과학의 달인 4월에는 과학 관련 행사가 곳곳에서 펼쳐진다. 필자도 얼마 전 국립부산과학관에서 ‘천문학자와의 만남’을 가졌다. 주로 초등학교 이하 어린이와 부모가 참여했다. “달이 없으면 어떻게 돼요”, “별은 얼마나 멀어요”, “블랙홀에 들어가면 어떻게 돼요” 등 질문이 쏟아졌지만 절반 이상이 블랙홀 관련 내용이었다. 어린이들 질문에는 어떻게 쉽게 설명할 것인지가 가장 큰 문제다. 다섯 살쯤 돼 보이는 아이가 초롱초롱한 눈망울로 “우주는 어떻게 생겼어요”라고 물었다. 난감했다. “혹시 ‘억’이 뭔지 아니”라며 시간을 끌어 봤지만 당연히 “아니요”란 답이 돌아왔다. 킬로미터 같은 단위도 물론 모른다. 오래전 초등학교를 들어가기 전인 조카와의 기억이 떠올랐다. 우리는 지구에 살고, 지구는 태양 주위를 돌고 있고, 태양은 우리 은하의 1000억 개가 넘는 별 중 하나이며, 우리 은하와 같은 것이 우주에는 1000억 개 이상 모여 있다고 말할 때 조카의 멍한 표정에서 내 설명이 잘못됐음을 직감했다. 이해는 못 했지만 나중에 “지구가 태양 주위를 돌고 있대”라는 조카의 이야기를 듣고 꼭 이해가 필요한 것만은 아니라는 걸 느꼈다. 똑같은 답을 하기에는 아이가 더 어렸다. 우리가 바라보는 밤하늘이 우주다. 우리가 살아가는 공간이 우주다. 하늘에 떠 있는 달과 별과 은하가 있는 거대한 공간이 우주다. 그런데 다섯 살 아이가 공간이란 뜻을 알까. 무엇이든 물어보라고 해 놓고 한참을 얘기했지만 결국 아이가 원하는 답을 주지 못한 듯했다. 천문학은 어린아이에게 이해시키기가 참 어렵다. 망원경으로 달이나 토성을 한 번 보여주는 것 이상 좋은 게 없을 것이다. 공룡을 가장 많이 아는 나이가 다섯 살 무렵이며 그다음으로 고생물학 전공자가 조금 알고 자녀가 다섯 살인 부모가 아이보다는 못해도 거의 그 수준까지 안다는 재미난 그래프를 SNS에서 보았다. 천문학은 다섯 살 아이가 이해하기는 어렵지만 커가면서 더 많이 알아간다. 그래서 나는 다섯 살 아이보다는 아이가 천문학에 관한 호기심을 잃지 않도록 도와줄 부모에게 천문학 이야기를 더 많이 하려고 노력한다. 블랙홀에 관심을 갖기 시작한 다섯 살 아이의 부모라면 내 이야기에 더 관심을 가질 것이다. 그래도 여전히 다섯 살 아이에게 우주를 제대로 설명하지 못한 게 마음에 걸린다.

우주전문 사이트 스페이스닷컴이 ‘금주의 놀라운 우주사진’으로 선정한 태양의 플라스마 사진이 우주 마니아들의 관심을 끌고 있다. 지구 수십 배 규모의 거대한 태양 자기장 고리를 타고 용솟음치는 플라스마가 마치 비처럼 태양 표면으로 쏟아지는 광경은 천체 사진 중 가장 압도적인 장면으로 선정되기에 모자람이 없다. 자기장 고리를 타고 플라스마가 팽창할 때 태양 외층에서 만들어지는 플라스마 비는 열원에서 멀어지면 냉각되어 중력에 의해 다시 태양 표면 쪽으로 내려간다. 이러한 플라스마의 움직임이 태양 대기인 코로나에서 만들어내는 크고 밝은 불기둥을 태양홍염(太陽紅焰) 또는 프로미넌스(prominence)라고 한다. 코로나가 플라스마라는 극도로 뜨거운 이온 가스로 구성되어 있는 반면, 태양홍염은 채층의 구성과 비슷한 상대적으로 훨씬 차가운 플라스마로 이루어져 있다. 태양홍염은 하루 정도에 구성되며, 코로나 내부에서 몇 주간 지속된다. 천문학자들은 이 ‘플라스마 비’가 태양 표면보다 태양 코로나가 수백 배나 더 뜨거운 이유를 알려줄지도 모른다는 생각을 하고 있다. 미 항공우주국(NASA)의 설명에 따르면, 최근 관측에서 이전에는 간과되었던 작은 자기장 고리에서 내리는 코로나 비가 발견되었다. 이 비는 태양의 외부 대기(코로나)에서 태양 표면으로 떨어지는 뜨거운 플라스마 방울로 구성된 것이다. NASA의 태양활동관측위성인 SDO(Solar Dynamics Observatory)에 장착된 고해상도 망원경을 사용하여 수집된 이 새로운 데이터는 코로나 비가 지구상의 비와 비슷한 움직임을 보여주는 것으로 나타났다. 물론 지구상의 비와는 달리 태양의 플라스마 비는 온도가 수백만 도에 달한다. 또한 하전된 가스인 플라스마는 지구상에 물처럼 한곳에 모이지 않는다. 그 대신 플라스마는 태양 표면으로부터 분출되는 자기장 선이나 고리를 따라 움직인다. 또한 연구진은 자기장 고리가 태양 표면에서 분출되는 부분에 플라스마가 과열되어 섭씨 100만 도를 넘는다는 사실을 발견했다. 이 극고온의 플라스마는 고리를 확장하고 고리의 최고점에 모인다. 그리고 냉각과 응축 과정을 거친 후 중력에 의해 코로나 비가 되어 태양 표면으로 떨어지는 것이다. 연구원들은 태양 표면으로부터 수백만 마일 규모로 뻗은 거대한 고리형 플라스마(helmet streamers로 불린다)에서 코로나 비의 흔적을 이전부터 찾고 있었다. 연구자들은 헬멧 스트리머가 플라스마와 입자의 흐름인 느린 태양풍의 근원 중 하나일 것으로 여겨 집중적인 관측과 연구를 해왔다. “이 고리들은 우리가 찾고 있던 것보다 훨씬 작았다”라고 밝힌 새 연구의 공동저자 스피로 안티오코스 NASA 고다드 우주비행센터의 물리학자는 “코로나의 가열은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 좁게 국지화되어 있다”라고 덧붙였다. 따라서 ‘천체물리학저널 레터스’ 4월 5일자에 발표된 새 연구결과는 코로나의 가열 과정뿐 아니라 느린 태양풍의 원인을 밝히는 데 한 줄기 빛을 던져주고 있다. “루프에 코로나 비가 있는 경우, 그 바닥에서 10% 이하가 코로나 가열이 일어나는 부분”이라고 공동저자이자 미국 가톨릭 대학의 대학원생 에밀리 메이슨이 성명서를 통해 밝혔다.연구진은 높이 약 4만8000km의 플라스마 고리에서 내리는 코로나 비를 발견했다.이는 연구진이 찾던 헬멧 스트리머 높이의 2%에 불과한 것이었다. 메이슨은 “우리는 여전히 코로나가 가열되는 메커니즘을 정확히 알지 못하지만, 가열과정이 이 층에서 발생한다는 것만은 확신하고 있다”고 말했다. 새 연구결과는 또한 작은 자기장 고리와 느린 태양풍 사이의 가능한 상관관계를 확인하는 전과를 올렸다. 연구진이 생각해온 바와 같이 닫힌 자기장 고리뿐 아니라 열린 자기장 선에서도 코로나 비가 발생할 수 있다는 견론을 얻었다. 열린 자기장 선의 한쪽 끝은 공간으로 뻗어나가 플라스마가 태양풍 속으로 빠져나갈 수 있다는 것이다. 연구진은 NASA의 파커 태양탐사선을 이용해 더 작은 자기장 고리 구조를 연구할 계획이다. 파커 탐사선은 2018년에 발사되어 이전의 어떤 우주선보다 태양에 가까이 접근하고 있는 중으로, 지난 4월 4일 두 번째로 근일점을 통과했다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지난 1990년 4월 24일(현지시간) 우주의 심연을 들여다 보고 싶은 인류의 꿈을 담은 우주망원경 한 대가 미 항공우주국(NASA)의 디스커버리호에 실려 힘차게 날아올랐다. 다음 주면 29번째 생일을 맞는 ‘허블우주망원경’(Hubble Space Telescope)이다. 지난 18일(현지시간) NASA와 유럽우주국(ESA)은 허블우주망원경의 29번째 생일을 자축하는 환상적인 천체 사진을 공개했다. 매해 이맘 때 생일카드처럼 공개하는 이 사진 속 대상은 마치 모래시계같은 모습을 띤 '남쪽의 게성운'(Southern Crab Nebula)이다. 남쪽 게성운은 늦봄부터 초여름에 남쪽하늘에서 볼 수 있는 센타우루스자리에 위치에 있으며 우리와는 약 7000광년 떨어진 곳에 위치해 있다.정식명칭이 'Hen2-104'인 게성운은 그 이름처럼 몸과 다리가 마치 게처럼 생겼다. 남쪽 게성운이 이렇게 환상적인 모습을 띄는 이유는 성운 중심에 적색거성과 백색왜성이 쌍성계를 이루고 있기 때문이다. 영원할 것 같아 보이는 우리의 태양같은 별도 역시 주어진 수명이 있어 적색거성 단계를 거쳐 가스를 잃고 생을 마감하게 된다. 이후 남은 가스는 행성상 성운이라는 아름다운 가스 성운이 되고 중심에 남은 잔해는 모여 백색왜성을 이룬다. 곧 이 사진은 수명을 다한 두 별의 상호작용이 만든 작품으로 NASA 측은 '중력의 왈츠'(gravitational waltz)라는 재미있는 표현으로 묘사했다.지름 2.4m, 무게 12.2t, 길이 13m로, 지금도 지상 569㎞ 높이에서 97분 마다 지구를 돌며 먼 우주를 관측하고 있는 허블우주망원경은 대기의 간섭없이 멀고 먼 우주를 관측하기 위해 제작됐다. 허블우주망원경은 29년의 세월동안 100만 건이 넘는 관측 활동을 벌였으며 이를 통해 천문학자들은 1만 2000건 이상의 논문을 발표했다. 그간 몇 번의 수리 과정을 거치는 우여곡절을 겪었지만 허블우주망원경은 지상 천체망원경보다 10~30배의 해상도를 가진 사진을 지금도 충실히 전송해오고 있다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

