빠르면 내년부터 달 현황을 중계한다​ 1994년 7월 14일, 슈메이커-레비 혜성이 목성의 조석력으로 쪼개져 총 21개의 조각들이 초속 60km라는 맹렬한 속도로 목성에 돌진, 차례대로 충돌했다. 충돌 후 화구는 목성 상공 3000km까지 솟아올랐으며, 이 엄청난 광경을 목성 탐사선 갈릴레오 호가 생생한 사진들을 찍어 지구로 보내왔다. 가장 큰 조각이 들이받은 자국은 지구만큼이나 컸다. 그런데, 만약 운석이 달의 지표를 강타하는 장면을 안방에서 실시간으로 본다면 어떨까? 슈메이커-레비 혜성의 목성 충돌에 버금가는 우주적인 장관일 것이다. 우리는 빠르면 내년 안에 이런 우주의 장관을 안방에서 즐길 수 있게 됐다. 실리콘 밸리에서 벤처 기업을 시작한 과학자들이 지금 착실히 그 준비를 하고 있는 중이다. 그들은 고해상도의 이미지를 우주에서 직접 쏘아보낼 수 있는 소형 인공위성을 가능한 한 2018년에 지구 궤도에 올려보낼 계획으로 있다. 실리콘밸리 우주센터의 사무총장인 션 케이시 박사는 “대부분의 사람이 천문대 망원경에 접근하기 힘들다”면서 “하지만 이제 문워처(MoonWatcher)를 이용하면 안방에서 달의 풍경을 고스란히 즐길 수 있다”고 설명한다. 이런 달 중계위성은 신생기술 기업인 루나 스테이션에서 제작하게 되는데, 이 업체는 MIT의 과학자들과 함께 진행할 이 프로젝트를 위해 미국 소셜펀딩 사이트인 킥스타터에서 모금활동을 시작했다. 인공위성의 크기는 30cm를 넘지 않을 예정이며, 첨단 카메라를 탑재한다. 중계위성은 언젠가 유성이나 소행성이 달의 지표를 강타하는 장면을 잡아낼 수 있을 것이다. 이런 천문 현상은 드물게 일어나기는 하지만, 달의 표면이 수천 개의 크레이터로 뒤덮인 것을 보면 충돌 장면을 보는 것은 시간문제일 것이다. ​ 현재까지의 모금 실적은 1만 6192달러(약 1831만 원)로, 목표액 11만 9560달러(약 1억 3522만 원)의 15% 정도 달성했다. 진행자들은 늦어도 내년 2월에 중계위성을 쏘아올리기를 희망하고 있다. 문워처의 공동 설립자 바렛 슐레겔밀히는 “우리는 MIT의 동료들과 함께 표준화된 소형 위성을 만들 것”이라면서 “길이는 30cm 이내고, 너비는 10cm 정도인 자그마한 인공위성이지만 아주 다재다능한 플랫폼”이라고 설명했다. 또한 “전력, 통신, 하드웨어 프로세스 등에 최첨단기술을 적용할 것이며, 최첨단 카메라를 탑재해 달의 현황을 실시간 중계할 예정”이라고 말했다. 달은 한마디로 ‘돈 되는’ 물건이라 할 수 있다. 달에는 지구에 희소한 광석들이 대량 매장돼 있는 것으로 알려졌다. 이러한 자원을 금액으로 환산하면 수조 달러에 이른다. 이래저래 달은 문워처 사업으로 더욱 인류의 관심을 잡아끌 것으로 보인다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

30년 전 발견된 놀라운 초신성 하나가 허블 망원경을 포함한 손꼽히는 망원경들을 사로잡았다. 찬드라 X선 우주망원경과 칠레 아타카마 사막의 알마 전파망원경(ALMA·Atacama Large Millimetre/submillimetre Array)도 문제의 초신성을 끈질기게 관측했다. SN 1987A로 불리는 이 초신성은 대마젤란은하 부근에 위치하는데, 이는 “수백 년래 발견된 초신성 중 가장 가까운 거리에 있는 것”이라고 미국항공우주국(NASA) 측은 밝혔다. ‘타이태닉’이란 별명을 가진 이 초신성은 1987년 2월 23일에 발견된 것으로, 태양 밝기의 100만 배나 되는데, 이는 400년래 발견된 초신성 중 가장 밝은 것이다. 초신성이란 거대 질량의 별이 항성 진화의 마지막 단계에서 대폭발로 생을 마치는 것으로, 새로운 별이 탄생한 것이 아니라, 늙은 별의 죽음이다. 초신성이란 별이 없던 곳에서 엄청 밝은 별이 나타난 것처럼 보여 붙여진 이름일 뿐이다. 미국 하버드 스미스소니언 천체물리학센터의 로버트 커시너 연구원은 “SN 1987A는 30년 동안 관측할 만한 가치가 있는 천체인데, 별의 진화에서 최종 단계를 보여주는 귀중한 사례이기 때문”이라고 밝혔다. 천문학자들은 관측 데이터를 분석한 끝에 이 초신성의 충격파가 별이 폭발하기 전 방출한 가스 고리 너머로 진출하는 중요한 단계를 막 넘어섰다는 결론을 내렸다. 이 같은 현상은 별에서 방출된 고속의 항성풍이 그전 적색거성 단계에서 나온 느린 항성풍과 충돌할 때 발생하는 것이다. 그러나 가스 고리 바깥으로 무엇이 있는지에 대해서는 아직 알려진 바가 없다. 미국 펜실베이니아주립대의 카리 프랭크 박사는 “이 변화에 관한 자세한 과정은 종말에 이른 별이 어떻게 별의 생애를 끝내게 되는가에 대해 많은 것들을 알려주리라 기대된다”고 설명했다. 그는 찬드라 망원경으로 진행된 SN 1987A 연구를 이끈 대표 저자다. 이 같은 초신성 폭발은 다른 별과 행성의 생성으로 이어질 수 있는데, 별이 폭발하기 전 중심부의 핵융합으로 생명 기본 구성물질인 탄소, 산소, 질소, 철 같은 원소들을 벼려서 켜켜이 내부에 쌓아둔 것을 폭발과 함께 우주 공간으로 흩뿌린다. 이러한 잔해들이 다른 별과 지구 같은 행성들을 만드는 재료로 사용되며, 여기에서 생명이 싹튼 것이다. 초신성에 관한 연구는 이러한 별과 생명의 진화과정을 이해하는 실마리를 얻을 수 있다고 연구자들은 믿고 있다. 허블 망원경은 여러 해에 걸친 관측으로 1987A 초신성의 가스 고리가 가시광선을 방출하면서 빛나며, 그 지름이 무려 1광년이나 된다는 사실을 알아냈다. 이 가스 고리는 적어도 별이 폭발하기 이전부터 약 2만 년 동안 존재해온 것으로, 폭발에서 나온 자외선으로 몇십 년간 에너지를 공급받아 빛나기 시작한 것이다. 현재 가스 고리 속의 중심 구조는 지름이 반 광년 정도로 팽창되었으며, 중앙에 보이는 두 잔해 덩어리는 시간당 3000만 km의 속도로 서로 멀어져가고 있다. 1999~2013년의 찬드라 데이터는 X선을 방출하면서 확장하는 가스 고리가 더욱 밝아지고 있음을 보여준다. 이는 최초의 폭발에서 나온 충격파가 고리에 에너지를 공급했기 때문이다. 그러나 지난 몇 년간 관측에서 이 가스 고리는 더는 밝아지지 않고 있는데, 고리의 저에너지 X선 에너지 총량은 유지되고 있는 것으로 알려졌다. 위 사진의 좌측 하단에 있는 고리는 흐릿해지기 시작하고 있다. 천문학자들은 폭발의 충격파가 가스 고리의 얇은 부분을 지우고 있기 때문으로 보고 있는데, 이 같은 과정이 계속 진행되면 이윽고 고리의 시대는 마감된다. 2012년부터 시작된 ALMA의 관측 데이터는 초신성 잔해가 선대의 별이 남긴 물질로 새로운 우주먼지를 만들고 있을 보여준다. 이 발견은 초기 우주에서 이와 비슷한 경로로 우주먼지가 생성되었음을 시사하는 것이다. 연구진은 이 초신성 폭발에서 중성미자를 발견하고, 중성자별이나 블랙홀이 혹시 없을까 싶어 고리 중심부를 뒤지고 있는 중이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

