미국항공우주국(NASA, 이하 나사)는 제임스 웹 우주 망원경과 허블 우주 망원경 이외에도 다양한 목적의 우주 망원경을 운영하고 있다. 행성 사냥꾼인 TESS도 그중 하나다. 수천 개의 외계 행성을 찾아낸 1세대 외계 행성 사냥꾼인 케플러 우주 망원경에 이어 발사된 2세대 외계 행성 사냥꾼인 TESS는 이미 7,000개에 달하는 외계 행성 후보를 포착했다. 하지만 이들이 발견한 외계 행성은 우리 은하에 있는 수천억 개 이상의 외계 행성 중 극히 일부에 지나지 않는다. 따라서 나사는 3세대 외계 행성 사냥꾼인 낸시 그레이스 로만 우주 망원경 (이하 로만 우주 망원경)을 준비하고 있다. 로만 우주 망원경은 허블 우주 망원경과 같은 2.4m 지름의 주경을 갖고 있지만, 이미지 센서는 2억 8,800만 화소로 허블의 100배에 달한다. 덕분에 행성이 별 앞을 주기적으로 지나면서 밝기가 미세하게 변하는 현상을 먼 거리에서도 쉽게 포착할 수 있다. 그런데 사실 선배인 케플러나 TESS가 수집한 막대한 정보는 외계 행성 연구에만 사용된 게 아니라 더 다양한 연구에 활용됐다. 로만 우주 망원경이 수집할 정보는 선배들보다 월등히 많기 때문에 과학자들이 이를 어떻게 활용하면 좋을지 행복한 고민에 빠져 있다. 플로리다 대학의 자카리 클리이터가 이끄는 연구팀은 로만 우주 망원경이 수집할 기본적인 밝기 데이터를 이용하면 별의 나이를 측정할 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 별의 자전 주기는 보통 어릴수록 빠르다. 시간이 지나면서 점점 부풀어 오르기 때문이다. 별의 지름이 커지면 팔을 좁히면서 도는 피겨 선수와 반대로 회전 속도가 느려진다. 각운동량 보존 법칙 덕분이다. 따라서 별의 질량과 회전 속도를 측정할 수 있다면 별의 나이도 추정할 수 있다. 별 주변을 도는 행성이 앞을 가리지 않더라도 별 표면에는 흑점이 있기 때문에 사실 자전 속도에 따라 주기적으로 밝기가 변한다. 다만 흑점 활동 정도에 따라 그 변화가 들쑥날쑥하다는 것이 문제다. 연구팀은 이런 불규칙한 변화가 있더라도 분석을 통해 공전 주기를 추정할 수 있다고 설명했다. 과학자들은 태양 흑점 관측을 통해 흑점의 이동이나 변화, 그리고 활동 주기 등에 대해서 많은 사실을 알아 냈다. 따라서 관측 데이터만 충분하면 별의 자전 속도 역시 추정할 수 있다. 연구팀은 로만 우주 망원경이 수집할 수많은 별의 밝기 변화 데이터를 기대하고 있다. 외계 행성을 찾아내지 못해도 별의 나이를 추정할 데이터는 충분히 수집할 수 있기 때문이다. 이 데이터를 정리하면 우리 은하를 구성하는 수많은 별들의 연령 분포를 자세히 알아낼 수 있다. 아마도 여기에서 지금까지 몰랐던 여러 가지 사실이 밝혀질 것으로 예상된다. 로만 우주 망원경은 주경과 이미지 센서 등 주요 부품들이 완성된 상태로 2027년까지 발사될 예정이다. TESS의 임무가 끝날 때쯤 로만 우주 망원경이 본격적으로 활동에 들어가면서 제임스 웹 우주 망원경과 함께 우주에 대해 더 많은 정보를 알려줄 것으로 기대된다.

조금 늦은 저녁이었다. 해는 이미 저물어 가로등에 불이 들어오기 시작했다. 렌터카에 앉아 있기 너무 답답해 동기들에게 먼저 내리겠다고 양해를 구했다. 언덕 위 주차장에서 만나기로 약속하고 언덕으로 올라가는 길을 무작정 걷기 시작했다. 조금 덥기는 했지만 습도는 높지 않았다. 무엇보다 여름 밤 풀내음이 너무 좋았다. 미국생활 경험이 있는 동기를 믿고 따라왔을 뿐 여기가 어디인지, 여기에 왜 온 것인지는 알지 못했다. 언덕에 다다르자 넓은 정원과 큰 건물이 눈에 들어왔다. 동기는 여기가 영화 ‘라라랜드’(2016)와 ‘이유 없는 반항’(1955)의 촬영장소로 유명한 ‘그리피스 천문대’(Griffith Observatory)라고 설명했다. 가슴이 두근거리기 시작했다. 좋아하는 영화의 촬영장소에 왔다는 설렘 때문이 아니었다. 잠시나마 칼 세이건(Carl Sagan∙1934~1996)을 존경하며 천문학자의 꿈을 꾸었던 젊은 날의 기억 때문이었다.로스앤젤레스의 별명, 라라랜드(La La Land) 2016년 개봉한 영화 라라랜드(La La Land)에서 주인공 세바스찬(라이언 고슬링)과 미아(엠마 스톤)이 함께 왈츠를 추었던 장면을 촬영한 장소가 그리피스 천문대였다. 이 영화는 전세계적으로 4억 4500만 달러의 흥행수익을 올렸고, 골든 글로브상 7개 부문 수상, 영국 아카데미상 5개 부문 수상, 미국 아카데미상 6개 부문을 수상해 흥행면과 예술면에서 모두 큰 성공을 거둔 작품이었다. 영화를 먼저 보고 왔다면 영화에서 받은 감동을 이 곳에서 다시 한번 느낄 수 있었을 텐데 지금 생각해도 그 점은 너무 큰 아쉬움이다.영원한 우상, 제임스 딘(James Dean) 한 시대를 풍미했던 배우는 많지만 세상을 떠난 후 70년이 지난 지금까지도 청춘스타로 기억되는 배우는 제임스 딘(James Dean·1931~1955)이 유일할 것이다. 그는 ‘에덴의 동쪽’(1955), ‘이유 없는 반항’(1955)으로 한 순간에 슈퍼스타가 되었지만 자동차 사고로 한 순간에 전설이 되어 사라졌다. 1955년 생전 마지막 작품이 된 ‘자이언트’ 촬영을 마치고 며칠이 지난 9월 30일이었다. 제임스 딘은 자동차를 타고 과속으로 달리다가 맞은편에서 비보호 좌회전을 하던 자동차와 충돌했고, 병원으로 실려가던 중 구급차 안에서 사망했다. 그리피스 천문대는 영화 이유 없는 반항에서 제임스 딘의 결투장면을 촬영한 장소로 유명하며, 그 인연으로 제임스 딘의 동상이 세워져 있다. 제임스 딘은 1955년 세상을 떠난 후 1956년 에덴의 동쪽으로 아카데미상 후보에 올랐으며, 다음 해 1957년에는 ‘자이언트’(1956)로 다시 한번 아카데미상 후보에 올랐다. 세상을 떠난 후에 두번이나 아카데미상 후보에 오른 유일한 배우라고 전해진다.이유 있는 반항은 지금도 진행 중 ‘라라랜드’와 ‘이유 없는 반항’ 외에도 그리피스 천문대가 등장하는 할리우드 영화는 수없이 많다. 아놀드 슈와제네거 주연의 ‘터미네이터 I’(1984)에서는 미래에서 온 터미네이터가 처음으로 등장한 장소였으며, 아무것도 걸치지 않은 터미네이터가 내려다본 도시가 바로 이 곳 그리피스 천문대에서 내려다본 로스앤젤레스였다, 어느 곳을 가든지 그 곳에 대해 미리 공부하는 습관을 만들어 준 장소가 바로 그리피스 천문대였다. 평범한 천문대가 아니라는 점을 미리 알고 갔다면 제임스 딘 동상 앞에서 찍은 사진 한 장이라도 남겼을 것이다. 당시 찍은 사진들을 찾아보니 망원경 사진만 잔뜩 채워져 있었다. 알고 바라보는 것과 모르고 바라보는 것이 주는 감동과 정보의 차이는 상상을 초월하는 수준의 간격이 있다. 다음에 그 길을 밟는 사람들은 그러한 실수를 하지 않길 바라는 마음에 글을 시작했으며 이번 주제를 마무리한다. 이 글을 쓰는 것은 나름의 ‘이유 있는 반항’이다.

