몇 년 전 작고한 천재 물리학자 스티븐 호킹의 주요 이론 중 하나는 빅뱅과 함께 생성된 원시블랙홀(primordial black hole, PBHs)에 관한 것이다. 초기 우주에서 밀도가 높은 부분이 직접 수축해서 블랙홀이 생길 수 있다는 이론은 젤도비치와 노비코프가 1966년 먼저 주장했지만, 1971년 스티븐 호킹은 좀 더 구체적인 이론적 예측을 발표했다. 호킹의 이론에 따르면 빅뱅 직후 0.01mg에서 태양 질량의 수천 배에 달하는 원시 블랙홀이 생성될 수 있다. 일부 과학자들은 이 원시 블랙홀이 물질 질량의 80%를 차지하는 암흑 물질의 정체일지도 생각하고 있다. 원시 블랙홀은 대부분 작은 크기로 추정되지만, 그 숫자가 매우 많을 수 있기 때문이다. 따라서 그 존재를 증명하는 것은 단순히 호킹의 이론이 옳은지를 검증하는 것이 아니라 천체 물리학의 한 획을 긋는 중요한 발견이 될 수 있다. 하지만 질량이 작은 원시 블랙홀이 실제로 존재한다고 해도 그 존재를 입증하기가 매우 어렵다. 사실 블랙홀은 빛까지 흡수하는 천체이기 때문에 흡수하는 물질이 없거나 중력을 행사하는 다른 천체가 없다면 거의 관측이 불가능하다. 그런데 원시 블랙홀은 혼자 존재하는 매우 작은 블랙홀이라 흡수하는 물질도 없고 동반성도 없다. 따라서 호킹이 이론적으로 예측한 원시 블랙홀은 그가 죽는 날까지 발견할 수 없었다. 그래도 그가 제시한 이론에는 문제가 없기 때문에 과학자들은 가능성을 믿고 계속 방법을 찾는 중이다. 노르웨이의 카블리 우주물리·수학연구소 과학자들은 원시 블랙홀을 검출할 수 있는 새로운 방법을 제시했다. 연구팀은 하와이에 설치된 8.2m 구경 스바루 망원경의 하이퍼 슈프림-캠(Hyper Suprime-Cam, 이하 HSC) 카메라의 능력에 주목했다. HSC는 8억7000만 화소의 고성능 천체 관측용 카메라로 몇 분에 한 번씩 안드로메다 은하 전체를 관측할 수 있을 만큼 뛰어난 성능을 지니고 있다. 그런데 만약 지구와 안드로메다 은하 사이에 원시 블랙홀이 끼어든다면 블랙홀의 중력에 의해 빛이 휘면서 중력렌즈 효과가 발생한다. 이를 포착하면 매우 작은 질량을 지닌 블랙홀을 입증할 수 있다는 것이다. 일반적인 블랙홀은 태양 질량의 3배 이상의 질량을 지니고 있기 때문에 태양보다 훨씬 작은 질량을 지닌 블랙홀이라면 원시 블랙홀 이외의 다른 가능성은 희박하다. 다만 이론적으로는 가능하다고 해도 실제로 관측하기 위해서는 장시간에 걸친 반복 관측과 결과 분석이 필요하다. HSC와 비슷한 성능을 지닌 고해상도 천문 관측 장치를 사용해도 단시일 내로 성과를 내기 어렵다는 이야기다. 하지만 오랜 세월 도전한 끝에 중력파를 검출한 것처럼 과학자들은 끈기를 가지고 관측을 계속하고 있다. 원시 블랙홀 관측에 성공하면 스티븐 호킹 박사에게는 가장 큰 영예가 될 것이다. 과연 그날이 올 수 있을지 궁금하다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

우주선을 화성 궤도에 올리기 좋은, 이른바 ‘발사의 창’이 열린 지난해 7월, 3개의 우주선이 잇달아 발사됐다. ​7월 20일, 23일, 30일 차례대로 발사대를 박차고 화성으로 떠난 아랍에미리트(UAE)와 중국 그리고 미국의 탐사선은 2월이면 속속 화성 궤도에 도착한다. 화성으로의 대장정에 가장 먼저 스타트를 끊은 UAE의 화성 궤도선인 ‘아말’(희망)은 예정대로라면 UAE 건국 50주년에 맞춰 2월 9일 가장 먼저 화성 궤도에 도착할 예정이다. 미 항공우주국(NASA)의 화성 탐사로버 퍼시비어런스(Perseverance)도 트위터를 통해 “아말 발사 축하해! 나도 서둘러 이 여행에 동참하고 싶어!”라는 축전을 보냈다. 아말이 화성 궤도 진입에 성공하면, UAE는 미국, 러시아, 인도에 이어 네 번째로 화성 진입에 성공한 국가가 되는 만큼 세계의 시선이 이를 주시하고 있다.​두번째로 발사된 중국의 톈원(天問) 1호는 궤도선, 착륙선, 로버(탐사차량)로 이뤄져 총 무게가 5t에 이른다. 미국이 여러 차례 나눠서 성공한 일을 중국이 한꺼번에 시도하는 대담한 도전이다. 톈원은 ‘하늘에 묻는다’라는 뜻으로 중국 전국시대 초나라 시인 굴원의 시 제목에서 따온 이름이다. ​중국국가우주국(CNSA)은 지난 10월 1일 중국 국경일을 기념하기 위해 톈원 1호가 화성으로 향하던 도중 찍은 ‘셀피’ 2장을 공개하기도 했다. 톈원 1호는 2월 11~24일 화성 궤도에 도착한 뒤 4월 23일경 착륙선과 로버를 화성 표면에 내려놓을 계획이다. 톈원 궤도선은 화성 고도 265㎞에서 1만 2000㎞ 사이를 오가는 극타원궤도를 돌며 1년간 임무를 수행하게 된다. 착륙 예정지는 화성 북부의 유토피아 평원이다. 지름 3300㎞의 유토피아 평원은 많은 양의 얼음이 있는 것으로 추정된다. 태양전지판을 장착한 로버는 240㎏ 무게로 약 90일간 임무를 수행하도록 설계됐다. 착륙선과 로버는 화성의 토양과 지질 구조, 대기, 물에 대한 과학 조사를 진행한다. 중국이 화성착륙과 탐사까지 성공할 경우 미국과 러시아에 이어 세계에서 3번째로 화성착륙에 성공한 국가가 되며 명실공히 우주 강국반열에 오를 것으로 전망되는 만큼 세계의 이목이 집중되고 있다. 앞서 중국은 지난 2011년 화성탐사선 ‘잉훠 1호’를 러시아 화성 탐사선과 함께 러시아 소유스 로켓에 실어 발사했으나, 지구 궤도를 벗어나지 못하면서 실패한 바 있다. 올해 최대의 화성탐사 도전은 7월 30일 아틀라스V 로켓에 실려 발사된 NASA와 유럽우주국(ESA)의 합작 탐사로버 ‘퍼시비어런스’다. 퍼시비어런스는 발사 57분 뒤 아틀라스 로켓과 분리된 데 이어 1시간 25분 뒤에는 지구와 교신에도 성공하며 성공적으로 화성으로 향하고 있다. 퍼시비어런스가 발사에 성공함으로써 올해 인류가 화성에 보내기로 예정한 세 탐사선이 모두 성공적으로 화성으로 향하게 됐다. 2월 18일 ‘예제로 크레이터’에 착륙할 예정인 무게 1043㎏의 대형 로버인 퍼시비어런스는 고대 미생물의 흔적을 찾고 다음 우주선이 회수해 지구로 가져올 수 있게 토양·암석 샘플을 채취, 보관하는 임무를 맡았다. 퍼시비어런스는 1997년 최초의 화성 탐사로버로 착륙에 성공한 ‘소저너’와 2004년 착륙한 ‘스피릿’ ‘오퍼튜니티’, 2012년 ‘큐리오시티’에 이은 NASA의 5번째 화성 탐사로버다. 기존 탐사로버들이 화성의 기후와 대기, 물의 흔적, 암석 조사 등의 임무를 수행한 것과 달리 퍼시비어런스는 화성 토양을 수집해 지구로 다시 가져오는 임무를 맡고 있다. 미국이 화성에 도전하는 것은 이번이 아홉 번째다.또 다른 대형 ‘우주 이벤트’는 제임스웹 우주망원경(JWST) 발사다. 허블 우주망원경의 뒤를 이어 우주를 더 멀리, 더 깊이 들여다보는 제임스웹 차세대 우주망원경은 여러 차례 연기를 거듭한 끝에 마침내 10월 31일 우주로 향한다. NASA는 프랑스령 쿠루 기아나 우주센터에서 아리안 5호 로켓에 실어 발사할 예정이다. 처음 개념 설계를 시작한 1996년부터 따지면 무려 25년 만에 우주로 올라가는 셈이다. 제임스웹 우주망원경은 18개의 육각형 거울을 벌집처럼 이어붙인 독특한 형태로도 유명하며, 로켓에는 거울을 접어 싣는다. 접힌 거울은 우주 공간에서 로켓과 분리되면 펼쳐진다. 망원경의 이름은 아폴로 프로그램에서 중요한 역할을 한 NASA 과학자인 제임스 웹에서 땄다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

