민군 합동조사단이 천안함 사고 원인을 발표한다. 지난 3월 26일 사고가 발생한 이래 온갖 유언비어가 떠돌았고, 언론의 여러 가지 보도와 추측이 있었다. 합동조사단의 과학적인 조사와 객관적인 분석으로 이러한 비생산적인 논란이 종식되기 바라는 마음 간절하다.

필자는 천안함 침몰의 원인을 알 만한 위치에 있지 않으므로, 이 글에서는 과학적 증거와 정황적 증거와 관련된 몇 가지 의문들을 나열해보고자 한다. 합조단의 보고가 이러한 질문들에 명쾌한 답을 줄 것으로 기대하기 때문이다.

■ 과학적 증거

1. 금속 파편의 위치와 상태

군은 천안함의 절단면과 해저에서 금속 파편을 수거한 것으로 언론에 보도된 바 있다. 이 금속 파편은 어디서 발견됐으며 발견 당시의 상태는 무엇이었는가?

만약 이 금속 파편들이 언론의 보도와 같이 어뢰의 외피였다면 파편의 발견 위치는 어뢰가 폭발한 위치와 강도를 알 수 있는 중요한 근거가 될 것이다. 어뢰의 폭발 위치가 천안함에 근접했다면 많은 수의 금속 조각들이 천안함과 충돌, 선체에 박혔거나 자국을 남겼을 것이며, 폭발 위치가 원거리였다면 천안함에 남아 있는 파편의 수는 소수일 것이다.

이론적으로 천안함과 접촉할 수 있는 금속 조각의 수는 어뢰와 천안함 사이 거리의 제곱의 역에 비례한다. 언론에서 보도되는 것과 같이 극히 소수의 파편만이 발견되었다면 어뢰의 위치는 나머지 파편들이 천안함을 건드리지 않을 정도의 엄청난 원거리가 되어야 할 것이다.

파편의 숫자와 위치, 박혀있는 각도와 깊이를 측정하면, 파편이 천안함과 접촉한 순간의 모멘텀을 계산할 수 있고, 이를 역산하면 어뢰의 폭발 위치와 강도를 추정할 수 있다.

그렇다면 합동조사단이 추정하는 폭발물과 천안함의 거리는 얼마인가? 언론에서 추정하고 있는 것과 같이 천안함에서 3미터 떨어진 지점에서 어뢰가 폭발했다면 금속 파편이 극소수만 발견된 이유는 무엇인가? 3미터라는 근접 지점에서 폭발했다면 당연히 있을 충격파의 영향(다음 항 참조)은 확인된 것이 있는가? 함저에서 폭발했다면 발견된 금속 파편의 위치와 궤적은 이와 일치하는가?

2. 수중 비접촉 폭발

극소수의 금속 파편 만이 발견되었다면 이는 합동조사단이 지난달 25일 발표한 "외부 비접촉 폭발"이라는 판단과 부합한다. 선체에 파공이 없었고, 선원들도 접촉 내지 근접 폭발로 입었을 내외상이 없었다는 사실과도 부합한다.

그러나 금속 파편의 수가 극소수이고, 따라서 폭발물의 위치가 원거리였다면 이는 두 가지 다른 의문을 야기시킨다. 폭발물의 충격파와 버블효과에 관한 것이다.

2.1 어뢰나 기뢰와 같은 수중 폭발물의 최고충격파의 크기는 통상 아래의 공식으로 결정된다.


W=폭발물 무게 (kg); R=거리(m) [이 공식은 충격파가 평면임을 가정하는 경우에 적용된다. 통상적으로 이러한 가정은 무리가 없으나, 만약 충격파가 원구형이면 충격파의 크기는 거리의 제곱의 역에 비례한다.]

여기서 알 수 있는 것과 같이 충격파의 크기는 거리(정확하게는 거리의 1.18 승수)의 역에 비례 한다. 천안함과 접촉한 금속 파편이 극소수일 만큼 원거리라면 천안함이 받는 충격파의 크기는 그 만큼 작아진다.

"비접촉 폭발"로 천안함을 두 동강 낼 정도의 충격파를 내기 위해서는 폭발물이 그 만큼 커야 한다. 그런데 폭발물이 충격파에 기여하는 정도는 폭발물 무게의 3/1 승수에 비례한다. 거리가 늘어날수록 폭발물 무게는 3승수로 증가해야 한다는 말이다.

