블랙홀이 시공간을 어떻게 왜곡하는지를 보여주는 시뮬레이션 영상이 공개돼 눈길을 끈다. 미국항공우주국(NASA)은 26일(현지시간) NASA 산하 고다드 우주비행센터 소속 천체물리학자 제러미 슈니트먼 박사가 커스텀 소프트웨어를 사용해 이런 영상을 제작했다고 밝혔다. 블랙홀 소식을 다루는 ‘블랙홀 위크’를 맞이해 발표된 영상에서 가상 블랙홀의 모습은 영화 ‘인터스텔라’에서 나온 거대질량 블랙홀 가르강튀아와 거의 흡사하다. 시뮬레이션 속 블랙홀은 밝게 빛나는 강착원반에 둘러싸인 모습이다. 응축원반으로도 불리는 이 얇은 디스크는 블랙홀의 강력한 중력에 의해 찢긴 물질의 입자들이 매우 빠르게 회전하면서 발생한 열에 의해 빛을 내뿜는 것이다. 흥미로운 점은 블랙홀의 중력은 너무 강력해 바로 이런 주변 환경의 모습을 왜곡한다는 것이다.영상에서 중심의 검은 원반은 블랙홀의 그림자다. 이는 블랙홀이 강착원반에서 근처에 있는 입자에서 나오는 빛을 포획하면서 생기는 현상이다. 그리고 그 바깥쪽에는 밝은 영역이 고리 형태로 나타난다. 빛이 블랙홀의 중력에서 벗어날 수 있는 영역이므로 밝게 빛나는 것이다. 따라서 밝은 고리는 검은 원형의 그림자를 둘러싼 형태로 보인다. 영상에서 블랙홀의 그림자를 둘러싼 고리는 왼쪽이 밝고 오른쪽이 어둡다. 이는 도플러 빔 효과 때문이다. 강착원반에서 가스가 회전하면서 빛을 내면 우리 쪽으로 다가오는 가스는 도플러 효과를 받아 더 밝게 보이고 반대로 멀어지는 가스는 더 약하게 보이는 것이다. 또한 영상에서 고리 위쪽에 있는 빛은 실제로 블랙홀의 뒤쪽을 보여주는 것이다. 이는 블랙홀의 강력한 중력으로 인해 왜곡돼 보이는 것이다. 이에 대해 슈니트먼 박사는 “이런 시뮬레이션은 아인슈타인이 중력은 시공간의 구조를 휘게 만든다고 말했을 때 무엇을 의미하는지 시각화하는 데 도움이 된다”면서 “아주 최근까지 이런 시각화는 우리의 상상력과 컴퓨터 프로그램에 제한돼 있었다”고 말했다. 한편 지난 4월 ‘이벤트 호라이즌 망원경’(EHT·Event Horizon Telescope) 협력단의 과학자들은 인류 역사상 처음으로 블랙홀을 관측하는 데 성공했다. 이 프로젝트는 전 세계 6대륙에 있는 대형 전파망원경 8대를 연결한 지구 크기의 가상 망원경을 이용한 것으로 알려졌다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

인류가 있는 태양계 너머 '외계에서 온 두번째 손님'에게 공식적인 이름이 붙었다. 최근 국제천문학연합(IAU)은 지난 8월 30일(현지시간) 발견된 인터스텔라(interstellar·항성 간) 천체를 ‘2I/보리소프'(2I/Borisov)로 명명했다고 발표했다. 이름에 붙은 ‘2I’의 의미는 두번째 인터스텔라라는 뜻이며 보르소프는 첫 발견자인 아마추어 천문학자 겐나디 보리소프의 성(姓)을 조합해 만들어졌다. 앞서 보르소프는 우크라이나에 있는 크림 천체물리관측소에서 직접 만든 직경 0.65ｍ의 망원경으로 태양에서 약 4억8280만㎞ 떨어진 게자리에서 흐릿한 빛을 띠며 빠른 속도로 움직이는 이 천체를 처음 발견했다. 그로부터 1주일 후 태양계 내 소형 천체를 추적하고 인증하는 IAU 소행성센터(MPC)는 지름이 2~16㎞인 이 천체가 인터스텔라에서 온 것으로 추정된다는 초기 관측결과를 발표하면서 외계에서 온 두번째 손님으로 기록됐다. 이에앞서 지난 2017년 10월 외계에서 온 첫번째 손님이 태양계로 날아들었다. 마치 시가처럼 길쭉하게 생긴 특이한 외형을 가진 이 천체의 이름은 ‘오무아무아‘(Oumuamua)로 공식 명칭은 ‘1I/2017 U1’이다. MPC 측이 2I/보리소프를 성간 천체로 보는 이유는 태양의 중력을 탈출하는데 필요한 것보다 더 빠른 속도로 중심체를 탈출하는 이른바 ‘쌍곡선 궤도‘(hyperbolic orbit)를 갖고있기 때문이다. 태양계 내 타원 궤도의 천체나 혜성은 원(圓) 운동에서 벗어나는 정도를 나타내는 이심률(eccentricity)이 0~1 사이에 있으나 보리소프는 3.2에 달한다.NASA 지구근접물체연구센터 다비드 파르노키아 박사는 “혜성으로 추정되는 이 천체의 현재 속도는 시속 15만㎞로 태양 주위를 도는 일반적인 천체 속도보다 훨씬 높다”면서 “이같은 속도는 2I/보리소프가 외계에서 왔을 가능성을 의미하며 다시 태양계 밖으로 나가게 될 것”이라고 전망했다. 특히 2I/보리소프의 발견이 중요한 이유는 태양계로 다가오는 과정에서 발견돼 관측할 시간이 충분한다는 점이다. 앞서 오무아무아의 경우 태양 근일점을 지난 뒤 발견해 관측기회가 거의 없었다.전문가들에 따르면 2I/보리소프는 오는 12월 9일 태양에 가장 가까이 다가서는 근일점에 도달한다. 태양~지구 거리의 두 배인 거의 3억㎞까지 태양에 접근한 뒤 태양계 밖으로 나가며 지구에는 12월 30일쯤 약 2억 7360만㎞까지 접근한다. 파르노키아 박사는 "2I/보리소프가 흐릿해 보이는 특성 때문에 혜성으로 추정된다"면서 "2I/보리소프는 12월 중순에 최대 밝기로 정점을 찍고 2020년 4월까지 적당한 크기의 망원경으로도 관측할 수 있을 것"이라고 밝혔다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

서해 북방한계선(NLL)에서 북쪽으로 700m 떨어져 있지만 ‘인천광역시 강화군 서도면 말도리 산97’이라는 남한 행정 주소가 부여돼 있어 남북의 관할권 논란에 시끄러운 함박도는 정작 고요했다. 24일 취재진이 함박도로부터 9㎞ 정도 떨어진 말도에서 망원경으로 바라본 함박도에는 북한군의 감시시설이 설치돼 있었다. 동행한 국방부 관계자에 따르면 함박도의 북측 군사시설은 언덕 위에 서 있는 큰 철탑과 그 옆에 있는 2층 건물로 구분됐다. 건물은 감시시설이고, 레이더는 높을수록 멀리 볼 수 있기 때문에 산 정상에 철탑을 세운 것 같다고 했다. 이와 별도로 언덕 아래쪽에 북한군의 생활관과 농산물을 재배하는 온실이 있었다. ●“울퉁불퉁한 지형… 해안포 배치 불가능” 그는 함박도에 설치된 북한군 레이더가 인천공항까지 관제할 수 있다는 일각의 분석에 대해 사실이 아니라고 했다. 공중까지 측정이 가능한 3차원 레이더와 달리 표면만 훑는 2차원 레이더여서 사실상 군사적 효용은 없다는 것이다. 이어 국방부 합동정보분석과장은 “레이더는 군사용 레이더가 아니라 일반 상선이나 어선에 달려 있는 항해용 레이더”라고 설명했다. 군은 함박도에 있는 레이더에 대해 북측이 중국 어선 단속을 위한 거점으로 활용하는 것으로 평가하고 있다. 김도균 민관 합동검증팀장은 “군사용도의 레이더라면 저렇게 노출해서 세우진 않을 것”이라며 “북측은 2015년부터 NLL 북쪽 지역 무인도서들을 감시기지화 작업을 해왔는데 함박도도 이와 연계선상”이라고 설명했다. 북한군 생활관은 30여명 정도가 주거할 수 있는 규모로 보였다. 인근에 태양열 전지판을 설치해 자체적으로 발전기를 운용하고 있었다. 다만 이날 북한군의 모습은 보이지 않았다. 또 앞서 일각에서는 북측이 함박도에 해안포를 설치한 것 아니냐는 우려가 나왔지만 현장에서 해안포의 모습은 보이지 않았다. 해안포는 지형이 평탄해야 설치에 유리한데, 함박도의 지형은 울퉁불퉁하고 거칠어 해안포의 배치는 불가능하다고 군 관계자는 설명했다. ●말도 주민 “북한군 거주만으로도 불안감” 다만, 군사적으로 위협할 수 있는 수단은 없지만 남한 주민 거주지 인근에 북한군이 거주하는 것 자체가 불안감을 조성할 수 있다는 의견도 있었다. 말도에 거주하는 홍근기(58) 이장은 “함박도에 북한군이 있다는 사실을 전혀 모르고 있었다”며 “정부에서 (함박도의 북한군 주둔에 대해) 설명한 뒤로 나는 불안할 게 없다는 것을 이해하지만, 6·25 전쟁을 겪은 나이가 많은 주민들은 불안하다고 한다”고 말했다. 국방부 공동취재단·이주원 기자 starjuwon@seoul.co.kr