과학자들이 마침내 우주의 시발점인 대폭발 즉 빅뱅 당시 형성된 분자를 발견해냈다고 미국 CNN 등 주요외신이 17일(현지시간) 일제히 보도했다. 지금으로부터 약 138억 년 전, 빅뱅이 일어나며 초기 우주가 만들어질 때 그 여파에 의한 화학 반응으로 최초의 분자가 만들어졌다. 이런 분자는 현재 우리가 아는 모든 물질을 만드는 데 결정적인 역할을 했다.　‘수소 이온화 헬륨’(HeH＋·Helium hydride ion)이라는 이 분자는 지난 몇 년간 우주 최초의 분자로 추정돼 왔다. 하지만 지금까지 과학자들은 그 존재에 관한 어떤 증거도 발견하지 못했었다.빅뱅 이후 형성된 ‘HeH+’은 수소 이온과 헬륨으로 이뤄진 화합물로 가장 강력한 산 중 하나다. 이 산성 물질이 나중에 수소 분자와 헬륨 원자로 분해됐다는 것이다. 수소와 헬륨은 현재 우주에서 가장 많은 원소로 각각 1, 2위를 차지한다. 과학자들은 1925년 한 실험실에서 HeH+ 분자를 만들어냈고 덕분에 지난 몇십 년 동안 우주에서 이를 찾는 연구가 진행돼 왔다. 연구에 참여한 독일 막스플랑크 전파천문학연구소의 천문학자 롤프 귀스턴 박사는 성명에서 “우주의 화학물질은 HeH+에서 시작됐다. 성간 우주 공간에서 이 물질의 존재에 관한 결정적 증거가 없다는 점은 오랫동안 천문학계의 딜레마였다”고 말했다. 1970년대 말 우주화학 모델을 통해 HeH+ 분자의 발견 가능성이 제기됐다. 이는 과학자들에게 HeH+ 분자가 태양과 같은 별이 초신성 폭발 전 마지막 단계에서 방출한 혼돈 상태의 ‘행성상 성운’에 존재할 수 있다는 생각을 하게 했다. HeH+ 분자는 온도 10만 ℃ 이상인 별의 방사선이 행성상 성운을 이온화할 때 형성된다. 하지만 가장 강력한 파장으로도 HeH+ 분자의 징후를 감지하는 것은 어려웠다. 지구 대기가 불투명한 탓에 지상의 망원경들로 어려웠기 때문이다.이에 따라 연구진은 보잉 747SP를 개조해 2.5m 구경의 적외선 망원경을 탑재한 미국항공우주국(NASA)의 성층권 관측 망원경인 소피아(SOFIA·Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy)를 사용했다. 소피아에 탑재된 그레이트(GREAT·German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies)라는 이름의 고해상도 원적외선 분광기가 행성상 성운 NGC 7027에서 HeH+ 분자를 검출하는 데 성공한 것이다. 이에 대해 연구에 참여한 미국 존스홉킨스대학의 데이비드 뉴펠드 물리천문학부 교수는 “HeH+ 분자의 발견은 분자를 형성하려고 하는 자연의 성향을 극적이고 아름답게 보여주는 것”이라고 말했다. 자세한 연구 성과는 세계적인 학술지 ‘네이처’(Nature) 최신호(17일자)에 실렸다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

새로운 세상을 찾아나선 차세대 ‘행성 사냥꾼’이 지구와 비슷한 크기의 외계행성을 찾아냈다. 지난 15일(현지시간) 미국 CNN 등 해외 주요언론은 지구에서 약 53광년 떨어진 항성계에서 지구만한 외계행성과 '형제' 행성이 새롭게 발견됐다고 보도했다. 우리 태양의 80% 정도 질량을 가진 항성 HD 21749 주위를 도는 이 외계행성의 이름은 HD 21749c. 항성을 단 8일 만에 공전할 만큼 바짝 붙어있는 HD 21749c는 지구 지름의 89%에 달하는 암석형 행성이다. 다만 HD 21749c는 암석형이면서 지구와 크기가 비슷한 특징이 있지만 표면온도가 427°C에 달해 생명체가 살기는 힘들어 보인다. 이에반해 함께 발견된 HD 21749b는 지구 질량의 23배, 반지름 기준 2.7배 크기의 가스형 행성이다. 태양계의 해왕성과 비슷해 '미니 해왕성'이라 불리지만 훨씬 더 따뜻하며 항성을 단 36일 만에 돈다. 이번 외계행성 발견이 언론의 주목을 받는 것은 차세대 행성 사냥꾼이라 불리는 미 항공우주국(NASA)의 우주망원경 ‘테스’(TESS·Transiting Exoplanet Survey Satellite)의 '작품'이기 때문이다.이번 연구를 이끈 미국 카네기 연구소 조한나 테스케 연구원은 "TESS가 발사된 지 1년 밖에 안됐지만 벌써 외계행성을 찾는 '게임 체인저' 역할을 하고 있다"면서 "우리은하에 지구만한 외계행성은 많지만 크기가 작아 발견하기 매우 어렵다"고 설명했다. 이어 "이번 외계행성 발견으로 앞으로 더 작은 항성에서 더 작은 행성을 찾아낼 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 보도에 따르면 이번 발견은 TESS가 찾아낸 10번째 외계행성으로 기록됐다.　 지난해 4월 발사된 TESS는 지구 고궤도에 올라 13.7일에 한 바퀴 씩 지구를 돌면서 300~500광년 떨어진 별들을 집중 조사하고 있다. 특히 TESS에 ‘차세대’라는 명칭이 붙은 이유는 지금까지 임무를 수행해 온 케플러 우주망원경의 후임이기 때문으로 케플러보다 관측범위가 400배는 더 넓다. 케플러와 TESS가 이렇게 많은 별들 속 외계행성을 찾을 수 있는 이유는 식현상(transit)을 이용하기 때문이다. 천문학자들은 행성이 별 앞으로 지날 때 별의 밝기가 약간 감소하는 것을 포착해서 행성의 존재 유무를 확인한다. 이후 학자들은 추가 관측을 통해 외계 행성의 존재를 최종 판단하는데 향후 이 임무는 2021년 이후로 발사가 연기된 ‘제임스 웹 우주망원경’(JWST·James Webb Space Telescope)이 맡는다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

국내 천문학계를 대표하는 학자인 홍승수 서울대 물리천문학부 명예교수가 지난 15일 별세했다. 향년 75세. 고인은 서울대 천문기상학과를 졸업하고 같은 학교에서 석사학위 과정을 마친 뒤 미국 뉴욕주립대에서 박사학위를 받았다. 1978년 귀국해 모교인 서울대에서 교편을 잡았고, 2009년까지 30여년간 천문학과에서 후학을 양성했다. 한국천문학회 회장, 한국천문올림피아드 위원장, 국립고흥청소년우주체험센터 원장, 순천대 석좌교수를 지냈다. 그는 특히 칼 세이건(1934∼1996)이 집필한 세계적 천문학 베스트셀러 ‘코스모스’ 번역자로 유명하다. 저서로는 ‘코스모스’를 번역하면서 겪은 경험과 한국 교육 문제에 대한 생각을 정리한 ‘나의 코스모스’, 지난해 발간한 에세이 ‘하늘을 디디고 땅을 우러르며’를 남겼다. 과학기술처 장관 표창, 서울대 교육상 대상, 소암학술상을 받았다. 빈소는 경기도 수원 아주대병원 장례식장에 마련됐으며, 발인은 17일 오전 6시 30분. 1688-6114

이론과 간접 증거로만 존재했던 블랙홀을 인류가 마침내 확인했습니다. 세계 8곳의 전파망원경을 연결하여 만든 지구 크기의 가상 망원경인 ‘사건지평선 망원경’(EHT·Event Horizon Telescope)으로 블랙홀을 포착함으로써 1세기 넘게 추적해온 블랙홀의 실체를 드디어 파악하기에 이른 것입니다. 이로써 1915년 발표된 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 다시 한번 검증에 거뜬히 통과하는 쾌거를 이룩했습니다. 즉, 물체의 질량이 주변 시공간을 휘게 하며, 질량이 클수록 시공간의 곡률은 더욱 큰 곡률을 갖게 된다는 내용입니다. 천문학 최대의 화두인 블랙홀이란 과연 무엇일가요? 초간단 정리해보겠습니다. 상상 속에서 태어난 ‘검은 별’(Dark stars) 블랙홀은 우주에서 가장 기이하고도 환상적인 천체라 할 수 있습니다. 물질밀도가 극도로 높은 나머지 빛마저도 빠져나갈 수 없는 엄청난 중력을 가진 존재입니다. 가까이 접근하는 모든 물체를 가리지 않고 게걸스럽게 집어삼키는 중력의 감옥, 블랙홀. 모든 연령층, 모든 직업군을 아우르면서 블랙홀에 대해 크나큰 관심을 불러일으키고 상상력을 자극하는 것은 대체 무엇 때문일까요? 이 괴이쩍은 존재는 최초로 인간의 상상 속에서 태어났습니다. 1783년, 천문학에 관심이 많던 영국의 지질학자 존 미첼이 밤하늘의 별을 보면서 엉뚱한 생각을 합니다. 뉴턴의 중력 법칙과 빛의 입자설을 결합하여, '별이 극도로 무거우면 중력이 너무나 강한 나머지 빛마저도 탈출할 수 없게 되어 빛나지 않는 검은 별이 될 것이다' 이것이 블랙홀 개념의 첫 씨앗이었습니다. 미첼은 이런 생각을 쓴 편지를 왕립협회로 보냈습니다. '만약 태양과 같은 밀도를 가진 어떤 구체의 반지름이 태양의 500분의 1로 줄어든다면, 무한한 높이에서 그 구체로 낙하하는 물체는 표면에서 빛의 속도보다 빠른 속도를 얻게 될 것이다. 따라서 빛이 다른 물체들과 마찬가지로 관성량에 비례하는 인력을 받게 된다면, 그러한 구체에서 방출되는 모든 빛은 구체의 자체 중력으로 인해 구체로 되돌아가게 될 것이다' 그러나 당시 과학자들은 이론적인 것일 뿐, 그런 별이 실재하지는 않을 거라 생각하고 무시했습니다. 이러한 ‘검은 별’ 개념은 19세기 이전까지도 거의 무시되었는데, 그때가지 빛의 파동설이 우세했기 때문에 질량이 없는 파동인 빛이 중력의 영향을 받을 것이라고는 생각하기 힘들었기 때문입니다. 블랙홀 등장, 백조자리 X-1 그로부터 130년이 훌쩍 지난 1916년, 아인슈타인이 우주를 기술하는 뉴턴 역학을 대체하여 시간과 공간이 하나로 얽혀 있음을 보인 일반 상대성 이론을 발표한 직후, 검은 별 개념은 새로운 활력을 얻어 재등장했습니다. 일반 상대성 이론은 중력을 구부러진 시공간으로 간주하며, 질량을 가진 천체는 주변 시공간을 휘게 만든다는 이론입니다. 독일의 카를 슈바르츠실트가 아인슈타인의 중력장 방정식을 별에 적용해서 방정식의 해를 구했습니다. 그 결과, 별이 일정한 반지름 이하로 압축되면 빛마저 탈출할 수 없는 강한 중력이 생기게 되고, 그 중심에는 모든 물리법칙이 통하지 않는 특이점이 나타난다는 것을 알았습니다. 이것을 '슈바르츠실트 반지름'이라고 부릅니다. 이는 어떤 물체가 블랙홀이 되려면 얼마만한 반지름까지 압축되어야 하는가를 나타내는 반지름 한계치입니다. 이에 대해 아인슈타인은 “슈바르츠실트 반지름은 수학적 해석일 뿐, 실재하지 않는다는 것을 내 연구는 보여준다”면서 인정하지 않았습니다. 그러나 그 뒤 핵물리학이 발전하여 충분한 질량을 지닌 천체가 자체 중력으로 붕괴한다면 블랙홀이 될 수 있다는 예측을 내놓았고, 이 예측은 결국 강력한 망원경으로 무장한 천문학자들에 의해 관측으로 입증되었습니다. 1963년 미국 팔로마산 천문대는 심우주에서 유독 밝게 빛나는 천체를 발견했는데, 그것이 검은 별의 에너지로 형성된 퀘이사임을 확인했습니다. 오로지 상상 속에서만 존재하던 검은 별이 2세기 만에 마침내 실마리를 드러낸 것입니다. 사실 이전에는 ‘블랙홀’이란 이름조차 없었습니다. 대신 ‘검은 별’, ‘얼어붙은 별’, ‘붕괴한 별’ 등 이상한 이름으로 불려왔죠. ‘블랙홀’이란 용어를 최초로 쓴 사람은 미국 물리학자 존 휠러로, 1967년에야 처음으로 일반에 소개되었으며, 블랙홀의 실체가 발견된 것은 1971년이었습니다. 그 존재가 예측된 지 거의 200년이 지나서야 이름을 얻고 실체가 발견된 셈입니다. 1971년 미 항공우주국(NASA)의 X-선 관측위성 우후루는 블랙홀 후보로 백조자리 X-1을 발견했습니다. 강력한 X-선을 방출하는 이것이 과연 블랙홀인가를 놓고 이론이 분분했는데, 급기야는 과학자들 사이에 내기가 붙었습니다. 1974년 스티븐 호킹과 킵 손 사이에 벌어진 내기에서 호킹은 백조자리 X-1이 블랙홀이 아니라는 데에 걸었고, 킵 손 교수는 그 반대에 걸었습니다. 지는 쪽이 성인잡지 ‘펜트하우스’ 1년 정기 구독권을 주기로 했죠. 1990년 관측자료에서 특이점의 존재가 입증되자 호킹은 내기에 졌음을 인정하고 잡지 구독권을 킵 손에게 보냈는데, 그 일로 킵 손 부인에게 엄청 원성을 샀다고 합니다. 2005년에는 우리은하 중심에서도 블랙홀이 발견되었는데, 최신 관측자료에 의하면 전파원 궁수자리 A*가 태양 질량의 430만 배인 초대질량 블랙홀임이 밝혀졌습니다. 영화 ‘인터스텔라’ 제작에 자문역으로 참여하기도 했던 킵 손은 나중에 블랙홀 존재를 결정적으로 입증한 LIGO(레이저 간섭계 중력파 관측소)의 블랙홀 중력파 검출로 노벨 물리학상을 받았습니다. 블랙홀 연구에 큰 업적을 남긴 호킹은 노벨상을 받지 못해 안타깝게도 킵 손에게 두 번이나 패배한 형국이 되었습니다.블랙홀 존재, 어떻게 알 수 있나? 블랙홀은 엄청난 질량을 갖고 있지만 덩치는 아주 작습니다. 그만큼 물질밀도가 극도로 높다는 뜻이죠. 예컨대 태양이 블랙홀이 되려면 얼마나 밀도가 높아야 할까요? 슈바르츠실트 반지름의 해 공식으로 구해보면, 70만㎞인 반지름이 3㎞까지 축소되어야 하며, 밀도는 자그마치 1cm^3에 200억 톤의 질량이 됩니다. 각설탕 하나 크기가 그만한 무게가 나간다는 얘기죠. 지구가 블랙홀이 되려면 반지름이 우리 손톱 정도인 0.9cm로 작아져야 합니다. 이처럼 초고밀도의 블랙홀은 중력이 극강이어서 어떤 것도 블랙홀을 탈출할 수가 없습니다. 지구 탈출속도는 초속 11.2㎞이며, 빛의 초속은 30만㎞입니다. 블랙홀의 중력이 너무나 강해 탈출속도가 30만㎞를 넘기 때문에 빛도 여기서 탈출할 수가 없는 거죠. 따라서 우리는 블랙홀을 볼 수가 없습니다. 그런데 과학자들은 블랙홀의 존재를 확인할 수가 있습니다. 어떻게? 블랙홀이 주변의 가스와 먼지를 강력히 빨아들일 때 방출하는 X-선 복사로 그 존재를 탐색할 수 있습니다. 우리은하 중심부에 있는 초대질량 블랙홀은 두터운 먼지와 가스로 뒤덮여 있어 X-선 방출을 가로막고 있습니다. 물질이 블랙홀로 빨려들어갈 때 블랙홀의 사건 지평선 입구에서 안으로 들어가지 않고 스쳐지나는 경우도 있습니다. 블랙홀이 직접 보이지는 않지만, 물질이 함입될 때 발생하는 강력한 제트 분출은 아주 먼 거리에서도 볼 있습니다. 1958년에 미국 물리학자 데이비드 핀켈스타인이 블랙홀의 ‘사건 지평선’ 개념을 처음으로 선보였습니다. 사건 지평선이란 외부에서는 물질이나 빛이 자유롭게 안쪽으로 들어갈 수 있지만, 내부에서는 블랙홀의 중력에 대한 탈출속도가 빛의 속도보다 커서 원래의 곳으로 되돌아갈 수 없는 경계를 말합니다. 말하자면 블랙홀의 일방통행 구간의 시작점이죠. 어떤 물체가 사건의 지평선을 넘어갈 경우, 그 물체에게는 파멸적 영향이 가해지겠지만, 바깥 관찰자에게는 속도가 점점 느려져 그 경계에 영원히 닿지 않는 것처럼 보입니다. 블랙홀은 특이점과 안팎의 사건 지평선으로 구성됩니다. 특이점이란 블랙홀 중심에 중력의 고유 세기가 무한대로 발산하는 시공간의 영역으로, 여기서는 물리법칙이 성립되지 않습니다. 즉, 사건의 인과적 관계가 보장되지 않는다는 뜻이죠. 이 특이점을 둘러싸고 있는 것이 안팎의 사건 지평선으로, 바깥 사건 지평선은 물질이 탈출이 가능한 경계이지만, 안쪽의 사건 지평선은 어떤 물질이라도 탈출이 불가능한 경계입니다. 