그렇다면 합동조사단이 추정하고 있는 폭발물의 무게(언론에서는 250kg 추정)가 천안함을 두 동강 낼만 한 충격파를 생성할 수 있었는가? 언론에서 추정하고 있는 것과 같이 천안함에서 3미터 떨어진 지점에서 어뢰가 폭발했다면 충격파가 선체에 접촉한 순간의 크기를 추정할 수 있고, 이러한 충격파가 선체에 남길 흔적을 추정할 수 있다. 선체에서 이러한 흔적이 확인되었는가?

2.2 어뢰나 기뢰와 같은 수중 폭발물은 충격파 이외에도 버블효과를 생산한다. 폭발하는 순간 발생하는 고열 가스가 고속으로 팽창하며 일종의 풍선을 형성하는 것이다. 이 버블은 내부의 가스 압력과 외부의 수압이 평형을 이루는 지점에서 팽창을 중단해야 하지만, 일종의 팽창 관성 때문에 이 지점을 넘어 과도 팽창한다.

이후 최대 팽창점에 도달한 버블은 수압 때문에 수축에 들어가고, 다시 팽창하는 사이클을 반복한다. 함정이 최대 팽창점 안에 있다면 함정은 버블의 팽창과 수축에 요동되고, 함정 공명현상까지 추가되면 함체가 절단될 수도 있다. 언론에 회자된 버블제트효과이다. 여기서 합동조사단이 과학적으로 규명을 해야 할 부분은 어뢰와 같은 폭발물의 위치가 천안함에 버블효과를 미칠 거리 내에 있었는가 이다. 그 거리는 통상 다음과 같은 공식으로 결정된다.


W=폭발물 무게 (kg); Z=D+9.8; D=폭발깊이(m)

이 공식에서도 알 수 있는 것과 같이 폭발 깊이가 클수록 버블의 반지름은 작아지고, 폭발이 수면에 가까울수록 반지름은 커진다. 반면에 폭발이 깊은 곳에서 일어날수록 물기둥은 작아질 것이고, 폭발이 수면에 가까울수록 충격파에 의한 물기둥이 커질 것이다.

그렇다면 버블효과로 천안함에 타격을 줄 버블 반지름은 1의 답에서 나온 폭발물의 거리 안에 있는가? 버블효과는 천안함을 절단시킬 만큼 강력했는가? 버블효과로 천안함이 절단되었다면 선미만이 빠른 속도로 가라앉은 이유는 무엇인가? 천안함이 버블효과로 타격을 입었다면 폭발 깊이 (D)는 물기둥이 생성되지 않을 정도로 깊었는가?

만약 언론의 보도대로 천안함 함저 3미터 거리에서 어뢰가 폭발했다면 수면까지의 거리는 6미터 정도에 불과하고, 수면에 나타날 충격파의 크기는 앞의 공식으로 도출할 수 있다. 이에 기초하면 물기둥의 존재여부와 크기를 추정할 수 있다.

2.3 언론은 지금까지 천안함 절단면과 해저에서 검출된 화약과 금속 파편의 성분에만 관심을 두고 있으나, 정작 중요한 물리적 사실들은 폭발물의 폭발 위치와 폭발 충격의 크기이다.

합동조사단은 외부에서 폭발로 야기된 충격파나 버블이(또는 둘 다) 천안함을 절단시킬 수 있었는지, 물기둥이나 선원의 내·외상, 금속 파편 잔류 없이 충격파나 버블을 어떻게 생성시켰는지를 시원히 규명해줄 것으로 기대한다.

어뢰 등의 폭발물이 천안함 인근에서 폭발했다면 선박을 절단시킬 만한 충격파로 인한 충격은 천안함에 설치되어 있는 무기체계와 기기 등에도 충격을 주게 된다. 이 충격 때문에 설치물들이 손상되거나, 특히 선박의 운항에 사활적이지 않은 기기들은 원위치에서 이탈하기도 한다. 선박은 길고 구조와 재질이 복합적이기 때문에 선박 부착물들이 받는 충격효과는 일정한 패턴을 보이게 된다. 천안함에 배치되어 있던 무기체계와 기기의 상태는 어떠한가? 이러한 패턴과 일치하는가?

■ 정황적 증거

1. 북의 동기와 목적

모든 범행에는 동기가 있고, 군사작전에는 목적이 있다. 북한이 천안함을 침몰시켰다면 북의 동기와 목적이 밝혀져야 할 것이다.

언론은 북이 지난 11월 대청해전에서 패배한 뒤 '복수전'을 다졌고 '게릴라전훈련'을 지속해왔다고 보도한 바 있다. 한국 해군이 대청해전을 '승리'로 인식하고 있으므로 한국의 입장에서 이렇게 얘기하는 것은 이해할 만하다.

그러나 북의 동기를 알기 위해서는 북의 인식을 봐야 한다는 것은 상식이다. 그런 면에서 북은 작년 11월의 대청해전을 '승리'로 자축하고 있다는 점은 유념할 필요가 있다. 12월 김정일 위원장 인민군 최고사령관 추대 18주년 기념프로그램에 대청해전에 참가했다는 북한 해군들이 출연 "적들의 사령탑이 보기 좋게 날아가고 선체의 구멍이 펑펑 뚫리는 것을 보았을 때, 우리는 막 사기가 나고 통쾌하기 그지없었습니다"라고까지 선전을 했다.

'승리'했다고 선전을 하고, 그것도 최고사령과 추대기념프로그램에서 선전을 한 전투에 대해 보복을 한다는 것은 앞뒤가 맞지 않아 보인다. 합동조사단은 북의 동기가 무엇이라고 보는가?

2. 한미연합사의 대응

천안함 사건은 한미연합훈련이 독수리훈련 기간 중 일어났기 때문에 온갖 소문과 유언비어를 초래했다. 이러한 풍문을 불식시키기 위해서도 합동조사단은 독수리훈련과 한미연합사의 대응태세 중 천안함과 관련 있는 부분들은 공개할 것으로 기대한다.

한미연합사가 공동으로 야전훈련을 하는 와중에, 훈련지역 또는 그 인접지역에서 북한의 공격을 받았다면 한미동맹이 중대한 타격을 받은 것이기 때문이다. 이는 한미동맹에 대한 한국민의 신뢰에 부정적인 영향을 줄 수도 있는 중대한 사안이다.

이번 독수리훈련 중 동해에서는 이지스함 존 매케인함과 머스틴함이 동해항에서 출항해 훈련에 참가했고, 남해에서는 미 7함대 기함인 블루릿지함 및 이지스함 샤일로함과 핵잠수함 콜럼비아가 진해항에서 출항했고, 서해에서는 이지스함 라센함과 커티스 윌버함이 평택항에서 출항해 훈련을 벌이고 있었다.

한국 해군은 서해에 이지스함 세종대왕함과, 최신예 전투함인 최영함, 윤영하함이 훈련에 참가했고, 잠수함 최무선함도 콜럼비아함과 연합훈련을 하고 있었다. 이 훈련에는 이미 한국에 배치되어 있는 미군뿐만 아니라 미 본토와 일본 등에 있는 미군 8000여 명이 참가했다.

즉 한미연합사는 동·서·남해에서 해군력을 총동원하다시피 하여 훈련을 벌이고 있었고, 특히 서해에는 미 이지스함 2척과 한국 이지스함 1척을 포함한 최첨단 해군력이 집중되어 있었다. 평상시도 아니고 최첨단 해군력이 가동하는 상태에는 호위함과 초계함이 기함과 이지스함을 호위하고, 대잠함 헬기와 정찰기와 초계기가 동원되어 잠수함 등의 동향을 감시한다.

이러한 상황에서 북의 잠수함이 침투했다면, 천안함과 라센함 및 커티스 윌버함, 세종대왕함 사이로 침투하고도 발각되지 않은 이유는 무엇인가? 또 천안함이 북의 잠수함을 사전 포착하지 못했더라도 어뢰가 인근에서 폭발할 때까지 이를 감지하지 못한 이유는 무엇이었는가?

천안함이 피해를 입은 이후에도 한미연합사는 잠수함의 위치와 이동경로를 파악하지 못했는가? 그렇다면 그 이유는 무엇인가? 파악했다면 그 잠수함을 차단, 파괴하지 못한 이유는 무엇인가?

* 필자 서재정 교수는 서울대 물리학과 재학중 미국으로 건너가 시카고대학에서 물리학과를 졸업하고 팬실베이니아대학에서 정치학 석·박사를 받은 후 현재 워싱턴 D.C.에 있는 존스홉킨스대학 교수로 재직중이다.