목성은 소용돌이치고 있다. 폭풍이 휘몰아치고 있는 목성의 대기는 보는 사람의 넋을 빼놓기에 모자람이 없다. 목성 태풍이 보여주는 이 우주적인 장관이 전 세계의 아마추어 천문가들의 울력으로 한 편의 동영상에 담겨 우주 마니아들의 시선을 사로잡고 있다고 지난 24일(현지시간) 우주전문 사이트 스페이스닷컴이 보도했다. 태양계 최대의 행성인 목성의 실제 상황을 생생하게 보여주는 이 역대급의 놀라운 동영상은 전 세계의 아마추어 천체사진가 91명이 2014년 12월부터 2015년 3월까지 망원경으로 찍은 목성 사진을 편집해 만든 타임 랩스 에니메이션이다. 이들은 102일 동안 촬영한 목성 사진 1000점으로 목성 대기의 폭풍을 실감나게 보여주는 동영상을 제작했다. 동영상은 해상도 높은 이미지로 목성이 250회 자전하는 역동적인 상황을 그대로 보여주고 있다. 동영상의 제목은 '목성으로의 여행'이며, 지구 몇 개 크기에 해당하는 목성의 명소 대적점이 소용돌이치는 광경을 생생하게 담고 있다. 뿐만 아니라, '진주 목걸이(string of pearls)'라는 별명을 갖고 있는 8개의 흰 폭풍이 목성 남반구의 위도 40도 부근을 띠처럼 둘러져 있는 광경도 함께 보여준다. 동영상에서 가장 놀라운 장면은 ​목성의 적도를 감돌고 있는 구름띠일 것이다. 이 구름띠는 빠른 속도로 목성 허리를 휘도는 다이나믹한 장면을 연출하고 있다. 이 프로젝트를 이끈 스톡홀름의 아마추어 천문가 피터 로젠은 "목성은 우리 아마추어 천문가들이나 프로들에게도 가장 흥미롭고 스릴 넘치는 관측 대상의 하나"라면서 "망원경을 갖다대면 목성 표면에서 시시각각으로 일어나는 변화들을 실감나게 관측할 수 있다"고 말했다. 그는 "동영상을 편집하는 데는 전 세계의 행성 사진작가들로부터 기술 지도와 협력을 받았다"면서 "그 결과 이처럼 고도의 디테일 수준에 이르게 된 것"이라고 덧붙였다. 이 동영상은 로젠의 첫 목성 작품은 아니다. 그는 전에도 자신의 망원경으로 찍은 목성 사진자료를 사용해 목성의 구름띠 동영상을 제작한 적이 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

유럽우주국(ESA)의 XMM-뉴턴 우주망원경이 기존에 예측되던 펄서 밝기에 비해 1000배나 더 밝은 펄서를 발견했다고 ESA가 지난 17일(현지시간) 발표했다. 펄서란 거대 질량의 별이 붕괴하고 남긴 중성자별로, 빠른 속도로 자전하면서 규칙적인 전파를 방출하는 전파 천체이다. 이번에 발견된 펄서는 지금까지 발견된 펄서 중 가장 먼 거리의 것으로, 무려 5000만 광년 떨어진 거리에 있다. 강한 자기장을 갖고 빠른 속도로 회전하는 중성자별은 일정주기로 펄스상(狀) 전파를 양방향으로 대칭 방사한다. 방출 빔이 지구를 향할 때만 펄서의 복사 활동을 관측할 수 있는데, 마치 등대가 깜박이는 듯한 이러한 펄서의 활동을 '등대효과'라고 한다. ​펄서는 거대 질량의 별이 별의 일생 마지막 단계에 초신성(超新星) 폭발에 의해서 바깥층이 날아가버리고, 별의 중심핵이 수축되어 만들어진 중성자별로, 질량은 태양과 비슷하지만 지름은 약 10km로 매우 작은 고밀도 천체이다. 이 X선 방출원인 펄서는 이제껏 발견된 가장 밝은 펄서에 비해 10배 정도 더 밝은 것으로 밝혀졌는데, 1초 동안 방출하는 에너지 양이 태양이 3.5년 동안 방출하는 것과 맞먹는다. XMM-뉴턴 망원경은 지난 13년 동안 조직적인 펄서 탐색작업을 벌인 결과 1.13초 간격으로 X선을 방출하는 이 펄서를 발견하게 된 것이다. 펄스 신호는 미항공우주국(NASA)의 누스타(Nustar) 저장 데이터에서도 확인되어 추가적인 정보를 얻을 수 있었다. 지안 루카 이스라엘 박사는 "종전에는 동반성을 다 잡아먹은 블랙홀이 태양 질량의 10배 이상 될 때만이 그 같은 에너지를 방출할 수 있는 것으로 믿어졌지만, 이 X선 방출원의 빠른 자전속도와 규칙적인 맥동이 바로 블랙홀이 아니라 중성자별임을 확인해주는 증거물"이라고 말했다. 지안 박사는 이탈리아 로마에 있는 INAF-천문대 소속으로, 관련된 연구논문은 이번 주 '사이언스'지에 발표되었다. 그는 “이번에 발견된 펄서는 고광도의 별에 있어서 물질의 '강착' 과정에 관한 우리의 지식을 크게 확장해줄 사례가 되리라 본다"면서 "보통 중성자별의 물질 강착으로 방출되는 최대 에너지에 비해 무려 1000배나 방출하는 이 펄서는 기존의 우리 중성자별 이론 모델로는 설명되지 않는 만큼 모델에 다른 요소들이 추가되어야 할 것으로 본다"고 전망했다. 과학자들은 이 중성자별의 표면 가까이에 강력한 자기장이 형성되어 있을 것으로 믿고 있다. 이 자기장이 물질강착을 추동하여 그처럼 강력한 X선 방출을 가능게 하는 것으로 보고 있다. “이 특이한 펄서의 발견은 거리와 광도, 자전속도 등에서 ESA 신기록을 수립했습니다. 그리고 기존 펄서에 관한 우리의 지식을 크게 바꾸어놓고 있습니다." ESA XMM-뉴턴 프로젝트 과학자인 노베르트 샤르텔의 소감이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

지구와 비슷한 크기에 지표면 온도도 낮아 생명체가 존재할 가능성이 높은 외계행성이 무더기로 발견됐다. 이들 행성은 지구와 39광년 떨어져 있어 지난해 발견된 ‘프록시마b’(4.24광년)를 제외하곤 지금까지 발견된 다른 지구형 행성들보다는 가까운 편이다. 미국 항공우주국(NASA)과 벨기에, 영국, 스위스, 미국, 프랑스, 남아공, 사우디아라비아, 모로코 등 8개국 국제공동연구진은 지구로부터 39광년 떨어져 있는 트라피스트1(TRAPPIST1)이라는 왜성(矮星)을 공전하는 지구 형태의 행성 7개를 발견하고 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 22일자에 발표했다. 연구 결과의 중요성 때문에 NASA도 22일(현지시간) 오후 1시 미국 워싱턴에 있는 NASA 본부에서 기자회견을 열었다. 이번 발견에는 스페인 카나리 제도에 있는 직경 2m 크기의 ‘리버풀 망원경’과 NASA에서 운영하는 적외선 우주망원경인 ‘스피처 우주망원경’이 활용됐다. 연구팀은 지난해 5월 트라피스트1 주변을 도는 행성 3개를 찾았는데 이번에 추가로 4개를 찾았다. 연구팀은 이번에 7개 행성이 지구와 크기, 질량이 비슷한 전형적인 ‘지구형 행성’임을 확인했고, 이 가운데 6개 행성의 표면온도, 공전주기, 트라피스트1과의 거리 등을 밝혀냈다. 지구에서 370조㎞ 정도 떨어져 있는 트라피스트1은 목성보다 약간 크지만 왜성이라는 이름처럼 태양 크기의 12분의1 수준에 불과해 온도가 낮고 빛이 약한 별이다. 연구진에 따르면 트라피스트1 주변을 도는 7개 행성 중 분석이 완료된 6개의 행성은 지구와 비슷한 크기의 0.77~1.13배 수준이며 질량도 0.41~1.38배 수준이다. 더군다나 6개 행성은 표면온도도 0~100도이고 지구처럼 고체상태 물질로 구성된 암석형 행성이기 때문에 물이 존재하기 좋은 환경이라 생명체 발견의 가능성이 그 어느 때보다 높은 것으로 연구진은 분석했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

1970년대 영국의 물리학자 스티븐 호킹은 크기가 원자만큼 작은 ‘미니 블랙홀’들이 우주에 존재하고 이들이 짧은 순간이지만 밝게 빛난다는 이론을 발표했다. 호킹은 이런 작은 블랙홀이 우주를 탄생시킨 ‘빅뱅’ 과정에서만 만들어질 수 있다고 주장했다. 따라서 미니 블랙홀의 존재 여부는 우주 탄생 과정이 어떠했는지를 알려 주는 중요한 증거가 된다. 빅뱅과 블랙홀은 젊은 과학도들의 피를 끓게 만드는 주제다. 호주 출신의 젊고 재능 있는 과학자 존 오설리번 박사도 ‘미니 블랙홀’을 발견하기 위한 연구에 집중했다. 천체물리학자 마틴 리즈가 제안한 ‘미니 블랙홀은 전파 신호를 낼 수 있을 것’이란 이론에 착안해 전자공학과 전파천문학을 전공했던 오설리번과 동료들은 이 전파 신호를 찾기 위한 연구에 온 열정을 바쳤다. 아쉽게도 그들의 관측 시도는 실패했고 미니 블랙홀이 내는 전파 신호는 관측 가능성이 제기된 지 40년가량 지난 지금까지도 발견되지 않고 있다. 사실 미니 블랙홀이 있다 하더라도 이들이 내는 전파신호를 잡아내기에는 현재 전파망원경들의 크기가 턱없이 작다. 그렇기 때문에 우주의 수많은 잡음 속에서 미니 블랙홀이 보낸 신호를 찾는다는 것은 쉽지 않다. 오설리번 박사팀은 미니 블랙홀이 우주에서 보내오는 신호를 찾아내기 위해서 전파신호를 주파수에 따라 잘게 쪼갠 뒤 잡음 속에서 블랙홀의 신호를 걸러 내는 처리 기법을 개발했다. 본래 목적이었던 미니 블랙홀의 신호를 찾아내지는 못했지만 실생활에서 활용할 수 있는 방법을 발견했다. 1990년대에 그들의 신호 처리 기법을 바탕으로 오늘날 무선랜 기술의 표준으로 자리잡은 와이파이의 핵심 특허를 등록한 것이다. 무선랜 기술 개발에 뛰어든 연구자들은 많았지만 가장 먼저 제대로 작동하는 무선랜 칩을 개발한 것은 그들이 유일했다. ‘순수한 열정’에 대한 보상이었을까. 인류가 사용 중인 50억개 이상의 무선랜 기기가 오설리번 박사의 열정과 성실한 실패에서 파생된 특허를 사용하고 있다. 오설리번 박사가 소속된 호주 연방과학원(CSIRO)은 와이파이 특허사용료로 지금까지 5억 달러 이상의 수입을 얻었다고 한다. 수입의 상당 부분은 CSIRO의 ‘미래 연구를 위한 펀드’ 조성에 사용되고 있다. 오설리번 박사는 와이파이 기술 개발을 위해 잠시 CSIRO를 떠났다가 최근 다시 복귀해 태양계로부터 50광년 떨어진 행성의 공항 레이더 신호까지도 찾아낼 수 있다고 하는 초대형 전파망원경(SKA) 개발에 매진하고 있다. 40여년 전 그를 사로잡았던 미니 블랙홀 발견도 SKA의 주요 목적 중 하나이다. 머지않아 그의 열정에 대한 또 하나의 큰 보상을 받게 될지도 모르겠다.

우주전문 사이트 스페이스닷컴에 지난 17일자(현지시간)로 호주 스윈번 공과대학의 앨리스터 그레이엄 천문학 교수가 블랙홀에 관한 흥미로운 칼럼을 게재했다. 칼럼 내용을 약간 가공해 소개한다.​ 블랙홀에 대한 지식이 ​커갈수록 우주 마니아들의 블랙홀 사랑도 덩달아 커가고 있다. 블랙홀에 관한 최근 뉴스는 블랙홀 가족 중에도 아주 낯선 존재인 '중간질량 블랙홀'의 발견에 관한 것이다. 우리는 블랙홀 중에는 태양 질량의 수십억 배에 이르는 초질량 블랙홀이 있는가 하면, 태양 질량의 몇 배밖에 되지 않는 블랙홀도 있다는 사실을 알고 있다. 그런데 태양 질량의 2200배 정도 되는 중간 질량의 블랙홀이 발견되어 과학자들을 깜짝 놀라게 만들었다. 이 블랙홀은 큰부리새자리47(47 Tucanae) 구상성단 안에서 발견되었는데, 중간 질량의 불랙홀로서 희귀한 사례에 속한다. 큰부리새자리는 남반구에 있기 때문에 한국에서는 볼 수가 없다. 그러나 구상성단 자체는 겉보기 등급 +4.91로 맨눈으로 흐릿하게 보인다. 지구로부터 약 1만 6700 광년 떨어져 있으며, 성단의 지름은 무려 120 광년에 달한다. 가까이 접근하는 모든 물체를 가리지 않고 게걸스럽게 집어삼키는 중력의 감옥, 블랙홀. 모든 연령층, 모든 직업군을 아우르면서 블랙홀에 대해 크나큰 관심을 불러일으키고 상상력을 자극하는 것은 대체 무엇 때문일까? '검은 별(Dark stars)' 질량이 너무 커서 빛조차 탈출할 수 없는 중력을 가진 존재에 대한 개념은 1783년까지 거슬러올라간다. 18세기 영국의 과학자 존 미첼은 다음과 같은 글을 남겼다. "만약 태양과 같은 밀도를 가진 어떤 구체의 반지름이 태양의 500분의 1로 줄어든다면, 무한한 높이에서 그 구체로 낙하하는 물체는 표면에서 빛의 속도보다 빠른 속도를 얻게 될 것이다. 따라서 빛이 다른 물체들과 마찬가지로 관성량에 비례하는 인력을 받게 된다면, 그러한 구체에서 방출되는 모든 빛은 구체의 자체 중력으로 인해 구체로 되돌아가게 될 것이다." 뉴턴 역학의 얼개 안에서 그러한 개념의 천체는 검은 별 또는 암흑성(dark stars)으로 불렸다. 그러나 이 암흑성 개념은 19세기 이전까지 거의 무시되었는데, 질량이 없는 파동인 빛이 중력의 영향을 받을 것이라고는 생각하기 힘들었기 때문이다. 1915년 아인슈타인이 우주를 기술하는 뉴턴 역학을 대체하여 시간과 공간이 하나로 얽혀 있음을 보인 일반 상대성이론을 발표한 직후, 암흑성 개념은 새로운 활력을 얻어 재등장했다. 독일의 카를 슈바르츠실트와 요하네스 드로스터가 각기 독립적으로 점질량에 대한 동일한 방정식의 답을 구했다. 이 풀이는 아인슈타인 방정식의 일부 항이 무한대가 되는 특이점을 가지는 특이행동을 보이는데, 이것을 오늘날 '슈바르츠실트 반지름'이라고 부른다. 이는 어떤 물체가 블랙홀이 되려면 얼마만한 반지름까지 압축되어야 하는가를 내타내는 반지름 한계점이다. 그러나 이 슈바르츠실트의 방정식은 당시 하나의 수학적인 해석에 지나지 않았고, 그뒤 핵물리학이 발전하여 충분한 질량을 지닌 천체가 자체 중력으로 붕괴한다면 블랙홀이 될 수 있다는 예측을 내놓았다. 이 같은 예측은 결국 강력한 망원경으로 무장한 천문학자들에 의해 관측으로 입증되었고, 충돌하는 블랙홀이 만들어낸 중력파가 미국의 LIGO에 의해 검출됨으로써 오랜 블랙홀 논쟁에 마침표를 찍게 되었다. 초밀도의 천체들 초밀도의 물체는 사람을 경악시키는 바가 있다. 예컨대 태양이 블랙홀이 되려면 얼마나 밀도가 높아야 할까? 슈바르츠실트 반지름의 풀이 공식으로 구해보면, 태양 질량을 그대로 지닌 채 70만km인 반지름이 3km까지 축소되어야 하며, 지구가 블랙홀이 되려면 반지름이 0.9cm로 작아져야 한다. 그러면 밀도는 자그마치 1cm^3에 200억 톤의 질량이 된다는 뜻이다. 각설탕 하나 크기가 그만한 무게가 나간다는 얘기다. 물질이란 게 이렇게까지 압축될 수 있다는 사실이 참으로 놀랍다고 하겠다. 만약 당신이 그러한 초질량의 물체가 다가간다면 끔찍한 상황이 기다리고 있다. 지구에서는 중력의 크기가 당신의 지금 키만큼 유지되게 해주고 있는 정도지만, 블랙홀 안으로 떨어지면 사정은 좀 달라진다. 블랙홀의 강력한 기조력이 당신의 머리와 발끝에 동시에 작용하는데, 그 힘의 차이가 엄청나서 당신의 몸은 스파게티 가락처럼 사정없이 늘어나게 된다. 마치 강력한 크레인 두 대가 각각 당신의 발과 머리를 잡아당기는 형국이다. 그러면 결국 어떻게 될까? 당신의 몸은 최종적으로 원자 단위로 분해된다. 천문학자들은 이를 '스파게티화'라 한다. 1958년에 미국 물리학자 데이비드 핀켈스타인이 블랙홀의 '사건 지평선' 개념을 처음으로 선보였다. 사건 지평선이란 외부에서는 물질이나 빛이 자유롭게 안쪽으로 들어갈 수 있지만, 내부에서는 블랙홀의 중력에 대한 탈출속도가 빛의 속도보다 커서 원래의 곳으로 되돌아갈 수 없는 경계를 말한다. 말하자면 블랙홀의 일방통행 구간의 시작점이다. 블랙홀, 화이트홀 1964년, 두 명의 미국인인 작가 앤 어윙과 이론 물리학자 존 휠러가 최초로 '블랙홀'이라는 단어를 대중에게 선보였다. 이어서 1965년, 러시아의 이론 천체물리학자 이고르 노비코프가 블랙홀의 반대 개념인 '화이트홀'이라는 용어를 들고나왔다. 만약 블랙홀이 모든 것을 집어삼킨다면 언젠가 우주공간으로 토해낼 수 있는 구멍도 필요하지 않겠는가 하는 것이 이 화이트홀 가설의 근거다. 말하자면, 블랙홀은 입구가 되고 화이트홀은 출구가 된다. 이 아이디어는 부분적으로 아인슈타인-로젠의 다리로 알려진 수학적인 개념에 뿌리를 내리고 있다. 1916년에 오스트리아의 물리학자 루트비히 플램에 의해 수학적으로 발견된 후, 1935년에 아인슈타인과 미국-이스라엘 물리학자 나단 로젠에 의해 재발견되어 아인슈타인-로젠의 다리는 나중에 역시 존 휠러에 의해 '웜홀(wormhole)'이라는 이름을 얻었다. 1962년, 존 휠러와 미국 물리학자 로버트 풀러는 그러한 웜홀이 양자 하나도 통과하기 어려울 만큼 불안정하다는 사실을 이론적으로 정립했다. 블랙홀에 관한 팩트와 픽션 블랙홀의 현관 안으로 들어갔던 물질이 다른 우주의 시공간으로 다시 나타난다는 아이디어는 그다지 놀랄 만한 것은 아니지만, 여기에서 무수한 공상과학 스토리가 탄생했다. '닥터 후(Doctor Who)', '스타게이트(Stargate)', '프린지(Fringe)', '파스케이프(Farscape)' 디즈니의 '블랙홀' 등 끝이 없을 정도다. 이런 얘기들은 하나같이 등장인물들이 우리 우주와 다른 우주 또는 평행우주를 여행한다는 줄거리로 되어 있다. 그러한 우주는 수학적으로 성립되는 인공물일 뿐으로, 그 존재에 대한 증거는 아직까지 하나도 밝혀진 것이 없다. 그러나 어떤 의미에서 시간여행이 현실적으로 불가능하다는 얘기는 아니다. 만약 우리가 엄청난 속도로 여행하거나, 또는 블랙홀 안으로 떨어진다면 외부 관측자의 눈에는 시간의 흐름이 아주 느리게 보일 것이다. 이것을 중력적 시간 지연이라 한다. 이 효과에 의해 블랙홀로 낙하하는 물체는 사건의 지평선에 가까워질수록 점점 느려지는 것처럼 보이고, 사건의 지평선에 닿기까지 걸리는 시간은 무한대가 된다. 즉 사건의 지평선에 닿는 것이 외부에서는 관찰될 수 없다. 외부의 고정된 관찰자가 보기에 이 물체의 모든 과정은 느려지는 것처럼 보이기에, 물체에서 방출되는 빛도 점점 파장이 길어지고 어두워져서 결국 보이지 않게 된다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면, 빠르게 운동하는 시계의 시간은 느리게 간다. 2014년의 영화 '인터스텔라'는 블랙홀 근처에서 일어나는 이러한 현상을 보여주었다. 우주 비행사 쿠퍼(매튜 맥커너히 분)가 시간여행을 할 수 있었던 것은 그 때문이다. 대중에게 사랑받고 있는 '블랙홀'이란 이름은 사실 오해의 소지가 있는 명칭이다. 그것은 시공간의 구멍을 의미하는 것으로, 어떤 물체이든 그 안으로 떨어지면 더이상 물체로서 존재할 수 없이 극도의 고밀도 상태가 된다. 블랙홀의 사건 지평선 안에는 실제로 어떤 것이 있을까란 문제는 여전히 뜨거운 논쟁거리가 되고 있다. 블랙홀 내부를 이해하기 위해 끈이론, 양자 중력이론, 고리 양자중력, 거품 양자 등등 현대 물리학의 거의 모든 이론들이 참여하고 있다. 어쨌든 당분간 블랙홀은 새로운 사실들이 밝혀질 때마다 일반의 관심을 고조시키며 물리학의 화두로서 위세를 떨칠 것만은 분명해 보인다. ​ 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

우리는 머지않아 초질량 블랙홀의 이미지를 최초로 볼 수 있을지도 모른다. 과학자들은 4월 5~14일 사이에 궁수자리 A 블랙홀을 관측하기 위해 가상 망원경(virtual-telescope)을 구축 완료했다. 궁수자리 A는 지금까지 직접적으로 관측된 적은 한번도 없지만, 과학자들은 근처 별들의 움직임을 통해 틀림없이 블랙홀이 있을 것이라 믿고 있다. 만약 블랙홀의 이미지를 직접 관측할 수 있다면 이는 아인슈타인의 중력 이론을 재평가하는 결정적인 사례가 될 것이며, 물리학을 기초부터 다시 써야 하는 상황이 올지도 모른다. 궁수자리 A는 지구로부터 약 2만 6,000광년 떨어진 거리에 있으며, 지름은 2000만km 정도 된다. 과학자들은 수많은 전파수신기의 연결로 이루어진 지구 크기의 가상 망원경으로 이 블랙홀의 사건 지평선 이미지를 최초로 잡아낼 수 있게 되기를 희망하고 있다. 블랙홀의 사건 지평선이란 외부에서는 물질이나 빛이 자유롭게 안쪽으로 들어갈 수 있지만, 내부에서는 블랙홀의 중력에 대한 탈출속도가 빛의 속도보다 커서 원래 있던 곳으로 다시 되돌아 갈 수 없는 경계선을 말한다. 다시 말하면, 블랙홀의 일방통행 구간이다. 가상 망원경은 이런 이유로 해서 ‘사건 지평선 망원경’이란 이름이 붙게 되었다. 프로젝트 리더인 셰퍼드 돌먼 하버드스미소니언 천체물리학연구소 교수는 BBC와의 인터뷰에서 “참으로 흥미진진한 결과가 기대된다”면서 흥분을 감추지 못했다. 이어 “우리는 지난 20년 동안 이 가상 망원경을 구축해왔다. 오는 4월이면 사상 최초로 블랙홀의 사건 지평선 이미지를 망원경 초점에 잡을 수 있을 것으로 기대하고 있다"면서 "가상 망원경은 남극에서 하와이, 아메리카 대륙과 유럽까지, 전 지구적으로 연결된 전파 수신기 네트워크"라고 설명했다. 다시 말하면, 이 가상 망원경의 지름이 지구 크기와 맞먹는 만큼 궁수자리 A 블랙홀의 사건 지평선을 잡아낼 수 있을 만한 해상력을 확보했다는 얘기다. 우리은하 중심에 있는 블랙홀은 1931년 미국 물리학자 칼 잰스키가 은하 중심에서 오는 라디오 파를 발견함으로써 그 존재가 예측되었다. 돌먼 교수는 “아인슈타인의 이론에 대해 내기를 하는 것은 아주 현명치 못한 일이다. 하지만 기대치와 전혀 다른 결과가 나왔다면 아인슈타인의 중력이론도 재평가되어야 한다"면서 "물론 그런 일이 일어날 것으로 보진 않지만, 그렇다고 그 가능성을 제외할 수는 없다. 그게 물리학의 아름다움”이라고 밝혔다. 가상 망원경을 이루는 각 전파 수신기에는 데이터를 저장할 수 있는 대형 하드 드라이브를 갖추고 있으며, 이 데이터들은 모두 미국 메사추세츠 보스턴 근교에 있는 MIT 헤이스텍 천문대로 수집되어 분석에 들어간다. 분석작업에는 오랜 시간이 걸리는데, 금년 말 또는 내년까지 가야 그 결과가 도출될 수도 있다. 어쨌든 우리는 사상 최초로 궁수자리 A 블랙홀의 사건 지평선을 눈으로 볼 수 있게 될 것이며, 혹 아인슈타인 이론에 결함이 있다면 그 사진이 무엇이 진실인지를 보여줄 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지구에서 약 57억 광년 거리에 있는 ‘봉황자리 은하단’. 그 중심의 한 은하에는 거대질량 블랙홀이 존재한다. 그런데 이 블랙홀은 주변 가스를 흡수하면서도 그중 일부를 마치 ‘트림’하는 것처럼 고속으로 분출한다. 미국항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 위성이 관측한 데이터에서는 이른바 ‘전파제트’로 불리는 이 천문 현상이 호스트 은하 양쪽으로 거대 거품을 일으키고 있다. 거품은 플라스마로 이뤄진 희박한 가스로 은하를 둘러싸고 있는데 그 온도가 너무 높아 별의 탄생에 필요하다고 여겨지는 ‘식어서 수축하는 과정’을 발견할 수 없을 것으로 여겨졌다. 그런데 영국 케임브리지대의 헬렌 러셀 박사가 이끄는 천문학 연구진이 알마 우주망원경을 사용한 최근 관측 조사에서 해당 거품의 측면을 따라서 저온의 분자 가스가 가늘고 길게 분포하고 있다는 것을 밝혀냈다고 천체물리학저널(Astrophysical Journal) 최신호에 발표했다. 저온 가스는 은하의 양쪽에 8만2000광년에 달하는 길이에 걸쳐 있으며, 총질량은 무려 태양 100억 개분에 달하는 것으로 나타났다. 또한 이 가스는 거품에 의해 은하 중심부에서 밀려나고 있거나 거품의 표면에서 만들어지고 있는 것으로 추정되고 있다. 러셀 박사는 “거대질량 블랙홀에 의해 형성된 거품의 구조와 은하의 성장에 필요한 별의 재료인 가스 사이의 관계를 알마 망원경의 관측으로 직접 확인했다”면서 “이번 연구는 이런 블랙홀이 앞으로 별 형성 활동을 어떻게 제어하고 연료가 되는 물질을 호스트 은하가 어떻게 얻는지 새로운 정보를 제공한다”고 말했다. 사실, 블랙홀이 강력한 전파제트를 형성하려면 별의 재료가 되는 가스를 소비할 수밖에 없다. 그러면 별의 탄생 현장이 흐트러져 별의 탄생이 멈춘다는 게 지금까지의 생각이었다. 이론적으로는 은하의 중심에 전파제트와 같은 열원이 없으면 별이 맹렬한 기세로 형성되겠지만, 실제 관측에서는 이런 은하는 그다지 발견되지 않고 있다. 이 때문에 연구진은 활동성 은하핵(AGN, 활발하게 활동하는 천체)이 발하는 전파제트와 빛이 열원이 돼 별의 탄생을 방해한다고 생각해 왔다는 것이다. 이에 대해 공동 연구자인 캐나다 워털루대의 브라이언 맥나마라 교수는 “이번 관측으로 거대질량 블랙홀이 거품을 밀어내고 주변 가스를 가열해 은하의 성장을 제어하면서도 그와 동시에 가스의 온도를 충분히 식히고 있었다”고 설명했다. 이어 러셀 박사는 “이번 결과는 대부분의 거대질량 블랙홀이 60억 년이 넘는 우주 역사 동안 어떻게 폭발적인 별 형성의 폭주를 억제하면서 그와 동시에 은하의 성장을 제어해 왔는지를 설명할 수 있을 것”이라고 말했다. 사진=ALMA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

"생일 축하해! 갈릴레오" 최근 미국의 우주전문매체 스페이스 닷컴이 목성과 그 주위를 공전하는 위성의 모습을 사진으로 공개했다. 거대한 목성을 대각선으로 가로질러 가는 3개의 위성은 왼쪽 아래에서부터 각각 유로파, 칼리스토, IO와 그 그림자들이다. 지난 2015년 1월 24일 허블우주망원경이 촬영한 이 사진은 목성의 보기 드문 우주 이벤트를 담고 있다. 이날 이들 세 위성은 한꺼번에 목성의 전면을 가로지는 특별한 '우주 삼중창'을 선보였다. 매체가 2년 전 사진을 꺼내든 것은 지난 15일이 453년 전 갈릴레오가 탄생한 날이기 때문으로 특히 이들 위성은 '갈릴레이 위성'이라 부른다. 이탈리아의 천문학자이자 물리학자, 수학자인 갈릴레오 갈릴레이(1564~1642)는 지난 1610년 자체 제작한 망원경으로 목성의 4개 위성을 처음으로 관측했다. 당시 갈릴레오는 태양계에서 가장 큰 활화산이 있는 이오(Io)와 생명체가 존재할 가능성이 가장 높은 유로파(Europa), 바다가 있을 가능성이 높은 칼리스토(Callisto) 그리고 태양계에서 가장 큰 위성이자 ‘건방지게’ 행성인 수성보다 큰 가니메데(5262km)를 발견했다. 현재까지 확인된 목성의 위성 수는 무려 67개지만 여전히 가장 유명한 것은 이들 갈릴레이 위성이다. 사진=NASA, ESA, Hubble Heritage Team 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

미 항공우주국(NASA)이 운영하는 오늘의 천문사진(APOD) 14일자(현지시간)에 특이한 형태의 성운 사진이 올라와 우주 마니아들의 눈길을 끌고 있다. 이름하여 호리병 성운(Calabash Nebula). 생긴 꼴이 흡사 호리병 같아서 붙은 별명이다. 정식 명칭은 'OH 231.8+04.2'이다. 가스로 만들어진 이같은 거대한 우주 호리병은 태양 같은 작은 질량의 별이 핵 융합 연료를 소진하고 죽을 때 남겨지는 것이다. 이 유해를 남긴 별은 얼마 전 임종하여 이제는 조그만 백색왜성이 되었다. 마치 다비식을 한 스님의 사리와도 같은 이 백색왜성은 가스와 먼지에 가려져 잘 안 보이지만, 지금도 성운의 중심에서 아주 빠르게 가스 구름을 팽창시키고 있다. 가스의 팽창 속도는 무려 시속 100만km에 달한다. 이 가스가 주변 성간 가스 속으로 돌진하면서, 푸르게 빛나는 이온화된 수소와 질소 앞쪽에 초음속 충격파를 형성했다. 그러면 나중에 이 성운은 무엇이 되는가? 약 1000년 뒤에 행성상 성운이 된다. 하지만 행성과는 아무런 상관이 없다. 옛날 천문학자들이 조그만 망원경으로 보니 둥그런 게 행성처럼 보인다고 해서 붙인 이름일 뿐이다. 앞으로 약 50억 년 후이면 태양이 수소를 다 태우고 이런 행성상 성운이 될 것이다. 그러니 위의 풍경은 태양의 먼 미래를 보여주는 것이나 진배없다. 별의 죽음 후 행성상 성운으로 진화하기 전의 이 같은 순간을 포착하기는 아주 어려운 일이다. 허블이 운 좋게도 이 순간을 잡아서 별의 극적인 임종을 보여준 셈이다. 조롱박 성운은 일명 '썩은달걀 성운'으로도 불리는데, ​썩은 달걀에서 악취를 풍기는 황이 많이 함유되어 있기 때문이다. 성운의 크기는 무려 1.4광년에 이르고, 거리는 5000광년, 고물자리에 있다. ​ 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

오래 전 먼 은하에 있던 별 하나가 ‘초신성’으로 불리는 대규모 폭발을 일으키며 그 생애를 마감했다. 이 놀라운 장면을 거의 실시간으로 포착해냈다고 국제 천문학 연구진이 13일(이하 현지시간) 밝혔다. 연구진에 따르면, 지난 2013년 10월 6일 미국 팔로마산 천문대에 있는 오스친 망원경 등의 관측장비에 그 모습이 자동 감지됐다. 이번 초신성은 발견 시점에 따라 SN 2013fs로 명명됐다. 연구진은 “이번 발견은 초신성이 폭발을 일으킨지 3시간 만에 포착된 것으로, 관측 사상 가장 초기 단계의 초신성을 보여준다”고 밝혔다. 물론 이 초신성과의 거리는 지구에서 약 1억6000만 광년이다. 즉, 이 폭발 현상이 1억6000만 년 전쯤 생긴 것임을 뜻한다. 초신성은 거대한 질량의 별이 수명을 다해 일으키는 폭발 현상인데 우리는 이 넓은 우주에서 언제 어디서 일어날지 알 수 없다. 따라서 지금까지 발견된 초신성은 폭발한지 이미 며칠이 지나 잔해가 흩어져 있는 경우였다. 이번 발견 전에는 초신성이 폭발한지 일주일 안에 발견된 것이 가장 빨라 이때를 초기 단계로 여겼다. 특히 이번 초신성은 발견 시점이 빨라서인지 최후를 맞이한 별이 방출한 껍질 등 물질이 여전히 주변에 밀도 높게 남아 있었다. 이를 통해 연구진은 해당 별이 적색초거성이라는 결론을 내릴 수 있었다. 또한 연구진은 이 적색초거성이 시속 36만493㎞의 최대 속도로 물질을 폭발적으로 방출했다는 사실도 발견했다. 그리고 해당 별이 초신성 폭발에 이르기 1년 전부터 별 주변에 물질을 원반 형태로 분출했다는 것도 알아냈다. 연구를 이끈 이스라엘 바이츠만연구소의 오페르 야론 박사는 “마치 별이 자기 수명이 다했다는 것을 알고 있는 것처럼 마지막 단말마로 물질을 현저한 속도로 분출한 것”이라면서 “초신성 중 절반 이상을 차지하는 이번 II형 초신성에서 일어나는 전조 현상일 수 있다”고 말했다. 이번 연구 성과는 세계적 학술지 네이처 자매지인 ‘네이처 피직스’ 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

유럽우주국(ESA)의 목성 달 탐사선 주스(JUICE)는 'JUpiter ICy moons Explorer'의 준말이다. 목성은 태양계의 다섯번째 행성이자 가장 큰 행성으로, 태양계에 있는 다른 모든 행성들을 합한 질량의 2.5배에 이른다. 목성은 토성과 마찬가지로 거대 기체 행성으로, 주성분은 거의 수소이다. 현재까지 확인된 목성의 위성 수는 무려 67개에 이르는데, 그중에서 가장 유명한 위성은 역시 갈릴레오가 1610년 자작 망원경으로 발견한 4대 위성, 곧 갈릴레오 위성이다. 주스는 이중에서 이오만을 빼고, 유로파, 칼리스토, 가니메데 세 위성을 탐사할 목적으로 2022년 발사 추진 중에 있다. 아드리안5 우주선에 실려 발사될 예정인 주스는 금성과 지구의 중력 도움을 받아 가속을 얻어 외부 태양계로 향한다. 그래도 목성까지 가는 데만도 7.5년이 더 걸릴 것으로 보인다. 주스는 2030년 1월쯤에야 목성 궤도에 진입할 것으로 예측되고 있다. 그후 2.5년 동안 목성 궤도를 돌면서 목성의 대기와 자기장뿐 아니라, 세 위성에 대한 탐사를 수행하게 된다. '탐사활동 동안 칼리스토와 가니메데를 이용한 중력도움으로 주스의 선회 궤도가 결정될 것'이라고 ESA는 기자회견에서 밝혔다. 탐사선은 궤도 경사각을 30도 정도 올리기 위해 칼리스토에 대한 근접비행을 몇 차례 실시할 예정이다. 그러면 탐사선은 목성의 극지방을 관측할 수 있게 된다. 물론 근접비행 중에 칼리스토에 대한 관측도 할 것이다. 목성의 4대 위성 중 가장 큰 가니메데는 태양계 최대 위성으로 지름이 수성보다도 크다. 이 가니메데의 궤도를 도는 관측 미션은 모두 8개월 동안 실시될 예정인데, 주스는 이 얼음 위성에 대한 최초의 미션을 수행하는 탐사선으로 기록될 것이다. 미션이 종료되면 탐사선은 가니메데의 지표에 충돌함으로써 최후를 맞게 된다. 무인 탐사선을 이용한 목성에 대한 탐사는 그 동안 여러 차례 이루어져왔다. 파이어니어와 보이저, 갈릴레오 탐사선 등이 목성을 근접비행하거나 궤도를 돌면서 탐사를 수행했으며, 명왕성 탐사선 뉴호라이즌스는 2007년 목성 중력을 이용해 가속을 얻어 명왕성으로 향했다. 목성을 가장 최근에 탐사한 탐사선은 2016년 7월 4일 목성에 도달한 주노이다. NASA에서는 유로파 바다에서 생명체를 찾기 위해 탐사 로버를 빠르면 2031년 4월에 유로파에 착륙시킬 계획으로 있다. 현재 NASA는 2022년 초로 예정되어 있는 탐사선의 유로파 플라이바이를 기획하고 있는 중이다. ​이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

수천 개의 별과 은하들이 밤하늘을 보석처럼 찬연하게 수놓고 있는 곳을 허블 우주망원경이 잡아냈다. 이 경이로운 우주 풍경을 연출하고 있는 곳은 궁수자리의 밤하늘 한 조각이다. 미항공우주국(NASA)은 이 이미지를 지난 1월 19일에 발표했다. NASA 관계자는 관측기에 "놀라울 정도로 선명한 진홍빛과 밝은 청색 별들이 흩뿌려놓은 듯이 하늘을 가득 채우고 있는 영역이다. 그 뒤로는 수천 개의 별과 은하들이 늘어서 있는 배경을 가지고 있다"고 적었다. 그는 "두 가지 점이 특히 경탄스러운데, 하나는 별들이 내고 있는 색깔들이고, 다른 하나는 눈부신 천체에서 나오는 강렬한 십자형 빛"이라고 덧붙였다. 과학자들은 허블 망원경의 첨단 카메라를 이용해 궁수자리의 이 우주 풍경을 잡아냈다. 밝은 빛에서 뿜어져나오는 십자형 별빛은 회절 스파이크(diffraction spikes)라 불리는 것이다. 그는 "십자형 별빛은 그 별과는 아무런 관계가 없는 것이다. 그리고 허블이 대기권 위의 궤도를 돌고 있기 때문에 대기에 의한 산란도 아니다"고 설명했다. 십자형 별빛이 보이는 것은 허블 망원경 자체의 문제로 인한 것으로, 현대의 모든 거대 망원경처럼 허블도 반사경으로 대상 이미지를 포착하는데, 부경을 받쳐주는 십자형의 망원경 거미발 지주로 인해 입사광이 회절하기 때문이라는 설명이다. 허블 망원경은 미국 NASA와 유럽우주국(ESA)이 합작으로 운용하고 있는 우주망원경으로, 1990년 4월 24일에 발사되어 27년째 취역하고 있는 중이다. 우주관측의 역사는 허블 망원경 이전과 이후로 갈린다고 할 만큼 혁혁한 공을 세운 허블 망원경은 내년 10월에 발사될 제임스 웹 우주망원경과 임무교대를 하게 된다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

해외 연구진이 태양계 근처에서 지구형 행성, 일명 ‘슈퍼지구’ 후보를 새로 발견했다고 밝혀 학계의 관심이 쏠리고 있다. 영국 하트퍼드셔대학과 미국 캘리포니아대학, 예일대학, 카네기과학협회 소속 합동 연구진은 태양계 근처를 공전하는 새로운 행성 50개를 찾는데 성공했다. 합동 연구진은 미국 하와이에 있으며, 동시에 몇 개의 은하를 살펴볼 수 있는 켁(KECK) I 망원경을 이용해 수많은 별을 꾸준히 관찰한 결과를 분석했다. 이들이 찾은 행성 중 ‘글리제 411b’로 명명된 행성은 태양과의 거리가 매우 가깝고 지구보다 표면온도가 매우 높지만, 지구처럼 태양의 주위를 일정한 주기로 돈다는 점에서 슈퍼지구가 될 가능성이 높은 것으로 알려졌다. 슈퍼지구는 지구보다 질량이 2~10배 큰 천체로, 생명체가 존재할 가능성이 있다고 보는 행성을 지칭한다. 중력이 강해서 대기가 안정적이고 지각 운동이 활발해 생명체가 탄생하기에 유리한 조건을 가지고 있다. 글리제 411b를 포함해 이번에 발견한 대부분의 새로운 행성이 태양을 중심으로 돌고 있으며, 특히 글리제 411b는 지구와 불과 8.1광년 떨어져 있다는 특징이 있다. 천문학계는 그동안 3000개가 넘는 외계생성을 발견했지만 대부분이 수백 광년 떨어져 있어 탐구가 거의 불가능했다. 연구진이 슈퍼지구로 꼽은 글리제 411b의 공전주기는 10일 미만으로 파악된다. 때문에 ‘쌍둥이 지구’라고 칭하긴 어렵지만 지구 및 태양과 근거리에 있어 언젠가는 인간의 직접 탐사가 가능하고, 더 나아가 인간이 이주할 수 있는 외계 행성 후보를 선정할 때에도 영향력을 행사할 수 있을 것으로 예측된다. 연구를 이끈 하트퍼드셔대학의 미키 투오미 박사는 “새로운 행성의 발견은 우주와 태양계의 형성 과정을 이해하는데 도움을 줄 것이며, 동시에 우주와 관련한 미래를 새롭게 설계하는데 영향을 미칠 것”이라고 설명했다. 연구진은 ‘정체’가 확인된 행성 60개 외에도 우주공간에 존재하는 것으로 예측되는 행성 후보군 54개의 목록을 함께 공개했다. 자세한 연구결과는 천문학 분야 최상위급 학술지인 미국의 ‘천체물리학저널’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

전국적인 한파와 일부 지역에 쏟아진 폭설에도 불구하고 11일 정월 대보름을 맞아 주요 관광지와 유원지는 나들이 인파로 북적인다. 전날 밤부터 제주 산지에는 최고 67㎝나 되는 폭설이 내려 한라산 입산이 통제됐다. 산간은 물론 해안 지역까지 많은 눈이 쌓였다. 제주도 산지에 9일부터 대설경보가 발효 중인 가운데 한라산에는 현재 윗세오름 67㎝, 진달래밭 55㎝, 어리목 41㎝이나 쌓였다. 밤사이 광주와 전남 서해안도 최고 9㎝에 이르는 적설량을 기록했다. 스키를 좋아하는 사람에겐 눈이 반갑기만 하다. 강원 지역 스키장은 전국에서 몰려온 이들로 온종일 붐볐다. 이날 오전까지 정선 하이원 스키장에 7000여 명, 원주 오크벨리 2000여 명을 비롯해 강원도 내 주요 스키장에 2만여명이 몰렸다. 화천군 산천어축제장 등 ‘끝물’을 맞은 겨울 축제장에도 가족 단위 인파가 찾아 막바지 겨울 낭만을 만끽했다. 산천어축제는 지난 5일 공식적으로 폐막했지만,화천군은 대한민국 대표축제 4회 연속 선정과 11회 연속 관광객 100만 명 돌파를 기념해 주·야간 낚시터를 1주일 연장해 12일까지 운영한다. 강원도 평창군 대관령면 송천 일원에서 3일 개막한 대관령 눈꽃축제에도 행락객들이 몰렸다. 축제 참가자들은 전통 스키, 얼음 썰매, 스키점프 VR 체험 등을 즐기며 색다른 체험을 했다. 눈꽃축제는 12일 폐막한다. 강릉 스피드스케이팅 경기장에서는 1년 앞으로 다가온 2018 평창 동계올림픽 테스트이벤트인 ISU스피드스케이팅 종목별 세계선수권대회가 열렸다. 이날 오후에는 경포해변에서 평창올림픽 G-1년 경포세계불꽃축제가 열려 올림픽 분위기를 띄운다. 경기도 에버랜드를 찾은 시민들도 동계시즌 종료가 얼마 남지 않은 눈썰매를 타며 즐거운 한때를 보냈다. 포켓몬고 마니아들은 에버랜드 내에서 포켓스톱이 몰려있는 동물원, 장미원, 포시즌스가든 등지를 돌며 희귀 포켓몬 수집에 열을 올렸다. 울산대공원 동문과 울산 서덕출공원 등지에도 추위에 아랑곳없이 휴대전화를 들여다보며 분주하게 돌아다니는 게이머들로 붐볐다. 전국에서는 정유년(丁酉年) 첫 보름달이 뜨는 정월 대보름을 맞아 다양한 전통 행사가 열렸다. 서울 북촌문화센터는 이날 가족이 함께하는 복조리 만들기, 새해 덕담 쓰기, 한해 안녕을 비는 지신(地神)밟기 행사를 열었다. 운현궁에서는 ‘문여소, 만복이 들어 갑니다’를 주제로 부럼 깨물기와 오곡밥 나누기 등 전통 행사가 펼쳐졌다. 남산 한옥마을 천우각 광장에서는 부럼 깨기, 귀밝이술 체험, 소원지 쓰기, 부적 찍기, 민속놀이 체험 등 다양한 행사가 눈길을 끌었다. 경기도 용인 한국민속촌을 찾은 시민들도 달집태우기, 지신밟기, 볏가릿대 세우기 등을 하며 한 해의 안녕과 복을 기원했다. 행사장을 찾은 가족 단위 나들이객들은 보름달에 소원 적기를 하고 달이 뜨는 시간에 맞춰 천체 망원경으로 보름들을 보며 즐거운 추억을 쌓았다. 대전 시민 천문대에서도 정월 대보름을 맞이 달 관측행사가 열렸다. 그러나 경남 등 일부 지역은 조류인플루엔자(AI)와 구제역 확산을 막기 위해 대보름 행사가 취소됐다. 강국진 기자 betulo@seoul.co.kr

허블 우주망원경보다 훨씬 더 먼 우주를 내다볼 수 있는 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 발사 20개월을 앞두고, 과연 누가 최초로 이 망원경을 사용할 것인가 하는 문제가 큰 관심사로 떠오르고 있다. 미 항공우주국(NASA)은 지난 1월 서서히 관심이 고조되어가고 있는 망원경 운용 시간표를 발표했다. 제임스 웹 우주망원경은 일종의 적외선 우주 관측소로, NASA가 90억 달러를 투입해 2018년 10월에 우주로 올려보낼 예정이다. 지구로부터 160만km 떨어진 우주공간에 한 번 자리잡고 나면 그후 5년 동안 NASA의 엔지니어들은 4기의 과학장비 작동과 망원경 운용을 위한 미션에 들어가게 된다. 행성 과학자들과 우주학자들은 다 같이 이 망원경을 사용할 수 있게 되기를 열망하고 있는 중이다. 제임스 웹의 관측보증시간(GTO)을 따내기 위해 저마다 연구 프로젝트를 제출해 치열한 경쟁을 치르게 된다. 지난달 6일 NASA는 과학자들에게 GTO 신청을 하라고 발표했다. 이에 곁들여 관리자가 임의로 과학 프로그램을 진행할 수 있는 우선 사용권에 대해 2차 예약을 받기로 했다. 제임스 웹 망원경이 작동을 시작하면 1년에 8776시간 가동할 것으로 예측되며, 그중 10% 시간은 관리자의 임의 사용에 할당되고, 나머지는 다른 과학 프로젝트와 일반 관측 프로그램을 위해 사용할 수 있다. 주경의 지름이 6.5m인 제임스 웹 우주망원경은 허블 망원경에 비해 100배 높은 해상도를 가지고 있다고 NASA 관계자는 밝혔다. 망원경 장비들을 충분히 차갑게 유지할 수만 있다면 가장 희미한 적외선까지 탐지할 수 있다. 따라서 망원경은 태양빛을 차단하기 위해 여러 겹으로 된 정구장 크기의 차폐막으로 보호되고 있다. 최초의 가동 개시는 2019년 4월로 잡혀 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

과학 지식에 대한 우리의 믿음은 튼튼하다. 실제 본 적이 없고 상상하기도 어려운 현상도 과학의 이름으로 받아들일 수 있다. 전자를 직접 본 사람은 아무도 없다. 그러나 물질의 기본 단위인 원자의 구성성분으로서 전자의 존재를 의심하는 사람도 없다. 실험으로 검증되었기 때문이다. 실험 덕분에 과학은 다른 어떤 학문분야보다 객관적이고 믿을 만한 지식이라는 대접을 받게 되었다. 그렇지만 놀랍게도 근대과학 이전에는 실험이 과학 연구 방법으로 인정되지 않았다. 실험의 이름으로 과학자가 자연현상에 개입하는 것이 당시의 인식론에서 허용되지 않았기 때문이다. 인간 감각의 불완전함 때문에 관찰 사실의 진위에 대한 논란도 있었다. 근대과학의 여명기에 과학자들은 ‘실험’을 자연에 대한 지식을 얻거나 가설을 검증하는 방법론으로서 확립했다. 가장 먼저 망원경이나 현미경 같은 실험 기구가 사람을 현혹시키는 사기의 수단이 아니라 감각의 확장을 위한 도구라는 점을 인정받았다. 그리고 과학자가 목적에 맞게 설계한 실험을 통해 관찰되는 비자연적 현상을 과학적 사실로 받아들이는 절차를 확립했다.그 이후부터 실험은 과학 연구의 중심 활동이 되었다. 과학자는 연구 목적에 맞게 실험을 설계한다. 그리고 새로운 과학적 사실을 발견하거나 가설을 시험하는 등의 연구 활동을 진행한다. 특히 기초 연구 성과를 실용화하는 단계에서는 예상 가능한 여러 변수를 적극 도입하는 방식으로 실험을 진행하기도 한다. 잘 설계된 실험에서 얻어진 결과가 실제 환경에 노출되었을 때의 문제를 파악하기 위한 것이다. 과학 실험의 개념을 적극 도입하여 과학기술-사회의 혁신을 이루려는 시도 중 하나가 리빙랩이다. 리빙랩은 생활 현장에서 과학기술 생산자와 사용자가 공동으로 혁신을 만들어가는 실험실을 뜻한다. 통상 과학자, 엔지니어 같은 생산자가 먼저 기술혁신을 만들고 사용자는 그 결과물을 평가하고 그 결과가 다음의 기술혁신에 반영된다. 그런데 리빙랩에서는 기술혁신 과정에 처음부터 사용자가 참여함으로써 활용도 높은 기술혁신과 연구를 지향한다. 사용자의 적극적 참여가 이뤄지는 사용자 주도의 개방형 혁신 생태계라고 할 수 있다. 리빙랩은 특히 사회문제를 해결을 위한 기술혁신에서 잠재성을 가진다. 과학기술 활동의 목표는 새로운 지식 발견, 노벨상, 첨단 제품 개발 등 다양하다. 그중에는 교통 안전, 전염병 예방, 고령화 같은 사회현안 문제 해결도 포함될 수 있다. 그런데 이런 사회문제는 매우 많은 요소들이 서로 얽혀 있어 복잡하고 해결의 기본 방향도 다양하게 설정될 수 있다. 따라서 그 요소들 중 어떤 것이 우선 고려될지, 어떤 것이 통제될지, 어떤 기술 요소가 활용될지 등이 결정되어야 한다. 이 과정은 과학 연구의 실험설계와 비슷하다. 다만 고립된 실험실이 아니라 개방된 생활 현장이 주된 무대라는 점, 기술혁신 생산자 외에 현장의 수요를 잘 아는 사용자가 참여한다는 점이 다르다. 리빙랩의 기술혁신 실험이 잘 진행되기 위해서는 생산자와 사용자의 의사소통을 도와줄 매개자와 생산자의 참여를 촉진할 제도적 지원이 필요하다. 미래창조과학부도 ‘사회문제 해결을 위한 시민연구사업’의 운영방식으로 리빙랩을 채택했다. 예를 들어 서울의 북촌 한옥마을은 늘어난 관광객으로 인한 주민 생활 불편과 편의시설 부족에 따른 관광객의 불편 등의 문제를 안고 있었다. 북촌 리빙랩은 정보통신 벤처기업과 서울시, 마을주민과 함께 참여해 사물인터넷(IoT)을 기반으로 해결책을 모색하고 있다. 한국에서 리빙랩은 도입 단계이므로 아직 성과를 말하기는 어렵다. 그럼에도 불구하고 실험이라는 새로운 방법론이 근대과학을 확고한 지식으로 만든 것처럼 리빙랩은 사회문제에 대해 생산자와 사용자가 모두 만족하는 기술혁신 방안을 줄 수 있을 것으로 기대한다.

우리은하 안에 만도 적어도 1억, 많게는 10억 개의 블랙홀이 있을 것으로 과학자들은 추정하고 있다. 그러나 이들 천체는 빛까지 탈출하지 못하게 붙잡아두는 특성으로 인해 좀처럼 발견하기가 쉽지 않다. 최근 연구자들은 이 블랙홀을 보다 쉽게 발견할 수 있는 새로운 기법을 개발해냈다. 가스 구름의 기묘한 운동 행태를 분석함으로써 블랙홀의 존재를 알아내는 방법이다. 연구자들은 이 방법을 적용해 우리은하 내의 숨은 블랙홀이 있는 위치를 잡아내는 신호를 포착했다고 밝혔다. 일본 게이오 대학의 연구자들은 지구에서 1만 광년 거리에 있는 초신성 잔해 W44 주위의 분자 구름에 대해 최초로 측정을 시작했다. 여기에는 칠레의 ASTE 망원경과 노베야마 라디오파 관측소의 45-m 라디오파 망원경이 이 관측을 위해 동원되었는데, 두 망원경은 일본 국립천문대에 의해 작동되었다. 연구진은 초신성 폭발에서 나온 에너지가 주변의 분자 구름에 얼마나 전이되었는가를 측정할 계획이었다. 이 측정과정에서 그들은 초신성 잔해 가장자리에서 ‘떠돌이’ 블랙홀이 있다는 신호를 포착했다. ‘불렛'(Bullet)이라고 불리는 조밀한 분자 구름이 기묘한 운동양태를 보이는 것을 발견한 것이다. 구름의 속도는 초속 100km가 넘었는데, 이는 성간 공간에서의 음속에 비해 두 자릿수 이상 빠른 속도였다. 구름은 우리은하의 회전방향과는 반대로 움직이고 있었다. 연구진은 두 망원경으로 이 기묘한 구름을 움직임을 관측한 결과, 문제의 구름이 엄청난 운동 에너지를 가지고 있다는 사실을 알아냈다. 그 구름은 마치 W44의 끄트머리에서 발사되듯이 튀어나온 것처럼 보였다. 마사다 야마다 연구원은 “조밀한 불렛 구름은 대부분 초속 50km의 속도로 확장되는데, 문제의 불렛 구름은 초속이 무려 120km가 넘는다”면서 “이같이 엄청난 운동 에너지는 초신성 폭발이 가져다 준 에너지의 수십 배나 된다. 정상적인 환경에서는 이런 에너지가 도저히 나올 수 없다”고 밝혔다. 이 같은 현상이 일어날 수 있는 이유로는 대략 두 가지의 경우를 들 수 있다고 연구진은 설명한다. 여기에는 둘 다 미지의 중력을 행사하는 블랙홀이 개입되어 있다. 한 시나리오는 ‘폭발 모델’로 불리는 것으로, 초신성 잔해인 가스층이 블랙홀 근처로 접근하는 경우다. 블랙홀이 그 가스 뭉치를 끌어당겨 폭발시킴으로써 엄청난 운동 에너지를 만들어내는 경우다. 연구진은 그 블랙홀이 태양 질량의 3.5배 이상 되는 것으로 추정하고 있다. 또 다른 시나리오는 ‘돌입 모델’로, 고밀도의 가스 구름 속으로 블랙홀이 고속으로 진입하는 경우다. 이럴 경우, 가스 구름이 블랙홀의 중력이 이끌려 하나의 빠른 흐름을 형성한다. 이 같은 현상을 일으키려면 블랙홀의 질량이 태양 질량의 36배는 넘는 것이어야 한다. 연구진은 위의 두 가지 경우 중 어느 것이 정답인지 아직가지 결론을 내리지 못하고 있다. 도모하루 오카 교수는 “이번 연구로 우리는 ‘떠돌이’ 블랙홀을 발견할 수 있는 방법을 알아냈다”고 말했다. 연구진은 추가 연구를 위해 칠레의 아타카마 사막에 있는 ALMA 전파 망원경 같은 전파 간섭계를 사용해 두 시나리오에 대한 검증에 들어갈 예정이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

유럽 남방 천문대 (ESO)가 공개했던 사진 가운데 가장 큰 사진이 공개되었다. 원본이 20억 픽셀 (4만9511 x 3만 9136)에 달하는 이 대형 사진은 두 개의 밝은 성운을 담고 있다. 각각 고양이 발바닥 성운 (Cat’s Paw Nebula, NGC 6334)와 랍스터 성운 (Lobstar Nebula, NGC 6357)이 그것으로 전자는 사진의 오른쪽 위에 귀여운 고양이 발바닥 같은 모습을 가지고 있고 후자는 그렇게 보이지 않을 수도 있지만, 왼쪽 아래에 랍스타 같은 모양으로 누워있다. 유럽 남방 천문대의 거대 망원경 서베이 망원경 (Very Large Telescope Survey Telescope)에 설치된 256 메가픽셀의 오메가 캠(256-megapixel OmegaCAM)은 이 성운의 모습을 세밀하게 관측해 새로운 사진에 담았다. 본래 이 두 성운은 영국의 천문학자 존 허셜에 의해 처음으로 발견되었다. 당시에는 토패드 성운이라고 명명했는데, 허셜이 가진 망원경으로는 이 성운의 정체를 알기 어려웠고 존재 여부만 확인할 수 있었다. 이 성운의 정체는 사실 새로 태어난 밝은 별을 품고 있는 거대 수소 가스다. 성운 내부의 수소 가스가 모여 태양의 10배에 달하는 매우 밝은 별이 탄생했고, 이 별에서 나오는 강력한 에너지로 인해 가스 성운이 사진처럼 밝게 빛나는 것이다. 참고로 지구에서 거리는 고양이 발 성운이 5500광년, 랍스타 성운이 8000광년 정도로 겉보기와는 달리 이웃한 성운은 아니다. 단지 지구에서 바라볼 때 방향이 비슷한 것뿐이다. 과학자들은 매우 높은 해상도를 지닌 오메가 캠의 힘으로 여러 성운과 별, 은하의 모습을 세밀하게 연구할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 수많은 밝은 별이 탄상하는 고양이 발 성운과 랍스타 성운 역시 그중 하나다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com