빛은 낮을 축복하고 어둠은 밤을 성스럽게 한다. 이 얼마나 아름다운 세상인가! /루이 암스트롱('what a wonderful world') ​뉴턴의 물리학이 등장한 후 사람들은 지상의 물리학이 천상의 세계에도 그대로 통한다는 사실을 확인하게 되었다. 태양과 천체들은 지구 물질과는 전혀 다른 것으로 이루어져 있다는 아리스토텔레스의 말은 더 이상 효력을 가질 수가 없었다. 천문학자들은 태양의 크기와 거리를 측량했고, 만유인력 방정식으로 그 질량을 알아냈다. 자그마치 지구 질량의 130만 배였다. 여기서 당연한 의문이 제기된다. 태양을 이루고 있는 물질은 무엇인가? 무엇이 저렇게 엄청난 에너지를 뿜어내고 있는가? 만유인력의 법칙이 우주의 모든 천체에 보편적으로 적용된다손 치더라도, 그것만으로 이들이 모두 똑같은 기본물질로 이루어져 있다는 증명은 되지 않는 것이다. ​ 방법은 하나밖에 없는 듯이 보였다. 직접 그 천체의 일부를 채취해와서 화학적으로 분석해보는 것이다. 하지만, 이것은 불가능하다. 그래서 1835년, 프랑스의 실증주의 철학자 콩트는 다음과 같이 말했다. “과학자들이 지금까지 밝혀진 모든 것을 가지고 풀려고 해도 결코 해명할 수 없는 수수께끼가 있다. 그것은 별이 무엇으로 이루어져 있나 하는 문제이다.” ​ 그러나 결론적으로, 이 철학자는 좀 신중하지 못했다. ‘절대 불가능하다’란 말은 참 위험한 말이다. 콩트가 죽은 지 2년 만인 1859년, 하이델베르크 대학 물리학자 키르히호프가 태양광 스펙트럼 연구를 통해, 태양이 나트륨, 마그네슘, 철, 칼슘, 동, 아연과 같은 매우 평범한 원소들을 함유하고 있다는 사실을 발견했다. 인간이 ‘빛’의 연구를 통해 영원히 닿을 수 없는 곳의 물체까지도 무엇으로 이루어졌나 알아낼 수 있게 된 것이다. ​프라운호퍼, “그는 별을 가까이했다!” 키르히호프의 스펙트럼을 얘기하기 전에 우리는 먼저 어느 불우한 유리 연마공의 라이프 스토리에 잠시 귀 기울여보지 않으면 안된다. 왜냐하면, 이 무학의 유리 연마공이 이미 한 세대 전에 키르히호프의 길을 닦아놓았기 때문이다. 그가 요제프 프라운호퍼(1787~1826)다. 유리공장에서 일하면서 광학과 수학을 독학으로 공부하여 망원경 제작자가 된 프라운호퍼는 스펙트럼의 색들이 유리의 종류에 따라 어떻게 굴절하는지 알아보기 위해 망원경 앞에 프리즘을 달았다. 역사상 최초의 분광기라 할 수 있는 것이었다. 이 실험에서 프라운호퍼는 그의 이름을 불멸의 것으로 만든 놀라운 검은 띠들을 발견했다. 빛의 성질에서 유래한 '프라운호퍼 선'을 발견한 것이다. ​ 그는 태양 이외의 천체에 대해서도 스펙트럼 조사를 했다. 달과 금성, 화성을 분광기에 넣었을 때도 똑같은 선을 볼 수 있었다. 그러나 망원경을 항성으로 겨누었을 때는 상황이 달랐다. 별마다 각기 특유의 스펙트럼을 보여주는 것이다. ​ 그는 햇빛 스펙트럼의 세밀한 조사를 통해 모두 324개의 검은 선을 발견했는데, 이 선들이 무엇을 뜻하는 건지 끝내 알 수 없었지만, 이것이야말로 저 천상의 세계가 무엇으로 이루어져 있는지를 밝혀낼 수 있는 열쇠로서, 19세기 천문학상 최대의 발견이었던 것이다. 프라운호퍼의 암선이 뜻하는 것은 그로부터 한 세대 뒤 키르히호프에 의해 완벽하게 해독되었다. 불운한 사나이 프라운호퍼는 오래 살지 못했다. 불우한 환경 탓에 어렸을 때부터 유리공장에서 혹사당한 바람에 유리가루로 인한 진폐증으로 일찍 삶을 마감하고 말았다. 겨우 39살이었다. 그러나 그는 프라운호퍼 선으로 우주를 인류 앞에 활짝 열어젖힌 천문학사의 거인이었다. ​ 프라운호퍼는 뮌헨 시내 라이헨바흐의 묘 옆에 묻혔다. 그의 묘비에는 “그는 별을 가까이했다!”는 문구가 새겨져 있다.​ ​ 태양을 해부한 사나이​ ‘별의 물질을 아는 것은 불가능하다’고 단정한 콩트의 말을 보기 좋게 뒤집은 키르히호프는 칸트가 태어난 지 꼭 백년 만인 1824년 칸트의 고향 쾨니히스베르크에서 태어났다. 그리고 쾨니히스베르크 알베르투스 대학에서 전기회로를 연구하고, 졸업 후 하이델베르크 대학 교수로 갔다. ​ 거기서 키르히호프는 분젠과 함께 여러 가지 원소의 스펙트럼 속에서 나타나는 프라운호퍼 선의 연구에 몰두했다. 그는 유황이나 마그네슘 등의 원소를 묻힌 백금막대를 분젠 버너 불꽃 속에 넣을 때 생기는 빛을 프리즘에 통과시키는 방법으로 연구를 진행했다. 그 결과, 키르히호프는 각각의 원소는 고유의 프라운호퍼 선을 갖는다는 사실을 발견했다. 말하자면 원소의 지문을 밝혀낸 셈이었다. ​ 이어서 그에게 영광의 순간이 찾아왔다. 나트륨 증기가 내보내는 빛을 분광기를 통하게 하니, 그 스펙트럼 안에 두 개의 밝은 선이 나타났다. 프라운호퍼가 제작한 지도와 대조해보니 그 선들이 D1, D2의 장소와 일치했다. 프라운호퍼가 나트륨 화합물을 태웠을 때 발견한 두 개의 밝은 선에 붙여놓은 기호들이었다. ​ 여기서 키르히호프는 그의 선배보다 한걸음 더 나갔다. 나트륨 불꽃을 통하여 태양빛을 분광기에 넣었더니 스펙트럼 안의 밝은 선이 있었던 장소가 어두운 D선으로 바뀌는 게 아닌가! 이는 어떤 특정한 파장의 빛이 나트륨 가스에 흡수되어 버렸음을 뜻하는 것이다. 다시 말해, 이 D선은 태양 주위에 나트륨 가스가 존재한다는 것을 증명하기 때문이다. ​ 그는 “해냈다!”고 외쳤다. 이것이 바로 반세기 전 프라운호퍼가 그토록 알고 싶어한 수수께끼였던 것이다. 별의 수수께끼는 모두 별빛 속에 답이 있었던 것이다. 따지고 보면 우주팽창이라든가 우주의 진화 같은 것들도 모두 별빛이 가르쳐준 것이라 할 수 있다. 별빛이 없었다면 천문학은 태어나지도 못했을 것이다. 그러고 보니 우리를 포함해 지구의 모든 생명체를 살리는 것도 태양이라는 별빛 아닌가. ​ 키르히호프는 다음 과제로, 태양광 스펙트럼에서 보이는 검은 선들이 어떤 원소들의 것인가를 조사한 결과, 마그네슘, 철, 칼슘, 동, 아연 같은 원소들을 찾아냈다. ​ 콩트가 죽은 후 2년 뒤인 1859년, 그는 이 같은 사실을 발표했다. 이로써 키르히호프는 태양을 최초로 해부한 사람이 되었고, 항성물리학의 기초를 놓은 과학자로 기록되었다. 그러나 태양이 무엇을 태워 저처럼 막대한 에너지를 분출하는지, 그 에너지 원이 밝혀지기까지는 아직 한 세기를 더 기다려야 했다. ​ 키르히호프는 2년 뒤 스펙트럼 분석을 통해 새 원소 루비듐과 세슘을 발견하는 등, 천문학과 물리학의 발전에 크게 공헌했다. 전기회로와 열역학 분야에 서로 다른 두 개의 키르히호프 법칙은 그의 이름을 딴 것이다. 여담이지만, 키르히호프가 이용하는 은행의 지점장이 자기 고객이 태양에 존재하는 원소에 관한 연구를 하고 있다는 말을 듣고는 한마디 내뱉었다고 한다. “태양에 아무리 금이 많다 하더라도 지구에 갖고 오지 못한다면 무슨 소용이 있겠습니까?” ​ 훗날 키르히호프가 분광학 연구업적으로 대영제국으로부터 메달과 파운드 금화를 상금으로 받게 되자 그것을 지점장에게 건네며 말했다. “옜소. 태양에서 가져온 금이오.” 이광식 통신원 joand999@naver.com　

어쩌면 우리 태양의 미래가 될 수도 있는 항성의 '슈퍼플레어' 현상이 먼 우주에서 포착됐다. 최근 영국 워릭대학교 연구팀은 지구에서 약 1,480광년 떨어진 우리은하 내에 위치한 쌍성 'KIC9655129'에서 슈퍼플레어가 관측됐다고 발표했다. 우리의 에너지 원천이 되는 태양은 표면이 폭발하는 이른바 '태양플레어'(Solar flare) 현상을 일으킨다. 이 때 방사되는 에너지는 지구에 다양한 악영향을 미칠 수 있는데 GPS 시스템을 먹통으로 만들거나 심한 경우 전력 공급망을 파괴하기도 한다. 그러나 우주의 수많은 별들은 일반적인 태양플레어를 훌쩍 넘어서 강력한 에너지를 방출하는 슈퍼플레어(superflare) 현상도 일으킨다. 만약 태양에서 슈퍼플레어가 발생한다면 지구에 어떤 악영향을 미칠 지 상상하기 힘든 수준이지만 다행히 우리의 태양은 비교적 안정적인 별이다. 이때문에 천문학자들은 태양이 아닌 먼 별의 플레어 현상을 관측해 연구자료로 삼는데 이번에 포착된 별이 바로 KIC9655129다. 미 항공우주국(NASA)의 케플러우주망원경으로 관측된 이 별은 태양플레어보다 약 1000배 이상의 에너지를 방출하며 태양과 매우 유사하게 활동하는 것으로 드러났다. 선임연구원 클로에 퓨 박사는 "태양계는 플라즈마, 이온화된 가스 등으로 가득차 있는데 이는 태양플레어와 같은 활동의 결과" 라면서 "태양 역시 강력한 플레어를 일으킬 수 있는데 이를 미리 이해하는데 이번 발견이 큰 도움을 준다"고 설명했다. 　 이어 "이번에 확인된 슈퍼플레어를 폭탄과 비교하면 파괴력이 무려 10억 메가톤에 달한다"고 덧붙였다. 이번 연구결과는 '천체물리학 저널 레터’(The Astrophysical Journal Letters) 최신호에 게재됐다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

