모처럼 ‘큰놈’이 나타났다. 요즘 새벽 하늘에서 볼 수 있는 네오와이즈 혜성이다. 1997년 헤일밥 혜성 이후 거의 사반세기 만에 가장 웅장한 모습을 보여주는 네오와이즈(C/2020 F3)는 우리나라에서 맨눈으로 관찰할 수 있는 밝은 혜성이다. 지난 3월 27일 미 항공우주국(NASA)에서 발사한 적외선 우주망원경을 이용해 지구에 근접하는 천체를 찾는 네오와이즈 프로젝트에 의해 발견된 이 혜성은 프로젝트의 이름을 따서 네오와이즈라는 이름을 얻었다. 6월 9일 7등급 밝기로 눈으로 관측이 불가능할 정도였지만, 6월 27일 NASA의 소호(SOHO) 태양관측위성의 LASCO-3 카메라의 시야에 나타났을 때 100배로 밝아져 2등급을 기록했다. 맨눈으로 볼 때 가장 밝은 별이 1등급, 가장 어두운 별이 6등급이다.네오와이즈 혜성은 이달 23일 지구에 가장 근접하는데 이때 거리는 약 1억㎞로 지구와 태양 거리의 약 3분의 2 지점까지 다가온다. 혜성의 주기는 약 4500년에서 6800년 정도로 알려진 장주기 혜성에 속한다. 이번에 놓치면 두번 다시 이 혜성을 보기는 불가능하다. 참고로, 1975년에 발견된 웨스트 혜성은 현재까지 가장 긴 주기를 가진 혜성의 하나로 기록되고 있는데, 그 주기가 무려 55만 8300년이다. 혜성은 크게 머리와 꼬리로 구분된다. 머리는 다시 안쪽의 핵과, 핵을 둘러싸고 있는 코마로 나누어진다. 핵이 탄소와 암모니아, 메탄 등이 뭉쳐진 얼음덩어리라는 사실이 최초로 밝혀진 것은 1950년 하버드 대학의 천문학자 위플에 의해서였다. 그러니 혜성의 정체가 제대로 알려진 것은 반세기 남짓밖에 되지 않은 셈이다. 핵을 둘러싼 코마는 태양열로 인해 핵에서 분출되는 가스와 먼지로 이루어진 것으로, 혜성이 대개 목성궤도에 접근하는 7AU 정도 거리가 되면 코마가 만들어지기 시작한다. 우리가 혜성을 볼 수 있는 것은 이 부분이 햇빛을 반사하기 때문이다. 코마의 범위는 보통 지름 2만~20만km 정도로 목성 크기만 하기도 하고, 때로는 지구와 달까지 거리의 약 3배나 되는 100만km를 넘는 것도 있다.혜성은 꼬리는 코마의 물질들이 태양풍의 압력에 의해 뒤로 밀려나서 생기는 것이다. 이 황백색을 띤 꼬리는 태양과 반대방향으로 넓고 휘어진 모습으로 생기며, 태양에 다가갈수록 길이가 길어진다. 꼬리가 긴 경우에는 태양에서 지구까지의 거리 2배만큼 긴 것도 있다니, 참으로 장관일 것이다. 태양에 가까이 다가가면 두 개의 꼬리가 생기기도 하는데, 앞에서 말한 먼지꼬리 외에 가스 꼬리 또는 이온 꼬리라고 불리는 것이 생긴다. 태양 반대쪽으로 길고 좁게 뻗는 가스 꼬리는 이온들이 희박하여 눈으로는 잘 보이지 않지만, 사진을 찍어 보면 푸른색을 띤 꼬리가 길게 뻗어 있는 것을 볼 수 있다. 지금까지 네오와이즈 혜성은 새벽 북동쪽 수평선 근처에서 관측할 수 있었다. 혜성은 꼬리가 먼저 솟아 오르고, 머리나 코마가 뒤 따르며 1등성 별처럼 밝게 빛난다. 혜성의 위치는 다음 주부터 저녁 하늘로 옮겨 가는데, 해가 지고 어둠이 내리기 전 북서쪽 하늘에서 볼 수 있다. 다음 주의 예상 밝기는 약 2등급 정도로 도시에서도 맨눈으로 혜성의 긴 꼬리를 충분히 관측할 수 있을 정도이다. 14일 이후 혜성의 고도는 급격히 낮아진다. 혜성 관측의 최적기는 아직 지나지 않은 만큼 이 기회를 놓치면 후회할 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

시기로는 고대부터 현대까지, 인물로는 아리스토텔레스부터 슈뢰딩거까지 훑고 있는 과학철학서다. 주목해야 할 과학계의 역사와 이론, 오해 등이 과학 개론서라할 만큼 다양하게 망라돼 있다. 입문서를 지향하는 만큼 여느 과학 서적들에 견줘 ‘비교적 알기 쉽게’-두세 번 읽어도 이해가 안 되는 부분이 많지만-썼다는 평가를 받는다. 책이 논지를 펴는 큰 축은 세계관이다. 저자는 이를 “퍼즐 조각이 맞물리듯 서로 연결된 믿음 체계”라고 설명했다. 지구가 우주의 중심이라는 아리스토텔레스의 세계관, 지구가 태양 주변을 도는 것이라는 뉴턴의 세계관을 지나, 양자론 등 현대 과학의 세계까지 들여다보고 있다. 믿음과 사실은 다를 수 있다. 믿음의 합이 명확한 사실처럼 작동하고 있을 뿐이다. 예컨대 지금은 누구도 믿지 않는 천동설, 연금술도 당대엔 최고의 지식과 합리적 사고에 근거한 결론이었다. 우리 선조들이 천동설을 믿었던 건 당시 육안 관측 등 여러 기술 여건상 그것이 진리일 수밖에 없었기 때문이다.가장 극적인 순간은 아리스토텔레스의 세계관이 무너질 때였다. 단초는 1600년쯤 발명된 망원경이 제공했다. ‘그래도 지구는 돈다’는 말을 남긴 저 유명한 갈릴레이와 가톨릭 교회 간 분쟁도 이때 벌어진다. 갈릴레이는 망원경을 이용해 ‘크레이터’라 불리는 달의 산맥, 태양의 흑점, 목성의 위성, 토성의 고리, 달처럼 변하는 금성의 위상 등을 인류 최초로 발견했다. 이런 증거들을 통해 지동설을 주장했고, 얼추 2000년을 이어온 아리스토텔레스의 세계관에도 금이 가기 시작했다. 당시 많은 이들이 철석같이 믿고 있던 지식들을 버려야 했을 텐데, 그 혼란상이 얼마나 극심했을지는 상상조차 힘들다. 그렇다면 갈릴레이 이후 400여년이 지난 지금 지구가 태양 주위를 도는 장면을 직접 확인할 기술은 있는가. 여전히 없다. 우리의 믿음 중 직접적인 증거가 있는 믿음은 놀랄 만큼 적다. 여러 믿음의 합이 태양중심설을 증명하고 있을 뿐이다. 지구가 돈다는 것도 미래 어느 순간엔가 무너질 수 있다는 뜻이다. 저자가 보기에 현재도 계속 눈을 뜨고 지켜봐야 할 흥미진진한 시대다. 1600년대 초와 여러모로 비슷하기 때문이다. 저자는 “오늘날 벨(양자론으로 현대물리학에 큰 영향을 미친 프랑스 물리학자) 유형의 영향은 뉴턴의 견해를 포기하라고 우리에게 강력히 요구한다. 나는 이것이 빙산의 일각에 불과하다고 생각한다”고 했다. “(벨의) 이 발견이 우주에 대한 상당히 다른 견해로 이어질 수 있다”는 의미다. 운이 좋은 건지, 나쁜 건지, 당신이 지금 선 자리가 변혁의 시대에 해당될 수 있다는 것이다. 책을 덮는 순간까지도 당신에게 드는 의문이란, 아마도 책을 펴면서 들었던 의문과 같은 ‘내가 왜?’일지도 모른다. 우주의 이치와 내 삶이 어떤 연관이 있길래 이렇게 골치 아픈 이야기를 듣고 있어야 하는 건가. 세계관은 결국 자신의 본질, 근원과 맞닿은 영역이다. 자신이 어디서 시작됐고, 어느 위치에 있는지를 깨닫는 과정이다. 책이 말하려는 건 결국 지금 자신이 살고 있는 세상을 과학적으로 들여다보고 철학적으로 성찰해 보라는 권유다. 과학과 담 쌓은 이라도, 인생에서 최소한 한 번쯤은. 손원천 선임기자 angler@seoul.co.kr