2019년 12월 31일 중국 정부가 후베이성 우한 지역에서 원인을 알 수 없는 폐렴이 유행하고 있다며 세계보건기구(WHO)에 보고하면서 한 해가 마무리되고 또 시작됐다. 한두 달, 길어야 3~4개월이면 끝날 것이라 예상했지만 1년이 지났다. 코로나19로 시작한 2020년이 코로나19 3차 대유행과 함께 끝을 맺고 있다. 2021년 새해가 밝아도 인류는 코로나19와 여전히 살아갈 수밖에 없다는 것이 과학자들의 공통된 의견이다. 이런 가운데 네이처가 2021년 주목해야 할 과학기술 이슈들을 선정했다. 네이처는 2021년 가장 주목해야 할 과학 분야는 여전히 ‘기후변화’와 ‘코로나19’라고 밝혔다. 코로나19 상황이 전 세계적으로 심각하다 보니 인식하지 못하고 있지만 현재 인류가 당면한 절체절명의 문제는 ‘지구온난화로 인한 기후변화’다. 네이처는 조 바이든 미국 대통령 당선인이 취임 첫날 전임자인 도널드 트럼프 대통령이 탈퇴한 파리기후협약에 재가입하겠다고 밝힌 점에 대해 주목해야 한다고 했다. 또 2015년 파리협정 이후 6년 만인 2021년 11월 영국 글래스고에서 열리는 유엔기후변화회의에서 온실가스 감축과 관련해 어떤 목소리가 나오느냐에 인류의 미래가 달려 있다고 네이처는 밝혔다.2020년 말 영국, 미국에서 백신 접종이 시작되고 2021년에는 백신 접종국이 더 늘겠지만 코로나19에서 완전히 벗어날 수는 없다. 과학계는 코로나19 최초 발원지 추적과 더 많은 백신과 치료제 개발이 진행될 것으로 전망했다. WHO는 2021년 시작과 함께 국제조사단을 구성해 코로나19가 처음 확산된 중국 우한 지역에 파견할 계획이다. 조사단은 우한 수산시장에서 판매되는 동물 중 코로나19 바이러스 숙주가 될 만한 것들을 전부 수집해 코로나19 최초 발원지와 감염 경로, 감염 원인을 구체적으로 추적하게 된다. 정확한 최초 발원지 확인에는 오랜 시간이 걸리겠지만 2021년 말에는 일부 단서가 확인될 것으로 전망된다. 올해 말 공개된 화이자·바이오엔테크 백신과 모더나 백신은 메신저RNA(mRNA)를 이용해 만들었다. 병원균의 독성을 약화시켜 주사하는 전통적 방식 대신 코로나19 바이러스의 스파이크 단백질을 만드는 유전정보를 주입해 체내 면역세포가 항체를 만들어 내는 원리다. 2021년에는 다양한 방식의 코로나19 백신이 등장해 바이러스와의 전쟁에 화력을 지원할 것으로 전망된다. 존슨앤드존슨 자회사 얀센은 아데노바이러스를 이용한 바이러스 벡터 방식의 백신을 개발 중인데 면역력이 오래 지속된다는 특징을 갖고 있다. 1월 중에 미국 식품의약국(FDA)의 긴급사용 승인을 받을 것으로 보인다. 미국 노바백스는 유전자 재조합 기술로 항원단백질을 만들어 인체에 주입하는 방식의 백신으로 제조와 유통이 쉽고 효과도 다른 백신들에 앞서는 것으로 알려져 있다. ‘코로나19 백신의 끝판왕’이라고 불리는 이 백신은 영국에서 3상 임상시험을 마치고 미국과 멕시코에서 3상 임상시험에 돌입해 내년 상반기 중에 상용화될 것으로 전망되고 있다. 한국에서도 위탁생산 계약이 돼 있어 노바백스 백신을 가장 먼저 만나는 나라가 될 수 있을 것으로 보인다.지난 7월 아랍에미리트(UAE), 중국, 미국이 잇따라 화성 탐사선을 발사했는데 내년 2월 속속 화성 궤도에 도달한다. 올해 가장 먼저 발사한 UAE의 ‘아말’호는 2월 9일 화성 궤도에 진입하고, 미국 항공우주국(NASA)의 화성 탐사선 ‘퍼시비어런스’는 2월 18일 화성 표면에 착륙한다. 중국의 톈원1호는 2월 11~24일쯤 화성 궤도에 진입하고, 4월 23일 전후로 화성 표면에 착륙선을 보낼 것으로 알려졌다. 이와 함께 1990년 발사돼 30년 동안 심우주 관측 임무를 수행해 왔던 허블 우주망원경의 뒤를 이을 제임스웹 우주망원경이 오는 10월 31일 발사된다. 또 미국 바이오기업 바이오젠이 개발한 알츠하이머 치료제 ‘아두카누맙’에 대한 FDA의 최종 승인 여부도 2021년 주목받는 과학 이슈이다. 아두카누맙은 알츠하이머 원인 베타아밀로이드 단백질을 제거하는 것으로 알려져 있지만 두 차례의 대규모 3상 임상시험 결과가 전혀 다르게 나타났다. FDA는 승인 거부 의견을 냈지만 최종 승인 여부는 내년 3월 7일 나올 전망이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

태양 같은 별은 거대한 가스 구름에서 태어난다. 죽은 별과 은하에 본래 존재하던 가스와 먼지가 뭉쳐 가스 성운을 만들고 이 가운데서 질량과 밀도가 높은 부분이 생기면 중력이 강해지면서 주변에서 더 많은 물질을 끌어들인다. 이 과정이 반복되면 결국 뭉쳐진 가스는 중심부 압력과 온도가 수소 핵융합 반응을 일으킬 정도로 높아져 새로운 별로 태어난다. 새로 태어난 별 주변에 남은 가스와 먼지는 주변을 공전하면서 역시 중력에 의해 뭉쳐져 새로운 행성으로 태어난다. 이렇게 별과 행성은 서로 다른 과정을 통해 생성되지만, 항상 모든 일에는 예외가 있게 마련이다. 최근 스위스 베른 대학 과학자들은 허블우주망원경을 이용해서 마치 별처럼 생성되는 행성을 발견했다. 'Oph 98 A/B'는 지구에서 450광년 떨어진 뱀주인자리(Ophiuchus) 성협 (Stellar association)에 있는데, 별처럼 가스가 모여 생성되었을 뿐 아니라 두 개의 천체가 쌍성계를 이루고 있다. 비슷한 두 개의 천체가 중력으로 묶여 서로를 공전하는 쌍성계 역시 행성보다는 별에서 흔한 경우다. Oph 98 A는 목성 질량의 15배 정도 되는 갈색왜성이고 Oph 98 B는 목성 질량의 8배 정도 되는 거대 가스 행성이다. 갈색왜성은 별과 행성의 중간 정도에 해당하는 천체로 목성 질량의 13배에서 80배 사이 질량을 지니고 있다. Oph 98 A와B의 질량 차이가 크지 않기 때문에 Oph 98 B는 갈색왜성 주변에서 생성된 행성이 아니라 독자적으로 형성된 행성으로 보인다. 이 두 천체는 지구-태양 거리의 200배 정도 되는 거리에서 서로를 공전한다. 사실 이 정도 거리에 있는 갈색왜성이나 행성은 매우 어둡기 때문에 허블우주망원경으로도 관측이 어렵다. 하지만 생성된 지 300만 년 이내의 매우 젊은 천체로 아직 뜨겁기 때문에 관측이 가능했다. 연구팀은 Oph 쌍성계가 다른 망원경에서도 과거 관측된 적이 있지만, 당시에는 그 중요성을 이해하지 못하고 넘어갔다는 사실도 확인했다. 다만 자체 핵융합 반응도 불가능하고 다른 별 주변을 공전하지도 않는 거대 가스 행성은 결국 표면이 매우 차갑고 어두운 천체가 되어 일반적인 방법으로는 관측이 어려운 행성이 된다. 이번 연구는 우리 은하에 이런 보이지 않는 떠돌이 행성이 생각보다 많을 수 있다는 점을 시사한다. 다만 대부분 너무 어두워 이번처럼 직접 관측하기는 어렵다. 그러나 방법이 없는 것은 아니다. 물론 역시 드문 일이지만, 과학자들은 어두운 떠돌이 행성이 다른 별 앞을 우연히 지나는 것을 관측해서 그 존재를 알아낼 수 있다고 보고 연구를 계속하고 있다. 어쩌면 태양계에서 그다지 멀지 않은 장소에도 이런 떠돌이 행성이 있을지도 모른다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