짝별을 잡아먹고 크는 청색낙오성​ 허블 우주망원경이 주변 별의 물질을 빨아들이는 뱀파이어 별인 청색낙오성을 처음으로 관측했다고 우주관련 웹사이트 스페이스닷컴이 8일(현지시간) 보도했다. 뱀파이어 별인 청색낙오성은 적색거성으로 진화하는 대신 젊은 별처럼 보이는 수수께끼의 천체다. 늙은 별이 연료를 다 소진하면 몸피가 엄청나게 부풀어올라 거대한 적색거성으로 진화한다. 그러나 같은 시기에 형성된 별들의 무리인 성단 안에는 이상하게도 젊게 보이는 별들이 더러 있는데, 같은 또래의 별들이 큰 덩치와 낮은 온도인 것에 비해 이들은 마치 새로운 연료를 주입받은 듯이 뜨겁고 푸른빛을 낸다. 청색낙오성이란 이름도 이들이 별의 생애 사이클에서 낙오되었다는 뜻에서 붙여진 것이다. 천문학자들로 꾸려진 연구팀은 청색낙오성의 젊은 비결을 알아내기 위해 5,000광년 거리의 한 성단 안에서 21개의 청색낙오성에 대해 조사했다. 허블 망원경은 많은 청색낙오성에 물질을 제공해주는 백색왜성 증거를 발견해냈다. 과학자들이 청색낙오성의 존재를 안 것은 1953년부터이지만, 그들의 여분 연료가 어디서 온 것인지는 미스터리로 남아 있었다. 과학자들은 그들이 쌍성계-두 개의 별이 서로의 둘레를 공전하는 항성계-일 거라고 추정하고, 한 별이 다른 별의 물질을 빨아들이는 것으로 생각했다. 그러나 그 메커니즘은 여전히 수수께끼였다. 별들이 합병하거나 다른 별과 충돌한 것일 수도 있기 때문이다. 2011년에 발표된 한 연구는 NGC 188이라는 이름의 한 성단 안에 있는 청색낙오성의 개수를 조사한 데 이어, 이번 허블 망원경의 관측으로 7개의 청색낙오성과 함께 궤도를 도는 백색왜성이 내는 자외선 신호를 포착하기에 이른 것이다. "이제까지는 추론만 있었을 뿐, 구체적인 관측결과는 얻지 못하고 있었다"고 밝히는 논문 대표저자 나탈리에 고스넬 텍사스 대학 천문학자는 "청색낙오성이 물질 이동으로 만들어진다는 것을 최초로 확인한 사례"라고 이번 관측의 의미를 부여했다. 이번 연구는 청색낙오성 중 3분의 2를 조사한 결과, 별들 간의 물질 이동과정을 최초로 규명할 수 있었다. 쌍성계에서는 보다 덩치 큰 별이 짝별을 압도하여 적색거성으로 진화한다. 하지만 그때 짝별은 적색거성의 물질을 빨아들인다. 새 연료를 공급받은 짝별이 더 뜨겁고 밝게 빛나게 되면 두 별 사이의 균형은 무너지고, 처음 형성되었던 별의 과밀한 핵이 자체 중력붕괴를 일으켜 백색왜성으로 가게 된다. 지구에서 보는 관측자는 단지 비정상적으로 뜨겁고 푸르게 빛나는 청색낙오성만 볼 수 있을 뿐이다. 연구자들은 직접 백색왜성을 관측할 수는 없으며, 다만 중력의 상호작용에 의한 청색낙오성의 움직임으로 그 존재를 파악할 수 있을 뿐이다. "비록 우리가 홑별의 진화에 대해서는 많은 것들을 알고 있기는 하지만, 쌍성계의 전모에 대해서는 아직 제대로 파악하고 있지 못한 상태"라고 밝히는 공동저자 로버트 매튜 위스콘신 대학 교수는 "우리 태양과 같은 홑별의 진화과정에 대해서는 탄생에서 종말에 이르기까지 대체로 소상히 알고 있지만, 4분의 1의 별들이 이루고 있는 쌍성계에 대해서는 이제부터 알아가기 시작하는 단계로, 이 연구는 청색낙오성뿐만 아니라 우리은하를 포함한 은하들의 진화과정에 대해서도 많은 것들을 밝혀주리라고 믿는다."고 말했다. 이 연구 결과는 12월 1일자 천체물리학 저널에 게재되었다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　

우주에 둥둥 떠있는 초승달과 비눗방울은 이같은 모습일까? 최근 미 항공우주국(NASA)은 멀고 먼 우주 속에서 화려하게 빛나는 '초승달 성운'과 '비눗방울 성운'의 모습을 ‘오늘의 천체사진’(APOD)으로 소개했다. 사진 속 부풀어 올라 터질듯 보이는 커다란 성운이 바로 초승달 성운(Crescent Nebula·사진 오른쪽 상단)이다. NGC 6888로도 불리는 초승달 성운은 그 중심에 'WR 136' 이라는 ‘울프-레이에별’(Wolf-Rayet Star)이 존재한다. 울프-레이에별은 우리 태양 질량의 20배 이상 되는 극대거성으로 자체 ‘연료’를 빠르게 소모하는 탓에 결국 초신성 폭발을 일으키면서 찬란한 최후를 맞는다. 결과적으로 초승달 성운이 화려하게 부풀어 오른 것은 WR 136이 자신의 몸을 불태우며 만들어낸 최후의 유작인 셈. 그렇자면 비눗방울 성운(Soap Bubble Nebula)은 어디에 숨어 있을까? 사진 속 왼쪽 하단에 동그란 거품처럼 보이는 것이 그 주인공이다. ‘행성상 성운’(planetary nebula·전체적인 모습이 행성처럼 원형으로 생긴 것)인 비눗방울 성운은 죽어가는 별의 가스분출과 팽창으로 생성된다. 초기단계에는 이처럼 환상적인 모습을 자아내지만 수만 년이 지나면 가스는 사라지고 중심부의 별들도 희미해진다. 화려해 보이는 이 모습 역시 죽어가는 별들의 마지막 몸부림인 것. 우주의 시간으로는 짧은 순간인 수만년이 지나면 비눗방울 성운은 차갑게 식으며 쪼그라들면서 항성의 진화 종착지인 백색왜성(white dwarf)이 된다. 흥미로운 사실은 우리의 태양 역시 이 과정을 겪는다는 점. 두 성운은 지구에서 약 5000광년 떨어진 곳에 위치해 있으며 초승달 성운의 지름은 약 25광년이다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

어쩌면 우리 태양의 미래가 될 수도 있는 항성의 '슈퍼플레어' 현상이 먼 우주에서 포착됐다. 최근 영국 워릭대학교 연구팀은 지구에서 약 1,480광년 떨어진 우리은하 내에 위치한 쌍성 'KIC9655129'에서 슈퍼플레어가 관측됐다고 발표했다. 우리의 에너지 원천이 되는 태양은 표면이 폭발하는 이른바 '태양플레어'(Solar flare) 현상을 일으킨다. 이 때 방사되는 에너지는 지구에 다양한 악영향을 미칠 수 있는데 GPS 시스템을 먹통으로 만들거나 심한 경우 전력 공급망을 파괴하기도 한다. 그러나 우주의 수많은 별들은 일반적인 태양플레어를 훌쩍 넘어서 강력한 에너지를 방출하는 슈퍼플레어(superflare) 현상도 일으킨다. 만약 태양에서 슈퍼플레어가 발생한다면 지구에 어떤 악영향을 미칠 지 상상하기 힘든 수준이지만 다행히 우리의 태양은 비교적 안정적인 별이다. 이때문에 천문학자들은 태양이 아닌 먼 별의 플레어 현상을 관측해 연구자료로 삼는데 이번에 포착된 별이 바로 KIC9655129다. 미 항공우주국(NASA)의 케플러우주망원경으로 관측된 이 별은 태양플레어보다 약 1000배 이상의 에너지를 방출하며 태양과 매우 유사하게 활동하는 것으로 드러났다. 선임연구원 클로에 퓨 박사는 "태양계는 플라즈마, 이온화된 가스 등으로 가득차 있는데 이는 태양플레어와 같은 활동의 결과" 라면서 "태양 역시 강력한 플레어를 일으킬 수 있는데 이를 미리 이해하는데 이번 발견이 큰 도움을 준다"고 설명했다. 　 이어 "이번에 확인된 슈퍼플레어를 폭탄과 비교하면 파괴력이 무려 10억 메가톤에 달한다"고 덧붙였다. 이번 연구결과는 '천체물리학 저널 레터’(The Astrophysical Journal Letters) 최신호에 게재됐다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

어쩌면 우리 태양의 미래가 될 수도 있는 항성의 '슈퍼플레어' 현상이 먼 우주에서 포착됐다. 최근 영국 워릭대학교 연구팀은 지구에서 약 1,480광년 떨어진 우리은하 내에 위치한 쌍성 'KIC9655129'에서 슈퍼플레어가 관측됐다고 발표했다. 우리의 에너지 원천이 되는 태양은 표면이 폭발하는 이른바 '태양플레어'(Solar flare) 현상을 일으킨다. 이 때 방사되는 에너지는 지구에 다양한 악영향을 미칠 수 있는데 GPS 시스템을 먹통으로 만들거나 심한 경우 전력 공급망을 파괴하기도 한다. 그러나 우주의 수많은 별들은 일반적인 태양플레어를 훌쩍 넘어서 강력한 에너지를 방출하는 슈퍼플레어(superflare) 현상도 일으킨다. 만약 태양에서 슈퍼플레어가 발생한다면 지구에 어떤 악영향을 미칠 지 상상하기 힘든 수준이지만 다행히 우리의 태양은 비교적 안정적인 별이다. 이때문에 천문학자들은 태양이 아닌 먼 별의 플레어 현상을 관측해 연구자료로 삼는데 이번에 포착된 별이 바로 KIC9655129다. 미 항공우주국(NASA)의 케플러우주망원경으로 관측된 이 별은 태양플레어보다 약 1000배 이상의 에너지를 방출하며 태양과 매우 유사하게 활동하는 것으로 드러났다. 선임연구원 클로에 퓨 박사는 "태양계는 플라즈마, 이온화된 가스 등으로 가득차 있는데 이는 태양플레어와 같은 활동의 결과" 라면서 "태양 역시 강력한 플레어를 일으킬 수 있는데 이를 미리 이해하는데 이번 발견이 큰 도움을 준다"고 설명했다. 　 이어 "이번에 확인된 슈퍼플레어를 폭탄과 비교하면 파괴력이 무려 10억 메가톤에 달한다"고 덧붙였다. 이번 연구결과는 '천체물리학 저널 레터’(The Astrophysical Journal Letters) 최신호에 게재됐다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지구와 유사하게 ‘파란 하늘’을 가진 태양계외 별이 발견돼 학계의 관심이 쏠리고 있다. 미국 시카고대학 연구팀이 발견한 이 별은 지구에서 100광년 떨어진 곳에 있는 적색왜성이다. 적색왜성은 주계열성 가운데 질량이 작고 어두운 적색의 빛을 내는 항성으로, 태양보다 그 중심온도가 낮아서 뿜어내는 빛 역시 태양보다 약하다. 연구진이 미국 라스 컴브레스 천문대의 망원경인 LCOGT(Las Cumbres Observatory Global Telescope)을 이용해 관찰한 결과, ‘GJ 3470b’ 라고 명명된 이 별은 표면 온도가 3300℃ 정도이며 크기는 해왕성과 유사하다. 이는 지구보다 불과 4배 정도 큰 크기에 해당한다. GJ 3470b의 가장 특징은 지구처럼 푸른 대기를 가지고 있다는 사실이다. 지구의 하늘이 푸른색으로 보이는 이유는 레일리 산란(물질의 미립자에 빛이 닿았을 때 산란이 일어나는 현상)이라는 현상 때문인데, 이 별 역시 같은 현상이 발생하면서 대기가 푸른색으로 보인다는 것. 연구진은 이 ‘푸른별’의 대기 성분을 밝히기 위해 스펙트럼 분석법을 이용, 이 별의 가장 밝은 부분에서 채취한 데이터를 수년간 분석했다. 스펙트럼분석법이란 어떤 외부에너지의 자극을 받고 나온 빛의 스펙트럼을 분해하여 거기에 존재하는 파장으로부터 광물에 존재하는 원소(및 분자)를 측정하는 방법이다. 그 결과 ‘불행히도’ 이 별은 지구와 마찬가지로 푸른 대기를 가졌음에도 불구하고 지구와 완전히 같은 기체 성분을 가지지는 않은 것으로 나타났다. 연구진은 “현재까지의 조사 결과를 종합해보면 이 별의 대기에는 물이나 메탄 등을 구성하는 분자가 풍부한 것으로 보인다”면서 “이번 연구결과는 스펙트럼분석법을 이용해 태양계외 항성의 대기를 분석한 최초의 사례”라고 설명했다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

