우리 은하계는 지름 10만 광년에 달하는 거대한 나선 은하로 우리 은하를 포함한 국부 은하군에서 안드로메다 은하에 이어 두 번째로 큰 은하다. 우리 은하 안에는 태양 같은 별이 적어도 1,000억 개 이상 존재하는 것으로 추산된다. 안드로메다 은하는 1조 개에 달하는 것으로 추정된다. 하지만 우주는 넓고 이보다 더 거대한 초거대 은하 역시 여럿 존재한다. 그러나 은하가 커질수록 경계가 불분명할 뿐 아니라 대부분의 거대 은하가 아주 멀리 떨어져 있어 정확한 크기를 측정하기 쉽지 않다. 지금까지 관측된 가장 큰 은하가 정확히 무엇이냐고 물어보면 과학자들도 쉽게 대답할 수 없는 이유다. 카나리아 제도 천체물리학 연구소의 카를로스 마레로-데 라 로사와 동료들은 가장 거대한 은하의 후보인 IC 1101을 아이작 뉴턴 망원경(INT)의 광시야 카메라로 자세히 관측했다. IC 1101은 Abell 2029 은하단의 중심에 있는 초거대 타원 은하로, 지구로부터 약 10억 광년 떨어져 있다. 과거 관측에서 IC 1101은 수많은 별을 지닌 초거대 은하로 알려져 있었지만, 경계가 불분명해 정확한 지름은 측정하기 힘들었다. IC 1101은 밝은 은하단 은하(BCGs)의 일종으로 주변 은하를 흡수하면서 커졌고 주변에는 여전히 많은 가스와 다른 은하가 있어 경계부를 정확히 측정하기 쉽지 않다. 연구팀은 멀리 떨어진 은하의 정확한 경계를 측정하기 위해 관측을 방해하는 가까운 별의 빛을 차단할 수 있는 방법을 고안했다. 연구팀은 밝기가 다른 수십 개의 기준별을 사용해서 망원경의 점 확산 함수에 대한 상세한 모델을 구축한 후 IC 1101의 최종 이미지에서 250개 이상의 별에서 산란된 빛을 하나씩 제거해 희미한 경계 구조를 확인했다. 그 결과 IC 1101의 지름은 우리 은하의 17배에 달하는 520킬로파섹(170만 광년)으로 확인됐다. 그리고 은하에 포함된 항성의 총 질량은 대략 3조 4000억 태양 질량으로 추정된다. 은하 질량의 대부분이 암흑물질이고 별과 가스는 보통 20% 미만인 점을 생각하면 엄청난 크기다. 더욱 놀라운 점은 이 은하가 성장을 계속하고 있다는 점이다. 중력을 통해 주변 은하와 물질을 계속 흡수하고 있기 때문에 IC 1101은 미래에는 더 거대한 크기로 성장할 것으로 보인다. 하지만 광활한 우주에는 IC 1101처럼 초거대 은하가 여럿 존재한다. 그리고 그중 일부는 이보다 더 클지도 모른다. 연구팀이 개발한 새로운 관측 기술은 앞으로 이런 초거대 은하를 연구하는 데 중요한 정보를 제공할 것으로 기대된다.

태양계에서 가장 가까운 이웃별은 ‘알파 센타우리 삼중성계’다. 2개의 별이 서로를 공전하는 ‘알파 센타우리 A·B’ 주변을 작은 적색왜성인 ‘프록시마 센타우리’가 공전하고 있다. 프록시마 센타우리b는 지구형 외계 행성을 거느리고 있어 현재 과학계에서 초미의 관심사가 되고 있다. 하지만 이에 비해 상대적으로 주목을 받지 못한 행성계가 바로 두 번째로 가까운 별인 ‘버나드 별 행성계’다. 버나드 별은 지구에서 5.96광년 떨어져 있는데, 너무 어두워서 천문학자들도 1916년에야 이 별을 발견했을 정도이다. 버나드 별의 질량은 태양의 16%에 불과한 수준이다. 그런데 과학자들은 최근 이 버나드 별이 생각보다 많은 행성을 거느리고 있다는 사실을 발견했다. 지난해에 발견된 4개 행성은 모두 지구와 금성보다 작지만 화성보다는 큰 암석형 행성들로 버나드 별 주변에 바짝 붙어 공전하고 있다. 공전 주기는 가장 안쪽 행성은 2.3일, 가장 긴 행성도 6.7일에 불과하다. 가장 안쪽에서 바깥쪽 행성의 공전궤도 거리는 300만km에 불과하다. 버나드 행성계의 가장 바깥쪽 행성조차도 수성보다 10배나 더 가까이 모항성을 공전한다. 이렇게 별에 바짝 붙어 공전하는 특징 때문에 과학자들은 버나드 행성계의 외계 행성계를 연구하는 데 어려움을 겪고 있다. 행성의 희미한 빛이 강한 별빛에 가려 직접 관측이 매우 어렵기 때문이다. 케임브리지 천문학 연구소의 잰더 번과 동료들은 행성 대신 버나드 별의 화학적 구성을 분석해 버나드 행성계에 대한 중요한 정보를 알아냈다. 행성은 별이 생성될 때 같은 분자 구름에서 나온 물질이 주변에 모여 생성된다. 따라서 별의 구성 성분을 분석하면 행성의 구성 성분도 어느 정도 유추할 수 있다. 연구팀은 버나드 별이 마그네슘이 매우 풍부하다는 점에 주목했다. 마그네슘은 지구에서 ‘감람석’과 같은 암석을 만드는 주요 원소다. 감람석은 마그네슘과 철이 포함된 규산염 광물로 지구 내부 상부 맨틀을 구성하는 주요 광물이다. 하지만 연구팀에 따르면 버나드 행성계의 환경에서 마그네슘은 염화 광물인 ‘페리클라세’ 형태로 존재할 가능성이 높다. 감람석은 지구에서 물을 저장하는 주요 광물이지만, 페리클라세는 물을 잘 저장하지 않기 때문에 연구팀은 이 행성들이 지구와 달리 건조한 행성일 가능성이 높다고 보고 있다. 더 나아가 별에서 너무 가까운 탓에 강한 항성풍에 의해 대기가 모두 날아가 생명체가 살 수 없는 뜨겁고 건조한 행성일 가능성이 크다. 그런데 더 흥미로운 대목은 이렇게 좁은 공간에 조밀하게 4개의 행성이 존재하는데도 충돌하지 않고 안정적으로 공전하고 있다는 것이다. 버나드 별의 나이는 거의 100억 년에 가까운 것으로 추정되기 때문에 행성계의 나이도 비슷하다면 아주 오랜 세월 잘 유지된 셈이다. 연구팀은 그 이유로 마치 악보처럼 박자에 맞춰 움직이는 행성계의 공명을 들었다. 안쪽 세 행성의 공전 주기는 9:12:16의 비율을 이루는데, 덕분에 완벽한 하모니를 이루면서 오랜 세월 부딪히지 않고 공전할 수 있다. 참고로 이 행성들은 공전 주기와 자전 주기가 동조화되는 조석 고정까지 이뤄져서 행성의 한쪽은 영원히 별을 바라보는 낮이고 반대쪽은 영원한 밤이다. 버나드 행성계 자체는 생명체가 살 수 없는 환경이지만, 가까운 거리에 이렇게 암석 행성이 흔하다는 점은 우리가 아직 발견하지 못한 지구형 행성들이 다수 존재할 수 있다는 점을 시사한다. 그리고 그 가운데 지구처럼 생명체가 살 수 있는 행성 역시 존재할지도 모른다.

“이것은 위성인가 행성인가.” 1995년 외계행성이 처음 관측된 이후 지금까지 6000개가 넘는 행성이 발견됐지만 그 주변을 도는 외계위성의 존재가 확실히 입증된 사례는 한 건도 없었다. 그런데 최근 항성, 갈색왜성, 위성의 3단 계층 구조 시스템이 발견돼 천문학 교과서를 새로 쓰게 됐다. 칠레 디에고 포르탈레스대 천체물리학 연구소, 유럽 남방천문대(ESO), 외계 행성 연구센터(YEMS), 천체물리학 및 기술 연구센터(CATA), 이탈리아 파도바 천문대, 로마 토르 베르가타대, 로마 천문대, 파도바대, 미국 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터 공동 연구팀은 항성(별)을 공전하는 갈색왜성, 그 갈색왜성을 도는 위성으로 구성된 ‘3단 계층 구조 시스템’을 최초로 관측했다고 밝혔다. 갈색왜성을 도는 위성에 대한 명확한 분류 체계가 없기 때문에 이번에 발견한 천체가 외계행성인지 외계위성인지는 아직 불분명하다. 그러나 이번 발견은 지금까지는 발견되지 않았던 행성계 내 외계위성의 결정적 식별을 향한 중요한 도약의 발판이 될 수 있다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 7월 23일 자에 실렸다. 갈색왜성은 목성 질량의 13~80배이고 태양 질량의 약 1.2~8%로 행성보다는 크지만 스스로 빛나는 별이 되기에는 질량이 부족해 실패한 별로 불리는 천체다. 중심부에서 안정적인 수소 핵융합 반응을 일으키지 못해 희미한 적외선과 열만 방출한다. 지금까지 6000개 이상의 외계행성이 발견됐지만 외계위성이 확실하게 식별·확정된 사례는 한 건도 없었다. 연구팀은 ‘CD-35 2722 B’라고 불리는 갈색왜성 동반천체 주위를 도는 외계위성(exosatellite)의 증거를 발견했다. 이에 과거 태양과 유사한 항성 주위에서 최초의 외계행성을 발견할 때 사용했던 도플러 분광법을 활용해 2023년 10월부터 2026년 2월까지 이 갈색왜성을 모니터링했다. 연구 결과, 최소 1개 이상의 공전 위성이 보내는 것으로 보이는 주기적 신호가 드러났고 2개 위성을 가정하는 역학 모델은 극도로 불안정한 것으로 나타났다. 연구팀은 이 천체 시스템의 물리적 특성을 모델링한 결과 목성 질량보다 약간 작은 천체가 170일 주기로 갈색왜성을 돌고 있는 것을 확인했다. 이 천체는 3단 계층 구조 시스템의 마지막 구성 요소라는 위치상 위성으로 분류하는 것이 타당해 보일 수 있지만 천체의 크기가 행성급이고 항성이나 행성이 아닌 갈색왜성을 돌고 있기 때문에 단순히 ‘외계위성’(exomoon)이라고 부르는 것은 적절하지 않을 수 있다고 연구진은 지적했다. 외계행성을 도는 외계위성은 일반적인 위성으로 쉽게 설명할 수 있지만 갈색왜성을 도는 위성을 같은 이름으로 부를 수 있을지에 대해서는 아직 결정되지 않았다. 연구를 이끈 앨리스 주를로 칠레 디에고 포르탈레스대 교수는 “이번 연구는 시선속도 분석법이라고 불리는 도플러 분광법을 통해 외계위성을 확실하게 탐지할 수 있음을 입증했지만 외계위성에 대한 명확한 분류 체계 정립이 필요함을 시사한다”고 설명했다.

