[브릿지경제의 ‘신간(新刊) 베껴읽기’] 한국천문연구원 '90일 밤의 우주'

(사진출처=게티이미지)

‘한국천문연구원’ 소속 천문학자 8명이 들려주는 경이롭고 신기한 우주 이야기다. 별과 은하, 태양계, 우주 탐사, 외계 행성의 흥미진진한 이야기와 함께 생생하고 다양한 우주 사진들을 올 컬러로 제공해 흥미로움을 더해 준다. 우리가 우주의 아주 작은 일부분이며, 소름 돋을 정도로 절묘한 우주의 원리에 의지해 살아가는 생명체라는 사실을 새삼 일깨워 준다.

90일 밤의 우주｜김명진, 김상혁, 노경민, 신지혜, 이우경｜동양북스

◇ 별 무리 ‘은하’, 그리고 지구와 달

제임스웹(JWST) 우주망원경에 포착한 은하단 'SMACS 0723'.(출처=NASA·연합)

거대한 중력장에 한데 묶여 빛을 내는 ‘은하’는 우주에 수천억 개가 존재할 것으로 추산된다. 크기는 일반적으로 10만 광년(약 9.5조㎞)이다. 1광년은 빛의 1년 이동 거리다. 은하 간 거리는 100만 광년에 이른다. 은하수의 본 모습을 처음 밝혀낸 사람은 갈릴레오 갈릴레이다. 그는 흐릿하고 뿌연 은하수가 실제로는 별들이 촘촘히 박혀 있는 별 무리 임을 알아냈다.

별은 ‘스스로, 수소로 타서 빛을 내는 천체’를 말한다. 수소가 매우 높은 온도와 압력을 만나면 좀더 무거운 헬륨으로 바뀌는 핵융합 반응이 일어나는데, 이 때 폭탄 터지듯 열과 빛을 내는 덕분에 별이 반짝이는 것이다. 별의 이름을 지정하는 공식 기구는 IAU(국제천문연맹) 뿐이다. 2019년 공모전에서 한국인 천문학자가 발견한 행성에 ‘백두’와 ‘한라’가 붙여지기도 했다.

달은 중력으로 지구를 붙잡고 있다. 그렇지 않다면 23.5도인 지구의 자전축은 0~85도까지 급변할 수 있다. 자전축이 요동치면 적도와 극지방이 뒤바뀔 수도 있다. 이 절묘한 기울어짐은 소행성과의 충돌 덕분이다. 화성도 25도 정도 기울기지만 11~49도 사이에서 크게 흔들리는 탓에 안정된 기후 환경이 불가능하다. 우리 눈에 보름달이 더 커보이는 것은 달이 지구 주위를 타원 궤도로 돌기 때문이다. 지구 그림자에 달이 완전히 가리는 것을 개기월식이라 한다. 달이 붉게 보여 ‘레드 문’, ‘블러드 문’으로도 불린다. 다음 개기일식은 2025년 9월 8일이다. 한 달에 보름달이 두번 뜨는 것을 ‘블루 문’이라고 한다.

◇ 태양계와 천체

JWST 촬영 1주년 기념사진. 별의 탄생을 세밀하고도 인상주의적인 질감으로 담아냈다.(출처=NASA·연합)

태양계의 행성은 8개다. 국제천문연맹(IAU)에서 2006년 명왕성을 뺐다. 금성은 가장 밝은 시리우스별보다 20배나 밝다. 수성도 밝지만 관측이 어렵다. 화성은 인류의 다음 정복지로 꼽힌다. 목성은 화성보다 서너 배나 멀지만 크고 무거워 밝게 빛나 보인다. 토성까지는 맑은 날에 맨 눈으로 볼 수 있지만 천왕성과 해왕성은 어렵다.