지난 2022년 9월 27일 인류 역사상 최초로 소행성에 우주선을 고의 충돌시키는 마치 영화같은 실험이 성공적으로 이루어졌다. 당시 미 항공우주국(NASA)은 다트(DART) 우주선을 지구에서 1100만㎞ 떨어진 소행성 디디모스(Didymos)의 위성인 디모르포스와 고의 충돌시켰다. 이날 DART 우주선은 초속 6.1㎞로 날아가 목표했던 디모르포스와 충돌하면서 운명을 다했다. 충돌 여파로 디모르포스의 먼지와 파편이 생겼으며 이후 소행성 뒤로는 혜성같은 꼬리가 형성됐다. NASA는 우주선의 디모르포스 충돌로 인해 1000톤이 넘는 먼지와 암석이 우주공간에 흩뿌려진 것으로 분석했다. 특히 이 과정에서 소행성에 있던 바위들이 떨어져나와 우주 공간을 떠돌게 됐는데 허블우주망원경으로 확인된 숫자는 37개로 직경은 4~7m에 달했다.그렇다면 그후 우주공간으로 떨어져나온 이 바위들은 어떻게 됐을까? 최근 유럽우주국(ESA) 천문학자 마르코 페누치와 이탈리라 국립천체물리학 연구소 알비노 카르보냐니는 이에대한 흥미로운 연구결과를 내놨다. 컴퓨터 시뮬레이션 분석을 통해 이들 바위들이 행로를 예측한 것. 그 결과 모든 바위들이 지구 쪽으로 날아와 영향을 미칠 가능성은 없는 것으로 파악됐다. 그러나 연구팀은 이 바위들의 궤도가 장기적으로 화성의 궤도와 교차한다는 사실을 발견했다. 특히 이중 4개의 바위는 화성에 충돌할 정도로 가까워지는데 2개는 6000년 후, 또다른 2개는 1만 5000년 후로 예측됐다. 결과적으로 4개의 바위가 인간의 실수 아닌 실수로 화성에 떨어질 수 있는 것. 특히 아무리 작은 바위라도 화성에는 큰 타격이 될 수 있다. 화성은 대기가 희박해 지구처럼 천체로부터 거의 보호되지 않는다. 연구팀에 따르면 이 바위 하나가 수직으로 떨어지면 화성에 최대 300m의 분화구가 생길 수 있다.이에대해 연구팀은 “지금까지 이루어진 모든 관측결과 다트 우주선이 디모르포스와 충돌하면서 궤도 주기를 변경하고 지구에도 영향을 미치지 않았기 때문에 성공적인 실험으로 확인됐다”면서 “다만 소행성에서 떨어져 나온 물질이 주위 천체에 영향을 미칠 수 있기 때문에 향후 임무에 보다 신중한 접근이 필요하다는 것이 이번 연구가 시사하는 점”이라고 밝혔다. 한편 DART 우주선이 디모르포스와 충돌한 이유는 미래에 지구를 위협할 수 있는 소행성과 충돌해 그 궤도를 변경할 수 있는지를 실험하는 것이었다. 곧 미래에 지구를 위협할 수 있는 소행성의 궤도를 변경하려는 장대한 실험인 셈으로 실제로 디모르포스의 궤도 주기가 33분 가량 변경되면서 임무는 성공적으로 끝났다. DART(Double Asteroid Redirection Test)는 폭발물을 탑재하지 않은 500kg정도의 작은 우주선으로 지난 2021년 11월 24일 발사됐다. DART 우주선의 실험장이 된 디모르포스는 직경 160m의 작은 소행성이지만 만약 지구와 충돌한다면 대형 핵무기급 파괴력을 가질 수 있다.

폰스-브룩스 혜성의 뒤틀린 이온 꼬리와 확산된 녹색 코마(핵)가 2도 너비의 망원경 시야에 포착됐다. 혜성 위쪽에 빛나는 노랜색 별은 양자리에서 가장 밝은 알파별로, 하말(Hamal) 또는 엘 나스(El Nath)로 불린다. 히파르코스 위성의 시차 측정 자료에 의하면 지구에서 65.9광년 떨어져 있다. 오렌지색 거성 하말은 별 자체도 밝지만 상대적으로 지구에서 가깝기 때문에 겉보기 등급 2.01이며, 질량은 태양의 4.5배, 밝기는 55배, 반지름은 18배에 달한다. 이제 폰스-브룩스는 북쪽 밤에서 벗어나 오는 21일 근일점에 닿기 위해 접근하고 있다. 미국동부표준시로 8일에는 낮 하늘에서도 혜성을 볼 수 있는데, 그러기 위해서는 달의 도움이 필요하다.그날 북미 대륙에는 개기일식이 일어나기 때문이다. 개기일식의 경로 위에 서서 매혹적인 태양 코로나와 완전히 가려진 태양의 광경에서 눈을 돌리면 이 혜성을 볼 수 있다.

우주에서 가장 신비한 ‘물질’인 암흑물질을 찾기 위해 고안된 새로운 실험이 첫 번째 결과를 발표했다. ​ 시카고 대학과 미국 에너지부의 페르미 연구소가 개발한 BREAD(악시온 검출을 위한 광대역 반사판 실험)에서는 아직 암흑물질 입자를 발견하지 못했지만, 과학자들이 기대할 수 있는 특성 유형에 더 엄격한 제약을 가한 새로운 실험결과는 그런 입자의 존재 가능성을 보여주었다. ​ BREAD 실험은 암흑물질을 찾는 데 사용할 수 있는 흥미롭고 새로운 방법을 제공했다. 이는 엄청난 공간을 차지할 필요가 없는 비교적 저렴한 방법이다.​ BREAD는 ‘광대역’ 접근 방식을 사용하여 ‘악시온(axion)’이라고 불리는 가상의 암흑물질 입자와 관련된 ‘암흑 광자’를 다른 실험에 비해 보다 더 큰 가능성에 걸쳐 검색하지만 그 정밀도는 약간 낮다.​ BREAD 프로젝트를 이끈 시카고 대학의 데이비드 밀러 박사는 “암흑물질 검색은 확인해야 할 주파수가 백만 개라는 점을 제외하면 특정 라디오 방송국을 검색하기 위해 다이얼을 조정하는 것과 같다”며 “우리의 방법은 몇 개의 라디오 방송국을 아주 철저하게 스캔하는 것이 아니라 10만 개의 라디오 방송국을 스캔하는 것과 같다”라고 설명했다. 큰 문제를 해결하기 위한 작은 실험 ​암흑물질은 우주 물질의 약 85%를 구성하며, 그 영향으로 은하계가 회전할 때 흩어지는 것을 방지하는 중력을 행사한다. 그럼에도 불구하고 암흑물질이 무엇으로 구성되어 있는지 거의 알지 못하기 때문에 과학자들에게 최대의 화두가 되고 있는 존재다.​ 암흑물질의 정체가 말 그대로 암흑에 싸여 있는 큰 이유 중 하나는 표준 광자를 방출하거나 반사하지도 않으며, 우리 눈에 전혀 보이지 않는다는 사실이다. 곧 빛과 상호작용을 하지 않는다는 뜻이다. 이러한 전자기적 상호작용의 결여는 암흑물질이 별, 행성, 달, 우리 몸, 옆집 고양이와 같은 ‘정상 물질’ 물체를 구성하는 양성자, 중성자 및 전자로 구성되지 않음을 시사한다.​ 우리 망원경은 암흑물질을 직접적으로 감지할 수는 없지만, 암흑물질은 중력과의 상호작용을 통해 별, 은하, 심지어 빛에도 영향을 미친다. 그래서 천문학자들은 암흑물질의 존재를 말할 수 있는 것이다. 하지만 그것이 무엇인지는 전혀 모른다.​ 밀러는 “무언가가 존재한다고 확신하지만, 그것이 취할 수 있는 형태는 매우 다양하다”고 말한다. 이러한 혼란으로 인해 과학자들은 암흑물질을 구성할 수 있는 이상한 특성을 지닌 다양한 입자를 찾아나서게 되었다. 그러한 후보 중 하나는 극도로 작은 질량을 가진 가상의 입자인 악시온이다. 만약 악시온이 존재한다면 일상적인 물질이 ‘보통’ 광자와 상호작용하는 것처럼 이른바 암흑광자와 상호작용할 수도 있다. 이 상호작용은 때때로 특정 상황에서 눈에 보이는 광자의 생성을 촉발할 수 있다.​BREAD는 테이블 상판에 장착할 수 있는 곡선형 금속 튜브 모양의 동축 접시형 안테나다. 이 실험은 광자를 포착하여 한쪽 끝에 있는 센서로 보내 가능한 악시온의 하위 집합을 검색하도록 설계되었다. 본격적인 BREAD 실험에서는 장비가 강한 자기장 내에 위치하는 것을 볼 수 있으며, 이를 통해 축삭이 광자로 전환될 가능성이 높아질 것이라고 팀은 설명한다. 원리 증명으로 팀은 이 자기장을 생성하는 데 필요한 자석을 제외한 BREAD 실험을 수행했다.​ BREAD 실험은 시카고 대학에서 한 달 동안 진행되었으며, 몇 가지 흥미로운 데이터를 제공하여 본격적인 실험에 대한 팀의 욕구를 불러일으켰다. 테스트 결과에 따르면, BREAD는 팀이 조사하도록 설계한 주파수 범위에서 매우 민감한 것으로 나타났다.​ BREAD의 공동 리더이자 페르미 연구소 연구원인 앤드류 존네샤인은 “이것은 우리가 계획하고 있는 일련의 흥미로운 실험 중 첫 번째 단계에 불과하다”면서 “우리는 악시온 검색의 민감도를 향상시키기 위한 많은 아이디어를 가지고 있다”고 덧붙였다.​ 또한 이 테스트는 프랑스와 스위스 국경 지하에 건설된 27km 길이의 대형 강입자 충돌기(LHC)와 같은 거대한 입자 가속기뿐만 아니라 테이블 위에서도 입자 물리학을 수행할 수 있음을 보여주었다.​ BREAD의 개발과 구축을 이끈 페라미 연구소 박사후 연구원 스테판 크니르크는 “이 결과는 우리 개념의 이정표이며 처음으로 우리가 수행한 접근방식의 힘을 보여준다”라고 밝히며 “소규모 팀이 실험 구축부터 데이터 분석까지 모든 것을 할 수 있으면서도 현대 입자 물리학에 큰 영향을 미칠 수 있는 이런 종류의 창의적인 작은 실험 과학을 수행하는 것은 대단히 의미있는 일”이라고 평가한다.​ BREAD 실험의 다음 단계에서는 장치가 아르곤 국립연구소의 자석 시설로 운반되는 것을 볼 수 있다. 또한 SLAC 국립가속기연구소, MIT, 칼텍 및 NASA의 제트추진연구소와 같은 시설에서는 BREAD 실험의 향후 레시피를 위해 시카고 대학 및 페르미 연구소와 함께 연구개발을 진행하고 있다.​ 밀러는 “과학에는 여전히 공개된 질문이 너무 많고 이러한 질문을 해결하기 위한 창의적이고 새로운 아이디어를 위한 엄청난 공간이 있다”면서 “나는 이것이 그러한 창의적인 아이디어의 진정한 특징적인 예라고 생각한다. 이 경우에는 대학의 소규모 과학과 국립 연구소의 대규모 과학 간의 영향력 있고 협력적인 파트너십”이라고 덧붙였다. 자세한 연구결과는 지난달 말 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 저널에 게재됐다.​

우리은하 중심의 거대 블랙홀에서 무슨 일이 일어나고 있는 걸까? 그것을 실시간으로 중계한다면, 소용돌이치는 자기화된 원반에서 엄청난 물질을 쉼없이 빨아들이고 있다는 것이 확인되었다. 특히 최근 블랙홀의 강착원반은 편광을 방출하는 것으로 나타났으며, 복사는 자화 소스와 밀접히 연관되어 있다. 여기 사진은 EHT(Event Horizon Telescope) 협력에 참여하는 전 세계 전파 망원경으로 촬영한 우리은하 중심 블랙홀인 궁수자리 A*(궁수자리 A별이라고 읽음)를 클로즈업한 것이다. 우리은하 중심의 블랙홀은 분류상 초대질량 블랙홀(supermassive black hole SMBH 또는 SBH)로 불리는데, 이는 블랙홀 중 가장 큰 유형으로, 질량이 태양질량의 수십만 또는 수백만에서 수십억 배에 달하는 거대 블랙홀이다. 블랙홀은 중력붕괴를 겪은 천체의 일종으로, 그 중력이 너마나 강한 나머지 빛은 물론 그 어떤 것도 빠져나갈 수 없는 타원면 우주 영역을 남긴다. 관측적 증거에 의하면 거의 모든 대형 은하의 중심에는 이러한 초대질량 블랙홀이 있는 것으로 확인되었다. 위의 이미지는 원반 주변의 소용돌이 자화 가스가 태양질량 450만 배인 중심 블랙홀에 떨어질 때 가스에서 방출되는 편광을 나타내는 예시적인 곡선이다. 이미지의 중앙 부분은 블랙홀의 어두운 사건 지평선과 우리 사이에 발광 가스가 거의 보이지 않기 때문에 어두울 가능성이 크다. 이것과 M87의 중심 블랙홀에 대한 지속적인 EHT 모니터링은 블랙홀의 중력과 떨어지는 물질이 디스크와 제트를 생성하는 방법에 대한 새로운 단서를 제공할 수 있다. 이 블랙홀의 근처에는 태양의 1300배에 해당하는 중간질량 블랙홀이 더 존재하며 쌍성처럼 서로를 공전하고 있는 것이 확인되었다. 이는 과거에 우리은하가 다른 작은 은하를 흡수하였음을 의미하며, 실제로 2002년에 한국의 연세대 연구팀이 ‘사이언스’지에 발표한 논문을 통해 우리은하가 약 10억 년 젊은 다른 은하와 충돌, 합병하여 현재의 크기가 되었음을 입증한 바 있다.

과학자들은 지구에서 멀리 떨어진 천체를 관측해 초기 우주의 모습을 연구한다. 멀리 떨어진 천체일수록 더 오래전의 모습이기 때문이다. 예를 들어 110억 광년 떨어진 은하를 관측하면 빛이 지구에 도달하는 데 걸린 시간인 110억 전의 모습을 볼 수 있다. 당연히 더 강력하고 비싼 망원경일수록 더 멀리 있는 천체를 포착할 수 있다. 따라서 인류 역사상 가장 비싸고 강력한 망원경인 제임스 웹 우주 망원경의 주요 목표는 가장 멀리 떨어진 희미한 은하와 블랙홀을 관측하는 것이었다. 하지만 그렇다고 해서 제임스 웹 우주 망원경이 가까운 천체를 관측하지 않는 것은 아니다. 태양계에 있지만, 너무 어두워서 관측이 어려운 희미한 소행성과 태양계의 행성, 위성도 관측 대상이다. 사실 제임스 웹 우주 망원경에 첫 1년 관측 프로젝트의 7%가 태양계 관측에 사용됐다. 센트럴 플로리다 대학(UCF) 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경이 관측한 것 가운데 가장 작은 형태의 천체를 연구했다. 바로 소행성이다. 태양계 외곽에 있는 소행성은 너무 어두워 지구에서 관측하면 대부분 희미하고 작은 점처럼 보인다. 따라서 하지만 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능 덕분에 연구팀은 해왕성과 3:2 궤도 공명을 하는 소행성 쌍성계 341520 모르스-소무스(Mors–Somnus)을 분석할 수 있었다. 모르스-소무스는 지름 60km 정도의 소행성 두 개가 2만 1000km 거리에서 서로를 공전하는 쌍성계 소행성으로 해왕성 궤도와 그 밖을 타원형으로 공전하는 얼음 소행성이다. 이 소행성은 과학자들이 차가운 클래식 TNO(trans-Neptunian objects)로 분류한 소행성 중 하나로 태양계 초기의 물질을 많이 갖고 있는 얼음 천체로 생각된다. 하지만 너무 먼 거리에 있어 정확한 구성 물질을 파악하기 어려웠다.연구팀은 제임스 웹 우주 망원경의 분광 데이터를 이용해서 질소, 산소, 수소, 탄소 등 여러 가지 원소의 비율을 확인할 수 있었다. 그리고 이 소행성의 밀도가 물의 절반 정도인 0.5 g/㎤ 정도에 불과하다는 것도 확인했다. 해왕성 궤도에 있는 태양계 외곽 소행성인 TNO와 이보다 좀 더 먼 거리에 있는 카이퍼 벨트 소행성들은 이렇게 대부분 낮은 온도에서 얼은 물질들이 엉성하게 모인 얼음 천체로 보인다. 사실 정확한 크기와 밀도, 구성 물질을 확인하기 위해서는 뉴허라이즌스호가 확인한 소행성 486958 아로코트(Arrokoth)처럼 직접 탐사선을 보내 확인하는 것이 가장 정확하다. 하지만 현실적으로 해왕성이나 명왕성보다 더 멀리 떨어진 작은 소행성에 일일이 탐사선을 보내는 것은 가능하지 않은 일이다. 제임스 웹 우주 망원경은 직접 가서 확인할 수 없는 차가운 얼음 소행성을 관측해 아직도 많은 미스터리를 간직한 태양계 외곽의 비밀을 풀고 있다.

