 것을 이제 다 한 것 같다. 요즘엔 내가 ‘그런트 워크(grunt work: 아무도 고맙게 여기거나 좋게 봐주지 않는, 반복적이고 지루한 일)’를 하고 있는 건 아닌가 하는 생각이 들곤 한다. 그러나 과학자로서 태어나서 남이 하지 않는, 뭔가 의미 있는 일을 제대로 해보았다는 보람을 느끼고 있다. 천안함 사건에 관해서 과학자로서 내가 할 수 있는 일은 다 했다고 생각한다."
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