이해할 수 없는 기괴한 행동으로 천문학자들의 관심을 한몸에 받고 있는 외계 별 ‘KIC 8462852’. 지구로부터 약 1400광년 거리에 있는 이 항성에 관한 최근 소식이 미국항공우주국(NASA)의 공식 웹사이트에 25일(현지시간) 소개됐다. 천문학자들은 지난 2011년과 2013년 케플러 우주망원경을 사용해 지구와 비슷한 크기의 외계행성을 찾는 ‘케플러 미션’ 도중 갑자기 극단적으로 어두워지는 특별한 이 별을 관측했다. 당시 이 외계 별은 평소의 80% 정도밖에 안 되는 밝기로 어두워졌고 이는 천문 관측 사상 처음 있는 일이었다. 이 때문에 연구자들은 이 별이 어두워지는 원인을 두고 ‘무언가’가 그앞을 가리고 있다고 추정했다. 우선 그럴듯한 설명으로 별 주위에는 가족 단위의 혜성이 무더기로 공전하고 있다는 가설이 지난 9월 연구논문으로 발표됐다. 이때 또 다른 원인으로 행성이나 소행성이 충돌로 생긴 많은 파편이 이 별 주위를 돌면서 가렸을 수도 있다는 이론도 제기됐다. 이에 대해 미국 아이오와주립대의 천체물리학자인 마시모 마렝고 박사팀은 스피처 우주망원경을 통해 얻게 된 자료를 사용해 앞서 나온 가설의 신빙성을 뒷받침했다. ‘천체물리학 저널 레터’(The Astrophysical Journal Letters) 최신호에 실린 이 연구논문에서 이 별을 더 자세히 알 수 있는 한 가지 방법은 적외선상의 빛으로 관측 연구하는 것이다. 참고로 케플러 망원경은 이 별을 가시광선 상에서 관측했다. 연구진에 따르면, 이 별을 가린 물체가 행성이나 소행성 사이 충돌로 발생한 파편이라면 별 주위에서 적외선이 초과하는 것이 감지돼야 한다. 먼지처럼 부스러진 미세한 암석은 적외선 파장에서 감지되기에 알맞은 온도를 갖고 있다고 연구진은 설명했다. 이번에 연구진은 적외선을 감지할 수 있는 스피처 우주망원경을 사용했다. 스피처 담당자 NASA 제트추진연구소(JPL)의 마이클 베르너 박사는 “스피처는 별 주위 먼지에서 적외선 방출을 감지하기 위해 노력했다”고 말했다. 하지만 스피처를 사용해도 별 주위 먼지에서 적외선이 초과하는 것을 감지하지는 못했다. 이는 행성이나 소행성 충돌로 생긴 암석이 아니라 온도가 낮은 혜성일 가능성이 크다는 것이다. 또 혜성은 공전 주기가 매우 길고 공전 궤도가 편심성이 크기 때문에 가능한 이론이라는 것이다. 즉 2011년 케플러 미션 당시 이 별의 빛을 가렸던 천체는 가족 단위의 혜성의 선두인 매우 큰 혜성일 수 있다. 이후 2013년에는 나머지 혜성 파편이 별빛을 다시 차단했다는 것이다. 이에 대해 마렝고 박사는 이 별의 사례를 확신하기 위해서는 추가 관측이 필요하다고 말한다. 그는 “KIC 8462852는 매우 이상한 별”이라면서 “이번 사례는 처음 펄서를 발견했을 때를 떠올린다”고 설명했다. 마렝고 박사가 처음 발견한 펄서는 그때까지 아무도 본 적이 없는 이상한 신호를 방출했다. 이 첫 신호를 발견했을 당시 ‘작은 초록외계인’(Little Green Men)이 보내는 신호라고 생각해서 ‘LGM-1’이라는 이름이 붙여졌다. 하지만 이 신호는 결국 펄서라는 천체가 방출하는 자연적인 현상으로 밝혀졌다. 마렝고 박사는 “우리는 아직 이 별 주위에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알 수 없다”면서 “하지만 이는 이 별을 매우 흥미롭게 만드는 것”이라고 말했다. 사진=NASA/JPL-칼텍 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리 태양보다 작고 어두운 한 ‘난쟁이 별’에 예상보다 훨씬 강력한 자기장이 생성된 것을 천문학자들이 세계 최대 알마(ALMA) 전파망원경을 사용한 관측으로 밝혀냈다. 질량이 작고 어두운 적색의 빛을 내 ‘적색왜성’으로 분류되는 이 별은 천문학계에서는 잘 알려진 ‘TVLM 513-46546’으로 불리며, 지구로부터 목동자리 방향으로 약 35광년 거리에 있다. 이 항성은 거의 2시간마다 한 바퀴를 회전(자전)할 정도로 빠르게 돌고 있다. 참고로 우리 태양의 자전 주기는 약 25일이다. 특히 이 별의 질량은 우리 태양의 10분 1 정도밖에 안 될 정도로 작고 덜 뜨거운데 내부의 수소를 핵융합 반응으로 헬륨으로 바꿈으로써 빛을 발하지만 중수소가 아닌 경수소를 태워 질량이 더 작은 갈색왜성과 구분된다. 그런데 천문학자들이 알마 망원경으로 관측한 적색왜성 ‘TVLM 513-46546’에는 우리 태양의 가장 강력한 자기장 영역에서 나오는 자기장만큼 강력한 자기장을 생성하는 것으로 나타났다. 이런 기이한 자기장은 우리 태양의 플레어와 같은 폭발이 지속해서 일어난다고 천문학자들은 예상한다. 특히 이 난쟁이 별의 플레어에는 우리 태양처럼 활동하는 자기력선이 조밀하게 있어, 그로부터 나온 전자의 경로를 바꿔 그 전파신호를 알마 망원경으로 감지할 수 있었다고 한다. 또한 이런 강력한 플레어의 활동은 별에서 가까운 행성에 하전 입자를 퍼부었을 것이라고 천문학자들은 말한다. 이번 연구를 이끈 피터 윌리엄스 하버드-스미스소니언 천문학센터(CfA) 박사는 “만일 이런 별이 우리 주위에 있었다면, 우리는 어떠한 위성 통신도 할 수 없었을 것”이라면서 “사실, 이런 폭풍치는 듯한 환경에서 생명체가 진화하기에는 극단적으로 어려울 것”이라고 말했다. 천문학자들은 미국 뉴멕시코주(州) 소코로에 있는 국립전파천문대(NRAO) 소속 ‘젠스키 전파 망원경망’(VLA)에서 나온 이전 자료에서 이 난쟁이 별이 태양의 가장 극단적인 자기 영역에서 나오는 자기장과 비슷하며 태양의 평균 자기장보다 수백 배 더 강력한 장기장을 방출한다는 것을 알아냈다. 그런데 태양이 자기장을 생성하는 물리적 과정을 봤을 때 그처럼 작은 별에서는 강력한 자기장이 일어나는 것이 불가능하다고 여겼었다. 이 연구에 참여한 CfA 천문학자인 에도 베르게르 하버드대 교수는 “이 별을 자기적으로만 봤을 때 우리 태양과 매우 다른 것”이라고 말했다. 연구진은 알마 망원경으로 이 별을 관측했을 때 특히 높은 주파수(95GHz)가 방출되는 것을 발견했다. 이런 무선 신호는 전자들이 더 강력한 자기력선 근처를 돌아다니는 과정인 ‘싱크로트론 방출’(synchrotron emission)에 의해 만들어진다고 한다. 그런데 이런 고주파를 가진 플레어 같은 것이 방출되는 것이 적색왜성에서 감지된 사례는 이번이 처음이다. 또 이 별이 밀리미터(mm) 파장에서 감지된 사례도 처음이어서 알마 망원경을 사용한 연구에 새로운 길을 개척했다고 연구진은 생각하고 있다. 우리 태양에서도 태양 플레어가 발생할 때 비슷한 방출을 생성하지만 이는 간헐적이다. 무엇보다, 이 별의 강력한 자기장 방출은 태양이 생산하는 것보다 1만 배나 더 밝다. 질량은 태양의 10%밖에 안 되는 것이 말이다. 천문학자들은 알마 망원경을 사용해 4시간 연속 관측에서 이 별이 지속해서 활성화돼 있는 것을 목격했다. 이는 외계행성 중 거주 가능한 곳을 찾는데 중요한 의미가 있다. 적색왜성은 우리 은하에서 가장 흔한 별로, 행성 탐색에서 주 표적이 된다. 하지만 이런 적색왜성은 태양만큼 뜨겁지 않아서 그 별에 가까운 행성에만 생명이 사는 데 필수적인 액체 상태의 물이 존재할 수 있다는 것이다. 그런데 이런 근거리라는 이점이 이 적색왜성에서만큼은 행성의 대기를 날려버리거나 표면의 복잡한 분자를 파괴할 수 있는 방사선 중심에 놓일 수 있다고 천문학자들은 추측하고 있다. 이들은 이제 이 별만이 이상한 것인지 아니면 같은 유형의 다른 별에도 이런 현상이 일어나고 있는지 연구할 계획이다. 한편 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리 태양보다 작고 어두운 한 ‘난쟁이 별’에 예상보다 훨씬 강력한 자기장이 생성된 것을 천문학자들이 세계 최대 알마(ALMA) 전파망원경을 사용한 관측으로 밝혀냈다. 질량이 작고 어두운 적색의 빛을 내 ‘적색왜성’으로 분류되는 이 별은 천문학계에서는 잘 알려진 ‘TVLM 513-46546’으로 불리며, 지구로부터 목동자리 방향으로 약 35광년 거리에 있다. 이 항성은 거의 2시간마다 한 바퀴를 회전(자전)할 정도로 빠르게 돌고 있다. 참고로 우리 태양의 자전 주기는 약 25일이다. 특히 이 별의 질량은 우리 태양의 10분 1 정도밖에 안 될 정도로 작고 덜 뜨거운데 내부의 수소를 핵융합 반응으로 헬륨으로 바꿈으로써 빛을 발하지만 중수소가 아닌 경수소를 태워 질량이 더 작은 갈색왜성과 구분된다. 그런데 천문학자들이 알마 망원경으로 관측한 적색왜성 ‘TVLM 513-46546’에는 우리 태양의 가장 강력한 자기장 영역에서 나오는 자기장만큼 강력한 자기장을 생성하는 것으로 나타났다. 이런 기이한 자기장은 우리 태양의 플레어와 같은 폭발이 지속해서 일어난다고 천문학자들은 예상한다. 특히 이 난쟁이 별의 플레어에는 우리 태양처럼 활동하는 자기력선이 조밀하게 있어, 그로부터 나온 전자의 경로를 바꿔 그 전파신호를 알마 망원경으로 감지할 수 있었다고 한다. 또한 이런 강력한 플레어의 활동은 별에서 가까운 행성에 하전 입자를 퍼부었을 것이라고 천문학자들은 말한다. 이번 연구를 이끈 피터 윌리엄스 하버드-스미스소니언 천문학센터(CfA) 박사는 “만일 이런 별이 우리 주위에 있었다면, 우리는 어떠한 위성 통신도 할 수 없었을 것”이라면서 “사실, 이런 폭풍치는 듯한 환경에서 생명체가 진화하기에는 극단적으로 어려울 것”이라고 말했다. 천문학자들은 미국 뉴멕시코주(州) 소코로에 있는 국립전파천문대(NRAO) 소속 ‘젠스키 전파 망원경망’(VLA)에서 나온 이전 자료에서 이 난쟁이 별이 태양의 가장 극단적인 자기 영역에서 나오는 자기장과 비슷하며 태양의 평균 자기장보다 수백 배 더 강력한 장기장을 방출한다는 것을 알아냈다. 그런데 태양이 자기장을 생성하는 물리적 과정을 봤을 때 그처럼 작은 별에서는 강력한 자기장이 일어나는 것이 불가능하다고 여겼었다. 이 연구에 참여한 CfA 천문학자인 에도 베르게르 하버드대 교수는 “이 별을 자기적으로만 봤을 때 우리 태양과 매우 다른 것”이라고 말했다. 연구진은 알마 망원경으로 이 별을 관측했을 때 특히 높은 주파수(95GHz)가 방출되는 것을 발견했다. 이런 무선 신호는 전자들이 더 강력한 자기력선 근처를 돌아다니는 과정인 ‘싱크로트론 방출’(synchrotron emission)에 의해 만들어진다고 한다. 그런데 이런 고주파를 가진 플레어 같은 것이 방출되는 것이 적색왜성에서 감지된 사례는 이번이 처음이다. 또 이 별이 밀리미터(mm) 파장에서 감지된 사례도 처음이어서 알마 망원경을 사용한 연구에 새로운 길을 개척했다고 연구진은 생각하고 있다. 우리 태양에서도 태양 플레어가 발생할 때 비슷한 방출을 생성하지만 이는 간헐적이다. 무엇보다, 이 별의 강력한 자기장 방출은 태양이 생산하는 것보다 1만 배나 더 밝다. 질량은 태양의 10%밖에 안 되는 것이 말이다. 천문학자들은 알마 망원경을 사용해 4시간 연속 관측에서 이 별이 지속해서 활성화돼 있는 것을 목격했다. 이는 외계행성 중 거주 가능한 곳을 찾는데 중요한 의미가 있다. 적색왜성은 우리 은하에서 가장 흔한 별로, 행성 탐색에서 주 표적이 된다. 하지만 이런 적색왜성은 태양만큼 뜨겁지 않아서 그 별에 가까운 행성에만 생명이 사는 데 필수적인 액체 상태의 물이 존재할 수 있다는 것이다. 그런데 이런 근거리라는 이점이 이 적색왜성에서만큼은 행성의 대기를 날려버리거나 표면의 복잡한 분자를 파괴할 수 있는 방사선 중심에 놓일 수 있다고 천문학자들은 추측하고 있다. 이들은 이제 이 별만이 이상한 것인지 아니면 같은 유형의 다른 별에도 이런 현상이 일어나고 있는지 연구할 계획이다. 한편 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