우리의 이웃 행성인 화성은 여러모로 지구와 비슷한 행성이다. 지구처럼 대기를 가지고 있으며 하루는 24시간 37분이다. 그리고 놀랍게도 극지방에는 지구처럼 얼음이 존재한다. 화성의 남극과 북극에서는 물과 이산화탄소가 얼어서 형성된 얼음이 존재하는데 망원경으로 봤을 때 마치 모자처럼 보인다고 해서 빙관(ice cap) 혹은 극관이라는 명칭을 갖고있다. 최근 유럽우주국(ESA)은 화성탐사선 마스 익스프레스(Mars Express)가 촬영한 화성의 극지방 모습을 담은 흥미로운 사진을 공개했다. 지난 6월 17일 마스 익스프레스가 촬영한 데이터로 만들어진 이 사진에서 화성의 극지방은 말 그대로 빙관의 뚜렷한 모습을 보여준다. 사진 속에서 화성의 북극을 눈처럼 덮고있는 것은 구름이며 푸르게 보이는 것이 바로 얼음이다. 흥미로운 점은 화성의 남극과 북극은 서로 같은듯 다르다. 화성의 북반구의 경우 천체 충돌로 인한 크레이터가 남반구에 비해 적고 평원도 낮다. 반대로 남반구는 산과 크레이터가 많다.ESA 측은 "화성의 가장 큰 특징은 남반구와 북반구가 지리의 고도도 1~3㎞ 차이가 날 만큼 서로 다르다는 점"이라면서 "왜 이렇게 형성된 것인지에 대해서는 여전히 가장 큰 미스터리로 남아있다"고 밝혔다. 또한 ESA는 마치 아이스크림처럼 보이는 화성 북극의 모습도 공개했다. ESA와 러시아연방우주국(Roscosmos)이 함께 운영 중인 엑소마스(ExoMars) 가스추적궤도선(TGO·Trace Gas Orbiter)이 촬영한 화성의 북극은 아름다우면서도 독특하다. 화성 북극의 얼음은 섬세하게 조각된 것처럼 보이는데 이산화탄소의 얇은 층으로 덮여 있으며 봄이 오면 이산화탄소는 증기로 변한다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우리은하의 중심에서 거품처럼 생긴 거대 구조를 발견했다고 12일 영국의 일간지 데일리메일이 보도했다. 보도에 따르면, SARAO (Serican Radio Astronomy Observatory) 의 미어캣(MeerKAT) 망원경을 사용하는 국제 팀은 은하수 중심에서 모래 시계처럼 보이는 한 쌍의 거대한 거품 구조를 탐지했다고 밝혔다. 우리은하에서 관측된 대상 중 가장 큰 구조의 하나로 알려진 이 거품 구조는 수백만 년 전 은하수의 초대형 블랙홀 근처에서 일어난 고에너지 분출의 결과일 것으로 과학자들은 생각하고 있다. 우리은하에 오래 전부터 존재했음에도 불구하고 이 거품 구조가 이제야 발견된 것은 두터운 우주 먼지구름을 관통하여 저파 신호를 잡아낼 수 있는 MeerKAT의 첨단 기기 덕분이다. 연구자들은 이번 주 '네이처' 지에 발표된 새 논문에서 모래 시계 모양의 구조를 자세히 설명했다. 이들의 설명에 따르면, 거대 거품 구조의 폭은 수백 광년에 이르는 규모라고 한다. 연구의 제1 저자인 옥스퍼드 대학의 이언 헤이우드는 "우리은하의 중심은 매우 활동적인 블랙홀을 가진 다른 은하들에 비해 비교적 정숙하다"고 전제한 후, "그렇지만 은하수의 중심 블랙홀은 때때로 예기치 못할 정도로 활성화되어 주기적으로 엄청난 양의 먼지와 가스 덩어리를 먹어치우기도 한다"라고 밝히면서 "이런 게걸스러울 정도의 물질 흡수가 전례 없던 강력한 폭발을 야기했을 가능성이 있다"고 덧붙였다. ​미어캣 전파 망원경은 지름 13.5m의 거대한 전파 안테나들이 무려 64개가 모여 함께 움직이며 하늘을 관측하는 대규모 어래이(array)로, 무려 백만 개에 가까운 우리은하 속 별들의 전파 신호를 관측한다. 미어캣 전파망원경 배열은 지난 여름에 완성된 것이며, 또한 이 연구는 미어캣을 사용하여 수집된 데이터를 기반으로 하는 최초의 연구이다. 연구 팀에 따르면, 이 새로운 발견은 1980년대에 발견된 자성 필라멘트의 특성에 대한 해답을 제공함으로써 이 미스터리를 해결하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 예측하고 있다. 이러한 전파 구조는 길이는 수십 광년에 이르지만, 너비는 1광년밖에 안되는 것이다. 노스웨스턴 대학의 파하드 유세프-자데흐는 “미어캣에서 발견된 전파 거품은 필라멘트의 기원을 푸는 데 서광을 비추고 있다"고 밝히면서 "거의 100개가 넘는 자성 필라멘트는 모두 전파 거품으로 예측되고 있다"고 덧붙였다. 이 팀은 미어캣 배열을 사용하여 우리은하 중심을 매우 정밀하게 관찰한 결과, 이러한 '쌍 거품'이 규모와 형태가 거의 동일 함을 밝혀냈다. 이는 쌍 거품 구조가 격렬한 폭발을 통해 반대 방향으로 향한 강력한 분출로 인해 형성되었음을 시사하는 것이다. ​케이프타운에 있는 SARAO의 페르난도 카밀로는“이 거대 거품은 은하 중심에서 나오는 매우 밝은 전파 방출로 인해 지금까지 발견되지 않고 있었다"고 설명하면서 "미어캣의 첨단 기능과 이상적인 배열 위치에 힘입어 이 배경 소음을 없앰으로써 이 같은 발견이 가능하게 된 것"이라고 밝혔다. 그는 이어서 "이 예상치 못한 발견으로 인해 우리는 은하계에서 물질과 에너지가 은하 규모로 방출되는 놀라운 현상을 목격하게 된 것"이라고 덧붙였다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