블랙홀, 화이트홀, 웜홀 1964년, 이론 물리학자 존 휠러가 최초로 ‘블랙홀’이라는 단어를 대중에게 선보인 데 이어 1965년에는 러시아의 이론 천체물리학자 이고르 노비코프가 블랙홀의 반대 개념인 ‘화이트홀’이라는 용어를 만들었습니다. 만약 블랙홀이 모든 것을 집어삼킨다면 언젠가 우주공간으로 토해낼 수 있는 구멍도 필요하지 않겠는가 하는 것이 이 화이트홀 가설의 근거입니다. 말하자면, 블랙홀은 입구가 되고 화이트홀은 출구가 되는 셈이죠. 이렇게 블랙홀과 화이트홀을 연결하는 우주 시공간의 구멍을 웜홀(벌레구멍)이라 합니다. 말하자면 두 시공간을 잇는 좁은 통로로, 우주의 지름길이라 할 수 있습니다. 웜홀을 지나 성간여행이나 은하 간 여행을 할 때, 훨씬 짧은 시간 안에 우주의 한쪽에서 다른 쪽으로 도달할 수 있다는 거죠. 웜홀은 벌레가 사과 표면의 한쪽에서 다른 쪽으로 이동할 때 이미 파먹은 구멍으로 가면 더 빨리 간다는 점에 착안하여 이름지어진 거죠. 하지만 화이트홀의 존재가 증명된 바 없으며, 블랙홀의 기조력 때문에 진입하는 모든 물체가 파괴되어서 웜홀을 통한 여행은 수학적으로만 가능할 뿐입니다. 그래서 스티븐 호킹도 웜홀 여행이라면 사양하고 싶다고 말한 적이 있습니다. 어쨌든 블랙홀의 현관 안으로 들어갔던 물질이 다른 우주의 시공간으로 다시 나타난다는 아이디어는 그다지 놀랄 만한 것은 아니지만, 여기에서 무수한 공상과학 스토리가 탄생했습니다. ‘닥터 후(Doctor Who)’, ‘스타게이트(Stargate)’, ‘프린지(Fringe)’ 등 끝이 없을 정도죠. 이런 얘기들은 하나같이 등장인물들이 우리 우주와 다른 우주 또는 평행우주를 여행한다는 줄거리로 되어 있습니다. 그러한 우주는 수학적으로 성립되는 가공일 뿐으로, 그 존재에 대한 증거는 아직까지 하나도 밝혀진 것이 없습니다. ​그러나 어떤 의미에서 시간여행이 현실적으로 불가능하다는 얘기는 아닙니다. 만약 우리가 엄청난 속도로 여행하거나, 또는 블랙홀 안으로 떨어진다면 외부 관측자의 눈에는 시간의 흐름이 아주 느리게 보일 것입니다. 이것을 중력적 시간지연이라 합니다. 이 효과에 의해 블랙홀로 낙하하는 물체는 사건의 지평선에 가까워질수록 점점 느려지는 것처럼 보이고, 사건의 지평선에 닿기까지 걸리는 시간은 무한대가 됩니다. 즉 사건의 지평선에 닿는 것이 외부에서는 관찰될 수 없습니다. 외부의 고정된 관찰자가 보면 이 물체의 모든 과정은 느려지는 것처럼 보이기 때문에, 물체에서 방출되는 빛도 점점 파장이 길어지고 어두워져서 결국 보이지 않게 됩니다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면, 빠르게 운동하는 시계의 시간은 느리게 갑니다. 2014년 영화 ‘인터스텔라’는 블랙홀 근처에서 일어나는 이러한 현상을 보여주었죠. 우주 비행사 쿠퍼(매튜 맥커너히)가 시간여행을 할 수 있었던 것은 그 때문입니다. 블랙홀의 사건 지평선 안에는 실제로 어떤 것이 있을까란 문제는 여전히 뜨거운 논쟁거리가 되고 있습니다. 블랙홀 내부를 이해하기 위해 끈이론, 양자 중력이론, 고리 양자중력, 거품 양자 등등 현대 물리학의 거의 모든 이론들이 참여하고 있습니다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

아인슈타인의 일반상대성이론이 발표된 지 104년, 블랙홀의 존재가 예측된 지 103년 만에 드디어 베일 뒤에 숨겨져 있던 블랙홀의 모습이 처음 공개됐다. 이번에 포착된 블랙홀은 지구에서 5500만 광년 떨어져 있는 처녀자리 은하단(團) 중심부에 존재하는 거대은하 M87 중심부에 있는 것으로 무게는 태양 질량의 65억배에 달하는 것으로 알려졌다. ‘이벤트 호라이즌 망원경’(EHT) 프로젝트 연구진은 전 세계 8개의 전파망원경을 하나로 묶은 가상의 전파망원경을 형성해 초대질량 블랙홀 관측에 성공했다고 10일 밝혔다. 2016년 중력파 검출 발표에 이어 3년이 지난 시점에 블랙홀이 실제로 확인됨에 따라 아인슈타인의 일반상대성이론으로 예측됐던 현상들을 모두 발견하게 된 셈이다. 이 때문에 과학자들은 “일반상대성이론의 궁극적 증명에 이르렀다”는 평가를 내리고 있다. 이날 블랙홀 포착 소식은 세계표준시(UT) 기준 10일 오후 1시(한국시간 10일 오후 10시)에 벨기에 브뤼셀에서 유럽연구이사회, 유럽남방천문대(ESO), 독일 막스플랑크 전파천문연구소 연구진이 나서고 덴마크 린그비, 칠레 산티아고, 중국 상하이, 일본 도쿄, 대만 타이베이, 미국 워싱턴DC의 각국 연구진들을 위성으로 연결해 동시 기자회견을 열고 연구 결과를 공개했다.인류 최초로 블랙홀 모습을 포착한 이번 연구에는 전 세계 200여명의 천문학자가 참여했으며 이 중에는 국내에서 활동하는 연구자 8명과 외국에서 활동하고 있는 한국인 과학자 2명이 포함됐다. 이번 연구 결과는 천체물리학 분야 국제학술지 ‘천체물리학 저널 레터스’ 4월 10일자 특별판에 6편의 논문으로 게재됐다. 영화 ‘인터스텔라’에서 묘사된 블랙홀을 비롯해 수많은 SF나 TV 과학다큐멘터리 등에서 지금까지 보여 준 블랙홀은 모두 수학적·물리학적으로 계산하고 추정해 그린 ‘상상도’라고 할 수 있다. 이번에 ‘진짜’ 블랙홀 모습을 포착해 낸 EHT는 미국 하와이에 있는 SMA, JCMT, 애리조나 SMT, 멕시코 푸에블라 LMT, 스페인 안달루시아 IRAM, 칠레 아타카마 ALMA, APEX, 남극 SPT 등 전 세계 8개의 전파망원경을 연결한 가상의 전파망원경이다. ‘초장거리 간섭계’라고도 불리는 EHT는 전파망원경 8개를 연결해 1.3㎜파 파장대에서 거대한 지구 규모의 가상의 망원경을 만든 것으로 프랑스 파리 카페에서 미국 뉴욕에 있는 신문의 글자를 읽을 수 있을 정도의 해상도를 갖고 있다. EHT는 블랙홀의 외부 경계면인 ‘이벤트 호라이즌’(사건의 지평선)을 관측해 왔으며 관측 데이터들은 미국 매사추세츠공과대(MIT)와 독일 막스플랑크 전파천문연구소에서 분석됐다. EHT가 5일간 관측해 얻는 데이터는 대략 4페타바이트(PB) 분량으로 MP3 음악이라고 가정할 경우 재생하는 데만 8000년이 걸릴 정도로 방대하다. 이번에 블랙홀 포착에 활용된 데이터는 2017년 4월 5~14일 열흘간 수집된 것이다. 이처럼 엄청난 블랙홀 빅데이터를 분석해 이번에 그 결과를 발표한 것이다. 당초 2017년에 첫 사진을 발표할 예정이었지만 남극에 있는 SPT의 데이터 전달 문제 때문에 지연되면서 2년이 늦춰지게 된 것으로 알려졌다. 사실 빛조차 빠져나갈 수 없어 ‘검은 구멍’이라는 이름을 가진 블랙홀 영상을 찍기란 쉽지 않은 일이다. 블랙홀의 강한 중력은 블랙홀 외곽부인 이벤트 호라이즌 바깥을 지나는 빛도 휘어지게 만든다. 이 때문에 블랙홀 뒤편에 있는 밝은 천체나 블랙홀로 빨려 들어가는 천체와 물질들이 내뿜는 빛이 왜곡되면서 블랙홀 주위를 휘감게 된다. 이렇게 휘어지고 왜곡된 빛들은 우리가 볼 수 없는 블랙홀을 비춰 블랙홀 윤곽이 드러나게 만든다. 이번 EHT가 찍은 것도 엄격하게 따지면 블랙홀의 모습이라기보다는 블랙홀의 윤곽, 일명 ‘블랙홀의 그림자’이다. 연구팀은 방대한 관측자료를 보정하고 영상화 작업을 거쳐 고리 형태의 구조와 중심부의 어두운 지역인 블랙홀의 그림자를 발견했다. EHT 프로젝트 총괄단장인 미국 하버드스미스소니언 천체물리센터 셰퍼드 도에레만 박사는 “시공간의 휘어짐, 초고온 가열 물질, 강한 자기장 등 물리적 요소를 포함시킨 컴퓨터 시뮬레이션과 관측 자료들이 놀랄 만큼 일치되는 것에 깜짝 놀랐다”며 “불과 한 세기 전까지만 해도 불가능하리라 여겼던 일을 이번에 수많은 과학자들의 협력을 통해 이뤄 냈다”고 말했다. 2016년 중력파 검출 발표 이후 이번 블랙홀 발견 소식은 과학자들은 물론 전 세계인들을 흥분에 휩싸이게 만든 과학사의 역사적 순간으로 기록됐다. 