NASA의 달 탐사선이 잡은 놀라운 이미지 지난 동짓날 21일 온 지구촌이 800년 만의 목성-토성 대접근으로 떠들썩했지만, 우리 지구인만이 이 우주 쇼를 보고 있었던 것은 아니다. 두 행성의 만남을 심우주에서 홀로 지켜본 존재가 있었다. 바로 달 궤도를 돌고 있는 미 항공우주국(NASA)의 달 정찰궤도선(LRO)이 태양계의 1, 2위인 두 거대 행성이 포개져 마치 하나의 밝은 '별'처럼 빛나는 장관을 렌즈에 담고 있었다.​2009년에 발사되어 앞으로 6년 동안 달 궤도를 도는 데 충분한 연료를 보유하고 있는 LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter) 탐사선은 이 우주적인 이벤트의 전 과정을 지켜보고 있었다. LRO의 협시야 카메라(NAC)는 두 행성이 최대한으로 접근해 0.1도 각거리의 분리지점에 이르른 지 불과 몇 시간 뒤에 이 놀라운 광경을 렌즈에 담았다. 대접근을 이룬 두 행성은 맨눈으로 봤을 때 완전히 하나의 둥근 별처럼 보였지만, 이 협시야 카메라 렌즈로 보면 뚜렷이 분리된 것을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 비록 희미하지만 토성의 고리까지 볼 수 있을 정도로 매우 해상력이 높다. 지구상에서 일반 천체 망원경으로 관측한 사람들은 목성의 4대 위성 정도는 볼 수 있었지만, 토성의 고리를 보기 위해서는 보다 배율이 높은 대구경 망원경이 필요하다. NAC가 두 행성의 이 이미지를 잡았을 때 목성은 토성보다 약 4배 더 밝았으므로 위의 사진은 원본 이미지의 밝기를 조정하여 두 행성이 비슷한 밝기로 보이게 했다.목성과 토성은 20 년에 한 번씩 접근하지만, 이같은 0.1도의 대접근은 1623년 이후 처음이었다. 하지만 당시는 태양이 너무 가까이 있어 관측이 불가능했다. 따라서 관측이 된 걸 기준으로 하면 1226년 이후 800년 만에 이루어진 대접근이었다. 이번 두 행성의 재회는 성탄절을 앞두고 이뤄졌다는 점에서 일반의 관심을 더욱 증폭시켰는데, 아기 예수를 만나러 길을 떠난 동방박사들을 이끈 것이 바로 목성과 토성이 함께 만들어낸 밝은 빛이라는 설이 있기 때문이다. 학계에서는 성경에 나오는 '동방박사 별'이 당시 목성과 토성, 혹은 목성과 금성의 행성 정렬 현상으로 추정하고 있다. 이런 연유로 이번 두 행성의 만남은 일반에게는 천문학적인 측면보다 '크리스마스 별'이라는 의미 부여가 더 큰 비중을 차지하게 되었다. 긴 기다림 끝에 이뤄진 만남을 뒤로 하고 앞으로 두 행성은 점점 멀어지게 된다. 그리고 지금으로부터 60년 뒤인 2080년 3월 16일에 또 다른 0.1도의 대접근이 있을 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

새로 발견된 혜성 하나가 지난 주 개기 일식이 일어나는 동안 태양 쪽으로 돌진하다가 강력한 태양복사 에너지에 의해 먼지 입자로 분해해 소멸하는 모습이 카메라에 포착됐다. 19일(현지시간) 미 항공우주국(NASA) 발표에 따르면, ‘C/2020 X3 (SOHO)’로 명명된 이 혜성은 지난 14일 남아메리카 일대에서 목격된 개기 일식이 일어나기 전날 태양관측위성인 소호(SOHO)의 관측 자료를 조사하던 한 아마추어 천문학자에 의해 발견됐다. NASA가 후원하는 선그레이징 혜성(태양을 스쳐가는 혜성) 관측 프로젝트인 ‘선그레이저’에 참여하고 있는 이 아마추어 천문학자는 5년 전인 2015년에도 태양을 스쳐간 3000번째 혜성을 찾아낸 이력을 가진 워라차테 분플로드다. 이 아마추어 천문학자는 이번 개기 일식 때도 새로운 혜성이 태양 앞을 스쳐갈지도 모른다고 생각하고 NASA와 유럽우주국(ESA)이 공동 개발한 소호 위성의 관측 자료를 꼼꼼하게 조사한 끝에 이번 혜성을 발견할 수 있었다. 이번 혜성은 태양에 아주 가까이 접근하는 혜성의 집단인 크로이츠 혜성군에 속한다. 원래 하나의 큰 모혜성으로 추정되는 크로이츠 혜성군은 여러 개의 혜성으로 쪼개진 뒤 태양 중력 등의 영향으로 태양을 스치거나 스치는 도중 소멸하는 것으로 알려졌다. 분플로드는 이번 혜성을 발견했을 때 이번 개기 일식 동안 하늘을 가로지를 때 이미지 속에서 점으로 보일 것이라고 생각했고 그의 예상은 적중했다.이 혜성은 지난 14일 개기 일식이 일어나고 있을 때 소호 위성 영상에서 아주 밝게 빛나는 점의 모습으로 포착됐다.소호 위성에 포착된 4108번째 혜성인 이 혜성은 당시 시속 72만 ㎞의 속도로 이동하고 있었고 그 지름은 약 15m로 세미 트럭 길이와 비슷했다고 전문가들은 말했다. 하지만 이 혜성은 태양과 가장 가까운 예상 궤도에 도달하기 몇 시간 전 강렬한 태양복사 에너지에 의해 먼지 입자로 분해돼 두 번 다시 볼 수 없게 됐다. 한편 이번 개기 일식은 남아메리카 일대에서 볼 수 있었는데 아르헨티나와 칠레에서는 약 2분 동안 수많은 사람을 어둠 속에 있게 했다. 당시 몇십 명의 아마추어 천문학자들과 전문 천문학자들은 이번 일식을 관찰하기 위해 칠레에서 가장 활발한 활화산 중 하나인 비야리카의 경사면에 망원경을 설치하고 있었다. 이번 일식은 칠레의 태평양 해안에서 안데스 산맥을 넘어 아르헨티나까지 이어지는 길이 약 88.5㎞의 종주 지형을 따라 볼 수 있었던 것으로 전해졌다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