운전 시 역주행은 자칫 대형 사고로 이어질 수 있는 중대한 운전 과실이므로 만에 하나라도 발생하지 않게 주의해야 한다. 이는 행성의 위성 역시 마찬가지다. 거꾸로 공전하는 위성은 보통 외부에서 끼어든 존재인데, 대개는 충돌 위험성이 높아 오랜 시간 안정적으로 존재하기 어렵다. 태양계에서는 해왕성의 위성 트리톤 같은 일부 위성이 역행성 궤도를 지니고 있지만, 행성은 모두 순행 궤도를 돈다. 천문학자들은 행성급 천체는 대부분 별의 자전 방향과 같은 순행 궤도를 돌 것으로 예측했다. 행성 크기 천체가 외부에서 반대 방향으로 안정적으로 진입하기 힘들고 행성의 공전 방향이 반대가 되기도 힘들기 때문이다. 하지만 항상 예외는 있게 마련이다. 프린스턴 대학교의 주앙 에스피노자-레타말 연구팀은 천체물리학 저널 ‘레터스’에 외계 행성 TOI-1710b의 이례적인 궤도 특성을 분석한 연구 결과를 발표했다. 지구보다 20배 무겁고 지름은 5배 큰 ‘따뜻한 해왕성’급인 TOI-1710b는 단순히 궤도가 기울어진 수준을 넘어, 모항성의 자전축과 거의 180도 반대되는 방향으로 공전하고 있었다. 연구팀은 처음에 나사의 행성 관측 위성인 TESS와 유럽 우주국의 가이아 관측 위성으로 이 행성을 연구하던 중 공전 주기가 이상하다는 사실을 확인했다. 분석 결과 TOI-1710b의 공전 궤도면이 심하게 기울어졌을 뿐 아니라 아예 별의 자전과 반대 방향인 역행 방향으로 공전한다는 점을 확인했다. 보통 행성은 별 주위 형성된 원시 행성계 원반에서 가스와 먼지가 모여 형성되기 때문에 공전 방향이 별과 동일하다. TOI-1710b는 외부에서 끼어든 천체라고 보기에는 너무 가까운 궤도를 공전하기 때문에 연구팀은 다른 천체의 중력 간섭에 더 무게를 두고 가능한 시나리오를 분석했다. 첫 번째 후보는 지구-태양 거리의 3600배 떨어진 거리에 있는 동반성이다. 하지만 동반성은 작은 적색왜성이고 거리가 너무 멀어 직접적으로 TOI-1710b의 궤도를 뒤집기에는 중력 효과가 부족한 것으로 나타났다. 연구팀은 아직 발견되지 않은 제3의 천체가 중력적 다리 역할을 했을 것이라는 시나리오를 제시했다. 연구팀의 시뮬레이션 결과, 약 15AU 거리에서 공전하는 목성 질량의 약 5배에 달하는 가스 행성이 존재할 경우, 이 중간 행성이 멀리 떨어진 동반성의 중력을 받아 안쪽의 TOI-1710b를 끌어당기는 ‘중력 연쇄 반응’을 일으킬 수 있음이 확인됐다. 이 모델은 TOI-1710b의 궤도가 관측된 것처럼 원형을 유지하면서도 역행 궤도에 진입하는 조건을 정확히 충족했다. 연구팀은 향후 가이아 관측 위성의 고정밀 천체 측정 장비를 통해 별의 미세한 흔들림을 관측한다면, 이 숨겨진 거대 행성의 존재를 검증할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 숨은 행성을 발견할 경우 역행성 행성의 생성 과정을 파악할 뿐 아니라 숨은 거대 질량 행성을 찾아내는 새로운 방법이 될 수 있다. 우주의 역주행도 위험하긴 마찬가지이지만, 과학자들은 역주행 행성을 통해 새로운 사실을 대거 밝혀낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

母항성 적색거성 때는 거리 멀어왜성 된 이후 공전 궤도 이동한 듯300만㎞까지 근접해 127도 고온태양 수명 마친 뒤 천체 미래 암시 태양은 태어난 지 46억년 된 중년의 별이다. 태양이 태어나서 죽기까지 안정적으로 빛나는 기간은 대략 100억년으로 추정된다. 50억년 뒤 태양은 중심핵의 수소를 모두 소진하고 지금보다 100배 이상 부풀어 큰 적색거성이 된다. 이후 바깥층이 벗겨져 나가면서 지구만 한 크기의 고밀도 잔해인 백색왜성만 남게 된다. 이 과정에서 수성, 금성, 그리고 어쩌면 지구까지도 적색거성에 삼켜져 사라진다. 지구는 태양의 생명이 끝나는 50억년 뒤보다 훨씬 이른 약 10억~20억년 이후에는 이미 생명이 살 수 없는 행성으로 변하게 될 것으로 추정된다. 그렇다면 지구보다 더 멀리 떨어진 목성, 토성 같은 거대 가스형 행성은 태양이 죽은 뒤 어떤 운명을 맞게 될까. 영국, 미국, 캐나다 공동 연구팀은 지구에서 약 80광년 떨어진 백색왜성을 도는 목성 규모의 행성에서 사상 처음으로 대기를 검출해 50억년 뒤 태양계가 맞을 운명을 엿보는 데 성공했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 7월 2일 자에 실렸다. 연구팀은 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA), 캐나다우주청(CSA)이 함께 운용하는 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 죽은 별인 백색왜성 주변을 도는 목성 크기의 외계행성 ‘WD 1856b’가 백색왜성 앞을 가로지르는 통과 현상을 관측했다. 이를 통해 행성의 질량, 온도를 측정하고 행성 대기까지 검출했다. WD 1856b 행성은 2020년 외계행성 탐사 위성 TESS와 스피처 우주망원경으로 발견된 행성이다. 이 행성은 지구에서 80광년 떨어진 백색왜성 ‘WD 1856+534’ 주위를 돌고 있다. 크기는 목성만 하지만 행성이 공전하는 백색왜성은 크기가 지구 정도다. 행성이 모(母)항성보다 7배 크고, 지구-태양 거리의 50분의 1인 300만㎞에 불과하다. 백색왜성 주변을 이렇게 가깝게 돌면서 온전한 형태를 유지하는 행성은 WD 1856b가 처음이다. 그래서 연구자들은 ‘괴짜 행성’이라는 별명을 붙이기도 했다. 관측 결과, WD 1856b의 질량은 목성의 4.3~10.9배로 추정됐으며 행성의 온도는 처음 예상됐던 영하 113도가 아니라 영상 127도였다. 현재는 이만한 열을 낼 에너지원이 없다는 점에서 연구팀은 이 온도를 과거 어느 시점에 행성이 데워진 뒤 식고 있는 ‘잔열’로 보고 데워진 시점을 역산했다. 연구팀은 이를 바탕으로 두 가지 가설을 제시했다. 하나는 죽어 가던 모항성이 WD 1856b를 집어삼켰지만 그 안에서 살아남았다는 것이고, 다른 하나는 항성계의 다른 천체들의 중력 영향으로 행성이 적색거성의 영향권 밖으로 이동했다는 것이다. 분석 결과, 행성이 데워진 시점은 별이 백색왜성이 된 뒤 약 30억~55억년이 지난 때로 나타났다. 별이 적색거성 단계를 끝내는 과정은 길어야 수백만년에 불과해 그 시기에 삼켜졌다는 가설로는 이번 발견처럼 한참 뒤의 재가열을 설명하기 어렵다. 이에 연구팀은 행성이 적색거성 시기에는 먼 궤도에 안전하게 머물다가 한참 뒤 안쪽으로 끌려 들어오며 데워졌다는 ‘뒤늦은 궤도 이동’설이 더 유력하다고 결론지었다. 라이언 맥도널드 영국 세인트앤드루스대 교수는 “이번 연구에서는 죽은 별 주변 행성에서 처음으로 대기를 검출했다”며 “이를 통해 태양과 비슷한 질량의 별이 죽은 뒤 거대 행성이 맞을 운명을 처음으로 관측해 살펴봤다는 점에서 의미가 크다”고 설명했다.