일명 '보물 소행성'이라 불리는 '16프시케'(16 Psyche)를 향한 본격적인 탐사 시작의 막이 올랐다. 지난 7일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 16프시케 탐사에 대한 주요 설계 검토를 마치고 본격적으로 탐사선 제작에 착수했다고 밝혔다. 화성과 목성 사이 소행성 벨트에 위치한 16프시케는 지름이 226㎞에 달하는 비교적 큰 소행성이다. 거리는 지구와 태양 사이보다 3배 정도 먼 3억7000만㎞로, 우주적 관점에서는 코 앞이지만 인류에게는 닿기 어려운 곳에 위치해 있다. 이번 탐사 프로젝트가 언론의 주목을 받는 이유는 16프시케의 독특한 특징 때문이다. 일반적인 소행성이 암석과 얼음으로 이루어진 것에 반해 16프시케는 철과 니켈, 금 등 희귀 광물 덩어리로 가득차 있기 때문. 이같은 이유로 일각에서는 16프시케의 가치가 1000경(京) 달러에 달한다는 주장도 내놓고 있다.이미 16프시케를 향한 탐사 스케줄도 나와있다. NASA는 오는 2022년 8월 스페이스X의 대형 로켓인 '팰컨 헤비'에 소행성 이름과 같은 탐사선 프시케를 실어 발사할 예정이다. 예정대로 프시케가 순항하면 이듬해 탐사선은 화성을 지나 2026년 1월 16프시케 궤도에 진입하게 된다. 　 프시케 프로젝트 매니저인 헨리 스톤은 "가장 중요한 것은 신뢰성이 있는 하드웨어를 만드는 것으로 다양하고 종합적인 테스트가 이루어질 것"이라면서 "이번 임무에서 심우주에서 레이저로 통신하는 새로운 기술(Deep Space Optical Communications)도 테스트 할 예정"이라고 밝혔다. 한편 프시케 프로젝트의 주 목적이 '금 캐기'는 아니다. 16프시케가 태양계 생성 초기의 물질로 만들어져 태양계 기원에 대한 정보를 얻을 수 있기 때문이다. 그러나 소행성이 희귀 금속으로 가득차 있다는 점은 물론 보너스 가치다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

최근 밝기가 40%까지 급격히 떨어져 천문학자들의 비상한 관심을 집중시켰던 오리온자리 알파별 베텔게우스의 기이한 변화는 일시적으로 항성의 표면 절반을 가린 흑점 현상 때문이라는 연구 결과가 발표되었다. 오리온자리는 북반구 하늘에서 유일하게 1등성 두 개를 가지고 있는 겨울 별자리의 왕자다. 이 별자리의 왼쪽 위 귀퉁이를 보면 불그스레 빛나는 별 하나가 있는데, 요즘 지구촌 밤하늘에서 가장 '핫'한 별인 베텔게우스다. 칼을 쳐들고 있는 사냥꾼 오리온의 오른쪽 겨드랑이 부근에서 유난히도 밝게 빛나는 베텔게우스는 그래서 아라비아어로 ‘겨드랑이 밑’이라는 뜻을 갖고 있다. 밝기가 변하는 변광성인 베텔게우스는 크기가 무려 태양 지름의 900배에 달하는 적색 초거성으로, 밝기는 태양의 10만 배를 훌쩍 넘는다. 만약 베텔게우스를 우리 태양 자리에 끌어다 놓는다면 수성, 금성, 지구, 화성은 확실히 베텔게우스에 먹혀 사라질 것이며, 별의 표면은 소행성대를 지나 목성 궤도 너머까지 미칠 것이다.덩치가 큰 별일수록 강한 중력으로 핵융합이 급격히 진행되는 바람에 연료 소모가 빨라 얼마 살지 못한다. 베텔게우스의 나이는 800만 년 정도로, 아직 1000만 년이 채 안되었는데도 별이 부풀어오르고 급격한 밝기 변화를 보이는 등 말기 증세를 보여, 천문학자들은 이 별이 조만간 폭발할 것으로 예측하고 있다. 슈퍼노바(supernova), 곧 초신성 폭발을 눈앞에 두고 있다는 얘기다. 그러나 베텔게우스는 올봄 희미한 상태에서 벗어났으며, 5월에 들어서자 원래의 밝기를 되찾았다. 일부 천문학자들은 베텔게우스의 이 같은 회복은 별이 커가는 과정에서 별을 탈출한 물질이 넓은 공간에 퍼져 있는데, 이 물질이 별빛을 가렸기 때문이라는 분석을 내놓았다. 이번 새로운 연구는 베텔게우스의 밝기가 떨어진 것은 베텔게우스 자체에 그 원인이 있음을 시사한다. 연구자들은 올해 1월에서 3월까지 하와이의 제임스 클러크 맥스웰 망원경(JCMT)의 서브밀리미터 파를 사용하여 이 초거성을 정밀 조사했다. 그런 다음 연구팀은 이 데이터를 칠레의 아타카마 패스파인더 실험 망원경(APEX)의 서브밀리미터 파 관측으로 얻은 이미지를 포함하여 지난 13년 동안 이루어진 베텔게우스의 관측치와 비교했다. 파장이 가시광선의 수천 배에 달하는 서브밀리미터파는 별먼지를 관통할 수 있어 성간 먼지를 연구하는 데 이용된다.독일 막스플랑크 천문학연구소 박사후 연구원인 타비샤 다마와르데나 대표저자는 “베텔게우스는 서브밀리미터 이하 파장의 빛에서도 20%나 어두워졌다는 사실에 놀랐다"면서 "이는 곧 급격한 광도 저하의 원인 중 하나로 지목됐던 먼지와는 관련이 없으며, 별 자체의 원인으로 그 같은 큰 변화가 일어났다는 것을 알게 되어 무척 흥미로웠다"고 밝혔다. 또한 "앞으로 몇 년간 관측하면 베텔게우스의 급격한 감광이 흑점 사이클과 관련된 것인지 알아낼 수 있을 것"이라면서 "어떤 경우든 베텔게우스는 미래 연구에서도 흥미로운 대상으로 남아 있을 것"이라고 덧붙였다. 베텔게우스의 표면온도는 대략 3230℃ 정도인데, 이 결합 데이터는 베텔게우스의 감광이 표면 온도가 약 200℃도 떨어진 것과 관련이 있음을 보여준다. 연구팀은 또 베텔게우스의 고해상도 이미지에 나타난 광도가 비대칭적 차이를 보이는 점을 근거로 광구의 50~70%가 거대한 흑점으로 덮여 있으며, 이 구역이 밝은 구역보다 낮은 온도를 보이는 것으로 분석했다. JCMT의 선임 과학자 스티브 마이어스도 “베텔게우스와 같은 이전 세대의 별들은 실제로 지구상이나 우리 몸에서 발견되는 대부분의 원소들을 초신성 폭발로 은하계에 분포시켰다”고 설명한 후 “우리는 이 별이 언제 폭발할지 예측할 수 없지만, 밝기를 추적하면 흥미로운 별의 진화를 더 잘 이해할 수 있을 뿐 아니라 우리가 살고 있는 이 우주의 역사를 더욱 잘 알 수 있게 될 것”이라고 덧붙였다. 이번 연구는 6월 29일(현지시간) ‘천체 물리학 저널 회보’에 게재되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　　

해왕성이나 천왕성 같은 얼음 행성 내부에 ‘다이아몬드 비’가 내리는 과정을 입증한 연구결과가 공개됐다. 지금까지 전문가들은 이들 행성의 내부 약 8000㎞ 안에서 엄청난 압력이 발생하고, 이 과정에서 수소와 탄소가 분리되면서 다이아몬드 비가 내린다고 추측해왔다. 다이아몬드는 99% 이상 탄소 원자로 이루어진 입방체 결정구조를 가지고 있으며, 지구에서도 약 150㎞ 깊은 지하의 높은 온도와 압력 조건에서 만들어진다. 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소 및 독일 독일 헬름홀즈 협회 등 공동 연구진은 미국 스탠퍼드 선형 가속기 센터(SLAC)가 개발한 입자가속기의 일종인 선형가속기(LCLS)를 이용해 실험을 진행했다. 그 결과 탄소가 곧바로 다이아몬드 결정으로 변환되는 과정을 확인할 수 있었다. 연구진은 해왕성과 천왕성에 다이아몬드가 다량 존재한다는 기존의 가설을 입증하기 위해 합성수지인 폴리스티렌을 이용, 해왕성 내부 1만㎞ 지점과 유사한 환경을 만든 뒤 섭씨 4727℃에 달하는 열을 가했다. 이와 함께 150만 개의 막대와 강력한 레이저로 아프리카코끼리 250마리와 맞먹는 무게의 충격파를 더했다. 2017년 당시 독일 연구진도 엑스레이(X선)를 이용해 유사한 실험을 진행했었는데, 이는 다이아몬드가 완성되기 전의 비결정성 분자를 확인하기에는 다소 한계가 있었다. 미국 연구진은 탄소가 다이아몬드로 변환되는 과정을 명백하게 분석하기 위해, 폴리스티렌의 전자(electron)에서 엑스레이가 어떻게 산란 되는지를 측정하는 새로운 방식을 이용했다. 그 결과 열과 압력에 의해 분리된 탄소가 다이아몬드로 변환되는 과정을 확인했으며, 분리된 수소에는 탄소의 성분이 거의 남지 않는다는 것을 알게 됐다.연구진은 “이번 연구는 쉽게 재현하기 어려운 흥미로운 과정을 예측해볼 수 있는데 도움을 준다. 예컨대 토성이나 목성 같은 가스로 이루어진 행성의 내부에서 발견되는 수소와 헬륨은 이러한 극한 조건에서 어떻게 혼합되고 또는 분리되는지 알 수 있다”면서 “이것은 행성과 행성의 진화 역사를 연구하는 새로운 방법이다. 뿐만 아니라 미래의 잠재적인 에너지에 대한 실험으로 이어질 수 있다”고 설명했다. 전문가들은 수천 년에 걸쳐 다이아몬드 비가 천천히 내리면서 천왕성과 해왕성의 핵 주변에 두꺼운 층을 이뤘을 것으로 보고 있다. 또 이렇게 생겨난 다이아몬드 중에는 수백만 캐럿에 이르는 거대한 크기도 있을 것이라는 예측도 있다. 일부 전문가들은 이러한 가설을 토대로, 해왕성이나 천왕성 등 얼음행성 전체가 다이아몬드로 이뤄졌을 가능성도 있다고 내다봤다. 이밖에도 지구에서 약 40광년 떨어진 슈퍼지구 중 하나인 ‘55캔크리e’ 역시 행서의 표면이 흑연과 다이아몬드로 덮여 있을 가능성이 높아 일명 ‘다이아몬드 행성’이라 불리기도 한다. 자세한 연구결과는 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ 최신호에 실렸다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