사실 ‘블랙홀’은 사회, 정치, 문화 등 과학 이외의 다양한 분야에서 많은 사람들이 흔히 사용하지만 블랙홀이 정확하게 어떤 형태이며 어떤 물리학적 의미를 갖는지에 대해서는 잘 알지 못한다. 블랙홀을 간단히 표현하면 표면 중력이 엄청나게 강한 천체이다. 블랙홀의 표면 중력은 너무 커 이를 벗어나기 위한 최소한의 속도인 ‘탈출 속도’ 크기가 광속보다 크다. 탈출 속도가 광속보다 크다는 이야기는 빛도 그 천체 밖으로 빠져나오기 어렵다는 말이다. 그래서 그 천체를 바라보면 어둡게 보이는 것이다. 중력법칙에 근거해 빛이 탈출할 수 없는 별에 대한 언급은 18세기 프랑스 수학자 피에르 시몽 라플라스가 처음 했다. 오늘날 이야기되고 있는 블랙홀은 1915년 아인슈타인이 일반상대성이론을 발표하고 이듬해 독일 천문학자 카를 슈바르츠실트가 상대성이론을 바탕으로 처음으로 예견했다. 슈바르츠실트의 예측에 따르면 블랙홀은 밀도와 중력이 무한대여서 모든 물질이 빨려 들어가는 ‘특이점’과 블랙홀 경계면이라고 할 수 있는 이벤트 호라이즌으로 구성돼 있다. 이후 “블랙홀은 생각만큼 까맣지 않다”는 말을 남기며 평생을 블랙홀 연구에 바친 영국의 물리학자 스티븐 호킹은 로저 펜로즈와 함께 ‘특이점 정리’에 대한 증명을 통해 우주 곳곳에 블랙홀이 존재할 가능성이 있다는 것을 보여 줬다. EHT 과학이사회 위원장 하이노 팔케 네덜란드 라드바우드대 교수는 “이벤트 호라이즌에서 빛이 블랙홀의 강력한 중력으로 휘어져 만들어진 그림자는 블랙홀이라는 매혹적인 천체에 대해 많은 것을 알려주고 있다”며 “이번 블랙홀 발견이 우주의 생성과 진화에 대해 더 많은 지식을 얻을 수 있는 계기가 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

아인슈타인의 일반상대성이론이 발표된지 104년, 블랙홀의 존재가 예측된지 103년만에 드디어 어둠 속에 숨겨져 있던 블랙홀의 모습이 처음 공개됐다. 이번에 포착된 블랙홀은 지구에서 5500만 광년 떨어져 있는 처녀자리 은하단 중심부에 존재하는 거대은하 M87 중심부에 있는 것이다. 무게는 태양질량의 65억배에 달하는 것으로 알려졌다. ‘이벤트 호라이즌 망원경’(EHT) 프로젝트 연구진은 전 세계 8개의 전파망원경을 하나로 묶은 가상의 전파망원경을 형성해 초대질량 블랙홀 관측에 성공했다고 10일 밝혔다. 아인슈타인의 일반상대성이론으로 예측된 중력파를 2016년 검출하고 3년이 지난 지금 다시 상대성이론을 바탕으로 그 존재가 예견됐던 블랙홀을 실제로 확인하게 된 것이다. 이날 블랙홀 포착 소식은 세계표준시 기준 오후 1시에 벨기에, 덴마크, 칠레, 중국, 일본, 대만, 미국 7원 생중계로 전 세계에 알려졌다. 인류 최초로 블랙홀 모습을 포착한 이번 연구에는 전 세계 200여명의 천문학자가 참여했으며 국내 연구자도 8명이 포함돼 있는 것으로 알려졌다. 이번 연구결과는 천체물리학 분야 국제학술지 ‘천체물리학 저널 레터스’ 10일자 특별판에 6편의 논문으로 실렸다. 블랙홀은 빛조차 빠져나갈 수 없는 강한 중력을 갖고 있어서 블랙홀 외곽부인 이벤트 호라이즌(사건지평선)을 지나는 빛도 휘어지게 만든다. 이 때문에 블랙홀 뒤편에 있는 밝은 천체나 블랙홀 주변의 빛이 왜곡되면서 블랙홀 주위를 휘감아 윤곽인 ‘블랙홀의 그림자’를 드러내게 한다. 연구팀은 관측자료의 보정과 영상화 작업을 통해 블랙홀의 그림자를 발견한 것이다. EHT 프로젝트 총괄단장인 미국 하버드-스미소니언 천체물리센터 쉐퍼드 도에레만 박사는 “시공간의 휘어짐, 초고온 가열 물질, 강한 자기장 등 물리적 요소를 포함시킨 컴퓨터 시뮬레이션과 관측자료들이 놀랄만큼 일치되는 것에 깜짝 놀랐다”며 “불과 한 세기 전까지만해도 불가능하리라 여겼던 일을 이번에 수많은 과학자들의 협력을 통해 이뤄냈다”고 말했다. 한편 이번 관측에 사용된 EHT는 전파망원경 8개를 연결해 1.3㎜파 파장대에서 거대한 지구 규모의 가상의 망원경을 만든 것으로 프랑스 파리 카페에서 미국 뉴욕에 있는 신문의 글자를 읽을 수 있을 정도의 해상도를 갖고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미 항공우주국(NASA)의 행성 탐사 미션이 우선 순위가 높은 탐사표적의 목록을 얻었다. 천문학자들은 TESS 우주망원경의 제2지구 탐색작업을 돕기 위해 ‘거주 가능 행성 목록’을 작성했다고 8일(현지시간) 우주 전문 사이트 스페이스닷컴이 보도했다. “생명체는 어떤 종류의 천체에도 존재할 수 있지만, 생명체를 지탱할 수 있는 종류는 우리 행성과 같은 천체이므로 지구와 비슷한 행성을 먼저 찾아보는 것이 타당하다”고 TESS 과학 팀원인 리사 캘터네거 코넬대 천문학 교수가 밝혔다. 목록을 작성한 새로운 연구를 이끈 캘터네거 교수는 “이 목록은 TESS에게 중요하다. 데이터를 다루는 누구나 가장 가까운 지구 유사체를 찾을 수 있는 별을 알고 싶어하기 때문”이라고 덧붙였다. 2018년 4월 18일에 발사된 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)는 전임자인 케플러 우주망원경의 미션을 물려받아 태양의 이웃에 있는 수십만 개의 별들을 조사하고, 외계행성들이 모항성의 앞을 가로지를 때 일어나는 밝기의 감소를 검색하는 방법으로 외계행성을 찾아낸다. 이를 트랜싯 방법이라 하는데, NASA의 유명한 케플러 우주망원경은 이 기법을 사용해 현재까지 발견된 3750 개의 외계행성 중 약 70%를 발견했다. 미션이 끝나면 케플러보다 훨씬 더 많은 업적을 올릴 수 있을 것으로 기대되고 있는 TESS는 2년간의 주요 임무 중 약 40만 개의 별을 관찰할 것으로 예상된다. 그 별들이 모두 제2 지구를 가지고 있을 가능성이 같지 않은 만큼 이번 새 목록이 필요한 것이다. 캘터네거 교수와 그 동료들은 1822개의 별을 확인했으며, 이들 별은 TESS가 한 번의 트랜싯 방법으로 발견한 것으로, 크기는 지구의 2배 이하, 모항성으로부터의 복사선 조사량은 우리 지구와 비슷한 행성들이다. 이는 곧 행성의 표면 온도가 지구와 비슷하다는 뜻이다. 연구팀은 TESS가 지구 크기의 따뜻한 행성을 발견할 가능성이 높은 408개의 별을 강조했다. “내가 특히 좋아하는 새로운 별 408개가 있는데, 하나만 골라야 할 필요가 없다는 것이 놀랍다. 나는 수백 개의 별을 찾아다닌다”고 캘터네거 교수는 말했다. 이 새로운 별 목록에는 89억 달러가 투입된 제임스웹 우주망원경이 지속적으로 관측할 137개의 별이 포함되어 있다고 연구진은 밝혔다. 2021년 발사 예정인 제임스웹은 산소와 메탄 같은 ‘생체 신호(biosignature)’ 가스를 탐색하는 등, 가까운 외계행성 대기를 분석할 수 있을 것으로 기대된다. 캘터네거 교수는 “TESS가 우리 목록에 있는 수백 개의 별 주변에서 얼마나 많은 거주 가능 외계행성을 발견할지는 알 수 없지만 그럴 가능성은 충분히 있다”면서 “일부 연구에 따르면 우리 카탈로그에 있는 것과 같이 많은 거주 가능 암석 행성의 존재를 시사하고 있으며, 우리는 그러한 세계의 발견을 흥미진진하게 지켜보고 있다”고 덧붙였다. 이 연구는 지난달 ‘아스트로피지컬 저널 레터’(The Astrophysical Journal Letters)에 발표되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