행성 탄생 순간을 촬영한 최초의 선명한 사진이 공개됐다. 미국 애리조나대(UA) 등이 참여한 국제 연구진은 지구로부터 약 450광년 거리에 있는 젊은 별 ‘LkCa15’을 대상으로 한 관측 연구에서 행성 탄생 순간을 담은 실물 사진을 얻어낼 수 있었다고 밝혔다. 항성 ‘LkCa15’에는 행성 형성에 필요한 물질이 중력에 의해 원반 형태로 회전하고 있다. 이 원반은 지구로부터 먼 거리에 있고 가스와 먼지 대기가 끼어 있어 관측에 어려움이 있지만, UA 연구진은 그 모습을 촬영한 첫 사진을 공개했다. 지금까지 우리 인류에게 알려진 항성을 공전하는 외계행성은 약 2000개로, 이중 10개 정도만이 촬영됐으며, 행성 탄생 순간이 포착된 사례는 없었다. 이번 연구에 참여한 UA 대학원생인 스테프 살룸 연구원은 “이 사진은 아직 형성 중이라고 말할 수 있는 하나의 행성을 처음으로 촬영한 것”이라고 말한다. 살룸 연구원은 같은 학교 대학원생 출신으로 이 연구를 이끌고 있는 케이트 폴레트 스탠퍼드대 박사후연구원과 공동 연구 중이다. 불과 몇 달 전, 살룸 연구원과 폴레트 박사후연구원은 각각 독립적으로 박사과정을 밟고 있었다. 그런데 이들은 우연히 같은 별을 대상으로 연구하고 있다는 것을 알게 됐다. 두 사람이 관측하고 있는 항성 ‘LkCa15’은 특별한 유형의 원시행성계원반(protoplanetary disk)에 둘러싸여 있다. 이 원반에는 내부에 간극으로도 불리는 빈 공간이 있었다. 원시행성계원반은 젊은 별이 형성되고 남은 파편으로 형성된다. 그런 원반 안에서 행성이 형성되는 과정에서 간극이라는 공간이 관측된다. 살룸 연구원은 "애리조나대 연구진이 개발한 첨단장비와 기술로 이번 사례처럼 별보다 훨씬 희미한 원반과 같은 천체를 볼 수 있게 됐다"고 말한다. 이들이 연구에 사용한 관측 장비는 애리조나주(州) 그레이엄산에 있는 ‘거대 쌍안 망원경’(Large Binocular Telescope, LBT)과 칠레에 있는 ‘마젤란 망원경과 적응광학 시스템’(Magellan Telescope and its Adaptive Optics System, MagAO)이다. 연구진에 따르면, 먼 거리에 있는 천체를 선명하게 촬영하는 것은 뜨겁고 찬 공기가 섞여 있는 지구의 대기 난류 때문(atmospheric turbulence)에 어려운 일이다. 폴레트 박사후연구원의 조언자 역할을 한 레어드 클로스 UA 천문학 교수는 “당신이 지구의 대기를 통해 볼 때 당신이 보고 있는 별이 반짝이는 것은 이런 대기 난류의 영향 때문”이라면서 “거대 망원경에서 이는 매우 큰 영향”이라고 말했다. 살룸 연구원의 조언자인 조쉬 아이즈너 UA 천문학과 교수 역시 “거대 망원경들은 항상 이런 문제를 겪는다”고 말한다. 하지만 아이즈너 교수와 살룸 연구원은 LBT 적응광학 시스템과 새로운 영상 기술을 사용함으로써 항성 LkCa15의 선명한 적외선 이미지를 얻는데 성공했다. 반면, 클로스 교수와 폴레트 박사후연구원은 앞서 두 사람이 시행한 행성 연구결과를 독립적으로 확증하기 위해 ‘마젤란의 적응광학 시스템’(MagAO)을 사용했고 마침내 원하는 결과물을 얻을 수 있었다. 이 연구에 참여한 피터 터트힐 호주 시드니대 교수는 “이런 결과는 매우 진보한 많은 신 기술과 별을 촬영하는 사업적 분야에도 응용될 수 있다”고 말했다. 이 연구결과는 세계적인 학술지 ‘네이처’(Nature) 최신호(11월 19일자)에 실렸다. 사진=애리조나대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