태양계에 있는 수많은 위성 가운데 생명체의 존재 가능 가능성 때문에 과학자들이 특별히 주목하는 위성이 있다. 바로 목성의 위성 유로파와 토성의 위성 엔셀라두스다. 이 두 위성은 표면의 얼음 지각과 내부의 따뜻한 물이 뿜어져 나오는 간헐천의 존재가 확인된 위성이다. 아마도 내부에는 액체 상태의 물이 있을 것으로 추정된다. 그런데 내부에 액체 상태의 물이 있을 것으로 추정되는 위성은 이 둘만이 아니다. 태양계의 마지막 행성인 해왕성의 위성 트리톤(Triton) 역시 내부에 바다가 존재할 가능성이 있다. 미 항공우주국(NASA)의 보이저 2호는 1989년 해왕성의 가장 큰 위성인 트리톤의 사진을 찍어 지구로 전송했다. 과학자들은 트리톤의 실제 얼굴을 보고 깜짝 놀랐다. 달보다 작은 얼음 위성에 선명하게 구분되는 복잡한 지형이 있을 뿐 아니라 대기까지 지니고 있었기 때문이다. 반면 크레이터는 매우 적었는데, 이는 지름 2700㎞ 정도의 얼음 위성 표면이 최근에 형성되었다는 의미다. 트리톤의 복잡한 지형을 면밀히 검토한 과학자들은 영하 235도의 트리톤 얼음 지각 아래에 액체 상태의 물이 있을 가능성이 높다고 판단했다. 사실 트리톤는 명왕성만큼 태양에서 멀리 떨어져 있어 표면 온도는 영하 235도에 불과하다. 하지만 유로파나 엔셀라두스처럼 내부 온도는 표면보다 높아 액체 상태의 물이 존재할 수 있으며 이로 인해 표면에서 얼음 화산과 간헐천 등 다양한 지질활동이 발생한다. 예상치 못한 복잡한 지형은 이렇게 해석하면 쉽게 설명할 수 있다. 하지만 보이저 2호는 해왕성을 지나가면서 4만㎞ 떨어진 지점에서 트리톤 표면의 40%만을 관측했을 뿐이다. 더구나 보이저 2호의 오래된 관측 장비를 이용한 만큼 지금 기준으로 보면 데이터가 미흡한 부분이 많다. 따라서 NASA는 차세대 태양계 탐사 프로젝트 후보로 트리톤을 탐사할 트라이던트(Trident) 탐사선을 계획하고 있다.트라이던트는 바다의 신 포세이돈이 든 삼지창에서 이름을 따왔다. 참고로 트리톤은 포세이돈의 아들이며 아버지처럼 삼지창을 들고 등장하는 때도 있다. 현재 추진 중인 계획대로라면 트라이던트는 2026년 발사되어 2038년에 트리톤에 도착하게 된다. 트라이던트의 1차 목표는 보이저 2호가 보지 못했던 트리톤 전체 지형도를 완성하는 것이다. 그것도 최신 관측 장비를 이용해서 매우 상세히 관측할 예정이다. 하지만 얼음 지각 아래에 있는 바다의 존재를 확인하기 위해서는 표면 지형도만으로는 부족하다. 트라이던트는 트리톤의 자기장을 상세히 관측해 내부에 액체 상태의 물이 존재하는지, 존재한다면 분포와 양은 어떻게 되는지를 밝힐 수 있다. 트리톤의 대기 역시 트라이던트가 관측해야 할 주요 목표다. 트리톤의 대기는 매우 희박하지만, 생각보다 강력한 이온층이 존재하며 생각보다 크기도 크다. 보이저 2호는 심지어 구름을 관측하기까지 했다. 달보다 작은 얼음 위성이 예상외로 크고 복잡한 대기를 지닌 이유 역시 과학자들의 궁금해하는 미스터리 중 하나다. 트리톤은 태양계 대형 위성 중 유일하게 행성의 자전 방향과 반대로 공전하는 역행성 위성이다. 따라서 본래 해왕성의 위성이었던 것이 아니라 해왕성 인근 궤도를 공전하던 소행성이 우연히 중력에 의해 포획된 것으로 추정된다. 이름처럼 해왕성의 자식이 아니라 사실은 명왕성의 형제인 셈이다. 트리톤 내부의 바다와 출생의 비밀을 포함해 트라이던트가 풀어야 할 비밀은 너무나 많다. 비록 오랜 시간이 걸리겠지만, 언젠가 그 비밀은 하나씩 풀리게 될 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