올해 후반 지구 옆을 지나갈 예정인 도시 크기의 핼리형 혜성인 12P/폰스-브룩스(12P/Pons-Brooks, 이하 폰스-브룩스)의 거대한 얼음 핵 주변에서 이제껏 볼 수 없었던 ‘나선형 빛’이 발견되어 과학자들의 이목을 집중시키고 있다. 혜성의 핵을 둘러싸고 있는 이 빛나는 녹색 소용돌이는 약간의 사진적인 기법을 사용하지 않았다면 결코 발견되지 않았을 것이다. 폰스-브룩스 혜성은 폭 17km의 거대한 얼음과 암석으로 이루어진 천체로, 대략 71년을 주기로 해서 길쭉한 타원형 궤도를 따라 태양 둘레를 도는데, 현재 우리 별 태양을 향해 접근하고 있는 중이다. 여느 혜성과 마찬가지로 폰스-브룩스는 얼음, 가스, 먼지로 이루어진 얼어붙은 핵을 가지고 있다. 코마(coma)라고 불리는 혜성의 핵은 얼음과 먼지 구름으로 둘러싸여 있으며, 이 먼지는 혜성 내부에서 지속적으로 새어나온다. 그러나 폰스-브룩스의 커다란 특징은 여느 혜성과는 달리 극저온 화산이라는 점이다. 즉, 태양 복사가 핵에 큰 균열을 만들고, 그 균열로부터 극저온 마그마라고 알려진 얼음 외피의 내부 물질, 곧 가스와 먼지를 대량 우주로 뿜어낸다. 이런 일이 발생하면 코마가 크게 확장되어 일시적이지만 평소보다 훨씬 밝게 보인다.폰스-브룩스는 지난해 7월 천문학자들이 69년 만에 처음으로 정점을 찍는 가스 방출 모습을 지켜보았다. 혜성은 이후로 계속해서 자주 폭발하는 광경을 연출했다. 초기 폭발 동안 얼음 마그마 유출을 막는 핵의 깊게 팬 홈으로 인해 혜성의 확장된 코마는 불규칙한 모양을 보였다. 이로 인해 혜성은 마치 악마의 뿔이 자란 것처럼 보였고, 이로 인해 얼음 천체는 ‘악마 혜성’이라는 불길한 별명을 얻게 되었다. 그러나 최근의 폭발 과정에서 이러한 뿔이 사라진 것으로 보인다. 폰스-브룩스가 태양에 가까워짐에 따라 높은 수준의 다이카본(2탄소. 두 개의 탄소원자가 서로 붙어 있음) 덕분에 녹색 색조를 띠는 코마가 훨씬 더 눈에 띄게 되었다. 태양풍에 의해 코마에서 날아간 먼지와 얼음으로 이루어진 커다란 꼬리도 자라났다. 그 결과, 천체사진가들은 훨씬 인상적인 혜성의 모습을 렌즈에 담을 수 있게 되었다.​ 지난 9일, 천체사진작가 얀 에릭 발레스타드는 노르웨이에서 폰스-브룩스와 긴 꼬리의 매우 선명한 새로운 이미지를 포착했으며, 특수 소프트웨어를 사용하여 코마 부분 빛의 다양한 강도에 초점을 맞춘 후 이전에는 볼 수 없었던 코마 내의 나선을 잡아낼 수 있었다. 나선형 빛은 폰스-브룩스 표면의 작은 간헐천이 극저온 마그마를 분출하고 있기 때문에 생긴 것으로 보인다. 혜성이 회전함에 따라 이 얼음 제트는 뒤틀리며 분출되어 새로운 사진에서 볼 수 있는 소용돌이를 만들고 있는 것이다.지난 달 혜성의 흐릿한 이미지는 혜성의 코마에서 ‘음양’ 차이를 어느 정도 보여주었는데, 돌이켜보면 이것이 나선형 빛의 첫 번째 증거로 보인다. 그러나 당시에는 정확한 상황을 파악하기 어려웠다. 폰스-브룩스는 현재 시속 약 6만 4500km, 초속 약 18km의 속도로 태양계 내부를 항해하고 있다. 혜성은 4월 24일 태양에 가장 가까운 지점인 근일점에 도달한 후 태양 뒤쪽을 돌아나와 6월 2일에는 지구에 가장 가까운 거리인 근지점을 1.55 AU(2억 3200만km) 거리에서 통과한다. 이때 혜성은 겉보기 등급 4.5 정도로 밝아질 것으로 예상된다. 이 정도 밝기면 맨눈으로도 충분히 볼 수 있다. 천체사진가들은 지난 몇 달 동안 폰스-브룩스의 놀라운 사진을 여러 장 촬영했다. 지난 1월, 천체사진가들은 혜성이 백조자리의 진홍빛 초승달 성운을 빠르게 지나갈 때 이를 포착했으며, 지난주 가상 망원경 프로젝트의 천문학자들은 밤하늘의 안드로메다 은하를 지나가는 12P의 라이브 스트리밍을 주최하기도 했다.

김정은 북한 국무위원장의 딸 주애가 아버지보다 중앙에 서서 다시 한 번 대내외에 자신의 입지를 강조했다. 16일 노동신문은 전날 김 위원장과 딸 주애가 함께 항공육전병(공수부대) 훈련을 직접 지도했다고 보도했다. 이날 보도에서는 주애가 김 위원장보다 앞에 서서 망원경으로 공수부대의 훈련을 지켜보는 모습이 공개됐다. 일반적으로 북한 보도에서는 김 위원장이 아닌 인물이 프레임의 중앙을 차지하는 영상이나 사진은 보기 드물다. 그러나 주애는 이번 사진에서 당당하게 ‘센터’에 섰고, 김 위원장은 마치 조연처럼 주애의 뒤편에 자리 잡았다.또 망원경을 들고 공수부대의 훈련을 바라보는 주애의 모습은 마치 아버지인 김 위원장의 평소 모습을 고스란히 빼닮아 있었다. 김 위원장이 아닌 주애가 부대를 직접 지도하는 것처럼 보인 것이다. 같은 날, 조선중앙통신은 김 위원장과 주애가 평양 인근에 있는 강동종합온실 준공식에 참석했다는 보도도 내보냈다. 해당 보도에서는 “향도의 위대한 분들께서 당과 정부, 군부의 간부들과 함께 강동종합온실을 돌아보시었다”는 표현이 등장했다. 여기서 ‘향도’(嚮導)는 ‘나아갈 방향을 제시한다’는 의미로, 북한에서는 주로 최고 지도자나 조선노동당을 수식할 때 한정적으로 사용되어 온 단어다.이날 보도에서 조선중앙통신은 세 차례에 걸쳐 ‘향도’ 표현을 사용했다. “위대한 향도자, 창조자이신 김정은 동지”, “위대한 당중앙의 향도 아래”, “향도의 위대한 분들”이라는 대목들이다. 특히 ‘향도의 위대한 분들’이라는 복수의 표현을 미뤄 봤을 때, 북한이 주애를 향도의 반열에 올렸다는 사실을 짐작할 수 있다. 대내외에서 갈수록 존재감이 강화되는 주애와 관련해 우리 정부 내에서도 “김주애가 후계자가 아니라고 보기 어렵다”는 분석이 나오는 것으로 알려졌다.

지구 북반구의 별지기들에게 봄과 함께 심우주에서 온 손님이 찾아왔다. 바로 평생에 한 번 보기도 힘들다는 12P/폰스-브룩스 혜성이다. 이 혜성은 지금 점점 더 밝아지고 있는 중이다. 현재 작은 망원경과 쌍안경으로도 볼 수 있는 이 핼리형 혜성은 앞으로 몇 주 안에 맨눈으로도 볼 수 있게 될 것이다. 안개가 자욱한 대기에도 불구하고 보이는 이 혜성의 녹색 코마와 긴 꼬리는 지난 5일에 촬영된 슬로바키아 레부카의 밤하늘 풍경에서 지평선 근처의 하늘을 항해하고 있다. 잘 구성된 이 이미지에서 혜성의 위쪽으로 눈길을 돌리면 M31, 곧 안드로메다 은하와 함께 안드로메다자리의 베타별인 노란 별 미라크(Mirach)가 밝게 빛나는 것을 볼 수 있다. 미라크의 겉보기 등급은 2.05이며, 지구에서약 197광년 거리에 있다. 안드로메다 은하는 우리 태양계가 있는 은하수보다 약 250만 광년 떨어진 곳에 있다.태양계 내부를 71년을 주기로 방문하는 폰스-브룩스 혜성은 평생 한 번 보기 힘든 셈인데, 현재 14광분(光分)도 채 안되는 거리에 있다. 4월 21일 근일점을 통과하며, 4월 8일 개기일식 동안 하늘에서 볼 수 있다. 또 6월 2일에는 지구에 가장 가까운 거리인 근지점을 1.55AU(2억 3200만km) 거리에서 통과한다. 이때 혜성은 겉보기 등급 4.5 정도로 밝아질 것으로 예상된다. 이 정도 밝기면 맨눈으로도 충분히 볼 수 있다.

