마흔세 번째 책 : 드디어 만나는 천문학

칼 세이건의 코스모스를 완독 한 적이 있습니다. 덕 분에 이 책이 더욱 쉽고 재미있게 다가옵니다.

이후 국내 천문학자 책도 추가로 읽은 기억이 있는데 심채경 박사의 책이었습니다. 그때 남은 문장이 있는데, '뭐라도 해야지 뭐라도 된다'라는 글귀입니다. 가끔씩 일 할 때 써 먹고 있습니다.

하늘의 별 관련 세 번째 책입니다.
우주란 단지 먼 얘기가 아니라 지금 이 순간 우리가 관측하고 이해할 수 있는 존재이며, 과학과 기술의 진보 속에서 인간 호기심이 새로운 질문을 만들고 우주관을 바꾼다는 사실을 다시금 깨우치게 합니다.

행성'이라는 이름에 담긴 뜻

초기 그리스 천문학자들은 하늘을 떠도는 별을 가리켜 '방랑자들 Planetes'이라고 불렀습니다. 이 말이 후대에 '행성 Planet, 行星'이라는 단어로 정착되었습니다.

태양계를 구성하는 것들 29

태양풍에 의해 날아가던 뜨거운 입자가 태양계의 끝에서 더 이상 날아가지 않고 외부 우주에서 날아오는 전자와 이온 등 입자와 충돌하며 형성하는 거대한 경계면을 '태양권 계면 Heliopause'이라고 합니다. 보이저 1호는 2012년에 이 태양권 계면을 통과하며 인류 최초로 성간 공간에 진입했다고 발표했습니다. 이 지점을 지나면태양풍의 영향은 멈추고, 본격적인 성간 공간 Interstellar Space이 시작됩니다. 다만, 태양의 중력 자체는 이보다 훨씬 더 먼 거리까지 영향을 미치며, 이론적으로는 수십만 천문단위 AU 너머까지도 태양계의 일원으로 간주되는 천체가 존재할 수 있습니다.


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반짝반짝 빛나는 지구의 쌍둥이
이산화탄소로 가득한 금성

금성은 하늘에서 매우 밝게 빛납니다. 초저녁에 서쪽 하늘을 올려다보면 종종 달 옆에서 유난히 반짝이는 것을 볼 수 있는데, 바로 그 별이 금성이지요. 금성은 샛별, 비너스 또는 개밥바라기라는 여러 이름으로 불립니다.

금성이 다른 행성보다 밝게 보이는 이유는 지구와 가까운 이웃 행성이며, 햇빛을 반사하는 구름에 이루어져 있기 때문입니다. 금성에는 두터운 대기가 있는데 대부분 태양의 열을 보존하는 온실 기체, 이산화탄소로 이루어져 있습니다.

금성 표면은 험준한 사막 지형으로 이루어져 있습니다. 금성은 460도에 달하는 표면 온도와 지구의 90배에 달하는 기압 때문에 생명체가 존재할 수 없는 척박한 곳이지만, 크기와 밀도가 지구와 비슷해 종종 지구의 '쌍둥이 별'이라고 불립니다.

52 드디어 만나는 천문학 수업

지구 표면의 약 4분의 3은 바다, 호수, 강 등 물의 형태로 덮여 있습니다. 이를 '수권 Hydrosphere'이라고 합니다. 해양은 장단기적인 기후와 날씨에 영향을 미치고, 공기·바다· 땅 사이에서 탄소가 적절히 순환하도록 돕습니다. 해양은 여전히 인류에게 미지의 영역으로 남아 있는 지구의 마지막 개척지입니다. 해양학자들에 따르면, 지금까지 탐사된 해저는 전체의 약 5퍼센트에 불과하다고 합니다. 많은 과학자들은 해양과 수권에 생명의 기원을 밝힐 단서가 숨어 있을 것으로 보고, 다른 행성에서는 찾기 어려운 이 독특한 환경을 집중적으로 연구하고 있습니다.

한 걸음 더 : 바다는 어디에서 왔을까요?

지구 형성 초기에는 바다가 없었습니다. 생명의 원천이기도 한 물은 도대체 어떻게 생겨난 것일까요? 한 학설에 따르면 바다는 '혜성 핵 Cometary nucleus'이라고 불리는 거대한 얼음 덩어리 폭격으로 지구에 전해졌다고 합니다. 태양계에서 행성이 형성되는 동안 주변을 떠돌던 많은 혜성이 지구와 충돌했던 것이지요.

그러나 지구에 자체적인 물 공급원이 있었을 가능성도 무시할 수 없습니다. 앞에서 지구가 탄생 초기에 다양한 원시 성운 파편과 부딪혔다고 설명했지요. 이때 물과 얼음이 포함된 잔해와 부딪혔을 수도 있습니다. 즉 바다는 지구가 생성될 때 이미 지구를 구성하고 있던 초기 암석이나 파편에서 나온 물로 형성되었을 수도 있지요.


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한 걸음 더

목성의 대적점

목성의 대적점

목성 상층 구름 꼭대기에서 부는 바람은 지구의 사이클론과 비슷한 어마어마한 폭풍을 일으킵니다. 다만 사이클론이 저기압으로 인해 발생한다면 목성의 폭풍은 고기압에서 발생하는 '안티사이클론'이 라고 볼 수 있습니다. 1665년 이탈리아 태생의 프랑스 천문학자 조 반니 도메니코 카시니 Giovanni Domenico Cassini에 의해 최초로 관 측되었으니 목성의 대적점을 만든 이 폭풍은 최소 350년 동안 계속되고 있는 셈입니다.

목성의 대적점은 매우 거대합니다. 지구가 3개는 들어갈 수 있을 정도의 규모지요. 대적점은 붉은 인과 약간의 황, 그리고 다른 유기 화합물이 섞여 화려한 색을 띱니다. 주로 붉은빛이지만 때로는 누렇게 변하고, 가끔은 아주 희미해지기도 합니다. 많은 천문학자들이 대적점을 놀라운 현상으로 여기며 꾸준히 관측하고 있습니다.

85 우리 은하 내 산개 성단들

100억 년 이상의 긴 시간 동안 성단들은 별을 만들어 은하로, 우주로 흩뿌렸습니다. 이 별들이 소멸하며 남긴 잔해는 다시 분자 구름에 흡수되어 새로운 별을 형성했지요.

산개 성단은 우리 은하의 기본 구성 요소입니다. 나선형으로 뻗은 우리 은하의 팔 부분 전체에 산개 성단이 흩어져 있습니다. 우리 은하에는 1,000개 이상의 산개 성단이 분포하고 있습니다. 심지어 1만 개가 넘을 것이라는 예측도 있지요. 지구에서 관측할 수 있는 가장 유명한 산개 성단은 다음과 같습니다.

플레이아데스 성단
페르세우스 이중성단
프레세페 성단
보석상자 성단

폴레이아데스 성단은 고대부터 관측되어 왔으며, 지구에서 약 440광년 거리에 있습니다. 별이 몹시 많아 맨눈으로도 관측 가능 하지요. 페르세우스 이중성단은 두 성단 사이가 비교적 가까워 마치 하나의 성단처럼 보입니다. 프레세페 성단은 게자리 방향에 있는 성단으로 맨눈으로 보면 마치 작고 흐릿한 천체 하나처럼 보이기도 합니다. 그렇지만 망원경으로 자세히 관측하면 별들이 무리를 이루고 있는 것이 보입니다.

하늘을 수놓는 아름다운 별의 무리

157.

한 걸음 더 : 플레이아데스 성단의 일곱 자매별

지구에서 가장 가까운 산개 성단 중 하나인 플레이아데스 성단은 약 1억 년 전에 형성되어 천문학적으로 상당히 어린 성단입니다. 매우 뜨겁고 밝은 청색 별들이 두드러지게 보이지요. 맑은 날 플레이아데 스 성단을 관측하면 유독 밝은 7개의 별이 보입니다. 이들은 그리스 신화 속에 등장한, 어깨로 세상을 떠받들고 있는 거인족 아틀라스의 일곱 딸에서 영감을 받아 '일곱 자매별'이라고 이름 붙여졌습니다. 플레이아데스 성단의 별들은 앞으로 2억 5,000만 년간 은하를 가로질러 오리온자리 근처로 이동할 것입니다. 그 과정에서 중력이 약해지면 서로 조금씩 멀어지거나 흩어지면서 말이지요.

158 드디어 만나는 천문학 수업

아인슈타인 십자가

+ 아인슈타인 십자가

지구에서 약 100억 광년 정도 떨어진 먼 우주에 'QSO 2237+0305'라는 퀘이사가 있다. 지구에서는 중력 렌즈 효과로 인해 퀘이사의 상이 4개로 보이는데 이 현상을 '아인슈타인 십자가'라고 한다.

중력 렌즈의 종류

중력 렌즈 현상은 '강한 중력 렌즈', '약한 중력 렌즈', '미세 중력 렌 즈' 등 셋으로 나눌 수 있습니다.

강한 중력렌즈: 먼 천체에서 나온 빛이 상당히 가깝고 질량이 큰 천체를 지나가며 왜곡이 매우 뚜렷하게 일어나는 현상. 이때는 빛이 무거운 천체의 경로를 따라 흐르며 휘어져 종종 고리 모양의 상으로 보이거나 (아인슈타인 고리), 심지어 중력 렌즈 효과를 일으키는 천체 중심 주변부 동일한 여러 개의 상으로 보인다(아인슈타인 십자가). 주로 거대하고 무거운 은하단에 의해 발생한다.

자연이 만들어낸 왜곡된 망원경, 195

+ 웜홀 상상도

멀리 떨어진 두 영역 사이에 통로나 다리가 있기 위해서는 시공간이 '접혀야' 한다. 이런 현상은 이론적으로는 가능하지만 아직 우주에서 발견되지는 않았다.

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모든 물체를 뱉어내는 입구를 연결하는 통로를 가리킵니다. 웜홀은 한마디로 우주 시공간의 벽에 난 구멍에 비유할 수 있지요. 두 지점 사이 공간을 실제로 가로지르지 않고도 한 지점에서 다른 지점으로 이동하는 통로 말입니다. 웜홀이 성립하기 위해서는 무언가가 그 공간을 '접어야 하는데, 이를 위해서는 어마어마한 중력이 필요합니다. 블랙홀은 주변의 시공간을 뒤틀 정도로 어마어마한 중력을 지니고 있습니다. 만약 블랙홀이 공간을 휘게 할 수 있다면, 이론적으로 휘어진 시공간을 따라 웜홀도 형성될 수 있지요.

드디어 만나는 천문학 수업
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천문학의 탄생: 별이 빛나는 밤에

수렵과 채집을 하며 살아가는 고대 원시인이 되었다고 상상해 봅시다. 밤이 오면 추위와 맹수를 피해 가족들과 함께 바위 동굴에 몸을 숨깁니다. 그러다 아이들이 배가 고프고 목이 마르다고 울면 먹고 마실 것을 찾으러 동굴 바깥으로 나갈 것입니다.

어느 날 밤, 평소처럼 동굴 주변을 배회하다가 우연히 고개를 들어 밤하늘의 찬란한 광경을 발견합니다. 작고 밝은 빛이 당신을 향 해 반짝이고, 유독 크게 보이는 노랗고 손톱 같은 것이 하늘에 둥둥 떠 있습니다. 구름이 스쳐가며 이들이 나타났다 사라지길 반복하지요. 이 모든 것을 어떻게 해석해야 할까요?

태초의 인류에게 밤하늘은 아름다운 미지의 세상이었을 것입니다. 분명 눈에 보이지만 아무리 손을 뻗어도 잡히지 않는 반짝이는 별들을 바라보며 어떤 것은 매일 비슷한 위치에서 반짝이고 다른 것은 일정한 방향으로 이동한다는 것을 알아차리겠지요. 여기에서 영감을 받아 동굴 벽에 그림을 그리거나 동물 가죽에 기록을 남기고 싶어 질지도 모릅니다. 고대인들은 그런 방식으로 다른 사람들과 별의 존재에 대해 토론하고, 이를 생존에 필요한 지식으로 바꿀 수도 있었습니다.

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드디어 만나는 천문학 수업


골디락스 영역: 생명체가 거주할 수 있는 곳

천문학에는 '골디락스 영역 Goldilocks Zone'이라는 개념이 있습니다. 골디락스는 영국의 동화 '골디락스와 곰 세 마리'에 등장하는 주인공 소녀의 이름인데, '너무 뜨겁지도 차갑지도 않은 적절한 정도'를 뜻합니다. 쉽게 말해 천문학에서 골디락스 영역은 ‘너무 극단적이지 않아 생명체가 거주할 수 있는 곳'을 뜻하지요. 태양계를 기준으로 봤을 때, 태양에서 1~3천 문 단위 AU 내에 속한 금성과 화성, 지

지구가 골디락스 영역에 해당합니다.

태양계 외부나 은하로 확장하면 골디락스 영역은 조금 달라집니다. 항성 주변에 위치해 빛을 받는 동시에 표면에 액체 상태의 물 이 있을 만큼 따뜻하고, 생명체의 서식지가 될 수 있도록 적절히 규모가 있고 항성을 기준으로 딱 맞는 궤도를 도는 곳을 뜻하지요.

미지의 영역, 우주생물학
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