태양보다 180배 정도 어린 별을 공전하는 해왕성 크기의 외계행성을 천문학자들이 발견했다. 이는 지구의 행성 진화 과정을 엿볼 수 있어 학계의 주목을 받고 있다. 미국과 캐나다 등 국제연구진은 차세대 ‘행성 사냥꾼’으로 불리는 테스 우주망원경(TESS)과 지금은 은퇴한 스피처 우주망원경의 관측자료를 분석해 지구에서 약 32광년 떨어진 적색왜성 ‘현미경자리 AU’(AU Mic)의 주위를 공전하는 가스형 행성 ‘현미경자리 AU b’(AU Mic b)를 발견했다.이들 연구자가 이 행성을 거느린 별에 주목한 이유는 이 항성이 비교적 가까운 곳에 있고 어리기 때문이다. 이 별은 지구에서 태양 다음으로 가까운 별인 센타우루스자리 프록시마보다 약 8배 더 먼 곳에 있으며 태양이 존재해온 기간인 약 45억 년과 비교했을 때 겨우 2000만 년에서 3000만 년 정도밖에 되지 않았다. 따라서 이 젊은 별은 자체 중력으로 물질을 중심핵으로 끌어당겨 압축할 때 생기는 고열 탓에 종종 강력한 빛을 내뿜는 데 이를 플레어링 현상이라고 한다. 태양의 절반 정도 크기인 이 별은 아직 그 주변에 먼지와 가스로 된 원시행성 원반을 거느리고 있다. 연구에 참여한 미국 메릴랜드대 볼티모어캠퍼스 우주과학기술센터의 토머스 바클리 박사는 이번 연구 전까지 이 젊은 별이 태양처럼 행성계를 형성했는지에 의문을 품고 있었다고 밝혔다. 그는 “우리가 이해하고 싶은 것 중 하나는 이 행성이 행성계에서 언제 형성됐고 초기에 어떤 일이 벌어졌는가다”면서 “상대적으로 어린 이 행성계는 행성 형성을 연구하는 특별한 실험실로 태양계가 어떻게 형성됐는지를 밝히는 데 도움이 될 수 있다”고 설명했다. 이어 “이 별은 아직 작은 암석형 행성을 만들어낼 시간이 없었을 것”이라면서 “이 행성계는 우리에게 지구나 금성 같은 암석형 행성이 형성되기 전 어떤 일이 일어났는지 알 기회를 준다”고 덧붙였다. 연구를 이끈 미국 조지메이슨대 조교수인 피터 플라브찬 박사는 동료 연구자들과 함께 2018년 이 별을 공전하는 행성의 첫 번째 신호를 탐지했었다. 이 관측은 2019년 스피처 우주망원경의 관측자료에서 다시 한번 확인됐다. 또 다른 연구 참여자인 캐나다 몬트리올대 외계행성연구소의 천체물리학자 조나탕 가네 박사는 현미경자리 AU와 같은 작은 별은 대개 매우 강력한 자기장을 지녀 매우 활동적이라면서 이는 1970년대 확인된 플레어링 활동이 잘 설명해준다고 말했다.이들 연구자는 현미경자리 AU b 행성이 모항성의 앞을 통과할 때 이 행성에 의해 차단된 빛의 양을 분석함으로써 행성의 크기와 공전 주기를 계산할 수 있었다. 테스 프로젝트의 부책임자이기도 한 토머스 바클리 박사는 항성의 이런 밝기 감소는 행성 크기에 관한 많은 정보를 제공한다고 덧붙였다.이를 통해 연구진은 현미경자리 AU b 행성이 크기는 해왕성 정도 되고 지구의 약 58배에 조금 못 미치는 질량을 지니고 있으며 공전 주기는 8.5일 정도 된다는 것을 알아냈다. 참고로 태양에서 가장 가까운 행성인 수성의 공전 주기는 88일이다. 그만큼 이 행성은 모항성에 가까운 곳에 있을 가능성이 크다. 연구진은 또 다음 연구의 일부 단계로 이 행성의 대기 상태에 대해 더 많은 정보를 얻고 싶어한다. 바클리 박사는 “이 행성은 우리가 볼 수 있는 속도로 대기를 빠르게 잃고 있을지도 모른다”고 말했다. 대기를 구성하는 물질을 결정하면 형성된 행성은 모항성에서 일정 거리에만 존재하므로 어떻게 형성됐는지도 확인할 수 있다. 이 점은 행성이 새로운 행성계에서 어떻게 형성되고 움직이는지에 관한 정보를 제공하면서, 처음 발견된 이후로 어떻게 이동하고 있는지에 관한 단서를 제공할 것이다. 바클리 박사는 또 현미경자리 AU b 행성은 목성이나 토성, 해왕성 또는 천왕성 같이 태양계의 가스형 행성과 매우 비슷하지만, 더 뜨겁다고 말했다. 이어 행성들의 움직임을 이해하는 것은 정말 어려운 문제라고 덧붙였다. 이들 연구자는 현미경자리 AU는 행성계와 거기서 만들어지는 파편이나 가스와 어떻게 상호작용하는지를 이해하는 데 특히 유용하다고 말했다. 이런 행성계는 거의 알려져 있지 않으며 심지어 이만큼 지구와 가까운 것으로 알려진 행성계는 거의 없다. 게다가 현미경자리 AU 행성계는 지구와 가까워 더 밝게 빛이 나므로 다양한 장비로 관측할 수 있다. 현미경자리 AU는 우주의 같은 영역에서 거의 동시에 형성된 젊은 별들의 모임 일부분이다. 그중 화가자리 베타(Beta Pictoris)라는 이름이 붙여진 항성 역시 원시행성 원반을 갖고 있다. 하지만 이 행성계에서는 모항성이 태양 질량의 1.75배로 더 크고, 행성들도 목성의 11배와 9배로 상당히 크다. 따라서 이 행성계는 현미경자리 AU 행성계와 같은 방식으로 진화하지 않은 것으로 추정된다. 연구진은 공통점이 많지만 서로 다른 이 두 행성계를 연구하면서 행성 형성의 매우 다른 두 시나리오를 비교할 수 있다. 시간이 지남에 따라 그리고 더 많은 관측을 통해 이들 연구자는 초기 행성 형성의 본질과 행성이 모항성 중심에서 외부로 이동하는지 아니면 제자리에 형성되는지 이해할 수 있기를 바란다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 세계적 학술지 네이처(Nature) 최신호(6월24일자)에 실렸다. 사진=NASAS 고다드 우주비행센터 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지구상에서 선택받은 극히 일부의 사람만 볼 수 있는 우주에서의 환상적인 광경이 포착됐다. 지난 10일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 국제우주정거장(ISS)에서 포착한 오로라 사진을 홈페이지에 공개했다. 저멀리 푸른 지구를 배경으로 녹색빛으로 너풀거리는 오로라의 모습이 인상적인 이 광경은 비현실적으로 느껴질 만큼 아름답다. 사진의 오른편에는 ISS의 상징과도 같은 커다란 태양전지판이 보인다. 이 사진은 ISS가 호주와 남극대륙 사이 상공을 지나갈 때 촬영돼 남극광에 해당된다. 오로라는 일반적으로 북반구에서 관측되는 것으로 잘 알려져 있지만 이처럼 남반구에서도 발생한다. 서양에서는 북극광을 북쪽의 새벽을 의미하는 ‘오로라 보레알리스’(Aurora Borealis)로, 남극광을 남쪽의 새벽을 의미하는 ‘오로라 오스트랄리스’(Aurora Australis)라고 부른다. 우주에서도 관측이 가능한 오로라는 태양표면 폭발로 우주공간으로부터 날아온 전기 입자가 지구자기(地球磁氣) 변화에 의해 고도 100∼500㎞ 상공에서 대기 중 산소분자와 충돌해서 생기는 방전현상이다. 오로라는 ‘새벽’이라는 뜻의 라틴어 ‘아우로라’에서 유래했으며 목성, 토성 등에서도 비슷한 현상이 나타난다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

태양과 같은 별 '케플러-88'을 공전하는 헤비급 챔피언인 행성 '케플러-88c'는 더 이상 '케플러-88 시스템'에서 중력의 신인 외계행성이 아닌 것으로 밝혀졌다. 최근 이 항성 시스템에서 새로 확인된 외계행성이 태양계 최대 행성인 목성보다 무려 3배에 이르는 질량을 가진 것으로 알려졌다. 하와이 마우나 케아의 케크 천문대에서 수집한 6년 간의 데이터를 기반으로 하와이 대학 천문연구소(UH IfA)는 세 번째 외계행성 궤도의 케플러-88d를 새롭게 발견했다. 이 외계행성은 4년 주기로 모항성 케플러-88 둘레를 천천히 공전한다. UH IfA의 베아트리체 왓슨 패런트 박사후 연구원인 로렌 바이스 대표저자가 이끄는 연구팀은 구경 10m 케크 망원경에 부착된 고해상도 HIRES(High-Resolution Echelle Spectrometer) 장비를 이용해 이번의 획기적인 발견을 일구어냈다. 바이스 대표저자는 “목성 질량의 3배에 달하는 케플러-88d은 ‘왕’이라 불리는 목성 질량의 케플러-88c보다 케플러-88 항성계의 역사에 더 큰 영향을 미쳤을 것"이라면서 "아마도 케플러-88d는 이 행성 제국의 새로운 황후일 것"이라고 밝혔다. 지구에서 1200광년 떨어져 있는 거문고자리의 케플러-88 시스템은 2013년에 2개의 외계행성이 발견된 이래 천문학자들로부터 주목을 받아왔다. 2개의 외계행성 중 더 큰 케플러-88c는 형제인 기체행성 케플러-88b와 함께 모항성 주위를 공전하면서 긴밀한 상호작용을 하는 것으로 보인다. 외계행성 케플러-88b는 11일마다 궤도를 일주하는데, 이는 케플러-88c의 궤도 일주에 비해 딱 절반에 해당한다. 케플러-88c는 케플러-88b보다 20배 더 무겁기 때문에 두 행성이 서로 궤도를 쓰쳐지날 때 더 큰 행성의 중력이 안쪽을 도는 케플러-88c에 강한 중력을 행사해 궤도에 영향을 미친다. 다시 말해, 케플러-88b가 궤도를 두 차례 돌 때마다 덩치 큰 형제에 의해 펌핑된다고 케크 천문대는 밝혔다.천문학자들이 관찰한 이같은 현상은 이른바 ‘평균 운동 공명’으로 알려진 기이한 역학으로, 바이스 연구팀에 따르면, 시계 방식으로 행동하는 것처럼 보이는 두 궤도의 상호작용은 그네 탄 아이를 밀어주는 부모와 비슷하다. 현재는 퇴역한 미 항공우주국(NASA)의 케플러우주망원경(연료 부족으로 2018년 10월 30일 공식적으로 작동중단)의 도움으로 케플러-88 시스템에서 행성의 정밀한 궤도 타이밍이 얻어졌다. 케플러 망원경은 외계행성이 모항성 앞을 지날 때 나타나는 광도 변화를 포착하는 트랜싯 기법으로 외계행성을 발견하며, 이 방법으로 이동 시간 변동 값을 얻을 수 있었다. 태양계의 경우 목성이 중력의 왕으로, 고리를 두른 토성의 2배, 지구의 300배나 되는 질량을 자랑한다. 따라서 목성의 움직임은 다른 태양계 천체들은 물론, 심지어 수십억 년 전 지구에 물을 가져다준 혜성 무리에까지 중력적 영향을 미친다. 바이스 박사는 케플러-88d가 새로 형성된 암석 행성에 물을 함유한 혜성들을 향하게 하는 데 영향을 미치는지 여부는 연구팀에게 중요한 사항이라고 밝혔다. 자세한 연구 성과는 저명한 천문학 분야 학술지 ‘천문학 저널’(AJ·The Astronomical Journal) 최신호(4월 29일자)에 실렸다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