초신성은 태양보다 8-10배 정도 무거운 별이 마지막 순간에 폭발하는 현상이다. 이때 엄청난 에너지가 방출되어 초신성 하나의 밝기가 은하 전체의 밝기와 맞먹는 경우도 있다. 초신성 폭발이 중요한 이유는 우주에 있는 무거운 원소를 대량으로 공급하는 공장 역할을 하기 때문이다. 초신성 폭발 없이는 산소나 탄소보다 무거운 원소가 만들어질 수 없고 지구나 지구에서 살아가는 생명체도 만들어지지 못했을 것이다. 그래서 과학자들은 초신성 폭발의 과정과 폭발 후 물질이 방출되는 과정을 알아내기 위해 많은 연구를 해왔다. 이 가운데 1987년 가장 밝은 초신성 폭발을 일으킨 SN 1987A은 많은 관측이 이뤄진 초신성 잔해로 유명하다. 이 초신성의 잔해는 우리 은하의 위성 은하인 대마젤란 은하에 있다. 거리는 16.8만 광년으로 인간의 척도로 보면 매우 멀지만, 사실 지구에서 관측할 수 있는 초신성 잔해 중 가까운 편에 속한다. 과학자들은 SN 1987A의 잔해에서 무거운 물질이 우주로 어떻게 퍼지는지 1987년부터 꾸준히 관측해 왔다. SN 1987A의 잔해는 현재 초속 1만km의 엄청난 속도로 팽창하면서 소용돌이와 눈동자가 합쳐진 듯한 독특한 모양을 만들고 있다. (사진) 하지만 여전히 많은 물질이 중심부에 남아 있는데, 여기에는 폭발하고 남은 별의 중심 물질이 뭉쳐져 만든 중성자별이 존재할 것으로 보고 있다. 호랑이가 죽어서 가죽을 남기듯 초신성은 중성자별이나 블랙홀을 남기기 때문이다. 과학자들이 자신 있게 중성자별이 있다고 말하지 못하는 이유는 두꺼운 가스와 잔해로 인해 직접 관측한 적이 없기 때문이다. 과학자들은 1987년 엄청난 양의 중성미자 (뉴트리노)를 검출하면서 이론적으로 중성자별의 탄생을 예측했다. 하지만 허블 우주 망원경으로도 두꺼운 잔해 속에 숨어 있는 중성자별을 직접 관측할 수는 없었다. 2019년 영국 카디프 대학의 연구팀은 가장 강력한 지상 전파 망원경인 ALMA를 이용해 주변보다 더 밝게 빛나는 중심부 먼지구름을 확인했다. 아마도 이곳에 중성자별이 숨어 있을 것으로 예상되기는 하나 이 역시 중성자별을 직접 관측한 것은 아니었다. 그래서 과학자들은 역사상 가장 비싸고 가장 강력한 망원경인 제임스 웹 우주 망원경으로 SN 1987A를 다시 관측했다. 제임스 웹 우주 망원경의 MIRI 및 NIRSpec 장치로 얻은 적외선 및 분광 관측 데이터를 분석한 영국 임페리얼 칼리지 런던의 연구팀은 중성자별의 새로운 증거를 찾아냈다. 마이크 바로우 교수 연구팀은 무거운 아르곤 및 황 원자가 이온화 되어 있는 것을 확인했는데, 이는 중성자별에서 나온 강력한 에너지가 아니면 설명하기 어려운 결과다. 엄청난 초신성 폭발의 중심에서 태어난 중성자별은 초기에 표면 온도가 섭씨 1000억 도에 달한다. 이후 30년에 걸쳐 온도가 섭씨 100만도 정도로 떨어지지만, 여전히 막대한 열에너지를 지니고 있어 주변 원자에서 전자를 떼어내 이온화 형태로 만들 수 있다. 이런 고온을 오래 유지할 수 있는 천체는 중성자별 이외에 생각하기 어렵다. 물론 이번에도 중성자별을 직접 관측하는 데는 실패했지만, 과학자들은 언젠가 SN 1987A가 남긴 중성자별을 확인할 수 있을 것으로 믿고 있다. 시간이 지날수록 가스와 먼지가 흩어질 것이고 앞으로 더 강력한 망원경이 건설될 것이기 때문이다. SN 1987A는 폭발의 순간부터 지금까지 모든 과정을 상세히 관측한 보기 드문 초신성 잔해로 언젠가 잔해 속에서 태어난 중성자별도 그 모습을 드러낼 것이다.

위의 우주 풍경은 3월 7일 이탈리아 모로코에서 가상 망원경 프로젝트 2.0(Virtual Telescope Project 2.0)의 일환으로 촬영된 120초 노출 5장의 조합으로 재현해낸 것이다. ​ 안드로메다은하 아래쪽으로 긴 꼬리를 달고 하강하는 것은 12P/폰스-브룩스 혜성이다. 이 혜성은 2023년 말 지구에 가까워지면서 혜성에서 뿔이 튀어나오는 것처럼 보였기 때문에 ‘악마 혜성’으로도 알려져 있다. ​ 12P/폰스-브룩스는 71년의 궤도 주기를 가진 주기 혜성으로, 궤도 주기가 20~200년 사이인 핼리형 혜성의 범주에 속한다. 근일점에 접근할 때 절대등급 약 5도에 달하는 가장 밝은 주기 혜성 중 하나이기도 하다.​폰스-브룩스 혜성은 1812년 7월 프랑스의 장-루이 폰스에 의해 마르세유 천문대에서 발견되었으며, 이후 1883년 윌리엄 로버트 브룩스에 의해 재발견되어 이 같은 이름이 붙여졌다.​ 지름 약 30km인 것으로 추정되는 이 혜성은 매년 11월 29일경부터 12월 13일경까지 활동하는 κ-용자리유성우의 모체일 것으로 추정되고 있다. ​ 이 혜성의 원일점은 33.6AU(천문단위. 1AU는 지구-태양 간 거리로 약 1.5억km), 근일점은 0.78AU이다. 오는 2024년 4월 21일 근일점을 통과하며, 6월 2일에는 지구에 가장 가까운 거리인 근지점을 1.55 AU(2억 3200만km) 거리에서 통과한다. 이때 혜성은 겉보기 등급 4.5 정도로 밝아질 것으로 예상된다. 이 정도 밝기면 맨눈으로도 충분히 볼 수 있다. ​ 이와 대조적으로 안드로메다 은하는 훨씬 더 멀리 떨어져 있다. 무려 250만 광년 거리다. 사람의 맨눈으로 볼 수 있는 가장 멀리 있는 물체다. ​

물은 생명 현상에 필요한 기본 물질이다. 지구 생명체는 물속에서 태어났고 사실 오랜 세월 물 밖으로 나가지 않았다. 설령 육지로 나갔다고 해도 인간과 다른 생명체의 몸은 상당 부분 물로 되어 있다. 생명체는 물에서 태어나고 물과 함께 살아가는 존재다. 따라서 과학자들은 지구의 물이 어디에서 기원했는지를 오랜 시간 연구해 왔다. 지구와 태양계에 존재하는 물은 원시 태양 주변의 가스와 먼지가 모인 원반인 원시 행성계 원반에서 수소와 산소 원자가 만나 생성된 것으로 추정되지만, 정확한 과정에 대해서는 모르는 부분이 많다. 웨스턴 온타리오 대학 엘스 피터스와 잔 카미, 그리고 파리-사클레이 대학의 마리온 자네즈가 이끄는 국제 과학자팀은 제임스 웹 우주 망원경의 강력한 성능을 이용해 원시 태양과 비슷한 아기 별 주변에서 많은 양의 물이 생성되고 파괴되는 과정을 포착했다. 지구에서 비교적 가까운 거리에 있는 가스 성운인 오리온 성운은 수많은 아기 별이 태어나고 있어 이전부터 과학자들의 집중 관측 대상이었다. 최근 과학자들은 아기 별 주변의 원시 행성계 원반 중 하나인 d203-506에 주목했다. 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경의 적외선 관측 데이터를 분석해 d203-506에서 물이 자외선을 받아 분해될 때 나오는 하이드록실기(-OH)의 존재와 그 양을 측정했다. 그 결과 d203-506 원시 행성계 원반에서는 매달 지구의 바다만큼의 물이 분해되는 것으로 나타났다. 하지만 과학자들은 수소와 산소가 결합해 동시에 그만큼의 물이 다시 생기는 순환 사이클이 있는 것으로 보고 있다. 우선 원시 행성계 원반 중 별에서 먼 차가운 곳에서 산소와 수소가 결합해 물 분자가 생긴다. 이 물이 중력에 이끌려 별에서 가까운 섭씨 100~500도 사이의 뜨거운 위치로 오면 원시 별의 강력한 자외선에 의해 물 분자가 분해된다. 분해된 원자들은 다시 차가운 곳으로 이동한다. 언뜻 보기에는 우리와 관계없는 먼 우주의 일 같지만, 오래전 지구의 물도 이런 과정을 거쳐 순환되었을 가능성이 높다. 우리 몸에 있는 물도 예외가 아니다. 이들이 원시 행성계 원반에서 만나 순환하지 않았다면 지금의 우리는 없었을 것이다.