미국항공우주국(NASA)의 테스(TESS) 우주망원경이 가시적인 성진(별의 지진파) 현상을 보이는 항성의 주위를 공전하는 외계행성을 발견했다고 우주전문사이트 스페이스닷컴이 28일(현지시간) 보도했다. 이 발견이 NASA 과학자들의 관심을 집중시키는 이유는 TESS의 외계행성 탐사능력이 입증됐을 뿐만 아니라 이번에 발견된 외계행성의 성질을 더 정확하게 특징지을 수 있게 해주기 때문이다. 토성을 닮았지만 모항성과 너무 가까워 ‘뜨거운 토성’으로 불리는 이 행성은 TESS에 설치된 첨단 카메라들에 의해 포착됐다. 이에 대해 연구에 공동저자로 참여한 스티브 카발러 미 아이오와주립대 천문학과 교수는 성명을 통해 “이는 TESS에서 나온 첫 번째 자료에 불과하다”며 앞으로 더 놀라운 발견이 있을 것을 시사했다. 지난해 4월 18일 발사된 TESS는 전임자인 케플러 우주망원경의 임무를 물려받아 태양의 이웃에 있는 수십만 개의 별들을 조사하고, 외계행성들이 모항성의 앞을 가로지를 때 일어나는 밝기의 감소를 관측하는 방법으로 외계행성을 찾는다. 이를 트랜싯 법이라 하는데, NASA의 케플러 우주망원경은 이 기법으로 현재까지 발견된 3750개의 외계행성 중 약 70%를 발견했다. 그러나 TESS 임무에 참여한 과학자들은 TESS가 케플러보다 훨씬 더 많은 업적을 올릴 수 있을 것으로 기대한다. 케플러는 1차 임무 중 하늘의 한 작은 한 구역을 작업장으로 제한했지만, TESS는 계획된 2년간의 관측 동안 거의 모든 하늘을 샅샅이 조사할 계획이다. 이 조사는 하늘에 있는 20만 개의 가장 밝은 별에 중점을 둘 것이다. 말하자면 별지기들에게 친숙한 별자리의 거의 모든 별 주위를 뒤져 외계행성을 찾아낸다는 듯이다. 이들은 TESS가 지구 크기를 포함한 외계행성 약 1600개를 새로 발견해낼 것으로 추산하고 있다. TESS는 성진, 곧 별의 지진파를 감지할 수도 있는데, 지구의 지진파처럼 별을 관통하는 이런 현상이 일어날 경우 별의 밝기는 급격한 변화를 보인다. 성진은 모든 별에서 일어나는 현상으로 어느 정도 별을 요동시키지만 항상 발견할 수 있는 것은 아니다. 그러나 성진학자들은 이런 별의 떨림으로 해당 별의 질량과 나이 그리고 크기에 대한 유용한 정보를 얻어낸다. 그런 정보는 별의 궤도를 도는 행성에 관한 세부사항을 파악하는 데 도움이 된다. 이 연구에서 TESS 자료는 모항성 TOI-197의 나이가 약 50억 년이며, 크기는 태양보다 조금 더 크고, 적색거성(별의 후기 생애 단계)으로 변하기 시작한 것을 밝혔다. 이 별 주위를 돌고 있는 TOI-197.01 행성은 토성 크기의 가스 행성이지만, 태양계의 토성과는 달리 모항성에 너무 가까이 접근해 있어서 공전주기가 14일에 불과하다. 이 행성은 토성 크기의 외계행성으로는 아마 가장 정확하게 연구된 대상일 거라고 한 연구원은 밝혔다. TOI-197.01은 모항성에 너무 가까이 돌고 있으므로 불행하게도 적색거성으로 뜨거워지는 모항성에 의해 바짝 구워질 운명에 처해 있다. 천문학자들은 별이 팽창함에 따라 근접한 행성은 그 열기로 인해 크게 부풀어오를 수 있으며, TOI-197.01의 경우 케플러가 발견한 적색거성에 딸린 저밀도의 거대 가스 행성들처럼 팽대할 것으로 예측한다. 한편 이번 연구 논문은 출판 전 논문저장소 아카이브(arXiv)에 수록됐으며, 저명한 천문학 분야 학술지 ‘천문학 저널’(AJ·The Astronomical Journal) 최신호에 실릴 예정이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

칠흙같은 밤하늘에 수많은 보석을 뿌려놓으면 이같은 모습일까? 지난 11일(현지시간) 유럽우주국(ESA)은 수많은 '보석'들로 빽빽한 별들의 도시 '메시에 28'(Messier 28)의 사진을 홈페이지에 공개했다. 허블우주망원경의 광시야 카메라 3(WFC3)과 탐사용 고성능 카메라(ACS)에 의해 촬영된 이미지를 합성한 이 사진은 우주에 대한 아름다움을 넘어 경외감마저 자아낸다. 지구에서 약 1만 8000년 광년 떨어진 궁수자리에 위치한 메시에 28(혹은 NGC 6626)은 이름에서처럼 지난 1764년 프랑스의 천문학자 샤를 메시에가 발견해 자신의 천체목록에 넣었다. 흥미로운 점은 당시 메시에는 메시에 28를 별이 없는 성운(星雲·가스와 먼지 등으로 이루어진 대규모의 성간물질)으로 판단한 것. 그러나 메시에 28은 사진에서처럼 보석같은 별들로 가득하다. 특히 메시에 28은 별들이 마치 공처럼 둥글게 모여있어 구상성단(球狀星團·globular cluster)으로 분류되며 적어도 5만 개 이상의 별들이 존재할 것으로 추측된다. 　　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

1798년 5월 19일 나폴레옹이 이끄는 프랑스군은 프랑스 남동부의 툴롱항에서 출항한다. 병사가 약 4만명, 선원이 약 1만명, 도합 5만명 가까이 되는 대부대였다. 원정대에는 167명의 민간인들도 함께하고 있었다. 이들은 원정지에서 학술조사를 수행하게 될 공학자, 천문학자, 건축가, 화학자, 박물학자, 지리학자, 동양학자 같은 여러 분야의 전문가들이었다. 총인원이 5만명이나 되는 대규모 원정대였지만, 극소수의 인원을 제외하고는 원정의 목적이 무엇인지 모르고 있었다. 이 원정이 극비 작전이었기 때문이다. 원정대에 합류한 민간인 전문가들도 대부분 목적지를 모르고 있기는 마찬가지였다. 이들은 그저 어딘가에서 학술조사를 할 수 있다는 학문적 열정과 국가에 봉사하는 것인 만큼 원정이 끝난 이후에는 좋은 일자리를 구할 수 있을 것이라는 기대 때문에 원정대에 합류했던 것이다. 원정대가 향하고 있는 곳은 이집트였다. 유럽 전체를 상대로 전쟁을 벌이고 있던 프랑스는 인도로 가는 길목인 이집트를 장악해 영국에 타격을 줄 생각이었다. 또한 혁명 이후 프랑스를 장악한 총재 정부의 입장에서는 점차 정치적 영향력이 커져만 가는 나폴레옹을 프랑스에서 멀찍이 떨어진 곳으로 보내 계속해 군사활동에 전념하게끔 해야 할 필요도 있었다. 원정대는 툴롱을 떠난 지 22일 만에 몰타에 도착했다. 시간이 꽤 걸렸던 것은 영국 함대의 포위망을 피해 항해해야만 했기 때문이었다. 이때 영국 함대의 사령관이 넬슨 제독으로 널리 알려진 호레이쇼 넬슨이었다. 프랑스군은 간단하게 몰타를 점령한 뒤 다시 항해를 시작했다. 원정대 대부분은 여전히 목적지가 어딘지 모르고 있는 상태였다. 그리고 6월 28일 드디어 나폴레옹의 이름으로 포고문이 발표된다. “제군들, 우리는 이집트로 향하고 있다. 그대들은 우리 문명과 세계 무역에 미치는 효과가 산술적으로는 계산할 수 없을 만큼 엄청난 탐험을 시작할 것이다. 우리가 만나게 될 사람들은 이슬람교도들이다. 코란이 규정한 의식이나 모스크에 대해, 그대들이 수도원과 시너고그, 그리고 모세와 예수 그리스도의 종교에 대해 가지고 있는 것과 같은 관용을 가져라. 로마 군단은 모든 종교를 존중하고 보호했었다.” 천 년도 더 전에 역사의 뒤안길로 사라진 로마 군단을 언급하면서 자신들과는 완전히 다른 문화적, 종교적 관습을 갖고 있는 이들을 존중해야 한다는 상대주의적 관점을 강조하는 것을 보면 나폴레옹은 좀 진부한 표현이기는 하지만 ‘인문학적 감각’이 충만한 사람이었던 것 같다. 나폴레옹의 뛰어난 ‘인문학적 감각’은 이집트 도착 후 맘루크 군과의 전투에 앞서 그가 병사들에게 했던 연설에서도 확인 가능하다. “피라미드 꼭대기에서 수천년의 역사가 그대들을 내려다보고 있다.” 혹자들은 전투가 벌어진 엠바베평원이 기자 피라미드와 10킬로미터 이상 떨어져 있었기 때문에 병사들은 피라미드를 볼 수 없었을 것이고, 그렇기 때문에 나폴레옹의 이 말은 훗날 만들어진 것일 뿐이라고 주장하기도 한다. 그러나 18세기보다 기상 여건이 훨씬 더 열악해진 현재에도 기자와 15킬로미터가량 떨어진 카이로 시내의 시타델에서 기자의 피라미드 3기를 분명하게 볼 수 있다. 높이가 각각 138, 136, 65미터에 이르는 기자 피라미드들의 규모도 규모거니와 파리미드들이 세워진 곳은 주변보다 높은 고원지대다. 기자고원과 엠바베평원 사이에 특별한 지형지물이 없다는 점을 고려한다면 프랑스 군이 맘루쿠 군과의 전투를 앞두고, 혹은 전투 중에 피라미드를 보지 못했을 까닭이 없다. 나폴레옹과 그의 군대가 피라미드를 볼 수 없었을 것이라는 주장은 현장 경험이 결여된 주장일 가능성도 있다.

요즘 같이 미세먼지 가득한 하늘에서는 엄두도 낼 수 없지만 맑은 밤하늘 반짝거리는 별들을 보면서 사람들은 ‘우주는 얼마나 넓을까’ ‘우주의 무게는 얼마나 될까’라는 상상을 해보곤 한다. 사람의 체중을 재듯 정확하게 우주와 은하계의 무게를 잴 수는 없지만 천문학자들이 은하질량의 가장 근사치를 최근 발표해 주목받고 있다. 미국 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터, 우주망원경과학연구소, 천문학연구대학협회, 유럽우주국(ESA) 공동연구팀이 NASA 허블우주망원경과 ESA 가이아위성을 활용해 은하질량을 예측하는데 성공하고 천문학 분야 국제학술지 ‘천체물리학’에 곧 발표될 예정이라고 8일 밝혔다. 이들 연구에 따르면 은하의 무게는 약 1조 5000억 태양질량으로 조사됐다. 태양질량은 천문학에서 항성(별)이나 은하 질량을 표시하는 단위로 태양 1개 질량과 동일하며 지구 33만 2950개의 질량과 동일하다. 지난 수십 년 동안 많은 학자들은 은하의 무게가 태양계 질량의 5000억~3조 사이가 될 것이라고 다양한 측정치를 내놨다. 연구팀은 허블망원경과 가이아위성을 이용해 구상성단의 3차원 운동을 측정했다. 별들은 우리은하 중심을 천천히 공전하고 있다. 가이아위성의 관측자료를 바탕으로 우리은하의 정확한 3차원 지도를 만들고 그 움직임을 추적하도록 했다. 허블우주망원경은 가아이위성보다 관측범위는 작지만 희미한 빛을 가진 별까지 측정할 수 있기 때문에 멀리 떨어진 영역까지 관측이 가능하다는 장점이 있다. 이번 연구는 최근 10년 동안 13만광년 거리에 있는 12개의 성단을 측정한 허블 망원경 측정결과와 6만 5000광년 거리까지에 있는 34개 구상성단을 관측한 가이아위성 측정치를 결합시켰다. 은하수에 있는 약 2000억개의 별의 무게는 몇 %에 불과하고 여기에는 400만개 정도의 태양과 비슷한 질량을 가진 초거대질량 블랙홀이 포함돼 있다. 질량의 나머지 부분은 우주 전체를 뒤덮고 있으면서도 보이지 않은 암흑물질인 것으로 알려졌다. 이번 은하질량 추산을 통해 가벼운 은하는 약 10억 태양질량을 갖고 있는 반면 무거운 것은 30조 태양질량까지 다양한 것으로 나타났다. 1조 5000억 태양질량을 가진 은하가 일반적인 것으로 알려졌다. 허블측정을 주도한 토니 손 미국 우주망원경과학연구소 박사는 “이번 측정을 통해 우리 은하 주변 광대한 암흑물질 질량 측정도 가능해질 것”이라며 “은하 무게 측정은 우주의 생성과 진화의 과정을 더 자세히 이해할 수 있게해줄 것으로 본다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

엄마 손잡고 놀러와 고사리 손으로 조개 캐보는 아이 옹이 진 손가락으로 종일 허리 굽혀 갯것 캐는 어민들 모두 ‘감태 매기’ 몰두하다 보면 노을지는 평온한 동네어촌은 두 가지 얼굴을 가졌습니다. 여행지로서의 어촌과 삶의 터전으로서의 어촌. 전자에 한갓진 풍경, 다양한 체험거리, 바구니 가득 바지락을 채운 여행자가 있다면, 후자에는 고된 노동, 마디마디가 옹이 진 손가락, 종일 허리 굽혀 갯것을 캐는 어민이 있습니다. 이맘때 충남 서산의 중리어촌체험마을은 어촌의 두 가지 얼굴을 보여주는 여행지입니다. 선택은 자유입니다. 감태 뜨기 체험을 하며 서산의 갯벌을 알아가도 좋고, 허리를 한껏 수그리고 감태 매는 어민을 보며 노동의 무게에 대해 사색해도 좋습니다. 어떤 선택을 하든 여행의 끝자락에는 감태 한 장이 식탁에 오르기까지의 수고로움을 생각하게 될 겁니다. 그리고 하나 더. 연초록 물이 든 감태가 입에 들어오면 봄이 시작되었음을 깨닫게 될 겁니다.충남 서산 시내에서 차로 30분 거리에 평온한 어촌이 있다. 세계 5대 청정 갯벌 중 하나인 가로림만에 자리한 중리어촌체험마을이다. 펄이 깨끗하니 마을에서 나는 바지락, 굴, 뻘낙지는 청정 수산물로 이름났다. 그뿐 아니다. 숱한 어촌체험마을 중 2016년도 어촌마을 전진대회에서 대상을 수상한 이력이 있을 만큼 운영 실력을 검증받았다. 바지락 캐기 체험, 감태 뜨기 체험, 쪽대 그물로 물고기 잡기 등 체험거리도 다양하다. 해마다 10만 명 이상의 관광객이 찾아와 추억을 만들고 간다. 이맘때 마을에서 흔히 볼 수 있는 풍경은 갯벌에서 감태 매는 어민들이다. 감태 철인 겨울부터 초봄까지 마을의 하루 작업량은 150톳, 1만 5000장이나 되는 양이다. 갯벌을 뒤덮은 초록색 실오라기가 걷힐 때마다 봄이 딸려온다.●年10만 명 이상 관광객 찾아… 지금은 갯벌서 감태 매기 한창 발이 푹푹 빠지는 중리 갯벌 군데군데 초록빛 잔디가 깔려 있다. 긴 고무장화를 신은 할머니가 갯벌 이리저리 옮겨 다니며 잔디를 한 움큼씩 건져 올린다. 잔디의 정체는 감태, 한겨울부터 초봄까지 나는 녹조류 갈파래과다. 감태는 언뜻 보면 파래나 매생이와 비슷하지만 알고 보면 전혀 다르다. 감태 줄기는 파래보다 가늘고 매생이보다 굵다. 양식 방법도 다르다. 파래나 매생이는 주로 대나무 발에 포자를 붙여 양식하는 반면, 감태는 갯벌에 포자가 박힌 뒤 제 알아서 자란다. 상서로운 땅, 서산의 자연이 주는 귀한 식재료다. 감태는 채취하기가 여간 까다로운 게 아니다. 수온이 조금만 높아져도 연초록색이던 것이 갈색으로 변한다. 하늘하늘하던 것이 뻣뻣해져 맛도 없다. 깨끗한 갯벌에서만 자라는 데다가 양식도 불가능하다. 노동은 또 얼마나 고된가. 호미로 밭을 매듯 갯벌에 찰싹 달라붙어 손으로 뜯어야 하기에 감태는 ‘맨다’고들 한다. 매고, 씻고, 발에 뜨고, 말리는 모든 과정이 손으로 시작해 손으로 끝난다. 당연지사 김보다 훨씬 귀한 대접을 받는다. 중리어촌체험마을은 감태 뜨기 체험을 통해 감태가 식탁에 올라오기까지의 과정을 알려준다. 고층 빌딩에 둘러싸여 살고 편의점 음식에 길들여진 ‘도시 촌놈’이 서산의 갯벌, 자연의 맛을 느낄 기회다. 체험 후에는 건조한 감태를 집에 가져갈 수 있다. 감태 김은 한 톳(100장)당 3만 5000원 선. 어른은 25장, 어린이는 10장을 가져갈 수 있으니 나쁘지 않은 장사다.●매고, 씻고, 뜨고, 말리는 전 과정이 손으로 시작해 손으로 끝나 체험은 감태를 씻는 것부터다. 감태 줄기 사이사이의 진흙이 빠져나가도록 몇 번씩 헹구는데, 마구잡이로 휘젓지 말고 시계 방향으로 둥글게 돌려가며 씻는 것이 포인트다. 다음 단계는 감태 뜨기. 