1950~60년대 냉전시절 미국이나 소련, 중국 등은 핵폭발로 인해 발생하는 낙진이나 인간이나 생태환경에 미칠 수 있는 영향을 무시하고 공공연하게 지상 핵실험을 실시했다. 그런데 냉전 중 지상핵실험이 폭발장소에서 수 천㎞ 떨어진 장소의 기상 패턴을 변화시켰을 것이라는 연구결과가 나왔다. 영국 레딩대 기상학과, 베스대 전기전자공학과, 브리스톨대 항공우주공학과 공동연구팀은 1950~1960년대 미국과 소련이 시행한 핵실험에서 방출된 전기전하가 당시 비구름에 영향을 줘 수 천 ㎞ 떨어진 곳의 강수량을 늘렸다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 물리학 분야 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 13일자에 실렸다. 냉전 시절에는 미-소 양국은 군사적 능력을 과시하기 위해 핵무기를 개발해 지상에서 핵실험을 실시했다. ‘원자폭탄의 주(州)’로 불려진 네바다의 사막이나 태평양, 극지에 위치한 외딴 섬에서 지상실험을 했는데 낙진과 같은 방사성물질은 대기권 전체로 퍼져나갔던 것으로 알려져 있다. 방사능은 공기를 이온화시켜 전하를 방출하는데 주변의 원자나 분자에 부딪쳐 더 많은 전하입자를 만들게 된다. 이렇게 만들어진 전하입자들은 대기 중 먼지, 그을음, 물방울을 응집시켜 비처럼 땅에 떨어지도록 만든다. 연구팀은 실제로 지상핵실험이 강우량에 변화를 줄 수 있는지에 대해 파악하기 위해 1962~1964년까지 런던 인근 큐지역과 셰틀랜드 제도의 레릭에 위치한 영국기상청 관측소 기록을 분석했다. 특히 셰틀랜드 레릭지역은 스코틀랜드에서 북서쪽으로 300마일 이상 떨어져 있어서 다른 인위적 오염원의 영향을 받지 않아 탐지하기 어려운 강수영향을 관찰하기 좋은 곳으로 알려져 있다.그 결과 지상 핵실험 실시 직후가 그렇지 않은 때보다 강수량이 24% 정도 높은 것으로 확인됐다. 연구팀에 따르면 대기 중 전하는 구름 속 물방울이 충돌하고 결합하는 방식을 바꿔 물방울 크기에 영향을 미치고 결국 강수량에 영향을 미치게 된다. 길스 해리슨 레딩대 교수(기후물리학)는 “이번 연구결과는 화학물질을 사용하지 않고 전하가 어떻게 강수에 영향을 미치는지를 보여줌으로써 가뭄을 줄이거나 홍수를 예방할 수 있는지를 보여준다”라며 “우주선(線)의 영향으로 만들어진 전하 입자로 대기가 채워져 있는 목성과 해왕성 같은 외계행성의 날씨 패턴을 더 잘 이해하는데 도움을 줄 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

'태양계의 큰 형님' 목성은 가스 행성으로, 신기한 대기현상을 보여주는 구름띠는 여전하고 지옥같은 폭풍이 부는 소용돌이 구름도 널리 퍼져있다. 이를 관측해 연구하고 싶은 인류의 꿈은 다양한 방식으로 이루어지는데 지구 대기권 위에 떠있는 허블우주망원경 그리고 목성 궤도에 진입해 탐사를 진행 중인 주노(Juno)가 대표적이다. 최근 미국 캘리포니아 대학 버클리캠퍼스 연구팀은 하와이 마우나 케아 산 정상에 있는 제미니 노스 망원경(Gemini North Telescope)으로 관측한 흥미로운 목성 사진을 공개했다. 지상에 있는 망원경으로 잡아낸 목성 중 가장 선명한 것으로 꼽히는 이 사진은 적외선으로 포착한 것으로 기존에 널리 알려진 가시광으로 보는 목성과는 다르다. 마치 이글이글 타오르는듯한 모습 때문에 잭-오-랜턴(jack-o‘-lantern·호박에 도깨비 얼굴을 새기고 그 안에 초를 넣어 만드는 핼러윈의 대표적인 상징) 처럼 보인다는 평가.연구에 참여한 행성과학자 마이클 웡은 "목성의 대기가 어떻게 작동하는지 아는 것이 연구 과제"라면서 "구름이 없는 지역에서는 밝은 적외선 빛이 나오는 것을 볼 수 있으나 반대의 곳에서는 어둡다"고 설명했다. 이어 "이 사진은 지상에서 얻어진 최고 해상도의 목성 이미지로 '럭키 이미징' 기술을 사용했다"고 덧붙였다. 　 일반적으로 지상에서는 지구 대기의 흔들림 때문에 천체가 흐릿하게 보이거나 깜빡이는 것처럼 보인다. 럭키 이미징(lucky imaging)은 매우 짧은 노출로 최대한 많은 이미지를 얻은 뒤 그중 가장 잘 나온 것만 골라 만든 것으로 말 그대로 '행운의 샷'인 셈이다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지난 10일 자 우주전문매체 스페이스닷컴에 발표된 고대 그리스의 놀라운 천문학적 발견에 관한 칼럼을 소개한다. 고대인들의 놀라운 지성과 과학수준을 엿볼 수 있는 흥미로운 내용으로, 필자는 영국 버밍엄 대학의 박사후 과정에 있는 개리스 도리언이다. 헤로도투스(기원전 484~425)의 ‘역사’는 기원전 5세기 중반 고대 그리스인의 세계를 들여다볼 수 있는 놀라운 창을 제공한다. 그들이 몰랐던 사실에 관한 것도 흥미롭지만, 그들이 알고 있는 것에 대한 사실도 흥미롭기 그지없다. 향후 몇 세기 동안 고대 그리스인들은 순전히 자신들의 관찰에 의존해 놀라운 지적 성장을 이룩했다. 헤로도투스는 아프리카가 거의 완전히 바다에 둘러싸여 있다고 주장했다. 이 같은 사실을 어떻게 알았을까? 그는 이집트의 네코 2세(기원전 600경)가 파견한 페니키아 선원들이 홍해에서 시작하여 시계 방향으로 아프리카 대륙 연안을 항해한 것에 대해 이야기한다. 이 이야기가 사실이라면 인류가 최초로 아프리카 대륙 연안을 일주한 기록이 되며, 여기에는 고대 세계의 천문 지식에 대한 흥미로운 통찰도 포함되어 있다. 항해에는 몇 년이 걸렸다. 아프리카의 남단을 돌아 서쪽으로 선수를 돌린 선원들은 태양이 북쪽 수평선 위 오른쪽에 있는 것을 관찰했다. 그러나 지구가 구형이고 남반구가 있다는 것을 아직 알지 못했기 때문에 이 관찰은 당시에는 별로 의미가 없었다. 1. 행성은 태양을 공전한다 그러나 몇 세기 후 고대 그리스의 지성이 폭발적으로 성장했다. 사모스의 아리스타르코스(기원전 310~230)는 태양이 우주의 ‘중심 불'(central fire)이라고 주장했으며, 당시 알려진 모든 행성을 올바른 순서로 배치하는 데 성공했다. 이것이 인류 역사상 최초로 등장한 태양 중심설, 곧 지동설이다. 그러나 불행하게도 태양 중심설을 주장한 원문이 남아 있지 않아 아리스타르코스가 어떻게 그 같은 결론을 도출해냈는지는 자세히 알 수 없다. 다만, 태양과 지구, 달의 상대적 거리와 크기를 알고 있었던 아리스타르코스는 태양이 지구나 달보다 보다 훨씬 크기 때문에 당연히 태양계에서 중심에 있어야 한다고 추론했을 것으로 보인다. 16세기에 코페르니쿠스가 지동설을 재발견하기까지 무려 1700년 동안 아리스타르코스의 지동설이 햇빛을 보지 못한 채 잊혀졌다는 사실은 참으로 놀라운 일이 아닐 수 없다.2. 달의 크기 현존하는 아리스타르코스의 저작 중에 태양과 달의 크기와 거리에 관한 것이 있다. 이 놀라운 논문에서 아리스타르코스는 태양과 달까지의 상대적인 크기와 거리에 대해 최초로 시도한 계산을 제시했다. 오랜 관찰에 의해 태양과 달은 하늘에서 겉보기 크기가 같으며, 태양이 달보다 더 멀리 있다는 사실이 당시 널리 알려져 있었다. 고대 그리스인들은 달이 지구와 일정한 거리를 두고 태양 앞으로 지나가는 일식에서 이 같은 사실을 깨달았다. 아리스타르코스는 여기서 한걸음 더 나아가 달이 정확히 반달일 때, 태양-달-지구가 이루는 각도가 직각이며, 세 천체가 직각삼각형을 만든다는 점에 착안, 피타고라스의 정리를 이용해 세 천체 간의 상대적 거리를 계산해냈다. 그 결과 태양까지의 거리가 달까지의 거리의 18~20배가 되는 값을 추정했다. 또한 달의 크기는 월식 때 달에 떨어진 지구 그림자의 곡률을 계산하여 지구 크기의 약 1/3이라고 추정했다. 여기서 태양의 크기(지름)는 지구의 약 7배라는 계산이 나온다. 지름이 7배라면 부피는 7^3 배, 곧 343배나 된다. 이렇게 큰 것이 작은 지구 둘레를 돈다는 것은 이치에 맞지 않다고 그는 생각한 것이다. 당시에는 망원경이 없어 태양까지의 예상 거리가 너무 짧았지만(실제 비율은 390배), 달과 지구 크기의 비율은 놀랍도록 정확하다. 달의 지름은 지구의 지름 0.27배다. 오늘날 우리는 첨단 망원경, 레이더 관측 및 아폴로 우주 비행사에 의해 표면에 남겨진 레이저 반사경을 포함하여 다양한 방법으로 달까지의 거리와 크기를 정확하게 알고 있다. 3. 지구의 둘레 에라토스테네스(기원전 276~195)는 알렉산드리아 대도서관의 수석 사서이자 유능한 실험가였다. 그의 많은 업적 중에는 최초로 알아낸 정확한 지구 둘레 계산이 들어 있다. 피타고라스는 일반적으로 지구 구형설의 초기 지지자로 간주되지만, 지구의 크기까지는 몰랐던 것으로 보인다. 에라토스테네스의 지극히 간단한 방법은 지구 둘레의 크기를 알아냈는데, 그것은 태양을 이용한 방법이었다. 어느 날 에라토스테네스는 도서관에 있던 파피루스 책에서 ‘남쪽의 시에네(지금의 이집트 아스완) 지방에서는 하짓날인 6월 21일이 되면 수직으로 꽂은 막대기의 그림자가 없어지고 깊은 우물속 물에 해가 비치어 보인다’는 문장을 읽었다. 이는 곧 시에네가 북위 23.5도인 북회귀선 상에 있다는 뜻이다. 에라토스테네스는 실제로 6월 21일을 기다렸다가 막대기를 수직으로 세워보았다. 하지만 알렉산드리아에서는 막대 그림자가 생겼다. 이는 지구 표면이 평평하지 않고 곡면이라는 뜻이다. 에라토스테네스가 파피루스 위에 지구를 나타내는 원 하나를 컴퍼스로 그렸을 순간, 엄청난 일이 일어났다. 수학적 개념이 정확한 관측과 결합되었을 때 얼마나 큰 위력을 발휘하는가를 확인해주는 수많은 사례 중의 하나다. 그림자 각도를 재어보니 7.2도였다. 햇빛은 워낙 먼 곳에서 오기 때문에 두 곳의 햇빛이 평행하다고 보고, 두 엇각은 서로 같다는 원리를 적용하면, 이는 곧 시에네와 알렉산드리아 사이의 거리가 7.2도 원호라는 뜻이다. 당시 알렉사드리아와 시에네 간의 거리는 약 925㎞로 알려져 있었다. 그 다음 계산은 간단한 것이다. 925x360/7.2 하면 약 46,250이라는 수치가 나오고, 이는 실제 지구 둘레 4만㎞에 약 15%의 오차밖에 안 나는 것이다. 2300년 전 고대에, 막대기 와 각도기 하나로 이처럼 정확한 지구의 크기를 알아낸 에라토스테네스야말로 위대한 지성이라 하지 않을 수 없다.​ 4. 최초의 천문 계산기세계에서 가장 오래된 기계식 계산기는 안티키테라 기계(Antikythera Mechanism)다. 이 놀라운 장치는 1900년 그리스 안티 키테라 섬의 고대 난파선에서 발견되었다. 기계의 표면에는 글자가 새겨져 있는데 이것은 일종의 설명서의 역할을 한다. 이 중 약 25%에 해당하는 3500여 개의 글자를 해독한 결과 태양, 달, 금성 등 천체들의 움직임과 위치, 일식에 관한 예측 등이 담겨 있었다. 기계는 이제 시간이 지남에 따라 파편화되었지만, 손상되지 않은 상태에서는 수십 개의 정교한 청동 톱니바퀴를 가진 박스형 장치였다. 손잡이를 수동으로 회전하면 톱니는 외부의 숫자를 통해 연중 달의 위상, 월식 시간 및 5개의 행성(수성, 금성, 화성, 목성, 토성)의 위치를 표시한다. 심지어 행성의 역행을 설명하기도 했다. 우리는 누가 그것을 만들었는지 알지 못하지만 BC 3세기에서 1세기 사이 유물로, 어쩌면 아르키메데스의 작품일지도 모른다. 안티키테라 기계의 정교함을 갖춘 기어 장치 기술은 그후 수천 년 동안 나타나지 않았다. 안타깝게도 이들 작품의 대부분은 역사에서 사라져버렸고, 그로 인해 인류의 과학적 각성은 천년 이상 지체되었다. 이 고대 과학이 계속 이어졌더라면 우리 인류의 문명이 지금보다는 훨씬 더 발전했을 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