-'천문학자' 칸트의 태양계 형성설 '순수이성비판'을 쓴 철학자 임마누엘 칸트의 박사학위 논문이 철학이 아니라 천문학 이론임을 아는 사람은 그리 많지 않은 것 같다. 1755년에 발표된 칸트의 학위논문은 그 제목부터가 '일반 자연사와 천체 이론'이었다. 하긴 그 시대는 철학과 천문학 사이에 명확한 선이 없던 때이기는 했다. 하지만 칸트의 논문은 명확히 천문학에 관한 내용이었다. 그것도 우리 태양계의 생성에 관한 학설로, 흔히 성운설'이라고 불리는 것이다. 현대 천문학 교과서에도 ‘칸트의 성운설'(Kant’s Nebula Hypothesis)로 당당하게 자리잡고 있다. 일찍이 뉴턴 역학에 매료되어 대학에서 철학과 함께 물리학과 수학을 공부했던 칸트는 ​틈틈이 망원경으로 우주를 관측하며 천문학을 연구한 천문학자이기도 했다. 그는 대선배인 아리스토텔레스 세계관이 뉴턴에 의해 붕괴되는 것을 보고 새로운 시대의 우주론에 깊이 빠져들었다. 아리스토텔레스 체계는 세계를 달을 기준삼아 천상계와 지상계 둘로 쪼개고, 그 소통을 금지시켰다. 따라서 기왕의 천문학에서는 천상은 불변 완전한 세계이고 천체들은 올림포스 신들처럼 신성한 존재였다. 그러나 천상이든 지상이든 중력의 법칙이 온 우주를 관통한다는 것을 증명한 뉴턴의 역학 앞에 아리스토텔레스가 더 이상 버틸 수 없었던 것은 당연한 일이었다. 뉴턴 물리학의 등장으로 천문학은 새로운 전기를 맞이하게 된다. 천상의 천체들 역시 지구처럼 질량을 가지고 중력으로 빈틈없이 묶여 있는 물체임이 밝혀지게 되었다. 즉, 지상의 물리학은 천상에서도 적용되며, 지상의 물리학을 통해 우주의 상황을 알 수 있다는 믿음을 갖게 된 것이다. 인간의 몸은 비록 지상에 매여 있지만, 우리의 지성은 온 우주로 확장될 수 있다는 믿음이었다. 이제까지 항성천구에 붙어 있는 점으로 간주되었던 하늘의 천체들이 질량을 가진 물체라는 사실이 알려지면서 하나의 흥미로운 문제가 제기되었다. 천체들의 내력, 곧 우주의 역사라는 문제에 인류가 눈을 뜨게 된 것이다. 이전에는 사실 태양계라는 개념조차 없었다. 태양계라는 개념이 생긴 것은 17세기 말에 이르러서였다. 그럼 이 태양계는 언제 어떻게 형성되었나? 세계의 탄생과 멸망에 관한 이론들은 고래로부터 각 문명권마다 있었지만, 오랜 시간 동안 인류는 이러한 생멸 이론을 태양계에 접목할 생각을 하지 못하다가, 뉴턴 이후에야 비로소 천체 형성에 관한 이론들이 나타나기 시작했다. 뉴턴 사후 22년이 지난 1749년, 프랑스의 철학자이자 박물학자인 조르주 드 뷔퐁이 태양계 형성에 대한 주목할 만한 이론을 발표했다. 뉴턴에 깊이 영향 받은 뷔퐁은 태양계는 공통의 기원을 가지고 있으며, 그 기원은 혜성이 태양에 충돌해 거기서 물질들이 빠져나옴으로써 비롯되었다는 주장을 펼쳤다. 물질들은 중력으로 인해 뭉쳐져 둥근 형태를 이루었으며, 서서히 식어 행성이 되었고, 더 작은 덩어리들은 위성이 되었다는 것이다. 실제로 두 개의 천체가 충돌하는 것은 우주에서 다반사로 일어나는 일이다. 심지어 은하들도 충돌하고 있다. 우리은하도 37억 년 후에 안드로메다 은하와 충돌할 것으로 예상되고 있다. 뷔퐁의 혜성 충돌설은 최초의 본격적인 태양계 형성설로, 이로써 그는 ‘우주 파국 이론’의 창시자가 되었다. -​칸트의 성운설과 섬 우주론 이 뷔퐁의 뒤를 이어 태양계 형성설을 들고나온 사람이 바로 철학자 임마누엘 칸트였다. 31살인 1755년에 발표한 '일반자연사와 천체 이론'에서 칸트는 뉴턴 역학의 모든 원리를 확대 적용하여 우주의 발생을 역학적으로 해명하려 했다. 이것이 바로 뒷날 유명한 ‘칸트-라플라스 성운설’로 알려진 우주 발생 이론이다. ​ 뉴턴이 생성 운동의 기원을 신의 '최초의 일격'으로 돌린 데 반해, 칸트는 우주의 생성과 진화에 사용되는 힘들을 물질에 내재하는 중력과 척력(반발 작용), 그리고 그 안에서 대립되는 힘이라고 생각했다. 이 설에 따르면, 원시 태양계는 지름이 몇 광년이나 되는 거대한 원시 구름인 가스 성운이 그 기원이다. 천천히 자전하던 이 원시 구름은 점점 식어가면서 중력에 의해 중심 쪽으로 낙하하는 현상이 일어남으로써 수축이 이루어져 회전이 빨라지고, 마침내 그 중심부에 태양이 탄생되고 주변부에는 여러 행성들이 만들어졌다는 것이다. 행성들이 자전하면서 거기에서 떨어져나온 것들이 바로 위성이다. 칸트는 이러한 방식으로 진화론적 생각을 역학 법칙에 따르는 천제 운동의 과학적인 설명과 결합시켰다. 엥겔스는 바로 이 점에서 칸트가 형이상학적 세계상을 극복하는 데 큰 기여를 한 것이라고 보고, "현재의 모든 천체가 회전운동을 하는 성운 덩어리로부터 발생했다는 칸트의 이론은 코페르니쿠스 이래 천문학이 이룩한 가장 커다란 진보였다"고 평했다. ​ 칸트의 성운설은 행성들의 동일 평면상에서의 운동, 공전방향과 태양의 자전방향과의 일치 등을 잘 설명할 수 있다는 점에서 최초의 과학적인 태양계 기원설로 널리 받아들여졌다. 칸트의 성운설은 한마디로, 태양을 비롯하여 행성, 위성, 혜성 들이 원초적인 근본물질들에서 분리되어 우주 공간을 채웠으며, 그 안에서 형성된 천체들이 태양계 공간을 운행하게 되었다는 것이다. 칸트의 아래와 같은 추론은 현대 생물학자들의 견해에 접근하는 놀라운 예지의 소산이라 하지 않을 수 없다. “이런 식으로 채워진 공간에서 고요함이 지속되는 것은 일순간일 뿐이다. 원소들은 서로를 움직이게 하는 힘을 가지고 있으며, 그것들 자체가 생명의 근원이다. 물질은 형태를 이루려고 분투한다. 흩어진 원소들 중 밀도가 높은 것은 가벼운 원소들을 주위로 끌어들인다.” '정신과 자연'의 저자인 영국의 생물학자 그레고리 베이트슨이 그의 책 안에서 “원자는 스스로 생명을 지향하는 것처럼 보인다”라고 한 말과 너무나 흡사한 주장이 아닌가! ​ -'외계 생명체'를 예언한 칸트 원시 태양계 형성의 얼개를 만든 칸트는 별들에 대해서도 기왕의 이론들과는 사뭇 다른 주장을 펼쳤다. 직접 망원경으로 우주를 관측하기도 했던 칸트는 별들 역시 태양과 다를 바 없는 존재로, ‘비슷한 체계 안에 들어 있는 중심‘이라고 보았다. 이로써 태양계와 별들 사이의 관계를 정립한 칸트는 한 걸음 더 나아가, 이러한 원리를 은하계로까지 확대했다. 그는 은하계가 거대한 렌즈 모양을 하고 있으며, 별들이 은하 적도 부근에 밀집해 있다고 주장했다. 그리고 우리의 항성계가 다른 우주의 체계들, 성운들과 비슷하다고 보았다. 칸트는 자신의 우주론에 대해 갖고 있는 깊은 믿음을 다음과 같이 표현했다. “나는 어떤 꾸밈도 없이, 운동 법칙대로 잘 정돈된 세계가 생겨나는 것을 보면서 만족한다. 그것은 우리 눈앞에 펼쳐져 있는 우주와 아주 비슷해 보이므로, 나는 그것을 진실로 간주하지 않을 수 없다." 망원경으로 밤하늘에서 빛나는 나선 형태의 성운을 관측하기도 했던 칸트는 당시 성운으로 알려졌던 드로메다자리의 M31이 수많은 별들로 구성된 또 하나의 은하일 것이라는 구체적인 제안을 했을 뿐만 아니라, 이러한 나선형 성운에 ’섬 우주'(island universe)라는 멋진 이름을 붙여주기까지 했다. 지금이야 이런 성운들이 외부 은하임이 밝혀졌지만, 당시만 해도 우리 은하 내부의 성간운이라는 주장이 널리 퍼져 있었다. 외계 생명체에 대한 칸트의 추론 역시 주목할 만한 것이었다. 생명은 천체들이 진화한 결과 생겨난 것이지, 신의 창조 행위로 생겨난 것은 아니라고 생각한 칸트는 19세기의 진화론자처럼 ‘생명체는 특정한 외적인 조건들과 연계되어 있다’라고 인식했다. “나는 모든 행성들에 다 생명체가 살고 있다고 주장할 필요는 없다고 본다. 또한 이것을 굳이 부정하는 것도 불합리하다. 태양의 티끌에 불과할 정도로 황량하여 생명체가 없는 지역들도 있을 것이다. 어쩌면 모든 천체들이 미처 완전한 형태를 다 갖추지 못했을지도 모른다. 어떤 거대한 천체가 확실한 물질상태에 도달하기까지는 수천 년에 또 수천 년이 더 걸릴지도 모른다.” 요컨대 외계 생명체가 있을 수도 있다는 말이다. 망원경을 통해서 우주가 점점 넓어져가고 새로운 별들이 계속 발견됨에 따라 다른 천체에도 생명체가 존재할 것이라는 믿음이 18세기 중반 이후로 점차 넓게 퍼져갔다. -"별이 빛나는 하늘과 내 속에 있는 도덕률" 칸트의 이러한 우주 진화론은 창조자로서 신을 중심으로 한 목적론적 질서와 조화라는 견해와 모순되는 것이라고는 할 수 없었다. 오히려 칸트는 이러한 자신의 시도가 우주의 기계적 완벽성을 순수하게 역학적으로 설명한 것인만큼 신의 완전성과 합목적성의 증거가 된다고 믿었다. 그러나 칸트의 우주 진화론이 당시에 널리 받아들여지지 않았던 것은 어쩌면 당연한 일이기도 했다. 학자들은 수학적으로 계산할 수 있는 것 외에는 잘 인정하려 하지 않았기 때문이다. ‘더 나은 시대를 위해 유보되었던’ 칸트의 진화론은 그들이 보기엔 너무 직관적이고 모호하게 비쳤던 것이다. 그러나 뒤이어 나타난 아마추어 천문학자 허셜이 놀라운 발견들을 거듭하면서 칸트의 진화론을 뒷받침했다. 150센티밖에 안되는 조그만 키에, 80평생 고향 쾨니히스베르크(오늘날 러시아 칼리닌그라드)에서 백 마일 이상을 나가본 적이 없으면서도 우주를 누구보다 멀리 내다보았던 사람, 하루도 빠짐없이 매일 오후 우주의 시계추처럼 일정한 시간에 산책을 다녔던 사람, 노년에 이르도록 깊이 우주를 사색했던 철학자- 이런 것들이 '천문학자 칸트'를 규정할 수 있는 몇 가지 요소들이다. 여담이지만, 평생을 독신으로 살았던 칸트에게도 한번은 결혼할 뻔한 적이 있었다. 마을 처녀에게 청혼을 하여 승락까지 받았는데, 머리속엔 늘 생각으로 가득하고, 망설여지기도 하고, 또 깜박하기도 하여 세월을 죽이다가, 어느 날 갑자기 그 처녀와 결혼해야겠다는 생각이 들어 한껏 차려입고 처녀의 집엘 갔으나, 아뿔싸! 벌써 20년 전에 이사를 갔다는 것이다. 이것이 칸트 생애에 있었던 로멘스의 총량이다. ​1804년 2월 12일 새벽, 칸트는 늙은 하인이 건넨 포도주 한 잔을 마시고는 "그것으로 좋다”(Es ist gut.)는 말을 마지막으로 남기고 삶을 마감했다. 향년 80세. 끝으로, 놀라운 직관과 예지로 그 시대의 어느 누구보다 우주의 진면목에 다가갔던 칸트의 묘비명은 우주와 인간을 아우르는 아름다운 내용으로 다음과 같다. “생각하면 할수록 내 마음을 늘 새로운 놀라움과 경외심으로 가득 채우는 것이 두 가지 있다. 하나는 내 위에 있는 별이 빛나는 하늘이요, 다른 하나는 내 속에 있는 도덕률이다.” 이광식 통신원 joand999@naver.com

지구에서 4.3광년 거리 ‘센타우루스자리 α별 Bb’ 분석 결과, 실제 존재하지 않는 별 가능성 커 영화 ‘아바타’와 ‘트랜스포머’ 캐릭터들의 고향 과학자들이 하나의 유명한 외계행성을 소멸시켜버렸다. 최신 연구에 따르면, 태양계에서 가장 가까운 외계행성으로도 알려진 ‘센타우루스자리 α별 Bb’가 사실 관측 데이터에 나타났던 실제로는 존재하지 않는 ‘유령’에 지나지 않았다. 2012년 세계적인 학술지 ‘네이처’(Nature)에 발표됐던 이 행성은 추정 질량이 지구와 비슷해서 획기적인 발견으로 평가됐었다. 특히 이 별의 항성계인 ‘센타우루스자리 α별’ 계는 지구로부터의 거리가 불과 4.3광년으로, 영화 ‘아바타’와 ‘트랜스포머’ 등의 공상과학(SF) 작품에 등장하는 캐릭터들의 고향으로 설정되기도 했다. 이처럼 가까운 거리에 생명체가 살고 있을지도 모르는 행성이 발견됐다는 소식에 많은 사람이 흥분을 감추지 못했었다. 하지만 이 행성은 생명체가 살 수 있는 적합한 곳이 아니었다. 주별(모성)과의 거리가 태양에서 수성까지의 거리의 불과 10분의 1 정도밖에 안 돼 행성 표면은 매우 뜨거워 암석이 걸쭉하게 녹아 덮여 있는 상태로 예상됐기 때문이다. 그런 ‘센타우루스자리 α별 Bb’는 이제 지구 크기의 행성을 찾는 게 얼마나 어려운지 행성 사냥꾼들에게 다시 한 번 되새겨주고 있다. 최근 미 코넬대 도서관이 운영하는 물리학 분야의 권위있는 온라인논문저장 사이트인 아카이브(arXiv.org)에 게시됐으며, 조만간 ‘영국 왕립천문학회 월간보고’(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 게재될 새로운 연구논문은 지구에서 가장 가까운 외계행성이 사실 존재하지 않는다고 밝히면서도 그 행성의 배경으로 찍힌 노이즈(잡신호)가 실제 행성에 관한 희미한 단서인지 구별하는 것은 매우 어려운 것이라고 설명하고 있다. 외계행성 ‘센타우루스자리 α별 Bb’를 처음 발견했던 연구진도 현재 같은 의견을 나타냈다. 미 하버드-스미스소니언 천체물리학센터 소속 사비에르 두무스크 박사는 “이는 정말 괜찮은 연구”라고 평가하면서도 “100% 확신하는 것은 아니지만 아마 그 행성은 존재하지 않았던 것 같다”고 인정했다. ■ 그렇다면 행성은 어떻게 사라지게 됐는가 이처럼 외계행성이 뒤늦게 없다고 판명된 사례는 이번이 처음은 아니다. 2005년 폴란드 천문학자 마치에이 코나츠키는 서로 강하게 연결된 삼중성계 HD 188753에 목성을 닮은 거대한 가스 행성이 있다는 증거를 발견했다고 발표해 천문학계에 파란을 일으켰다. 행성 형성 이론에 따르면, 삼중성계의 중력장은 그런 거대한 행성의 형성을 방해하기 때문이다. 하지만 2년 뒤, 다른 연구진이 문제의 행성을 관측하려고 했지만 결국 확인하지 못해 코나츠키의 발견은 착각이었던 것으로 밝혀졌다. 두무스크 박사가 센타우루스자리 α별 Bb를 발견했을 때 사용한 방법은 도플러 분광법이다. 별의 주위에 행성이 있다면 항성이 중력에 끌려 약간 흔들리는 운동을 보여 이는 항성의 빛 변화로 파악된다. 경찰차가 다가올 때 사이렌 소리가 높아지고 멀어질 때 낮아지는 것처럼 별이 지구에 가깝도록 움직일 때 파장이 청색으로 어긋나고 멀어지도록 움직일 때는 빨간색으로 어긋난다. 두무스크 박사가 센타우루스자리 α별 B를 관찰한 결과, 스펙스럼이 일정하게 붉은색이나 파란색으로 어긋나 있었던 것이다. 이런 변화는 항성이 작은 행성에 끌려 약 3일 주기로 비틀거리고 있다고 생각하면 잘 설명할 수 있다고 한다. 당시 별의 흔들림을 이용해 존재가 추정된 행성은 수백 개였지만 모두 센타우루스자리 α별 Bb보다 큰 행성이었다. 따라서 일부 연구자는 두무스크 박사의 발견에 회의적이었고 외계행성을 찾는 선구자인 미국 예일대의 천문학자 아티 하체스 박사도 부정적인 분석 결과를 발표했었다. 그런데 이번 최신 연구로 당시 발견됐던 외계행성은 산발적으로 모은 자료 탓에 실제로 존재하지 않는 것이 나타났던 것으로 밝혀졌다. 피아노 협주곡을 들으려 할 때 10가지 소리 중 1가지 소리만도 귀에 들리지 않으면, 전문가들도 바흐를 베토벤으로 착각할 수 있다고 한다. 이와 마찬가지로 센타우루스자리 α별 Bb를 발견했던 망원경은 1주일에 몇 번밖에 별을 관측하지 않았으므로, 산발적인 데이터를 본 천문학자들이 아무것도 없는 곳에 행성이 있다고 착각했다는 것이다. 영국 옥스퍼드대에서 천체물리학을 전공하고 있는 대학원생 비네시 라즈팔 연구원은 별의 흑점을 관측하는 장비의 ‘전자 노이즈’나 또 다른 별에 의한 ‘중력’ 등 행성과 무관한 원인이 항성 표면에 희미한 빛 패턴을 만들어 그것이 행성으로 착각될 수 있다고 밝혔다. ■ 가짜 행성을 만들다 이런 주장을 증명하기 위해 라즈팔 연구원은 컴퓨터 시뮬레이션에서 행성이 없는 별을 만들고 산발적으로 관측했다. 이후 관측 데이터를 합성한 결과, 갑자기 존재하지 않는 행성이 출현한 것이다. 라즈팔 연구원에 따르면 지금까지 5600개 이상의 외계행성 후보가 발견되고 있지만 그 대부분은 훨씬 크기 때문에 문제는 없다. 케플러 우주망원경은 지구보다 작은 외계행성을 발견했지만 이쪽도 문제는 없다. 케플러 망원경은 하늘의 한 획을 연속적으로 관측하는 다른 방법을 사용하고 있는데 두무스크 박사가 사용한 도플러 분광법은 다른 행성이 별 앞을 통과할 때 별의 밝기가 약간 어두워지는 현상을 이용해 행성을 찾고 있기 때문이다. 외계행성을 찾는 어려움을 잘 아는 두무스크 박사는 최근 동료 전문가들을 대상으로 작은 행성을 발견하는 대회를 주최했다. 그는 크고 작은 행성을 가진 항성이나 행성이 없는 별을 시뮬레이션으로 만들고 행성을 찾도록 했다. 그 결과, 별의 흔들림 때문에 큰 행성을 찾은 전문가팀의 정답률은 90%였다. 작은 행성의 경우, 가장 성적이 좋았던 팀도 정답률은 불과 10%로 많은 오차가 있는 것으로 나타났다. 사진=ESO 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

-우주탄생에서 불과 6억년 후의 모습 허블 우주망원경이 우주가 태어난 지 얼마 되지 않은 '우주의 새벽'을 촬영하는 데 성공했다. 이 놀라운 이미지는 미 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)이 중력 렌즈를 사용해 잡아낸 초창기 원시은하들의 모습을 보여주고 있다. 이들 원시 은하는 빅뱅 이후 6억년밖에 지나지 않았을 때 태어난 것으로, 허블 망원경이 이제껏 잡아낸 어떤 은하보다도 먼 거리에 있는 은하들이다. 우주에서는 시간이 곧 공간이므로 이 은하들의 나이는 130억년이 넘는다는 뜻이다. 연구진은 이 작은 은하들이 지금의 우주를 만든 데에 결정적인 역할을 한 것으로 보고 있다. 스위스 로잔 공과대학의 하킴 아텍 교수가 이끄는 국제적인 연구진은 빅뱅 이후 6억년에서 9억년 사이의 공간에서 이같은 작은 은하들을 250개 이상 발견했다. 지금까지 발견된 은하들 중 가장 오랜 은하들이다. 이들 은하에서 출발한 빛은 적어도 120억년 이상의 시간을 날아서 망원경에 포착된 셈인데, 이는 곧 천문학자들이 120억년 이전의 과거에 존재했던 아기 우주의 모습을 보고 있다는 뜻이다. "허블 망원경이 잡은 심우주의 은하들 중에서 이보다 더 오랜 은하들은 없습니다." 하고 프랑스 리옹 천문대의 요한 리차드가 밝혔다. 이들 은하에서 온 빛을 모아 분석해본 결과, 연구진은 이 원시 은하의 빛이 초창기 우주의 역사에서 미스터리에 싸인 기간, 곧 재이온화 시기에 중요한 역할을 했다는 사실을 발견했다. 초기 원시우주에서 탄생한 최초의 별(항성)과 은하가 우주 공간에 강력한 자외선을 방출하면서 우주 온도가 높아지면, 우주는 다시 이온화의 과정을 겪게 되는데, 이를 ‘재이온화’라고 부른다. 재이온화가 진행되면 수소의 양성자에서 분리된 전자로 인해 우주는 다시 빛이 직진할 수 없는 불투명한 상태가 된다. 이번 연구에서 관측된 원시은하의 자외선을 조사하면 이 은하들이 진화의 과정에 있는지 알 수 있게 된다. 연구진은 상당한 확신을 가지고, 이들 원시은하들이 초창기 우주를 투명하게 하는 데 중요한 역할을 했으며, 재이온화 시기는 빅뱅 이후 7억년 시점에서 끝났다는 결론을 내렸다. 이 같은 발견의 뒤에는 연구진이 활용한 중력 렌즈의 역할이 컸던 것으로 알려졌다. 허블 심우주 관측 프로젝트의 일환으로 연구진은 심우주에 있는 3개의 은하단을 중력 렌즈로 활용했다. 은하단의 무거운 질량으로 인해 빛이 휘어지는 현상이 일어나는데, 이것이 확대 렌즈의 역할을 하게 되는 것을 일컬어 중력 렌즈라 한다. 중력 렌즈를 최초로 예측한 사람은 상대성이론을 완성한 아인슈타인이었다. 연구진은 이 중력 렌즈를 이용해 해상도 높은 원시은하 이미지를 얻을 수 있었다. 제1세대 은하를 관측, 연구하려면 이 중력 렌즈의 역할이 필수적이다. "심우주의 은하단은 강력한 천연 망원경이다. 이들의 도움이 없으면 초창기 우주의 모습을 볼 수가 없다"고 스위스 로잔 공과대학의 얀-폴 크나이브 박사가 밝혔다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

영화 스타워즈에는 행성도 파괴할 수 있는 강력한 파괴력을 지닌 무기인 '죽음의 별'(Death Star)이 등장한다. 물론 이는 가공의 존재지만, 실제로 우주에는 행성을 파괴할 수 있는 별이 존재한다. 예를 들어 과학자들은 별이 타고 남은 잔해가 뭉친 백색왜성이 그런 역할을 할 수 있다고 생각해왔다. 태양 같은 별이 최후를 맞이하면 나머지 물질들이 모여 백색왜성이라는 작은 천체를 형성한다. 대개 크기는 지구보다 약간 큰 정도지만, 항성 급의 중량을 지니고 있으므로 그 표면 중력은 엄청나다. 그런데 과학자들은 이 백색 왜성이 '금속' 같은 물질로 표면이 오염되어 있다는 사실을 발견했다. 과학자들은 그 이유가 백색왜성이 행성을 파괴해 흡수했기 때문이라고 생각해 왔지만, 확실한 증거는 없었다. 하버드 스미스소니언 천체 물리학 센터의 앤드류 밴더버그(Andrew Vanderburg of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA))와 그의 동료들은 나사의 케플러 우주 망원경의 K2 임무 데이터를 이용해서 백색 왜성 주변에서 파괴되는 행성의 증거를 처음으로 확인해 이를 저널 네이처에 발표했다. 나사의 케플러 우주 망원경은 K2 임무라는 새로운 관측 임무를 진행 중이다. K2 데이터를 분석한 과학자들은 지구에서 570광년 떨어진 백색왜성 주위를 공전하는 행성이 있다는 사실을 밝혀냈다. 케플러 망원경에서 바라봤을 때 행성이 백색왜성 앞을 지나면서 주기적으로 밝기가 변하는 것을 포착한 것이다. 사실 백색왜성 주변의 행성은 드물지 않다. 먼 미래 우리 태양 역시 백색왜성이 되면 그 주변에 행성이 공전하고 있을 것이다. 하지만 이번에 발견된 행성은 공전 주기가 4.5시간에 불과했다. 그리고 거리는 지구-달거리의 대략 두 배인 87만km 정도에 불과했다. 이와 같은 사실은 켁 망원경을 비롯한 지상 망원경의 관측으로 다시 확인되었다. 백색왜성의 밝기 변화를 관측한 과학자들은 더 놀랄만한 사실을 밝혀냈는데, 이 행성이 현재 파괴되고 있다는 증거가 발견되었기 때문이다. 만약 온전한 행성이 백색 왜성 주변을 공전하면 밝기 변화는 그 앞을 지나는 짧은 순간만 발생할 것이다. 반면 행성이 중력에 의해 파괴되어 파편이 주변에 있다면 밝기 변화가 순간적이 아니라 더 긴 시간에 걸쳐 나타날 것이다. 주변의 파편들에 의해 가려지는 부분도 있기 때문이다. 과학자들이 관측한 것은 후자였다. (아래 그래프) 백색왜성이 형성되는 과정에서 철이나 실리콘 같은 무거운 원소들은 중심부로 가라앉고 수소나 헬륨처럼 가벼운 원소들은 표면으로 이동하게 된다. 따라서 본래 백색왜성 표면에는 무거운 금속 원소는 존재하지 않아야 한다. 하지만 앞서 설명했듯이 실제로는 무거운 원소들이 표면에 존재한다는 것이 스펙트럼 분석결과 알려졌었다. 이번 연구 결과는 이것이 예상했던 것처럼 백색왜성이 행성을 갈아서 흡수했기 때문이라는 것을 확인시켰다. 현재 우리가 관측한 이 행성의 모습은 어쩌면 아주 먼 미래의 지구의 모습일 수도 있다. 그런 일이 발생하기 위해서는 앞으로 60억 년이라는 시간이 더 필요하겠지만, 태양도 지구도 영원할 수는 없다. 고든 정 통신원jjy0501@naver.com

몇 년 전부터 심심찮게 ‘생명체가 살 수 있을 것으로 예상되는 외계 행성을 찾았다’는 뉴스가 전해지고 있다. 소설이나 영화 등에서는 지구와 똑같은 환경의 외계 행성을 찾는 이유가 지구에서 얻을 수 없는 희귀원소 확보하거나 먼 미래에 사람이 살 수 있는 거주지 개척으로 그려진다. 그렇지만 과학자들이 외계 생명체와 지구형 행성을 찾는 이유는 ‘이 광활한 우주에 과연 우리밖에 없을까’라는 근본적인 질문에 답하기 위한 것이다. 명저 ‘코스모스’를 쓴 칼 세이건 박사는 행성 탐사에 대한 이유를 “이 우주에 인간만 있다면 엄청난 공간 낭비다”는 한 문장으로 압축했다. 실제로 세계 각국은 최첨단 관측 장비를 이용해 외계 행성 찾기에 열을 올리고 있다. 우주 선진국들은 지구 대기의 영향을 피해 천체를 관측하기 위해 우주에 망원경을 쏘아 올리고 있다. 대기는 빛을 완전히 통과시키지 않아 천체의 모습을 왜곡시킬 가능성이 크고 가시광선을 제외한 파장은 대부분 지구 대기를 통과하지 못하기 때문이다. 우주에서는 지상에서는 관측할 수 없는 여러 파장을 볼 수 있을 뿐 아니라 날씨나 시간에도 구애받지 않는다. 최초의 우주망원경은 1990년 4월 24일 발사된 ‘허블’이다. 허블 망원경은 25년 동안 100만 건이 넘는 관측활동을 했고 지금도 끊임없이 우주의 비밀을 알려주고 있지만, 외계 행성 발견이 목표는 아니다. 외계 행성 탐색을 목표로 하는 우주망원경은 ‘케플러’다. 케플러 우주망원경은 지구에서 보는 달의 면적보다 600배 넓은 영역을 관측해 한번에 15만개가량의 별을 관측한다. 이를 통해 케플러는 지금까지 2000개 이상의 행성 후보를 찾아냈다. 한국은 아직 우주망원경을 발사하는 수준에는 못 미치고 있다. 대신 지상에서 최고 수준의 장비를 이용해 외계 행성을 찾아나서고 있다. 외계 행성 탐사연구를 주도하고 있는 한국천문연구원은 남반구 밤하늘을 24시간 관측할 수 있는 ‘외계 행성 탐색시스템’(KMTNet)을 개발해 시험 관측을 마치고 이달 1일부터 본격적인 ‘제2의 지구 탐색’에 돌입했다. KMTNet은 직경 1.6m 광시야 망원경과 3.4억 화소 모자이크 카메라로 구성된 관측시스템이다. 비가 거의 내리지 않고 날씨가 맑아 1년 중 300일 가까이 천체 관측이 가능한 칠레 세로톨로로 범미주 천문대, 남아프리카공화국 케이프타운 천문대, 호주 사이딩스피링 천문대 등 남반구 주요 지역 3곳에 설치돼 각각 8시간씩 24시간 내내 같은 하늘을 쉬지 않고 관찰할 수 있다. 우리나라에서는 천체 관측이 가능한 날씨가 160일 정도에 불과하다. 현재 24시간 외계 행성 탐사를 하고 있는 장비는 케플러 우주망원경이 유일하다. 지상에서 24시간 탐색체제를 갖춘 것은 KMTNet이 처음이다. 망원경에는 4장의 전하결합소자(CCD)를 붙여 만든 CCD 검출기를 장착해 보름달 16개만큼의 밤하늘 시야 면적에서 수천만 개의 별 신호를 한 번에 기록할 수 있다. 이 시스템을 이용해 10분마다 우리 은하에서 별이 가장 많이 관측되는 궁수자리 근처에 있는 수억 개 별을 찍는다. 천문연 관계자는 “지금까지 중력렌즈 효과를 이용한 탐사방법으로 발견된 외계 행성 39개 중 32개를 한국 과학자들이 포함된 연구그룹이 찾아냈다”며 “KMTNet의 본격 가동으로 매년 100개 이상의 행성을 새로 발견할 것으로 기대되는 만큼 지구 크기의 행성도 연간 2개 이상 발견이 가능할 것으로 예상된다”고 설명했다. 그렇다면 외계 행성은 어떻게 찾는 것일까. 외계 행성 탐사방법은 ▲시선속도법 ▲횡단법 ▲중력렌즈측정법등 세 가지다. ‘시선속도법’은 멀어지는 물체에서는 빛의 진동수가 감소하고 가까워지는 물체에서는 증가한다는 ‘도플러 효과’를 응용한 것이다. 항성(별) 주변에 행성이 있다면 항성과 행성은 중력법칙에 따라 서로를 끌어당기기 때문에 별은 미세하게 움직이면서 빛의 파장에 변화를 가져온다. 변화주기를 측정해 행성의 공전주기와 질량을 파악하는 것이다. 현재 가장 많이 활용되는 것은 ‘횡단법’과 ‘중력렌즈 측정법’이다. 횡단법은 케플러 우주망원경이 외계 행성을 찾을 때 쓰는 방법이다. 외계 행성은 스스로 빛을 내지 않기 때문에 중심별인 항성을 찾는다. 외계 행성이 관측자와 항성 앞을 지나는 순간 항성이 가려져 어두워지는데 어두워지는 정도를 바탕으로 행성의 존재 여부와 크기를 파악한다. 중력렌즈 측정법은 KMTNet에서 사용하고 있는 탐색법으로 공전주기가 지구와 비슷한 1년 정도의 지구형 행성을 찾는 데 특화돼 있다. 중력렌즈 효과는 ‘질량은 시공간을 휘게 만들어 빛도 직진하는 것이 아니라 공간을 따라 자연스럽게 휘어서 움직인다’는 알베르트 아인슈타인의 ‘일반 상대성이론’에 근거한 것이다. 관측자가 보는 시점에서 두 항성이 일직선상에 있을 때 앞쪽 별의 중력장 때문에 뒤쪽 별의 빛은 휘어져서 도달하게 된다. 앞쪽이나 뒤쪽 항성 궤도에 외계 행성이 있다면 빛은 더욱 휘어져 들어오기 때문에 빛의 도달시간을 계산해 항성의 이론적 질량과 비교하면 행성의 존재와 크기를 알 수 있게 되는 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지구는 화성이나 금성과 비교해 매우 강력한 자기장을 가지고 있다. 그러나 지구의 자기장이 태양계에서 가장 강한 것은 아니다. 목성은 지구와 비교해서 수천 배나 강력한 자기장을 가지고 있기 때문이다. 이 자기장은 우주에서 내리쬐는 강력한 방사선을 막아주고 오로라 같은 아름다운 자연현상을 만들기도 한다. 하지만 사실 태양계에서 가장 강력한 자기장은 태양에서 관측된다. 예를 들어 흑점 현상이나 강력한 태양면 폭발 현상인 플레어는 태양 자기장과 연관이 있다고 알려졌다. 과학자들은 우리 태양만 자기장을 가지고 있는 게 아니라고 생각하고 있다. 다른 별에서도 강력한 폭발 현상이 관측된 바가 있기 때문이다. 하지만 직접 자기장을 측정하기에는 거리가 너무 멀어 얼마나 강력한 자기장이 있는지는 알기 어려웠다. 최근 나사의 찬드라 X선 망원경은 지금까지 발견된 것 가운데 가장 강력한 항성 자기장을 발견했다. 본래 자기장이 아무리 강력하더라도 멀리 떨어진 지구에서 직접 관측이 가능하지는 않다. 대신 과학자들은 아주 강력한 자기장인 경우 간접적인 방법을 통해서 자기장의 세기를 측정할 수 있다. 이번에 자기장이 관측된 별은 NGC 1624-2로 태양보다 2만 배나 강력한 자기장을 지니고 있다. 이 강력한 자기장의 존재를 관측한 비결은 바로 거대한 불의 고리 덕분이다. 태양의 표면에서는 거대한 플라스마(뜨거운 원자가 전자와 분리된 상태)의 고리인 홍염(프로미넌스)가 관측된다. 홍염의 크기는 매우 커서 지구 몇 개가 동시에 들어갈 수 있을 정도다. 하지만 태양보다 훨씬 크고 뜨거운 O형 별인 NGC 1624-2에서는 태양의 홍염이 왜소해 보일 만큼 거대한 불의 고리가 형성된다. 이를 연구한 플로리다 공대의 베로니크 페팃 교수(Florida Institute of Technology Assistant Professor Véronique Petit)는 이 별의 자기장을 따라 거대한 플라스마 고리가 수성과 금성의 공전 궤도 사이에 형성된다고 설명했다. (참고로 수성의 공전 거리는 대략 5,800만 km이며 금성의 경우 1억800만 km 정도이다) 그 온도는 섭씨 1,000만 도에 달해 온도가 낮은 태양의 홍염과는 달리 X선이 방출된다. 이 X선을 찬드라 위성이 관측한 것이다. 이 별의 항성풍은 태양풍과 비교해서 3~5배나 속도가 빠르고 밀도는 10만 배에 달한다. 이 강력한 항성풍과 태양의 2만 배에 달하는 자기장이 만나면 초고온의 불의 고리가 형성되는 것이다. 사실 이런 현상은 거대 별에서도 매우 드물게 관측된다. 과학자들은 왜 이런 현상이 소수의 거대 별에서만 일어나는지 궁금해하고 있다. 연구팀에 의하면 두 개의 별이 충돌한 것이 한 가지 가능한 가설이 될 수 있다고 한다. 앞으로 이 문제에 대한 연구가 계속될 것이다 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

-천구 남극의 물뱀자리에서 발견된 'SM3' 우주에서 가장 오래된 별의 나이는 과연 얼마나 되었을까? 최근의 정밀한 측정으로 우주의 나이가 138억 살이라는 계산서가 나왔으므로, 이보다 나이 많은 별은 일단 없을 것이다. 현재까지 관측사상 가장 오래된 별은 2014년 호주국립대학(ANU) 스테판 켈러 박사 연구팀이 발견하여 ‘SMSS J031300.36-670839.3’(이하 SM3으로 약칭함)이라는 긴 숫자로 명명된 별이다. 발견 확률이 6000만분의 1로 알려진 이 별은 ANU 연구팀이 사이드 스프링 천문대의 스카이매퍼 망원경으로 11년간 탐색한 끝에, 천구 남극에 가까운 물뱀자리에서 발견했다고 2014년 2월 네이처 지에 발표되었다. -태양 나이의 3배인 136억 살 먹은 별 별에 관한 화학적 연구 결과, 약 136억 년 전에 탄생한 것으로 추정되는데, 이는 우주의 시작인 ‘빅뱅’으로부터 겨우 2억 년이 지난 시점으로, 우주 탄생의 신비를 푸는 과학자들의 연구에 큰 도움이 될 것으로 보인다. 이 별이 발견되기 전까지 가장 오래된 별은 약 132억년 전 탄생한 두 별로, 각각 유럽과 미국 연구팀이 2007년과 2013년 학계에 보고했다. SM3가 있는 곳은 우리은하 안으로, 거리는 약 6000 광년이다. 우주의 척도로 보았을 때 비교적 지구에 가까운 곳에 있는 셈이다. 이 별의 스펙트럼을 검토한 연구자들은 검출 가능한 수준의 철 성분을 전혀 찾지 못했다. 이는 곧 SM3이 태고에 태어난 제1 세대의 별이라는 명백한 증거로 볼 수 있다. 빅뱅으로 탄생한 초기 우주에는 수소와 헬륨 그리고 약간의 리튬만이 존재했으며, 나머지 88가지의 자연 원소는 모든 항성 속에서 만들어지거나, 아니면 수명을 다한 거대 항성이 초신성 폭발을 일으켰을 때 만들어진 것들이다. 따라서 제1 세대의 별은 수소와 헬륨, 리튬으로만 생성되었으며, 중심부에서 수소 핵융합 반응을 일으켜 에너지를 생산함으로써 별의 일생을 시작했다. 이 핵융합은 수소 다음에는 헬륨, 탄소, 네온, 산소 순으로 진행되어 마지막 원자번호 26인 철에서 멈춘다. 철은 가장 안정된 원소로 더 이상 핵융합을 하지 않으며, 철 이상의 중원소들은 모두 초신성 폭발 때 순간적으로 만들어진 것들이다. -푸른빛은 젊은 별, 붉은 빛은 늙은 별 이러한 항성의 진화 과정은 별의 나이를 판정하는 방법을 시사해주는데, 그것은 곧 별에 포함된 철의 양을 측정하면 그 별의 나이를 알 수 있게 된다는 뜻이다. 따라서 연구자들은 별의 색깔만 봐도 그 별이 얼마나 오래된 것인지 알 수 있다. 스펙트럼상에서 철의 양이 적을수록 그 별은 오래된 것임을 알려주는 것이다. SM3 별이 지닌 철의 함량은 태양의 100만분의 1에도 못 미친 것으로 밝혀졌다. 이는 현재까지 알려진 어떤 별과 비교해도 60분의 1 미만 수준으로, 이 별이 지금까지 발견된 가장 오래된 별임을 보여준다는 것이다. 별의 나이는 대부분 1억 살에서 100억 살 사이이다. 항성의 운명은 처음 태어날 때의 덩치, 곧 질량에 따라 대부분 결정된다. 초기 질량은 그 별의 밝기, 크기, 진화 과정, 수명 및 최후를 맞는 양상 등을 결정하는 유일한 조건이다. 별은 질량이 클수록 수명이 짧다. 이는 무거운 별은 중심핵의 압력이 매우 커서 작은 별에 비해 수소를 작은 별보다 훨씬 빨리 태우기 때문이다. 가장 질량이 큰 별은 백만 년 정도 사는 반면, 질량이 작은 적색왜성 같은 별은 중력이 약해 연료인 수소를 소모하는 속도가 상당히 느려 그 수명이 엄청 길다. 조만간 초신성 폭발을 일으킬 것으로 예측되는 오리온자리의 초거성 베텔게우스는 태양 크기의 900배나 되기 때문에 나이가 고작 850만 년임에도 임종이 가까운 것이다. 태양 질량의 10%인 적색왜성의 경우 그 수명이 무려 10조 년이나 된다. 100년을 못 사는 인간에 비하면 거의 '영겁'을 사는 셈이다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

마치 포토샵으로 만든 조잡한 그래픽같지만 사실 이 사진은 외계 행성의 실제 모습을 가장 잘 보여주는 사진이다. 최근 캐나다 토론토 대학 연구팀이 지구에서 약 60광년 떨어진 곳에 위치한 외계행성 ‘베타 픽토리스 b’(Beta Pictoris b / 이하 베타 b)의 움직임을 포착해 공개했다. 지난 2008년 남반구 별자리 화가자리에서 처음 발견된 외계행성 베타 b는 태양 질량의 2배 가까운 모성인 베타별을 공전하고 있다. 흥미로운 사실은 베타 b가 '작은 점' 수준으로 보이지만 우리 태양계의 '큰형님' 목성 질량의 10-12배에 달하는 가스 행성이라는 점. 베타 b는 지구와 토성 정도 거리의 별(모성)을 22년 걸려 공전하고 있으며 얼마 전 명왕성에 도착한 뉴 호라이즌스호가 100만 년 이상은 가야 도달할 수 있는 거리에 있다. 이번에 토론토 대학 연구팀이 공개한 영상과 이미지는 지난 2013년 11월 부터 2015년 4월까지 1.5년 간의 베타 b 움직임을 기록한 것이다. 조잡한 그래픽 같은 이 영상이 가치가 높은 것은 놀라운 관측 기술 때문이다. 베타 b는 모성 베타별보다 최소 100만 배는 희미하다. 행성의 특성상 자체적으로 빛을 내지 않기 때문에 관측이 어려운 것은 물론 모성의 강력한 빛 탓에 더 보이지 않는 셈. 그러나 연구팀은 지난 2014년 말 부터 가동된 칠레에 위치한 제미니 천체망원경(Gemini Planet Imager·GPI)으로 이를 관측하는데 성공했다. 역사상 가장 정밀한 관측기기로 불리는 GPI는 지구 대기로 인한 왜곡을 극복할 수 있는 것은 물론 코로나그래프(coronagraph)로 불리는 필터를 통해 항성이 발하는 빛을 차단해 그 주위의 희미한 행성을 찾아낼 수 있다. 이 때문에 붙은 별명도 '차세대 행성 사냥꾼'으로 밝은 항성 주위를 도는 희미한 행성 가운데 어린 것들을 찾아 그 생성과정을 밝히는 목적으로 제작됐다. 연구를 이끈 맥스웰 밀라-블랑체어 박사는 "베타별은 먼지 디스크와 원시 행성으로 가득해 행성이 형성되는 과정을 볼 수 있다" 면서 "초창기 우리 태양계의 형성 과정을 알 수 있는 우주 실험실 같은 장소" 라고 설명했다. 이어 "GPI는 외계 행성의 이미지를 직접 볼 수 있게 해줄 뿐 아니라 모성을 도는 그 움직임까지 효과적으로 잡아낼 수 있다"고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

-7천년 전 늙은 별 '초신성' 폭발의 잔해 '피커링의 삼각형'으로 불리는 베일 성운의 일부를 선명하게 보여주는 이미지가 17일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)의 웹사이트 '오늘의 천문사진(APOD)'에 공개되었다. 면사포 성운, 또는 망상성운이라고도 불리는 이 백조자리의 베일 성운은 약 7000 년 전에 폭발한 초신성의 거대한 잔해이다. 초신성이란 사실 신성이 아니라, 무거운 질량의 늙은 별이 폭발로 생을 마감하는 것을 일컫는다. 옛 사람들이 보기엔 밤하늘에 별이 없던 자리에 밝은 별이 나타나 그런 이름을 붙였을 뿐이다. 베일 성운을 만든 초신성 폭발의 빛이 지구까지 온 것은 5000년 이전이었을 것이다. 그때 지구상에는 막 문명이 기지개를 켜던 역사의 여명기에 해당한다. 위의 사진을 보면, 초신성 폭발의 엄청난 충격으로 인해 가스 필라멘트들이 어지러히 얽혀 있는데, 이는 항성 진화의 마지막 단계에서 무거운 별이 폭발하면서 남긴 팽창하는 가스 구름이다. 태양보다 수십 배나 더 큰 별이 대폭발을 일으키면서 만든 강력한 충격파가 우주공간을 퍼져나가며 성간 물질들을 휩쓸고 들뜨게 만들었다. 이 뜨거운 가스 가닥들은 옆에서 본 모습으로 마치 기다란 물결처럼 보인다. 이온화된 수소와 황 원자가 방출하는 빛은 각각 붉은색과 초록색으로, 그리고 산소는 푸른색으로 빛나고 있다. 백조자리 고리라는 이름으로도 잘 알려진 이 베일 성운의 너비는 약 3도 정도로, 보름달 크기의 6배에 달한다. 거리는 약 1,500광년으로 추정되며, 성운의 실제 크기는 70광년이 넘는다. 사진에 담긴 부분은 전체 성운의 3분의 1이 채 안된다. 피커링의 삼각형이라고 불리는 부분은 발견자인 하버드 천문대 대장 피커링(Pickering)의 이름을 딴 것이며, NGC 6979라는 공식 명칭을 갖고 있다. 하늘이 맑은 날이면 백조자리에 작은 망원경으로도 잘 보인다. 이광식 통신원 joand999@naver.com