천문학자들은 수천 개 이상의 외계 행성을 발견했다. 이 가운데 생명체가 살 수 있는 지구 같은 암석 행성도 제법 보고된 상태다. 하지만 실제로 이 행성 중 하나에 생명체가 산다고 해도 이를 입증하는 일은 쉽지 않다. 외계 생명체가 존재할 수 있는 환경인지 확인하기 위해서는 대기의 구성 같은 더 자세한 정보가 필요한데, 대부분의 외계 행성은 모항성보다 수십억 배 어두우며 상당수는 별에 너무 붙어 있어 직접 관측하기가 매우 어렵다. 제임스 웹 우주 망원경(JWST)처럼 현재 가장 강력한 우주 망원경으로도 쉽지 않은 일이다. 하지만 과학자들은 가능한 방법을 제안하고 있다. 그중 하나가 차세대 우주 망원경 중 하나인 ‘외계 행성 탐사를 위한 대형 간섭계’(Large Interferometer For Exoplanets·이하 LIFE)다. LIFE의 기본 개념은 하나의 큰 우주 망원경 발사가 어렵다면 작은 우주 망원경 여러 대로 대신하자는 것이다. 제임스 웹 우주 망원경도 100억 달러에 달하는 막대한 예산이 들어갔기 때문에 이보다 더 큰 우주 망원경 발사는 현실적으로 쉽지 않다는 인식에 바탕을 둔 대안이다. 작은 망원경 여러 대로 하나의 큰 망원경 같은 효과를 거두는 원리는 빛의 파동성을 이용한 ‘간섭계’(Interferometry)다. 간섭계는 두 개 이상의 빛의 파동이 만날 때, 그 위상(Phase·파동의 마루와 골의 위치)에 따라 빛이 강해지거나 약해지는 현상을 이용한다. LIFE는 여러 대의 우주선으로부터 들어온 빛의 위상을 정밀하게 조절해 중심 항성에서 오는 빛은 상쇄 간섭을 통해 제거하고, 항성에서 약간 벗어난 위치에 있는 행성에서 오는 빛은 보강 간섭을 통해 증폭하는 ‘눌 간섭계’(Nulling Interferometry) 원리를 활용한다. LIFE는 5대의 우주 망원경이 일정한 거리에서 편대 비행을 하면서 빛을 모아 외계 행성을 관측할 예정이다. 이 방법을 이용하면 지름 수십 미터에서 수백 미터의 거대한 망원경 같은 효과를 낼 수 있다. WM 켁 우주 연구소의 과학자들은 2040년대 추진을 목표로 LIFE 임무에 대해 최근 새로운 보고서를 발표했다. 이 보고서에 따르면 LIFE의 가장 큰 장점은 중적외선 파장대에서 관측을 진행한다는 점이다. 중적외선은 행성에서 방출되는 열에너지를 관측하는 데 유리하다. 사실 외계 행성에 액체 상태의 물이 있을 수 있고 거주 가능한 상태라는 것은 대부분 공전 궤도와 모항성의 밝기에 따른 추정에 불과하다. 직접 온도를 측정해야 생명체가 살 만한 온도인지 확인할 수 있는데, 중적외선 영역 관측 결과가 이 질문에 대한 해답을 제공할 수 있다. 이어 중적외선은 오존, 메탄, 물, 이산화탄소뿐만 아니라 생명 신호의 결정적 증거로 여겨지는 ‘포스핀’(Phosphine) 같은 분자들을 찾는 데도 유리하다. 한편 연구팀은 현재 나사가 구상 중인 차세대 외계 행성 관측 망원경인 HWO(Habitable World Observatory)와 LIFE가 예산 중복이 아니라 사실 서로를 보완하는 관계라고 강조했다. 나사의 HWO는 모항성의 빛을 가리는 코로나그래프를 이용한 우주 망원경으로 행성의 희미한 빛을 망원경으로 직접 포착한다. HWO가 가시광선과 자외선을 담당하는 대형 망원경이라면, LIFE는 중적외선 영역을 담당하는 간섭계다. HWO가 가시광선·자외선으로 행성을 보고, LIFE가 중적외선으로 행성의 온도와 대기 성분을 분석할 수 있다. 이는 같은 퍼즐의 서로 다른 조각을 맞춰서 전체 그림을 확인하는 것과 마찬가지다. 다만 두 프로젝트 모두 아직 막대한 예산 확보라는 실질적인 과제를 안고 있다. 2040년대에 두 망원경이 개발돼 발사되기 위해서는 지속적인 연구와 함께 안정적인 재원 마련이 필요하다. 두 망원경이 프록시마 센타우리 b 같은 주변 외계 행성을 직접 관측하기 시작하면, 이 넓은 우주에 우리 혼자인가라는 오랜 질문에 대한 결정적인 해답이 의외로 빠른 시점에 나올 수 있을지도 모른다.

2021년 크리스마스에 발사된 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 현존하는 광학 우주 망원경 중에서 크기가 가장 크며 적외선 분해능과 감도가 뛰어나 허블 우주 망원경으로 관측하기 어려운 천체까지 관측할 수 있다. JWST 관측으로 다수 발견된 우주 초기 미확인 천체 ‘작은 빨간 점’(little red dots, LRD)’의 정체를 두고 오랫동안 논쟁이 이어지고 있다. 선행 연구들은 LRD가 초거대 질량 블랙홀일 가능성을 제기해왔지만 기존 모델들이 해당 블랙홀의 질량을 과대 추정했을 수 있다는 지적도 있었다. 이런 가운데 영국, 이탈리아, 독일, 스페인, 미국, 프랑스, 네덜란드대, 캐나다, 중국, 일본, 덴마크 11개 대학과 연구기관으로 구성된 공동 연구팀은 우주 탄생 7억 년 후에 등장한 블랙홀 질량을 직접 측정하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 영국 케임브리지대 우주론 연구소, 런던대(UCL), 옥스퍼드대, 하트퍼드셔대, 이탈리아 피렌체대, 피렌체 아르체트리 천문대, 피사 고등사범대, 로마대, 인수브리아대, 로마 천문대, 독일 막스 플랑크 외계 물리학 연구소, 하이델베르크대, 스페인 마드리드 우주 생물학 연구센터, 미국 하버드-스미스소니언 천체물리학 연구센터, 텍사스 오스틴대, 애리조나대, 캘리포니아 산타크루즈대(UCSC), 프랑스 소르본대, 액스 마르세이유대, 네덜란드 그로닝언대, 캐나다 토론토대, 중국 북경대, 일본 와세다대, 덴마크 코스믹 던 연구센터, 코펜하겐대 과학자들이 참여했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 5월 28일 자에 실렸다. 연구팀은 JWST가 포착한 천체 ‘Abell2744-QSO1’을 분석했다. 이 천체는 블랙홀을 품은 작은 빨간 점으로 분류된 것이다. 연구팀은 관측을 통해 블랙홀로부터 다양한 거리에서 가스가 얼마나 빠르게 회전하는지를 측정했다. 회전 속도는 중력 가속도의 크기에 대한 정보를 담고 있으며, 이를 바탕으로 연구팀은 Abell2744-QSO1이 품고 있는 블랙홀의 질량이 태양 질량의 5000만 배에 달한다고 추정했다. 반면 이 블랙홀을 감싸고 있는 모(母)은하의 항성 질량은 극히 적어 블랙홀 질량의 절반에도 미치지 못한 것으로 확인됐다. 연구팀에 따르면 이 블랙홀이 아직 형성 초기 단계에 있으며 모은하보다 먼저 만들어지기 시작했을 가능성을 강하게 의미한다. 연구를 이끈 프란체스코 디에우제니오 영국 케임브리지대 박사는 “이번 발견은 일부 블랙홀이 자신이 속한 은하의 별들보다 먼저 형성되고 성장했을 가능성을 시사하며, 블랙홀 진화의 가장 이른 단계에 대한 중요한 단서를 제공한다”며 “이번 연구 결과는 우주 초기 단계의 블랙홀 질량을 직접 측정한 최초의 사례 중 하나지만 추가 연구를 통해 모델과 분석을 더욱 정교하게 다듬는 것이 필요하다”고 밝혔다.

영원히 그 자리에서 태양 주위를 공전할 것 같은 태양계 행성들도 사실은 초기에는 자주 위치를 이동했던 것으로 생각된다. 태양계 초기에는 지금보다 행성급 천체가 많았는데, 이들이 충돌하거나 이탈하면서 현재의 태양계를 형성했기 때문이다. 예를 들어 원시 지구는 ‘테이아’(Theia)라는 화성 크기의 행성과 충돌한 후 현재의 지구와 달을 형성했다. 그리고 이 과정에서 궤도도 약간 변했을 것으로 추정된다. 하지만 태양계가 안정화된 후 행성들은 현재의 위치에 자리 잡았고, 수십억 년 이상 그 자리에서 안정적으로 태양 주변을 공전하고 있다. 과학자들은 다른 행성계도 같을 것으로 생각해왔다. 하지만 뉴멕시코 대학교, 코트다쥐르 천문대(Observatoire de la Côte d’Azur), 유럽우주국(ESA)의 과학자들을 포함한 대규모 국제 연구팀은 예상치 못한 예외적 상황을 관측했다. 연구팀은 나사의 외계행성 관측 위성인 TESS와 남극에 있는 ASTEP 망원경을 이용해 ‘TOI-201’이라는 외계 행성계를 관측했다. TOI-201은 서로 다른 세 개의 행성으로 구성되어 있다. 하나는 5.8일 주기로 항성을 공전하는 “슈퍼지구”이고, 다른 하나는 목성 질량의 절반에 해당하는 가스 행성으로 53일 주기로 공전한다. 마지막으로 목성보다 16배나 무거운 거대한 외행성이 약 8년 주기의 타원형 혜성 같은 궤도를 따라 공전하는데, 이는 사실 행성보다 큰 갈색왜성급 천체라고 할 수 있다. 일반적으로 목성 질량의 13배가 넘으면 불안정해도 핵융합 반응이 조금 일어날 수 있어 행성이 아닌 갈색왜성으로 분류한다. 태양계와 달리 이렇게 다양한 천체로 구성된 행성계는 우주에 드물지 않다. 하지만 각 행성의 공전 주기를 분석한 과학자들은 정말 드문 현상을 발견했다. 외계 행성 TOI-201b가 항성 앞을 지나가는 시간이 갑자기 30분 정도 늦어진 것이다. 공전주기 53일에서 차지하는 비중은 크지 않더라도 목성 질량의 절반 혹은 토성보다 더 무거운 행성의 궤도가 관측 가능할 정도로 변한 것이기 때문에 놀라운 일이 아닐 수 없다. 과학자들은 가장 가능성 높은 이유로 가장 무거운 외곽 천체인 TOI-201c의 중력을 들었다. 이 천체는 무겁기만 한 것이 아니라 혜성처럼 길쭉한 타원궤도를 돌고 있다. 따라서 주기적으로 내부 행성에 한쪽 방향으로 중력을 행사할 수 있다. 그 결과 행성의 궤도가 크게 변한 것이다. 이는 오래된 행성계는 궤도가 안정적일 것이라는 상식을 뒤집는 결과다. 이번 발견이 가능했던 가장 중요한 이유는 바로 남극에 설치된 ASTEP(남극 외계행성 탐사) 망원경 덕분이다. 니스의 코트다쥐르 천문대가 주도하고 버밍엄 대학교 및 유럽우주국(ESA)의 협력해 설치한 망원경인데 주경 40㎝의 비교적 작은 망원경이지만, 독특한 위치 덕분에 다른 지상 망원경은 불가능한 관측이 가능하다. ASTEP은 해발 3233m 높이의 남극 고원의 콩코르디아 연구 기지에 설치됐는데, 다른 어떤 인간 거주지에서도 600㎞ 떨어져 있어 국제우주정거장(ISS)보다도 더 외딴곳에 위치해 관측에 방해되는 불빛이 없다. 여기에 남극에서 몇 달간 해가지지 않는 극야 현상과 높은 해발 고도 덕분에 대기 간섭을 최소화하면서 장시간 동안 중단 없이 관측할 수 있다. 이는 별의 미세한 밝기 변화를 장시간에 걸쳐 찾아내는데 적합해 공전 주기가 53일인 TOI-201b의 주기 변화를 포착한 것이다. 과학자들은 TOI-201 시스템의 움직임이 매우 불안정해서 행성들이 곧 항성 앞을 일렬로 늘어서는 현상이 멈출 것이라고 보고 있다. 아마도 200년 후에는 세 행성 중 두 행성만이 지구에서 관측 시 항성 앞을 지나가는 모습을 보일 것으로 예상된다. 앞으로도 ASTEP 같은 새로운 개념의 망원경이 독특한 외계 행성들을 계속 찾아낼 것으로 기대된다.