우주에서 지금까지 발견된 중성자별들 중 가장 큰 별이 발견됐다. 국제 연구진이 미 웨스트버지니아에 있는 전파망원경인 그린뱅크 망원경(GBT)으로 지구에서 약 4600광년 거리에 있는 이같은 별을 확인했다고 밝혔다.‘J0740+6620’로 명명된 이 중성자별은 빠른 속도로 자전하면서 규칙적인 전파를 방출하는 전파 천체인 펄서(PULSAR, 맥동전파원)인데 자전 주기가 1000분의 1초로 엄청나게 빨라 밀리세컨드 펄서로 분류된다. 또 이런 펄서는 양극에서 전파 빔을 아주 먼 곳까지 방사해 지구에서 보면 마치 등대가 깜박이는 듯해 ‘우주의 등대’라고도 불린다. 특히 이번 중성자별은 그 지름이 30㎞에 달한다. 이는 기존 중성자별들의 지름이 10~19㎞ 정도인 점을 고려하면 상당히 큰 것이다. 또한 이번에 발견된 별의 질량은 태양의 약 2.17배로, 우리 지구보다는 7만 배 이상 무거운 것으로 전해졌다.연구진에 따르면, 일반적으로 중성자별의 질량은 태양의 질량과 거의 같다. 이는 중성자별에서 각설탕 크기의 물질 하나가 약 1억 t의 질량을 갖고 있는 것과 같다. 즉 중성자별은 블랙홀을 제외하고 우주에서 가장 밀도가 높은 천체라는 것. 중성자별은 블랙홀과 마찬가지로 별의 마지막 순간인 초신성 폭발이 일어나 생긴 결과물이다. 별이 초신성 폭발을 일으키면 그 잔해는 자체 중력에 의해 붕괴되는 데 만일 잔해가 충분히 크면 블랙홀이 될 가능성이 있지만, 그렇지 못하면 중성자별이 된다. 이에 대해 연구에 주저자로 참여한 미국 버지니아대학의 해나 크로마티 연구원은 “중성자별들은 매혹적일 만큼 신비롭다. 도시 크기의 이런 천체는 본질적으로 거대한 원자핵”이라면서 “이들은 매우 무거워서 그 내부가 이상한 성질을 갖고 있다”고 말했다. 이어 “중성자별의 최대 질량에 관한 물리학과 자연법칙을 발견하면 천체물리학에서 접근하기 어려운 이 영역에 대해 많은 것을 알 수 있다”고 덧붙였다. 자세한 연구 성과는 세계적 학술지 네이처 자매지인 네이처 천문학(Nature Astronomy) 최신호(16일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지구에서 가장 가까운 별은 망원경의 도움 없이는 볼 수 없는 프록시마 켄타우리(Proxima Centauri)다. 이 작은 별 주위에는 과학자들의 이목이 쏠려 있는 외계 행성 프록시마 b (Proxima b)가 존재한다. 프록시마 b는 지구형 행성인 데다 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 공전궤도를 지니고 있어 발견 직후부터 생명체 존재 가능성을 두고 과학자들 사이에서 갑론을박이 이어졌다. 가장 큰 논쟁은 적색왜성과 가까운 위치에서 대기와 물이 안정적으로 존재할 수 있느냐는 것이다. 적색왜성은 매우 어둡다. 따라서 액체 상태의 물이 존재할 수 있을 정도로 에너지를 받기 위해서는 매우 가까운 거리에 행성이 있어야 한다. 하지만 어두운 밝기에도 불구하고 적색왜성에서는 표면 폭발 현상인 플레어(flare)가 매우 활발하다. 별 표면에서 강력한 고에너지 입자와 방사선이 분출하면 가까운 행성에는 치명적인 결과가 초래된다. 생명체가 존재한다면 치사량의 방사선에 피폭될 것이고 대기를 지닌 행성이라면 상당량의 대기 입자가 우주 공간으로 날아가게 된다. 헝가리 콘콜리 관측소(Konkoly Observatory)의 크리스티안 비다가 이끄는 연구팀은 미 항공우주국(NASA)의 '행성 사냥꾼'인 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) 데이터를 분석해 프록시마 b에 지구와 같은 대기가 살아남기 어렵다는 연구 결과를 발표했다. TESS는 새로운 외계 행성을 찾는 것이 목표지만, 선배인 케플러 우주 망원경과 마찬가지로 여러 가지 다른 연구도 수행할 수 있다. 기본적으로 별의 밝기 변화를 측정해서 그 앞을 지나가는 행성을 확인하는 장치지만, 별의 밝기 변화는 플레어처럼 다른 이유로도 변할 수 있다. 연구팀은 지난 4월과 6월 TESS가 측정한 프록시마 켄타우리의 밝기 변화를 조사해 얼마나 자주 강력한 플레어가 생기는지 확인했다. 그 결과 50일 정도 관측 기간 중 7%에 해당하는 시간 동안 별의 밝기 변화를 일으킬 수 있는 플레어가 생겼으며 횟수로는 72회에 달했다. 연구팀은 관측 데이터를 바탕으로 인류 역사상 가장 강력한 태양 폭풍으로 기록된 캐링턴 이벤트(Carrington event, 1859년 발생)의 10배 수준의 플레어가 연간 3회 정도 발생할 것으로 예측했다. 프록시마 b는 지구보다 20배 가까운 거리에서 별을 공전하기 때문에 이 경우 프록시마 b가 받는 방사선의 양은 지구의 4000배에 달한다. 이 결과를 종합하면 프록시마 b는 생명체는 물론 대기조차 존재하지 않는 행성일 가능성이 크다. 하지만 확실한 결론을 내리기 위해서는 행성을 직접 관측해 대기의 존재 여부를 확인할 필요가 있다. 현재 망원경의 성능으로는 어려운 일이지만, 2020년대에 발사될 차세대 우주 망원경의 성능이라면 기대를 걸어볼 만하다. 실제로 생명체가 살기 힘든 환경인지, 아니면 예상 못 한 반전이 기다리고 있을지 후속 연구 결과가 주목된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

-'아인슈타인의 십자가'로 우주 거리를 측정하는 기법 발견 아인슈타인의 일반 상대성 원리에 따르면, 시공간 구조의 왜곡에 의해 빛은 중력장 속에서 휘어져 렌즈의 역할을 하는데, 이를 중력 렌즈라 한다. 이 같은 중력 렌즈가 우주의 팽창 속도에 대한 미스터리를 해결하는 데 도움이 될 수 있다는 새로운 연구결과가 발표되어 학계의 관심을 끌고 있다고 12일(현지시간) 우주 전문 사이트 스페이스닷컴이 보도했다. 새 연구가 관심을 끄는 이유는 우주의 미스터리인 팽창 우주의 종말에 대한 해답을 알려줄 보다 정확한 우주 모델을 만들 수 있을 것으로 보기 때문이라고 연구원들은 말했다. 우주는 138억 년 전에 태어난 이래 지금까지 계속 팽창을 거듭하고 있는 중이다. 허블 상수(Hubble constant)로 알려진 현재의 우주 팽창률을 측정함으로써, 과학자들은 우주가 영원히 확장될 것인지, 아니면 자체 붕괴되거나 대파열(big rip)로 끝날 것인지, 우주의 운명에 대해 아직까지 확실히 밝혀내지 못하고 있다. 허블 상수를 측정하는 데는 현재 두 가지 방법이 있다. 하나는 초신성 폭발과 세페이드 변광성으로 알려진 맥동성을 관측하여 거리를 추정하는 방법, 그리고 다른 하나는 빅뱅이 남긴 우주 배경 복사, 곧 빅뱅의 마이크로파가 시간이 지남에 따라 어떻게 변화했는지를 조사하는 방법이다. 만약 이 두 방법으로 측정한 허블 상수 값이 딱 일치한다면 천문학자들에게 이보다 행복한 일이 없을 테지만, 불행하게도 두 값은 상당한 격차를 보이고 있다. 우주 배경 마이크로파의 데이터에 따르면, 우주는 메가 파섹(326만 광년)당 초당 약 67.5km의 속도로 팽창하고 있는 것으로 나타났지만, 초신성과 세페이드의 데이터는 메가 파섹 당 초당 약 74km의 값을 생성한 것이다.이러한 불일치는 과학자들이 만든 현재의 표준 우주 모델이 잘못되었을 수도 있음을 시사한다. '허블 상수 전쟁' 알려진 이 오랜 논쟁을 해결하면 우주의 종말이 어떠할 것인지 예측할 수 있게 된다. 새 연구에서 국제 연구팀은 허블 상수를 측정하는 다른 방법을 모색했다. 이 방법은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따른 중력의 정의에 달려 있는데, 이는 질량이 시공간을 왜곡한 결과 중력이 발생한다는 이론이다. 물체의 질량이 클수록 물체 주위의 시공간이 더욱 왜곡되어 중력이 더 강해진다. 우리가 중력을 느끼는 것은 이 휘어진 시공간의 기하학적인 효과라고 본다. 미국의 물리학자 존 휠러는 아인슈타인의 시공간 개념을 “물질은 공간의 곡률을 결정하고, 공간은 물질의 운동을 결정한다”라는 말로 표현했다. ​ 이 휘어진 시공간의 강력한 중력장은 빛을 구부려 거대한 우주 렌즈를 만들며, 이를 통해 배후의 물체를 확대되어 보이게 한다. 중력 렌즈는 한 세기 전에 발견되었으며, 오늘날 천문학자들은 종종 이 렌즈를 사용하여 최대 망원경도 닿지 못하는 심우주를 깊숙이 들여다볼 수 있게 되었다. 새 연구는 중력 렌즈의 데이터를 분석하여 지구와의 거리를 추정하며, 이 자료는 시간이 지남에 따라 우주가 팽창한 속도를 추정할 수 있게 해준다. 중력 렌즈로 거리 측정를 하는 데는 중력 렌즈의 기묘한 특징이 하나의 열쇠가 된다. 렌즈 배후의 물체가 렌즈를 통해 확대되면서 렌즈 주위에 십자가형의 복수의 이미지를 생성하는데, 이를 '아인슈타인 십자가'라 한다. ​이러한 이미지를 만드는 빛은 렌즈 주위에서 다른 경로를 취하기 때문에 렌즈를 통해 보이는 물체의 밝기 변화는 다른 이미지와 시간차를 보이게 된다. 렌즈의 질량이 클수록 빛의 휘어짐이 커지므로 이미지들의 밝기 변화에 있어 시간 차이가 커지게 된다. 과학자들은 이러한 세부 사항을 사용하여 렌즈의 중력장 강도와 질량을 추정할 수 있으며, 거리 추정에 활용할 수 있다. 지구에서 중력 렌즈로 보이는 은하까지의 거리를 추정하는 또 다른 열쇠는 렌즈 내 별의 위치와 속도를 분석하는 것이다. 이러한 세부 사항들이 해당 은하의 중력장 강도와 결합될 때 과학자들은 그 은하의 실제 지름을 추정할 수 있다. 그런 다음 지구에서 보았을 때 중력 렌즈 속 은하의 실제 지름과 겉보기 지름을 비교하고, 이 값들의 차이는 연구자들로 하여금 그 은하까지의 거리를 추정하는 데 도움이 될 수 있다. 연구원들이 이 기법을 두 중력 렌즈 시스템에 적용한 결과, 메가 파섹 당 초당 약 82.4km의 허블 상수 값을 얻었다. 이 값은 앞서 확립된 두 값보다 높지만, 이에 대해 막스 플랑크 연구소 출신의 천체물리학자 인 지(Inh Jee) 대표저자는 "이 기법이 여전히 불확실성이 높지만, 더 많은 데이터를 확보할수록 확립된 두 값 중 하나에 접근하거나 실제로 다른 세 번째 값으로 이어질 수 있다"고 전망한다. 이번 연구는 국제학술지 '사이언스' 저널 최신호(13일자)에 발표됐다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