이미 은퇴한 미국항공우주국(NASA)의 케플러 우주망원경은 수천 개 이상의 외계행성을 찾아냈다. 과학자들은 케플러의 후계자인 테스(TESS·Transiting Exoplanet Survey Satellite))를 통해 훨씬 많은 숫자의 외계행성을 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 하지만 수많은 외계행성을 발견한 것은 외계 성 연구의 시작일 뿐이다. 과연 이 가운데 생명체가 살 수 있는 행성이 어디인지 알아내고 실제 생명체가 있는지 검증하는 일이 앞으로 외계행성 연구의 가장 큰 과제로 떠오르고 있다. 만약 지구처럼 질소와 산소로 구성된 대기와 지구와 비슷한 크기, 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 환경을 지닌 행성이 있다면 과학자들은 생명체 존재 가능성을 높게 볼 것이다. 하지만 만약 대기 구성 성분이 지구와 크게 다르다면 어떨까? 사실 지구도 초기에는 대기 중에 산소와 질소가 거의 없고 암모니아, 메탄, 이산화탄소, 수소 등 지금과는 다른 성분이 풍부했다. 초기 지구 생명체는 이런 환경에서 탄생했다. 따라서 지구형 외계행성이 현재 지구와 다른 대기를 지녔다고 해도 생명체는 존재할 수 있다. 과학자들은 지구와 다르지만 생명체가 존재할 수 있는 대기 조건에 대해서 연구를 진행하고 있다. 미국 매사추세츠공과대(MIT)의 사라 시거 교수가 이끄는 연구팀은 독특한 조건에서 지구 생물을 연구했다. 바로 수소가 100%인 대기 환경에서도 생존이 가능한 생명체를 찾는 것이다. 언뜻 생각하기에는 수소 100%인 대기 조건에서 생존할 수 있는 지구 생명체가 없을 것 같지만, 사실 수소 자체는 독성을 지닌 물질이 아니다. 단지 산소와 격렬하게 반응하기 때문에 일반적으로 위험 물질로 여겨지는 것뿐이다. 100% 수소 환경에서는 매우 안정한 기체다. 연구팀은 두 종류의 생물이 100% 수소로 채워진 실험실 환경에서도 잘 자라는 것을 확인했다. 바로 메탄생성균과 효모가 그 주인공이다. 전자는 원시적인 고세균의 일종으로 산소를 싫어하는 혐기성 생물이고, 후자는 진핵생물이지만 산소 없이도 살아갈 수 있는 생물이다. 따라서 이들은 100% 수소를 채운 실험실 환경에서도 영양배지 속에서 문제없이 증식하고 살아간다. 메탄 생성균의 경우에는 수소와 이산화탄소를 이용해 에너지를 얻을 수도 있다. 연구팀은 이를 근거로 수소가 풍부한 지구형 외계 행성을 그냥 지나쳐서는 안된다고 주장했다. 수소는 가벼운 기체이기 때문에 수소가 풍부한 원시적 대기를 지닌 행성이 있다면 대기 상층부로 상승해 지구에서 가장 쉽게 관측된다. 물론 현재 지닌 망원경으로 수백 광년 떨어진 작은 외계 행성의 대기를 직접 관측하기는 쉽지 않지만, 과학계의 기대를 한 몸에 받고 있는 차세대 우주 망원경인 제임스 웹 우주 망원경의 경우 가능할 수 있다. 수소가 풍부한 대기를 지닌 지구형 외계 행성은 어쩌면 원시적인 메탄 생성균이 살고 있을지도 모른다. 하지만 가능성이 있다는 이야기가 실제로 존재한다는 이야기가 될 순 없다. 많은 연구자들이 지구와 다른 환경에서도 생명체가 존재할 가능성을 다각도로 검토하고 있지만, 사실 가장 중요한 일은 하나라도 진짜 존재한다는 것을 증명하는 것이다. 과학자들은 우선 태양계에서 생명체 존재 가능성이 있는 목성의 위성 유로파나 토성의 위성 엔켈라두스에 대한 탐사를 준비하는 한편 망원경을 통해 생명활동의 징후를 찾아내는 방법을 연구하고 있다. 수소가 풍부한 대기를 지닌 행성에서도 예상보다 높은 메탄의 존재 등 여러 가지 방법이 있을 것이다. 당장에 답을 얻긴 어렵지만, 결국 과학이 이 문제에 대한 해답을 내놓을 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