2006년 과학계에서 가장 뜨거웠던 사건을 꼽는다면 단연 태양계의 막내 행성 ‘명왕성’의 행성 지위 박탈이다. 1930년 2월 18일 미국 천문학자 클라이드 톰보가 발견한 명왕성은 태양계의 9번째 행성으로 인정받아왔지만, 1990년대 이후 해왕성 바깥쪽 카이퍼 벨트에서 명왕성과 비슷한 크기의 천체들이 잇따라 발견되면서 행성의 지위가 흔들리기 시작했다. 그러던 중 2005년 미국 천문학자 마이클 브라운 교수팀은 명왕성보다 질량이 약 27% 더 큰 에리스를 발견했다. 명왕성이 행성이라면 에리스도 행성이 돼야 하는 상황이 됐다. 결국 국제천문연맹(IAU)은 2006년 8월 체코 프라하에서 제26차 총회를 열고 행성의 정의를 공식적으로 정립하기 위한 투표를 했다. 당시 정의된 행성의 요건 3가지는 △태양 중심 공전 △충분한 질량을 가져 정역학적 평형을 유지할 수 있는 구형 △자신의 공전 궤도상에서 주변 천체에 대한 지배적 위치다. 명왕성은 첫 번째와 두 번째 조건은 충족했지만 세 번째 조건에서 결격 사유가 발생해 행성에서 제외되고 왜소행성으로 분류됐다. 그로부터 20년이 지난 최근 미국 항공우주국(NASA)에서 명왕성을 다시 행성으로 승격시켜야 한다는 의견을 공식적으로 지지하면서 다시 국제적 논쟁의 대상으로 주목받고 있다. 이런 상황에서 일본 국립 천문대, 이시가키지마 천문대, 교토대 하쿠비 천문대, 기타큐슈 산업의과대, 지바 공업대 행성탐사 연구센터, 사가 호시조라 천문센터, 도쿄대 천문학 연구소, 아마추어 천문 연구집단인 일본 성식 정보네트워크(JOIN), 교토 산업대 우주과학 연구소 공동 연구팀은 명왕성 너머에 위치한 심우주의 천체를 관측한 결과 해당 천체에서 희박한 대기 흔적을 발견했다. 이 대기는 얼음 화산에 의해 공급되거나 혜성 등의 천체 충돌로 형성됐을 가능성이 있는 것으로 알려졌다. 이 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘네이처 천문학’ 5월 5일 자에 실렸다. 태양계 최외곽 행성인 해왕성 궤도 너머를 공전하는 행성체들은 ‘해왕성 바깥 천체’(TNO)라고 부르는데 이들은 태양계 형성 과정에서 남겨진 잔해물이다. 이 중 명확하게 대기가 감지된 것은 왜소행성인 명왕성이 유일했다. 이에 연구팀은 천체가 별의 앞을 지나가며 별빛을 가리는 현상인 성식(星飾·stellar occultation·항성 엄폐)을 관측해 ‘(612533)2002XV93’으로 알려진 천체를 조사했다. 연구팀은 2024년 1월 교토와 나가노현에 있는 전문 천문대와 후쿠시마에 있는 시민 천문학자의 망원경으로 이 현상을 동시에 관측했다. 그 결과, 일부 관측에서 별빛은 천체가 앞을 지날 때 갑자기 사라지는 대신 몇 초에 걸쳐 점진적으로 어두워졌다. 이는 천체 주위의 얇은 가스층, 즉 대기가 존재할 때 나타나는 전형적 현상이다. 연구팀은 이 대기가 지구보다 약 500만~1000만 배 더 희박한 것으로 계산했고 얼음 화산에서 방출되는 가스에 의해 유지되거나 최근 혜성 같은 천체의 충돌 이후 방출된 물질로 형성된 단기적 대기층일 것이라고 추정했다. 연구를 이끈 고 아리마츠 교토대 교수는 “이 발견은 밀도 높은 대기가 거대 행성 주위에만 형성된다는 기존의 가설에 도전하는 것으로 태양계 가장자리에 위치한 상대적으로 작은 천체들도 일시적으로 대기를 가질 수 있음을 보여준다”며 “추가적인 성식 관측이나 우주 망원경을 이용한 정밀 측정으로 이렇게 형성된 대기가 시간 변화에 따라 어떻게 변하고 형성되는지에 대해 연구할 것”이라고 밝혔다.

모든 생물은 생로병사의 과정을 거친다. 나이가 들수록, 시간이 지날수록 행동이 느려지는 것도 우주 만물의 법칙 중 하나다. 별(항성)도 나이를 먹으면서 자전 속도는 서서히 느려져 초기 자전 속도의 100분의1~1000분의1 수준으로 떨어지는 ‘스핀 다운’ 현상을 겪는다. 항성은 태양풍 형태로 플라스마 입자를 우주 공간으로 방출한다. 별의 질량이 줄어들면서 별이 가진 전체 각운동량은 ‘각운동량 보존 법칙’에 따라 서서히 감소한다. 천문학자들은 별 내부의 대류 현상으로 인해 발생한 자기장이 뿜어져 나가는 플라스마와 상호작용하면서 별의 자전에 제동을 거는 것을 스핀 다운 핵심 원리로 생각했다. 그렇지만 최근 우주 관측 기술이 발달하면서 기존 이론만으로는 별의 자전 속도가 극적으로 감소하는 이유를 완벽하게 설명하지 못한다는 점이 드러났다. 이에 일본 교토대 연구팀은 우리 태양보다 훨씬 무거운 거대 항성의 내부를 3차원 컴퓨터 시뮬레이션으로 구현하는 데 성공했다고 3일 밝혔다. 특히 에너지가 끓어오르는 대류대 안에서 플라스마의 흐름, 별의 자전, 자기장의 상태를 정밀하게 분석했다. 이런 복잡한 플라스마의 움직임을 수학적으로 푸는 학문을 ‘자기 유체 역학’(MHD)이라고 한다. 또 연구팀은 지구 내부 구조를 파악할 때 지진파를 분석하는 것처럼 별 내부에서 발생하는 음파나 중력파의 고유 진동을 분석하는 성진학(Astroseismology)을 활용했다. 이 연구 결과는 물리학 분야 국제 학술지 ‘천체물리학 저널’ 4월 28일 자에 실렸다. 그 결과, 거대 항성 내부에서도 우리 태양이 운동 에너지를 전자기 에너지로 변환해 지속적인 자기장을 만드는 ‘태양 다이나모’와 유사한 현상이 일어난다는 것을 확인했다. 자전과 자기장이 서로 영향을 주고받으며 공진화하고 있다고 연구팀은 설명했다. 재미있는 부분은 별 내부의 각운동량 이동 경로로 대류와 자기장의 상호 작용은 짧은 시간 동안에도 내부 물질을 별의 중심이나 표면으로 끊임없이 이동시켰다. 별의 연료가 다 타들어가는 후기 연소 단계에서는 기존에 알려진 것처럼 내부 자기장 구조에 따라 자전 속도가 느려지기도 했지만 오히려 중심핵의 회전이 빨라지는 스핀 업 현상이 발생하는 것도 발견했다. 연구를 이끈 루시 맥닐 교토대 교수는 “이번 연구로 특정 자기장 구조에서는 별의 중심핵이 오히려 더 빨리 도는 경우도 있으며, 어떤 거대 항성들은 물리적으로 느리게 자전하는 것 자체가 불가능할 수도 있음을 확인했다”며 “별의 최종 자전 속도는 별마다 가진 고유한 내부 특성에 따라 천차만별이라는 것을 파악함으로써 늙은 별의 자전 속에는 우리가 상상했던 것보다 훨씬 역동적이고 정교한 물리학이 숨어 있음을 알 수 있다”고 설명했다.