-허블 망원경으로 잡은 놀라운 '토성 맨 얼굴' 누구라도 망원경을 통해 하늘의 토성 고리를 본다면 결코 잊지 못할 것이다. 솥단지 같기도 하고 팽이 같은 것이 밤하늘에 둥실 떠 있는 그 광경은 '경이' 그 자체라 할 수 있다. 그래서 별지기 동네에서는 '첫사랑은 잊어도 첫 토성은 못 잊는다'는 우스갯소리까지 있다. 고리를 두른 토성의 멋진 모습은 웬만한 천체망원경으로 보아도 뚜렷이 보인다. 하물며 최고의 망원경인 허블 우주망원경으로 토성을 본다면 어떨까? 미 항공우주국(NASA)과 유럽 우주국 (ESA)은 12일(현지시간) '토성 이미지'를 발표했는데, 보는 이로 하여금 입을 다물지 못하게 할 정도로 놀라운 '토성 맨 얼굴'을 보여주고 있다. 이는 지난 6월 20일 허블의 광시야 카메라-3에 의해 촬영된 것으로, 당시 토성의 거리는 지구-태양 간 거리의 약 9배인 13억 6000만km였다. 과학자들이 우리 태양계의 거대 가스 행성을 연구하기 위한 '외행성 유산'(Outer Planets Legacy) 프로젝트를 수행하면서 연례적인 행성 촬영을 하고 있는데, 이번에 공개된 토성 사진은 그 두 번째이다. NASA와 ESA 관계자는 "토성의 경우 과학자들은 날씨 패턴과 특성을 파악하기 위해 꾸준히 변화를 추적하고 있다"고 밝혔다. 토성 과학은 모두 좋고 훌륭하지만 일반 시청자들에게 가장 관심을 그는 것은 아름다운 고리를 두르고 있는 토성의 자태라 할 수 있다. NASA-ESA 관계자는 "토성은 많은 특징들을 지니고 있지만, 특히 그중에도 고리 시스템은 토성의 트레이드 마크라 할 수 있는데, 현재 그 고리가 지구 쪽을 향해 기울어져 있다"고 밝히면서 "얼음 알갱이로 이루어져 있는 토성의 밝은 고리는 장엄한 아름다움을 자랑한다"라고 덧붙였다. 토성에는 그밖에도 기괴한 특징이 하나 있는데, 바로 토성 북극을 둘러싸고 있는 육각형 구름이다. 이 복잡한 기하학적 형상의 구름은 2007년 NASA의 카시니 우주선에 의해 처음 발견되었다. 카시니는 2004년부터 2017년까지 토성계 탐사했다. NASA-ESA 관계자는 이 육각 구름이 "고속 제트 기류로 인해 발생하는 신비한 6각형 패턴"이라고 설명한 후 "육각형은 너무 커서 지구 4개가 그 안에 퐁당 들어갈 수 있는 규모인데 토성 남극에는 이 같은 구조가 없다.”고 덧붙였다. 허블이 찍은 토성 초상화에서 토성의 위성 62개 중 4개가 잡혀 있다. 그중에는 '데스 스타(Death Star)'로 불리는 달인 미마스 가 있는데, 미마스의 거대한 허셜 크레이터가 '스타 워즈'에 나오는 달 모양의 우주 정거장과 비슷하기 때문이다. 토성의 다른 위성으로 얼음으로 뒤덮인 엔셀라두스가 있는데, 간헐천이 치솟고 있는 얼음층 아래에 광대한 바다가 있는 것으로 알려져 있다. 마지막으로, 토성 자체가 흑암의 우주공간에서 불그레한 보석처럼 아름답게 빛나고 있다. NASA-ESA 관계자는 "토성의 호박색은 태양 자외선에 의한 광화학 반응으로 생성되는 여름 스모그 같은 안개에서 형성된 것"이라고 밝히면서 "안개 아래에는 암모니아 얼음 결정의 구름이 깔려 있으며, 더 깊은 곳에는 보이지 않는 암모늄 하이드로 설파이드와 물로 된 구름층이 있다”고 덧붙였다. 토성의 대기는 다른 고도에서 움직이는 바람과 구름에 의해 띠 모양을 이루고 있음을 볼 수 있다. 허블 망원경은 1990년에 발사되었으며 역사상 가장 가성비 높은 우주 망원경으로 꼽히고 있다. 지구 궤도를 도는 망원경은 일반적으로 우주의 가장 깊은 공간을 응시하여 과학적인 발견을 할 수 있지만, 망원경의 카메라는 행성의 놀라운 세부 사항을 잡아내기도 한다. NASA-ESA 관계자는 "우리 행성 이웃들에 대한 허블의 고해상도 이미지는 실제로 이 천체들을 방문하는 우주선이 찍은 사진에 버금가는 퀄리티를 자랑한다"고 밝히면서, "우주 탐사선은 일시적인 관측만 할 뿐이지만, 허블은 장기간 정기적인 관측을 할 수 있다는 장점이 있다"고 덧붙엿다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

생명체가 존재할 수 있는 영역에 속하는 외계행성의 대기에서 처음으로 수증기가 포착됐다. 약 4000개의 외계행성이 확인된 가운데 생명체가 살 수 있는 온도와 물을 가진 외계행성을 마침내 찾아낸 것이다. 그렇다고 전혀 흥분한 일이 아니다. 이 외계행성이 정말로 사람이 살 수 있다는 확실한 증거를 확인하려면 10년 이상, 어쩌면 훨씬 더 오랜 기간이 걸릴 것이기 때문이라고 영국 BBC는 지적했다. 그보다 더한 문제는 너무 멀다는 점이다. 영국 유니버시티 칼리지 런던(UCL)에 따르면 이 대학 ‘우주 외계화학 자료센터(CSED)’의 안젤로스 치아라스 박사가 이끄는 연구팀은 ‘K2-18b’ 행성의 대기에서 수증기를 찾아냈다고 과학저널 네이처 천문학(Nature Astronomy) 최신호에 보고했다. 이 행성은 지구에서 약 111광년 떨어진 사자자리의 적색왜성 ‘K2-18’을 돌고 있으며, 별과 적당한 거리를 두고 있어 표면의 물이 액체 상태로 존재할 수 있는 생명체 ‘서식가능 지역(habitable zone)’에 있다. K2-18b의 표면 온도는 섭씨 0~40도인 것으로 추정된다. 111광년이라면 도대체 어느 정도 떨어진 거리일까? ‘650 million million 마일’이라고 방송은 전했다. 수학을 못하는 기자는 계산 자체를 포기했다. 지구에서 명왕성까지 82억㎞ 떨어져 있는데 가는 데만 10년이 걸렸다. 크기는 지구의 두 배지만 질량은 8배에 달한다. 목성과 해왕성 만하다. 지구보다는 크고 해왕성보다는 작은 질량을 가진 행성을 지칭하는 이른바 ‘슈퍼지구’에 속한다. 지난 2015년 미국 항공우주국(NASA)의 케플러 우주망원경을 통해 처음 확인됐다. 연구팀은 2016~17년에 허블 우주망원경으로 관측한 자료를 토대로 K2-18b 대기를 통과한 별빛을 분석할 수 있는 알고리즘을 개발해 활용했다. 이를 통해 행성의 대기에서 수증기 분자를 찾았을 뿐만 아니라 수소와 헬륨의 존재도 확인했다. 연구팀은 질소와 메탄 등 다른 분자들도 대기 중에 있을 것으로 추정하지만 현재 관측기술의 한계로 이를 직접 확인하지는 못했다고 밝혔다. 적색왜성은 태양보다는 작지만 폭발 활동이 잦은 점을 고려할 때 이를 돌고있는 K2-18b는 지구보다 더 적대적 환경에 놓여있을 수 있으며 더 많은 방사선에 노출됐을 가능성도 있는 것으로 지적됐다. 치아라스 박사는 “K2-18b는 지구보다 훨씬 무겁고 대기 구성성분도 달라 ‘지구 2.0’은 아니다”면서도 “‘지구가 (우주에서) 유일한 존재인가?’라는 근본적인 물음에 대한 답에 더 가까이 다가가게 해주는 것”이라고 의미를 부여했다. 논문 공동저자인 잉고 월드먼 박사는 “앞으로 수십년간 새로운 슈퍼지구가 많이 발견될텐데 K2-18b는 잠재적으로 서식 가능한 많은 행성 중 처음으로 발견된 행성일 가능성이 높다”고 했다. K2-18b와 같은 슈퍼지구는 우리 은하에 가장 일반적인 행성이고, 적색왜성 역시 우리 은하에서 가장 흔한 형태의 별이라는 것이 이런 예측의 근거로 제시됐다.연구팀은 NASA의 차세대 ‘제임스 웹 우주망원경(JWST)’과 유럽우주국(ESA)의 우주탐사선 ‘아리엘(ARIEL)’이 배치되면 첨단 장비로 외계행성의 대기 상황에 관해 더 자세한 내용을 파악할 수 있을 것이라면서, K2-18b는 앞으로 연구에서 가장 흥미로운 관측 목표 중 하나가 될 것이라고 했다. 그런데 말이다. JWST가 배치되는 것은 2021년이고, 아리엘은 그 7년 뒤에야 작동하기 시작한다. 둘의 연구 결과가 축적되려면 10년 이상 걸린다고 보는 이유다. 더욱이 너무 멀어 현재의 과학기술로는 도저히 닿을 수 없는 곳이다. 임병선 기자 bsnim@seoul.co.kr