목성 질량의 3배에 달하는 거대한 외계행성이 발견됐다. 미국 하와이대 천문학연구소는 지난달 29일(현지시간) 지구에서 약 1243광년 떨어진 케플러-88 항성계에서 이와 같은 행성을 발견하고, 케플러-88d로 명명했다고 밝혔다. 이번 관측에는 하와이 W.M.켁 천문대의 고해상도 에셸분광기(HIRES)가 사용됐으며 발견에는 6년이라는 시간이 걸렸다. 게다가 이 행성은 거대한 크기 덕분에 항성계 내 다른 행성들에 대한 지배력 역시 황제 수준으로 불리고 있다.케플러-88d(이하 88d)는 주성인 케플러-88을 타원 궤도에서 공전하고 있는데 한 바퀴 도는 데 걸리는 기간은 약 4년인 것으로 전해졌다. 같은 항성계에는 이미 케플러-88b(이하 88b)와 케플러-88c(이하 88c)로 명명된 두 행성이 각각 존재하는 것이 확인됐다. 하지만 이들 행성 모두 88d보다 훨씬 작다. 88b는 해왕성 크기로 공전 주기는 11일에 불과하며, 88c는 태양계 최대 행성인 목성에 맞먹지만 공전 주기는 22일밖에 되지 않는다.W.M.켁 천문대가 공개한 영상에는 각 행성의 공전 주기가 충실하게 재현돼 있다. 또한 88c의 크기는 88b의 20배 이상에 달해 그 안쪽을 도는 88b의 공전 주기에 영향을 미친다. 그런데 이번에 발견된 88d는 88c보다 더 거대하므로, 나머지 두 행성에 대해 상당한 지배력을 가질 것으로 예측된다. 목성의 크기는 우리가 사는 지구의 약 300배이다. 목성의 강한 중력은 화성이나 토성 등 주위 행성에 영향을 미치고 있어 태양계에서는 왕으로 부를 수 있다고 연구에 참여한 하와이대 천문학연구소의 로렌 위스 박사는 말했다. 그런데 이런 목성조차 케플러-88 항성계 안에 있다고 가정하면 이번에 발견된 행성 88d에 영향을 받는다는 것이다. 역시 어느 세계에서나 ‘뛰는 놈 위에 나는 놈이 있다’라는 속담이 적용되는 것일지도 모르겠다. 자세한 연구 성과는 저명한 천문학 분야 학술지 ‘천문학 저널’(AJ·The Astronomical Journal) 최신호(4월 29일자)에 실렸다. 사진=미국 하와이대 천문학연구소, W.M.켁 천문대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

태양계 내에서 지구 외에 생명체가 존재할 가능성이 가장 높은 천체인 유로파(Europa)의 신비로움을 보여주는 사진이 공개됐다. 지난 1일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 유로파의 생생한 표면 특징이 잘 드러나는 3장의 사진을 홈페이지를 통해 공개했다. 유로파의 세 지역을 담아낸 이 사진에서 가장 인상적인 것은 역시 표면에 선명히 보이는 희한한 줄무늬다.우리의 달과는 달리 목성의 달 유로파는 표면이 갈라진 얼음으로 뒤덮여 있는데 전문가들은 얼음 지각 아래에 거대한 바다가 숨겨져있을 것으로 보고있다. 곧 목성 중력 등의 영향으로 갈라진 얼음 사이로 물이 솟아오른 후 다시 얼어붙어 이같은 특이한 줄무늬가 생겼을 것이라는 추측이다. 특히 유로파의 일부 지역은 여러 능선과 평야 등이 뒤죽박죽 섞여있는데 NASA는 이를 '카오스 지형'(Chaos Terrain)이라 부르며 이번에 공개한 사진이 이에 해당된다. 공개된 이미지상에서 흰색과 연한 파란색은 순수한 물 얼음에 해당되며 불그스름한 지역은 소금 등의 물질이 더 많다. 다만 표면의 특징을 쉽게 파악하기 위해 이미지를 가공한 것으로 실제 보는 모습과는 차이가 있다. 한가지 더 흥미로운 점은 공개된 3장의 사진이 지난 1998년 갈릴레오 탐사선이 촬영한 것을 재가공한 이미지라는 사실이다. 22년이 지난 지금도 여전히 과거 데이터를 바탕으로 유로파 연구를 진행하고 있는 셈으로 NASA는 차기 유로파 탐사를 위해 군불을 떼는 중이다.NASA 제트추진연구소 행성지질학자인 신시아 필립스는 "과거 갈릴레오 탐사선이 촬영한 20년도 넘은 데이터지만 이미지 재처리 기술로 유로파 표면에 대한 새로운 관점의 연구를 진행 중"이라면서 "지금은 유로파의 일부만 알 수 있지만 향후 '유로파 클리퍼'가 큰 역할을 해줄 것"이라고 기대했다. 유로파 클리퍼(Europa Clipper)는 19세기 대양을 가로지르던 쾌속 범선인 클리퍼처럼 유로파에 대한 본격탐사를 위해 NASA가 추진 중인 야심찬 프로젝트다. 당초 2022년 발사를 앞두고 있었으나 현재는 2020년대 중반으로 연기된 상태다. 한편 목성의 4대 위성 가운데 하나인 유로파는 지름이 3100㎞에 달하며 바다가 있다면 지구처럼 수십억 년 이상의 역사를 지니고 있을 것으로 보인다. 복잡한 유기물이 생명체로 진화하기에 충분한 시간이다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

태양계는 8개의 행성과 그 위성 이외에도 수많은 소행성과 혜성으로 이뤄진 행성계다. 그런데 이 가운데는 정확한 분류가 어려운 천체도 존재한다. 목성과 해왕성 궤도 사이에 있는 미스터리 천체들인 켄타우로스(Centaurs)가 그런 사례다. 사람의 상반신과 말의 하반신을 지닌 신화의 존재처럼 켄타우로스는 혜성 같은 활동성을 지닌 소행성 같은 천체들로 정확한 분류와 기원에 대해서 많은 논쟁이 있다. 일부 과학자들은 태양계 먼 외곽지역인 오르트 구름에서 기원했다고 주장하지만, 오르트 구름에서 기원한 혜성과도 다른 특징을 지니고 있다. 과학자들은 지름 1㎞ 이상 크기의 켄타우로스가 4만4000개 정도 있을 것으로 추정하고 있다. 프랑스 국립 과학 센터(CNRS)와 브라질 상파울루 주립대학(UNESP)의 국제 과학자팀은 적어도 19개의 켄타우로스가 태양계가 아닌 다른 행성계에서 기원했다는 연구 결과를 영국 왕립천문학회 월보(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 발표했다. 연구팀은 켄타우로스 가운데 태양계에서 기원했다고 보기 어려운 19개의 공전 궤도를 확인하고 시뮬레이션을 통해 이들의 기원을 규명했다. 그 결과 가장 가능성이 큰 시나리오는 45억 년 전 태양계가 형성되던 시점에 태양계 옆을 지나던 외계 행성 천체가 우연히 태양계의 중력에 포획되어 태양 주변 궤도를 공전하게 된 경우였다.행성, 소행성, 혜성 등 태양계에서 기원한 천체는 45억 년 전 원시 태양 주변에 형성된 가스와 먼지구름인 원시 행성계 원반에서 탄생했다. 따라서 각자 크기와 구성은 다르지만, 공전 궤도면은 거의 비슷하다. 반면 이번 연구에서 지목한 19개의 켄타우로스는 다른 태양계 천체 공전 궤도에 수직 방향으로 태양 주변을 공전하고 있다. 태양계 초기의 원시 행성계 원반에서 태어났다면 지니기 어려운 궤도다. 아마도 이 켄타우로스들은 다른 행성계의 소행성 혹은 혜성에 해당하는 천체였지만, 태양계와 가까운 거리를 지나가는 과정에서 태양계에 포획되어 우연히 태양계 천체가 되었을 것이다. 만약 이 연구 결과가 옳다면 과학자들에게는 외계 행성계를 연구할 절호의 기회다. 오무아무아나 보리소프처럼 외계에서 기원한 것이 분명한 천체들이 태양계를 방문하긴 했지만, 너무 빠른 속도로 태양계를 벗어나기 때문에 자세히 관측하기가 불가능했다. 반면 켄타우로스는 태양계 내부 천체이기 때문에 직접 탐사선을 보내 관측할 수도 있다. 당장에는 탐사선 발사 계획이 없지만, 언젠가 과학자들은 이 미스터리 천체에도 탐사선을 보내 정확한 기원과 외계 행성계와의 연관성을 확인할 것이다. 그때가 되면 전혀 상상하지도 못했던 의외의 사실이 밝혀질지도 모른다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

지구와 가장 가까운 태양계 형제 행성으로 불리는 화성의 행성자기장이 과학자들이 이전에 알고 있는 것보다 훨씬 일찍, 심지어 지구보다 더 먼저 형성됐을 수 있다는 연구결과가 나왔다. 캐나다 브리티시 컬럼비아대 지구해양대기과학과, 미국 투손 행성과학연구소, 미네소타대 지구환경과학과, 세인트루이스 워싱턴대 우주과학센터, 프랑스 낭트대 행성·지구역학연구소 공동연구팀은 화성 궤도 탐사선 ‘메이븐’의 데이터를 바탕으로 화성 행성자기장이 45억년 전에 형성됐으며 37억년 전후로 사라졌다고 3일 밝혔다. 이 같은 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시즈’ 2일자에 실렸다. 지구 자기장은 지구 내부 핵의 움직임으로 만들어지는 자기장으로 태양이나 우주에서 날아오는 수많은 강력한 전자기파와 방사선을 막아주는 역할을 하고 있다. 태양계에서 지구처럼 행성 자기장을 갖고 있는 것은 수성, 지구, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이며 화성과 금성은 없는 것으로 알려져 있다. 금성은 내부 핵의 움직임이 느려 자기장 자체가 형성되지 않고 있으며 화성은 내부에 자기장을 형성할만한 물질이 있고 이전에는 자기장을 갖고 있었지만 어떤 이유로 갑자기 자기장이 사라진 것으로 파악되고 있다. 지구처럼 자기장을 가지기 위해서는 내부에서 자성을 가진 물질이 회전이나 대류로 전류를 발생시켜야 한다. 지구는 맨틀 밑 핵이 유도전류를 형성해 자기장을 형성하고 있다. 이처럼 행성이나 별의 자기장 형성을 설명하는 것이 ‘다이나모 이론’이다.이번 연구에 활용된 데이터를 전송한 메이븐은 미국 항공우주국(NASA)에서 운영하고 있는 화성 탐사위성으로 2013년 11월 플로리다 케이프 커내버럴 공군기지에서 발사돼 이듬해 9월 21일 화성궤도에 진입한 뒤 지금까지 화성궤도를 돌면서 화성의 대기와 지표면 같은 환경탐사를 임무로 하고 있다. 지금까지 연구에 따르면 화성에서는 39억년을 전후해 행성 자기장이 사라진 것으로 파악하고 있다. 그렇지만 메이븐이 보내온 화성 지표면 화산암 관측결과를 분석한 연구팀에 따르면 화성 자기장은 43억~42억년에는 지구처럼 강력한 자기장이 존재했으며 지금까지 과학자들이 자기장이 사라졌다고 파악한 39억년 전 이후인 37억년 전까지도 행성자기장이 있었다는 것이다. 연구팀은 45억년 전에 형성되고 물이 존재했던 곳으로 파악되는 화성 북반구 보레알리스 분지에서도 저강도의 자기장 흔적을 발견했으며 37억년 전에 형성된 루커스 평원의 용암 흔적에서도 자기장이 파악됐다고 밝혔다. 안나 미텔홀츠 캐나다 브리티시 컬럼비아대 박사(지구물리학)는 “이번 연구는 현재와 같은 화성 생태가 어떻게 형성됐는지를 설명해주는 또 하나의 중요한 자료”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

달에서 지구로 떨어진 축구공만한 운석이 250만 달러(약 30억원)의 가격표를 달고 시장에 나왔다. 지난 30일(현지시간) 미국 CNN 등 현지언론은 13.5㎏의 무게를 가진 달 운석이 크리스티 옥션을 통해 판매 중에 있다고 보도했다. 현재 지구상에 있는 달 운석 중 역대 5번째로 큰 이 운석은 2년 전 아프리카 사하라 사막에서 발견됐다. 정식명칭은 'NWA 12691'로 발견자는 공개되지 않았으며 누구나 250만 달러만 지불하면 바로 거래 가능하다.운석이 이렇게 높은 가격에 거래되는 이유는 과학적인 이유 보다는 희귀성 때문이다. 운석은 흔히 말하는 별똥별, 곧 유성체가 타다 남은 암석을 말한다. 지구상에 떨어지는 대부분의 운석은 지구에서 약 4억㎞ 떨어진 화성과 목성 사이에 위치한 소행성대에서 온다. 이번에 시장에 나온 NWA 12691의 경우 소행성이나 혜성이 달에 충돌하면서 그 표면에 있던 암석이 떨어져나와 약 38만㎞ 거리의 지구로 날아온 것이다. 전문가들에 따르면 현재 지구상에 있는 달 운석은 총 650㎏이며 이중 400㎏ 정도는 지난 1970년 대 전후 미 항공우주국(NASA)의 아폴로 우주비행사들이 직접 가져온 것이다. 크리스티 측은 "운석은 매우 희귀해 그만큼 가치가 높다"면서 "NWA 12691은 우주 역사나 달 탐사에 관심이 있는 모든 사람들에게 멋진 트로피가 될 것이며 박물관 측에 관심을 기대하고 있다"고 밝혔다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

마치 유명 애니메이션 ‘은하철도999’의 기차를 연상시키는 위성 ‘스타링크’(Starlink)의 모습이 우주에서도 포착됐다. 지난 20일(이하 현지시간) 미국 CNBC 등 해외언론은 국제우주정거장(ISS)에서 처음으로 떼지어 날아가는 스타링크가 촬영됐다고 보도했다. 스타링크는 민간 우주탐사업체 스페이스X가 쏘아올린 위성이다. 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 이끄는 스페이스X는 전세계 대상 위성 인터넷망 구축을 위해 스타링크를 쏘아올리고 있는데 지난해 5월 24일 60기 발사를 시작으로 지난 3월 18일까지 6차에 걸쳐 총 360기의 위성이 하늘로 올라간 상태다. 지난 13일 ISS에서 포착된 스타링크는 ‘천상의 커튼’이라 불리는 오로라를 촬영하는 과정에서 포착됐다. 이날 ISS는 인도양 상공 약 440㎞를 날며 지구에 나풀거리는 오로라를 관측하고 있었으며 그 위에는 일련의 엇갈린 작은 줄무늬가 함께 촬영됐다. 이 줄무늬가 바로 스타링크인 것.물론 스타링크는 지상에서도 관측된다. 지난달 26일 아마추어 천문가 김창섭씨는 경기도 포천 상공에서 새벽 5시 16분부터 4분여 동안 총 37기의 스타링크 위성이 일렬로 하늘을 통과하는 모습을 촬영한 바 있다. 이처럼 스타링크는 하늘을 수놓는 특별한 그림을 제공하지만 누구나 환영하는 것은 아니다. 우주 인터넷망 구축에 지나치게 많은 위성이 군집을 이뤄 천체 관측에 장애를 주고 전파방해를 초래할 수 있기 때문이다. 한마디로 지구촌 누구나 ‘밤하늘을 볼 권리’를 침해하고 있는 셈. 실제로 스페이스X는 지구촌의 인터넷 사각지대를 모두 커버하는 원대한 우주 인터넷 구상을 실현하기 위해 총 1만 2000개의 위성을 띄울 예정이다. 한편 우주에서도 관측 가능한 오로라는 태양표면 폭발로 우주공간으로부터 날아온 전기 입자가 지구자기(地球磁氣) 변화에 의해 고도 100∼500㎞ 상공에서 대기 중 산소분자와 충돌해서 생기는 방전현상이다. 오로라는 ‘새벽’이라는 뜻의 라틴어 ‘아우로라’에서 유래했으며 목성, 토성 등에서도 비슷한 현상이 나타난다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

목성이나 토성 같은 가스형 거대 행성의 중심부가 어떻게 생겼는지 밝히는 데 도움을 줄 한 외계행성의 존재가 처음으로 확인됐다. 영국 워릭대 데이비드 암스트롱 박사가 이끄는 국제연구진은 2018년 미국항공우주국(NASA)의 테스(TESS) 우주망원경이 처음 발견하고 칠레 라실라 천문대가 나중에 존재를 확인한 외계행성 TOI-849b를 조사했다. 지구에서 약 730광년 떨어진 항성 TOI-849의 주위를 공전하는 이 외계행성은 그 질량이 지구의 약 40배, 토성의 절반 수준이고 그 지름은 지구의 약 3.45배, 해왕성에 맞먹는 수준이라는 것을 칠레 파라날 천문대와 라스 컴브레스 천문대에 있는 두 지상망원경의 관측자료 덕분에 확인했다.또 모든 정보를 종합했을 때 이 행성은 지금까지 발견된 가장 밀도가 높은 해왕성 크기의 행성인 것으로 밝혀졌다.특히 이 행성은 18.4시간마다 모항성 주위를 빠르게 공전한다. 이는 이 행성과 모항성 사이의 평균 거리가 1천문단위(AU)의 1.5%에 불과하다는 것을 보여줬다. 여기서 1AU는 지구와 태양 사이의 평균 거리로 약 1억5000만㎞이다. 따라서 이번에 발견된 이 행성은 모항성과의 거리가 매우 가까워 가스를 모두 잃었다고 해서 ‘해왕성 사막’(Neptunian desert)이라고도 불린다. 이에 대해 연구진은 이 행성은 모항성에서 나오는 우주 방사선에 의해 기체로 된 바깥 층이 파괴됐을 가능성이 있다는 이론을 세웠다. 하지만 이들 학자는 항성의 강력한 열기가 이 행성의 핵까지 벗겨내기에는 충분하지 않았을 것이라고 말했다. 이 신비한 외계행성은 형성된지 약 67억 년밖에 되지 않았으며 모항성과의 거리를 고려할 때 질량의 단 몇 %밖에 잃지 않았을 것이라고 연구진은 설명했다. 또 이 행성은 궤도를 따라 빠르게 공전하는 동안 다른 거대 행성과 충돌했을 가능성도 있다. 또 다른 이론은 이 행성이 모항성 주위를 도는 궤도에서 형성되긴 했지만, 완전히 형성하는 데는 재료가 되는 물질이 충분하지 않았다는 것을 시사했다. 하지만 이 행성은 기화한 암석과 먼지의 대기가 너무 얕아서 차세대 망원경만이 그 화학적 구성을 확인할 수 있을 것이라고 연구진은 덧붙였다. 따라서 이 행성의 역사는 아직 수수께끼로 남았지만 그 모습은 과학자들에게 가스형 거성의 내면을 처음으로 엿보게 해 앞으로 목성이나 토성 등의 중심부가 어떻게 생겼는지 밝히는 데 도움을 줄 전망이다. 자세한 연구 결과는 미 코넬대 온라인 논문저장 사이트 ‘아카이브’(ArXiv.org)에 3월23일자로 공개됐으며, 세계적 학술지 ‘네이처’에도 투고돼 최종 승인(Accept)을 받은 것으로 전해졌다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr