슈퍼지구 삼 형제가 발견됐다고 영국 일간 데일리메일 등 외신이 보도했다. 이들 가운데 ‘엄마 별’인 모성 옆에 있는 슈퍼지구는 지금까지 발견된 슈퍼지구 가운데 ‘엄마 별’과 가장 가까운 거리를 공전하고 있다고 천문학자들이 설명했다. 엄마 별 주위를 돌고 있는 슈퍼지구 삼 형제 가운데 가장 가까운 슈퍼지구는 너무 사이가 좋아서인지 그안은 너무 뜨겁게 달궈져 있다. 이 슈퍼지구는 북반구 별자리로 21광년 거리에 있는 카시오페이아자리 속에 숨겨져 있었다. 이 별자리는 M자나 W자, 혹은 3자라는 특징있는 모양으로 널리 알려졌다. ‘HD219134b’로 명명된 이 슈퍼지구는 엄마 별(HD219134)을 다른 두형제 슈퍼지구, 그리고 ‘큰 딸’ 거대 가스행성과 함께 공전해 하나의 ‘가족’ 같은 항성계를 이루고 있다. 연구논문에 따르면, 슈퍼지구 삼 형제는 모두 우리 지구보다 질량이 크다. 하지만, 목성이나 토성, 해왕성과 같은 가스형 행성보다는 가볍다. ‘엄마 별’과 가장 친한(?) 첫 번째 슈퍼지구는 공전궤도가 3일로, 우리 시점에서 보면 현재 엄마 별의 얼굴 앞을 가로지르고 있다. 천문학자들은 미국항공우주국(NASA)의 스피처 우주망원경과 지상 망원경 등의 관측 장비를 사용해 이 슈퍼지구의 질량이 우리 지구보다 4.5배 무거우며 크기는 1.6배 크다는 것을 확인했다. 연구에 참여한 스위스 제네바대 스테판 우드리 박사는 “이런 정보는 이 행성이 지구와 매우 비슷한 밀도와 구성을 가지고 있는 것을 시사한다”고 말했다. 또 “이 행성은 별에 매우 가까워 온도는 섭씨 427도 정도”라면서 “아마 지표면은 녹아 있고 녹은 용암과 화산들로 이뤄진 세계로 생명체가 살기에는 적합하지 않다”고 설명했다. 이 행성은 ‘생명체거주가능지역’(habitable zone)으로 불리는 위치에 있지 못해 녹은 물이 없어 사실 생명체가 살 수 없다는 것이다. 하지만 이 슈퍼지구에 천문학자들이 관심을 보이는 이유는 따로 있다. 이는 ‘엄마 별’과 가까운 행성 가운데 이 슈퍼지구가 지구에서 가장 가까운 거리에 있다는 것이다. 이에 대해 하버드-스미소니언 천체물리학센터의 라스 버츠해브 박사는 “대부분의 알려진 행성은 수백 광년 떨어져 있다”면서도 “그런데 이 행성은 사실상 옆집에 있는 이웃이나 마찬가지”라고 말했다. 즉 이 슈퍼지구는 ‘엄마 별’을 배경으로 행성 대기와 구성을 분석하는 추가 연구를 할 수 있는 기회를 제공하는 것이다. 우드리 박사는 “모성의 표면을 통과하는 이런 항성계는 별빛이 행성을 비추므로 행성 대기의 특성을 알 수 있게 하므로 특히 관심이 간다”고 말했다. 이번에 천문학자들의 큰 관심을 받게 된 슈퍼지구는 흥미롭게도 다른 두 슈퍼지구를 형제로 두고 있다. 엄마 별 옆에 두 번째로 있는 슈퍼지구는 지구보다 2.7배 무겁고 공전주기는 6.8일이다. 그다음 슈퍼지구는 지구보다 8.7배 무겁고 공전주기는 47일이다. 가장 멀리는 목성형 가스 행성의 공전주기는 3년이다. 한편 이번 연구성과는 국제 천문학술지 ‘천문학과 천체물리학’(Astronomy & Astrophysics) 최신호에 발표됐다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

멀고 먼 우주에 공처럼 동그한 모습으로 찬란하게 빛나는 성운의 모습이 포착됐다. 최근 미 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)은 허블우주망원경으로 촬영한 성운 NGC 6565의 모습을 공개했다. 동그란 모습 때문에 행성모양성운(planetary nebula)으로 분류되는 NGC 6565는 지구에서 약 1만 5200광년 떨어진 궁수자리(constellation Sagittarius)에 위치해 있다. 마치 우주 밤하늘을 배경으로 환상적인 쇼를 펼치고 있는 것 같지만 사실 이 성운은 마지막 불꽃을 태우며 죽어가는 중이다. 이 성운의 외곽을 장식하는 가스 구름은 노화하는 별에서 방출되는 물질이 만든 것이다. 항성진화에 마지막 단계에 있는 별이 외부로 강한 항성풍(恒星風·별의 표면에서 외부를 향해 방출되는 입자의 흐름)을 방출하면서 생성된 것. 결과적으로 성운 중심에 위치한 항성은 자신의 표면층 물질을 모두 방출한 뒤 청백색의 별로 일생을 마무리하게 된다. 곧 항성의 진화 종착지인 백색왜성(white dwarf)이 되는 것이다. 우리의 태양도 앞으로 70억 년 후면 수소를 다 태운 뒤 바깥 껍질이 떨어져나가 이와 비슷한 행성모양 성운을 만들고 나머지 중심 부분은 수축한 뒤 지구 만한 크기의 백색왜성이 될 것으로 보인다. NASA 측은 "성운 중심에 놓인 별은 1만년 정도 지나면 차갑게 식으며 쪼그라들 것" 이라면서 "우리가 망원경으로 관측하는 별 빛과 주위 가스들도 점점 줄어들어 결국 시야에서 사라질 것" 이라고 전망했다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

얼마 전 미 항공우주국(NASA)은 '또 하나의 지구'로 알려진 슈퍼지구 ‘케플러-452b’를 발견했다고 발표해 세계적인 화제를 모았다. 지금까지 발견된 행성 중 가장 지구와 유사한 환경을 가졌을 것으로 추정되는 케플러-452b는 지구의 1.6배 크기로 무려 1400광년이나 떨어져 있어 사실 인류가 방문하는 것은 꿈 속에서나 가능하다. 그렇다면 인류의 머리로는 가늠되지 않는 이 우주에 과연 지구와 같은 슈퍼지구는 얼마나 있을까? 사실 이에 대해서는 추측만 있다. 지난 2월 호주국립대학(ANU) 과학자들은 우리 은하에만 슈퍼지구 숫자가 무려 2000억 개에 달한다는 계산서를 뽑아낸 바 있다. 이를 간단히 설명하면 우리 은하에는 약 1000억 개의 별(태양처럼 스스로 빛을 내는 항성)이 존재하고 한 별 당 평균 2개의 슈퍼지구가 있을 것으로 보고 계산한 것이다. 슈퍼지구가 되는 근거는 생명 서식 가능 구역으로 불리는 ‘골디락스 존’(Goldilocks zone)이 열쇠다. 곧 행성이 항성(태양)과 너무 가깝지도(뜨겁지도) 멀지도(춥지도) 않은 적당한 지역에 위치해 있을 경우 생명체가 존재 가능한 행성이 될 수 있다는 추측이다. 이와 달리 미국 버클리대학 연구원 앤드류 하워드는 케플러 우주망원경의 3년 간의 데이터를 바탕으로 우리은하에 약 200억개(± 8%)의 행성을 지구형 후보로 결론내렸지만 여전히 그 숫자는 상상을 추월한다. 현재까지 슈퍼지구 찾기 임무를 성실히 수행하고 있는 것이 바로 케플러 우주망원경이다. ‘외계 행성 사냥꾼’이라는 별명을 가진 케플러 우주 망원경은 지난 2009년 발사된 이후 현재까지 우리 은하에서 약 1000개의 외계행성을 찾아냈으며 확인을 기다리는 후보도 4175개에 달한다. 케플러 우주 망원경 이외에 다른 관측 기기로 확인된 외계 행성을 합치면 그 숫자는 1,855개를 넘어섰다.(2015년 1월 기준) 인류가 발견한 외계 행성 가운데 상당수가 케플러 우주 망원경의 활약으로 그 존재를 밝힌 셈. 　 이번에 발견된 ‘케플러-452b’도 그 중 하나로 지금까지 케플러 우주망원경이 발견한 슈퍼지구는 총 12개다.(그림 참조) 또한 다른 관측 기구로 발견된 슈퍼지구를 포함할 경우 그 숫자는 배이상 늘어난다. 앞으로 외계 행성과 그 안의 숨어있을 슈퍼지구 찾기는 차세대 행성 사냥꾼 'TESS'(Transiting Exoplanet Survey Satellite)가 맡는다. 오는 2017년 발사예정인 TESS는 사실상 임무가 종료된 케플러 우주망원경을 대신해 약 3000개 이상의 새 외계행성을 찾을 것으로 예상된다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

“이 드넓은 우주에서 지구에만 생명체가 존재한다면 엄청난 공간 낭비다.”(미국 천문학자 칼 세이건) 많은 사람들이 하늘을 쳐다볼 때마다 우주 어딘가에 우리와 비슷하거나 아니면 우리보다 더 뛰어난 외계 생명체가 있을 것이라고 상상한다. 이런 외계 생명체가 생존하기 위해서는 최소한 지구와 비슷한 환경이어야 할 것이다. 외계에서 지구와 비슷한 행성을 찾는 것은 어딘가 있을지 모르는 생명체를 찾기 위한 기본 조건이기도 하다. ●‘케플러와 다윈’ 지금도 외계 지구 탐색 중 지난 23일 미국 항공우주국(NASA)은 지구에서 빛의 속도로도 1400년을 가야 닿을 수 있는 1경 3254조㎞ 떨어진 백조자리에서 항성 ‘케플러452’와 그 주변을 도는 행성 ‘케플러452b’를 발견했다고 밝혔다. 케플러452b는 지구보다 1.6배 크고, 항성과 1억 5700만㎞ 떨어져 있으며 공전 주기도 385일로 모든 조건이 지구와 비슷한 행성이다. 케플러452b를 찾아낸 것은 대기권 밖 우주공간에 떠 있는 ‘케플러 우주망원경’이다. 행성 운동법칙을 발견한 17세기 독일 천문학자 요하네스 케플러의 이름에서 따온 케플러 우주망원경은 태양계 밖에 있는 지구 형태의 행성을 찾는 ‘케플러 미션’을 수행 중이다. 케플러는 372.5일 주기로 태양 주위를 공전하며 15만여개의 별을 관측하고 있다. 지구와 비슷한 형태의 외계 행성을 발견하는 것이 쉽지 않기 때문에 케플러는 넓은 영역을 동시 다발적으로 관찰하고 있다. 유럽우주국(ESA)도 케플러 미션과 비슷한 개념의 ‘다윈 프로젝트’를 진행하고 있다. 다윈은 지구에서 150만㎞ 상공에 천체망원경 네트워크를 구축해 외계에서 지구형 행성을 찾으며 생명체의 존재 가능성을 탐사하고 있다. ●미세한 빛과 중력의 변화가 행성 탐사 단서 천문학자들은 외계 행성을 찾는 것이 강력한 서치라이트 불빛 옆에 켜져 있는 미미한 백열전구의 빛을 구별해 내는 것만큼이나 어렵다고 입을 모은다. 그렇다면 어떻게 지구에서 멀리 떨어져 있는 곳의 행성을 찾을 수 있을까. 우선 별(항성)과 주위를 도는 행성의 빛의 미미한 변화를 통해 행성을 찾아낸다. 행성은 스스로 빛을 내지 못하고 항성의 빛을 받아 빛난다. 만약 항성 주변에 행성이 있다면 행성이 항성 주위를 돌 때 빛을 가리면 어두워지고, 빛을 반사하면 항성과 행성을 더한 만큼 밝아지게 된다. 케플러 우주망원경도 이런 빛반사 탐색 방식으로 외계 행성을 찾고 있다. 또 질량이 큰 행성은 중력도 크기 때문에 항성의 위치에도 미세하게 영향을 미친다. 지구에서 항성의 위치를 측정할 때 거리가 좁아지면 파장이 더 짧게(청색편이), 멀어지면 파장이 더 길게(적색편이) 관측되는 ‘도플러 효과’가 나타난다. 적색편이와 청색편이가 규칙적으로 관찰되는 항성이 있다면 주변에 큰 행성이 있다는 말이다. 아인슈타인의 일반상대성 이론을 적용해 행성의 존재를 추적하기도 한다. 빛도 중력에 따라 경로가 휘어지는데 이러한 빛의 휘어짐을 정밀하게 분석하는 것이다. 이 밖에도 별이 움직이는 경로를 추적하거나 전파신호를 내보내는 중성자별의 신호주기 변화를 측정해 행성을 찾아내기도 한다. ●“우주엔 수백만개 문명 존재 가능하다” 지난 20일 영국 왕립학회는 스티븐 호킹 케임브리지대 교수와 제프 머시 미국 버클리대 교수, 외계 지적생명체 탐사 프로젝트인 ‘세티’(SETI) 창설자 프랭크 드레이크 박사 등이 참여하는 새로운 외계 생명체 탐사프로젝트 ‘돌파구 계획’을 발표했다. 러시아 재벌인 유리 밀너는 이 프로젝트를 위해 10년간 1억 달러(약 1160억원)를 투자하겠다고 나서기도 했다. 이 프로젝트는 외계 생명체 신호를 찾는 ‘듣기’와 디지털 메시지를 외계로 쏘아 보내는 ‘메시징’ 프로그램으로 짜여 있다. 듣기 프로그램은 외계 생명체가 우주로 보냈을 수도 있는 신호들을 전파망원경으로 찾아 분석하는 것이고, 메시징은 디지털 메시지를 외계로 쏘아 보내는 것으로 기존에 세티에서도 해오던 것들이라 새로울 것은 없다. 단지 노력에 비해 성과가 없다 보니 투자가 줄어들고 있어 세계적인 과학자들과 새로운 투자자가 나서서 주목도를 높인 것이다. 이 프로젝트를 통해 우리가 만날 수 있는 외계 생명체는 얼마나 있을까. 이번 돌파구 계획에 참여하는 드레이크 박사는 1961년 미국 국립과학원 우주과학위원회에서 인간과 교신할 수 있는 지적인 외계 생명체 수를 계산하는 방정식인 ‘드레이크 방정식’을 발표한 바 있다. 드레이크 방정식에 들어가 있는 변수 중에는 은하에 있는 별의 개수와 행성을 갖는 항성의 비율 정도만 알려져 있을 뿐 나머지 변수들에 대해서는 정확한 정보가 없기 때문에 학자들에 따라 은하에 존재할 수 있는 문명의 수는 10개 정도에서 수백만개까지 다양하다. 답이 없는 문제를 찾는 무모한 프로젝트에 세계적인 과학자들이 뛰어든 이유에 대해 전문가들은 “외계의 지적 생명체를 찾고 지구와 같은 행성을 찾는 등 다양한 형태의 외계 탐사가 생명의 기원과 본질을 이해하는 데 도움을 주기 때문”이라며 “우주과학과 천문학에 대한 관심을 이끌어내 해당 분야에 대한 투자를 유도하기 위한 의도도 있다”고 설명한다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지구에서 730광년쯤 떨어진 쌍성계에서 짝별의 질량을 빨아들이는 초고밀도의 백색왜성이 발견됐다고 천문학자들이 17일(현지시간) 밝혔다. 지난해 8월 유럽우주국(ESA) 가이아 위성이 발견한 이 쌍성계는 ‘Gaia14aae’로 명명됐다. 당시 이 항성계는 단 하루 동안 지금보다 5배 이상 밝게 빛났기에 발견될 수 있었다. 연구에 참여한 영국 케임브리지대 연구팀은 이런 현상은 백색왜성이 다른 쪽보다 큰 수반별로 가스를 빨아들였기에 일어났던 것으로 추정하고 있다. 연구팀은 “고온에서 초고밀도의 백색왜성은 중력 효과도 매우 크므로 짝별이 거대한 풍선처럼 크게 부풀기를 계속해 별 사이 거리도 좁혀지고 있다”고 설명했다. 짝별의 부피는 태양의 약 125배이지만, 백색왜성의 것은 지구와 거의 같다. 이는 열기구와 구슬 정도의 차이지만, 질량 면에서는 짝별이 가벼워 백색왜성의 1% 정도밖에 되지 않는다. 앞으로 이 백색왜성이 짝별을 삼켜버릴지 아니면 초신성 폭발의 단계로 접어들지는 과학자들도 알 수 없다고 한다. 한편 이번 연구성과는 ‘영국왕립천문학회 월간보고’(MNRAS)에 게재될 예정이다. 사진=마리사 그로브/케임브리지 천문학연구소 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

마치 우주에서 축제를 연듯 붉은빛과 파란빛을 뿜어내는 환상적인 성단의 모습이 사진으로 공개됐다. 최근 유럽남방천문대(European Southern Observatory·이하 ESO)는 칠레에 위치한 라 실라 천문대의 2.2m 광시야(Wide Field Imager) 망원경으로 포착한 산개성단(散開星團) NGC 2367의 모습을 한 장의 이미지로 공개했다. 지구에서 약 7000광년 떨어진 큰개자리(Canis Major)에 위치한 NGC 2367은 수많은 별들이 산만하게 모여있는 산개성단이다. 이 성단의 특징은 대략 500만 년 정도의 어리고 뜨거운 수많은 별들이 모여있다는 점이다. 사진 속에서 파란빛을 뿜어내는 별이 바로 이같은 어린 별들이며 주위를 채색한 붉은빛은 수소가스다. 그러나 NGC 2367은 '뭉치면 살고 흩어지면 죽는다'는 격언을 떠올리게 만든다. 별들이 서로 중력적으로 느슨하게 묶여있어 지속적으로 질량을 잃어가며 그중 일부는 성단을 이탈해 그 형태가 수억 년 정도면 사라지기 때문이다. 이에반해 서로 중력으로 똘똘 뭉쳐있는 구상성단(球狀星團)은 수십 억 년 이상 특유의 공같은 형태를 유지한다. ESO가 이 사진을 지난 4일(현지시간) 공개한 것은 이날이 미국의 독립기념일로 사진 속 색채가 미국 국기와 유사하다는 것 때문. ESO 측은 "NGC 2367과 같은 산개성단은 항성 진화를 연구하는데 있어 좋은 연구자료" 라면서 "성단 속 항성들이 동일한 성간 구름 속에서 서로 비슷한 시기에 형성되었으며 화학적 구조 역시 유사하다"고 밝혔다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지난 2013년 스위스 취리히 연방공대 연구팀은 세계 최초로 행성의 탄생을 포착했다는 논문을 발표해 화제를 모았다. 천문학계의 관심을 모은 이 행성 후보는 지구에서 약 335광년 떨어져 있는 항성 HD 100546 주위를 도는 목성과 같은 가스형 천체다. 그러나 전문가들 사이에서 이 어린 행성 후보가 실제 목성같은 가스형 행성인지에 대해서는 여러 이견이 존재했다. 최근 같은 취리히 연방공대 연구팀이 이 행성이 목성같은 가스형이라는 사실을 밝힌 후속 논문을 발표했다. 아직은 원시행성에 불과한 이 천체는 지구와 태양과의 거리와 비교해보면 모항성(HD 100546)과 무려 50배나 먼 거리에 놓여 있다. HD 100546와 그 주위의 모습이 연구가치가 높은 것은 이 항성이 불과 500만년~1000만년 사이의 어린 별이기 때문이다. 그간의 이론에 따르면 별 주변에는 먼지와 가스의 디스크들이 존재하며 그 '찌꺼기' 들이 중력으로 뭉쳐 새롭게 행성이 태어난다. 그러나 이는 가설일 뿐으로 연구팀들은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 이를 증명해왔다. 이 때문에 행성의 탄생 모습을 눈으로 볼 수 있는 HD 100546은 그만큼 연구가치가 높다. 연구팀이 유럽남방천문대(European Southern Observatory)의 초거대망원경(VLT)을 이용해 관측한 HD 100546 주위는 이론처럼 거대한 가스와 먼지의 디스크로 가득하다. 연구를 이끈 샤샤 콴즈 박사는 "새로운 가스형 행성의 탄생 모습을 목격하고 있다는 설명이 현재로서는 가장 맞다" 면서 "가스형 행성이 생성될 때 어떤 일들이 벌어지는지 유일한 데이터를 우리에게 실증적으로 보여주고 있는 것" 이라고 설명했다. 이어 "가스와 먼지 속 에너지와 막 형성되는 행성 사이의 상호작용을 연구할 수 있는 좋은 연구자료가 될 것" 이라고 덧붙였다. 　 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지난 27일(현지시간) 미국의 천체 망원경 커뮤니티 사이트인 '슬루’(Slooh)를 통해 재미있는 '우주 방송'이 중계됐다. 이날 '우주'라는 그라운드에 오른 선수는 외계행성 '다크나이트'(Dark Knight). 이 외계행성은 잠깐 동안이지만 방송을 통해 '얼굴'을 드러낸 후 이름처럼 다시 어둠 속으로 사라졌다. 아마추어를 포함한 천문학자들이 이 행성에 관심을 드러낸 이유는 '다크나이트'가 역대 발견된 것 중 가장 어두운 행성으로 이날 '트랜싯'(transit) 현상이 발생했기 때문이다. 일반적으로 행성은 스스로 빛을 내지 않기 때문에 주위 별 빛으로 그 존재가 확인된다. 행성이 항성 앞을 지나가는 경우 잠시 빛이 잠식되는 현상이 발견되는데 이같은 현상을 트랜싯이라 부른다. 석탄보다 더 어둡다는 다크나이트의 정식명칭은 'TrEs-2b' 로 4년 전 미 항공우주국(NASA)의 케플러 망원경으로 처음 존재가 드러났다. 지구에서 750광년 떨어진 용자리에 위치한 TrEs-2b는 '태양계의 큰형님' 목성 질량의 2배인 가스 행성이다. 흥미로운 사실은 이렇게 큰 행성이 항성과 불과 500만 km 떨어져 있다는 점이다. 태양과 가장 가까운 수성이 약 5700만 km 떨어져 있다는 것과 비교해 보면 얼마나 가까이 붙어있는지 알 수 있는 대목. 이 때문에 TrEs-2b의 표면 온도는 1,000°C에 이르러 전문가들은 발견된 외계행성 중 '가장 뜨겁고 큰 목성'이라는 별칭으로도 부른다. 그렇다면 이 행성은 왜 이렇게 어두운 것일까? 그 이유는 TrEs-2b가 빛 대부분을 흡수하고 고작 1% 이하만 반사하기 때문이다. 하버드-스미스소니언 천체물리학연구소에 따르면 TrEs-2b의 대기권에는 증발상태의 나트륨과 칼륨 또는 기체상태의 산화티타늄 등이 다량 함유돼 있어 빛을 흡수해 행성 자체를 어둡게 하는 것으로 추측된다. 그러나 이 설명만으로는 충분치 않아 전문가들은 대기를 어둡게 하는 요인을 밝혀낸다면, 지금까지는 알려지지 않은 새로운 화학성분을 발견할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

▲ 태양계 탄생의 비밀을 간직한 ‘우주의 방랑자’ '공포의 대마왕' 우주에는 그 규모나 내용에서 우리의 상상을 초월하는 엄청난 사건들이 일어나고 있지만, 사람의 눈으로 볼 수 있는 천체현상 중 최고의 장관은 단연 혜성 출현일 것이다. 어떤 장대한 혜성의 꼬리는 태양에서 지구까지 거리의 2배에 달하며, 그 주기가 수십만 년을 헤아리는 것도 있다 하니 참으로 상상하기조차 힘든 일이다. 혜성이 남기고 간 부스러기라 할 수 있는 별똥별을 보며 소원을 빌어온 우리에겐 입이 딱 벌어질 스케일이라 하겠다. 태양계의 방랑자, 혜성은 태양이나 큰 질량의 행성에 대해 타원이나 포물선 궤도를 도는 태양계에 속한 작은 천체를 뜻하며, 우리말로는 살별이라고 한다. 혜성(彗星)의 ‘혜(彗)’가 ‘빗자루’라는 뜻에서도 알 수 있듯이, 빛나는 머리와 긴 꼬리를 가지고 밤하늘을 운행하는 혜성은 예로부터 고대인들에 의해 많이 관측되었다. 연대가 확실한 가장 오랜 혜성관측 기록으로는 기원전 1059년, 중국의 ‘주 나라 때 빗자루별이 동쪽에서 나타났다’는 기록이다. 유럽에서는 기원전 467년 그리스 사람들이 혜성 기록을 남겼다. 그리스 어로 혜성을 코멧(Komet)이라 하는데, 머리털을 뜻한다. 묘하게도 동서양이 혜성에 대해서는 하나의 일치된 관념을 갖고 있었는데, 그것은 혜성 출현이 불길한 징조라는 것이다. 왕의 죽음이나 망국, 큰 화재, 전쟁, 전염병 등 재앙을 불러오는 별이라고 믿었다. 고대인에게 혜성은 ‘공포의 대마왕’으로 두려움의 대상이었던 것이다. 혜성의 시차를 측정하여 혜성이 지구 대기상에서 나타나는 현상이 아닌 천체의 일종임을 최초로 밝혀낸 사람은 16세기 덴마크의 천문학자 튀코 브라헤였다. 이는 아리스토텔레스의 우주관을 뒤엎은 대단한 발견이었다. 아리스토텔레스는 달을 경계로 삼아 지상과 천상의 세계를 엄격하게 나누었는데, 무상한 지상의 세계와는 달리 천상은 세계는 변화가 없는 완전한 세계라고 주장했던 것이다. 그러나 튀코의 이 발견으로 천상의 세계 역시 무상하다는 것이 밝혀진 셈이다. 혜성이 태양계의 구성원임을 입증한 사람은 17세기 영국 천문학자 에드먼드 핼리였다. 1682년, 핼리는 어느 날 혜성을 본 후, 옥스퍼드 대학 도서관에 있던 옛날 혜성기록을 뒤져본 결과, 1456년, 1531년, 1607년에 목격된 혜성이 자기가 본 것과 비슷하다는 점을 깨닫고, “이 혜성은 불길한 일을 예시하는 별이 아니라, 76년을 주기로 지구 주위를 타원궤도로 도는 천체로, 1758년 다시 올 것이다“라고 예언했다. 그는 자신의 예언을 확인하지 못하고 죽었지만, 과연 1758년 크리스마스 밤에 이 혜성이 나타난 것을 독일의 한 농사꾼 아마추어 천문가가 발견했다. 이로써 이 혜성이 태양을 끼고 도는 하나의 천체임이 증명되었고, 핼리의 업적을 기리는 뜻에서 ‘핼리 혜성’이라 이름지어졌다. ▲ 핼리 혜성에 얽힌 한 소설가의 슬픈 사연 이 핼리 혜성에는 한 소설가의 슬픈 사연이 얽혀 있다. '톰 소여의 모험', '허클베리 핀의 모험' 등으로 우리에게도 친숙한 마크 트웨인이 그 주인공으로, 그는 핼리 혜성이 온 1835년에 태어나서, 혜성이 다시 찾아온 1901년에 세상을 떠났다. 76년 주기인 혜성과 주기를 같이한 트웨인은 만년에 불우한 삶을 살았다. 70세 때 아내와 장녀인 수지가 같은 시기에 세상을 떠나고, 몇 년 후에는 셋째 딸마저 간질로 그 뒤를 따랐다. 남은 자식이라고는 둘째 딸 클라라뿐이었다. 그는 실의에 빠진 채 만년을 보냈는데, 유일한 즐거움은 과학책을 읽는 것이었다. "나는 1835년 핼리 혜성과 함께 왔다. 내년에 다시 온다고 하니 나는 그와 함께 떠나려 한다. 내가 만일 핼리 혜성과 함께 가지 못한다면 그것은 내 인생에서 가장 실망스러운 일이 될 것이다"라고 말했던 트웨인은 1910년 어느 날 밤 별이 뜰 무렵 둘째 달 클라라의 손을 잡고 “안녕, 클라라. 우린 꼭 다시 만날 수 있을 거야”라고 말을 남겼는데, 그때 핼리 혜성이 다시 지구를 찾아왔고, 트웨인은 그 이튿날 세상을 떠났다. 1910년 4월 21일이었다. 핼리 혜성이 가장 최근에 나타난 해는 1986년이었고, 다음 방문은 2061년으로 예약되어 있다. 필자뿐 아니라 현재 지구 행성에서 살고 있는 70억 인구 중 3분의 1은 그때 핼리 혜성이 태양을 향해 달려가는 장관을 볼 수 없을 것이다. 핼리 혜성은 7만 6000년 후에 수명을 다하게 된다. 핼리 혜성처럼 태양계 내에 붙잡혀 길다란 타원궤도를 가지고 주기적으로 태양을 도는 혜성을 주기 혜성이라 하고, 포물선이나 쌍곡선 궤도를 갖고 있어 태양에 딱 한 번만 접근하고는 태양계를 벗어나 다시는 돌아오지 않는 혜성을 비주기 혜성이라 한다. 주기 혜성은 200년 이하의 주기를 가지는 단주기 혜성과, 200년 이상 수십만 년에 이르는 주기를 가진 장주기 혜성으로 나누어진다. 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 미국의 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. 혜성의 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 장관이 아닐 수 없겠다. 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. 근래에 온 혜성으로 단연 화제를 모았던 것은 1994년 7월 16일 목성과 충돌한 슈메이커-레비9 혜성이었다. 21개로 쪼개어진 조각들이 목성의 남반구에 차례로 충돌했는데, 충돌 당시 전 세계의 관심을 모았으며, 방송에서는 큰 화제가 되기도 했다. 외계 물체 중 최초로 태양계의 물체에 충돌하는 장관을 실감나게 보여주었던 것이다. 혜성 탐사선으로는 미국의 스타더스트 호가 99년 2월에 발사되었다. 이 탐사선은 2004년 1월에 혜성 와일드 2로부터 표본을 채취해 지구로 돌아왔다. 또한 67P/추류모프-게라시멘코’ 혜성에 착륙을 시도하기 위한 유럽우주국의 로제타 호는 2004년 3월에 발사되었는데, 지난 2014년 11월 12일 로제타 호의 탐사 로봇 ‘필레’가 역사상 최초로 67P 혜성에 성공적으로 착륙했다. 현재 로제타 호는 태양에 접근해가는 혜성 궤도를 돌면서 같이 따라가고 있는 중이다. ▲ '혜성들의 고향' 혜성은 어디에서 오는가? 혜성의 고향을 알기 위해서는 먼저 그 기원을 알지 않으면 안된다. 널리 받아들여지는 혜성 기원론에 따르면, 혜성은 행성과 위성들이 만들어지고 남은 잔해이기 때문에 태양계만큼이나 오래된 천체라는 것이다. 이 잔해들이 해왕성 너머 30~50AU 공간에 납작한 원반 모양으로 분포하고 있는데, 이곳이 바로 단주기 혜성들의 고향으로 카이퍼 대라 한다. 장주기 혜성의 고향은 그보다 훨씬 멀리, 5만~15만AU 가량 떨어진 오르트 구름이다. 지름 약 2광년으로, 거대한 둥근 공처럼 태양계를 둘러싸고 있는 오르트 구름은 수천억 개를 헤아리는 혜성의 핵들로 이루어져 있다. 탄소가 섞인 얼음덩어리인 이 핵들이 가까운 항성이나 은하들의 중력으로 이탈하여 태양계 안쪽으로 튕겨들어 혜성이 되는 것이다. 이 혜성은 온도가 매우 낮은 태양계 바깥쪽에 있었기 때문에 태양계가 탄생할 때의 물질과 상태를 수십억 년 동안 그대로 지니고 있는 만큼 태양계 탄생의 비밀을 간직한 ‘태양계 화석’이라 할 수 있다. 단주기 혜성의 경우, 태양에서 목성과 해왕성 사이를 타원궤도를 그리며 운동한다. 태양계 내의 천체가 태양에서 가장 멀리 떨어져 있을 때의 거리를 원일점, 가장 가까이 있을 때의 거리를 근일점이라 하는데, 단주기 혜성은 원일점의 위치에 따라 목성족, 토성족, 천왕성족, 해왕성족으로 나누어진다. 예컨대, 가장 짧은 3.3년 주기의 엥케 혜성은 목성족, 76년 주기의 핼리 혜성은 해왕성족에 속한다. 장주기 혜성은 해왕성 바깥까지 갔다가 되돌아오는 길쭉한 타원궤도로, 대부분의 혜성이 이에 속한다. 원일점은 대략 1만~10만AU 정도 거리에 있다. 우주 속에 영원한 것이 어디 있으리오마는, 혜성의 경우는 더욱 극적이다. 태양의 인력에 이끌려 태양계 안으로 들어온 혜성들은 각기 다른 운명을 겪는데, 태양과 행성들의 인력에 따라 궤도가 달라져, 어떤 것은 태양계 밖으로 밀려나 다시는 돌아오지 못하고 우주의 미아가 되거나, 행성의 강한 인력으로 쪼개지기도 한다. 또 어떤 것은 태양이나 행성에 충돌하여 최후를 맞는 경우도 있다. 보통 혜성은 서울시만한 크기로, 혜성이 태양을 방문할 때마다 핵에서 약 1억 톤 가량의 물질을 방출하기 때문에 핵 표면이 약 3m씩 줄어든다고 한다. 엥케 혜성은 천 번 곧, 3,300년 후, 수백억 년을 사는 별에 비해서는 참으로 찰나의 삶을 사는 존재라 하겠다. 혜성은 궤도를 운행하면서 티끌이나 돌조각들을 궤도상에 흩뿌리는데, 이러한 혜성의 입자들이 혜성 궤도 주위에 모여 있는 것을 유성류(流星流)라 한다. 공전하는 지구가 이 유성류 속을 지날 때 지구 대기와의 마찰로 불타며 떨어지는데, 이것을 유성 또는 별똥별이라 하며, 많은 유성이 무더기로 떨어지는 것을 유성우(流星雨)라 한다. 유성우는 지구 대기권으로 평행하게 떨어지지만, 우리가 보기에는 하늘의 한 곳에서 떨어지는 것처럼 보인다. 이 중심점을 복사점이라 하고, 복사점이 자리한 별자리의 이름을 따라 유성우의 이름이 정해진다. 유성우 중에서는 특히 사자자리 유성우가 유명한데, 주기 33년의 템펠-터틀 혜성이 연출하는 것으로서, 매년 11월 17일과 18일을 전후하여 시간당 십수개에서 많은 경우 수십만 개의 유성이 떨어진다. 혜성이 지구가 형성되기 전부터 존재했다는 것은 알려져 있지만, 아직도 혜성의 많은 부분은 신비에 싸여 있다. 어떤 학자들은 혜성이 가져다준 물이 지구의 바다를 만들었다고 주장하기도 하고, 어떤 학자들은 지구에 생명의 씨앗과 생명의 물질을 공급해왔다는 주장도 한다. 한편, 중생대 말 공룡을 비롯한 지구상의 생물 대부분을 멸종시킨 거대한 재앙의 근원이 혜성 충돌 때문이라는 주장은 거의 정설로 굳어가고 있다. 만약 이러한 주장들이 사실이라면 혜성은 지구 생명의 창조자이자 파괴자이며, 인류의 미래와 운명에 직결되어 있는 존재인 셈이다. 마지막으로 장주기 혜성 하나. 1975년에 발견된 웨스트 혜성은 원일점이 13,560AU(1AU는 지구-태양 간 거리 1.5억km)로, 현재까지 가장 긴 주기를 가진 혜성의 하나로 기록되고 있는데, 그 주기가 무려 55만 8300년이다. 지난 75년에는 태양을 지나친 뒤 네 조각으로 쪼개지면서 장관을 연출했던 웨스트 혜성의 다음 도래년은 서기 569,282년이다. 우리 인류가 문명사를 엮어온 것이 고작 5000년인데, 과연 그때까지 이 지구 행성에서 살아남아, 웨스트 혜성이 태양을 향해 시속 34만km로 돌진해가는 장관을 다시 볼 수 있을까? 이광식 통신원 joand999@naver.com　

혜성은 어디에서 오는가? 혜성의 고향을 알기 위해서는 먼저 그 기원을 알지 않으면 안된다. 널리 받아들여지는 혜성 기원론에 따르면, 혜성은 행성과 위성들이 만들어지고 남은 잔해이기 때문에 태양계만큼이나 오래된 천체라는 것이다. 이 잔해들이 해왕성 너머 30~50AU 공간에 납작한 원반 모양으로 분포하고 있는데, 이곳이 바로 단주기 혜성들의 고향으로 카이퍼 대라 한다. 장주기 혜성의 고향은 그보다 훨씬 멀리, 5만~15만AU 가량 떨어진 오르트 구름이다. 지름 약 2광년으로, 거대한 둥근 공처럼 태양계를 둘러싸고 있는 오르트 구름은 수천억 개를 헤아리는 혜성의 핵들로 이루어져 있다. 탄소가 섞인 얼음덩어리인 이 핵들이 가까운 항성이나 은하들의 중력으로 이탈하여 태양계 안쪽으로 튕겨들어 혜성이 되는 것이다. 이 혜성은 온도가 매우 낮은 태양계 바깥쪽에 있었기 때문에 태양계가 탄생할 때의 물질과 상태를 수십억 년 동안 그대로 지니고 있는 만큼 태양계 탄생의 비밀을 간직한 ‘태양계 화석’이라 할 수 있다. 단주기 혜성의 경우, 태양에서 목성과 해왕성 사이를 타원궤도를 그리며 운동한다. 태양계 내의 천체가 태양에서 가장 멀리 떨어져 있을 때의 거리를 원일점, 가장 가까이 있을 때의 거리를 근일점이라 하는데, 단주기 혜성은 원일점의 위치에 따라 목성족, 토성족, 천왕성족, 해왕성족으로 나누어진다. 예컨대, 가장 짧은 3.3년 주기의 엥케 혜성은 목성족, 76년 주기의 핼리 혜성은 해왕성족에 속한다. 장주기 혜성은 해왕성 바깥까지 갔다가 되돌아오는 길쭉한 타원궤도로, 대부분의 혜성이 이에 속한다. 원일점은 대략 1만~10만AU 정도 거리에 있다. 우주 속에 영원한 것이 어디 있으리오마는, 혜성의 경우는 더욱 극적이다. 태양의 인력에 이끌려 태양계 안으로 들어온 혜성들은 각기 다른 운명을 겪는데, 태양과 행성들의 인력에 따라 궤도가 달라져, 어떤 것은 태양계 밖으로 밀려나 다시는 돌아오지 못하고 우주의 미아가 되거나, 행성의 강한 인력으로 쪼개지기도 한다. 또 어떤 것은 태양이나 행성에 충돌하여 최후를 맞는 경우도 있다. 보통 혜성은 서울시만한 크기로, 혜성이 태양을 방문할 때마다 핵에서 약 1억 톤 가량의 물질을 방출하기 때문에 핵 표면이 약 3m씩 줄어든다고 한다. 엥케 혜성은 천 번 곧, 3,300년 후, 수백억 년을 사는 별에 비해서는 참으로 찰나의 삶을 사는 존재라 하겠다. 혜성은 궤도를 운행하면서 티끌이나 돌조각들을 궤도상에 흩뿌리는데, 이러한 혜성의 입자들이 혜성 궤도 주위에 모여 있는 것을 유성류(流星流)라 한다. 공전하는 지구가 이 유성류 속을 지날 때 지구 대기와의 마찰로 불타며 떨어지는데, 이것을 유성 또는 별똥별이라 하며, 많은 유성이 무더기로 떨어지는 것을 유성우(流星雨)라 한다. 유성우는 지구 대기권으로 평행하게 떨어지지만, 우리가 보기에는 하늘의 한 곳에서 떨어지는 것처럼 보인다. 이 중심점을 복사점이라 하고, 복사점이 자리한 별자리의 이름을 따라 유성우의 이름이 정해진다. 유성우 중에서는 특히 사자자리 유성우가 유명한데, 주기 33년의 템펠-터틀 혜성이 연출하는 것으로서, 매년 11월 17일과 18일을 전후하여 시간당 십수개에서 많은 경우 수십만 개의 유성이 떨어진다. 혜성이 지구가 형성되기 전부터 존재했다는 것은 알려져 있지만, 아직도 혜성의 많은 부분은 신비에 싸여 있다. 어떤 학자들은 혜성이 가져다준 물이 지구의 바다를 만들었다고 주장하기도 하고, 어떤 학자들은 지구에 생명의 씨앗과 생명의 물질을 공급해왔다는 주장도 한다. 한편, 중생대 말 공룡을 비롯한 지구상의 생물 대부분을 멸종시킨 거대한 재앙의 근원이 혜성 충돌 때문이라는 주장은 거의 정설로 굳어가고 있다. 만약 이러한 주장들이 사실이라면 혜성은 지구 생명의 창조자이자 파괴자이며, 인류의 미래와 운명에 직결되어 있는 존재인 셈이다. 마지막으로 장주기 혜성 하나. 1975년에 발견된 웨스트 혜성은 원일점이 13,560AU(1AU는 지구-태양 간 거리 1.5억km)로, 현재까지 가장 긴 주기를 가진 혜성의 하나로 기록되고 있는데, 그 주기가 무려 55만 8300년이다. 지난 75년에는 태양을 지나친 뒤 네 조각으로 쪼개지면서 장관을 연출했던 웨스트 혜성의 다음 도래년은 서기 569,282년이다. 우리 인류가 문명사를 엮어온 것이 고작 5000년인데, 과연 그때까지 이 지구 행성에서 살아남아, 웨스트 혜성이 태양을 향해 시속 34만km로 돌진해가는 장관을 다시 볼 수 있을까? 이광식 통신원 joand999@naver.com　

-소행성 세드나는 강탈한 천체이다 외부 태양계의 어떤 천체들은 지나가는 별들에게서 '강탈'한 것이라는 연구 결과가 발표되어 관심을 끌고 있다. 2003년에 발견된 소행성 세드나는 약 40억 년 전 부근을 지나던 별에게서 빼앗은 것일 가능성이 높으며, 그 과정에서 우리 태양은 수백 개의 소행성들을 잃어버린 것으로 보인다고 논문은 말하고 있다. 세드나가 왜 다른 행성들에 비해 기괴할 정도로 길죽한 궤도를 갖고 있는가에 대한 해답은 이 '강탈'에 있다고 연구자들은 보고 있다. 세드나는 1930년 명왕성이 발견된 이래 태양계로부터 가장 먼 곳에서 발견된 소천체로, 궤도는 심한 이심률을 가진 타원형이며, 태양에 가까운 근일점은 지구와 명왕성간 거리의 약 3배, 원일점은 그 10배 정도의 거리에까지 이르는 기형적인 것이다. 세드나의 크기는 명왕성의 반 정도, 반지름은 약 500km, 공전주기는 1만1400년이지만, 태양까지의 거리는 해왕성에 비해 2~20배까지에 이른다. 세드나가 왜 이렇게 괴상한 궤도를 도는 것인지에 대해 천문학자들은 지금까지 골머리를 앓아왔다. 그런데 이번 라이덴 천문대의 루시 옐코바(Lucie Jílková) 박사가 이끄는 연구팀이 세드나의 궤도에 대해 '강탈' 가설을 내놓은 것이다. 옐코바 박사와 그 연구팀은 우리 태양에게 세드나를 강탈당한 가능성이 있는 별 1만 여 개에 대한 시뮬레이션 결과를 '뉴 사이언티스트(New Scientist)' 지에 발표했다. 그들은 모델에 완벽하게 일치하는 잠재적 피해 항성 하나를 발견하여 'Q'라는 이름표를 붙였다. 외부 태양계를 떠도는 세드나의 모항성, 이른바 '세드니토스'의 후보로 떠오른 별들의 수는 열 개가 넘으며, 이들의 근원지는 아직 미스터리로 남아 있다. 연구팀은 40억 년 이전에 우리 태양 질량의 약 80% 남짓한 별이 해왕성 궤도 거리의 11배쯤 되는 태양계 바깥을 지나다가 태양에게 세드나를 빼앗긴 것으로 보고 있다. 이 과정에서 태양은 수백 개의 얼음 소행성들을 잃어버린 것으로 추정되고 있다. 두 별 사이에 일어난 중력적인 혼란의 여파로 수백 개의 소행성들이 우주 속으로 내동댕이쳐진 것이다. 비록 지금까지 발견된 소행성은 얼마 되지 않지만, 세드나는 소행성들이 모여 있는 카이퍼 띠와 그 바깥 태양계를 떠도는 수천 개의 소행성 중 하나이다. 그러나 이들 소행성이 태양계 초기의 잔여 물질인 것과는 달리 세드나를 비롯해 기형적인 궤도를 도는 천체들은 전혀 다른 기원을 갖고 있는 천체인 셈이다. 이 우주적인 강탈 사건의 확실한 물증을 잡으려면 세드나까지 가서 그 구성물질을 조사해보는 것이 가장 확실한 방법이다. 세드나가 다른 카이퍼 띠의 소행성과 성분이 전혀 다르다면 이 가설은 정설이 되겠지만, 하지만 인류가 세드나로 가는 일은 백 년 안에는 이루어지지 않을 것으로 보인다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　

만유인력의 법칙을 밝힌 뉴턴의 '프린키피아'는 1687년에 출간되었다. “나는 이제 세계의 기본 얼개를 선보이겠다”는 뉴턴의 자랑스런 선언을 담고 있는 이 책은 뉴턴 물리학을 집대성 것이었다. '프린키피아'에서 뉴턴은 행성의 운동을 비롯하여, 조석의 움직임, 진자의 흔들림, 사과의 낙하 같은 다양한 현상들을 단일한 원리로 통일하고, 다시 그것을 수학적으로 완벽하게 제시했다. 신과 같은 이 놀라운 솜씨는 마침내 지상의 물리학과 천상의 물리학을 하나로 통합했던 것이다. 이것은 일찍이 갈릴레오가 그토록 이루기를 갈망했으나 끝내 성공하지 못했던 것이었다. 뉴턴 이전에는 땅의 세계와 하늘의 세계가 엄격히 구분돼 있었다. 땅의 세계는 불완전한 사멸과 변화의 세계고, 천상의 세계는 비물질적이며 완전하고 불변하는 신의 세계였다. 그러나 뉴턴으로 인해 우주에서 비물질적이고 관념적인 것들은 모두 제거되고 하나의 법칙으로 통합되었으며, 인류는 문명사 6000 년 만에 비로소 우주를 이성적으로 사고할 수 있게 된 것이다. ​ 뉴턴이 찾아낸 만유인력의 법칙은 한마디로 우주 안의 모든 것들이 하나의 법칙으로 작동하고 있다는 것이며, 그것을 문장으로 표현하면 다음과 같다. "모든 물체는 각기 질량의 힘으로 서로 끌어당긴다. 이 힘은 두 물체의 질량의 곱에 비례하며, 두 물체 사이 거리의 제곱에 반비례한다." 이를 수식으로 나타내면 허망할 정도로 단순하다. F = G m1 m2/r^2(F는 인력, G는 만유인력 상수, m1, m2'는 두 물체의 질량, r은 두 물체 사이의 거리) 이 간단한 방정식 하나로 우주 안의 만물은 서로 감응한다. ‘나’라는 존재도 온 우주의 만물과 서로 중력을 미치며, 사과 한 알이 떨어져도 온 우주가 감응한다는 뜻이다. 뉴턴 역학이 전하는 복음은 분명했다. 한마디로, 이 세계는 모두 우주 역학의 결과이며, 모든 천체들이 고유한 중량과 그것들의 운행에서 나오는 힘들에 의해 움직이고 있다. 행성운동은 말할 것도 없고, 우주 안에서 일어나는 모든 현상은 원자들의 상호관계에서 일어나는 역학의 결과이다. 그러므로 이 세계 안에 우연이란 것은 없다. 말하자면 모든 것은 결정되어 있다는 '결정론적 우주관'이다. 이 같은 내용을 담고 있는 '프린키피아'는 출간되자마자 많은 논쟁을 불러일으켰다. 그중에는 ‘우주는 유한한가, 무한한가’라는 유서 깊은 논쟁도 있었다. 예리한 논리로 ‘우주는 태어난 지 오래지 않다’라고 추론했던 고대 로마의 철학자 루크레티우스(BC 96년경 ~ BC 55)는 이에 대해 다음과 같은 사려깊은 결론을 내린 바 있다. “우주는 모든 방향으로 무한히 뻗어 있다. 만일 우주에 끝이 있다면 그 끝을 이루는 경계가 있어야 하고, 이는 곧 우주의 바깥에 또 무언가가 존재한다는 뜻이다. (...) 그런데 우주를 이루는 모든 차원들은 아무런 방향성도 없고, 그 바깥에 무언가 존재한다는 것도 확인된 바 없으므로 우주는 끝이 없어야 한다.” 뉴턴의 중력 이론은 우주가 유한하든 무한하든 모순을 피할 수 없게 된다. 리처드 벤틀리라는 한 성직자가 뉴턴에게 편지를 보내 이 점을 지적했다. "중력이라는 것이 작용거리가 무한하고 한 방향으로만 작용하는 힘이라고 할 때, 만약 우주가 무한하다면 별들은 각기 임의의 물체를 중력으로 잡아당길 것이고, 그렇다면 우주는 각자의 방향으로 찢어져 혼돈에 찬 종말을 맞이할 것입니다. 만약 우주가 유한하다면 별들은 서로의 중력에 의해 끌어당길 것이고, 우주는 결국 하나의 점으로 붕괴되어 충돌하는 처참한 종말을 맞이할 것입니다." 이것이 바로 중력이론을 우주에 적용할 때 나타나는 역설적인 결과를 최초로 지적한 ‘벤틀리의 역설’로, 올베르스의 역설과 함께 천문학 역사상 유명한 역설에 속한다. 뉴턴 역시 중력 이론의 모순을 알고 있었다. 심사숙고 끝에 내놓은 뉴턴의 대책은 이런 것이었다. “우주공간에 떠 있는 하나의 별이 무한히 많은 다른 별들에 의해 당겨지고 있다면, 오른쪽으로 끌어당기는 힘과 왼쪽으로 끌어당기는 힘이 서로 상쇄될 것이다. 모든 별들이 이런 식으로 균형을 이루고 있기 때문에 정적인 우주가 유지된다. 그러려면 우주는 무한하며 균일해야 한다.” 그러나 이 정적인 균형은 위태로운 것이다. 별 하나만 요동쳐도 일시에 균형이 와해되어 파국을 맞을 수 있기 때문이다. 자신의 해법이 만족스럽지 못하다는 것을 안 뉴턴은 이런 대형사고를 피하기 위해 신의 자비를 구하며 다음과 같이 편지를 마무리했다. “태양과 항성들의 중력에 의해 한 점으로 붕괴되지 않으려면 주기에 따라 태엽시계에 시간을 돌려서 맞추듯이 우주의 시계에도 전지전능한 신의 도움이 가끔씩은 필요할 것입니다.” 지금에서 보면 황당한 얘기처럼 들릴 수도 있는 말이지만, '프린키피아' 자체를 인간에게 신의 길을 가르치기 위한 노작으로 보는 뉴턴으로서는 무난한 결론이기도 할 것이다. 오히려 과학이란 단지 물리적 우주를 이해하려는 시도일 뿐이라는 현대의 견해를 뉴턴이 듣는다면 크게 놀랄 것이 틀림없으니까. 어쨌든 뉴턴은 이 만유인력의 발견으로 모든 시대를 통틀어 가장 위대한 천재, 마호메트와 예수 다음으로 인류 역사를 바꾼 인물로 평가받는 과학자가 되었으며, 인류는 뉴턴 역학으로 인해 우주에 대해 깊은 이해에 도달할 수 있는 열쇠를 갖게 된 것이다. 지금도 지구 궤도를 돌고 있는 수많은 인공위성들의 궤도 계산이나 로켓 발사, 그리고 우주 탐사선의 우주 여행 등이 모두 300여 년 전에 확립된 뉴턴의 이론적 모델에 기초하고 있다는 사실만 보더라도 뉴턴의 공적이 얼마나 큰 것인지 알 수 있다. 이러한 이유 등으로 사람들은 뉴턴을 가리켜 ‘신의 마음에 가장 가까이 간 사람’이라 평하기도 한다. 자, 이제 '벤틀리의 역설'의 정답을 말해보자. 정답은 첫째, 은하 내의 별들이 중력을 거슬러 서로의 거리를 유지하는 것은 은하 중심을 공전하고 있기 때문이다. 이는 행성들이 공전함으로써 태양과의 거리를 유지하는 것과 같은 이치다. 둘째, 은하들이 한 점으로 붕괴되지 않는 것은 '빅뱅 우주론'에 의한 우주팽창 때문이다. 여기에는 물론 암흑 에너지도 한몫한다. 우리가 잘 알다시피 우주는 결코 뉴턴 생각처럼 정적이 아니며, 인력에 반하는 팽창력이 척력으로 작용함으로써, 은하나 별들이 한 점으로 붕괴되거나 찢어지는 일 없이 지금의 상태를 유지하고 있는 것이다. 이는 천하의 천재인 뉴턴도 상상하지 못한 일일 것이다. 우주란 얼마나 오묘한가! 이광식 통신원 joand999@naver.com　

이번 주 팔라스가 ‘충’에 도달 태양계에서 두 번째로 큰 소행성 팔라스(Pallas)를 이번 주에 볼 수 있다. 팔라스가 작은 쌍안경만 있으면 볼 수 있는 위치와 밝기인 태양의 정반대 쪽인 ‘충’(衝)의 자리에 왔기 때문이다. 팔라스는 ‘올베르스의 역설’로 유명한 천문학자 하인리히 올베르스가 1802년 발견한 소행성 2번이다. 지름 608㎞로 소행성 중 두 번째 크기이며, 공전주기 4.6년, 궤도의 긴 반지름 2.8AU(천문단위)이다. 이 팔라스의 발견으로 소행성이 1개가 아님을 알게 되었으며, 그 후 수천 개의 소행성이 발견되었다. 11일 팔라스가 충의 자리에 온 위치는 헤르쿨레스자리에서 네 번째로 밝은 4등성 람다 별 근처이다. 팔라스는 일주일에 1도(보름달 크기의 2배)씩 서진하고 있는데, 앞으로 3주 후면 헤르쿨레스자리의 델타 별인 3등성 사린에 근접한다. 충에 달한 이후 팔레스의 밝기는 9.4등급이다. 이때는 쌍안경으로 봐도 팔라스의 뚜렷한 자태를 감상할 수 있다. 지구로부터의 거리는 약 2.4AU, 3억 6천만km 정도 되는데, 1AU는 태양-지구 간 거리인 1.5억km이다. 소행성들이 최초로 발견되기 시작한 것은 19세기 초로, 1801년에서 1806년까지 6년 동안 팔라스를 포함하여 4개의 소행성이 처음으로 발견되었다. 그 후 38년간 잠잠하다가 1845년에 이르자 20년간 수십 개의 소행성이 무더기로 발견되었다. 나중에 사진술이 발명되자 소행성 발견의 숫자는 기하급수적으로 늘어나 1923년에는 1000번째 소행성이 발견되었으며, 2013년 1월 30일 기준 35만 3926개의 소행성에 공식적으로 숫자가 부여되었다. 소행성 발견 초창기에 천문학자들은 소행성을 작은 행성이라고 생각했지만, 무더기로 발견되기 시작하자 이들을 위한 특별 범주를 만들어 ‘소행성’(asteroids)이라는 이름을 붙여주었다. 이 말은 ‘항성과 닮은’이라는 뜻이다. 대부분의 소행성은 암석으로 이루어져 있으며, 화성과 목성 사이에 있는 소행성대에서 태양 궤도를 돌고 있다. 이 소행성대에 수많은 소행성이 모여 있지만, 영화나 게임 화면에서 보듯이 그렇게 복작대고 있는 것은 아니다. 대부분 공간은 텅 비어 있으며, 한 소행성 위에서 가장 가까운 소행성을 보려 해도 쌍안경이 필요할 정도로 뚝 떨어져 있다. 따라서 두 소행성이 충돌할 확률은 거의 영(0)에 가깝다. 최초로 발견된 소행성 세레스는 지름 952km로 명왕성, 에리스와 함께 왜소행성으로 재분류되었다. 팔라스와 베스타는 크기가 거의 비슷해, 각각 524km, 512km이다. 지름이 10m 이하인 것은 '유성체'라고 한다. 소행성에 대한 인류의 탐사 노력도 꾸준히 계속되어, 미국의 니어 슈메이커호(號)는 253 마틸다 소행성에 접근한 데 이어, 2001년에는 433 에로스 소행성에 착륙하는 데 성공했으며, 2005년에는 일본의 하야부사 탐사선이 이토카와 소행성에 착륙하여 표본을 수집하기도 했다. 소행성을 관측하려면 쌍안경이 필요하다. 쌍안경으로 보면 희미한 별처럼 보이지만, 밝은 별들을 배경으로 빠르게 움직이는 것을 확인할 수 있다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

불과 15세의 한 소년이 목성만한 크기의 외계행성을 발견했다면 믿을 수 있을까? 최근 영국언론은 현재 스태퍼드셔주의 한 사립학교에 다니는 톰 왁이 1000광년 떨어진 곳에 위치한 외계행성을 발견했다고 보도했다. 아직 정식 명칭은 부여되지 않은 이 행성(WASP-142b)은 바다뱀자리(Hydra)에 위치해 있으며 태양계의 '큰 형님' 목성만한 크기를 자랑한다. 그러나 이 행성은 특이하게도 항성과 매우 가까운 곳에 놓여있어 한마디로 '핫'(hot) 한 행성이다. 목성이 태양을 공전하는데 12년이 걸리는 것과 비교하면 얼마나 가까이 있는지 추측 가능한 셈. 사실 특이한 이 행성만큼이나 관심이 쏠리는 것은 톰이 이 행성을 어떻게 발견했느냐는 점이다. 그 사연은 황당하면서도 재미있다. 지금은 17세가 된 톰은 2년 전 지역 내 위치한 킬 대학교에 현장 실습을 나갔다. 이는 학생들의 교육을 목적으로 현장에서 일하며 경험을 쌓는 프로그램으로 톰이 선택한 것은 바로 천문학 실습. 이 짧은 기간동안 톰은 WASP(Wide Angle Search for Planets)라는 광역행성추적 프로그램을 실습하면서 우연히 작은 트랜싯(transit) 현상을 목격했다. 일반적으로 행성은 스스로 빛을 내지 않기 때문에 주위 별 빛으로 그 존재가 확인된다. 행성이 항성 앞을 지나가는 경우 잠시 빛이 잠식되는 현상이 발견되는데 이같은 현상을 트랜싯이라 부른다. 톰은 이 사실을 지도 교수에게 알렸고 2년 간의 연구를 거쳐 얼마 전 실제 행성으로 확인됐다. 어찌보면 소 뒷걸음질 치다가 쥐 잡은 겪이지만 과학에 대한 관심과 집중력이 이같은 발견을 이끌었다는 것이 지도 교수의 설명. 톰은 "내 힘으로 우주의 행성 하나를 발견했다는 사실에 흥분된다" 면서 "곧 대학에 진학해 물리학을 전공할 계획" 이라며 기뻐했다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

-'페르미의 역설'을 비디오로 풀어내다 '페르미 역설'이란 이탈리아의 천재 물리학자로 노벨 상을 받은 엔리코 페르미가 외계문명에 대해 처음 언급한 것이다. 페르미는 1950년 4명의 물리학자들과 식사를 하던 중 우연히 외계인에 대한 이야기를 하게 되었고, 그들은 우주의 나이와 크기에 비추어볼 때 외계인들이 존재할 것이라는 데 의견 일치를 보았다. 그러자 페르미는 그 자리에서 방정식을 계산해 무려 100만 개의 문명이 우주에 존재해야 한다는 계산서를 내놓았다. 그런데 수많은 외계문명이 존재한다면 어째서 인류 앞에 외계인이 나타나지 않았는가 라면서 "대체 그들은 어디 있는 거야?"라는 질문을 던졌는데, 이를 '페르미 역설'이라고 한다. ​ 관측 가능한 우주에만도 수천억 개의 은하들이 존재한다. 또 은하마다 수천억 개의 별들이 있으니, 생명이 서식할 수 있는 행성의 수는 그야말로 수십, 수백조 개가 있을 거란 계산이 금방 나온다. 그런데도 왜 우리는 아직까지 외계인들을 한번도 본 적이 없는가? 이것이 페르미의 역설이 주장하는 내용이다. 그리고 이 역설은 아직까지 풀리지 않고 있다. ​ 인류는 지난 100년간 놀라운 발전을 이루었다. 그러나 이 기간은 우주의 나이 138억 년에 비하면 그야말로 눈 깜짝할 찰나에 지나지 않는다. 그렇다고 우리가 미래에 다른 별을 방문하는 상상을 할 수 없는 것은 아니다. 우주에는 우리 외에도 다른 문명이 있을 거라는 데 많은 과학자들은 동의하고 있다. 그런데도 우리는 왜 외계인들을 한번도 본 적이 없는가? 그 이유로 항성 간 거리가 너무나 멀기 때문에 어떤 문명도 그만한 거리를 여행할 수 있는 기술을 확보하지 못한 거라고 과학자들은 생각하고 있다. 어쨌든 이러한 페르마의 역설을 한 전문가 그룹이 비디오로 풀이한 것을 발표해 화제를 낳고 있다. 유튜브 채널 쿠르트 게작트(Kurz Gesagt)가 제작한 이 비디오는 무엇이 우리 인류와 먼 외계문명과의 접촉을 막고 있는가를 잘 보여주고 있다. ​ 첫번째 장애는(아마도 최대의 장애일 것이다), 바로 우주여행이다. 인류의 현재 기술수준으로는 이 거리의 장벽을 넘을 수가 없다. 예컨대, 태양계에서 가장 가까운 4.2광년 떨어진 프록시마 센타우리 별까지 가는 데만도 지금 로켓 속도로는 10만 년 가까이 걸린다. 만약 우리가 광속으로 날리는 로켓을 개발했다고 쳐도 우리은하를 가로지르는 데만도 10만 년이 걸린다. 하지만 이 은하도 우주 속에서는 한 개의 조약돌에 지나지 않는다. 이 모든 상황을 감안해볼 때 우리가 다른 행성으로 가서 산다는 것은 거의 불가능한 일일 것으로 보인다. 이것이 바로 외계인을 만날 수 없는 가장 근본적인 장애이다. ​ "우주는 아주 오래된 것입니다" 하고 비디오의 해설자는 말한다. "지구상에서 생명이 출현한 것은 36억 년 전입니다. 그리고 지성체인 인류가 지상에 나타난 것은 약 25만 년 전의 일입니다. 그런데 인류가 우주 거리의 통신기술을 확보한 것은 겨우 100년밖에 되지 않았습니다." "이 우주에는 수백만 년을 이어온 외계인 제국들이 수천 개는 될 것입니다. 우리는 이제 겨우 그들과의 소통에 눈을 뜨고 만나고 싶어하는 것입니다." ​ 장애의 또 하나는 통신 수단의 문제이다. 비록 외계 문명이 존재한다 하더라도 그들과 교신하기에는 우리의 통신 수단이 너무나 원시적인 것이라 소통불능일지도 모른다는 사실이다. 그리고 외계인들이 신호를 보내온다 하더라도 우리 기술로는 그것을 포착하지 못할 수도 있다는 것이다. 또 하나의 흥미로운 개념인 다이슨 스페어의 개념은 지성체의 집단의식을 내포한 가상 현실의 거대 구조물이 한 항성의 에너지를 아우르는 시스템을 구축한 것을 말한다. ​ "만약 갈색왜성을 도는 컴퓨터라면 그 별로부터 수십조 년에 걸쳐 에너지를 공급받을 수 있다"고 해설자는 말한다. 만약 이러한 구조물이 존재한다면 이들은 틀림없이 적외선 신호를 방출한 텐데, 아직까지 그러한 신호는 포착된 적이 없다. "페르미의 역설은 오로지 한 문제의 그 해답이 달려 있다. 그것은 바로 우리의 기술수준이다. 우리의 기술이 어디까지 발전해갈 것인가, 어디에서 한계에 부딪힐 것인가에 문제의 해법이 달려 있다"고 해설자는 말한다. "우리가 지식에 대해 아는 것은 우리가 아무것도 모른다는 것이다." 우리 인류가 비록 은하의 시간 척도로 볼 때 극히 짧은 시간대에 존재하고 있지만, 만약 우리가 우주 속에서 홀로라면 우주 속에서 차지하는 우리의 진정한 위치를 탐구하기 위해 우리의 노력을 멈추지 말아야 하며, 다른 세계로 진출하기 위한 진보를 계속해야 할 것이라는 결론으로 동영상은 끝을 맺는다. 사진=1. 인류는 지난 100년간 놀라운 발전을 이루었다. 그러나 이 기간은 우주의 나이 138억 년에 비하면 그야말로 눈 깜짝할 찰나에 지나지 않는다. 그렇다고 우리가 미래에 다른 별을 방문(그림)하는 상상을 할 수 없는 것은 아니다. 우리 문명이 우주에서 최초도 유일한 것도 아님은 분명하지만, 그렇다면 '그들'은 대체 어디 있는 걸까? 2. 인류는 지난 몇십 년 동안 케플러 망원경(그림) 등으로 외부 행성계를 찾아왔지만 아직까지 어떠한 생명체도 발견하지 못하고 있다. 또한 100년 전부터 우주로 전파 신호를 보내고 있지만, 역시 아무런 응답도 접수하지 못하고 있다. 3. 또 하나의 가설은 다이슨 스페어(그림)로, 전 항성을 아우르는 에너지 시스템을 구축한 고도의 외계문명이다. 만약 이러한 구조물이 존재한다면 이들은 틀림없이 적외선 신호를 방출한 텐데, 아직까지 그러한 신호는 포착된 적이 없다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　

천문학자들이 미국항공우주국(NASA)의 허블 우주망원경을 사용해 빠르게 늙어가는 거대 별에 관한 새롭고 놀라운 단서를 발견해냈다. 이는 우리 은하에서는 발견된 적이 없다. 천문학자들은 이 별이 너무 이상하다고 여겨 공식 명칭인 ‘NaSt1’을 빗대 ‘네스티원’(Nasty 1, 첫번째 못된 것의 의미)이라는 별칭으로 부르고 있다. 네스티원은 초거대 별들의 진화에서도 극히 짧은 진화 단계를 갖는 대표 별로 여겨진다. 수십 년 전, 처음 발견된 네스티원은 우리 태양보다 훨씬 무거운 질량을 갖고 있으면서 빠르게 진화하는 볼프레이에(Wolf-Rayet, WR) 별로 식별됐다. WR 별은 수소로 가득 채워져 있는 외각 껍질층을 빠르게 잃고 헬륨이 타오르고 있는 극도로 밝은 초고온의 핵을 드러낸다. 반면 네스티원은 이런 전형적인 WR 별과는 다른 모습을 보여줬다고 천문학자들은 말한다. ■ 거대한 가스 원반 과학자들은 허블 망원경을 이용해 별의 반대 방향으로 흘러들어가는 두 개의 가스 구체를 볼 수 있을 것으로 기대했었다. 그 모습은 아마 WR 별의 후보인 용골자리 에타별(에타 카리네, Eta Carinae)에서 뿜어져 나오는 가스와 유사할 것으로 예측됐다. 하지만 허블에 나타난 네스티원은 팬케이크 모양의 가스 원반을 둘러싸고 있었다. 가스 원반의 너비는 약 3조2000억km에 달하며, 아마 새로 생성된 WR 별의 외곽 가스를 집어삼키고 있는 눈에 보이지 않는 동반성 때문에 형성된 것으로 예측된다. 현재 측정치에 의하면 이 두 별을 둘러싸고 있는 구름의 나이는 고작 수천 년 정도 수준으로, 지구로부터의 거리는 3000광년 밖에 되지 않는다. 연구를 이끈 존 마우어핸(UC버클리)은 “이 원반 구조가 쌍성 간의 상호작용으로 WR 별이 생성되고 있는 증거일 수 있으므로 이를 봤을 때는 정말 놀랐다”면서 “이런 예는 이 과정 자체가 너무 짧은 기간에 일어나 우리 은하에서 정말 보기 어렵다”고 말했다. 이어 “아마 그 시간은 10만 년 정도 수준에 지나지 않을 것인데 이런 시간 규모에서도 원반을 발견할 시기는 고작 1만 년 정도에 지나지 않을 것”이라고 덧붙였다. 연구팀이 제안한 시나리오에서 거대 별은 빠르게 진화하고 수소 연료가 떨어지기 시작할 때 몸집이 부풀어 오른다. 외층을 둘러싸고 있는 수소 껍질은 점점 더 느슨하게 풀리고 근처에 있는 동반성의 중력에도 쉽게 벗겨져 나갈 수 있는 상태가 된다. 그 과정에서 더 밀도높게 뭉쳐있는 동반성이 질량을 얻게 되고, 원래 무거운 질량을 가지고 있었던 주성은 수소 껍질을 잃게 되면서 헬륨 핵이 노출돼 WR 별이 되고 만다는 것이다. 또 다른 시나리오는 무거운 별이 자신의 수소층을 대전입자가 가득한 강력한 항성풍과 함께 분출해 형성된다는 것이다. 동반성이 존재하는 쌍성 간의 상호작용에 의한 모델이 천문학자들에게 좀더 매력을 끄는 데 이는 거대 별들의 최소 70%가 동반성을 거느린 쌍성계이기 때문이다. 하나의 별이 직접 질량을 잃는다는 가정은 우리 은하에서 아직 덜 진화한 거대 별들에 관련한 WR 별들의 숫자를 설명하지 못한다. 연구에 참여한 나단 스미스(애리조나대)는 “우리는 전통적인 항성풍 이론으로는 우리가 관측한 모든 WR 별의 형성을 설명하기가 어렵다는 것을 알아냈다”며 “왜냐하면 질량 손실은 우리가 생각했던것처럼 그다지 강력한 작용이 아니기 때문”이라고 설명했다. 이어 “쌍성계에서 질량의 교환은 WR 별이나 이들이 만들어내는 초신성을 설명하는데 있어 필수적인 것처럼 보인다”며 “짧은 생애 주기를 지닌 쌍성들을 발견하는 것은 이런 과정을 이해하는데 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다. 하지만 이 거대한 쌍성계에서의 질량이 이동하는 과정이 항상 효율적인 것은 아니다. ■ 쌍성 간의 중력 싸움 한 별로부터 벗겨져나간 일부 물질은 별 간에 일어나는 역동적인 중력 싸움 도중 유실될 수 있으며 이 때문에 주위에는 가스 원반이 형성될 수 있다. 마우어핸은 “바로 그것이 바로 네스티원에서 발생하고 있는 사건이라고 생각한다”며 “WR 별이 숨겨져 있는 성운은 이런 물질 전달 과정으로 생성된 것”이라고 말했다. 이어 “바로 이런 별들 사이에 만연한 ‘항성 포식’(stellar cannibalism)이 그 이름에 걸맞는 네스티원을 만든 것”이라고 덧붙였다. 네스티원의 공식 명칭인 NaSt1은 1963년 이 별을 각각 처음으로 발견해 논문을 제출한 두 명의 천문학자인 제이슨 나소우(Jason Nassau)와 찰스 스페픈슨(Stephenson)의 머릿글자를 따서 만들어졌다. ■ 연구 과정 네스티원의 관측은 쉽지 않은 일이었다. 이 쌍성계는 너무나 두꺼운 가스와 먼지속에 갇혀있으며 이 먼지와 가스들은 허블 망원경의 시야도 가리고 있다. 연구팀은 각 별의 질량과 서로 떨어져 있는 거리, 그리고 동반성으로 흘러들어간 물질의 양 따위를 측정할 수 없었다. 따라서 네스티원에 관한 이전 관측자료가 가스 원반에 관한 정보를 제공했다. 예를 들어 가스 원반의 물질은 외부 성운에서 시속 3만 5,200km의 속도로 움직이고 있는데 이는 다른 비슷한 별들보다 느린 속도이다. 이처럼 상대적으로 느린 속도는 시속 수십만 km의 속도로 움직이는 가스가 존재하는 용골자리 예타별의 폭발적인 분출보다는 훨씬 덜 파괴적인 사건에 의해 물질들이 분출되고 있음을 알려주는 것이다. 또한 네스티원은 물질을 산발적으로 분출할 수도 있다. 적외선을 이용한 이전 연구는 중심에 있는 별들에서 매우 가깝게 붙어있는 뜨거운 먼지덩어리를 관측한 바 있다. 연구팀이 칠레 라스캄파나스 천문대(LCO)의 마젤란 망원경을 이용한 최근 관측은 중심 별들로부터 발생한 빛들이 간접적으로 산란되면서 식별된 것으로 보이는, 이전 연구보다 비교적 차가우면서 거대한 먼지 덩어리를 발견했다. 이런 따뜻한 먼지가 존재한다는 것은 이들이 아마도 분출과정을 통해 최근에 두 개 별 폭풍으로부터 쏟아져나온 화확적으로 풍부한 조성을 가진 물질이 서로 다른 방향으로 충돌하고 뒤섞이며 밀쳐 나가면서 식는 과정을 통해 형성됐을 것이라는 것을 암시한다. 항성풍의 강도나 동반성이 주성의 수소 껍질을 빼앗아오는 비율의 산발적인 변화는 가스 원반의 최외곽부에서 관측되는 덩어리 구조나 간극을 설명해줄 수 있을른지도 모른다. 각 별에서 초음속의 항성풍을 측정하기 위해 천문학자들은 찬드라 X선망원경도 사용했다. ■ 결과... 그리고 예측 그 결과, 구름에서 맹렬하게 이글거리는 플라즈마가 관측됐는데 이는 두 별로부터 쏟아져나오는 폭풍이 충돌하면서 X선에서 빛을 내는 고에너지 충격파를 양산해내고 있음을 의미하는 것이다. 이런 결과는 천문학자들이 다른 WR 별들로부터 발견하는 현상과 일치하는 것이었다. 혼란스러운 물질 전달 과정이 WR 별이 모든 물질을 소진할 때까지 계속될 것이다. 결국, 가스 원반 상의 먼지는 모두 뿔뿔이 사라져버릴 것이고 쌍성계만을 선명하게 볼 수 있게 될 것이다. 마우어핸은 “이 별이 어떤 진화의 과정을 겪게 될지는 불확실하지만, 그 과정이 지루하지 않을 것이라는 것은 확실하다”면서 “네스티원은 또 하나의 용골자리 에타별과 같은 별로서 진화해 갈 수 있을 것”이라고 말했다. 또 “이런 변화의 여정에서 질량을 획득한 동반성은 거대한 폭발을 경험할 수 있을 것”이라면서 “왜냐하면 새로 형성된 WR 별로부터 획득한 물질과 연관된 몇몇 불안정성이 있기 때문”이라고 말했다. 이어 “아니면 WR 별 자체가 초신성으로 폭발할 수도 있다”면서 “항성 간 충돌은 이 별들의 공전궤도에 관한 변화 양상을 봤을 때 또 하나의 가능성 있는 결과다”고 덧붙였다. 한편 이번 연구성과는 ‘영국왕립천문학회월간보고’(MNRAS) 최근호(5월 21일자) 개재됐다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우리에게 잘 알려진 그리스 신화 중 유명한 괴물이 있다. 바로 괴물 세 자매 중 한 명인 메두사(Medusa)다. 본래 아름다운 여인이었던 메두사는 아테네에게 벌을 받아 머리카락이 뱀으로 변했다고 전해진다. 멀고 먼 우주에도 '메두사'가 있다. 지구로부터 1500광년 떨어진 곳인 쌍둥이 좌에 위치한 메두사 성운(Medusa Nebula)이 바로 그 주인공. 최근 유럽남방천문대(European Southern Observatory·이하 ESO)가 칠레 VLT(Very Large Telescope) 망원경으로 촬영한 생생한 메두사 성운의 모습을 공개해 관심을 끌고있다. 지름 약 4광년의 이 성운에 메두사라는 이름이 붙은 이유는 확실치 않다. 그러나 일부 천문학자들은 사진 속 붉은 필라멘트로 표현된 질소 가스가 메두사같은 구불구불한 머리카락을, 녹색의 산소가 얼굴을 연상시킨다고 주장한다. 물론 사람에 따라 다르게 보이지만 메두사 성운 역시 메두사처럼 드라마틱한 변화를 겪고있는 것 만큼은 확실하다. 메두사 성운은 '행성상 성운'(가스성운 중 비교적 소형으로 망원경으로 보았을 때 행성 모양으로 보이는 것)으로 진화 단계로 보면 말년에 접어들었다. 　　 ESO 측은 "메두사 성운은 그 사이즈에도 불구하고 너무 희미해 관측하기가 쉽지않다" 면서 "사진 속에서 푸른 빛을 발하는 별이 항성 진화 마지막 단계인 백색왜성"이라고 설명했다. 이어 "메두사 성운이 만든 가스 구름은 시속 18만 km 속도로 팽창한다" 고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

태양에는 주변 부위보다 온도가 낮아서 검게 보이는 부분인 흑점이 존재한다. 태양 흑점은 태양면 폭발 현상인 플레어(solar flare)와 밀접한 연관이 있으므로 과학 연구는 물론 우주 기상 예보를 위해서 항상 관측되고 있다. 때때로 강력한 태양 플레어가 관측되면 지구에서는 통신 장애와 더불어 아름다운 오로라를 볼 수 있다. 과학자들은 이런 현상이 태양만의 전유물은 아니라고 생각하고 있다. 태양은 우주에 매우 흔한 별 가운데 하나이다. 비록 직접 관측하기는 아직 어렵지만, 과학자들은 다른 별의 표면에도 흑점이 있고 태양 플레어나 그보다 더 격렬한 현상인 코로나 물질 방출(CME, coronal mass ejection)이 발생한다고 생각하고 있다. 실제로 이를 뒷받침하는 증거들도 많다. 그런데 최근 일본의 과학자들이 다른 별에서 괴물 같은 크기의 흑점과 플레어를 발견했다고 한다. 일본의 교토대, 효고대, 나고야대, 그리고 일본국립천문대(NAOJ)의 과학자들은 미국항공우주국(NASA)의 케플러 우주망원경 데이터를 이용해서 태양의 10-10,000배 정도 강력한 플레어를 발산하는 태양과 비슷한 별을 50개 정도 찾아냈다. 이 별들 가운데 거의 절반 정도는 태양처럼 동반성 없이 외로이 혼자 있는 별들이었다. 그리고 이 별들 가운데 일부는 하루에서 수십일 주기로 밝기가 크게 변했다. 이것이 의미하는 바는 별의 밝기가 변하는 것이 동반성이 가려서가 아니라 표면의 밝기 자체가 변하기 때문이라는 것이다. 밝기가 변하는 변광성은 우주에 드물지 않지만, 태양 같은 별이 가리는 동반성도 없이 밝기가 주기적으로 변하는 것은 흔치 않은 일이다. 이 별이 가진 강력한 플레어 현상을 고려할 때 가장 가능성 있는 설명은 이 별 표면에 거대한 흑점이 존재하며, 여기서 초대형 항성 플레어가 발생한다는 것이다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 태양 흑점 관측에 사용하는 파장대인 Ca II(칼슘 이온) 854.2nm를 사용해서 연구 대상인 별을 관측했다. 그 분석 결과는 실제로 이 별에 거대 흑점과 이로 인한 슈퍼플레어가 발생한다는 것이다. 이런 대형 흑점이 발생하는 이유는 아직 모르지만, 일단 흑점에 의한 것이라면 이를 통해서 과학자들은 이 별의 자전 속도 등의 정보를 얻을 수 있다. 앞으로 더 정확한 관측을 위해서 연구팀은 후속 연구를 준비 중이다. 한 가지 다행한 일이라면 태양에서는 이런 초대형 흑점과 플레어가 생기지 않는다는 것이다. 만약 이런 대형 흑점이 생긴다면 지구 기후에도 큰 영향이 있을 뿐 아니라 강력한 태양폭풍으로 인해 지구에 큰 충격을 줄 수 있다. 다행스럽게도 우리의 태양은 비교적 안정적인 별이다. 그리고 그 덕분에 인간을 포함한 많은 생명체가 지구에 번성할 수 있는 것이다. 사진=거대한 흑점을 가진 별의 개념도. 아래는 Ca II 파장대에서 본 것. 출처: 교토대 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

태양에는 주변 부위보다 온도가 낮아서 검게 보이는 부분인 흑점이 존재한다. 태양 흑점은 태양면 폭발 현상인 플레어(solar flare)와 밀접한 연관이 있으므로 과학 연구는 물론 우주 기상 예보를 위해서 항상 관측되고 있다. 때때로 강력한 태양 플레어가 관측되면 지구에서는 통신 장애와 더불어 아름다운 오로라를 볼 수 있다. 과학자들은 이런 현상이 태양만의 전유물은 아니라고 생각하고 있다. 태양은 우주에 매우 흔한 별 가운데 하나이다. 비록 직접 관측하기는 아직 어렵지만, 과학자들은 다른 별의 표면에도 흑점이 있고 태양 플레어나 그보다 더 격렬한 현상인 코로나 물질 방출(CME, coronal mass ejection)이 발생한다고 생각하고 있다. 실제로 이를 뒷받침하는 증거들도 많다. 그런데 최근 일본의 과학자들이 다른 별에서 괴물 같은 크기의 흑점과 플레어를 발견했다고 한다. 일본의 교토대, 효고대, 나고야대, 그리고 일본국립천문대(NAOJ)의 과학자들은 미국항공우주국(NASA)의 케플러 우주망원경 데이터를 이용해서 태양의 10-10,000배 정도 강력한 플레어를 발산하는 태양과 비슷한 별을 50개 정도 찾아냈다. 이 별들 가운데 거의 절반 정도는 태양처럼 동반성 없이 외로이 혼자 있는 별들이었다. 그리고 이 별들 가운데 일부는 하루에서 수십일 주기로 밝기가 크게 변했다. 이것이 의미하는 바는 별의 밝기가 변하는 것이 동반성이 가려서가 아니라 표면의 밝기 자체가 변하기 때문이라는 것이다. 밝기가 변하는 변광성은 우주에 드물지 않지만, 태양 같은 별이 가리는 동반성도 없이 밝기가 주기적으로 변하는 것은 흔치 않은 일이다. 이 별이 가진 강력한 플레어 현상을 고려할 때 가장 가능성 있는 설명은 이 별 표면에 거대한 흑점이 존재하며, 여기서 초대형 항성 플레어가 발생한다는 것이다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 태양 흑점 관측에 사용하는 파장대인 Ca II(칼슘 이온) 854.2nm를 사용해서 연구 대상인 별을 관측했다. 그 분석 결과는 실제로 이 별에 거대 흑점과 이로 인한 슈퍼플레어가 발생한다는 것이다. 이런 대형 흑점이 발생하는 이유는 아직 모르지만, 일단 흑점에 의한 것이라면 이를 통해서 과학자들은 이 별의 자전 속도 등의 정보를 얻을 수 있다. 앞으로 더 정확한 관측을 위해서 연구팀은 후속 연구를 준비 중이다. 한 가지 다행한 일이라면 태양에서는 이런 초대형 흑점과 플레어가 생기지 않는다는 것이다. 만약 이런 대형 흑점이 생긴다면 지구 기후에도 큰 영향이 있을 뿐 아니라 강력한 태양폭풍으로 인해 지구에 큰 충격을 줄 수 있다. 다행스럽게도 우리의 태양은 비교적 안정적인 별이다. 그리고 그 덕분에 인간을 포함한 많은 생명체가 지구에 번성할 수 있는 것이다. 사진=거대한 흑점을 가진 별의 개념도. 아래는 Ca II 파장대에서 본 것. 출처: 교토대 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

- 수십년간 천문학계 난제 은하들은 어떻게 죽는가? 이 문제는 수십 년간 천문학자들의 골머리를 아프게 한 우주 미스터리였다. 천문학자들이 마침내 이 문제의 해결을 위한 실마리를 잡은 것 같다. 지난 몇십 년 동안 천문학자들은 은하에는 두 개의 중요한 부류가 있다는 사실을 알아냈다. "약 반수의 은하들은 가스가 풍부하여 별을 생산하는 부류이고, 나머지 반은 가스가 고갈되어 더이상 별을 생산하지 못하는 부류"라고 논문 주저자 잉지에 펭 케임브리지 대학 천문학자는 설명한다. 아직도 과학자들은 무엇이 은하 안에서 별들의 생성을 막는지 확실히 알고 있지 못하다. "무엇이 은하를 죽음에 이르게 하는가 하는 문제가 지난 20년 동안 천문학계에서 가장 뜨거운 이슈였다"고 펭 교수는 14일(현지시간) 사이언스닷컴과의 인터뷰에서 밝혔다. 은하에서 별 형성이 중단되는 원인에 대해 과학자들은 두 가지 가설을 내놓았다. 하나는 이른바 '질식사'로, 은하 안에 별을 생성할 만한 신선한 가스 재료가 바닥남으로써 은하가 서서히 죽음에 이른다는 것이고, 다른 하나는 이웃 은하의 중력으로 인해 가스를 갑자기 약탈당해 '급사'하는 경우라는 것이다. 연구자들은 가까운 은하 2만6,000개 이상을 분석해본 결과, 대부분 은하들의 사인이 '질식사'임을 보여주는 단서를 발견해냈다. "은하들이 질식을 당해 죽는다는 최초의 증거를 찾아낸 것"이라고 펭 박사는 말했다. 별은 거의 수소와 헬륨으로 이루어져 있다. 연구자들은 '금속'에 초점을 맞춰 연구를 진행했다. 항성진화론에서 '금속'이란 수소와 헬륨보다 무거운 원소를 일컫는다. 그러한 '금속'은 수소와 헬륨이 별 속에서 핵융합을 일으킴으로써 생성되는 중원소들이다. 과학자들은 죽은 은하가 산 은하에 비해 금속 함유량이 훨씬 더 높다는 사실을 발견했다. 이 발견은 가스 공급이 중단된 은하가 시간이 지남에 따라 진화하는 방향과 일치하는 결과라고 펭 박사는 설명한다. -별 생성 가스 바닥나 서서히 최후 은하에 가스 공급이 중단되더라도 은하 내부에는 여전히 가스가 남아 있어 별들이 생성이 계속된다. 대신 이러한 별들은 수소나 헬륨보다 무거운 원소들을 만들어내게 된다. 이에 비해 갑자기 가스를 강탈당해버린 은하는 별 생성이 급속이 중단되어 중원소를 덜 만들어내게 되는 것이다. 컴퓨터 모델에 따르면, 이러한 가스 공급 중단으로 별 생성이 중단되고 은하가 질식사하게 되는 데는 약 40억 년이 걸린다. 이 시간은 별을 생산하는 산 은하와 죽은 은하의 나이 차이와 같다고 연구자들은 설명한다. 연구자들은 이 질식사 가설이 은하의 95% 이상이 태양질량의 1000억 배에 달하는 이유를 설명해준다고 말한다. 그보다 더 큰 은하들에 대해서는 질식사 가설과 급사 가설 중 어느 것을 따를 것인지는 증거가 명확치 않다고 펭 박사는 말한다. 비록 대부분의 은하들이 질식으로 최후를 맞는다는 사실을 발견했지만, 질식을 일으키는 메커니즘을 완전히 이해하려면 더 많은 연구가 필요하다고 펭 박사는 덧붙인다. 앞으로 연구진이 먼 거리 은하들을 집중적으로 연구한다면 우주가 젊었을 때 어떤 모습을 하고 있었는가를 알 수 있게 될 것이다. 그리고 은하들의 형성과 그 진화의 그림을 더욱 자세히 그릴 수 있을 것으로 보인다. "우리는 앞으로 더욱 강력한 장비를 갖게 될 것이다. 다중 망원 근적외선 분광기(MOONS)와 제임스 웹 우주망원경을 운용할 수 있게 된다면 우리 연구도 앞으로 몇년 내에 성공적으로 마무리될 것으로 믿는다"고 펭 박사는 말한다. 펭과 동료들이 진행한 연구내용은 '네이처'지 5월 14일자에 게재되었다. ​이광식 통신원 joand999@naver.com