크리스마스를 앞두고 마치 성탄 선물 같은 400년 만의 우주쇼가 밤하늘에 펼쳐졌다. 21일 아마추어 천문가인 김창섭 씨는 경기도 평택에서 포착한 목성과 토성의 대근접 현상을 담아낸 사진을 본보에 보내왔다. 이날 오후 6시 경 부터 102㎜ 굴절망원경에 카메라를 연결해 잡아낸 목성과 토성의 대근접 사진에는 두 행성의 모습과 더불어 그 주변 위성까지 담겨있다. 먼저 사진 상단 위로 고리가 선명히 보이는 행성은 바로 토성이다. 그리고 그 아래에는 '태양계 큰형님' 목성의 모습도 선명히 보인다. 특히 토성의 위성인 타이탄, 목성의 위성인 칼리스토, 가니메데, 이오, 유로파도 마치 보너스인 듯 점으로 선명히 보인다. 또한 이오와 유로파 사이에도 위성인 것처럼 점이 하나 보이는데 이는 HIP 99314라는 별이다.다만 이 사진에 담긴 모든 천체는 한 컷에 담긴 것은 아니다. -2등급의 목성은 1/30~60초의 셔터속도로 찍어야 하는데 이 경우 토성이 너무 흐리게 나오고, 6등급의 위성들은 전혀 모습을 확인할 수 없다. 또한 토성의 경우에는 1/10~15초로 촬영해야 적당한 모습을 보이며, 위성들은 2~4초 노출을 주어야만 그 모습이 드러난다. 때문에 잘 나온 각각의 세 장을 합성해야 이와같은 사진을 남길 수 있다. 김씨는 "망원경을 세팅하고 카메라 화면을 처음 본 순간 그 짜릿함은 말로 표현할 수 없었다"면서 "평상시 망원경으로 토성과 목성을 따로 따로 봤는데 이번에 한번에 보면서 그 크기와 밝기를 비교할 수 있는 좋은 기회를 얻었다"며 기뻐했다. 이어 "특히 토성은 목성보다 작지만 아름다운 고리를 활용해 그에 버금가는 모습을 보여줘 정말 압권이었다"고 덧붙였다. 　 한편 목성은 태양에서 5번째, 토성은 6번째 행성으로 공전 주기는 각각 11.9년과 29.5년이다. 두 행성은 약 20년에 한 번씩 접근하지만 공전궤도면이 달라 늘 가까이 붙어 보이지는 않는다. 앞서 대근접이 이루어졌던 1623년에는 태양과 너무 가까워 지구 대부분 지역에서 관측하지 못했을 것으로 판단된다. 관측 가능했던 목성·토성 대접근은 1226년 3월 5일이었기 때문에 사실상 800년 만에 천문 현상을 관측할 수 있었던 셈이다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

천문학자들이 관측사상 우주에서 가장 먼 거리에 있는 은하, 곧 가장 오래 된 은하를 발견했다. 'GN-z11' 이라 불리는 이 은하는 별도의 이름은 아직 없지만, 현재까지 발견된 은하들 중에서는 최고령 은하로 등극한 가능성이 높은 것으로 알려졌다. 일본 도쿄 대학 천문학부 노부나리 가시카와 교수는 우주에서 가장 멀리 떨어진 은하를 찾아, 그 은하가 언제 어떻게 형성되었는지 연구해왔다. 가시카와 교수는 “선행 연구에서 GN-z11 은하는 관측사상 지구에서 가장 먼 은하로 추정되었는데, 그 거리는 무려 134억 광년으로 나왔다”면서 “이 엄청난 거리를 측정하고 결정하는 것은 결코 쉬운 일은 아니다”라고 덧붙였다. 참고로, 1광년은 약 10조㎞이므로, 134억 광년은 134 밑에 0이 30개가 붙는 어마무시한 거리다. GN-z11 은하가 지구로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지 그 거리를 결정하기 위해 가시카와 연구팀이 사용한 방법은 은하의 적색이동(redshift)이다. 적색이동이란 일종의 도플러 효과(Doppler effect)로, 가시광을 포함한 전자기파를 방출하는 물체가 파의 진행 방향과 반대 방향으로 운동할 때 파장이 길어지는 현상이다. 가시광 영역에서 파장이 길어지면 스펙트럼 상에서 붉은색 쪽으로 치우쳐져 보이기 때문에 적색이동이라 불린다. 일반적으로 천체가 우리로부터 멀어질수록 적색이동 값이 커진다.천체가 방출하는 빛을 분석하면 그 화학적 특성을 알아낼 수 있는데, 연구팀은 GN-z11 은하가 방출하는 빛을 면밀히 분석한 결과, 그 빛이 얼마나 먼 거리를 이동해왔는지 추정할 수 있는 도구를 얻을 수 있었다. “우리는 특히 자외선 영역을 자세히 들여다보았는데, 이는 해당 은하의 화학적 특성을 발견할 수 있는 전자기 스펙트럼 영역이기 때문”이라고 설명하는 가시카와 교수는 “허블 우주망원경은 GN-z11 스펙트럼에서 여러 차례 이 신호를 감지한 바 있다”고 덧붙였다. 이어 “하지만 허블 망원경조차도 이 은하가 방출한 자외선을 충분히 분석할 수가 없었기 때문에 우리 연구팀은 지상 기반의 첨단 분광기인 MOSFIRE를 동원했다”고 밝혔다. 이 분광기는 하와이 케크 I 망원경에 장착되어 있다. 이 장비를 사용함으로써 연구팀은 GN-z11 은하가 방출하는 빛을 보다 자세히 분석할 수 있었으며, 이 발견이 또 다른 관측으로 확인된다면 GN-z11 은하는 관측사상 우주에서 가장 먼 최고령 은하로 등극할 것으로 보인다. 이번 연구논문은 ‘네이처 아스트로노미’ 저널 12월 14일자에 발표되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

“주위에서 다들 ‘호크아이’라는데 부담이네요. 이러면 앞으로 애매한 것은 비디오 판독 요청 못 하겠는데요.” 16일 KGC인삼공사와 GS칼텍스의 경기가 열린 서울 장충체육관. 4세트 14-14로 맞선 상황에서 이영택 인삼공사 감독이 블로커 터치 아웃에 대한 비디오 판독을 요청했다. 코트 위로 조용한 음악이 깔렸고 판독 영상에선 상대 손가락을 아주 미세하게 스치는 장면이 포착됐다. 결과는 판정 번복. 이 감독은 손으로 망원경을 만들며 ‘호크아이’ 세리머니를 펼쳤다. 이 감독은 이번 시즌 신들린 비디오 판정 요청으로 ‘매의 눈’ 평가를 받는다. 이 감독에게 비결을 묻자 “벤치에 앉아 있는 코치가 도와주고 선수가 확신하는 것을 들었고 몇 개는 운이 좋았다”고 답했다. 또 “일부는 남은 것을 써 보자는 심정이었는데 맞아떨어졌다”고 겸손해했다. 겸손한 입과 달리 그의 눈은 매섭다. 이날 경기 전까지 12경기에서 이 감독의 비디오 판독 신청은 28건 있었고 이 중 17건을 바로잡았다. 판독 성공률 60.7%는 여자부 구단 1등이자 6개 구단 평균 성공률 37.6%의 두 배에 가깝다.비디오 판독을 통한 오심 정정은 효과가 크다. 1점을 벌어 오는 차원을 넘어 상대팀의 1점을 깎는 결과로 이어져 2점짜리에 해당한다. 오심을 바로잡지 못하더라도 상대의 상승세나 흐름을 꺾거나 흥분한 선수를 가라앉히는 전략적, 심리적 효과도 크다. 이 감독이 비디오 판독을 통해 흐름을 가져온 대표 사례로는 지난 6일 IBK기업은행전 2세트가 있다. 25-25의 듀스 상황에서 표승주의 블로킹 터치 아웃을 귀신같이 잡아내며 세트를 가져오게 만들었고 팀도 결국 3-0으로 승리했다. 이 감독은 “듀스에서 흐름이 넘어가는 것이니 썼던 것인데 운 좋게 걸렸다. 나도 놀랐다”고 했다. 지난 2일에는 흥국생명과의 경기 2세트에선 다들 간과한 김연경의 센터라인 침범을 잡아내기도 했다. 오심 정정률이 높다 보니 인삼공사의 경기에 임하는 심판진은 이 감독의 ‘호크아이’를 의식하지 않을 수 없다. 이기철 선임기자 chuli@seoul.co.kr류재민 기자 phoem@seoul.co.kr

동지 하루 뒤인 22일, 목성과 토성이 400년 만의 ‘대접근'(Great Conjunction)을 하는 하늘의 이벤트가 일어난다. 목성과 토성이 천구상에서 접근할 때마다 ‘대접근’이라 하는데, 다른 행성들과는 달리 이들 두 천체는 좀체 접근하는 일이 없기 때문이다. 목성과 토성은 대략 20년마다 접근이 이루어지는데, 12월 22일에 일어나는 접근은 400년 만의 대접근으로 사람들의 관심이 집중되고 있다. 보통 목성과 토성이 대접근을 할 때 대개 두 천체의 거리 각은 1도 남짓이지만, 이번의 대접근은 겨우 0.1도에 지나지 않는다. 이건 두 행성이 거의 딱 붙는 형상이라 할 수 있다. 물론 2차원적인 천구상에서 그렇다는 거지, 실제 두 행성의 물리적 거리는 지구-태양 간 거리(1AU) 1.5억㎞의 4배인 6억㎞(4AU)나 된다.하늘의 0.1도는 어느 정도 거리일까? 보름달의 크기가 대략 0.5도이니까, 그 5분의 1 정도라 할 수 있다. 이 정도 접근하면 목성과 토성을 육안으로 분해해 보기 어렵다. 큰 천체망원경으로 보면, 고리를 두른 토성과 4대 위성을 거느린 목성이 바짝 붙어 있는 장관을 볼 수 있을 것이다. 참고로, 두 천체 사이의 각도를 측정할 때 팔을 쭉 편 채 주먹을 쥐면 주먹 크기가 약 10도 가량 된다. 정확한 대접근 시간은 12월 22일 저녁 6시 33분이다. 그날 일몰이 5시 18분이므로, 해진 뒤 1시간 12분 뒤인 셈이다. 그 무렵이면 하늘이 충분히 어두워 남서쪽 하늘 나즈막히 태양계의 두 거대 행성, 목성과 토성의 대접근이 연출한 장관을 즐기기에 어려움이 없을 것이다. 이 두 행성이 마지막으로 이보다 더 가깝게 접근했던 것은 400년 전인 1623년 7월 16일로, 불과 5분(1분은 60분의 1도) 각 거리에 있었다. 지금으로부터 60년 뒤인 2080년 3월 16일에 또 다른 6분각 대접근이 있을 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

세계에서 노출 시간이 가장 긴 것으로 추정되는 사진 한 장이 공개됐다. 영국 웰린해트필드타임스 12일자 보도에 따르면, 노출 시간이 무려 8년 1개월인 태양 궤적 사진을 영국 하트퍼드셔대가 공개했다. 이 사진은 지난 2012년 하트퍼드셔대에서 석사 과정을 밟았던 예술가 레지나 발켄버그가 촬영한 것으로, 그녀는 렌즈 대신 바늘 구멍을 뚫어 사용하는 핀홀카메라라는 고전적인 기술을 사용한 사진 촬영에 흥미를 가지고 있었다. 당시 그녀는 맥주캔에 인화지를 부착해 핀홀카메라를 만든 뒤 이 대학의 교육 천문대인 베이포드버리 천문대에 비치돼 있는 한 망원경 위에 설치했지만, 시간이 지나면서 맥주캔 핀홀카메라를 설치한 사실 자체를 잊고 있었다. 그후 이 핀홀카메라가 다시 발견된 시기는 촬영이 시작된지 8년 1개월 뒤인 지난 9월이었다. 이 천문대의 선임 연구원인 데이비드 캠벨이 망원경 위에 설치된 맥주캔을 발견한 것이 계기였다.오랜 세월 잊고 있던 맥주캔 핀홀카메라 속 인화지에는 2953일 동안 태양이 뜨고 지는 궤적이 겹겹이 쌓여 몽환적인 풍경을 만들었다. 사진 왼쪽에 찍힌 것이 베이포드버리 천문대 돔이고 오른쪽에 찍힌 것은 촬영 도중 건설된 대기관측용 기구인 것으로 전해졌다. 지금까지 기록 중 노출 시간이 가장 긴 것으로 여겨져온 사진은 독일인 예술가 마하엘 베셀리가 촬영한 4년 8개월의 노출 시간을 가진 사진이었기에 이번 사진은 기록을 큰 차이로 갈아치우는 것이다.이에 대해 발켄버그는 “이전에 같은 기법으로 촬영을 시행했을 때에는 인화지가 말려 버리거나 습기로 망친 적이 있다”면서 “이렇게 긴 노출 시간을 의도하지 않았지만 사진이 남아 있어 놀라웠다”고 말했다. 현재 50대인 발켄버그는 영국 런던의 바넷 앤드 사우스게이트 칼리지에서 사진 기술자로 근무하고 있는 것으로 전해졌다. 사진=영국 하트퍼드셔대 제공 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지난 57년 동안 우주로 향하는 지구의 커다란 눈 역할을 해 온 푸에르토리코의 아레시보 천체관측소 전파망원경이 지난 8월부터 파손이 보고됐는데 스스로 무너져내렸다. 천체과학자 칼 세이건의 원작을 바탕으로 외계와의 소통 시도를 다룬 1997년 조디 포스터와 매튜 매커너히가 주연한 영화 ‘콘택트’와 1995년 피어스 브로스넌이 주연한 007 시리즈 ‘골든아이’에도 등장했을 정도의 랜드마크였는데 무너지고 말았다. 미국 국립과학재단(NSF)은 1일(현지시간) 트위터에 “푸에르토리코 아레시보 관측소의 지름 305ｍ 망원경이 밤새 붕괴됐다”며 “부상자는 보고되지 않았다”고 전했다. NSF는 “안전이 최우선 순위”라면서 붕괴 소식에 안타까움을 표시했다. AP 통신과 푸에르토리코 일간 엘누에보디아 등에 따르면 이날 새벽 전파망원경 상단의 무게 900t 수신 플랫폼이 140ｍ 아래 지름 305ｍ 크기의 반사 접시 위로 떨어졌다. 관측소에서 26년 동안 근무한 조너선 프리드먼은 이날 AP 통신에 “우르릉 소리를 듣고 무슨 일인지 알아차렸다. 정신없이 비명을 질렀다”고 참담한 심경을 전했다. 천문학자인 카르멘 판토하 푸에르토리코 대학 교수는 “엄청난 손실이다. 아레시보 망원경은 내 삶의 한 장이었다”고 표현했다. 아레시보 천체관측소는 카리브해의 미국령 푸에르토리코의 석회암 채취장에 1963년 건립됐다. 2016년 중국이 지름 500ｍ의 전파망원경 톈옌(天眼)을 건설할 때까지 세계 최대 유일한 망원경이었던 아레시보 전파망원경은 오랫동안 굵직굵직한 천문학과 천체물리학 연구 성과의 산실 역할을 했다. 학자들은 이곳에서 외계 행성을 연구하고 지구로 향하는 소행성을 추적했다. 아레시보 망원경을 이용한 쌍성 펄서(강한 자기장을 갖고 빠른 속도로 회전하는 중성자별) 발견은 노벨상 수상으로도 이어졌다. 많은 예비 천문학자나 예비 물리학자들의 교육 공간으로도 널리 활용됐다. 아레시보 망원경은 외계와 교신하려는 인간의 노력에도 큰 역할을 수행했다. 망원경이 수집한 우주 전파 신호를 분석해 외계 생명체를 찾는 프로젝트도 진행됐고, 1970년대 세이건 등 천체물리학자들이 외계 생명체에 보내는 ‘아레시보 메시지’를 쏘아 올리기도 했다. 또 반세기 넘게 허리케인과 지진 등을 견뎌왔지만 세월의 무게를 견디지 못했다. 지난 8월 망원경을 지탱하던 보조 케이블이 끊어져 반사 접시 위에 떨어지며 구면 일부가 파손됐다. 지난달 메인 케이블마저 끊어지자 NSF는 더는 복구가 어려운 상황이라며 해체 결정을 내렸다. 망원경이 역사 속으로 사라지는 것을 안타까워하는 전 세계 과학자 등이 NSF의 해체 결정을 뒤집어 달라는 청원에 나서기도 했다. 임병선 평화연구소 사무국장 bsnim@seoul.co.kr