아폴로 11호가 달에 착륙한 지 50주년을 맞이한 2019년 올해 미국과 중국, 인도 등 세계 열강들은 화성 등 다른 행성 정복에 열을 올리고 있다. 특히 미국은 지난 8월 국방부 산하에 ‘우주사령부’를 창설하는 등 우주 개발에 본격 시동을 걸었다. 미국에서 우주선 하면 가장 먼저 떠오르는 것이 미 항공우주국(NASA)이다. 1970년대부터 수많은 우주선을 쏘아 올리며 환호하는 장면을 자주 봤기 때문일 것이다. 하지만 NASA 본사보다 산하 10개 우주센터가 사실상 우주 개척과 비행체 개발, 발사 공간 등을 제공한다는 사실은 잘 알려지지 않았다. 또 이들 우주센터에서 개발하는 비행체가 군사무기와도 상당한 연관성을 가지고 있다. NASA의 한 관계자는 11일(현지시간) “미 우주개발 현장 사무소라고 할 수 있는 10개 우주센터의 크기와 범위, 연구개발(R&D) 분야, 시험과 운영 등에 따라 역할이 다르다”면서 “우주센터에서 개발된 첨단기술들은 항공산업뿐 아니라 군수산업도 큰 영향을 미친다”고 말했다. 우주센터 중 가장 유명한 플로리다 케네디센터는 유인 우주선을 발사하는 국가의 핵심 시설이다. 민간 우주업체인 스페이스X와 블루 오리진, 보잉 등도 케네디센터에서 우주선을 발사한다. 미 우주선이 카운트 다운 후 엄청난 불꽃을 내뿜으며 하늘로 치솟는 장면을 연출하는 하는 곳으로, 한국에도 잘 알려져있다. 캘리포니아 실리콘밸리에 있는 에임스센터는 케플러 망원경으로 유명하다. 2009년부터 우주를 스캔하고 있는 케플러 망원경은 2600여개의 외계 행성을 새로 발견하는 성과를 올렸다. 또 에임스센터 내의 첨단 전산센터는 화성 같은 장거리 우주여행을 위한 우주선 설계를 검증하는 역할도 담당한다. 또 캘리포니아 라캐나다의 제트추진시험소는 주로 우주로봇 개발이 전문이다. 지난해 11월 화성에 착륙한 인사이트호도 이곳에서 만들었다. 그뿐 아니라 캘리포니아공대과 연계 우주선 엔진 등의 프로젝트를 이어오고 있다. 캘리포니아공대가 스탠퍼드대나 MIT보다 두 배 이상의 발명품과 특허를 보유한 이유이기도 하다. 이와 함께 전기로 움직이는 초음속 항공기를 개발하고 있는 캘리포니아 암스트롱항공우주센터, 세계 최고의 우주 시뮬레이션과 우주선 테스트 시설을 가진 클리블랜드 글렌연구센터, 지구 대기환경과 우주 탐사 기술 개발을 주력하는 버지니아 랭글리리서치센터 등이 NASA 본사와 함께 미국의 우주 개척을 위한 첨병 역할을 하고 있다. 워싱턴 한준규 특파원 hihi@seoul.co.kr

충남도가 가을에 찾기 좋은 여행지 10곳을 선정했다. 가을 분위기를 만끽하며 바쁜 일상에서 잠시나마 벗어날 수 있는 곳들이다. 13일 도에 따르면 공주 마곡사를 가장 먼저 꼽았다. 640년 백제 무왕 때 자장율사가 창건한 고찰로 일제강점기에 백범 김구 선생이 은거했다. 백범의 숨결을 느낄 수 있는 명상길이 있다. 멋진 전통 건축물도 많다. 가을 단풍이 예쁘고, 템플스테이 체험도 할 수 있다. 보령 개화예술공원은 수려한 자연과 함께 다양한 예술작품을 감상할 수 있고, 아산 곡교천 은행나무길은 충무교~현충사 입구까지 2.2㎞에 이르는 은행나무 가로수가 장관이다. 가을이면 노랗게 물들어 환상적인 풍치를 자아낸다. 서산 해미읍성과 해미순교지는 역사를 배울 수 있는 곳이다. 2014년 프란치스코 교황이 방문했다. 다음달 중순 해미읍성 축제에서 수문장 교대식 등을 볼 수 있다.논산 돈암서원은 기호유학의 상징이다. 지난 7월 유네스코 세계유산에 등재됐다. 사계 김장생(1548~1631) 선생의 세운 유교문화유산으로 ‘예(禮) 힐링캠프’ 등 체험 프로그램이 운영된다. 백제 옛 수도 부여의 부소산은 그 역사가 깃들어 있다. 유명한 낙화암이 있고, 사자루와 고란사 등을 품고 있다. 금강 본류 백마강이 내려다 보인다. 유람선과 황포돛배도 탈 수 있다. 서천 신성리갈대밭은 영화 ‘공동경비구역 JSA’, 드라마 ‘추노’ 등이 촬영된 명소다. 폭 200m, 길이 1km(면적 23만㎡) 규모로 우리나라 4대 갈대밭이다.청양 칠갑산천문대에서는 밤 하늘의 신비로움을 체험할 수 있다. 국내 최대 구경인 304㎜ 굴절망원경 등을 갖췄다. 예산 예당호 출렁다리는 길이 402m로 국내 출렁다리 중에서 가장 길다. 드넓은 호수 풍경이 감동을 주지만 출렁이는 율동은 아찔하다. 지난 4월 개통한 뒤 200만명이 다녀갔다. 주변에 황새공원과 의좋은 형제 마을도 있어 일거양득이다. 태안 팜카밀레 허브농원은 허브 200여종과 야생화 500여종이 코와 눈 호강을 선사한다. 허브족욕, 편백나무방 등 체험에 향수, 비누, 목걸이 만들기 등 프로그램도 있다.게다가 가을마다 충남 서해안에는 꽃게, 대하, 전어 등이 제철이어서 여행과 함께 별미를 즐길 수 있는 좋은 조건이 갖춰진다. 고준근 도 문화체육관광국장은 “5~8일 열린 부산국제관광전에 이 같은 여행지, 축제, 제철 음식과 맨손 물고기잡기, 바지락 캐기 등 체험 프로그램을 소개하는 충남 관광홍보관을 만들었는데 사람들이 줄을 설 정도로 인기를 끌었다. 45개국 270여개 기관과 업체들이 참가한 행사여서 충남으로 여행 오는 외국인도 크게 늘어날 것”이라며 “풍요로운 충남의 여행지에서 가을을 흠뻑 느끼고 갔으면 좋겠다”고 말했다. 홍성 이천열 기자 sky@seoul.co.kr

해마다 방학이면 천문대를 찾아오는 고등학생들이 있다. 학교 천문 동아리 학생 20여명이다. 그들은 천문대에 한번 올라오는 것만으로도 한없이 즐거워한다. 천문대에서 그들을 맞이하는 것을 몇 년째 하다 보니 이제는 새로운 학생들과의 만남이 하나의 즐거움이 됐다. 학생들은 때로는 산 아래로 낮게 흘러가는 구름에 감탄하고 작은 망원경으로 직접 천체를 관측하기도 하며 관측이 전혀 안 되면 이전에 찍어 둔 천체 관측 자료를 이용해 자료를 처리하거나 멋진 천체 사진을 만들어 보기도 한다. 하지만 무엇보다 그냥 땅바닥에 누워 밤하늘 은하수를 보며 이런저런 이야기를 주고받을 때 가장 즐거워한다. 이럴 때 유성이라도 하나 떨어지면 세상이 떠나갈 듯 요란해진다. 학창 시절의 좋은 추억이며 몇몇 학생에겐 꿈을 가지는 기회가 되는 것이다. 해마다 그중 몇 명은 천문학과나 지구과학 분야에 도전한다. 막연한 생각만 가지고 있던 학생들이 좋은 기억으로 자신의 미래를 정한다면 그게 바로 도전이 아닐까 싶다. 10여년 전 천문학과로 진학하진 못하지만 천문학자의 꿈을 한번 경험해 보고 싶어 학교 연구과제로 천문학을 신청했다는 학생과 함께 비스듬하게 기운 보현산천문대 연구동 지붕에 누워 밤새 별을 본 적이 있다. 멋진 은하수를 배경으로 수시로 떨어지는 유성을 보고 별자리를 찾아 같이 맞춰 보기도 했는데 돌고래자리같이 작은 별자리는 오히려 그 학생한테 내가 배웠다. 오래전 고교 시절 나는 친구들과 미래를 상상하며 20년 후 다가올 21세기에 우주선을 만들어 먼 우주여행을 하고 싶다는 얘기를 했었다. 21세기가 시작된 지도 벌써 20년 가까이 됐지만 아직 우주선을 만들지도, 우주여행을 하지도 못하고 있다. 그래도 과학과 기술의 발전은 이미 그쪽으로 흘러가고 있다. 머지않아 달은 비교적 쉽게 가고 화성도 좀더 노력하면 갈 수 있는 시대가 올 것임을 의심하지 않는다. 더 나아가 태양계 밖 가까운 외계행성으로 여행을 떠나는 것도 기대해 본다. 최근 보현산천문대 1.8m 망원경으로 발견한 북극성 근처의 ‘8 UMi b’ 행성에 우리 이름을 달아 주는 공모를 진행 중이다. 이 외계행성은 빛의 속도로 가도 520년이 걸리니 여행이 거의 불가능하겠지만 가장 가깝다는 4.3광년 떨어진 ‘프록시마 b’ 행성은 한번 꿈꿔 볼 수 있지 않을까.

세계 과학 역사상 최초로 초대질량의 실제 블랙홀 모습을 포착한 연구진이 ‘브레이크스루상’을 통해 거액의 상금을 거머쥐었다. ‘실리콘밸리의 노벨상’ 또는 ‘과학계의 오스카’로도 불리는 브레이크스루상은 기초물리학, 생명과학 그리고 수학 등 3개 분야에서 뛰어나 성과를 이룬 개인이나 팀에게 시상한다. 수상 자에게 돌아가는 상금이 최대 300만 달러(약 36억 원)로, 노벨상 상금의 세 배에 가깝다. 올해의 브레이크스루상 수상팀은 사건지평선망원경(EHT·Event Horizon Telescope) 연구진으로, 국내 천문학자를 포함한 347명의 과학자가 포진돼 있다. EHT 연구진은 지난 4월 거대은하 ‘M87’ 중심부에 있는 블랙홀 관측에 성공했다. 관측에 성공한 블랙홀은 지구로부터 5500만 광년 떨어져 있으며, 질량은 태양의 65억 배에 달한다. 태양 1개의 질량이 지구 33만 2000여개 질량과 맞먹는 걸 고려하면 가늠하기조차 어려울 정도다. EHT 연구진은 세계 각지에 놓여 있는 전파망원경 8대를 서로 연결해 하나의 망원경처럼 가동하는 초장기선 간섭(VLBI) 관측법을 통해 개별 망원경이 얻을 수 없는 블랙홀의 고해상도 이미지를 촬영할 수 있었다. EHT 프로젝트 총괄 단장인 미국 하버드 스미스소니언 천체물리센터 셰퍼드 도엘레만 박사는 AFP와 한 인터뷰에서 “우리는 몇 년 동안 사람들에게 블랙홀의 이미지를 보여주겠다고 말했고, 사람들은 직접 보고 나서야 믿겠다고 말했다”면서 “마침내 (우주 블랙홀에 관한) 강력한 근거를 얻었고 사람들은 새로운 분야의 탄생에 만족할 것”이라고 밝혔다. 이어 “상금 300만 달러는 함께 성과를 이룬 팀원들과 나눌 예정”이라고 덧붙였다. 한편 올해 8회째를 맞은 브레이크스루상의 시상식은 오는 11월 3일, 캘리포니아 마운틴뷰에 있는 미국항공우주국(NASA) 에임스연구센터에서 열릴 예정이다. 사진=AFP·연합뉴스 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

아름답게 펼쳐진 나선팔이 인상적인 은하의 모습이 '오늘의 사진'으로 공개됐다. 지난 4일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 크고 밝은 핵과 미려한 나선 팔로 유명한 M81 은하의 모습을 홈페이지에 공개했다. 이 사진은 스피처 우주망원경으로 촬영한 적외선 이미지를 재가공한 것으로 스피처 발사 16주년을 맞아 NASA가 공개한 것이다. NASA는 스피처 우주망원경에 탑재돼 있는 ‘적외선어레이카메라’(IRAC·Infrared Array Camera)와 ‘다밴드영상광도계’(MIPS·Multiband Imaging Photometer)에 감지된 두 데이터를 합성해 이 이미지를 만들었다. 　 독일 천문학자 보데가 발견해서 '보데 은하'로도 불리는 M81 은하는 큰곰자리 방향으로 1200만 광년 거리에 있는 유명한 나선은하다. 지름은 대략 9만 광년으로 우리은하보다는 작지만 중심부에 잡은 블랙홀은 우리은하 중심 블랙홀의 10배가 넘는 것으로 알려져있다. 특히 M81 은하가 이처럼 아름다운 나선팔을 갖게 된 것은 이웃에 위치한 M82 은하와의 힘겨루기 때문이다.한편 지난 2003년 발사된 스피처 우주망원경은 세상에 널리 알려진 허블 우주 망원경보다 유명하지는 않지만 이에 못지않은 수많은 과학적 성과를 남겼다. 10m 길이의 길쭉한 스피처 우주망원경은 적외선 영역을 관측하는 용도로 제작됐다. 그 이유는 우주의 셀 수 없이 많는 천체들이 구름과 먼지로 둘러쌓여 그 속을 가시광선으로는 들여다 볼 수 없기 때문이다. 스피처 우주망원경을 통해 인류는 우리은하가 막대 나선 은하라는 사실을 알게됐으며 이웃한 안드로메다 은하의 구조를 보다 정확히 이해할 수 있었다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

허블 우주 망원경은 인류의 과학적 지식을 한 단계 넓힌 획기적인 성과로 손꼽힌다. 하지만 1990년에 발사한 허블 우주 망원경은 본래 목표했던 관측 기간을 크게 초과해 임무를 수행했고 이제 퇴역할 시기가 점점 다가오고 있다. 미 항공우주국(NASA)은 그 후계자로 역사상 가장 강력한 우주 망원경인 제임스 웹 우주 망원경을 준비 중이다. 비록 여러 차례 발사가 연기되고 개발비가 치솟으면서 위기를 겪기도 했지만, 다행히 개발이 거의 완료되어 2021년까지는 발사할 수 있을 것으로 보인다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경 혼자서 모든 우주 관측 임무를 수행할 순 없다. 스피처, 케플러, 찬드라 X선 등 여러 가지 다른 목적의 우주 망원경이 허블 우주 망원경과 힘을 합쳐 우주를 탐사했듯이 제임스 웹 우주 망원경과 함께 할 우주 망원경들이 필요하다. NASA는 작년에 케플러 우주 망원경의 후계자인 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)를 우주로 발사해 외계 행성 탐사 임무에 투입했다. 제임스 웹 우주 망원경은 그 뒤를 이어 2021년에 우주로 발사할 예정이다. 그리고 2020년대 중반, 이들과 함께 우주의 비밀을 밝힐 차세대 우주 망원경인 WFIRST(Wide Field Infrared Survey Telescope)가 발사될 예정이다. WFIRST는 최근 예비 설계 검토 작업을 마치고 최종 디자인 및 개발을 위한 예산을 확보했다. WFIRST는 허블 우주 망원경과 같은 2.4m 지름의 주경(primary mirror)을 지닌 우주 망원경이다. NASA가 6.5m 주경을 지닌 제임스 웹 우주 망원경보다 늦게 허블 우주 망원경과 같은 크기의 우주 망원경을 추가로 발사하는 데는 그럴 만한 이유가 있다. 망원경의 성능을 결정짓는 요소인 주경의 크기는 동일하지만, 이미지 센서의 크기가 비교할 수 없을 정도로 크고 성능도 강력하기 때문이다. WFIRST에 탑재될 2억 8800만 화소 이미지 센서는 허블 우주 망원경의 100배에 달하는 데이터를 한 번에 수집할 수 있다. WFIRST의 강력한 정보 수집 능력 덕분에 21세기 과학의 최대 미스터리 중 하나인 암흑 물질 및 암흑 에너지의 분포나 정체에 대한 결정적인 단서를 찾을 수 있을 것으로 기대된다. 막대한 정보를 지구로 전송하기 위해 WFIRST는 1.7m 크기의 고성능 안테나를 지니고 있으며 하루 1.375TB의 데이터를 전송할 수 있다.하지만 외계 행성을 연구하는 과학자에게 WFIRST는 더 특별한 의미가 있다. WFIRST는 별빛을 가리는 코로나그래프라는 장치가 설치된 우주 망원경으로 항성보다 10억배 어두운 행성을 찾을 수 있는 관측 능력을 지니고 있다. 흔히 외계 행성을 직접 관측하는 일은 서치 라이트 옆에 있는 반딧불 찾기에 비교된다. 행성이 별에 비해 너무 어두워서 지금까지 행성을 직접 관측한 경우는 매우 드물 뿐 아니라 관측 결과도 매우 제한적이었다. 특히 크기가 작은 지구형 행성을 직접 관측하기는 거의 불가능에 가까웠다. 하지만 WFIRST는 이제까지 추정만 할 수 있었던 외계 행성의 대기 성분이나 물의 존재, 표면 온도 등 여러 가지 정보를 실제로 측정할 수 있다. TESS가 지구와 흡사한 외계 행성을 발견하면 WFIRST는 이 행성이 실제로 지구와 비슷한 환경인지 검증할 수 있는 것이다. 2020년 중반 이후 제2의 지구 찾기가 본격화될 것으로 기대하는 이유다. 과학자들은 앞으로 10년 이내에 우주에 지구 같은 행성이 얼마나 흔하게 존재하는지, 외계 행성의 구성 성분이 태양계와 얼마나 비슷한지 더 자신 있게 말할 수 있을 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

가을. 천체관측 시즌이 시작되었다. 날씨가 덥지도 춥지도 않아 야외활동을 하기에 더없이 좋은 계절, 때마침 하늘에서도 여러 가지 볼거리가 푸짐한 마당이 펼쳐지고 있다. 별과 행성들이 만드는 경이로운 우주쇼가 한 달 내내 밤하늘을 수놓을 예정이다. 간단한 천체망원경이나 쌍안경을 챙겨들고 자녀들과 함께 별밤을 같이 보내면서 우주의 신비와 아름다운 추억거리를 같이 엮어보도록 하자.　 9월 3일(화) 오후 11시까지 목성 대적점 관측 목성의 자전주기는 10시간밖에 안되므로 대적점은 3일 또는 4일 밤 3시간 동안 관찰할 수 있다. 대적점은 대기가 안정된 날 구경이 중간 이상의 망원경으로 보는 것이 바람직하다. 목성은 9월 3일 저녁 이후 11시까지 남서쪽 하늘 전갈자리의 안타레스 바로 위에서 찬란하게 빛난다. 갈릴레이 위성으로 알려진 목성의 4대 위성들이 나란히 늘어선 모습은 가히 환상적이다. 400년 전 갈릴레오 갈릴레이가 목성 주위를 도는 이 위성들을 발견함으로써 ‘모든 천체들은 지구를 중심으로 돈다’고 주장하던 천동설의 관짝에 마지막 대못을 박았다. 9월 6일(금) 저녁 목성이 달에 4도까지 접근한다 6일 저녁 남쪽 하늘에서 상현달은 밝게 빛나는 목성의 바로 오른쪽 옆에 접근하는데, 둘 사이의 간격은 손가락 4개 너비에 약간 못 미칠 정도이다. 각도로는 약 4도. 쌍안경으로 보면 한 시야(붉은 원) 안에 다 잡힌다. 해질녘부터 시작하여 몇 시간 동안 이 두 천체를 주의 깊게 관측해보면 달의 궤도가 행성에 더 가까이 다가가는 것을 볼 수 있다. 위쪽에 늘어선 별들은 뱀주인자리의 아랫자락 별들이다. 9월 7일(토) 저녁, 해왕성이 물병자리 파이별에 접근한다7일 저녁의 남동쪽 하늘에서 희미한 푸른 행성 해왕성의 궤도 운동은 맨눈으로 보이는 붉은 별인 물병자리 P파이(φ) 별에 매우 가까이 접근한다. 6일과 7일, 해왕성은 별에서 1분각 안에 있으며, 고배율 망원경으로 한 시야에 잡힌다. 보다 큰 망원경으로 보면 해왕성의 큰 달 트리톤을 관측할 수도 있다. 10일에는 해왕성이 태양의 정반대편에 놓이는 충의 위치에 간다. 9월 8일(일) 저녁, 달에 토성이 접근한다 8일 저녁 황혼 이후 토성이 남쪽 하늘에서 달의 왼쪽에 접근한다. 달은 보름달에 가까운 월령 10일이며, 둘은 사이좋은 자매처럼 밤새 함께 하늘을 가로지른다. 황혼부터 시작하여 몇 시간 동안 그것들을 관측해보면, 시간이 지날수록 달과 토성이 점점 더 가까이 접근하여 11시경에는 토성이 달의 뒤편으로 숨는 엄폐현상이 나타난다. 9월 13일(금), 수성과 금성이 접근한다 12일 일몰 후, 내부 행성인 수성과 금성이 아주 가까이 접근한다. 태양이 진 후 서쪽 수평선 위를 보면 밝은 금성 아래 보름달 크기(0.5도)보다 작은 간격을 주고 반짝이는 천체를 볼 수 있는데, 이것이 바로 태양에 가장 가까운 행성인 수성이다. 수성의 공전속도는 아주 빨라, 지구의 약 1.6배로 초속 48km나 된다. 따라서 12일에는 금성에서 오른쪽 아래로, 금요일에 금성에서 왼쪽으로 떨어진다. 쌍안경이나 일반 천체 망원경으로 관측하면 두 행성이 가까이 붙어 아름답게 반짝이는 광경을 즐길 수 있다. 수성은 태양에 너무 가까운 나머지 요하네스 케플러 같은 천문학자도 평생 수성을 못 봤다는 얘기가 전해질 만큼 관측하기가 쉽지 않다. 이번에 도전해 수성 관측에 성공한다면 당신은 인류의 1% 안에 확실히 들 수 있다. 9월 18일(수) 저녁, 천왕성이 달에 접근한다18일 저녁 하늘에서, 추석을 지나 이울기 시작하는 월령 19일의 달이 청록색의 행성 천왕성에 바짝 접근한다. 위치는 천왕성 아래 손바닥 너비 간격에 해당하는 6도 이내에 들어온다. 밝은 달빛이 어두운 천왕성을 압도하지만, 행성이 주변 별과 비교되는 위치를 기록한 후, 다음날 저녁 달이 그 자리를 떠난 후에 다시 한번 천왕성을 찾아보라. 1781년 4월, 영국의 음악가이자 아마추어 천문학자인 윌리엄 허셜이 최초로 발견함으로써 천문학사에 불멸의 이름을 남겼을 뿐더러 궁정 천문학자로 일약 수직적인 신분상승을 이루었던 천왕성에 당신도 도전해보기 바란다. 허셜은 그 자신 역시 딱 천왕성 공전주기인 84년을 살고 하늘로 떠났다. 9월 23일 오후 4시 49분 태양이 추분점을 지난다 23일 오후 4시 49분 태양은 천구의 추분점을 지나 적도를 건너 남반구로 이동함에 따라 북반구의 가을이 시작된다. 3월 춘분과 9월의 추분에는 낮과 밤의 길이는 동일하며, 태양은 정동에서 뜨고 정서쪽으로 진다. 9월 29일(일) 저녁, 수성과 스피카가 금성 근처에서 만난다 29일 일요일 저물녘 이후, 낮은 위도의 관측자들은 수성이 처녀자리의 밝은 일등성 스피카의 우상에서 반짝이는 광경을 볼 수 있다. 간격은 손가락 하나 남짓한 정도. 수성의 안시등급은 -0.24, 스피카는 0.95이므로, 수성이 스피카보다 약 3배 밝다. 별과 행성은 모두 쌍안경이나 일반 천체망원경으로 관측할 수 있지만, 해가 완전히 진 후 천문박명이 시작된 후에 관측하는 게 좋다. 두 천체의 오른쪽으로 손바닥만한 너비의 간격에 엄청 밝게 빛나는 금성이 자리잡고 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지금까지 과학자들은 수성 궤도보다 훨씬 안쪽 궤도를 도는 거대 가스행성인 ‘뜨거운 목성’형 외계행성을 여럿 발견했다. 사실 초기에 발견된 외계행성은 대부분 뜨거운 목성형 행성이었다. 현재 관측 기술로 가장 찾기 쉬운 형태의 행성인 탓도 있지만, 목성보다 크면서 별에 바짝 붙어 공전하는 행성이 드물지 않은 것도 중요한 이유다. 아무튼 뜨거운 목성은 태양계에서 볼 수 없는 독특한 형태의 행성이고 상대적으로 관측이 쉬워 많은 연구가 이뤄지고 있다. 캐나다 맥길대 연구팀은 허블 우주망원경과 스피처 우주망원경의 데이터를 이용해 뜨거운 목성형 외계행성 12개의 표면 온도를 조사했다. 뜨거운 목성은 별에서 매우 가까워 공전 주기와 자전 주기가 같아지는 동주기 자전(Tidal locking) 현상이 일어난다. 지구와 달처럼 서로가 한쪽 면만 바라보면서 공전하는 것이다. 따라서 뜨거운 목성은 한쪽은 영원한 낮이고 반대쪽은 영원한 밤이다.연구팀은 우주망원경으로 뜨거운 목성의 스펙트럼을 분석해 낮과 밤인 지역의 온도 변화를 측정했다. 그 결과 낮인 지역은 온도가 섭씨 1700도까지 올라가지만, 영원한 밤이 계속되는 반대쪽 온도는 섭씨 800도 정도로 낮은 것으로 나타났다. 이 정도 차이는 당연할 것 같지만, 이론적인 예측보다 큰 차이다. 가스 행성이라는 점을 생각하면 낮인 지역에서 밤인 지역으로 열에너지 전달은 쉬운 편이다. 연구팀은 이 현상을 설명할 수 있는 가설로 암석 미네랄 성분의 구름과 비를 제시했다. 연구팀에 따르면 지구형 행성에서 흔한 암석 성분인 규산염(silicates)이나 황화망간(manganese sulfide)이 낮인 지역에서 기체 상태로 존재할 수 있다. 지구로 치면 증발한 암석이 대기 중에 존재하는 것이다. 이 기체가 밤인 지역에 도달하면 온도가 내려가면서 응결해 암석의 구름이 생성되고 일부는 아예 액체 상태가 돼 비처럼 쏟아진다. 이로 인해 밤인 지역은 생각보다 온도가 낮을 뿐 아니라 온도 역시 균일하다. 다만 이 가설을 검증하기 위해서는 이번 연구에 사용된 허블 우주망원경보다 더 강력한 망원경이 필요하다. 2020년대 초 발사 예정인 제임스웹 우주망원경이나 2020년대 중반 발사 예정인 WFIRST(Wide Field Infrared Survey Telescope) 망원경의 강력한 성능이라면 이 가설을 검증할 수 있을 것이다. 과학자들은 수천 개의 외계행성을 발견하는 데 성공했지만, 각각의 외계행성을 자세히 들여볼 수 있는 성능의 망원경이 없기 때문에 연구에 어려움을 겪고 있다. 차세대 우주망원경이 본격 가동에 들어가면 이 문제를 포함해 우주의 많은 비밀이 풀릴 것으로 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

지금으로부터 30년 전인 1989년 8월, 미 항공우주국(NASA)의 보이저 2호는 인류 역사상 최초로 해왕성과 그 위성들의 근접 영상을 촬영해 그해 10월까지 지구로 전송했다. 지금까지 우리가 보고 있는 해왕성의 모습은 이때 찍은 것이다. 비록 지구와 우주에 있는 망원경들이 계속 해왕성을 관측하고 있지만, 보이저 2호가 30년 전에 찍은 사진만큼 선명한 모습을 보여준 적은 없다. 이보다 더 상세한 관측을 원한다면 다시 해왕성으로 탐사선을 보내는 수밖에 없다. 과학자들은 앞으로 30년 이내에 다시 해왕성에 탐사선을 보내 해왕성과 그 위성인 트리톤(Triton)을 관측할 계획을 가지고 있다. 사실 NASA에서 계획한 해왕성 궤도선 임무(Neptune Orbiter mission)를 비롯해 몇 개의 탐사 계획이 있었지만, 한정된 예산에서 우선순위가 밀리면서 흐지부지됐다. 하지만 NASA와 유럽우주국(ESA)의 과학자들은 포기하지 않고 새로운 해왕성 탐사 계획을 준비 중이다. NASA의 트라이던트(Trident) 탐사선 계획은 특이하게도 해왕성보다 그 위성인 트리톤에 초점을 맞춘 탐사선이다. 트리톤은 태양계에서 7번째로 큰 위성으로 지름이 2710㎞에 달한다. 지구의 달보다 약간 작지만, 보이저 2호가 보내온 트리톤의 얼굴은 크레이터 투성이의 개성 없는 표면이 아니라 마치 멜론 껍질 같은 복잡한 표면이었다. 이 지형은 얼음 화산과 활발한 지각 활동 때문으로 풀이된다. 여기에 더해 보이저 2호는 옅은 대기도 발견했다. 과학자들이 트리톤에 해왕성 이상의 흥미를 보인 것도 당연하다.하지만 보이저 2호는 트리톤에서 4만㎞나 떨어진 지점을 빠르게 지나가면서 그 일부만 관측했을 뿐이다. 과학자들은 지난 30년간 보이저 2호가 트리톤의 일부만 찍은 사진을 보고 많은 사실을 밝혀냈지만, 이젠 한계가 있다. 트라이던트는 해왕성에 도달한 후 트리톤에 500㎞ 거리까지 근접해 트리톤의 대기와 활화산, 간헐천, 그리고 복잡한 지형을 관측할 것이다. 트라이던트는 트리톤 지각 아래 있을지도 모르는 액체 상태의 물과 유기물에 존재를 검증할 것이다. 발사 예정은 2026년이며 해왕성 도착 시기는 2038년이다. 한편 ESA는 해왕성과 동시에 보이저 2호 이후 누구도 찾아간 적이 없는 행성인 천왕성을 함께 탐사하기 위해 준비 중이다. 한 번에 두 개의 탐사선을 발사해 하나는 해왕성을 탐사하고 다른 하나는 천왕성을 탐사한다는 복안이다. 오디누스(ODINUS·Origins, Dynamics, and Interiors of the Neptunian and Uranian Systems)라는 명칭의 이 탐사선은 2034년 발사 예정으로 실제 탐사는 2040년대 후반에 이뤄질 예정이다. 인류는 보이저 2호 덕분에 천왕성과 해왕성의 모습을 처음으로 확인할 수 있었다. 하지만 이는 인류의 태양계 탐사의 시작에 불과하다. 비록 많은 시간이 걸리겠지만, 과학자들은 언젠가 이 행성들에 다시 방문해 이제까지 알려지지 않은 수많은 비밀을 밝혀내고 인류의 활동 범위를 태양계 가장자리까지 확장할 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

화가자리 베타별(beta pictoris)은 천문학이나 별자리에 관심 있는 사람이 아니라면 잘 모르는 밤하늘의 평범한 별 가운데 하나다. 우리나라에서는 화가자리 자체가 잘 보이지 않는 데다 별 자체가 3.9등급 정도로 그다지 밝은 별도 아니기 때문이다. 하지만 지난 수십 년간 화가자리 베타별은 천문학자들의 집중적 관측 대상이 됐다. 태어난 지 2300만 년 정도 되는 어린 별로 주변에 새로 태어난 행성과 거대한 먼지 디스크, 외계 혜성 등 여러 가지 흥미로운 특징을 지니고 있기 때문이다. 화가자리 베타별은 질량은 태양의 1.75배에 달하고 밝기는 8.7배 정도다. 지구에서 비교적 가까운 63.4광년 떨어진 별로 상대적으로 관측이 용이하지만, 그래도 작은 행성을 직접 관측하는 일은 쉽지 않아 지금까지 알려진 행성은 화가자리 베타별 b 하나뿐이었다. 최근 프랑스 국립 과학 연구소의 앤-마리 라그랑쥐가 이끄는 연구팀은 10년에 걸친 관측 끝에 새로운 행성 화가자리 베타별 c를 확인했다. 화가자리 베타별 c는 목성 질량의 9배에 달하는 대형 가스 행성으로 공전 궤도는 지구-태양 거리의 2.7배이고 공전 주기는 1200일이다. 앞서 발견된 화가자리 베타별 b와 질량은 비슷하나 공전궤도는 훨씬 안쪽이다.(b 행성은 지구-태양 거리의 9.2배) 이렇게 안쪽 궤도에서 거대 가스 행성이 생성된 이유에 대해서는 잘 모르지만, 거대 가스 행성의 생성을 직접 관측할 수 있다는 점에서 과학자들의 관심이 쏠리고 있다. 화가자리 베타별은 두 개의 행성은 물론 태양계의 소행성대와 카이퍼 벨트와 유사한 먼지 디스크를 지니고 있다. 화가자리 베타별 b와 c 사이에 작은 먼지 디스크가 있고 다시 명왕성 궤도보다 몇 배 먼 거리에 거대한 먼지 디스크가 존재한다. 그리고 외계 혜성이 존재한다는 보고도 있었다. 과학자들은 화가자리 베타별 행성계가 원시 태양계의 확대 버전이라고 생각하고 있다. 제임스 웹 우주 망원경을 포함해 현재 개발 중이거나 건설 중인 차세대 거대 망원경이 본격적으로 관측을 시작하면 화가자리 베타별 행성계에 대해서 더 자세한 관측이 가능하다. 이를 통해 지금보다 더 많은 원시 행성과 외계 혜성, 그리고 행성의 재료가 되는 먼지와 가스 디스크의 모습을 직접 관측할 수 있을 것으로 예상된다. 화가자리 베타별을 통해 과학자들은 46억년 전 태양계 생성의 비밀을 풀 단서를 찾아낼 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com