‘혜성’은 타원이나 포물선 궤도로 태양 주위를 돈다. 먼지와 얼음, 암석, 가스로 이뤄져 있다. 태양에 가까울 수록 반대편으로 꼬리 모양이 생긴다. ‘유성’ 별똥별은 먼지 입자들이 떠돌다 대기권에 부딪쳐 마찰 때문에 빛난다. 비처럼 떨어지는 유성우는 혜성이나 소행성이 지나간 우주 공간을 지구가 통과하면서 나타나는 현상이다. 운석은 대기권에 진입한 자연 우주 물체가 다 타지 않고 땅에 떨어진 것을 말한다. 값나가는 운석들도 많다. 돌과 철이 적절하게 섞인 ‘석철질운석’은 발견되는 비율이 1%도 안되고, 철과 니켈 같은 금속 사이에 감람석이라는 독특한 빛깔의 광물까지 섞여 보석의 원석으로도 사용된다.

천체 망원경의 성능은 빛을 모으는 ‘집광력’과 멀리 떨어진 물체를 구별하는 ‘분해능’으로 평가된다. 빛을 받는 거울인 ‘주경’이 넓을수록 좋은 망원경이다. 현재 광학 망원경 중 주경이 가장 넓은 망원경은 지름 10.4m의 스페인 그란카나리아 망원경(GTC)이다. 우리가 참여해 칠레 아타카마 사막에 조성 중인 거대 마젤란 망원경(GMT)은 지름이 25.4m에 이른다.

◇ 우주와 별

JWST가 찍은 젊은 별 포말하우트를 둘러 싼 먼지 투성이 파편 원반의 이미지.(출처=NASA·연합)

태양-달-지구가 일직선에 놓여 달이 태양을 가리는 게 ‘개기일식’이다. 일부만 가리면 부분일식, 가장자리만 남기고 가리면 금환일식이다. 한반도 다음 개기일식은 2035년 9월 2일로 관측된다. 오로라는 지구 바깥의 강력한 에너지 입자로 생긴다. 갑자기 밝아지며 빠르게 움직이면 태양 폭발로 강력한 입자들이 지구로 쏟아져 들어와 GPS 시스템에 문제를 일으킨다.

지구 대류권에서는 구름과 비 같은 날씨 현상이 일어난다. 성층권은 태양의 강력한 자외선을 막아주는 오존층이다. 지상에서 가장 먼 열권은 90㎞ 상공에서 1000㎞까지 공간을 지칭한다. 우주의 시작이라는 ‘카르멘 라인’이 이곳에 있으며, 인공위성이 다니는 길이다.

우리나라는 전체 국토의 89.4%가 빛 공해지역이다. 전국 70여 곳에 천문대가 있지만 가장 조건이 좋다는 소백산 천문대와 보현산 천문대도 1년 중 관측 가능한 날이 130~170일에 불과하다. 그래서 우리도 330일 관찰이 가능한 하와이 마우나케아산 등에 연구용 천문대를 운용 중이다.

◇ 우주탐사

처녀자리 방향으로 26광년 떨어져 있는 적색 왜성을 공전하는 암석 외계 행성.(출처=NASA·연합)

NASA(미 항공우주국)는 총 10기의 무인 탐사선을 수성과 금성, 화성에 보냈다. 11호와 12호부터는 목성과 토성을 탐사하는 ‘보이저 프로그램’으로 진행됐다. 보이저 1호와 2호는 지금까지 5만 장의 사진과 각종 우주 데이터를 보내오고 있다. 핵 전지 수명이 다하는 2025년 경이면 더 이상 교신이 불가능할 전망이다. 화성은 영상 20도와 영하 150도 정도를 오르내리는 행성이다. ‘로버’라는 바퀴 달린 착륙선 두 대가 하루 100m도 안되는 거리지만 이리저리 탐험 중이다. 드론 크기의 소형 헬리콥터 ‘인저뉴어티’도 운행되고 있다. 아폴로 17호를 끝으로 중단되었던 인류의 달 유인 탐사는 여성 우주인을 보내는 ‘아르테미스’ 프로젝트로 곧 재개될 전망이다.

인류는 우주 정복을 꿈꾸며 우주에 정거장을 만들었다. 미국과 러시아가 1998년에 함께 만든 국제우주정거장(ISS)은 400㎞ 상공에서 지구를 1시간 반에 한 바퀴씩 돈다. 이곳에 물자를 보내는 우주왕복선 프로그램은 2011년 아틀랜타를 끝으로 중단되었다가 민간기업 ‘스페이스 엑스’의 재사용 가능 로켓 ‘펠컨9’ 개발 성공으로 새로운 전기가 마련되었다.

◇ “지구를 지켜라”

국제 우주정거장에서 촬영한 지구.(출처=NASA·연합)

인류 최초의 지구 방위 실험 ‘다트(DART) 프로젝트’는 쌍소행성 궤도 변경 실험이었다. 탐사선이 소행성을 직접 충돌해 그 궤도가 얼마나 변하는 지 실험했다. 지구를 지키기 위한 이런 노력은 1994년 7월 슈메이커-레비9 혜성과 목성이 충돌하는 충격적인 사건을 계기로 본격화됐다. NASA는 2002년부터 지구 근처의 모든 소행성 궤도를 100년 간 시뮬레이션 하며 지구와 충돌 가능성을 상시 감시한다. 향후 100년 동안 지구 충돌 확률이 5% 이상인 것은 아직 발견되지 않았다고 한다. 2029년 4월 13일에 400m 크기의 ‘아포피스’ 소행성이 지구와 충돌할 수 있다고 해 긴장했으나 지구 뺨을 ‘스치듯’ 지나간다는 결론이 났다.

◇ ‘우주여행’, 그리고 선각자들

(사진출처=게티이미지)

우주여행은 리처드 브랜슨 회장의 ‘버진 갤럭틱’이 열었다. 보잉 747을 개조한 특수 항공기에 태워 약 86㎞ 상공에서 무중력에 가까운 우주를 경험했다. 제프 베이조스의 ‘블루 오리진’은 재활용이 되는 뉴 셰퍼드라는 우주 발사체로 승객이 탄 캡슐을 100㎞ 이상 상공까지 올려 보냈다. 일론 머스크의 ‘스페이스 엑스’는 인공위성이 지나다니는 575㎞ 고도에서 사흘동안 우주를 만끽했다.

인공위성들은 전력을 태양광 발전에서 얻는다. 하지만 대기와 구름 탓에 원래의 25% 밖에 얻지 못한다. 거대한 태양 패널을 단 인공위성을 쏘아 올려 태양 에너지를 얻겠다는 ‘우주 태양광 발전’ 구상이 나온 이유다. 비용과 노력에 비해 경제성이 떨어져 진전이 더뎠으나 재활용 로켓 개발을 계기로 미국과 유럽, 일본, 중국이 앞다퉈 진출하고 있다.

스티븐 호킹은 질량은 무겁지만 크기는 원자보다 작은 ‘미니 블랙홀’의 존재 가능성을 제기했다. 호주의 전파 천문학자 존 오설리번이 미니 블랙홀 폭발 때 나오는 전파 신호를 관측하겠다고 덤볐다가 실패했다. 하지만 덕분에 무선통신 표준 기술인 ‘와이파이’가 구현되어 전 세계 50억 개 이상의 무선장치에 적용되고 초음파 및 컴퓨터 단층 촬영(CT)에까지 널리 활용되고 있다. SF(공상과학) 소설의 거장인 아서 C.클라크는 특정 궤도에 지구 자전과 같은 속도로 인공위성을 올려두면 정지해 떠 있는 것처럼 보일 것이란 아이디어를 냈다. 이 발상은 정치궤도 인공위성으로 실현되었다. 선각자들의 상상력이 우주에서 하나씩 현실이 되어가고 있다.

※ 출처 : 브릿지경제 (https://www.viva100.com/main/view.php?key=20230701010000075)