외계와 교신을 시도했던 아레시보 전파망원경이 붕괴되며 57년간 업무 수행을 마감했다. 아레시보 천체관측소는 카리브해의 미국령 푸에르토리코의 석회암 채취장에 1963년 건립됐다. 이곳은 수많은 천문학자, 물리학자들의 교육 장소로도 활용됐으며, 외계 행성을 연구했다. 아레시보 망원경을 이용한 쌍성 펄서(강한 자기장을 갖고 빠른 속도로 회전하는 중성자별) 발견은 노벨상으로 이어지기도 했다. 또한 외계 생명체를 찾는 프로젝트가 진행된 곳으로도 유명하다. 망원경이 수집한 우주 전파 신호를 분석해 외계 생명체를 찾으려 했으며, 1970년대 미국 칼 세이건 등 천체물리학자들이 외계 생명체에 보내는 ‘아레시보 메시지’를 우주를 향해 쏘아 보냈다. 세이건의 원작을 바탕으로 외계와의 소통 시도를 다룬 1997년 영화 ‘콘택트’에서 아레시보 관측소는 영화의 배경이 됐다. 또 1995년 007 시리즈 ‘골든아이’에도 이곳 아레시보 관측소가 등장한다. 하지만 1일(현지시간) 새벽 전파망원경 상단의 무게 900t 수신 플랫폼이 140ｍ 아래 지름 305ｍ 반사 접시 위로 떨어지며 역사 속으로 사라지게 됐다.앞서 지난 8월 망원경을 지탱하던 보조 케이블이 끊어져 반사 접시 위에 떨어지며 구면 일부가 파손됐다. 11월에 메인 케이블마저 끊어지자 미국 국립과학재단(NSF)는 더는 복구가 어려운 상황이라며 해체를 예고한 상태였다. NSF는 이날 “푸에르토리코 아레시보 관측소의 지름 305ｍ 망원경이 밤새 붕괴됐다”며 “부상자는 보고되지 않았다”고 전했다. 이어 “안전이 최우선순위”라면서 붕괴 소식에 애석함을 표시했다. 한편 아레시보 망원경의 해체 소식이 전해졋을 당시 망원경이 역사 속으로 사라지는 것을 안타까워하는 전 세계 과학자 등은 NSF의 해체 결정을 만류하는 청원에 나서기도 했다. 강경민 콘텐츠 에디터 maryann425@seoul.co.kr

오랫동안 모습을 보이지 않던 태양 흑점들이 최근 지구를 향한 태양면에 나타나 지구촌 별지기들의 망원경을 모으고 있다. 태양 필터 필름을 끼운 쌍안경으로 관측하면 태양의 아랫면 7시 방향에 나타난 흑점을 볼 수 있다. ​연구자들은 태양지진학에 바탕한 기법을 통해 태양 표면 아래의 음향파를 탐지해 지구에서 흑점이 보이기 전에 그 출현을 확인했다. 태양 활동을 예측하는 NSO(National Solar Observatory) 프로그램의 부소장 알렉세이 페프트소프는 성명에서 "우리는 태양 뒷면에서 일어나는 음향 신호의 변화를 측정했다"고 밝히면서 "이 기술을 사용하여 지구를 향한 태양의 측면에서 어떤 일이 일어나는지 며칠 전부터 알 수 있다"고 설명한다. 과학자들은 27일 경 부터 지구보다 몇 배 더 큰 최대 태양 흑점이 태양 앞면에 나타날 것이라고 예측했는데, 이것은 실제로 실현되었다. ​쌍안경이나 작은 망원경에 적절한 필터를 장착하여 흑점을 볼 수 있지만, 특히 어린이들이 보호 장비 없이 망원경을 태양에 겨누지 못하게 주의해야 한다. 자칫 눈을 크게 다칠 수가 있기 때문이다. 태양 흑점을 가장 쉽게 관측하려면 인터넷 몰 등에서 태양 필터 필름을 구입해 종이컵 등에 부착하여 태양을 보면, 태양의 누런 맨얼굴과 그 위에 흩어져 있는 흑점들을 관측할 수 있다.​연구자들은 태양 흑점을 사용하여 태양풍에 의해 생성되는 우주 날씨를 예보하기도 한다. 태양풍이 어떨 때는 엄청난 에너지를 뿜어내기도 하는데, 이를 '코로나 질량 방출(CME)'이라 한다. 태양 흑점 등에서 열에너지 폭발이 발생하면 거대한 플라스마 파도가 지구를 향해 초속 400~1000㎞로 돌진한다. 이럴 경우 마치 지구 자기장에 구멍이 난 것처럼 대량의 입자들이 지구에 영향을 미치는데, 이를 '태양폭풍'이라 한다. 이 물질들은 대기를 통과하는 과정에서 사람에게 직접적인 해를 입히지는 않지만, 위성통신과 통신기기를 활용하는 전자 시스템에 영향을 줄 수 있다. 이 경우 전력망, 스마트폰, GPS 등 위성통신을 사용하는 모든 서비스가 마비될 수 있으며, 대규모 정전사태를 가져와 엄청난 재산상 피해를 낼 수도 있다. 따라서 태양풍의 근원인 태양 흑점이 언제 지구를 향할 것인지 아는 것이 필수적이다. 하지만 태양풍이 실어다주는 하전 입자들은 고위도의 지구 상공에 아름다운 오로라를 만들기도 한다. "활성 흑점의 존재를 최대 5일 전에 예측하는 우주 날씨 예보는 현대 기술 중심 사회에 매우 가치가 있는 일"이라고 페프트소프 부소장은 강조한다. 태양은 현재 11년의 흑점 주기의 초기의 비교적 조용한 시기에 있다. 이번에 나타난 태양 흑점 그룹은 이 주기에서 관찰된 가장 강력한 신호를 생성했다고 NSO 과학자 키란 자인이 같은 성명에서 덧붙였다. NSO는 미국 국립과학재단과 국립해양대기국에서 자금을 지원하는 GONG(Global Oscillation Network Group)을 통해 태양을 모니터링하는 전 세계 6개의 모니터링 스테이션을 보유하고 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

지구 주위에는 밤하늘을 휘영청 밝혀주는 아름답고 커다란 달이 떠있지만 사실 우리도 모르는 사이에 달이 됐다가 사라진 천체도 있었다. 최근 영국 벨파스트 퀸스대학 등 국제공동연구팀은 소위 ‘미니 문’(mini-moon)이라 불렸던 천체 ‘2020 CD3’의 연구결과를 국제 학술지 ‘천문학 저널’(The Astronomical Journal) 최신호에 발표했다.　 지난 2월 미국 애리조나 대학 카탈리나 스카이 서베이(Catalina Sky Survey) 천문학자들에 의해 처음 존재가 확인된 2020 CD3은 자동차만한 크기로, 지구 주위를 돌다가 그 다음달 경 홀연히 우리 곁을 떠났다. 너무나 작고 빠른 속도로 움직이기 때문에 새로 생긴 미니 문의 존재를 아무도 몰랐던 셈이다. 이번에 연구팀은 미국 로웰 천문대 4.3미터 망원경으로 데이터를 모아 2020 CD3에 대한 보다 상세한 정보를 밝혀냈다. 먼저 2020 CD3는 예상했던 것보다 크기가 작은 지름이 1.2m에 불과했다. 3474㎞의 지름을 가진 달과 비교할 수 없을 만큼 작은 크기. 2020 CD3이 지구와 가장 가까웠던 거리는 1만3000㎞로, 달이 평균 38만㎞인 것과 비교하면 바짝 붙어있는 수준이었다. 또한 2020 CD3의 색깔과 밝기로 보아 소행성대에 있는 많은 천체처럼 규산염 암석으로 이루어졌을 것으로 추측됐으며 최소 2.7년 지구를 돌다 떠난 것으로 계산됐다.물론 2020 CD3은 실제 달과 비교할 수 없을 만큼 작고 볼품없지만 연구가치는 높다. 먼저 이같은 천체는 매우 작고 빠르기 때문에 관측이 매우 어렵다. 이같은 이유로 지구 주위에는 아직 발견하지 못한 미니 문이 더 있을 가능성이 있으며 이를 발견하는 것은 관측 기술의 진보를 의미한다. 연구에 참여한 그리고리 페도레츠 박사는 "관측기술이 최고에 올라선다면 두세 달에 한번씩 미니 문을 발견할 수도 있을 것"이라면서 "우리는 이처럼 작은 천체에 대해 거의 알지 못하기 때문에 가까이서 이를 연구할 수 있는 독특한 기회가 된다"고 밝혔다. 한편 미니 문 발견은 처음이 아니다. 지난 2006년에도 지름이 3~6m 정도로 매우 작은 ‘2006 RH 120’이 발견된 바 있다. 2006 RH 120 역시 지난 2006년 6월에 첫 포착된 이후 이듬해인 2007년 9월 경 지구를 벗어났다. 전문가들에 따르면 미니 문은 태양을 향해 끌려 들어가던 천체가 지구 중력에 붙잡힌 경우에 생긴다.　　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

미국항공우주국(NASA)의 케플러 우주망원경은 고장과 임무 복귀의 우여곡절을 겪으면서도 퇴역 전까지 수천 개 이상의 외계행성을 찾아냈다. 그리고 이제 케플러의 후계자인 테스(TESS)는 이보다 더 많은 외계행성을 찾아내리라 기대를 받는 중이다. 하지만 외계행성을 찾은 것 자체는 외계행성 탐사의 첫 단추를 끼운 것에 불과하다. 과학자들은 외계행성의 대기, 표면온도, 환경을 파악해 외계행성의 특징과 생성 과정을 파악하기 위해 노력한다. 생명체가 살 수 있는 제2의 지구를 찾는 것은 물론 태양계 행성처럼 저 멀리 떨어진 외계행성에 대해서도 자세히 연구하고 싶기 때문이다. 유럽우주국(ESA)은 이를 위해 차세대 외계행성 관측망원경인 아리엘(Ariel·Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey)을 개발한다고 발표했다. 총 10억 유로 이상이 투입될 아리엘 프로젝트의 목표는 1000개에 달하는 외계행성의 대기를 분석하는 것이다. 이 프로젝트가 성공한다면 과학자들은 외계행성의 대기 중 수증기의 존재나 산소, 이산화탄소, 메탄 등 대기의 화학적 구성에 대해서 좀 더 구체적으로 파악할 수 있다. 하지만 외계행성의 대기 관측은 현재 있는 가장 강력한 망원경이라도 어려운 과제다. 아무리 밝은 외계행성이라도 기본적으로 스스로 빛을 내는 천체가 아니라 빛을 반사하는 천체이므로 별보다 매우 어두워 대기를 직접 관측하기가 힘들기 때문이다. 허블 우주망원경 같은 강력한 망원경을 이용해도 극히 예외적인 조건을 지닌 외계행성 몇 개에서만 대기 관측에 성공했을 뿐이다. 아리엘은 사실 허블 우주망원경보다 작은 0.7x1.1m 크기의 타원형 거울을 지닌 망원경이다. 하지만 매우 미세한 변화도 감지할 수 있는 적외선 분광기를 탑재해 외계행성이 별의 앞을 지날 때 변하는 빛의 스펙트럼 변화를 관측한다. 덕분에 지금까지 불가능했던 수많은 외계행성의 대기를 파악할 수 있다. 다만 극도로 정밀한 관측을 위해 55K(영하 218도) 이하의 낮은 온도에서 카메라 센서를 작동시켜야 하며 태양 빛의 방해를 피해 지구에서 150만㎞ 떨어진 라그랑주 L2 위치에서 관측해야만 한다. ESA 17개 회원국 50개 기관과 NASA가 이 목표를 달성하기 위해 힘을 합쳤다. ESA는 2029년까지 아리엘을 발사할 계획이다. 이 프로젝트가 성공한다면 저 멀리 떨어진 제2의 지구와 태양계를 찾으려는 과학자들의 노력이 한 걸음 현실에 가까워질 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

버스만한 소행성 하나가 13일의 금요일이었던 일주일 전 지구에서 약 386㎞ 떨어진 대기권을 스쳐지나간 사실이 다음 날이 돼서야 확인됐다. 영국 과학전문 피조그닷컴 18일자 보도에 따르면, ‘2020 VT4’라는 이름의 이 소행성은 지구를 스쳐간지 15시간 만에 미국 하와이에 있는 한 지상망원경에 의해 밝혀졌다.마우나로아산에 있는 이 망원경(ATLAS-MLO)은 소행성 지구충돌 최후경보체계(ATLAS)를 운영하는 두 관측 장비 중 하나로, 나머지 망원경(ATLAS-HKO)은 약 160㎞ 떨어진 할레아칼라산에 존재한다. 특히 이 소행성은 관측 자료 분석에서 그 길이가 최소 5m부터 최대 10m까지로 추정되고 있는데 이는 이 천체가 지구에 좀 더 가까이 접근해 중력에 의해 떨어졌다면 남태평양 대기권에서 불타 사라졌으리라 여겨진다. 심지어 이 소행성이 지구에 가장 가까이 접근했을 때의 거리는 지구에서 국제우주정거장(ISS)까지의 거리보다 가까웠다. 따라서 이 소행성은 지금까지 지구를 스쳐간 소행성 가운데 지구에 가장 가깝게 접근한 것으로 기록됐지만, 지구와 스치면서 궤도가 크게 변해 앞으로 다시 지구를 방문할 가능성은 없는 것으로 전해졌다. 참고로 이전 기록은 지난 8월 지구에서 약 2950㎞ 거리까지 접근한 소행성 2020 QG가 갖고 있었다. 길이 1.8~5.5m의 이 소행성도 크기가 작아서인지 지구를 스쳐가고 나서야 발견됐었다.지구를 가장 가까이 스치고 지난간 이 소행성의 첫 소식은 ‘오빗 시뮬레이션’이라는 천문 웹사이트를 운영하는 천문학자 토니 던이 지난 14일 트위터를 통해 “새로 발견된 소행성 A10sHcN이 어제 남태평양 성공 몇백 마일까지 접근했었다”고 밝히면서 알려졌다. 여기서 A10sHcN은 이 소행성의 임시 이름이었다. 소행성은 지구 표면에 지역적인 피해를 주려면 그 지름이 최소 25m를 넘어야 하고 세계적인 수준의 피해를 주려면 1~2㎞는 돼야 한다고 전문가들은 말한다. 비교하자면 6600만 년 전 지구를 지배한 공룡들을 멸종에 이르게 한 소행성의 폭은 약 12.1㎞였다고 과학자들은 추정한다. 반면 지난 2013년 러시아 상공에서 폭발한 첼랴빈스크 운석은 넓은 지역에 걸쳐 건물 몇천 채의 창문들을 부수고 112명의 주민을 입원하게 하는 등의 간접적인 피해를 줬지만, 이번 소행성보다 30배 정도 더 컸던 것으로 추정된다. 이와 달리 지구상에서 생명체의 존재를 지우려면 소행성의 폭은 약 96㎞를 넘어야 한다. 공교롭게도 소행성 2020 VT4는 불길한 날로 일컬어지는 13일의 금요일에 지구를 스쳐간 유일한 소행성으로 기록됐다. 하지만 이른바 ‘아포피스’라고 불리는 폭 300m짜리 거대 소행성은 8여년 뒤인 오는 2029년 4월 13일 금요일에 지구를 스쳐지나갈 것으로 예상된다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

태양처럼 스스로 빛나는 별이 되기 위해서는 별 중심부 압력과 온도가 수소 핵융합 반응을 유지할 정도로 높아야 한다. 과학자들은 태양 질량의 0.08배 이하인 작은 별은 안정적인 수소 핵융합 반응을 유지할 수 없다고 본다. 하지만 그렇다고 해서 핵융합 반응이 전혀 일어나지 않는 것은 아니다. 중수소처럼 무거운 원소에 의한 미약한 핵융합 반응이 일어날 수 있기 때문이다. 이렇게 별에 비하면 너무 어둡지만, 그렇다고 완전히 스스로 내는 에너지가 없는 것도 아닌 애매한 천체를 갈색왜성(brown dwarf)이라고 부른다. 질량이 부족해 별이 되지 못한 가스 천체이기 때문에 흔히 '실패한 별'로 불리기도 한다. 갈색왜성은 목성 질량의 13~80배 사이의 천체로 우주에 매우 흔하지만, 차갑고 어둡기 때문에 그 가운데 극히 일부만 망원경으로 관측이 가능하다. 네덜란드 아스트론(ASTRON) 연구소와 미국 하와이 대학 천문학자들은 적외선 망원경으로도 찾기 힘든 갈색왜성을 사상 최초로 전파 망원경을 통해 관측하는 데 성공했다. 이들이 사용한 전파 망원경인 로파(Low-Frequency Array, LOFAR)는 네덜란드를 중심으로 유럽 대륙 1000㎞에 펼쳐져 있는 2만 개 이상의 안테나를 연결해 만든 거대 전파 망원경이다. 로파는 매우 미세한 전파까지 관측할 수 있지만 수백 광년 떨어진 갈색왜성이 방출하는 전파를 관측하는 것은 완전히 새로운 시도였다.연구팀은 갈색왜성이 목성보다 더 강력한 자기장을 지니고 있을 것으로 예측했다. 그리고 강력한 자기장을 지닌 갈색왜성에서 나오는 전파에 맞는 관측 결과를 로파 데이터에서 검색했다. 그 결과 지구에서 212광년 떨어진 위치에서 갈색왜성으로 의심되는 천체인 'BDR J1750+3809'를 찾는 데 성공했다. 연구팀은 144MHz 영역에서 이 천체를 찾은 후 지상의 망원경으로 다시 확인해 실제로 갈색왜성이라는 것을 증명했다. 연구팀은 이 갈색왜성에 북유럽 신화의 주인공인 엘레가스트(Elegast)라는 별명을 붙였다. 과학자들은 태양계 인근에 수많은 갈색왜성이 숨어 있다고 보고 있다. 또 갈색왜성보다 조금 작지만 역시 강력한 자기장을 지닌 떠돌이 가스 행성도 여러 개 존재할 수 있다. 이번 연구는 전파 망원경을 통해 이들의 존재를 확인할 수 있는 길을 열었다는 점에서 주목할 만한 성과다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

암흑물질의 정체는 원시 블랙홀일까? 우주의 질량 대부분(85%)을 차지하는 암흑물질의 정체는 수수께끼다. 최근 논문에 따르면 우주가 태어난 직후 생겨난 원시 블랙홀 집단이다. 암흑물질이란 스스로 전자파를 방출하지도 남의 빛을 반사하지도 않는 미지의 물질이다. 이것이 존재하는 것은 분명하다. 은하를 이루는 별들의 회전속도에서 계산되는 질량은 은하 내의 별이나 성간물질을 합친 것보다 훨씬 더 크다. 또한 은하나 은하단의 중력은 그 주변을 지나가는 빛을 휘게 만드는데(중력 렌즈 효과) 이를 통해 계산된 질량은 실제 관측된 질량을 크게 넘어선다. 블랙홀이란 자체 중력이 너무나 강해서 어떤 입자나 복사파도 그로부터 빠져나올 수 없는 시공간의 영역을 의미한다. 일반상대성이론에 따르면 충분히 밀도가 높은 물체는 시공간을 왜곡해 블랙홀을 만들 수 있다. 올해 노벨 물리학상은 이런 사실을 수학적으로 증명한 영국의 로저 펜로즈에게 주어졌다. 나머지 공동 수상자 두 명은 우리 은하의 중심에 태양 질량 430만배 규모의 초대질량 블랙홀이 있다는 사실을 발견한 공로를 인정받았다. 별 규모의 블랙홀은 무거운 별이 타고 남은 잔해가 태양 질량의 3~4배가 되면 스스로 수축해서 만들어진다. 여기에 빨려 들어가는 외부 물질이 뿜어내는 입자나 빛, 다른 별이나 행성의 운동에 미치는 영향, 주변을 지나가는 광선이 휘는 렌즈 효과를 통해 간접적으로 관측할 수 있다. 원시 블랙홀이란 우주 탄생 직후인 138억년 전에 만들어진 것을 말한다. 기본 입자들이 뭉쳐 무거운 입자가 되면서 우주의 압력이 낮아졌고 이 덕분에 원시 블랙홀도 많이 생겨날 수 있었을 것이다. 시간이 흐르면서 주위의 블랙홀이나 물질을 흡수해 점점 커질 수 있다. 1970년대 스티븐 호킹이 존재를 추론했으나 아직 관측되지는 않고 있다. 여기에 대한 관심은 2015년 레이저 간섭계 중력파 관측소(Laser Interferometer Gravitational-Wave ObservatoryㆍLIGO)가 작동하면서 급증했다. 서로의 주위를 돌던 블랙홀들이 합쳐지는 현상이 속속 관측되기 시작한 것이다. 우주에 예상보다 훨씬 더 많은 블랙홀이 있다면 원시 블랙홀도 많이 존재할지 모른다. 이것이 수십년간 탐구해도 전혀 발견되지 않는 암흑물질의 정체일 수도 있다. 약한 상호작용을 하는 무거운 입자, 초대칭입자인 뉴트랄리노 등에 이어 후보군이 하나 늘어난 것이다. 하지만 2017년 여기에 찬물을 끼얹는 계산 결과가 나왔다. 초기 우주에 지금의 암흑물질을 설명할 만큼 많은 블랙홀이 있었다면 지금쯤 어떻게 됐을까. ‘대부분 서로 주위를 도는 쌍성이 됐다가 합쳐졌을 것이다. 그러면 라이고에서 실제 관측된 것보다 수천 배 많은 합체 현상이 일어났어야 한다.’ 그러나 이런 난점은 극복이 가능하다. 지난 9월 ‘우주론과 천체입자물리학 저널’(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)에 실린 논문에 따르면 그렇다. 프랑스 몽펠리에대학의 카르스텐 제담지크가 발표했다. 태초 대량의 원시 블랙홀이 만들어졌지만 라이고의 관측과 일치하는 결과를 낳을 수도 있다. 이는 수치 시뮬레이션 결과다. 원시 블랙홀은 실제로 쌍성이 되겠지만 블랙홀이 넘쳐나는 우주에서는 세 번째 블랙홀이 다가와 둘 중 하나와 자리를 바꾸게 된다고 한다. 이렇게 파트너를 바꾸는 과정은 수없이 되풀이되고, 쌍성은 거의 원형 궤도를 돌게 된다. 원시 블랙홀이 엄청 많다고 할지라도 이것들이 합체하는 경우는 극히 드물 것이다. 그의 계산에 따르면 원시 블랙홀들은 2~3광년 정도의 지름을 가진 무리를 이루어 우주 도처에 자리잡고 있다. 태양 30배 질량의 괴물을 중심으로 이보다 작은 블랙홀 1000개 정도가 나머지 공간을 채우고 있을 터이다. 하지만 대부분의 물리학자는 암흑물질을 구성하는 것이 탐지가 극도로 어려운 모종의 기본 입자일 것이라고 믿고 있다. 결론은 관측이 말해 줄 것이다. 태양보다 작은 질량을 가진 블랙홀이 하나만 발견돼도 상황 전체가 달라질 것이다. 이런 물체는 원시 블랙홀 시나리오에 따르면 매우 흔할 것이고 별을 통해서는 만들어질 수 없기 때문이다. 2020년대 중반에 미항공우주국이 발사할 로만우주망원경에 대한 기대가 큰 또 하나의 이유다.

우리 은하에서 생명체가 존재할 가능성이 있는 행성이 3억 개에 달한다는 연구결과가 나왔다. NASA 에임스연구센터, 고다드우주비행센터, 외계지적생명체탐사(SETI) 연구소, 캐나다 브리티시컬럼비아대 연구진 등 5개국 44개 연구기관 전문가로 구성된 국제공동연구진은 우리 은하 내에 인류를 포함한 생명체가 잠재적으로 거주할 수 있는 행성은 약 3억 개에 달하는 것으로 보인다는 보고서를 발표했다. 보고서에 따르면 이중 일부는 태양계에서 30광년 이내에 있으며, 대부분이 일명 골디락스 존(행성이 지구와 유사한 조건을 가지고 있어 물과 생명체가 존재할 수 있는 항성 주변의 구역) 에 존재한다. 이번 연구는 2009~2018년 우주에서 활동한 케플러우주망원경의 데이터를 이용했다. 케플러우주망원경은 지구와 유사한 환경을 가진 외부행성을 찾기 위해 우주로 발사된 망원경으로, 9년 동안 항성(별) 53만 506개, 행성 2662개를 발견하는 성과를 거뒀다. 연구진은 케플러우주망원경의 데이터 중 지구와 유사한 크기를 가지고 있으면서 동시에 바위가 많은 암석 행성을 우선적으로 골라냈다. 이후 태양과 생성시기가 비슷하고 지구 온도와 유사할 것으로 추측되는 행성을 추가적으로 추려냈다.일반적으로 인간을 포함한 생명체가 존재하기 위해서는 액체 상태의 물이 존재해야 하며, 이러한 조건을 모두 포함하는 행성은 우리 은하계 내에 약 3억 개 정도라는 결론에 도달했다. 케플러가 9년간 수집한 데이터는 여전히 분석 중인 가운데, 국제공동연구진은 이번 결과가 비교적 보수적인 수치라고 설명했다. 연구진은 “이번 결과는 생명체가 존재할 가능성이 있는 행성의 개수와 관련한 최종 결과와는 다소 거리가 있다”면서 “이 행성들 중 일부의 온도를 추정해 실제로 액체 형태의 물이 존재할 수 있는지를 확인한다면 생명체 존재 가능성을 알아보는데 더욱 도움이 될 것”이라고 기대했다. 자세한 연구결과는 미국 코넬대에서 운영하는 출판 전 논문공개 사이트인 아카이브(arXiv.org)에 실렸으며 곧 천문학 분야 국제학술지 ‘천문학 저널’에 실릴 예정이다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr