부처님이 태어나신 초파일이 가깝다. 요즘은 초파일이라 하지 않고 ‘부처님 오신 날’이라고 한다. 고타마 싯다르타는 본격적으로 구도에 오르기 위해 29살에 출가했다. 그후 6년간 고행한 싯다르타가 부다가야의 큰 보리수 아래 좌정한 채 깊은 명상에 들었다가 이윽고 새벽녘에 고개를 들어 하늘을 보았다. ‘밝은 별(明星)’ 하나가 미명의 동녘 하늘에 반짝이고 있었다. 그 순간 싯다르타는 크게 깨치고 정각(正覺)에 이르러 붓다(깨달은 자)가 되었다. 부처님이 중생을 위해 진리를 설한 것은 바로 이 성도(成道)에서 비롯됐다고 한다. 새벽별을 보고 큰 깨달음을 얻은 싯다르타는 다음과 같은 게송을 남겼다. 게송이란 수행을 하다가 깨달음을 얻었다든가, 법문을 설할 때 일어난 감흥을 한시 형태로 읊은 것이다. 별을 보고 깨달음을 얻었으나/깨닫고 난 뒤에는 별이 아니다/사물을 좇아가지는 않지만/그렇다고 무정물도 아니다​(因星見悟 悟罷非星 不逐於物 不是無情) 이 게송을 두고 예로부터 수많은 사람들이 저마다의 해석들을 내놓았다. 대체적인 풀이는 ‘새벽의 별을 본 것이 깨달음의 계기가 되었다. 깨달은 후 보니 그 별은 이미 별이 아니다. 그것은 사물이 아니라 유정물이요 자신이요 우주다’란 것이다. 어쩌면 이런 사색 끝에 색즉시공(色卽是空) 공즉시색(空卽是色)의 사상이 나왔는지도 모른다. 이때 색은 물질적 존재를 말하며, 공은 실체가 없다는 연기(緣起)의 이치를 말한다. 곧, 물질적 존재인 색은 만물이 무수한 원인들로 엮여진 그 결과물이라는 연기에 의해 형성된 것이므로 실체가 없는 것(空)과 같다는 의미다. 이와 비슷한 맥락으로 <보이는 세상은 실재가 아니다> <시간은 흐르지 않는다> 등 여러 권의 베스트셀러를 낸 이탈리아의 이론 물리학자 카를로 로벨리는 “우주는 실재가 아니라, 사건의 관계”일 뿐이라고 주장한다. 중국 오대 때의 큰스님 취암(翠巖)이 붓다의 새벽별 게송을 해석한 또 다른 게송을 내놓았다. 한번 밝은 별을 보고 꿈에서 깨어났네/천년 묵은 복숭아씨에서 푸른 매실이 열렸도다/비록 국에 넣어 맛을 내진 못하지만/일찍이 목마른 장병들의 갈증은 덜어줬네(一見明星夢便廻 千年桃核長靑梅 雖然不是調羹味 曾與將軍止渴來) 또 다른 해석은 싯다르타가 보리수 아래에서 명상 끝에 새벽하늘의 명성을 보고 자신이 지구라는 땅덩어리에 올라타고 태양을 빙빙 돈다는 사실을 깨달았다고 풀이한다. <화엄경>에는 이와 관련하여 ‘기세간(器世間)’이라는 단어를 기록하고 있다. 기세간이란 사람이 사는 ‘그릇(器)’이라는 뜻으로, 곧 지구를 가리킨다. 석가는 새벽별을 보고는 문득 자신이 살고 있는 그릇이 허공에 둥둥 떠서 굴러가는 그릇과 같다는 사실을 깨달았다는 것이다. 붓다의 지동설 우주관이라 할 수 있다. 서양의 아리스타르코스(BC 310-230)가 최초로 지동설을 내놓은 것이 기원전 3세기다. 그렇다면 붓다는 그보다 300년이나 앞서 지동설을 깨쳤다는 건데, 선뜻 납득하기는 어렵다. 부처님도 당시에는 이 별이 쌍성인 줄은 몰랐을 것이다. 샛별이냐, 시리우스냐? 어쨌든 부처님이 새벽에 별을 보고 깨달음을 얻었다는 것은 기록에 나타나 있는 사실인데, 현대 천문학에서 볼 때 과연 그 별이 무슨 별이었을까? 일단 금성이 용의 선상에 떠오른다. 기원전 5~6세기인 그 시절에 행성과 항성(별)의 구분이 딱히 있었을 것 같지 않고, 또 싯다르타가 동쪽 하늘에서 보았다는 밝은 별로는 금성 외에는 찾기가 어렵다. 금성은 우리나라에서 예부터 아침에 뜰 때는 샛별 또는 명성(明星), 계명성(啓明星)이라 하고, 저녁에 서쪽 하늘에 뜰 때는 개밥바라기라 했다. 그래서 고대인들은 아침과 저녁에 나타나는 금성을 서로 다른 두 개의 천체라고 생각했다. 붓다의 정확한 생몰 연도와 날짜는 모른다. 주류 역사가들은 대체로 기원전 563년 무렵에 태어나 기원전 483년 무렵에 사망한 것으로 추정하고 있다. 불교에서는 부처의 탄생과 열반을 기원전 624년, 544년으로 보고 있다. 그래서 한 별지기는 대략적인 성도일(成道日)을 추산하여 35세 되는 해인 기원전 589년 12월 8일(음력) 이른 새벽, 위치를 부다가야 근처 가야시로 설정하고 해당날짜로 스카이사파리 앱을 돌려 검토해본 결과, 그날은 달이 없는 날이고 새벽녘에 가장 밝은 별은 시리우스로 나왔다. 전천에서 가장 밝은 별로, 동양에서는 천랑성(天狼星) 또는 늑대별, 서양에서는 개별(dog star)이라고 불렸다. 고대 이집트에서 이 별이 동쪽 지평선 위로 나타나면 나일강의 범람이 시작되었다. 그래서 이집트 태양력은 이날을 1월 1일로 삼았다. 이상에서 살펴보았듯이 부처님이 보고 깨달음을 얻었다는 ‘그 별’은 행성인 금성이거나 정말 별인 시리우스 중 하나일 것이 거의 분명하다. 어쨌든 새벽 하늘에서 눈부시게 빛나는 ‘명성’을 본 그 순간, 부처님은 이 광대무변한 우주를 문득 체득하고, 무시무종(無始無終)의 영겁을 깊이 체감하고는, 별과 나, 세계와 나는 하나이며, 그렇다면 인간은 어떻게 살아야 하는가를 깨치지 않았을까 싶다. 이는 현대 천문학 이론에도 합이 맞는 사상이다. 여기서 부처님의 큰 가르침 ‘살아 있는 모든 중생을 사랑하라’는 대자대비(大慈大悲)가 나오지 않았을까? 불교에서 말하는 자비, 이것은 바로 사랑이 시작되는 지점이다. 감히 인류를 사랑한다고 말할 배짱은 없을지라도, 바로 당신 옆의 사람들을 따뜻하게 아끼고 사랑하며 살아가라는 게 우주가 우리에게 주는 가르침이라고 생각한다. ​이 어마무시하게 광막한 우주에 한낱 별먼지로 이루어진 인간이 맞설 수 있는 단 하나의 무기가 있다고 한다면, 그것은 ‘사랑’이 아니까? 사랑만이 생과 사, 시공을 초월하는 유일한 거니까. 몇 해 전 우주로 떠난 휠체어의 물리학자 스티븐 호킹은 다음과 같이 말했다. “당신이 사랑하는 사람들이 살고 있는 곳이 아니라면, 우주도 별 의미가 없을 것이다(It would not be much of a universe if it wasn‘t home to the people you love)”

“만약 우리가 그것들을 발견한다면 이론물리학 분야를 뒤흔드는 대사건이 될 것이다.” ​블랙홀 주간이 본격화되고 있으며, 이를 축하하기 위해 미 항공우주국(NASA)은 차세대 주요 천문 장비인 낸시 그레이스 로먼 우주망원경이 빅뱅으로 거슬러 올라가는 작은 블랙홀을 어떻게 찾아낼 것인지에 대해 설명했다. ​낸시 그레이스 로먼 우주망원경은 2026년 발사 예정인 우주망원경으로, 관측 파장은 가시광선과 적외선이다. 약 2.4m의 주경을 장착하고 있으며, 288 메가 픽셀의 사진을 찍을 수 있는데, 이는 허블 망원경 뛰어넘는 수준이다. 초점도 허블 망원경보다 더 잘 맞추어진다. 하지만 구경 크기는 2.4m으로 똑같다. ​블랙홀에 대해 생각할 때 우리는 태양 질량의 수십에서 수백 배에 달하는 항성 질량 블랙홀과 같은 거대한 우주 괴물을 상상하는 경향이 있다. 우리는 태양 질량의 수백만 배(심지어 수십억 배)에 달하는 초대질량 블랙홀이 은하 중심부에 자리잡고 그 주변을 지배하는 모습을 상상해볼 수도 있다. ​그러나 과학자들은 우주에는 지구 정도의 질량을 가진 깃털처럼 가벼운 블랙홀이 존재할 수도 있다는 이론을 내세운다. 이 블랙홀은 잠재적으로 큰 소행성만큼 작은 질량을 가질 수 있다. 과학자들은 또한 그러한 블랙홀이 약 138억 년 전 태초부터 존재했을 것이라고 제안한다. ​‘원시 블랙홀’이라고 명명된 이 블랙홀은 지금까진 순전히 이론상의 존재이긴 하지만, 2026년 말 발사 예정인 로먼 망원경이 이를 극적으로 바꿀 수 있을 것으로 기대되고 있다. ​“지구 질량의 원시 블랙홀 집단을 탐지하는 것은 천문학과 입자물리학 모두에 놀라운 진전이 될 것이다. 왜냐하면 이러한 물체는 알려진 물리적 과정에 의해 형성될 수 없기 때문”이라고 윌리엄 드로코 캘리포니아 대 산타크루즈 박사후 연구원은 설명한다. 팀을 이끌었던 그는 로먼이 이 고대의 작은 블랙홀 사냥에 나선 것에 대해 성명에서 “만약 우리가 그것을 발견한다면 이론물리학 분야를 뒤흔들 것”이라고 강조했다. 사건 지평선에는 질량이 중요하다 지금까지 존재하는 것으로 확인된 가장 작은 블랙홀은 항성질량 블랙홀로, 거대한 별의 핵융합에 필요한 연료가 고갈될 때 생성된다. 이러한 융합이 중단되면 별들은 자체 중력으로 붕괴된다. 일반적으로 별이 항성질량 블랙홀을 남기는 데 필요한 최소 질량은 태양 질량의 8배다. 더 가벼우면 별은 중성자별이나 그을린 백색왜성으로 일생을 마감하게 된다. ​그러나 우주 탄생 당시의 조건은 현재의 조건과 매우 달랐다. 우주가 뜨겁고 밀도가 높으며 격동적인 상태에 있었을 때 훨씬 더 작은 물질 덩어리가 붕괴되어 블랙홀이 탄생했을 수도 있다. ​모든 블랙홀은 ‘사건 지평선’이라고 불리는 외부 경계에서 ‘시작’된다. 이 지점을 넘어서면 빛조차도 중력의 영향을 벗어날 수 없다. 곧, 빛도 탈출할 수 없다는 뜻이다. 사건 지평선이 블랙홀의 중심 특이점, 즉 모든 물리법칙이 무너지는 무한 밀도 지점으로부터의 거리는 블랙홀의 질량에 의해 결정된다. ​즉, 질량이 태양의 약 24억 배에 달하는 초대질량 블랙홀 M87*의 사건 지평선은 지름이 약 248억km인 반면, 태양 30개의 질량인 항성질량 블랙홀은 폭이 약 177km에 불과한 사건 지평선을 갖게 된다. 반면에 지구 질량의 원시 블랙홀은 사건의 지평선이 동전보다 크지 않을 것이다. 소행성 질량을 지닌 원시 블랙홀은 양성자보다 폭이 작은 사건 지평선을 갖게 된다.원시 블랙홀의 개념을 지지하는 과학자들은 우주가 빅뱅이라고 부르는 초기 인플레이션을 겪으면서 원시 블랙홀이 탄생했을 것이라고 생각한다. 우주가 빛보다 빠른 속도로 질주하면서(우주에서는 빛보다 빠른 것은 아무것도 없지만 공간 자체는 그럴 수 있다), 과학자들은 주변보다 밀도가 높은 지역이 붕괴되어 소질량 블랙홀이 탄생했을 수 있다고 제안한다. ​그러나 많은 연구자들이 현재 우주에 존재하는 원시 블랙홀의 개념을 지지하지 않는데, 이는 스티븐 호킹 때문이다. 블랙홀도 죽는가? 스티븐 호킹의 가장 혁명적인 이론 중 하나는 블랙홀도 영원히 지속될 수 없음을 시사했다는 점이다. 이 위대한 물리학자는 블랙홀이 열 복사의 한 형태로 질량을 블랙홀 외부로 ‘누출’한다고 생각했는데, 이 개념은 나중에 그의 이름을 따서 ‘호킹 복사’라고 명명되었다. ​블랙홀은 호킹 복사를 누출하면서 질량을 잃고 결국 폭발한다. 블랙홀의 질량이 작을수록 호킹 복사가 더 빨리 일어난다. 이는 초대질량 블랙홀의 경우 이 과정이 우주의 수명보다 오래 걸릴 것임을 의미한다. 그러나 작은 블랙홀은 훨씬 더 빠르게 누출되므로 훨씬 더 빨리 죽어야 한다. ​따라서 원시 블랙홀이 어떻게 “펑” 하지 않고 138억 년 동안 떠돌 수 있었는지 설명하는 것은 어려운 일이다. 로먼이 만약 이러한 우주 화석을 발견한다면 물리학의 많은 부분이 뒤바뀌게 될 것이다.​이번 연구에 참여하지 않은 볼티모어 우주망원경과학연구소의 천문학자 카일라시 사후는 성명에서 “은하 형성부터 우주의 암흑물질 함량, 우주 역사에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칠 것”이라고 전망하면서 “그들의 신원을 확인하는 것은 어려운 작업이 될 것이며, 천문학자들에게는 많은 설득력이 필요하지만 그만한 가치가 있을 것”이라고 덧붙였다. ​원시 블랙홀을 탐지하는 것도 결코 쉬운 일이 아니다. 다른 블랙홀과 마찬가지로 이 구역은 사건 지평선에 둘러싸여 있으며, 빛을 방출하거나 반사하지 않는다. 즉, 이를 탐지하는 유일한 방법은 알베르트 아인슈타인이 1915년에 발표한 일반 상대성 이론으로 알려진 중력이론에서 개발한 원리를 사용하는 길뿐이다. 아인슈타인에게 도움 받기 일반 상대성 이론은 질량을 가진 모든 물체는 ‘시공간’이라고 불리는 하나의 4차원 실체로 통합된 공간과 시간의 구조 자체에 곡률을 일으킨다고 예측한다. 배경 광원의 빛이 왜곡된 시공간을 통과하면 경로가 구부러진다. 빛이 통과하는 렌즈 물체에 가까울수록 경로가 더 많이 구부러진다. 이는 동일한 물체의 빛이 서로 다른 시간에 망원경에 도달할 수 있음을 의미한다. 이러한 현상을 중력렌즈라고 한다. ​중력렌즈의 영향을 받는 물체가 은하처럼 엄청나게 거대할 때 배경 소스는 겉보기 위치로 이동하는 것처럼 보이거나 심지어 동일한 이미지의 여러 위치에 나타날 수도 있다. 렌즈 효과를 받는 물체가 원시 블랙홀처럼 질량이 더 작다면 렌즈 효과는 더 작아지지만, 감지할 수 있는 배경 광원이 밝아지는 원인이 될 수 있다. 이것이 바로 마이크로 렌즈(Microlensing)라는 효과다.​현재 마이크로 렌즈는 떠돌이 행성이나 모항성 없이 은하수를 떠다니는 천체를 탐지하는 데 큰 효과를 거두고 있다. 이것은 이론상보다 더 많은 지구 질량의 떠돌이 천체들의 개수를 파악하고 있다. 모델은 실제로 예측한다. 이 패턴을 통해 과학자들은 로먼이 지구 질량의 떠돌이 행성에 대한 탐지를 10배 증가시킬 것이라고 예측한다. ​이러한 물체가 풍부하게 존재한다는 사실은 지구 질량 천체 중 일부가 실제로 원시 블랙홀일 수도 있다는 추측으로 이어졌다. 드로코는 “사례별로 지구 질량 블랙홀과 악성 행성을 구분할 방법이 없다”라고 말하면서 “로먼은 통계적으로 두 가지를 구별하는 데 매우 강력할 것”이라고 예측한다. ​사후는 “이것은 로먼이 행성을 검색하면서 이미 얻게 될 데이터를 사용하여 추가 과학자들이 할 수 있는 일의 흥미로운 예”라고 설명하면서 “과학자들이 지구 질량 블랙홀이 존재한다는 증거를 찾든 못 찾든 그 결과는 흥미롭다. 두 경우 모두 우주에 대한 우리의 이해를 증진시킬 것”이라고 덧붙였다. ​팀의 연구는 지난 1월 ‘물리학 리뷰 D’에 게재되었다.

우리은하에는 별(항성)이 몇 개나 있을까? 예전에는 얼추 1000억 개쯤 있으리라 생각했지만, 최근에는 대략 4000억 개의 별들이 있는 것으로 보는 것이 대세다. 지금 지구상에 바글바글 사는 인류가 모두 약 80억이라는데, 우리은하에 저 태양 같은 별이 4000억 개나 있다니, 참으로 놀라운 일이고 어마어마한 숫자다. 나선은하인 우리은하는 지름 10만 광년, 두께는 약 1000광년의 둥근 디스크 형태를 하고 있다. 이 부피 안에 4000억 개의 별들이 퍼져 있는 셈인데, 천문학자들은 우리은하의 빈 공간을 감안해서 별 사이의 평균 거리를 약 3~4광년 정도로 보고 있다. 지구에서 가장 가까운 별은 물론 태양이다. 하지만 우리에게는 태양이 별이란 느낌이 별로 없다. 우리 삶에 너무나 직접적인 영향을 미치는 특별한 천체이다 보니 그런 모양이다. 우리는 보통 태양이 지고 캄캄해진 밤하늘에 반짝이는 빛점들을 별이라고 생각한다. 하지만 태양은 엄연히 별이다. 그래서 미국의 시인 데이비드 소로는 “태양은 아침에 뜨는 별이다”고 표현했다. 우리 별 태양은 지름이 지구의 109배, 질량이 33만 배나 된다. 그래도 태양이 별 중에서도 대략 크기가 중간치에 속한다니, 별이란 존재는 이처럼 지구와는 비교가 되지 않을 정도로 큰 천체다. 이처럼 별 자체는 지구에 비하면 압도적으로 크고 무겁고 밝은 존재이지만, 별과 별 사이는 빛으로도 3~4년이 걸릴 만큼 엄청나게 멀리 떨어져 있는 것이다.그러면 태양을 제외하고 지구에서 가장 가까운 별은 어느 별일까? 남반구 하늘의 센타우루스자리 프록시마란 적색왜성으로서, 프록시마 센타우리라고도 불린다. 프록시마와 함께 3중성계를 이루는 센타우루스자리 알파, 베타별은 태양계에서 가장 가까운 ​ 항성계로, 거리는 4.37광년이다. 그중 센타우루스자리 알파별은 천구에서 네번째 밝은 별이지만, 사실은 쌍성계로, 센타우루스자리 알파A, 센타우루스자리 알파B로 이루어져 있다. 우리가 프록시마가 지구에서 가장 가깝다는 사실을 안 것도 사실 그리 오래 된 일이 아니다. 맨눈으로는 보이지 않을 정도로 어두운 별이기 때문이다. 밤하늘에서 우리가 맨눈으로 볼 수 있는 별 밝기의 하한선은 6등급인데, 프록시마는 그보다 100배나 어두운 11등급의 적색왜성이다. 크기는 우리 태양의 7분의 1밖에 되지 않는다. 프록시마 센타우리가 발견된 것은 1915년으로, 스코틀랜드 천문학자 로버트 이네스가 망원경으로 발견했다. 이네스는 이 별이 지구에서 가장 가까운 별임을 밝혀내고는 ‘프록시마’(Proxima)라 부르자고 제안했다. 이는 라틴어로 ‘가장 가깝다’는 뜻이다. 사실 프록시마가 원래 알파 센타우리 다중성계에 속한 별인지, 아니면 우연히 지나가다 근처에 있게 된 별인지도 확실히 밝혀지지 않았는데, 2016년에 이르러서야 프록시마가 알파 센타우리로부터 약 12,950AU(약 2조km) 떨어져 있으며 55만 년을 주기로 공전하고 있다는 사실이 밝혀졌다. 어쨌든 이 프록시마가 태양을 제외하고는 가장 가까운 별인데, 거리는 4.22광년이다. 이 거리는 미터법으로는 약 40조km에 이르며, 태양-지구 간 거리의 약 27만 배, 태양-해왕성 간 거리의 9000배에 이르는 엄청난 간격이다. 자, 그러면 이것이 얼마만큼 먼 거리인지 상상력을 발휘해 체감해보도록 하자. 먼저 이 거리를 시속 4km 속도로 걸어서 간다면 약 11억 4000만 년이 걸린다. 사람이 100년을 산다고 보면 약 1100만 명이 릴레이로 걸어가야 한다는 뜻이다. 시속 100km의 차로 달린다면 그보다는 좀 빠르게 4550만 년이면 갈 수 있다. 제트기를 타고 날아가면 약 500만 년이 걸리고, 지금도 심우주의 성간공간을 초속 17km로 날고 있는 보이저 1호를 집어타면 7만 년 남짓 걸린다. 왕복이면 14만 년이다. 이것이 인류가 우주의 다른 별로 이주해갈 수 없는 이유이며, 우리가 외계인을 만날 수 없는 이유이다. 우주에서 가장 빠른 것, 곧 빛을 타고 가면 4년하고도 3개월이 걸리고, 왕복이면 8.5년이 걸린다. 빛이 이웃 별에 마실 갔다오는 데도 이만한 시간이 걸린다니, 빛도 우주의 크기에 비하면 거의 굼뱅이 수준이다. 프록시마와 알파 센타우리 다음으로 가까운 별은 5.96광년의 바너드라는 적색왜성이며, 그 다음은 7.78광년의 볼프 359별로 역시 적색왜성이며 맨눈에는 보이지 않는 어두운 별이다.태양에서 5번째로 가까운 별은 시리우스로, 8.6광년이다. 또한 이 별은 전천에서 태양 다음으로 가장 밝은 별로 -1.5등성이다. 큰개자리의 알파별인 시리우스는 서양에서는 개별(Dog Star)이라 하고 동양에서는 늑대별(天狼星)이라 불렀다. 늑대 눈처럼 시퍼렇게 보이는 시리우스는 사실 쌍성으로, 그 중 밝은 별은 태양보다 23배 더 밝다. 그렇다면 별들은 왜 이렇게 서로 멀리 떨어져 있는 걸까? 아직까지 어떤 천문학자도 이에 대해 깊이 연구한 이론을 발표한 적이 없다. 이상하게도 별들 사이의 거리가 과학자들에게 별다른 관심을 불러일으키지 못한 모양이다. 다만, <코스모스>의 저자이자 천문학자인 칼 세이건이 별 사이의 거리에 대해 언급한 말이 있을 뿐이다. “별들 사이의 아득한 거리에는 신의 배려가 깃들어 있는 듯하다.” 별들 사이의 이 아득한 거리는 결국 우주가 설계한 것이라고 밖에 볼 수 없다. 아마도 별들이 이보다 더 가까이나 또는 멀리 있다면 별들의 충돌이 다반사가 되거나 은하가 흩어져버려 우리 인간이 우주에 나타나지 못했을지도 모른다. 그래서 우주에서 수시로 은하들이 충돌하더라도 별들 사이의 간격이 너무나 넓어 별들은 거의 충돌하는 일 없이 부드럽게 비켜나간다. 우리 태양계 역시 별들 사이의 거리가 어득히 먼 덕분에 존재할 수 있었을 거라고 생각한다. 그러므로 별들이 저렇게 멀리 있다고 불평하지 말자. 우주의 배려에 감사하자.

태양에서 불어오는 플라스마 입자 흐름을 ‘태양풍’이라고 부른다. 태양풍을 구성하는 입자들은 양성자, 전자, 헬륨 원자핵 등으로 전기를 띄고 있다. 이 때문에 태양풍이 강해지면 전파를 방해해 위성통신이나 레이더 시스템에 장애가 발생하곤 한다. 태양풍은 항성(별)의 상층부 대기에서 분출되는 입자의 흐름인 항성풍(stellar wind)의 일종이다. 오스트리아 빈 대학 천체물리학과, 프랑스 소르본대, 영국 레스터대 물리·천문학과, 미국 존스홉킨스대 응용 물리학 연구실 공동 연구팀은 태양과 유사한 세 개의 항성에서 방출되는 X선을 기록해 항성풍을 직접 감지하고 별의 질량 원리를 찾아냈다고 19일 밝혔다. 이 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘네이처 천문학’ 4월 12일 자에 실렸다. 태양풍과 태양 자기장이 지배하는 공간인 태양권(Heliosphere)의 유사체인 항성권(Astrosphere)은 ‘항성풍 거품’이라는 별명처럼 항성풍에 의해 성간 공간으로 날아가는 매우 뜨거운 플라스마 거품이 있는 공간이다. 항성풍은 플라스마 형태로 방출되면서 별의 질량 손실을 유발하는 직접 원인이 된다. 항성풍으로 인해 주변 행성이 거주할 수 있는 세계가 되거나, 대기를 완전히 잃은 암석 덩어리 행성으로 진화하기도 한다. 이렇듯 태양과 유사한 저(低)질랑 별의 항성풍에 관한 연구는 항성과 행성의 진화를 이해하는 데 중요한 열쇠가 된다. 또 항성풍은 별과 행성의 진화에 중요한 역할을 하지만 통제 방법은 알려진 것이 없다. 연구팀은 별의 광도에 따라 구분하는 MK 분류법에 따라 태양처럼 광도가 Ⅴ단계인 주계열성(main sequence stars) 별 3개를 대상으로 X선 방출을 관측했다. 연구팀은 유럽우주국(ESA)에서 운영하는 X선 분광 우주망원경인 ‘XMM-뉴턴 우주망원경’으로 지구에서 16.6광년 떨어진 쌍성계인 ‘땅꾼자리 70’(70 Ophiuchi), 지구에서 10.5광년 떨어져 있는 에리다누스자리 엡실론, 11광년 떨어져 있는 백조자리 61(61 Cygni)을 선정해 관측했다. 연구팀은 산소 이온의 스펙트럼선을 관찰해 산소의 양, 별에서 방출되는 항성풍의 총질량을 파악했다. 세 별들의 질량 손실률은 각각 66.5±11.1배, 15.6±4.4배, 9.6±4.1배로 추정됐다. 이는 각별들에서 나오는 항성풍이 태양풍보다 훨씬 강하다는 것을 의미하고, 강한 자기 활동이 일어나고 있다는 의미다. 빈 대학 천체물리학과 수석 과학자 크리스티나 키슬리야코바 박사는 “항성풍의 산소 이온과 세 개의 주계열성 주위 중성 성간 물질, 별들에서 방출되는 X선 전하 교환이 관측된 것은 이번이 처음”이라며 “항성풍을 직접 찾아 이미지 처리하고 주변 행성과의 상호 작용을 연구하는 길을 열어줄 것”이라고 말했다.

아무리 별과 우주에 관심이 없는 사람이더라도 별 이름 몇 개 정도는 알고 있을 것이다. 우리 별 이름은 태양(Sun)이고, 천구(天球)의 북쪽에 자리한 별은 북극성(pole star, north star)이다. 그런데 북극성은 고유명사가 아니라 일반명사다. 시간이 지남에 따라 북극성이 바뀌기 때문이다. 지금부터 5천 년 전에는 용자리 알파별인 투반이 북극성이었다. 지구의 세차운동 탓에 지구 자전축이 조금씩 이동한 때문이다. 지금의 북극성 이름은 영어로는 폴라리스(Polaris), 우리 옛이름은 구진대성(句陳大星)이라 한다. 그리고 한국 사람이라면 누구나 알고 있는 직녀성과 견우성이 있다. 직녀성은 거문고자리의 베가(Vega)이고, 견우성은 독수리자리의 알타이르(Altair)다. 밤하늘에서 가장 밝은 별인 개자리의 알파별 시리우스(Sirius)도 유명한 별이다. 우리말로는 천랑성(天狼星)이라 하는데, 이리나 개나 사촌 간 아닌가. 그러면 이런 별의 이름은 누가 어떻게 지어 붙인 것일까? 별자리의 개념은 고대 바빌론 제국 시대에 이미 존재했던 것으로 보인다. 옛날 하늘을 관찰하던 사람들은 별이 특정한 모양을 그리면서 배치되어 있음을 보고 이를 자연물이나 신화 속 등장인물과과 연결시켜 이름을 지었다. 별 이름 중 많은 별은 아랍어나 라틴어 이름을 갖고 있다. 중세 유럽 세계가 교회의 힘에 짓눌려 프톨레마이오스의 지동설 천문학에서 한걸음도 더 나아가지 못하고 있을 때, 아랍의 천문학자들은 부지런히 밤하늘을 탐색하며 독자적인 천문학을 발전시켰기 때문이다. 오리온자리 가운데에 등간격으로 늘어선 삼성(參星)의 이름은 맨 오른쪽 별부터 민타카, 알닐람, 알니탁이다. 이처럼 별이름에 ‘알’이 들어간 것은 아랍어 이름이라서 그렇다. 지만 대부분의 별들은 이처럼 고유명사를 갖지 못하고 고유 부호를 부여받게 된다. 현재는 바이어 명명법에 따르는데, 독일의 천문학자 요한 바이어가 1603년에 <우라노메트리아>에 발표한 항성 이름 짓는 방법으로, 각 별자리를 이루고 있는 별 가운데 가장 밝은 별부터 어두운 별까지 순서대로 알파(α), 베타(β), 감마(γ), 델타(δ), …의 순으로 이름을 붙였다. 예컨대, 베가는 거문고자리 알파별(α Lyrae), 알타이르는 독수리자리 알파별(α Aquilae)이라고 부른다. 우주비행사의 이름을 가진 세 별 그런데 이 별 중에 특이하게도 우주비행사의 이름이 붙은 세 개의 별이 있다. 레고르, 나비, 드노시스가 그것이다. 우주비행사가 우주를 여행하는 데 사용하는 길잡이는 하늘에서 밝게 빛나는 별들이다. 따라서 그러한 별들과 별자리가 표시된 지도는 우주비행사의 필수품이다. 이 지도에는 알타이르, 시리우스, 프로키온 같은 친숙한 별들이 올라 있는데, 위의 세 별은 천문학에는 존재하지 않지만, 미 항공우주국(NASA) 발행의 우주지도에는 버젓이 올라 있다. 세 별 이름의 작명가는 유리 가가린과 앨런 셰퍼드에 이어 세 번째로 우주비행을 한 미국 우주인 버질 이반 그리섬이다. 그리섬은 지루한 우주 트레이닝 중에 장난삼아 NASA의 우주지도에 있는 세 별에 자신과 동료들의 이름을 따서 명명했다. 돛자리 감마별에는 레고르(Regor), 큰곰자리 요타별에는 드노세스(Dnoces), 카시오페이아 감마별에는 나비(Navi)라는 이름을 붙였다. 각각 로저, 세컨드, 그리섬의 가운데 이름 이반(Ivan)의 철자를 거꾸로 쓴 것이다. 레고르는 우주비행사 로즈 채피(Roger Chaffee)에서 왔고, 세컨드는 에드워드 화이트가 1965년 러시아의 알렉세이 레오노프에 이어 두 번째(second)로 우주유영을 했기 때문에 붙인 것이다.일례로, 나비 별은 W 모양인 카시오페이아자리 5개 별 중 가운데 있는 카시오페이아자리 감마(γ Cas)로, 겉보기 등급이 2.20에서 3.40까지 변하는 변광성이다. 이 별은 제법 밝음에도 불구하고 전통적인 아랍어나 라틴어 이름이 붙어 있지 않아 그리섬이 나비(Navi)라는 별칭을 장난삼아 붙인 것이다. 이 별은 우주 미션 수행 중 방위의 지침이 되는 별로 활용되었다. 세 우주비행사는 1967년 1월 27일 아폴로 1호선 미션을 위한 우주 캡슐을 테스트하던 중 불의의 사고로 모두 목숨을 잃었다. 캡슐 안에 이유를 알 수 없는 화재가 발생했고, 자동 생명 유지 장치가 산소 부족을 감지하고 자동 산소 공급을 시작함으로써 화재는 걷잡을 수 없이 번져 세 우주비행사의 목숨을 앗아가고 말았다. NASA는 세 우주비행사의 희생을 기리는 방법으로 그리섬이 장난삼아 명명한 세 별 이름을 비공식적으로나마 우주지도에 사용하기로 했으며, 2년 뒤인 1969년 7월 20일 닐 암스트롱과 버즈 올드린이 착륙선 이글을 이용해 달 표면에 내렸을 때 고인이 된 동료들의 이름이 적힌 우주지도를 지니고 갔다. 인류가 최초로 달에 사람을 보낸 아폴로 프로그램의 이면에는 세 사람의 생명을 희생시킨 비극이 서려 있는 것이다.

맨눈으로 볼 수 있는 신성 폭발이 올해 9월 이전 밤하늘을 장식하는 희귀한 천문학적 볼거리를 제공할 것으로 예상된다. 우리에게 이러한 기회를 제공할 항성계는 북쪽왕관자리 T별(T Coronae Borealis, 약칭 T CrB)로 알려져 있다. 이 별은 지구에서 약 3000광년 떨어져 있으며, 서로 공전하는 적색거성과 백색왜성으로 구성되어 있다. 백색왜성이 동반자인 적색거성으로부터 충분한 별 물질을 빨아당겨 표면에 축적하고, 이것이 일정한 임계치를 넘어서게 되면 수소 핵융합이 시작되어 섬광을 뿜으면서 신성 폭발을 일으킨다. 폭발은 반원형을 한 북쪽왕관자리에서 일어난다. 이 같은 천문 현상은 사실 수명이 다한 별에서 일어나는 핵 폭발 현상으로, 일정한 시간 간격을 두고 폭발한다는 점에서 일종의 ’우주 시한폭탄‘이라고도 할 수 있다. 신성은 일시적 에너지 과잉 상태로 인해 발생하는 현상이기 때문에 일정한 시간이 지나면 다시 어두워진다. 적색거성이 수명을 다하거나 백색왜성이 중성자별이 될 때까지 신성 폭발은 수천 년 동안 주기적으로 반복해서 일어난다. 이런 점에서 훨씬 더 강력한 폭발을 일으키며 별을 완전히 파괴해버리는 초신성과 다르다. 북쪽왕관자리 T별은 지구 크기 만한 백성왜성과 태양 74배 크기인 적색거성으로 이뤄져 있다. 백색왜성이 지구-태양 거리의 절반이 조금 넘는 8000만km 거리에서 적색거성을 225일 주기로 돌면서 적색거성의 바깥층 물질을 흡수하여 자신의 표면에 축적하는데, 이것이 임계점에 이르면 신성 폭발을 일으킨다. 미 항공우주국(NASA) 관계자는 “이번 폭발은 2024년 2월에서 9월 사이에 일어날 것으로 예상되며, 일주일 이상 우리 밤하늘의 북극성만큼 밝게 보일 것”이라면서 “신성 폭발은 약 80년마다 발생하기 때문에 이번 신성 폭발은 일생에 한 번 있는 관측 기회”라고 밝혔다. 1946년에 마지막으로 폭발한 이 재발성 신성은 은하수 내에서 관찰된 다섯 개 중 하나에 불과하다. 폭발을 포착하려면 목자자리와 헤르쿨레스자리 사이에 있는 북쪽왕관자리를 면밀하게 살펴봐야 한다. 폭발은 밤하늘에 밝은 ’새로운 별‘로 나타날 것이다. 우리은하에는 현재 400개 이상의 신성이 알려져 있다.일반적으로 이 쌍성의 겉보기밝기는 우리 맨눈으로 볼 수 있는 한계인 6등급보다 훨씬 어두운 10등급으로, 육안으로 보기는 어렵다. 그러나 폭발이 일어나는 동안 항성계는 1500배나 밝은 2등급까지 치솟을 것이며, 이는 북극성의 밝기와 비슷하다. NASA 관계자는 “일단 밝기가 최고조에 이르면 며칠 동안 육안으로 볼 수 있고, 쌍안경으로 일주일 정도 지나면 다시 어두워지며, 아마도 앞으로 80년 동안 볼 수 있을 것”이라고 예측했다. 폭발성 쌍성은 상대적으로 작고 밀도가 높은 항성 잔해인 백색왜성과 항성 진화의 후기 단계에 있는 적색거성으로 구성되는데, 중력에 묶여 있는 두 별이 충분히 가까워서 적색거성이 온도와 압력의 증가로 인해 불안정해지면 적색거성의 외부층이 끌려나와 백색왜성 위로 축적된다. 백색왜성은 질량은 태양과 비슷하지만 크기는 지구와 비슷한 고밀도 별이다.

인류가 태양계 바깥에서 첫 외계행성을 발견한 것은 1995년 페가수스자리 51번 별 주위를 도는 ‘페가수스 51-b’였다. 그로부터 30년이 채 안된 2023년 8월 기준으로 무려 5500개의 외계행성 발견을 기록했으며, 현재도 꾸준히 발견되고 있다. 과학자들은 우리은하 내에 외계행성이 수십억 개는 될 것으로 예측한다. 그런데 인류 최초로 외계행성에 대한 질문을 던진 사람은 지금으로부터 700년 전 독일 신학자인 알베르투스 마그누스(1193~1280)였다. 가톨릭 주교로서 철학자이자 자연과학자이기도 한 그는 당시의 철학, 신학, 자연과학 등 전 분야에 걸쳐 방대한 저술을 한 학자로서, 보편적 박사(普遍的博士)라 불리었다. 요즘 말로는 ‘통섭(統攝)’이라 할 만한 사람으로, 이렇게 말했다. “이런 세상이 하나만 있는 것일까, 아니면 여러 개 있는 걸까? 이것은 인간이 물을 수 있는 가장 고상하고 놀라운 질문 중의 하나다. 이것은 인간 정신이 진심으로 이해하고자 하는 질문이다.” 이 놀라운 발상에서 나온 질문은 700년이 지난 후에야 그 답을 얻게 되었다. 페가수스자리 51번 별 옆에서 마침내 ‘다른 세계’를 발견해낸 것이다. 인류는 수천 년 전부터 ‘다른 세계’의 존재를 궁금해했다. 소크라테스 이전의 고대 그리스 철학자들도 지구 외에 다른 세계가 있는지에 대해 사색했다. 소크라테스와 동시대인인 원자론자 데모크리토스는 우리와 같은 세계가 무한히 많을 뿐 아니라, 세계는 무한히 확장되고 있으며, 우리보다 태양과 달이 더 많은 세계도 있고 그렇지 않은 세계도 있다라고 장담했다. 2400년 전 고대인의 예언은 지금 다 사실로 판명되었다. 놀라운 예지가 아닐 수 없다. 외부 세계에 대한 논의는 중세와 근세에 이르도록 철학자와 신학자들 사이에 끊이지 않고 이어져왔다. 기독교 안에서도 의견은 둘로 나뉘었다. 하나는 <성서>에 다른 세상 얘기가 없으니 다른 세계는 존재하지 않을 것이라는 파와, 신은 전지하고 무한하니 무한히 많은 세계를 창조하셨을 거라고 믿는 파였다. 그러나 관측 수단이라고는 ‘맨눈’밖에 없던 그 시대로서는 이를 판정할 방법이 없었다. 코페르니쿠스가 지동설을 주장한 <천구의 회전에 관하여>가 나온 것이 1543년이니까, 그 전까지 인류는 지구가 우주의 중심에 굳건히 자리잡고 있다고 믿었던 만큼 대부분의 사람들은 세계는 하나뿐이라고 생각했음에 틀림없다. 인류가 본격적으로 우주를 들여다보기시작한 것은 1610년부터였다. 갓 발명된 망원경으로 달을 본 갈릴레오는 달 역시 지구처럼 산과 계곡이 있는 ‘다른 세계’임을 알았으며, 천상의 물질인 에테르로 이루어진 완벽한 존재라는 아리스토텔레스의 말은 거짓으로 드러났다. 뿐더러 천구를 가르는 은하수는 무수한 별들의 집합체라는 사실도 알아냈다.1995년 ‘첫 외계행성’ 발견에 노벨물리학상 이처럼 광활한 공간을 꿰뚫는 도구 없이는 천상의 세계를 들여다볼 수 있는 방법은 없다. 천문학자들이 강력한 도구로 무장하고 외계행성이란 성배 찾기에 도전하기 시작한 것은 1980년대부터였다. 세계 여러 곳의 연구팀들이 성배 찾기에 나섰지만, 정작 성배를 먼저 손에 쥔 사람은 아웃사이더인 스위스 제네바 대학의 미셸 마요르와 박사과정생 디디에 쿠엘로였다. 그들은 1994년 4월 망원경으로 페가수스자리 51을 집중적으로 관측한 끝에 별이 흔들리는 것을 포착했다. 이런 현상이 나타나는 이유는 행성이 크지는 않지만 별 주위를 돌면서 자신의 중력을 행사하기 때문이다. 별의 미세한 움직임은 별빛을 분석하면 측정할 수 있고, 이로부터 행성의 질량과 크기, 궤도를 알아낼 수 있다. 두 사람은 정밀한 관측 끝에 페가수스 51번 별 주변에서 목성 크기에 질량은 목성의 반 정도 되는 첫 외계행성을 발견하기에 이르렀다. 이 첫 발견은 이후 천문학자들이 수많은 외계행성을 발견하는 데 도화선이 되었다. 첫 외계행성 발견이라는 성배를 거머쥔 미셸 마요르와 디디에 쿠엘로는 2019년 노벨물리학상을 공동 수상했다.최초의 외계행성이 발견된 페가수스자리 51번 별(영문 약자: 51 Peg)은 페가수스자리 방향으로 약 50광년 떨어진 곳의 준거성으로, 고유명칭은 헬베티우스(Helvetios)이며, 겉보기등급은 5.49로 관측에 적합한 환경에서 맨눈으로 볼 수 있다. 그 주위를 도는 행성 페가수스자리 51-b는 디미디움(Dimidium)이라는 공식명칭을 갖고 있는데, 모항성에 매우 바싹 붙어서 돌고 있어 행성의 표면 온도가 섭씨1000도 이상으로 달구어져 있다. 또한 가까운 거리 때문에 4일에 한 번 공전하며, 공전 속도는 초속 136km로, 지구(초속 30km)와 비교하면 4배 이상 빠르다. 이로써 태양 이외의 별들도 행성을 거느리고 있다는 사실, 이 우주에는 지구뿐 아니라 다른 세계도 존재한다는 사실이 명백하게 밝혀진 것이다. 페가수스자리 51번 별은 인류의 오랜 궁금증을 풀어준 최초의 별로 오늘도 밤하늘에서 반짝이고 있다.

2021년 미 항공우주국(NASA)의 행성사냥꾼인 우주망원경 TESS는 지구에서 31광년 떨어진 곳에 있는 ‘글리제 367’에서 외계 행성을 발견했다. ‘글리제 367b’로 명명된 이 외계 행성은 지름이 지구의 0.67배 정도에 불과해 그때까지 발견된 외계 행성 가운데 가장 작은 편에 속했다. 태양계 행성과 비교하면 화성보다는 크지만 금성보다 작은 행성으로 밀도나 내부 구조는 수성과 비슷해 ‘슈퍼 수성’이라는 별명을 얻었다. 글리제 367b가 수성과 또 닮은 점은 모항성에서 매우 가깝다는 것이다. 다만 수성은 태양에서 5800만km 떨어진 반면 글리제 367b는 100만km 밖에 떨어져 있지 않아 공전 주기가 지구의 하루보다 짧은 7.7시간에 불과했다. 따라서 표면 온도가 매우 높아 물이나 생명체는 물론 대기도 없을 것으로 보였지만, 당시 관측 기술로 이를 입증하기는 어려웠다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경이 발사된 후 과학자들은 이를 검증할 도구를 손에 넣었다. 사실 별 옆에 꼭 붙은 작은 행성 표면을 관측한다는 것은 등대 옆에 반딧불보다 더 어두운 물체를 찾는 것과 다를 바 없다. 하지만 제임스 웹 우주 망원경의 성능이라면 이런 상황에서도 행성의 표면 온도와 대기의 존재를 확인할 수 있다. 시카고 대학 마이클 장이 이끄는 연구팀은 제임스 웹 우주 망원경을 이용해 글리제 367b를 12.7시간 정도 관측했다. 공전 주기의 1.6배에 달하는 시간임과 동시에 자전 주기의 1.6배에 달하는 시간이다. 지구와 달처럼 이렇게 가까이 있는 행성은 조석 고정이 이뤄져 공전 주기와 자전 주기가 같기 때문이다. 그리고 낮은 부분은 영원히 낮이고 밤은 부분은 영원히 밤이 지속된다. 제임스 웹 우주 망원경 관측 결과 글리제 367b의 낮 부분은 실제 온도가 섭씨 1,455도로 수성이나 금성보다 3배 이상 높았다. 반면 밤인 지역은 섭씨 574도로 이보다 훨씬 낮았다. 만약 글리제 367b가 지구나 금성처럼 대기를 지닌 행성이라면 뜨거워진 공기가 차가운 곳으로 이동하면서 열이 분산되기 때문에 이렇게 큰 차이가 나기 힘들다. 따라서 글리제 367b는 대기가 거의 없는 셈이다. 연구팀은 글리제 367b에 매우 희박한 대기가 있을 가능성도 낮다고 보고 있다. 수성처럼 대기는 없고 표면은 엄청나게 뜨거운 행성인 셈이다. 제임스 웹 우주 망원경은 역사상 가장 강력한 성능으로 이전에는 불가능했던 외계 행성의 대기 연구를 수행하고 있다. 그리고 이 과정에서 행성의 대기가 어떤 조건까지 존재할 수 있는지 검증하는 역할도 겸하고 있다. 제임스 웹 우주 망원경의 활약을 통해 과학자들은 지구형 외계 행성이 실제 대기를 지니고 있고 지구와 비슷한 환경인지 좀 더 확실하게 구분할 수 있게 됐다. 관련 데이터가 쌓이면 과학자들은 어떤 행성이 지구와 진짜 닮았고 생명체가 살고 있을 가능성이 높은 지 보다 자신 있게 말할 수 있을 것이다. 고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

아폴로 11호가 최초로 지구 이외의 천체인 달에 착륙한 것이 1969년이니까, 인류의 우주 탐사도 어언 반세기를 넘어선 셈이다. 인류가 외계 생명체에 대해 구체적으로 관심을 기울이기 시작한 것은 20세기 후반 들어 미국의 아폴로 시리즈 등으로 본격적인 우주 진출에 나선 직후부터였다. 지금은 화성에까지 착륙선을 보내고 있는 인류의 우주 탐사에서 최대 목표로 삼고 있는 것은 바로 외계 생명체의 발견이다. 그러나 아직까지 지구 외의 천체에서는 아메바 한 마리도 발견하지 못한 것이 우주 탐사의 현주소다. 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. 외계문명에 대한 언급으로는 이탈리아의 천재 물리학자인 엔리코 페르미가 제안한 ‘페르미 역설’이 유명하다. 우주의 나이와 크기에 비추어볼 때 외계인들이 존재할 것이라는 가정하에 방정식을 만든 결과, 그는 무려 100만 개의 문명이 우주에 존재해야 한다는 계산서를 내놓았다. “그런데 수많은 외계문명이 존재한다면 어째서 인류 앞에 외계인이 나타나지 않았는가? 대체 그들은 어디 있는 거야?“라는 질문을 페르미가 던졌는데, 이를 ‘페르미의 역설’이라 한다. 이 역설은 아직까지 풀리지 않고 있다. 페르미의 역설과 밀접한 관계가 있는 방정식이 또 하나 1960년대에 나타났는데, 미국 천문학자 프랭크 드레이크가 만든 ‘드레이크 방정식’이다. 우주의 크기와 별들의 수에 매혹된 드레이크는 우리은하에 존재하는 별 중 행성을 가지고 있는 별의 수를 어림잡고, 거기서 생명체를 가지고 있는 행성의 비율을 추산한 다음, 다시 생명이 고등생명으로 진화할 수 있는 환경을 가진 행성의 수로 환산하는 식을 만들었다. 그 결과, 우리와 교신할 수 있는 외계의 지성체 수를 계산하는 다음과 같은 방정식이 만들어졌다. ‘N=R*·fp·ne·fl·fi·fc·L’ N은 우리은하 속에서 탐지 가능한 고도문명의 수, R*은 지적 생명이 발달하는 데 적합한 환경을 가진 항성이 태어날 비율, fp는 그 항성이 행성계를 가질 비율, ne는 그 행성계가 생명에 적합한 환경의 행성을 가질 비율, fl은 그 행성에서 생명이 발생할 확률, fi는 그 생명이 지성의 단계로까지 진화할 확률, fc는 그 지적 생명체가 다른 천체와 교신할 수 있는 기술문명을 발달시킬 확률, L은 그러한 문명이 탐사 가능한 상태로 존재하는 시간.　 이 식에 기초해 드레이크 자신이 예측하는 우리은하 내 문명의 수는 약 1만 개에서 수백만 개에 이른다. 드레이크는 이에 그치지 않고, 전파망원경을 이용해 외계로부터의 신호를 찾기 위해 가까이 있는 두 별의 주변에서 오는 신호를 찾는 시도를 한 것이 공식적인 외계 지적 생명체 탐사, 곧 SETI의 출발점이 되었다. 우리은하에만도 슈퍼지구가 3억 개 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. 우리은하에만도 슈퍼지구가 3억 개나 되는데도 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. 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. 장애의 또 하나는 통신수단의 문제이다. 비록 외계 문명이 존재한다 하더라도 그들과 교신하기에는 우리의 통신수단이 너무나 원시적이라 소통불능일지도 모른다는 사실이다. 그리고 외계인들이 신호를 보내온다 하더라도 우리 기술로는 그것을 포착하지 못할 수도 있다는 것이다. 외계 생명체의 단골 메뉴 UFO 정말 있나? 여론조사에 의하면, 미국인의 거의 절반이 외계인이 과거나 근래에 지구를 방문한 것으로 믿고 있다고 한다. 그리고 그 비율은 갈수록 높아지고 있는 추세다. 일반적으로 과학자들은 이러한 믿음이 실제 과학적인 근거를 갖지 못한 것으로 보고 일축한다. 하지만 그들은 지적 외계인의 존재를 부정하지 않는다. 그러나 그들은 다른 항성계의 지성체들이 우리를 방문했다는 증거에 높은 기준을 설정했다. 칼 세이건이 일찌기 언명했듯이 ”특별한 주장에는 특별한 증거가 필요“하기 때문이다. UFO 목격은 오랜 역사를 가지고 있다. UFO는 글자 그대로 ‘미확인 비행체’라는 뜻으로, 그 이상도 이하도 아니다. UFO에 대한 미 공군의 연구는 1940년대부터 계속되고 있다. 1947년 미국 뉴멕시코 주 로스웰에서 UFO에 관련된 ‘그라운드 제로’가 발생했다. 로스웰 사건은 군용 고고도 감시용 풍선의 추락을 많은 사람들이 목격함으로써 빚어진 것인데, 미군은 지금까지 일관되게 로스웰 사건이 외계인 관련 사건이 아니며, 군에서 운용하던 감시용 기구가 추락한 사건이라고 확인해주고 있다. 그러나 로스웰 사건은 아직도 현재 진행형이다. 모든 정황으로 미루어볼 때 로스웰 사건 역시 흔한 음모론 중 하나일 뿐이며, 이 가짜 뉴스가 끈질기게 확대재생산되는 이면에는 책 판매와 관광수입을 노리는 일부의 비즈니스가 작동하고 있다는 게 전문가들이 대체적인 시각이다. 또한 대부분의 UFO는 미국 사람들 앞에 나타나는 현상이다. 아시아와 아프리카는 인구가 많음에도 불구하고 UFO 목격자가 거의 없다는 것이 흥미로운 점이며, 또 희한하게도 캐나다와 멕시코 국경에서 딱 멈춘다는 게 놀라운 일이다. 대부분의 UFO 목격은 대체로 평범한 천문적인 현상으로 설명된다. 절반 이상이 유성이나 화구(火球·큰 불덩어리 운석)이거나, 워낙 밝은 금성 때문에 일어나는 소동이다. 이러한 밝은 ‘천체‘는 천문학자에게 친숙하지만 일반인의 의식에는 익숙하지 않기 때문이다. UFO는 현대인의 신화이자 종교UFO의 목격 보고는 약 10년 전에 정점에 도달했다. UFO를 본 적이 있다고 말하는 많은 사람들은 개를 데리고 산책하거나 담배 피우는 사람들이다. 왜 그럴까? 그들이 가장 많이 바깥에 있기 때문이다. 술에 거나해서 휴식을 취하는 저녁 시간, 특히 금요일에 UFO 목격이 급증한다. 외계인에 의한 납치와 외계인이 만든 미스터리 서클에 대한 설명을 포함하여 지금까지의 UFO는 음모론의 일종에 지나지 않는다. 우수한 기술을 가진 지적인 존재가 지구 밭의 밀을 누르기 위해 수조 마일을 여행할 것이라고 당신은 믿을 수 있는가? UFO는 하나의 문화적 현상으로 간주하는 것이 적절하리라 본다. 노스캐롤라이나 대학의 다이아나 파술카 교수는 신화와 종교는 인간이 상상할 수 없는 경험을 다루는 수단이라고 지적한다. 이런 시각에서 볼 때 UFO는 일종의 새로운 미국 종교라고 본다. 젊은 성인을 대상으로 한 연구에 따르면, UFO의 신념은 조현형 성격, 사회적 불안, 편집증적인 생각 및 일시적인 정신병에 대한 경향과 관련이 있음이 밝혀졌다. 만약 당신이 UFO를 믿는다면, 자신이 어떤 편집적 신념을 갖고 있지 않는지 살펴볼 필요가 있다. 전 NASA 직원 제임스 오버그 같은 사람들은 수십 년에 걸친 UFO 목격담을 끈질기게 추적해 진상을 파헤쳤다. 그러나 어떤 과학적 증거도 발견할 수 없었다. 그래서 대부분의 천문학자들은 외계인 방문에 대한 가설을 믿을 수 없는 것으로 치부하고, 지구 너머 외계 생명체에 대한 과학적 탐구에 에너지를 집중하고 있다. 우리는 우주에서 혼자인가? UFO가 인기있는 대중문화로 자리잡는 동안 과학자들은 UFO가 제기한 큰 질문, 곧 우주에서 ’우리는 혼자인가?‘에 답하려 노력하고 있다. 지금까지 천문학자들은 다른 별을 공전하는 4000개 이상의 외계행성을 찾아냈다. 이 수는 2년마다 두 배씩 증가하고 있다. 이들 외계행성 중 일부는 지구와 질량이 비슷하고 모성에서 적당한 거리에 있어 표면에 물이 있기 때문에 거주 가능한 것으로 간주된다. 이 거주 가능한 행성들 중 가장 가까운 행성은 우리 우주의 ’뒤뜰‘에서 20광년도 안되는 거리에 있다. 이 슈퍼지구들은 생명체가 발현하고 지성체와 문명이 출현하는 데 충분한 시간인 수십억 년 전에 형성된 것들이다. 천문학자들은 지구 너머의 생명체가 있다고 확신한다. “우주는 분명 생물학적 성분이 넘치고 있다”고 천문학자이자 외계행성 일급 사냥꾼인 제프 마시는 단언한다. 생명체에 적합한 조건을 가진 지구에서 별에서 별로 호핑하는 지적 외계인에 이르기까지 많은 단계가 있지만, 천문학자들은 드레이크 방정식을 사용하여 우리은하의 외계 문명 수를 추정한다. 비록 드레이크 방정식에는 많은 불확실성이 있지만 최근 외계행성 발견에 비추어 해석하면 우리가 유일한 또는 최초의 진보된 문명 일 가능성이 거의 없는 것으로 과학자들은 보고 있다. 지적인 외계인이 존재하더라도 우리가 그들을 찾지 못하거나 그들이 우리를 찾지 못할 여러 가지 이유가 있다. 우주의 시간이 너무나 장구하며 그 공간이 너무나 광대하기 때문이다. 장구한 우주의 시간과 거대한 우주의 크기가 견고한 장벽이 되어 우리를 외부 세계와 격리해놓고 있는 것이다. 그러나 과학자들은 외계인의 존재를 부정하지는 않는다. 다만 그들은 보다 확실한 과학적인 증거를 요구하고 있는 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 것이다. 마지막으로 칼 세이건의 유명한 격언을 내려놓는다. “열린 마음을 유지하는 것은 가치 있는 일이지만 너무 많이 마음을 열면 머리가 빠진다.” 이광식 과학 칼럼니스트 joand999@naver.com

2년 전 크리스마스날 천문학자들과 우주 마니아들은 30년을 기다려온 큰 선물을 받았다. 이는 별과 은하를 탐사하기 위한 세계 최대이자 최고가인 제임스웹 우주망원경(JWST)의 발사였다. 무려 10조 원이 투입된 웹은 기대에 어긋나지 않게 올해도 숨막힐 듯 아름답고, 과학적으로 가치 있는 우주 이미지를 전해왔다. 우주에 대한 우리의 이해를 바꿔놓은 JWST이 2023년 발견한 '12장면'을 정리했다.  1. 제임스웹이 잡아낸 태양계의 새로운 모습들 JWST는 우주 최초의 별과 은하를 보는 것이지만 태양계의 새로운 이미지들도 선사했다. JWST는 지난 10월 폭이 4800㎞가 넘는 목성의 거대한 고속 제트기류가 시속 515㎞로 이동하는 모습을 보여줬다. 지난 6월에는 목성의 얼음 위성 유로파의 염분 액체 바다에서 처음으로 이산화탄소를 확인했다. 또한 가스 행성인 토성의 섬세한 고리 시스템을 비롯해 146개의 달 중 3개를 포착한 이 이미지는 토성에 대한 새로운 시각을 제공했다. NASA에 따르면 JWST의 적외선 눈을 통해 본 토성은 섬뜩할 정도로 어둡다. 이 파장에서 메탄가스가 대기에 떨어지는 햇빛을 거의 모두 흡수하기 때문이다.  또 천왕성의 가장 밝은 위성과 13개의 먼지 고리 중 11개의 이미지도 포착했다.    2.  생명체에 필요한 분자가 풍부한 가까운 외계행성 가설 뒷받침  JWST는 지난 9월 지구에서 120광년 떨어진 차가운 별을 돌고 있는 'K2-18 b'라는 외계행성의 대기에서 메탄과 이산화탄소를 발견했다. 태양계에서 꽤 가까운 이 외계행성은 지구보다 크지만 태양계의 거대 행성보다는 작다.  과거 허블 우주망원경으로 관측할 당시에 K2-18 b는 지각 아래 액체 물로 이루어진 바다가 있으며, 수소가 풍부한 대기가 있는 미니 해왕성급 외계행성인 '하이션(Hycean) 행성'일 수 있는 것으로 나타났다. JWST의 최근 관찰 결과는 풍부한 메탄과 이산화탄소에 대한 증거를 증명했고, 암모니아는 거의 없다는 가설을 뒷받침했다.  캠브리지 대학 천문학자 사바스 콘스탄티노는 "이는 K2-18 b에 대한 단 두 차례의 관측에서 나온 것이며, 앞으로 더 많은 관찰이 진행될 예정"이라면서 "우리의 연구가 웹이 생명체 서식 가능 외계행성에 대한 초기 시연에 불과하다는 것을 의미한다"고 덧붙였다.    3.  지금까지 관측된 최소 천체를 발견 JWST는 지난 2월  화성과 목성 사이의 소행성대에 묻혀 있는 작은 소행성을 예상치 못하게 발견했다.  그 지역에 있는 대부분 천체들은 미국 워싱턴 기념비(높이 169.29m)만 한 우주 암석들로 태양계 형성의 잔재로 추정된다. 이는 태양계 진화에 관한 흥미로운 역사를 간직하고 있다.    4.  원시 우주에서 거대하고 신비한 은하 발견 지난 2월 과학자들은 빅뱅 이후 불과 5억~7억년 후 우주 풍경을 담은 JWST의 우주 이미지에서 우리 은하만큼 거대한 새로운 은하를 발견했다. 기존 이론과 모델에 따르면 JWST가 발견한 은하는 과학자들의 예상치보다 크며, 그 안에 있는 성숙한 붉은 별은 나이가 무척 오래된 항성들이다.  펜 스테이트 대학의 천문학자 조엘 레자는 "이것은 초기 은하 형성의 전체 그림에 의문을 제기한다"고 말했다. 5.  우주의 팽창 속도에 대한 격렬한 논쟁 우주가 점점 더 빠른 속도로 팽창하고 있다는 것을 알려져 있지만 얼마나 빠른지는 정확히 알려지지 않았다. 이는 우주의 팽창률을 추정하는 데 중요한 값인 허블 상수의 정확한 값을 결정하는 것을 뜻하는데, 아직까지 논쟁이 계속되고 있다. 올해 JWST는 세페이드 변광성으로 알려진 종류의 별을 관찰했다. 이 별은 일반적으로 태양보다 약 10만배 더 밝은 별로 우주 거리를 측정하고, 우주의 팽창 속도를 알아내는 데 있어 매우 신뢰할 수 있는 자료다. 그러나 JWST의 새로운 데이터는 논쟁을 해결하기 보다는 허블 상수에 대한 논쟁을 더욱 격화시켰다.  존스홉킨스 대학의 천문학자이자 노벨상 수상자인 아담 리스는 “허블 상수의 값이 어떻게 나오든 상관하지 않는다”면서 "나는 우리가 가진 최고의 도구, 즉 표준 도구가 서로 일치하지 않는 이유를 이해하고 싶다"고 밝혔다.    6. 최초의 초거대 블랙홀 관측 올해 JWST는 천문학자들이 최초의 초거대 블랙홀 중 하나가 출현했다고 생각하는 두 개의 초기 은하에서 별빛을 볼 수 있도록 도왔다. JWST는 우주의 나이가 10억년 미만이었을 때의 은하계를 관찰해 시간이 지남에 따라 블랙홀이 어떻게 태양의 수백만 또는 수십억 배에 달하는 아마무시한 질량을 갖게 되는지를 보여주었다. 7. 원시 은하의 복잡한 유기분자 발견  지난 6월 천문학자들은 JWST가 우주 나이가 현재 나이의 10%에 불과했던 120억년 전 우주에서 지구상의 석유나 석탄 매장지에서 발견된 것과 유사한 탄소 기반 분자를 발견했다고 밝혔다. 우주에서는 이런 분자가 아주 작은 먼지 알갱이와 결합하는데, 지금껏 망원경의 한계로 인해 이를 발견하기 어려웠다. 그러나 텍사스 A&M 대학의 천문학자 저스틴 스필커는 "웹을 사용하면 유기분자를 쉽게 찾을 수 있을 것으로 보인다"고 말했다.    8. 우주 탄생 후 가장 초기의 '메이지 은하' 발견 지난해 여름 JWST는 메이지 은하로 알려진 흐릿한 주황색 덩어리를 촬영했다. 천문학자들은 이것이 지금까지 발견된 가장 초기의 은하 중 하나라고 발표했다. 이 은하는 우주의 나이가 고작 3억 9000만년이었을 때 존재했던 것으로 보이며, 이는 지금까지 발견된 4개 은하 가운데 가장 초기 은하로 추정하고 있다.  지난해 발견된 메이지 은하계는 높은 별 형성률을 가지고 있다. 그것을 발견한 사람의 9살짜리 딸의 이름을 따서 '메이지 은하'라는 이름이 붙었다. 오스틴에 있는 텍사스 대학의 천문학자인 스티븐 핀켈스타인은 "이것은 우리가 JWST로 은하계를 찾아보기 전까지 은하계가 어떻게 형성되었는지, 어떻게 생겼는지 전혀 알 수 없었던 미지의 개척지였다"고 밝혔다. 9. 가장 먼 거리의 초대질량 블랙홀 발견 천문학자들은 지난 7월 JWST가 지금까지 본 것 중 가장 멀리 떨어져 있는 활동성 초대질량 블랙홀을 발견했다고 발표했다. 이 블랙홀의 모은하는 빅뱅 이후 불과 5억 7000만년 후에 형성됐다. 그러나 이 고대 블랙홀은 질량이 태양의 900만 배에 불과할 정도로 매우 작다. 일반적으로 대부분의 블랙홀은 태양 질량의 10억 개가 넘는 무게를 가지고 있다. 연구진은 “우주가 시작된 직후에 그것이 어떻게 형성되었는지 설명하는 것은 여전히 쉽지 않다”고 말했다.    10. 원시 우주의 유령 은하 발견 먼지 구름 깊숙한 곳에 묻혀 있는 흐릿한 은하를 잡은 JWST 이미지는 최근 천문학자들의 관심을 끌었다. 부분적으로는 최초의 별이 나타난 빅뱅 이후 불과 9억 년 후에 나타난 것으로 보이기 때문이다.  텍사스 대학 오스틴 캠퍼스의 천문학자인 제드 맥키니는 "이는 아직 우리가 발견하지 못하고 있는 은하계가 엄청나게 많을 것이라는 사실을 말해주는 것"이라고 말했다.11. 전설적인 3개의 '다크 스타' 발견 천문학자들은 지난 7월 JWST가 그레이트풀 데드의 노래 '다크 스타'에 나온 '어두운 별'로 추정되는 세 개의 밝은 천체를 발견했다고 보고했다. 그 '별들'은 원래 지난해 JWST에 의해 은하로 지정된 것이었다.  텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스의 물리학 교수인 캐서린 프리스는 “제임스 웹 데이터를 보면 이러한 천체에 대해 두 가지 경쟁 가능성이 있다는 것을 알 수 있다”면서 "하나는 수백만 개의 평범한 종족 III 별을 포함하는 은하계라는 것이고, 다른 하나는 그들이 어두운 별이라는 것이다. 그리고 믿기 어렵지만, 어두운 별 하나가 은하계 전체와 맞먹을 만한 밝기의 빛을 가지고 있다"고 말했다.  천문학자들은 이러한 유형의 별들이 우리 우주 물질의 85%를 구성하지만, 우리 눈에는 보이지 않는 암흑물질에 의해 구동된다고 생각한다. 만약 '어두운 별'이 정말로 존재한다면 그들의 존재는 JWST가 관찰한 것처럼 아주 어린 우주가 어떻게 그렇게 많은 큰 은하들을 생성하도록 성장했는지에 대한 수수께끼를 푸는 데 도움이 될 것이라고 연구자들은 말한다. 12.  우리 은하와 비슷하게 보이는 놀라운 초기 은하들 은하 진화 이론은 우리 우주에서 가장 초기의 은하가 너무 어려서 나선 팔이나 막대 또는 고리와 같은 특징을 만들어내지 못했을 것으로 예측됐다. 천문학자들은 이러한 복잡한 구조가 빅뱅 이후 약 60억년 후에 나타나기 시작했을 것으로 생각해왔다. 그러나 올해 JWST는 이처럼 섬세한 특징을 가진 은하가 빅뱅 이후 37억 년 만에 존재할 수 있다는 사실을 발견했다. 영국 맨체스터 대학 천문학 교수인 크리스토퍼 콘셀리스는 "우리의 관측 결과를 바탕으로 천문학자들은 최초의 은하 형성과 지난 100억 년 동안 은하의 진화가 어떻게 일어났는지에 대한 우리의 이론을 재고해야 할 것"이라고 말했다.

지구 표면에 서 있으면 지구가 초속 30km, 시속 10만7800km 이상의 속도로 태양 주위를 맹렬히 공전하고 있다는 사실을 체감하기 힘들다. 뿐더러 우리 별 태양 둘레를 지구와 비슷한 속도로 돌고 있는 다른 7개의 행성이 있다는 사실이나, 지구를 포함한 8개 행성이 모두 수십억 년 동안 끊임없이 태양 둘레를 돌고 있다는 사실을 떠올리기가 쉽지 않다. 하지만 각 행성이 태양 주위를 얼마나 오래 여행하고 있는지 알아낼 수 있다면, 이는 정말 우리 마음을 충분히 사로잡을 수 있는 흥미로운 사실임을 실감할 수 있을 것이다. 이것은 언뜻 계산하기 까다로울 듯지만, 생각 외로 아주 간단한 수학일 뿐이다. 행성의 궤도는 수십억 년 전 그들이 탄생이 이후부터 지금까지 크게 변하지 않았기 때문이다. 태양계는 약 46억 년 전, 이전의 어떤 거대한 항성이 폭발 뒤에 남겨진 먼지 구름, 곧 성운 속에서 형성되기 시작했다. 천문학자들이 태양계 성운이라 이름 붙인 그 성운의 중심에서 태양이 탄생했다. 그리고 약 45억 9000만 년 전, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성과 같은 거대한 행성들이 탄생했다. 행성협회(The Planetary Society)에 따르면, 약 45억 년 전에 더 작고 암석으로 이루어진 수성, 금성, 지구, 화성 행성이 형성되었다. 그러나 행성들이 탄생했을 때 태양 주위의 궤도는 오늘날의 궤도(특히 거대 행성의 궤도)와 같지 않았다. 최초의 행성이 형성된 후 약 1억 년 동안 그들 사이에는 ‘역학적 불안정’이 있었고, 이로 인해 큰 천체들 사이에 중력 줄다리기가 일어나 나머지 외태양계의 행성 물질이 생겨났다.프랑스 보르도 천체물리학 연구소 천문학자이자 행성 전문가인 션 레이먼드는 “바로 이 물질들이 새로운 원시 행성을 생성했으며, 그것들이 서서히 제자리를 잡아감으로써 태양계 전체 그림이 완성되었고, 그후로 행성들은 크게 변하지 않은 가운데 일관되고 안정적인 궤도에 안착했다”고 라이브 사이언스(Live Science)와의 인터뷰를 통해 설명했다. 그는 “태양계 수명의 98~99% 동안 행성의 궤도는 매우 안정적이었다”며 “그 결과 행성의 현재 궤도 역학을 사용하여 태양 주위를 얼마나 많이 여행했는지 매우 정확하게 계산해낼 수 있다”고 덧붙였다. 지구의 예를 들어보면, 우리 행성은 태양을 공전하는 데 1년이 걸리며, 45억 년 동안 존재했으니까 대략 45억 번 정도 태양 둘레를 돌았다는 계산이 나온다. 그러나 궤도를 돈 총 횟수는 다른 행성들에 비해 크게 다르다. 그 이유는 다른 행성들의 공전 주기가 지구보다 짧거나 길기 때문이다. 태양에 가장 가까운 행성인 수성은 태양 주위를 한 바퀴 도는 데 고작 88일(지구 1년 365.25일 기준으로 약 0.24년)밖에 걸리지 않는다. 따라서 수성은 지난 45억 년 동안 약 187억 회의 태양 궤도를 완성했다. 그러나 태양에서 가장 먼 행성인 해왕성은 궤도를 완료하는 데 약 60,190일(또는 164.7년)이 걸린다. 이는 해왕성이 존재한 45억 9000만 년 동안 태양 주위를 약 2,790만 번 돌았다는 것을 의미한다. 이는 수성이 해왕성보다 태양 주위를 670배 더 많이 공전했다는 뜻이다. 간추리면, 태양계 여덟 행성의 나이는 약 46억 년으로 비슷하지만, 그 공전 주기는 수성의 88일부터 가장 바깥 행성인 해왕성의 60,759일로 아주 다양하며, 따라서 그 궤도 횟수도 수성 187억 회, 금성 73억 회, 화성 24억 회, 목성 3억 8700만 회, 토성 1억 5600만 회, 천왕성 5,500만 회, 해왕성 3,800만 회 등이다. 이것은 엄청난 숫자처럼 들리지만, 대부분의 행성은 남은 수명 동안 그 2배에 달하는 궤도 횟수를 기록할 것으로 예측된다. 약 45억 년 후 태양은 부풀어올라 지구 궤도에 도달하며, 적색 왜성으로 변해 수성, 금성, 지구를 집어삼킬 것이다. 그 밖의 다른 행성들은 불타지 않으면 한동안 살아남을 수 있겠지만 궤도는 크게 바뀔 가능성이 높다. 

해와 달과 별이 지구 둘레를 도는 것이 아니라, 이 거대한 땅덩어리 자체가 태양 둘레를 도는 것이라고 인류 중 처음 알아낸 사람은 2,300년 전 고대 그리스 천문학자인 아리스타르코스(BC 310-230)였다. 그가 지구-달-태양의 상대적 거리와 크기를 측정하고 행성들을 태양 주위에 정확히 배설했음에도 불구하고, 인간의 고정관념은 그의 지동설을 1800년 동안이나 묻어뒀다가 16세기에 이르러서야 다시 지상으로 복구시켰다. 1543년 폴란드의 천문학자 니콜라스 코페르니쿠스의 <천구의 회전에 관하여>로 되살아난 지동설은 1610년 갈릴레오 갈릴레이의 <별에서 온 메신저(Sidereus Nuncius)>에 이르러 천동설을 완전히 퇴장시키고 인류의 정신세계에 확고히 뿌리내리게 되었다. 서양 천문학을 소개 갈릴레오가 자작 망원경으로 금성의 위상변화를 관측하고 목성의 4대위성을 발견함으로써 천동설의 관짝에 마지막 대못을 박은 시점인 1610년, 당시 조선은 막 임진왜란을 지난 광해군 즉위 초로 임해군과 영창대군이 유배당하고 죽임당하던 격동의 시기였다. 이런 조선에서 여전히 하늘을 바라보며 우주를 사색하던 조선의 ‘우주 덕후’들 중 최초로 지동설을 주장하는 사람이 나타났다. 포천 출신의 역학자이며 호가 대곡(大谷)인 김석문(金錫文, 1658-1735)으로, 그가 지은 <역학이십사도총해>라는 책에서 조선 사람으로서는 최초로 지동설을 주장했다. 그의 책에는 지동설이 아니라 ‘지전설'(地轉說)이라 칭했다. 어쩌면 이 용어가 지구의 움직임을 나타내는 데 더 정확한 표현이라 할 수 있다. 그의 이력서 첫머리를 살펴보면, 숙종 때 음보로 영소전 참봉(종9품)에 기용되었으며, 그 뒤 여러 관직을 거쳐 1726년 통천군수를 지냈던 것으로 나온다. 김석문은 40살에 완성한 <역학이십사도총해>라는 저서에서 한국인으로서는 최초로 지동설을 주장했는데, 그 내용은 대략 다음과 같다. 일찍이 동양의 우주론이라 할 수 있는 역(易)에 관심을 가지고 주돈이, 정이, 장재 등 성리학 형성에 중추적 구실을 한 사상가들의 우주론을 두루 익힌 뒤 이 책을 짓게 되었다고 한다. 성리학이란 남송의 주희(朱熹:朱子)가 집대성한 신유학의 한 갈래로, 이(理)·기(氣)의 개념을 구사하면서 우주의 생성과 구조, 인간 심성(心性)을 고찰하는 철학 체계를 말한다. 여담이지만, 성리학을 확립한 주희는 10살 때 유학자인 아버지에게 “하늘 바깥으로는 무엇이 있나요?”라고 물었다는 얘기가 전한다. 이 같은 성리학을 섭렵한 김석문은 나아가 당시 청나라에서 활약하던 서양 신부 자크 로(중국명 羅雅谷)의 <오위역지(五緯曆指)>에 소개된 천체관을 접한 뒤 크게 영향을 받아 그의 독자적인 지전설을 개척해나간 끝에 <역학도해>를 편찬했던 것으로 보인다. 여기에는 고대 그리스 천문학자인 프톨레마이오스의 천동설과, 지구를 중심으로 그 둘레를 달과 태양 및 항성이 회전하며 다시 태양의 둘레를 수성·금성·목성·화성·토성 등이 회전해 우주를 형성한다는 튀코 브라헤(1546-1601)의 천체관이 소개되어 있다. 김석문은 이 가운데서도 브라헤의 영향을 받아 독자적인 지전설을 개척했다. 이 책에서 주목할 만한 것은 지구와 달, 태양을 비롯해, 수성, 금성, 화성, 목성, 토성 등 5성(星)의 상대적인 크기가 제시되어 있고, 지구가 남북극을 축으로 하여 하루에 한 바퀴 자전하면서 1년에 총 366번 회전한다고 설명했다. 그리고 태양 주위를 행성들이 공전하고 있으며, 이들은 다시 지구를 중심으로 회전한다고 설명했는데, 이것은 튀코의 우주관에서 볼 수 있는 구조다. 특히 브라헤의 천체관에서 영향을 받았으면서도 지구는 자전하지 않는다는 브라헤의 주장에 반박하면서, 낮과 밤은 분명히 지구가 자전하기 때문에 발생하는 것이라는 견해를 밝혔는데, 이 시기에 처음 대두된 지구 구형설을 수용하여, 누구나 자기가 서 있는 곳이 땅의 중심이라고 주장했다. 이 같은 종합적 판단 능력은 높이 평가받는 부분이다. 세차 문제로 순환적 역사철학 펼치다 김석문의 우주체계는 삼대환공부설(三大丸空浮說)로 널리 유포되었으며, 그의 저서 가운데 '천체가 지구 둘레를 도는 것이 아니고, 지구가 회전함으로써 낮과 밤의 하루가 이루어진다. 그것은 마치 배를 타고 산과 언덕을 바라보되, 산과 언덕이 움직이는 것이 아니고 배가 움직이고 있음을 깨닫지 못함과 같다'고 설명하는 것으로, 지금까지 알려진 조선학자의 지전설 중 가장 체계가 있는 논리라 하겠다. 당시 조선인의 우주관을 담은 김석문의 역작 <역학도해>는 모두 그림 44점, 해설 14,500여 자로 되어 있다. 그러나 김석문의 지전설은 세밀한 천문관측을 통해 자연과학적 논리로써 체계화한 것이 아니었다. 스스로 <역학도해>의 서문에서 밝혔듯이, 성리학의 미비점을 보충하기 위한 설명으로서의 천체관이었으며, 따라서 여기에 한계점이 있다.　 김석문은 또, 일정한 시기를 주기로 인류 역사와 문명 그리고 자연현상까지도 흥망성쇠를 되풀이한다는 순환론적 역사철학을 주장했다. 그는 또 ‘세차 문제’를 언급하며, 하지·동지에 적도와 황도가 23.5°의 상거각도를 이루는데, 그 각도는 때때로 달라진다는 점, 고비사막처럼 옛날에 바다였던 곳이 육지가 되기도 하고 지금 해안의 어느 곳은 해저로 가라앉고 있다는 점, 지구의 각 지점마다 받는 태양의 광량(光量)이 달라 한서(寒暑)·흉풍(凶豊)·정치윤리의 변화가 일어난다는 점 등을 들어 중국 중심의 세계관·역사관에서 탈피하려 했다는 점도 높이 평가된다. 요컨대, 오늘날 중국이 문화의 원천지로서 영광된 역사를 누리는 것은 인문 생활에 알맞은 온대지역이기 때문이지만, 어느 때에 동토(凍土)로 변해 소멸하지 않는다는 보장은 없다는 것이다. 반대로 지금은 비록 삭막한 한대지방이지만 문화가 꽃필 수 있는 온대지역으로 변할 수도 있다는 논리이기도 하다. 이 같은 김석문의 지전설은 조선 후기 성리학자 김원행(金元行)과 제자 황윤석, 안정복 등에 의해 높이 평가되었다. 또한 실학파 홍대용, 박지원의 지전설·역사철학은 그로부터 전수받은 것이었다. 김석문은 만년에 포천 다대곡(多大谷)에 살면서 자연을 벗삼아 유유자적 세월을 보내다가, 아이작 뉴턴이 죽은 지 8년 뒤인 1727년 78세의 나이로 타계했다. 

┃적외선분광기, 2024년부터 연구에 활용 한국천문연구원(이하 천문연)이 세계 정상급 대형망원경인 제미니천문대에 쓸 적외선 고분산 분광기 ‘아이그린스-투’(이하 IGRINS-2, Immersion GRating INfrared Spectrograph)를 개발해 첫 관측에 성공했다고 발표했다. 분광기는 천체관측 망원경을 통해 모아진 빛을 파장별로 분해해 분석하는 장비로, 천체의 구성성분이나 천체의 속도 등을 파악하기 위해서 필수적이다. 빛을 나눈다는 의미의 분산은 얼마나 자세하게 나누느냐에 따라 고분산, 중분산, 저분산 등으로 구분한다.IGRINS-2 분광기는 내년 상반기에 추가 시험 관측과 성능검증 과정을 거쳐 이르면 하반기부터 세계 천문학자들이 연구에 활용하도록 제공될 예정이다. 제미니천문대는 미국 하와이와 칠레 세로파촌에 1기씩 세워진 지름 8.1m의 대형망원경으로 구성된 국제 공동 운영 천문대다. 현재 단일경으로는 스바루 망원경과 함께 세계에서 가장 큰 광학망원경으로 꼽힌다. 천문연 관측기기 개발팀은 지난 10월 해발 4200m 하와이 마우나케아에 있는 천문대에 분광기를 설치했고, 백조자리의 행성상성운 NGC 7027의 팽창 중인 기체 방출선을 성공적으로 포착했다.첫 관측 대상인 행성상성운 NGC 7027은 지구로부터 약 3000광년 떨어져 있으며, 질량은 태양보다 3~4배 질량이 크고 항성 진화의 마지막인 죽음 단계에 있는 별이다. 개발팀은 IGRINS-2를 이용해 중심부로부터 팽창하는 기체로부터 나오는 다양한 분광선들을 성공적으로 포착했다.IGRINS-2 분광기는 별과 행성계의 탄생과 진화 과정, 외계행성의 발견 및 특성 규명 연구에 특화된 관측기기다. 실리콘 담금격자를 핵심 부품으로 이용해 기존의 분광기보다 작은 부피로 넓은 파장 대역을 높은 감도로 관측할 수 있다. 특히 적외선 영역인 H-밴드(1.49-1.80마이크로미터)와 K-밴드(1.96-2.46마이크로미터) 대역을 동시에 관측할 수 있어 천체의 물리적 특성을 자세히 분석할 수 있다. 개발 책임자인 박찬 천문연 책임연구원은 “개발 기간의 대부분 동안 코로나-19 팬데믹 상황의 영향을 받았음에도 일정 지연이 없이 개발과 시험 관측을 완료했다는 점에서 국내 천문기술 개발 역량에 자부심을 확고히 하는 계기가 됐다”고 말했다. 박병곤 천문연 대형망원경사업단장 책임연구원은 “우리나라 최초로 8m급 대형망원경의 주력 관측기기를 개발해 활용하게 됐다는 점에서 의의가 크다”고 평가했다. 천문연은 2019년부터 미국, 캐나다, 브라질, 아르헨티나, 칠레 등과 함께 제미니천문대를 국제 공동 운영하고 있다. 천문연은 2014년 미국 오스틴 텍사스대학교와 공동으로 개발했던 IGRINS 분광기가 제미니천문대 커뮤니티에서 성능을 인정받자 그 성능을 개량한 IGRINS-2를 2020년부터 제미니천문대 전용으로 개발해왔다.

SF영화 ‘인터스텔라’는 지구 온난화로 인해 각종 재난 재해가 일상화된 지구를 떠나 인류가 정착해 생존할 수 있는 새로운 행성을 찾는 내용으로 꾸며져 있다. 실제로 우주탐사는 인간의 지적 호기심 충족이 목적이기도 하지만 인류가 거주할 수 있는 제2의 지구를 찾기 위한 것도 있다. 이런 상황에서 미국 시카고대 천문학·천체물리학과, 스위스 베른대 우주·행성·물리학 연구소를 중심으로 한 국제 공동 연구팀은 100광년 떨어진 코마 베레니스 자리에서 밝게 빛나는 별(항성) HD110067 주위를 정확한 공전 주기로 돌고 있는 6개의 외계 행성을 발견했다. 이번 연구에는 미국, 스위스, 스페인, 오스트리아, 영국, 이탈리아, 폴란드, 포르투갈, 네덜란드, 헝가리, 스웨덴, 독일, 멕시코, 프랑스, 벨기에, 일본, 칠레, 에스토니아 18개국 87개 연구기관이 참여했다. 이 연구 결과는 과학저널 ‘네이처’ 11월 30일자에 실렸다. 연구팀은 미국항공우주국(NASA) 외계행성 관측 위성인 ‘테스’(TESS)와 유럽우주국(ESA) 외계행성 탐사 위성 ‘키옵스’(CHEOPS)의 관측 결과를 활용했다. 테스는 2020, 2022년 관측에서 HD110067의 밝기가 감소하는 것을 포착해 외계 행성의 존재를 발견했다. 넓게 우주를 관측하는 테스의 관측을 보완하기 위해 한 번에 하나의 별에 초점을 맞춰 관측하는 키옵스로 외계 행성이 몇 개 행성으로 이뤄져 있고 공전 주기가 얼마인지 파악할 수 있었다.연구팀에 따르면 지구보다 크고 해왕성보다 작은 6개의 행성은 태양의 0.8배 크기인 중심별을 3:2-3:2-3:3-4:3-4:3의 비율의 공전 주기를 갖고 돌고 있다. 이를 근거로 공전주기를 계산한 결과 안쪽부터 9.114일, 13.673일, 20.519일, 30.793일, 41.058일, 54.743일로 나타났다. 또 이들 행성의 밀도는 상대적으로 낮아 수소가 많은 대기를 가진 것으로 분석됐다. 연구를 이끈 라파엘 루케 미국 시카고대 천문학·천체물리학과 박사는 “이번에 발견된 6개의 행성은 모두 공전 궤도를 돌면서 규칙적 힘을 가하는 공명 궤도에 있는 것으로 확인됐다”라면서 “외계 행성계의 1%만 공명 궤도를 가졌을 것으로 추정되는 만큼 HD110067은 약 40억년 전 탄생한 뒤 전혀 훼손되지 않은 채 존재하는 원시적 구성을 보여준다”라고 설명했다.

천문학자들이 제임스웹 우주망원경(JWST)을 사용하여 ‘우주 산란실’에서 갓 태어난 별을 잡아냈다. 이 아기별은 아직 가스와 먼지로 뒤덮은 빛나는 물질 구름 속에서 숨쉬고 있었다. 이른바 '허빅-아로 천체'(Herbig-Haro Object)로 불리는 이 천체는 갓 태어난 별들이 가스나 먼지구름과 초속 수백㎞의 속력으로 충돌할 때 방출되는 가스로 이루어진 작은 성운 뭉치다. 일반적으로 갓 태어난 별에서 가스 제트가 분출되면서 별이 탄생한 가스와 먼지에 충격파를 일으키면서 생성된다. 웹 망원경의 근적외선 카메라(NIRCam)로 포착한 해당 이미지에서 아래쪽 절반을 차지하고 있는 허빅-아로 천체는 HH 797로 지정되었다. 항성이 탄생한 ‘별 산란실’은 지구로부터 약 1000광년 거리에 있는데, 이곳은 페르세우스 암흑운 복합체의 동쪽 가장자리에 있는 산개성단 IC 348 에 가까운 위치다. NIRCam과 같은 적외선 장비는 어린 별을 연구하고 허빅-아로 천체를 조사하는 데 적합하다. 이러한 천체는 종종 초기에 형성되었던 가스와 먼지 잔재로 둘러싸여 있어 별에서 방출되는 다른 파장의 빛을 흡수, 차단하기 때문이다. 반면에 적외선은 이 먼지 가스막을 관통할 수 있다. 웹 망원경은 NIRCam으로 갓 태어난 별을 관찰해 충격과 충돌로 인해 수천 도까지 가열된 분자운을 잡아냄으로써 천문학자들이 어린 별에서 유래하는 구조를 결정할 수 있게 되었다. HH 797은 그간 지상 망원경으로 광범위하게 연구되었으며, 이전 관측에서는 가스가 지구에서 멀어지면서 남쪽에서 파장이 늘어나 ‘적색편이’되는 반면, 북쪽의 가스는 지구를 향해 이동하고 있음을 나타내는 ‘청색이동’이 발생하는 것으로 나타났다. 우주 팽창은 지구를 향하는 빛의 파장을 늘려 전자기 스펙트럼에서 낮은 주파수 영역인 ‘붉은색’ 쪽으로 이동시키는 적색이동을 만든다. 천문학자들은 또한 HH 797의 동쪽 가장자리에서 서쪽 가장자리의 가스보다 더 많은 가스가 적색이동을 보이고 있음을 발견했다. 이러한 변화는 이전에 HH 797에서 유출된 가스가 회전함으로써 나타난 것으로 여겨진다. 그러나 웹 망원경 이미지의 고해상도를 통해 유출된 것으로 보였던 것이 실제로는 두 개의 평행 제트로서, 각각 일련의 충격을 일으키는 것으로 밝혀졌다. 이로써 HH 797 주변의 가스 속도의 비대칭성을 설명할 수 있게 되었다. 이러한 쌍둥이 유출의 원인은 이미지 오른쪽의 어두운 빈 공간에 있다. 유출의 이중 특성은 이 어두운 거품에 하나가 아닌 두 개의 별이 존재함을 시사한다.

애덤 버거서 UC 샌디에고의 천체물리학 교수가 우주전문 사이트 스페이스닷컴(Space.com) 10월 9일자에 별, 행성의 나이 측정에 관한 최신 기법들을 소개했다. 행성과 별의 나이를 측정하면 과학자들은 행성이 언제 형성되고 어떻게 변화하는지, 그리고 행성의 경우 생명체가 진화할 시간이 있었는지 이해하는 데 도움이 된다. 불행하게도 우주에 있는 물체의 나이는 측정하기 어렵다. 태양과 같은 별은 수십억 년 동안 동일한 밝기, 온도 및 크기를 유지한다. 온도와 같은 행성의 특성은 종종 자신의 나이와 진화보다는 궤도를 도는 별에 의해 결정된다. 별이나 행성의 나이를 결정하는 것은 어린 시절부터 은퇴할 때까지 똑같이 생긴 사람의 나이를 추측하는 것만큼 어려울 수 있다. 별의 나이 추정 화석의 연대를 측정하는 것이 진화 연구에 핵심인 것처럼 항성의 나이를 파악하는 것은 천문학에서 중요한 문제다. 다행히도 별은 시간이 지남에 따라 밝기와 색상이 미묘하게 변한다. 매우 정확한 측정을 통해 천문학자들은 별에 대한 이러한 측정을 별이 나이가 들수록 어떻게 되는지 예측하고, 거기에서 나이를 추정하는 수학적 모델과 비교할 수 있다. 별은 빛날 뿐만 아니라 자전도 한다. 시간이 지남에 따라 자전 속도가 느려진다. 이는 회전하는 바퀴가 마찰에 의해 속도가 느려지는 것과 비슷하다. 천문학자들은 서로 다른 연령의 별들의 자전 속도를 비교함으로써 자이로 연대학(gyrochronology)이라고 알려진 방법으로 별의 연령에 대한 수학적 관계를 만들어낼 수 있었다. 이로써 천문학자들은 10%의 오차로 항성의 연대를 측정할 수 있게 되었다. 별의 자전은 또한 강력한 자기장을 생성하고 별 표면에서 발생하는 강력한 에너지 폭발인 항성 플레어와 같은 자기 활동을 생성한다. 별의 자기 활동이 꾸준히 감소하는 것도 별의 나이를 추정하는 데 도움이 될 수 있다. 별의 나이를 결정하는 더 발전된 방법은 성진학(asteroseismology)으로, 주파수 분광의 상호작용에 의한 맥동하는 별의 내부 구조를 연구하는 과학이다. 천문학자들은 별 내부를 통과하는 파동에 의해 발생하는 별 표면의 진동을 연구한다. 젊은 별은 늙은 별과 다른 진동 패턴을 가지고 있다. 천문학자들은 이 방법을 사용하여 태양의 나이를 45억 8천만 년으로 추정했다. 행성의 나이는 방사성 연대측정으로 태양계에서 방사성 핵종은 행성 연대 측정의 핵심이다. 이들은 오랜 시간에 걸쳐 천천히 에너지를 방출하는 특수 원자다. 자연 시계로서 방사성 핵종은 과학자들이 암석에서 뼈, 도자기에 이르기까지 모든 종류의 사물의 연대를 결정하는 데 도움이 된다. 과학자들은 이 방법을 사용하여 알려진 가장 오래된 운석의 나이가 45억 7천만 년이라는 사실을 알아냈는데, 이는 태양의 별지진학 측정치인 45억 8천만년과 거의 같다. 지구상에서 가장 오래된 것으로 알려진 암석의 나이는 44억 년으로 약간 더 젊다. 마찬가지로, 아폴로 임무 중 달에서 가져온 토양의 방사성 핵종 연대는 최대 46억 년이었다.방사성 핵종을 연구하는 것은 행성의 나이를 측정하는 강력한 방법이지만, 조사 대상물을 손에 확보해야 가능한 일이다. 일반적으로 천문학자들은 단지 행성의 사진만 갖고 있을 뿐이다. 천문학자들은 종종 크레이터 수를 세어 화성이나 달과 같은 암석 우주 물체의 나이를 결정한다. 오래된 표면은 젊은 표면보다 분화구가 더 많다. 그러나 물, 바람, 우주선, 화산의 용암류로 인한 침식은 이전 영향의 증거를 지울 수 있다. 표면이 깊게 묻혀 있는 목성과 같은 거대한 행성에는 이 방법이 쓸모가 없다. 그러나 천문학자들은 달의 크레이터 수를 세거나 달에 의해 산란된 특정 종류의 운석 분포를 연구함으로써 연대를 추정할 수 있다. 이는 암석이 많은 행성에 대한 방사성 핵종 및 크레이터 생성 방법과 일치한다. 현재 기술로는 아직 태양계 외부행성의 나이를 직접적으로 측정할 수 없다. 이러한 추정치는 얼마나 정확할까? 우리 태양계의 나이는 최고의 정확성으로 측정이 가능하다. 왜냐하면 천문학자들은 지구, 달, 소행성에 있는 암석의 방사성 핵종 연대를 태양의 별지진학적 연대와 비교할 수 있고, 이 둘이 매우 잘 일치하기 때문이다. 플레이아데스나 센타우루스자리 오메가와 같은 성단의 별들은 모두 거의 같은 시기에 형성된 것으로 믿어진니다. 따라서 이 성단에 있는 개별 별들의 추정 연령은 동일해야 한다. 일부 별에서는 천문학자들이 암석과 토양에서 발견되는 중금속인 우라늄과 같은 방사성 핵종을 대기에서 검출할 수 있는데, 이는 다른 방법으로 연대를 확인하는 데 사용되었다. 천문학자들은 행성의 나이가 모항성과 거의 같다고 믿고 있으므로, 별의 나이를 결정하는 방법을 개선하면 행성의 나이도 결정하는 데 도움이 된다. 이 같은 미묘한 단서를 연구함으로써 정확한 별의 나이를 추정하는 것이 가능하다. 

안드로메다은하의 이 사진은 지금 별들이 어디에 있는지뿐만 아니라, 앞으로 태어날 별들이 어디에 있는지까지 보여준다. 크고 아름다운 안드로메다은하 M31은 지구로부터 불과 250만 광년 떨어진 나선은하이다. 여기에 우주 망원경과 지상 망원경의 영상 데이터를 결합하여, 일반 가시광선 파장 영역에서 전후로 조금씩 벗어난 파장 영역에서 안드로메다의 흥미로운 합성사진을 만들어 냈다.  위 이미지에서 가시광선 부분은 허블 망원경, 스바루 망원경, 메이올 망원경에 의해 촬영된 것으로, M31의 별들이 현재 있는 위치를 보여주며, 흰색과 파란색으로 강조됐지만, 미국 항공우주국(NASA)의 스피처 우주 망원경에 의해 영상화된 적외선 부분은 M31의 미래 별들이 형성될 위치를 보여주며, 주황색으로 강조돼 있다.  또한 적외선은 안드로메다의 나선팔을 따라 항성에 의해 따뜻해진 거대한 먼지 띠를 보여준다. 이 먼지 띠는 은하의 거대한 성간 가스의 흔적으로, 미래의 별 형성에 쓰일 원자재다. 물론 이 새로운 별들은 금방 탄생할 것은 아니고, 앞으로 약 1억 년에 걸쳐 서서히 형성될 것이다. 이는 안드로메다가 우리은하와 충돌해 합쳐지기 약 50억 년 전에 일어날 사건이다.

우리은하에서 발견된 행성 중 역대 가장 반짝반짝 빛나는 외계행성이 발견됐다. 최근 칠레 디에고포르탈레스대학 등 공동연구팀은 금속성 구름을 가지고 있어 별빛의 80%를 반사하는 기괴한 외계행성 'LTT9779 b'를 발견했다는 연구결과를 국제 천문학술지 ‘천문학과 천체물리학’(Astronomy & Astrophysics)에 발표했다. 지구에서 약 264광년 떨어진 곳에 위치한 외계행성 LTT9779 b는 그야말로 놀라움의 연속이다. 먼저 지구의 5배 만한 LTT9779 b는 알베도(별빛에 대한 천체 표면의 반사율)가 무려 80%에 달하는데 이는 별빛의 80%를 그대로 반사한다는 의미다. 이에비해 지구의 알베도는 약 30%, 태양계에서 가장 반짝반짝 빛나는 금성은 75%다. 크기로 보면 해왕성만한 행성이 마치 거대한 거울처럼 빛을 반사하는 역할을 하는 셈으로, 이는 행성의 구름이 티타늄과 유리(규산염) 등 금속성 성분으로 이루어져있기 때문이다. 더욱 놀라운 사실은 LTT9779 b가 항성을 불과 19시간 만에 공전한다는 점으로 그야말로 별에 바짝 붙어있다. 이때문에 LTT9779 b의 대기온도는 무려 2000°c를 넘어설 것으로 추정된다. 이처럼 비정상적으로 행성이 항성에 가까우면 너무 뜨거워 구름이 생성되기 힘들지만 LTT9779 b는 이같은 상식도 뛰어넘어 금속 구름을 형성하고 있다.연구의 공동저자인 프랑스 코트다쥐르 천문대 천체 물리학자 비비앙 파르망티에는 "행성에 구름이 있는 이유는 대기에 규산염 가스가 매우 풍부해 샤워기를 계속 틀면 수증기가 욕실에 미니 구름을 형성하는 것과 유사하다"면서 "이 구름이 빛을 반사해 행성이 너무 뜨거워져 증발하는 것을 막아 생존을 가능케 한 것으로 보인다"고 설명했다. 한편 LTT9779 b는 지난 2020년 미 항공우주국(NASA)의 ‘외계 행성 사냥꾼’인 우주망원경 TESS에 의해 처음 발견됐다. 이번 연구는 유럽우주국(ESA)의 외계 행성 탐사를 위한 우주망원경인 키옵스(CHEOPS)의 관측 데이터로 이루어졌다. 키옵스는 무게 273㎏, 길이 1.5m 정도 되는 소형 우주 망원경이지만, TESS보다 별을 더 오래 고정해서 관측할 수 있다는 장점이 있다.  

미 항공우주국(NASA)의 행성사냥꾼 케플러 우주망원경은 임무를 마칠 때까지 수천 개 이상의 외계 행성을 찾아내 그 소임을 다했다. 그 후계자인 TESS 역시 외계 행성 탐사의 최전선에서 혁혁한 공을 세우는 중이다. 하지만 외계 행성을 찾는 기관이 NASA만 있는 건 아니다. 유럽우주국(ESA) 역시 외계 행성 탐사를 위한 우주 망원경인 키옵스 CHEOPS(CHaracterising ExOPlanet Satellite)를 쏘아 올렸다. 키옵스는 무게 273kg, 길이 1.5m 정도 되는 소형 우주 망원경이지만, TESS보다 별을 더 오래 고정해서 관측할 수 있다는 장점이 있다. 물론 성능은 TESS가 훨씬 뛰어나지만, 넓은 지역을 관측하기 위해 27일마다 관측 범위를 바꾸는 특징이 있다. TESS는 케플러나 키옵스와 마찬가지로 별 앞에 작은 행성이 지나면서 주기적으로 밝기가 미세하게 변하는 식현상을 이용해 외계 행성의 존재를 찾아낸다. 따라서 공전 주기가 27일보다 긴 경우 탐지율이 낮아진다는 문제점이 있다. 키옵스는 이 단점을 보완해줄 우주망원경으로 ESA와 스위스 베른대학, 제네바대학 등이 협력해 제작했으며 2019년부터 임무를 수행하고 있다. 최근 외계 행성 연구 기관인 NCCR PlanetS의 과학자들은 키옵스를 이용해 새로 찾아낸 미니 해왕성에 대한 연구 결과를 발표했다.미니 해왕성은 태양계의 해왕성이나 천왕성보다 작지만, 지구보다 큰 암석 행성인 슈퍼지구보다 작은 외계 행성으로 태양계에는 존재하지 않는 행성 유형이다. 과학자들은 미니 해왕성이 해왕성에 가까운 가스 행성인지 아니면 대기가 큰 슈퍼 지구에 가까운 행성인지를 두고 논쟁을 벌여 왔다. 최근 키옵스가 찾아낸 미니 해왕성인 TOI 5678 b와 HIP 9618 c는 미니 해왕성이 생각보다 다양한 형태일 가능성을 보여준다. TOI 5678 b와 HIP 9618 c는 각각 48일과 52.5일을 주기로 모항성을 공전해 TESS보다는 키옵스가 그 존재를 확인하기에 적합한 행성들이다. 키옵스 및 지상의 망원경을 통해 확인한 두 행성의 질량과 크기는 생각보다 많은 차이가 있었다. TOI 5678 b의 지름은 지구의 4.9배, 질량은 20배로 오히려 해왕성보다 약간 커 해왕성과 비슷한 가스 행성임을 시사한다. 반면 HIP 9618 c의 지름은 지구의 3.4배, 질량은 7.5배로 해왕성의 절반 수준이었다. 연구팀은 이 두 외계 행성의 표면 온도가 섭씨 217~277도 사이로 너무 뜨겁지 않아 뜨거운 목성형 외계 행성에서는 보존될 수 없는 분자들이 있을 것으로 예상했다. 그리고 해왕성보다 훨씬 따뜻하기 때문에 앞으로 제임스 웹 망원경으로 관측해 어떤 물질로 구성되어 있는지 확인할 수 있는 좋은 후보라고 보고 있다. 미니 해왕성은 엄밀한 분류보다 적당히 추정된 크기를 기준으로 나눈 그룹으로 그 정체에 대해서는 의견이 분분하다. 키옵스가 찾아낸 미니 해왕성이 이 의문에 대한 실마리를 제시할 것으로 기대된다.  

우리의 태양보다 표면 온도가 더 뜨거운 기괴한 갈색왜성이 발견됐다. 최근 이스라엘 와이즈만연구소 등 국제공동연구팀은 별과 행성 사이의 경계를 더욱 혼란스럽게 만드는 갈색왜성 'WD0032-317B'를 발견했다고 발표했다. WD0032-317B는 지구에서 약 1400광년 떨어진 곳에 위치해 있으며 일명 '실패한 별'로 불리는 갈색왜성이다. 갈색왜성(Brown dwarf)은 별(항성)이라고 하기에는 작지만, 행성이라고 하기에는 큰 애매한 천체다. 특히 일반적으로 갈색왜성은 태양질량의 0.08배 미만의 작은 질량 때문에 중심부에서 안정적인 수소 핵융합 반응을 유지하기 어려워 별이 되지 못한 운명을 갖고있다. 또한 갈색왜성은 보통 표면온도가 2200°c 정도로 뜨겁지만 우리 태양이 약 6000°c에 달하는 것과 비교해보면 일반적인 별보다는 훨씬 낮다.이에비해 이번에 새롭게 확인된 WD0032-317B는 일반적인 갈색왜성의 범주를 훌쩍 뛰어넘는다. 먼저 WD0032-317B는 목성의 75~88배에 달하는 질량을 갖고있으며 표면온도는 우리 태양보다 훨씬 뜨거운 7700°c에 달한다. 더욱 놀라운 것은 WD0032-317B가 백색왜성인 WD0032-317 주위를 불과 2.3시간 만에 돌 정도로 바짝 붙어있다는 점이다. 여기에 한쪽 면만 계속 백색왜성을 향하고 있어 한쪽은 7700°c에 달하지만 반대쪽은 1000~2700°c로 극단적인 온도차를 보인다. 연구팀은 "일반적인 갈색왜성에 대한 이해를 무시하는 특성을 가진 독특한 천체"라면서 "WD0032-317B는 우주의 새로운 측면에 대한 중요한 통찰력을 제공해줄 수 있을 것"이라고 밝혔다. 한편 백색왜성(white dwarf)은 우리의 태양같은 항성이 진화 끝에 나타나는 종착지를 말한다. 일반적으로 수명이 다한 별은 죽어가면서 물질을 우주로 방출하면서 부풀어 오르고 결국 차갑게 식으며 쪼그라드는데 이를 백색왜성이라고 한다. 우리의 태양 역시 앞으로 70억 년 후면 수소를 다 태운 뒤 바깥 껍질이 떨어져나가 행성모양의 성운을 만들고 나머지 중심 부분은 수축한 뒤 지구만한 크기의 백색왜성이 될 것으로 예상된다.