과학의 눈(잭 챌로너 지음, 변정현 옮김, 초사흘달) 과학은 우리를 둘러싼 세계에 대한 지식을 탐구하는 학문 영역이다. 너무 작아서, 또는 너무 멀고 광대해서 볼 수 없는 세계까지 관찰할 수 있게 되면서 과학은 빠르게 발전했다. 이 책에는 갈릴레오가 직접 만든 망원경으로 달을 관측해 그린 그림, 크림 전쟁에서의 병사 사망률을 한눈에 볼 수 있도록 한 나이팅게일의 원그래프부터 코로나19 바이러스의 주사전자현미경까지 150점 이상의 과학 이미지를 담고 있다. 어려운 글 대신 그림으로 과학 발전사를 한눈에 볼 수 있다. 272쪽. 3만 5000원.독일인의 전쟁 1935-1945(니콜라스 스타가르트 지음, 김학이 옮김, 교유서가) 제2차 세계대전 중 독일인들은 전쟁에 대해 어떤 생각을 갖고 있었을까. 저자는 슈투트가르트 현대사도서관, 역사박물관, 연방문서보관소 등에 보관된 일반인들의 일기와 편지를 샅샅이 뒤져 평범한 독일인의 내면을 파헤쳤다. 2차대전 당시 독일인들은 공적인 충성이나 도덕적 책임감을 요구하지 않는 ‘알지 못하는 앎’에 세뇌돼 자기도 모르게 전쟁 범죄의 공모자가 됐다고 강조한다. 책을 읽다 보면 또 다른 2차대전 전범국인 이웃 일본은 어땠을지 궁금해진다. 976쪽. 5만 3000원.파리는 그림(제라르 드니조 지음, 김두완 옮김, 에이치비 프레스) 유럽 여행을 꿈꾸는 사람 누구나 한 번쯤 가 보고 싶은 도시. 바로 프랑스 ‘파리’다. 도대체 파리는 어떤 도시길래 예술가들이 그리도 사랑한 것일까. 예술사학자인 저자는 지난 200년 동안 예술가의 도시로 자리잡은 파리를 화가의 시점으로 보여 준다. 올여름 파리올림픽을 보러 가지 못한다고 좌절할 필요가 없다. 이 책을 펼치면 파리 한가운데에 있는 느낌이 들 테니. 152쪽. 2만 6000원.이주, 국가를 선택하는 사람들(헤인 데 하스 지음, 김희주 옮김, 세종서적) 한국은 전 세계 어느 나라보다 심각한 고령화, 저출산 문제와 맞닥뜨렸다. 여러 대안이 나오고 있지만 이민자를 받아들이는 것도 유력한 해법으로 제시되고 있다. 다른 한편에서는 이주자 증가로 예상치 못한 갖가지 문제가 발생할 수 있다는 우려도 나오고 있다. 이 책에서는 수많은 데이터와 연구 사례로 이주에 대한 두려움과 오해를 깨뜨린다. 저자는 이민자 유입은 농촌의 도시화, 환경 문제처럼 경제 발전 과정에서 피할 수 없는 일이라고 조언한다. 512쪽. 2만 5000원.

인류가 태양계 바깥에서 첫 외계행성을 발견한 것은 1995년 페가수스자리 51번 별 주위를 도는 ‘페가수스 51-b’였다. 그로부터 30년이 채 안된 2023년 8월 기준으로 무려 5500개의 외계행성 발견을 기록했으며, 현재도 꾸준히 발견되고 있다. 과학자들은 우리은하 내에 외계행성이 수십억 개는 될 것으로 예측한다. 그런데 인류 최초로 외계행성에 대한 질문을 던진 사람은 지금으로부터 700년 전 독일 신학자인 알베르투스 마그누스(1193~1280)였다. 가톨릭 주교로서 철학자이자 자연과학자이기도 한 그는 당시의 철학, 신학, 자연과학 등 전 분야에 걸쳐 방대한 저술을 한 학자로서, 보편적 박사(普遍的博士)라 불리었다. 요즘 말로는 ‘통섭(統攝)’이라 할 만한 사람으로, 이렇게 말했다. “이런 세상이 하나만 있는 것일까, 아니면 여러 개 있는 걸까? 이것은 인간이 물을 수 있는 가장 고상하고 놀라운 질문 중의 하나다. 이것은 인간 정신이 진심으로 이해하고자 하는 질문이다.” 이 놀라운 발상에서 나온 질문은 700년이 지난 후에야 그 답을 얻게 되었다. 페가수스자리 51번 별 옆에서 마침내 ‘다른 세계’를 발견해낸 것이다. 인류는 수천 년 전부터 ‘다른 세계’의 존재를 궁금해했다. 소크라테스 이전의 고대 그리스 철학자들도 지구 외에 다른 세계가 있는지에 대해 사색했다. 소크라테스와 동시대인인 원자론자 데모크리토스는 우리와 같은 세계가 무한히 많을 뿐 아니라, 세계는 무한히 확장되고 있으며, 우리보다 태양과 달이 더 많은 세계도 있고 그렇지 않은 세계도 있다라고 장담했다. 2400년 전 고대인의 예언은 지금 다 사실로 판명되었다. 놀라운 예지가 아닐 수 없다. 외부 세계에 대한 논의는 중세와 근세에 이르도록 철학자와 신학자들 사이에 끊이지 않고 이어져왔다. 기독교 안에서도 의견은 둘로 나뉘었다. 하나는 <성서>에 다른 세상 얘기가 없으니 다른 세계는 존재하지 않을 것이라는 파와, 신은 전지하고 무한하니 무한히 많은 세계를 창조하셨을 거라고 믿는 파였다. 그러나 관측 수단이라고는 ‘맨눈’밖에 없던 그 시대로서는 이를 판정할 방법이 없었다. 코페르니쿠스가 지동설을 주장한 <천구의 회전에 관하여>가 나온 것이 1543년이니까, 그 전까지 인류는 지구가 우주의 중심에 굳건히 자리잡고 있다고 믿었던 만큼 대부분의 사람들은 세계는 하나뿐이라고 생각했음에 틀림없다. 인류가 본격적으로 우주를 들여다보기시작한 것은 1610년부터였다. 갓 발명된 망원경으로 달을 본 갈릴레오는 달 역시 지구처럼 산과 계곡이 있는 ‘다른 세계’임을 알았으며, 천상의 물질인 에테르로 이루어진 완벽한 존재라는 아리스토텔레스의 말은 거짓으로 드러났다. 뿐더러 천구를 가르는 은하수는 무수한 별들의 집합체라는 사실도 알아냈다.1995년 ‘첫 외계행성’ 발견에 노벨물리학상 이처럼 광활한 공간을 꿰뚫는 도구 없이는 천상의 세계를 들여다볼 수 있는 방법은 없다. 천문학자들이 강력한 도구로 무장하고 외계행성이란 성배 찾기에 도전하기 시작한 것은 1980년대부터였다. 세계 여러 곳의 연구팀들이 성배 찾기에 나섰지만, 정작 성배를 먼저 손에 쥔 사람은 아웃사이더인 스위스 제네바 대학의 미셸 마요르와 박사과정생 디디에 쿠엘로였다. 그들은 1994년 4월 망원경으로 페가수스자리 51을 집중적으로 관측한 끝에 별이 흔들리는 것을 포착했다. 이런 현상이 나타나는 이유는 행성이 크지는 않지만 별 주위를 돌면서 자신의 중력을 행사하기 때문이다. 별의 미세한 움직임은 별빛을 분석하면 측정할 수 있고, 이로부터 행성의 질량과 크기, 궤도를 알아낼 수 있다. 두 사람은 정밀한 관측 끝에 페가수스 51번 별 주변에서 목성 크기에 질량은 목성의 반 정도 되는 첫 외계행성을 발견하기에 이르렀다. 이 첫 발견은 이후 천문학자들이 수많은 외계행성을 발견하는 데 도화선이 되었다. 첫 외계행성 발견이라는 성배를 거머쥔 미셸 마요르와 디디에 쿠엘로는 2019년 노벨물리학상을 공동 수상했다.최초의 외계행성이 발견된 페가수스자리 51번 별(영문 약자: 51 Peg)은 페가수스자리 방향으로 약 50광년 떨어진 곳의 준거성으로, 고유명칭은 헬베티우스(Helvetios)이며, 겉보기등급은 5.49로 관측에 적합한 환경에서 맨눈으로 볼 수 있다. 그 주위를 도는 행성 페가수스자리 51-b는 디미디움(Dimidium)이라는 공식명칭을 갖고 있는데, 모항성에 매우 바싹 붙어서 돌고 있어 행성의 표면 온도가 섭씨1000도 이상으로 달구어져 있다. 또한 가까운 거리 때문에 4일에 한 번 공전하며, 공전 속도는 초속 136km로, 지구(초속 30km)와 비교하면 4배 이상 빠르다. 이로써 태양 이외의 별들도 행성을 거느리고 있다는 사실, 이 우주에는 지구뿐 아니라 다른 세계도 존재한다는 사실이 명백하게 밝혀진 것이다. 페가수스자리 51번 별은 인류의 오랜 궁금증을 풀어준 최초의 별로 오늘도 밤하늘에서 반짝이고 있다.

몇 년 만에 나타난 거대한 태양흑점이 이번 주에도 계속해서 기록을 경신하고 있다. 사라지기 전에 이 장엄한 흑점을 보지 않는다면 후회할 것이다. 일식 안경 하나만 착용하면 지금 당장 육안으로 볼 수 있다. 지난 25일(이하 한국시간)부터 27일 사이 AR3590으로 알려진 이 문제의 흑점은 지구를 향해 방향을 바꾸면서 약 25% 정도 대폭 성장, 11년 태양주기인 태양활동 25주기 중 가장 큰 흑점이 됐다. 그 크기는 무려 지구의 약 9.5배에 달한다. 하지만 맨눈으로 태양을 직접 보는 것은 위험한 일이다. 반드시 일식 안경을 착용하고 봐야 하며, 특히 쌍안경이나 망원경으로 볼 때는 꼭 태양 필터를 부착해서 봐야 한다. 필터 안 댄 망원경으로 보다간 자칫 눈에 큰 손상을 입을 수 있다.지난 23일, 태양의 거대한 활동 영역은 태양활동 25주기의 가장 강력한 X6.3 태양 플레어를 폭발시켰다. X6.3 태양 플레어는 22일 오전 7시 7분에 시작된 24시간 동안 AR3590 활성 영역에서 발생한 3개의 플레어 중 세 번째였다. 천체사진가 피터 루이스는 주말을 포함해 6일 동안 흑점의 성장을 추적했다. 그는 AR3590이 자신의 X 피드에 적용한 변경 사항에 대한 이미지를 게시했다. 태양활동 25주기의 가장 큰 흑점은 ‘캐링턴 사건’으로 알려진 태양폭풍을 일으킨 괴물 흑점 크기의 약 60%에 달한다. 그 태양폭풍은 1860년 태양이 태양 최대치에 도달하기 몇 달 전인 1859년 9월에 발생했다. 캐링턴 사건 동안 지구는 코로나 질량방출(CME)이라고 불리는 태양 플라스마 유출로 인해 큰 타격을 입었다. 거대한 흑점에서 폭발한 태양 플레어에서 비롯된 태양폭풍은 지구에 전례 없는 지자기 폭풍을 일으켰다.지난주 동안 주목할 만한 태양 활동은 AR3590만이 아니었다. 이 기록적인 거대 흑점은 27일 태양의 오른쪽 가장자리를 향해 회전하면서 흑점의 수직 정렬이 회전하여 시야에 들어왔다. 흑점은 일반적으로 태양의 위도선을 가로질러 수평으로 배열되기 때문에 수직 정렬은 특이한 경우다. 수직 정렬은 아무 의미가 없을 수도 있지만, 태양 자기장에서 이상한 일이 일어나고 있음을 나타낼 수도 있다. 태양의 자기장은 태양 표면에 흑점과 그로부터 분출되는 우주 기상 현상을 생성하는 원인으로 알려져 있다. AR3590과 같은 흑점은 태양의 회전으로 인해 자기장 선이 엉키면서 생성되는 것으로 생각된다. 흑점은 이러한 자기장 선이 끊어지고 다시 연결되도록 하며, 이 자기 재연결은 태양 플레어를 우주로 발사한다.

1990년 발사된 허블우주망원경은 30년 넘게 가장 강력한 우주 망원경의 자리를 지켰다. 가장 강력한 우주 망원경의 지위는 2021년 발사된 제임스 웹 우주망원경(JWST)에게 넘겨줬지만, 여전히 허블우주망원경은 가시광선 영역에서는 가장 강력한 성능을 지닌 망원경으로 활약을 멈추지 않고 있다. 제임스 웹 우주망원경은 적외선 영역에서 관측하기 때문에 그보다 파장이 짧은 가시광선 영역에서는 허블우주망원경의 역할이 여전히 중요하다. 사실 인간의 눈에 보이는 가시광선 영역은 우주에 있는 빛의 극히 일부에 지나지 않는다. 과학자들은 온전한 우주의 모습을 보기 위해서 X선이나 감마선, 자외선, 적외선, 전파 등 다양한 파장에서 우주를 관측한다. 한 번에 모든 파장을 볼 수 있는 망원경이 있다면 좋겠지만, 파장에 따라 성질이 너무 다르기 때문에 한 가지 형태의 망원경을 사용할 수 없다. 결국 거대한 접시 같은 전파 망원경부터 X선이나 감마선을 관측하는 위성까지 다양한 형태의 망원경이 필요하다. 미 항공우주국(NASA)은 사실상 거의 모든 파장에서 우주를 관측하기 위해 다양한 망원경을 운용하고 있다. 하지만 사실 가시광선보다 더 짧은 자외선 영역에서 빈자리가 존재한다. 자외선의 상당 부분은 대기의 오존층에서 흡수되기 때문에 제대로 관측하려면 X선이나 감마선처럼 우주 망원경이 필요한데, 2003년에서 2013년 사이 임무를 수행한 갈렉스(Galaxy Explorer, GALEX) 이후 새로운 자외선 우주망원경을 발사하지 않았기 때문이다. 물론 스위프트 X선 관측 위성처럼 다른 우주망원경들이 일부 자외선 영역을 관측하긴 하지만, 전문적인 자외선 관측 우주망원경은 갈렉스 퇴역 이후 발사되지 않았다. NASA는 이 공백을 메우기 위해 UVEX(UltraViolet EXplorer)라는 차세대 자외선 우주망원경 프로젝트를 발표했다. 2030년 발사 예정인 UVEX는 거의 30년 후에 발사되는 만큼 그동안의 기술 진보를 반영해 갈렉스보다 50-100배 정도 뛰어난 성능을 목표로 하고 있다. 과학자들은 UVEX를 통해 초신성 폭발이나 중성자별의 충돌처럼 고온의 입자에서 엄청난 에너지가 방출되는 사건을 더 잘 분석할 수 있을 것으로 보고 있다. 그리고 천문학에 있는 빈틈을 메워 모든 파장에서 골고루 우주를 볼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

미 항공우주국(NASA)는 태양계 먼 외곽까지 탐사선을 보내 이제껏 미지의 세계였던 태양계의 주요 행성과 위성, 소행성의 비밀을 밝혀냈습니다. 하지만 이런 과학적 성과를 지구에서 받아보기 위해서는 지구와 우주선 간에 데이터를 주고받을 수 있는 무선 네트워크가 필요합니다. 따라서 NASA는 지구 밖 우주에서 임무를 수행 중인 탐사선과 데이터를 주고받기 위해 1958년부터 심우주 통신망(DSN, Deep Space, Network)을 운영해 왔습니다. 미국 캘리포니아, 스페인 마드리드, 호주 캔버라에 있는 거대한 안테나가 우주 곳곳에 있는 탐사선과 365일 24시간 통신을 주고받는 역할을 담당합니다. NASA의 심우주 통신망은 인류 역사상 최초로 화성과 소행성대를 넘어 목성과 다른 외행성을 탐사한 보이저 1,2호의 데이터를 수신해 행성과 위성의 생생한 모습을 우리에게 전해줬습니다. 몇 년 전 명왕성의 모습을 인류에게 최초로 보여준 뉴허라이즌스호 역시 심우주 통신망으로 데이터를 전송했습니다. 하지만 먼 우주에서 날아오는 신호가 너무나 미약하기 때문에 34m와 70m 지름의 거대한 안테나로도 전송 속도는 느릴 수밖에 없습니다. 최적의 상태에서는 데이터 전송 속도가 10Mbit/s에 달하지만, 명왕성 부근에서 뉴허라이즌스호가 보내는 신호의 데이터 전송 속도는 1Kbit/s 정도에 지나지 않습니다.우주선에 탑재되는 원자력 전지의 출력이 낮기 때문에 우주선이 안테나에 할당할 수 있는 전력은 20W 이내에 불과합니다. 더 큰 문제는 우주선에서 보내는 무선 신호가 지구에 도착할 때쯤 되면 전파 신호의 범위가 지구 지름의 1000배 정도로 커진다는 것입니다. 결국 심우주 통신망의 대형 안테나들은 손목시계 전력의 200억 분의 1에 해당하는 세기를 지닌 전파를 수신해야 합니다. 이렇게 약한 신호로 한 번에 손실 없이 완벽하게 데이터를 전송하기 어렵기 때문에 뉴허라이즌스호 같은 장거리 탐사선은 같은 데이터를 여러 번 반복해서 보냅니다. 따라서 속도는 더 느려집니다. NASA는 이 문제를 극복하기 위해 레이저 기반 우주 통신 시스템을 개발하고 있습니다. 작년 말 성공적으로 테스트를 마친 심우주 광학 통신(Deep Space Optical Communications·DSOC) 시스템이 대표적 사례입니다. 탐사선 프시케에 탑재된 심우주 광학 통신 시스템은 1600만km 거리에서 레이저로 지구에 데이터를 전송했습니다. 사실 레이저는 직진성이 강하기 때문에 장애물을 통과하기 힘들고 심우주 통신에 사용하는 S 밴드 (2.29 - 2.30 GHz), X 밴드 (8.40 - 8.50 GHz), Ku 밴드 (31.8 - 32.3 GHz) 무선 전파보다 통신할 수 있는 거리가 짧습니다. 대신 3개의 무선 주파수를 합친 것보다 더 높은 200Mbit/s의 대역폭을 지니고 있어 고속 통신이 가능한 장점이 있습니다. 그러나 이 장점을 제대로 활용하기 위해서는 현재 심우주 통신망처럼 레이저 신호를 수신할 수 있는 안테나가 필요합니다. 이를 위해 NASA는 심우주 통신 안테나가 설치된 캘리포니아 골드스톤에 전파/레이저 하이브리드 통신 시스템을 설치했습니다. 34m 지름의 안테나로 무선 전파 신호를 받고 7개의 육각형 망원경과 센서로 구성된 1m 지름의 레이저 수신기로 레이저 신호를 수신하는 것입니다. 앞서 이야기한 것처럼 레이저는 무선 전파보다 수신 범위가 짧고 장애물에 취약한 단점이 있어 완전히 무선 전파를 대체하기보다는 상호 보완해 사용할 계획입니다. 하지만 아무리 직진성이 좋은 레이저라도 수천만km 이상의 거리를 날아오면 신호가 퍼지기 마련입니다. 따라서 이 하이브리드 안테나는 광자 하나도 놓치지 않기 위해 초전도 냉각 나노와이어 단광자 검출기(cryogenically-cooled semiconducting nanowire single photon detector)를 사용하고 있습니다.이 전파/레이저 하이브리드 안테나는 기술적 타당성을 검증하기 위한 테스트용 프로토타입입니다. 만족할 만한 성능이 나온다면 궁극적으로 지름 8m의 대형 망원경을 이용한 레이저 수신기를 탑재해 심우주 광통신 시대를 열 계획입니다. 1차 목표는 현재 유인 탐사의 주요 목표인 화성까지 레이저 광통신 범위를 넓히는 것입니다. 화성은 공전 주기에 따라 지구에서 3억 7400만km까지 멀어집니다. 여기까지 레이저 광통신을 연장할 수 있다면 화성 유인 탐사에 큰 보탬이 될 것입니다. 물론 레이저나 전파나 빛의 속도를 넘을 순 없기 때문에 시간은 걸리지만, 한 번에 대용량의 데이터를 보낼 수 있어 화성 우주인의 사진이나 영상을 기다리지 않고 받을 수 있습니다. 만약 이 계획이 성공한다면 인류 최초로 행성간 우주 광통신 시대를 열 수 있습니다. NASA의 도전이 성공할 수 있을지 주목됩니다.

빅뱅이 일어나고 약 40만 년 후 우주를 균일하게 채워온 태초의 우주 빛이 과학자들에게 암흑물질의 비밀로 안내하는 보물지도 역할을 할 수 있을 것으로 예측된다. 우주 마이크로파 배경(CMB)은 우주를 자유롭게 여행하기 시작한 최초의 빛을 말한다. 그 빛의 여행은 전자와 양성자가 첫 번째 원자를 형성할 수 있을 만큼 우주공간이 팽창하고 냉각된 후에 비로소 시작되었다. 즉, 전자가 더 이상 광자를 산란시키지 않음에 따라 우주는 비로소 흐릿한 상태에서 투명한 우주로 바뀌었다. 흔히 ‘마지막 산란 표면’으로 알려진 CMB는 새로이 업그레이드된 SPT-3G 카메라에 의해 포착되었다. SPT-3G는 남극망원경에 연동되어 있는데, 이 카메라를 5년 동안 작동하여 초기 우주의 데이터에서 이 같은 현상을 포착할 수 있었다. 이는 앞으로 우주 암흑물질을 비밀을 푸는 흥미로운 과학적 사실을 예고해주는 것이다. 아르곤 국립연구소 과학자 자오디 판은 “CMB는 우주론자들을 위한 보물지도”라면서 “온도와 양극화의 미세한 변화는 우주의 초기 단계를 엿볼 수 있는 독특한 창을 제공한다”고 밝혔다. 그러나 보통 해적의 보물지도가 그렇듯 이 암흑물질의 보물지도도 읽을 수 있는 열쇠가 필요하다. 이 우주 보물지도의 경우, 암흑물질의 분포는 알베르트 아인슈타인이 1915년에 발표한 중력이론인 일반 상대성 이론을 통해서만 드러난다.아인슈타인과 함께 우주 비밀지도 읽기 천문학자들은 모든 은하계가 거대한 암흑물질 헤일로(halo)로 둘러싸여 있다고 믿고 있다. 사실, 이 신비한 형태의 물질은 놀랍게도 우주 전체 물질의 68%를 차지한다. 그러나 암흑물질은 전자, 양성자, 중성자로 구성된 원자(baryon, 중입자)로 구성되지 않기 때문에 빛과 상호작용하지 않는다. 그러나 암흑물질은 질량이 있으며 중력과 상호작용한다. 여기가 바로 일반 상대성 이론이 등장하는 지점이다. 아인슈타인의 중력이론은 질량을 가진 모든 물체는 3차원 공간과 1차원 시간으로 구성된 4차원 시공간 곡률을 만든다고 말한다.배경 광원의 빛이 이 시공간의 곡률을 통과하면 경로가 휘어진다. 은하와 같이 질량이 큰 물체의 경우 빛의 경로를 크게 왜곡시킴으로써 배경의 대상을 다른 위치로 이동한 것처럼 보이게 한다. 극단적인 경우, 이 중간 물체를 통과하는 빛은 물체 주위에서 다양한 각도로 구부러진 경로를 취할 수 있다. 즉, 하나의 대상이 때로는 여러 지점에 동일한 이미지로 나타날 수 있다는 뜻이다. 이 효과를 중력렌즈라고 하며, 제임스웹 우주망원경과 같은 장비는 초기 우주의 희미한 은하계를 보는 데 중력렌즈 효과를 잘 잡아낸다. 이 효과의 보다 미묘한 버전인 중력 마이크로 렌즈를 사용하면, 암흑물질에 대해 더 많은 정보를 확인할 수 있다. 그러나 우주 전역에 걸쳐 거미줄처럼 뻗어 있는 암흑물질의 분포 그림을 얻으려면 과학자들은 우주 전체에 똑같이 널리 분포한 광원이 필요하다. 따라서 CMB는 암흑물질 렌즈 조사에 이상적인 조명이 될 수 있다.특히 SPT-3G는 건조하고 안정된 대기를 가진 먼 남극에 위치한 남극망원경을 이용하는만큼 이미지 데이터를 수집하는 데 최적의 조건을 자랑한다. 이 같은 이점을 이용한 조사과정에서 아인슈타인의 일반 상대성이론에 대한 증거를 추가적으로 확보할 수 있었다. “암흑물질의 분포에 대해 더 많이 알수록 암흑물질의 본질과 오늘날 우리가 살고 있는 우주를 형성하는 역할을 더 잘 이해할 수 있게 된다”라고 자오디 판은 설명한다. 새로운 분석은 2018년 단 몇 달간의 작업 결과임에도 불구하고 CMB 렌즈 측정이 이 분야에서 경쟁력이 있음을 증명해 보였다. 이번 연구 결과는 과학자들이 또 다른 오랜 우주 미스터리, 즉 우주의 가속 팽창을 주도하는 알려지지 않은 힘인 암흑 에너지의 본질을 해결하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.

“대보름 둥근 달이/ 올해도 높이 떴네/ 그 모습/ 변함없음에/ 님본듯이 반갑네.”(오정방 시인의 시 ‘정월대보름달’ 일부) 민족 최대의 명절 중 하나인 정월대보름을 맞아 전국 각지에서 다양한 정월대보름 행사가 열린다 경북 청도군은 대보름인 오는 24일 청도천 둔치에서 높이 15m, 폭 10m의 전국 최대 규모 달집태우기 행사를 개최한다고 19일 밝혔다. 청도 달집은 5t트럭 50대분에 달하는 255t의 솔가지와 지주목 130개, 원지주목 20개 등으로 만들어 진다. 제작에만 5일간 연인원 500여 명이 투입된다. 또 풍물경연대회, 소원문 써주기, 떡메치기 체험과 민속놀이 등 다채로운 전통문화 체험행사와 ‘불타는 트롯맨’ 민수현과 경북무형문화재 제4호 청도차산농악단의 흥겨운 공연이 펼쳐진다.강원 삼척시는 23일부터 25일까지 3일간 삼척엑스포광장과 삼척해수욕장 일대에서 ‘국보 죽서루, 보름달 빛 아래 하나 된 우리’를 주제로 정월대보름 행사를 마련한다. 유네스코 세계인류무형유산이자 강원특별자치도 무형문화재인 삼척기줄다리기대회 등 9개 분야·50개 종류가 선뵌다. 특히 해 처음으로 삼척해수욕장 백사장에서 야간 횃불 기줄다리기와 엑스포 광장에서 시민과 함께 떡 잇기 강강술래가 진행된다. 제주시는 제주별빛누리공원에서 정월대보름 보름달 관측 행사 연다. 이날 오후 6시 30분부터 관측실에서 이루어지며, 천체망원경을 통해 보름달을 촬영하고, 달 풍선 포토존을 배경으로 기념사진도 찍을 수 있다. 사전 예약 없이 제주별빛누리공원에서 관람권을 구매하면 된다. 서울시립과학관은 23∼24일 올해 첫 야간 개장을 하고 달과 관련된 다채로운 프로그램을 운영한다. 천체망원경으로 달을 비롯한 다양한 천체를 관측해볼 수 있으며, 달을 주제로 한 샌드아트(모래예술)와 전통연희 공연, 화포쏘기·널뛰기·팽이치기 등 과학 원리를 이해할 수 있는 전통 민속놀이, 정월대보름 특별해설, 달 포토존 등이 마련된다.세종시 이응다리와 남측 광장에서는 세종문화원 주최로 ‘정월대보름 전국 연날리기 대회’가 열린다. 이번 대회는 ▲가족과 함께하는 연 높이 날리기 ▲창작 연날리기 등 2개 부문으로 나눠 진행된다. 가족과 함께하는 연 높이 날리기에는 300팀이, 창작 연날리기에는 50팀이 각각 참가한다. 연날리기 대회 전후로 풍물패 길놀이, 퓨전국악 공연, 관람객이 참가하는 강강술래, 카이트 윙스공연 등 전통공연과 윷놀이, 제기차기, 부럼 깨기 등 전통놀이 체험 행사가 펼쳐진다.