국내 과학자들이 주도한 국제 공동 연구팀이 별이 생성될 때 규산염이 결정화되는 과정을 밝혀냈다. 서울대, 한국천문연구원, 미국 우주망원경 과학연구소(STSI), 캘리포니아공과대(캘텍) 제트추진연구소(JPL), 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터, 아메리카 가톨릭대, 중국 베이징대 천문학·천체물리학 연구소, 캐나다 빅토리아대, 일본 도쿄대, 이화학연구소(리켄) 개척연구소, 네덜란드 라이덴대, 라드바우드대 공동 연구팀은 별이 생성될 때 규산염이 결정화되는 과정을 관측하는 데 성공했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 1월 22일 자에 실렸다. 지구 지각을 구성하는 물질 중 약 90%를 차지하는 규산염은 지구형(암석형) 행성과 혜성을 구성하는 핵심 성분이다. 규산염의 결정질 형태는 600도 이상 고온에서만 형성되는 것으로 알려졌다. 문제는 결정질 규산염이 극도로 차가운 태양계 외곽에서 형성된 혜성에서도 흔히 발견됐다는 점이다. 이에 태양계 형성 초기 물질이 어떤 과정을 거쳐 외곽까지 이동했는지는 과학계의 수수께끼 중 하나로 남았다. 난류 혼합, 대규모 물질 수송, 국지적 가열 현상 등 가설이 제기됐지만, 실제 별이 형성되는 현장에서 규산염이 언제, 어디서 결정화되고 이동하는지를 직접적으로 보여주는 관측 증거는 부족했다. 별 형성 초기인 태아별 단계에서는 두꺼운 가스와 먼지층 때문에 관측이 어려워 규산염의 광물적 진화를 밝혀내기 쉽지 않았다. 최근 연구들에서 별 형성이 연속적 과정이 아닌 폭발적 질량 유입이 반복되는 방식으로 진행되며, 이 과정에서 원반을 고온으로 가열해 규산염 결정화를 유도할 가능성이 제기됐다. 이에 연구팀은 폭발적 질량 유입이 규산염 결정화를 일으키는지, 형성된 결정질 규산염이 혜성 영역까지 이동할 수 있는지 주목했다. 연구팀은 2021년 12월 25일 발사된 나사의 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 탑재된 중적외선 분광기(MIRI)를 이용해 뱀자리 성운에 있는 태아별 ‘EC 53’을 관찰했다. EC 53은 18개월 주기로 반복적으로 밝아지는 태아별로, 폭발기와 휴지기를 명확히 구분할 수 있는 천체다. 이런 주기성 덕분에 같은 천체를 서로 다른 물리적 상태에서 직접 비교 관측할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 JWST의 MIRI로 EC 53을 휴지기와 폭발기에 각각 관측했다. 그 결과 폭발 단계에서만 약 10㎛(마이크로미터) 대역에서 결정질 감람석과 결정질 휘석의 특징적 스펙트럼을 검출했다. 반면 상대적으로 낮은 온도를 추적하는 18㎛ 대역에서는 결정질 성분 스펙트럼을 볼 수 없었다. 이는 규산염 결정화가 태아별에 가까운 뜨거운 원반 안쪽에서 새롭게 형성된다는 점을 보여준다. 또 원반풍이 고온의 안쪽 원반 표면에서 형성된 결정질 규산염을 들어 올려 차가운 원반 외곽으로 운반할 수 있는 물리적 경로를 제공한다고 밝혔다. 원반풍은 새로 탄생한 별 주위를 둘러싸고 있는 가스와 먼지로 이뤄진 회전 원반에서 불어 나오는 바람을 말한다. 연구를 이끈 이정은 서울대 물리천문학부 교수는 “이번 연구는 별 형성의 초기 단계에서 발생하는 폭발적 질량 유입이 규산염을 결정화하고, 형성된 결정질 규산염이 원반 외곽으로 이동할 수 있음을 관측으로 처음 입증했다는 점에서 중요한 의미를 갖는다”며 “이번에 활용한 연구 방법은 태양계뿐 아니라 다른 항성 주위의 행성계 형성 과정에도 보편적으로 적용될 수 있으며, JWST를 활용한 시계열 관측 연구의 중요한 기준점이 될 것”이라고 설명했다.

지금까지 발견된 외계 행성은 5000개가 넘는다. 대부분 태양 같은 항성(별) 주위를 도는 행성들로, 별 없이 도는 ‘나 홀로 행성’은 스스로 빛을 내지 않아 발견하기가 매우 어렵다. 발견하더라도 떠돌이 행성이 지구에서 얼마나 떨어져 있고, 얼마나 무거운지 정확히 알 수 없었다. 이런 상황에서 중국, 한국, 폴란드, 이스라엘, 영국, 스위스, 스웨덴, 독일, 미국, 뉴질랜드 10개국 과학자들이 모인 국제 공동 연구팀이 지상과 우주에서 동시 관측을 통해 최근 발견한 떠돌이 행성의 질량과 지구로부터 거리를 측정하는 데 성공했다고 4일 밝혔다. 이번 연구에는 중국 베이징대, 베이징 국립 천문 관측소, 저장대 고등 물리학 연구소, 천문학 연구소, 칭화대, 서호대, 한국 천문연구원, 충북대, 과학기술연합대학원대학교(UST), 폴란드 바르샤바대, 이스라엘 바이츠만 과학 연구소, 영국 케임브리지대, 워윅대, 빌라노바대, 스위스 제네바대, 스웨덴 룬드대, 독일 막스 플랑크 천문학 연구소, 미국 오하이오 주립대, 하버드-스미스소니언 천체물리학 센터, 뉴질랜드 캔터베리대 소속 물리학자, 천문학자들이 참여했다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’ 1월 1일 자에 실렸다. 행성은 보통 하나 이상의 별 주변을 돌고 있지만, 일부 행성은 은하계를 홀로 떠도는 것으로 알려졌다. 떠돌이 행성이나 나 홀로 행성이라고 불리는 이 천체들은 주변에 별을 발견할 수 없다. 스스로 빛을 거의 내지 않아 미세중력렌즈라는 효과를 통해서만 발견할 수 있다. 일반 상대성 이론에 근거한 현상인 미세중력렌즈는 관측자와 멀리 떨어진 별 사이로 행성 같은 천체가 지나갈 때, 천체의 중력이 렌즈 역할을 해 뒤쪽 별의 빛을 휘게 하고 일시적으로 밝게 증폭시키는 현상이다. 문제는 미세중력렌즈 현상은 행성까지 거리를 명확히 파악하기 어렵고, 질량도 측정이 쉽지 않다는 점이다. 이에 연구팀은 짧은 찰나의 순간에 나타나는 미세중력렌즈 현상을 통해 새로운 떠돌이 행성을 발견했다. 그러나 이들은 이전 발견들과는 달리 여러 지상 관측소와 가이아 우주망원경을 활용해 지구와 우주에서 떠돌이 행성을 동시에 관측함으로써 거리와 질량을 밝혀냈다. 연구팀은 서로 멀리 떨어진 두 관측 지점에 빛이 도달하는 시간의 아주 미세한 차이를 통해 ‘미세중력렌즈 시차’를 측정했다. 이들은 이를 ‘유한 광원 점 렌즈 모델링’과 결합하여 행성의 질량과 위치를 밝혀냈다. 유한 광원 점 렌즈 모델링은 배경에 있는 별이 단순한 점이 아니라 크기를 가진 면적체라고 가정하고, 렌즈 역할을 하는 천체를 점으로 간주하여 분석하는 수학적 방식으로 렌즈 전체의 질량 등을 정밀하게 산출한다. 이번에 발견된 떠돌이 행성은 목성 질량의 약 22% 수준이며, 우리 은하 중심부에서 약 3000파섹 떨어진 곳에 있는 것으로 확인됐다. 연구팀은 이 행성의 질량이 토성과 비슷하기 때문에 작은 별이나 갈색 왜성처럼 홀로 생성된 것이 아니라 어느 행성계 내부에서 형성되었을 가능성이 높은 것으로 추정한다. 질량이 작은 나 홀로 행성들은 별 주변에서 태어났으나, 인접한 행성과의 상호작용이나 불안정한 동반성의 영향과 같은 중력적 격변을 겪으며 궤도 밖으로 쫓겨났을 것이라고 연구팀은 보고 있다. 2026년 새해 처음 발표된 사이언스 논문에 대해 가빈 콜먼 영국 런던 퀸 메리대 물리·화학부 교수는 “이번 연구 결과는 행성들이 어떤 다양하고 역동적인 경로를 통해 성간 공간에서 움직이는지에 대한 통찰을 보여준다”고 평했다. 콜먼 교수는 “현재까지 발견된 떠돌이 행성은 불과 몇 개에 불과하지만, 2027년 발사 예정인 미국 항공우주국(NASA)의 낸시 그레이스 로먼 우주 망원경 프로젝트로 탐지 사례가 급증할 것”이라고 덧붙였다. 낸시 그레이스 로먼 우주 망원경은 ‘미세중력렌즈’를 활용하며 허블 우주 망원경보다 100배 넓은 시야를 갖고 은하계에 숨어 있는 수천 개의 떠돌이 행성을 찾아낼 것으로 기대된다.

‘사이언스’가 주목한 녹색 기술 中 급성장에 美·유럽도 투자 급증태양광·풍력 등 전력원, 석탄 추월‘네이처’가 기대한 혁신적 연구는AI 과학자·지구와 화성 위성 탐사 거대 해저 시추 작업 등 7개 선정 다사다난했던 2025년 을사년이 서서히 저물고, 2026년 병오년이 다가오고 있다. 사회적으로도 많은 일이 있었지만, 과학계에서도 주목할 연구들이 쏟아진 해이기도 했다. 세계적 과학 저널 양대 산맥 ‘사이언스’와 ‘네이처’가 각각 ‘2025년 올해의 과학적 혁신’과 ‘2026년 주목해야 할 과학 이벤트’를 선정해 한 해를 정리하고, 내년을 예측했다. ‘사이언스’가 ‘2025 올해의 혁신’으로 뽑은 것은 ‘재생 에너지의 도약’이다. 특히 사이언스는 현재 중국의 재생 에너지 기술에 대해 ‘놀랍다’고 표현했다. 산업 혁명 이후 인류는 석탄과 석유, 천연가스 같은 화석 연료를 과다하게 사용하면서 지구 온난화라는 재앙을 가져왔다. 그러나 최근 태양광이나 풍력 같은 재생 에너지를 이용한 발전량이 점차 증가해, 올해 상반기 전 세계의 신규 전력 수요를 모두 충당할 수 있을 정도가 됐고 전 세계 전력 생산원으로 석탄을 추월했다. 중국은 수년간 보조금 제도를 통해 재생 에너지 분야를 집중 육성했다. 그 결과 전세계 태양전지의 80%, 풍력 터빈의 70%, 리튬 전지의 70%를 차지하고 있다. 중국의 재생 에너지 기술 급성장은 녹색 기술 수출로 이어져 전 세계를 바꾸고 있는 상황이다. 이런 변화는 중국에서 온실가스 배출량 증가가 사실상 멈췄다는 사실에서 잘 드러난다. 한국을 비롯한 이웃 나라에 유입되는 미세먼지도 눈에 띄게 줄었다. 한편 중국의 녹색 기술 약진에 위협을 느낀 미국과 유럽도 재생 에너지 확장에 나서면서, 전세계적으로 청정에너지에 대한 총투자액은 화석 연료 투자를 뛰어넘고 있다. 올해 혁신적 연구 후보로 이름을 올린 것은 ▲인공지능이 설계한 단백질 ▲알츠하이머의 숨겨진 유전적 스위치 ▲인류가 불을 다루기 시작한 기원 발견 ▲초기 우주 수수께끼를 푸는 제임스 웹 우주망원경(JWST) ▲해양 플라스틱 오염 해결책 ▲비만 치료제의 확장 등이다. ‘네이처’는 ‘2026 다가올 한 해 주목해야 할 과학’으로는 인공지능(AI) 분야 과학자의 부상, 지구와 화성 위성 탐사 임무, 거대 해저 시추 작업 등 과학적 지식의 지평을 넓힐 연구 7개를 선정했다. 과학자들도 챗GPT로 대표되는 생성형 인공지능을 많이 사용하고 있는데. 내년에는 여러 대규모 언어 모델(LLM)을 통합해 복잡하고 다단계적 프로세스를 수행하는 ‘AI 에이전트’가 과학 연구에 더 많이 사용될 것으로 전망된다. 그 중 일부는 인간의 감독과 통제를 받지 않고 작동할 것으로 예상된다. AI에 의한 최초의 중대한 과학적 진보가 나타날 수도 있을 것이라고 과학자들은 예측했다. 올해 가장 놀라운 연구로 선정되기도 했던 유전자 가위를 이용한 유전병 치료가 내년에는 더욱 확장되고 발전된 방향으로 나타날 것으로 예상됐다. 희귀 대사질환을 앓던 아기 KJ 멀둔은 특정 질병 유발 돌연변이를 교정하도록 맞춤 설계된 크리스퍼 유전자 가위 치료를 받았다. 멀둔을 치료했던 미국 필라델피아 아동병원 연구팀은 미국 식품의약국(FDA)에 더 많은 희귀 대사 질환을 앓는 아동들을 유전자 편집 치료할 수 있도록 임상 시험 승인을 요청할 계획으로 알려졌다. 치료 대상 아동들이 앓고 있는 질환은 멀둔 치료에 사용했던 것과 같은 유형의 유전자 편집으로 해결할 수 있는 7개 유전자 변이로 발생하는 것들이다. 내년에는 우주가 바쁜 한 해가 될 전망이다. 미국항공우주국(NASA)의 ‘아르테미스 2호’는 오리온 다목적 우주선에 우주비행사 4명을 태우고 달 궤도로 보내는 프로젝트다. 이르면 2026년 2월에 발사될 아르테미스 2호는 1970년대 이후 첫 유인 달 탐사 임무로 10일 동안 달 궤도를 돌면서 이후 달 착륙 임무를 준비하는 데 도움을 줄 예정이다. 중국도 내년 8월 달 탐사선 ‘창어 7호’를 암석과 크레이터가 흩어져 있어 착륙이 매우 까다로운 것으로 알려진 달의 남극 지역에 착륙하는 것을 목표로 발사한다. 착륙에 성공하면 달 남극 지역을 집중 탐사해 물과 얼음의 존재를 찾고 지속 가능한 달 기지 건설을 위한 기술을 시험할 예정이다. 과학자들은 달을 넘어 화성으로도 시선을 돌리고 있다. 일본은 화성의 위성인 포보스와 데이모스를 탐사하는 화성 위성 탐사 임무 MMX를 시작할 계획이다. 포보스 표면 표본을 채취해 2031년 지구로 귀환하는 프로젝트다. 유럽우주국(ESA)은 내년 12월 행성 사냥꾼이라는 별명을 가진 외계 행성 탐사선 ‘플라토’를 발사한다. 플라토는 카메라 26개를 장착한 탐사선으로 20만 개 이상의 태양과 비슷한 항성(별)을 탐색해 액체 상태의 물이 형성될 수 있는 온도를 가진 지구 쌍둥이 행성을 식별할 계획이다. 그런가 하면 중국의 해양 시추선 ‘멍샹’이 첫 탐사에 나선다. 멍샹은 해저 지각을 뚫고 최대 11㎞ 깊이까지 시추해 지구 맨틀 시료를 채취할 예정이다. 성공한다면 해저 지각 형성과 판 구조 운동의 원인을 규명하는 데 결정적 단서를 확보할 수 있다. 또 인도의 첫 태양 탐사선 아디티야-L1이 11년 주기의 활동 정점인 태양 극대기 동안 태양 관측에 나서고, ‘신의 입자’ 힉스 입자를 발견한 스위스 제네바에 있는 유럽 입자물리연구소(CERN)의 거대 강입자 가속기(LHC)가 내년 대규모 업그레이드를 하고 2030년부터 재가동할 예정이다. 한편 네이처는 과학 외부 환경도 내년 과학계를 규정할 중요한 변수로 지목했다. 특히 미국 도널드 트럼프 행정부가 강행하는 과학 예산 대규모 삭감과 과학자 해고, 공중보건·기후 정책 변화, 이민 규제 강화 등이 과학 연구 전반을 위축시킬 가능성이 높다고 전망했다.

우주에서 태양과 같은 단일성(솔로) 별만큼이나 두 개 이상의 별이 모인 다중성계(커플)도 흔하다. 과거 과학자들은 쌍성계 이상의 다중성계에서는 동반성들의 중력 간섭으로 인해 행성이 생성되거나 안정적인 궤도를 유지하기 어려울 것이라고 생각했다. 하지만 최근 알파 센타우리와 같은 다중성계에서 외계 행성이 발견되면서 이 가설은 수정되고 있다. 전에 없던 ‘2+1’ 구성 행성계 벨기에 리에주 대학의 세바스티앙 쥐니가-페르난데스(Sebastián Zúñiga-Fernández)가 이끈 천문학자 팀은 NASA의 행성 사냥꾼 TESS와 지상 망원경을 이용해 지구에서 190광년 떨어진 적색왜성 쌍성계 TOI-2267을 관측했다. 이 쌍성계는 독특하게도 전에 보고된 적이 없는 ‘2+1’ 구성의 외계 행성 세 개를 포함하고 있는 것으로 밝혀졌다. 두 동반성(TOI-2267A와 TOI-2267B)은 태양과 지구 거리의 8배 정도 되는 가까운 거리에서 서로 공전하고 있다. -TOI-2267A: 이 별 주위에는 두 개의 지구 크기 행성이 각각 2.28일과 3.49일의 짧은 주기로 공전하고 있다. -TOI-2267B: 다른 동반성인 이 별 주위에는 한 개의 지구형 행성이 2.03일 주기로 공전하고 있다. 이 세 외계 행성이 모항성에 매우 가깝게 붙어서 공전하고 있기 때문에, 다른 동반성의 강한 중력에도 불구하고 안정적인 궤도를 유지할 수 있었던 것으로 보인다. 행성 생성 미스터리 TOI-2267 쌍성계의 두 별은 너무 가까워 서로의 원시행성계 원반(행성이 생성되는 가스와 먼지 구름)에 강력하게 중력적으로 간섭할 수 있는 위치에 있다. 이러한 극한의 환경에서 행성이 어떻게 세 개씩이나 생성될 수 있었는지는 여전히 미스터리이다. 연구팀은 앞으로 더 강력한 망원경으로 TOI-2267 2+1 행성계를 관측하여, 이 독특한 쌍성계에서 행성이 생성된 메커니즘을 밝혀낼 단서를 찾을 수 있기를 기대하고 있다.

우주에서 태양과 같은 단일성(솔로) 별만큼이나 두 개 이상의 별이 모인 다중성계(커플)도 흔하다. 과거 과학자들은 쌍성계 이상의 다중성계에서는 동반성들의 중력 간섭으로 인해 행성이 생성되거나 안정적인 궤도를 유지하기 어려울 것이라고 생각했다. 하지만 최근 알파 센타우리와 같은 다중성계에서 외계 행성이 발견되면서 이 가설은 수정되고 있다. 전에 없던 ‘2+1’ 구성 행성계 벨기에 리에주 대학의 세바스티앙 쥐니가-페르난데스(Sebastián Zúñiga-Fernández)가 이끈 천문학자 팀은 NASA의 행성 사냥꾼 TESS와 지상 망원경을 이용해 지구에서 190광년 떨어진 적색왜성 쌍성계 TOI-2267을 관측했다. 이 쌍성계는 독특하게도 전에 보고된 적이 없는 ‘2+1’ 구성의 외계 행성 세 개를 포함하고 있는 것으로 밝혀졌다. 두 동반성(TOI-2267A와 TOI-2267B)은 태양과 지구 거리의 8배 정도 되는 가까운 거리에서 서로 공전하고 있다. -TOI-2267A: 이 별 주위에는 두 개의 지구 크기 행성이 각각 2.28일과 3.49일의 짧은 주기로 공전하고 있다. -TOI-2267B: 다른 동반성인 이 별 주위에는 한 개의 지구형 행성이 2.03일 주기로 공전하고 있다. 이 세 외계 행성이 모항성에 매우 가깝게 붙어서 공전하고 있기 때문에, 다른 동반성의 강한 중력에도 불구하고 안정적인 궤도를 유지할 수 있었던 것으로 보인다. 행성 생성 미스터리 TOI-2267 쌍성계의 두 별은 너무 가까워 서로의 원시행성계 원반(행성이 생성되는 가스와 먼지 구름)에 강력하게 중력적으로 간섭할 수 있는 위치에 있다. 이러한 극한의 환경에서 행성이 어떻게 세 개씩이나 생성될 수 있었는지는 여전히 미스터리이다. 연구팀은 앞으로 더 강력한 망원경으로 TOI-2267 2+1 행성계를 관측하여, 이 독특한 쌍성계에서 행성이 생성된 메커니즘을 밝혀낼 단서를 찾을 수 있기를 기대하고 있다.

국내 대기업 홍보맨이면서 시인2015년 현대시 등단 이후 첫 시집“천국 없어… 그래서 상상할 수 있다” 문학은 ‘영원’을 말할 수 있을까. 시(詩)가 불멸을 얻기 위해서는 어떤 작업이 필요할까. 우리 안에 있는 영원한 것을 깊이 들여다보고 쓰면 될까. 이를테면 ‘사랑’이나 ‘마음’ 같은 것 말이다. ‘조만간’ 없어질 이 행성에 발 딛고 선 우리는, 그렇게 무한한 우주의 시공간을 넘어 ‘천국’으로 갈 수 있을까. 시인 신진용(37)의 시집 ‘없어질 행성에서 씁니다’를 다 읽고 시집을 덮은 뒤 머릿속에 온통 질문의 형태를 띤 문장들이 떠오른다. 이는 아마도 시인이 상당히 거대한 포부를 가지고 자신의 생각을 시로써 펼쳐가고 있기 때문일 것이다. 답 없는 질문에 대답하기 위해 인간은 문학을 발명했다. 이 사실을 시인은 아주 잘 알고 있는 듯하다. “사실 구름 뒤에 있는 천국 같은 곳에 가고, 쓰고 싶었다고. 그 정도면 적당했을 거라고. 그러나 천국은 구름 뒤에도, 우주 어디에도, 마음속에도 없다고. 마음 깊은 곳에서부터 나는 믿는다. 바다에 비친 구름의 그림자는 심해에 가라앉은 천국의 모습이다. 그렇게 써버리고 나면 멀리서부터 흘러온 바닷물에 잠겨버리는 마음이다. 느리게. 조금의 빛도 없이.”(‘심해의 사랑’ 부분·13쪽) 천국은 어디에 있을까. 일단 저 하늘에 있는 것 같지는 않다. 한때는 구름 뒤에 있을 걸로 기대한 시절도 있었지만, 우리는 이미 그곳에 가보지 않았는가. 구름을 넘어 이 행성의 중력이 작용하지 않는 우주로 나가봐도 천국은 없었다. 어쩌면 위가 아니라 아래에 있는 것 아닐까. 우리가 우주보다도 더 모른다는 저 심해의 끝에. “지나치게 커다란 마음은, 언젠가 스스로의 중력을 견디지 못하고/내부로 함몰되기 시작한다./마음은 중력에 의해 붕괴하나 마음이 발생시킨 중력만은/그대로 남아 있는/기이한 현상이 일어나는 것이다.//이를 ‘블랙홀’이라 한다.”(‘블랙홀’ 부분·52쪽) 신진용의 시에서 각주(脚注)와 제사(題詞·책의 첫머리에 들어가는 글)는 무척 중요한 역할을 하는 것처럼 보인다. 시의 몸에 해당하는 본문과 연결되는 듯하면서도 묘하게 독립적으로 기능하고 있는 이 글들은 시를 꿰어내는 또 하나의 텍스트로 읽힌다. 보통의 소설이나 시에서 각주와 제사는 작품과 현실 사이에 놓이는 다리가 된다. 그러나 신진용은 여기서 대놓고 ‘거짓말’을 펼친다. 현실의 고유명사를 가지고 와 그럴듯하게, 하지만 뻔뻔하게 상식을 뒤집는다. 오늘날 우리는 과학을 ‘진실’이라고 믿는다. 그러나 그것으로 천국은 찾아지지 않았다. 그렇다면 우리에게 남은 선택지는 하나. 바로 거짓말이다. “나는 이미 알고 있다 별은 절대 생겨나지 않을 것이다 그건 정말 신이나 할 수 있는 일이고 나는 신이 아니니까 우주선은 금방 고장날 것이다 너는 죽은 채로 오래 우주를 떠돌게 될 것이고 나는 신을 원망하다 죽게 될 것이다//그러나 나는 사랑에 대해 조금은 알게 될 것이다//아무것도 모르진 않게 될 것이다”(‘인공항성’ 부분·94~95쪽) 시집에는 2015년 ‘현대시’를 통해 등단했다는 것 외에 다른 정보는 없다. 여기에 적히지 않은 시인의 이력이 퍽 재밌다. 한국에서 이름만 대면 누구나 알 만한, 굴지의 대기업 홍보실에서 일한다. 홍보가 언어로 하는 ‘기술’이라면 시는 언어로 하는 예술이다. 극단에 있는 것처럼 보이는 두 언어. 그러나 우리가 알아야 할 것이 하나 있다. 먼 옛날, 고대 그리스에서 기술과 예술은 하나의 단어(테크네·techne)였다는 사실을. 신진용에게 ‘천국은 어디에 있느냐’고 물어봤다. “천국 같은 건 없다고 생각합니다. 그렇기에 천국에 대해 계속 다르게 상상할 수 있죠. 천국은 우리의 마음이 하나가 되는 곳일 수도, 절대로 하나가 될 수 없는 곳일 수도, 하나가 됐다가 다시 나뉘기를 반복하는 곳일 수도 있겠죠. 아니면 마음 같은 것과는 전혀 상관없는 곳일지도 모르겠습니다. 천국을 때마다 다르게 상상하기에 천국에서 쓰이는 언어도 다르게 상상하곤 합니다. 지금 이 세계에서 쓰이는 언어일 수도, 접해본 적 없는 외계의 언어일 수도, 언어라는 개념을 완전히 벗어난 어떤 것일 수도 있겠죠. 천국에서는 그 언어로 시를 쓸까요? 개인적으로는 쓰지 않았으면 좋겠습니다.”

사람은 영아기에 급속히 성장하고 다시 청소년기가 되면 신장과 체중의 빠른 성장이 나타나는 ‘성장 급등’ 현상이 나타난다. 이를 통해 성인에 가까운 신체 발달이 이뤄지는 것이다. 우주 천체도 비슷한 과정을 거치는 것으로 알려져 있다. 이런 가운데 이탈리아, 영국, 미국, 독일, 포르투갈, 아일랜드 6개국 공동 연구팀은 지구로부터 약 620광년 떨어진 곳에서 약 60억t의 우주 가스와 먼지를 빨아들이며 비정상적 성장 급등 현상을 보이는 어린 떠돌이 행성을 발견했다고 8일 밝혔다. 이 연구에는 이탈리아 팔레르모천문대 국립천체물리학연구소(INAF), 볼로냐대 물리·천문학과, 영국 세인트 앤드루스대 물리·천문학부, 런던대(UCL) 우주과학연구실, 미국 존스홉킨스대 물리·천문학과, 유럽남방천문대(ESO), 포르투갈 리스본대 천문·우주과학연구소, 아일랜드 더블린 고등과학연구소 우주물리학부, 더블린대(UCD) 물리학과 연구자들이 참여했다. 이 연구 결과는 천문학과 물리학 분야 국제 학술지 ‘천체물리학 저널 레터스’ 10월 2일 자에 실렸다. ‘성간 행성’으로도 불리는 떠돌이 행성(Rogue planet)은 행성과 비슷한 질량을 갖고 있지만, 항성(별)이나 갈색 왜성의 중력에 묶여 있지 않아 우주 공간을 독립적으로 움직이는 행성급 천체다. 우주 공간을 독립적으로 움직인다고는 하지만, 은하 중심에서 홀로 공전한다고 보는 연구도 있다. 연구팀은 제임스 웹 우주망원경(JWST)과 칠레 아타카마 사막에 있는 ESO의 초거대망원경(VLT)으로 갓 생성된 떠돌이 행성이 얼마나 빠르게 물질을 강착하는지 관측했다. 강착이란 천체물리학에서 중력적이거나 정전기적인 원인으로 우주 원반의 물질이 특정 물체에 나선형으로 떨어지며 모여드는 현상이다. 실제로 항성이나 행성은 강착 과정을 통해 성장한다. 연구팀은 남반구에서만 관측되는 작은 별자리로 지구에서 약 400~700광년 떨어져 있는 카멜레온자리의 떠돌이 행성 ‘Cha 1107-7626’을 살펴봤다. Cha 1107-7626은 지구에서 약 620광년 떨어져 있는 신생 행성으로 목성보다 5~10배 무거운 것으로 알려졌다. 지난 8월 관측했을 때는 행성 성장 속도가 초당 60억t으로 치솟았는데 이는 몇 달 전에 비해 약 8배 증가한 수치였다. 연구팀에 따르면 Cha 1107-7626의 성장 급등은 지금까지 관찰된 행성의 강착 현상 중 가장 강력했다. 또 젊은 별들에서처럼 행성 자기장이 물질을 끌어들이는 데 중요한 역할을 한다는 사실도 이번에 발견됐다. JWST의 관측 데이터에 따르면 행성의 화학적 구성도 성장 과정에서 변한 것으로 나타났다. 행성이 막 형성됐을 때는 관찰되지 않았지만, 성장 급등기에는 수증기가 관측됐다. 이번 관측은 자기 활동을 통해 엄청난 물질이 행성으로 유입될 수 있다는 점을 보여 줌으로써 행성도 항성과 비슷한 형태로 성장할 수 있다는 사실을 알게 했다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 레이 자야와르다나 존스홉킨스대 물리·천문학과장은 “이번 관측 결과는 별 주위를 공전하지 않는 떠돌이 행성이 초기 단계에 어떻게 행동하고 성장하는지 알 수 있게 해 준다”며 “떠돌이 행성의 생성 초기는 우리가 인식했던 것보다 훨씬 더 격동적으로 보인다”고 말했다.

‘될성부른 나무는 떡잎부터 다르다’는 우리 속담처럼, 천문학자들은 남다른 규모의 항성 제트를 방출하는 아기 별을 발견했다. 지구에서 약 1만 5000광년 떨어진 Sharpless 2-284 (이하 Sh2-284)가 그 주인공이다. 이 아기 별은 가스와 먼지로 이루어진 거대한 고치에 둘러싸인 원시 별이지만, 이미 중심부에서 수소 핵융합 반응을 시작한 것으로 밝혀졌다. 일본국립천문대 위청(Yu Cheng)을 비롯한 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 이용해 이 별을 정밀하게 관측했다. 그 결과 Sh2-284가 양방향으로 방출하는 항성 제트(stellar jet)의 길이가 무려 8광년에 달한다는 사실을 확인했다. 이는 태양계에서 가장 가까운 항성계인 알파 센타우리까지의 거리(4.3광년)의 거의 두 배에 달하는 엄청난 규모다. 별이 탄생 초기에 방출하는 항성 제트는 별의 떡잎과 같다. 이 제트는 별이 물질을 흡수하는 원반의 수직 방향으로, 즉 자전축과 같은 방향으로 강력하게 분출된다. Sh2-284가 이처럼 거대한 제트를 뿜어내는 비결은 바로 그 질량에 있다. Sh2-284의 질량은 태양의 약 10배에 달한다. 별의 질량이 커지면 내부의 압력과 온도가 기하급수적으로 높아지면서 수소 핵융합 반응이 매우 활발하게 일어난다. 이 과정에서 방출되는 에너지와 물질의 양 역시 기하급수적으로 증가한다. 따라서 태양 질량의 10배에 불과한 별이 수백, 수천 배 더 밝아지는 것처럼, 항성 제트의 위력 또한 질량이 클수록 폭발적으로 강해진다. 이번 관측에서 특히 주목할 만한 점은, 제임스 웹 우주 망원경의 높은 성능 덕분에 제트가 거의 한쪽 방향으로만 분출되었다는 사실이 밝혀졌다는 것이다. 이는 과거 질량이 큰 별은 생성 과정에서 불안정해 사방에서 물질을 흡수하고 제트를 불규칙하게 방출할 것이라는 가설을 반박한다. Sh2-284 관측 결과는 질량이 큰 별도 작은 별과 마찬가지로 안정적인 자전축을 유지하며 물질을 방출한다는 것을 시사한다. 이처럼 제임스 웹 우주 망원경은 베일에 가려져 있던 우주의 비밀을 하나씩 밝혀내고 있으며, 동시에 마치 물감을 풀어 놓은 듯한 Sh2-284의 아름다운 모습을 우리에게 보여주고 있다.

‘될성부른 나무는 떡잎부터 다르다’는 우리 속담처럼, 천문학자들은 남다른 규모의 항성 제트를 방출하는 아기 별을 발견했다. 지구에서 약 1만 5000광년 떨어진 Sharpless 2-284 (이하 Sh2-284)가 그 주인공이다. 이 아기 별은 가스와 먼지로 이루어진 거대한 고치에 둘러싸인 원시 별이지만, 이미 중심부에서 수소 핵융합 반응을 시작한 것으로 밝혀졌다. 일본국립천문대 위청(Yu Cheng)을 비롯한 과학자들은 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 이용해 이 별을 정밀하게 관측했다. 그 결과 Sh2-284가 양방향으로 방출하는 항성 제트(stellar jet)의 길이가 무려 8광년에 달한다는 사실을 확인했다. 이는 태양계에서 가장 가까운 항성계인 알파 센타우리까지의 거리(4.3광년)의 거의 두 배에 달하는 엄청난 규모다. 별이 탄생 초기에 방출하는 항성 제트는 별의 떡잎과 같다. 이 제트는 별이 물질을 흡수하는 원반의 수직 방향으로, 즉 자전축과 같은 방향으로 강력하게 분출된다. Sh2-284가 이처럼 거대한 제트를 뿜어내는 비결은 바로 그 질량에 있다. Sh2-284의 질량은 태양의 약 10배에 달한다. 별의 질량이 커지면 내부의 압력과 온도가 기하급수적으로 높아지면서 수소 핵융합 반응이 매우 활발하게 일어난다. 이 과정에서 방출되는 에너지와 물질의 양 역시 기하급수적으로 증가한다. 따라서 태양 질량의 10배에 불과한 별이 수백, 수천 배 더 밝아지는 것처럼, 항성 제트의 위력 또한 질량이 클수록 폭발적으로 강해진다. 이번 관측에서 특히 주목할 만한 점은, 제임스 웹 우주 망원경의 높은 성능 덕분에 제트가 거의 한쪽 방향으로만 분출되었다는 사실이 밝혀졌다는 것이다. 이는 과거 질량이 큰 별은 생성 과정에서 불안정해 사방에서 물질을 흡수하고 제트를 불규칙하게 방출할 것이라는 가설을 반박한다. Sh2-284 관측 결과는 질량이 큰 별도 작은 별과 마찬가지로 안정적인 자전축을 유지하며 물질을 방출한다는 것을 시사한다. 이처럼 제임스 웹 우주 망원경은 베일에 가려져 있던 우주의 비밀을 하나씩 밝혀내고 있으며, 동시에 마치 물감을 풀어 놓은 듯한 Sh2-284의 아름다운 모습을 우리에게 보여주고 있다.

별빛에 가려 발견 어려운 ‘골딜록스’직사각형 거울 단 사각 망원경으로고난도의 기술 없이 쉽게 구분 가능가림막 달린 ‘스타셰이드’ 등도 고려 ‘망원경’ 하면 많은 사람들이 둥근 원통 형태를 떠올린다. 그런데 우주 과학자들이 망원경에 대한 고정관념을 버리면 우주 속 ‘제2의 지구’를 훨씬 쉽게 찾을 수 있을 것이라는 분석 결과를 내놓아 눈길을 끈다. 미국 렌슬리어폴리테크닉대, 항공우주국(NASA) 고더드 우주비행센터 공동 연구팀은 지구와 비슷한 환경을 가진 ‘지구 2.0’ 행성을 찾기 위해서는 원통 형태 망원경이 아니라 사각형 등 새로운 형태와 구조를 가진 망원경을 도입할 필요가 있다고 3일 밝혔다. 이 연구 결과는 우주 분야 국제 학술지 ‘최신 천문학 및 우주과학’ 9월 1일 자에 실렸다. 생명체 존재의 필수 조건으로 꼽히는 물이 액체 상태로 존재하기 위해서는 행성 표면이 지구처럼 너무 뜨겁지도 차갑지도 않아야 한다. 이렇듯 태양 같은 항성(별)과 적당한 거리를 둔 채 생명체 존재 가능성이 높은 지구 형태의 행성을 ‘골딜록스 행성’이라고 부른다. 문제는 골딜록스 행성 관측이 쉽지 않다는 점이다. 골딜록스 행성을 예측해 관측했다 하더라도 행성보다 밝은 별빛에 가려져 구분하기가 어렵다. 광학 이론상으로 망원경 이미지에서 얻을 수 있는 최상의 해상도는 망원경 크기와 관측하는 빛의 파장에 좌우된다. 액체 상태의 물을 가진 행성은 머리카락 굵기에 해당하는 약 10마이크로미터(㎛) 부근 파장에서 빛을 방출한다. 지구에서 약 30광년 떨어진 거리에 있는 별과 행성을 분리해 볼 수 있을 만큼 해상도를 내기 위해서는 망원경의 최소 구경이 20m 정도여야 한다. 또 대기권을 통과하면 영상이 흐려지기 때문에 망원경은 우주 공간에 있어야 한다. 현재 최고 성능의 우주 망원경인 NASA의 제임스 웹 우주 망원경(JWST) 구경이 6.5m에 불과하다는 점을 고려하면 쉽지 않은 일이다. 지름 20m급 우주 망원경을 쏘아 올리는 것은 현재 기술로는 어렵기 때문에 과학자들은 작은 우주 망원경 여러 대를 발사한 뒤 군집 드론처럼 간격을 정밀하게 유지함으로써 큰 지름을 가진 단일 망원경처럼 작동시키는 방법을 고려하고 있다. 그렇지만 우주 망원경 간 위치 정확도를 유지하는 일은 극도로 어렵다. 또 다른 아이디어는 ‘스타셰이드’(starshade)다. 축구장 절반 크기인 가로 20m, 세로 40m의 거대 구조물로 우주 망원경과 함께 발사돼 별빛을 차단하면서 정밀한 행성 관측을 가능하게 하는 장치다. 이 역시 망원경이 관측 대상을 옮겨 갈 때마다 스타셰이드를 수천㎞씩 움직여야 하므로 연료 소모가 엄청날 것이라는 지적이 나오고 있다. 이에 연구팀은 기존 원통형 망원경 대신 가로 1m, 세로 20m의 직사각형 거울이 장착된 납작한 사각 망원경을 제안했다. 직사각형 망원경은 JWST와 비슷한 10㎛ 적외선 파장에서 작동하고 크기도 비슷한 수준을 유지하면서 태양 유사 별을 도는 지구 형태의 행성을 쉽게 구분해 낼 수 있다고 연구팀은 설명했다. 개념 설계에 따르면 이 망원경은 30광년 거리에서 태양 유사 별을 도는 지구형 행성의 절반 이상을 3년 이내에 발견할 수 있다. 가장 큰 장점은 다른 우주 망원경들과 달리 고난도의 기술이 필요하지 않다는 것이다. 연구를 이끈 하이디 뉴버그 렌슬리어폴리테크닉대 응용물리·천문학과 교수는 “망원경은 원통형이라는 고정관념만 버린다면 액체 상태의 물이 있는 행성은 물론 산소가 존재하는 행성 등 우리가 원하는 행성을 쉽게 관측할 수 있을 것”이라고 말했다.