헹군 감태를 감태 발과 틀을 이용해 물속에서 골고루 펴는 작업이다. 한곳에만 뭉치지 않도록 감태를 이리저리 움직여야 하니 체험자들은 이내 말을 잊고 집중한다. 한 올 한 올 흩날리던 감태가 체험자의 손에 이끌려 네모난 김처럼 모양새를 갖춰간다. 마지막 단계인 감태 건조까지 거치면 감태 뜨기 체험이 마무리된다. 체험까지 했는데 감태 맛을 논하지 않을 수 없다. ‘감태’(甘苔)를 풀면 단 이끼다. 이끼처럼 생겨서 단맛이 난다고 붙은 이름이다. 그런데 이 단맛이라는 게 참 묘하다. 처음엔 쓴맛이 지배적이다가 씹을수록 단맛이 천천히 번진다. 엔딩 크레디트가 올라가도 자리를 뜰 수 없는 영화처럼 단맛의 여운이 짙다. 감태 김 한 장에 수백 번의 허리 굽힘, 수십 번의 헹굼이 담겨 있다고 생각하면 더욱 곱씹게 되는 단맛이다. 이 쌉싸래한 달달함에 중독되면 김이나 파래는 성에 차지 않는다. 감태 김치, 감태 무침 등 감태를 먹는 방법은 여러 가지이지만 가장 쉬운 방법은 감태 김에 밥 한 숟갈 올려 양념장에 찍어 먹는 것이다. 마을의 다양한 즐길 거리 중 바지락 캐기 체험은 가족 방문객에게 언제나 인기다. “엄마, 나 게 잡았어!” 갯벌에서는 아이들이 너 나 할 것 없이 소란스러워진다. 바지락은 갯벌 표면 가까이에 살기 때문에 호미로 야트막한 곳을 공략하는 것이 좋다. 체험 후에는 중리의 너른 갯벌을 따라 마을을 산책할 시간이다. 이른 봄 햇살을 받은 갯벌은 별 가루를 뿌린 듯 반짝이고, 꽃무늬 작업복을 입은 할머니는 익숙한 손놀림으로 갯것을 손질한다. 마을의 오늘은 어제와 다르지 않고 내일도 오늘과 같을 것이다. 단조로울 정도로 반복되는 일상의 어촌이지만 지금 이 순간에도 중리 감태에는 연초록 물이 오른다. 봄이 오고 있다는 소리다.중리어촌체험마을 인근 볼거리 ●묵향 흐르는 문화예술공간, 서산창작예술촌 중리어촌체험마을 맞은편 언덕배기에 분홍색 옷을 입은 단층 건물이 있다. 2010년, 서산시가 폐교를 매입해 만든 서산창작예술촌이다. 서예, 미술, 도예 등의 다양한 전시가 두세 달에 한 번씩 교체되며 연중 열린다. 예술촌은 30분 남짓이면 둘러보기 충분하다. 초등학교 교실과 복도는 어엿한 갤러리가 된다. 마룻바닥이 삐거덕대는 소리와 스피커에서 흐르는 클래식 음악이 기분 좋은 화음을 이룬다. 예술촌 뒷문은 운동장으로 이어진다. 하늘로 힘차게 뻗은 솟대와 나룻배가 서산의 들녘을 배경으로 안온한 풍경을 연출한다. 서산창작예술촌이 특별한 것은 한국을 대표하는 서예가 중 한 명인 시몽 황석봉이 이곳의 관장이기 때문이다. 웅진식품 ‘아침햇살’ 음료수 병의 수묵화, 국순당 ‘백세주’의 글씨 모두 그의 작품이다. 서산 출신인 황 관장은 50여 년의 서울살이를 마치고 고향에 돌아와 허름한 폐교에 자신의 예술혼을 불어 넣었다. 크고 작은 작품부터 매주 화요일 오후 2시에 열리는 서예 아카데미까지 예술촌 구석구석에 그의 손길이 닿지 않는 곳이란 없다. 서예 아카데미에서는 서예의 대가에게 전통서예, 현대서예, 전각을 배울 수 있다. 수업료는 무료, 재료비는 별도다.●류방택 선생 업적 기리는 ‘서산류방택천문기상과학관’ ‘류방택’이라는 이름은 낯설어도 만 원권 지폐 뒷면의 별자리 그림은 익숙하다. 그림의 정체는 천상열차분야지도(국보 제228호). 서산 출신의 고려 말 천문학자, 금헌 류방택 선생이 제작한 것이다. 하늘을 그린 석각 천문도 중 세계에서 두 번째로 오래된 소중한 문화유산이다. 둥근 원 안에 1467개의 별을 새겼는데, 별의 밝기에 따라 크기를 다르게 표현했다. 서산류방택천문기상과학관은 류방택 선생의 업적을 기리기 위해 세웠다. 관측실에서 천체를 관측할 수 있음에도 ‘천문대’라고 명명하지 않은 이유다. 1층의 류방택사료관에서 류방택 선생과 천상열차분야지도에 관한 전시를 둘러보아야 공간을 제대로 이해했다고 할 수 있다. 주 관측실은 현재 장비 수리 중으로 보조관측실만 이용할 수 있다. 보조관측실의 슬라이딩 돔 뚜껑이 열리고 굴절망원경으로 낮에는 태양의 흑점이나 홍염, 밤에는 달이나 별자리가 보일 때엔 모두가 탄성을 지른다. 주의할 점 하나. 해가 지고 별이 뜨기 전인 박명 시간(오후 5시 30분~7시 30분)에는 태양과 별 모두 관측할 수 없다. 이곳의 매력은 뭐니 뭐니 해도 접근성이다. 굽이진 길을 차로 몇 십 분 달려야 도착하는 두메산골 천문대가 아니다. 누구나 쉽게 찾아올 수 있는 관측소를 표방해 훤한 대로변에 자리한다. 거대한 돔 뚜껑에 이끌린 곳에서 류방택 선생의 업적을 배우고 천체를 관측하게 된다면 꽤 뿌듯한 배움이겠다. 글 이수린(유니에스 여행작가) 사진 정철훈(사진작가) ■여행수첩(지역번호 041) →가는 길 : 서울에서 자동차로 갈 경우, 서해안고속도로를 타고 서산IC에서 ‘서산, 태안’ 방면으로 우회전한다. 서산톨게이트 통과 후 70번 지방도를 지나 중왕교차로에서 중왕리 방면으로 우회전한다. 왕산이로를 5㎞가량 달리다 어름들2길을 따라가면 중리어촌체험마을이다. →맛집 : 서산시청 앞에 있는 진국집(665-7091)은 오래된 게국지 집으로 이름났다. 젓갈을 듬뿍 넣은 게국지를 중심으로 나물 반찬, 달걀찜 등을 준다. 삼기꽃게장(665-5392)은 2대에 걸쳐 운영하는 간장게장 전문점이다. 어리굴젓을 숙성시킨 젓국을 써서 꽃게의 비린 맛을 잘 잡아낸다. 큰마을영양굴밥(662-2706)은 간월암 근처에 있는 굴 요리 전문점이다. 간월도 자연산 굴, 대추, 은행 등이 들어간 영양굴밥이 대표 메뉴. 김에 굴밥과 어리굴젓을 함께 싸먹는 맛이 일품이다. →잘 곳 : 서산버스터미널과 중앙호수공원 근처에 잘 곳이 모여 있다. 중앙호수공원에서 도보 5분 거리에 있는 서산아리아호텔(668-7822)은 블랙 앤 화이트로 단장한 인테리어가 깔끔하다. 특실에는 의류 관리기인 스타일러를 비치했다. 계암고택(010-2376-8273)은 한옥의 전통미와 현대식 시설의 편안함이 조화를 이루는 고택이다. 19세기에 지은 사대부 한옥이지만 현대식 화장실, 부엌, 에어컨 등을 갖췄다.

은하계에 있는 수많은 별은 제각기 고유의 속도와 방향으로 이동한다. 이렇게 많은 별이 각자의 방향으로 움직이면 충돌 사고가 빈번히 일어날 것 같지만, 별 사이에는 수 광년 정도의 큰 공간이 있기 때문에 사실 은하가 충돌하는 경우에도 별이 서로 충돌하는 일은 매우 드물게 발생한다. 그런데 두 별이 아슬아슬하게 스쳐 지나가는 경우 별 주변을 공전하는 행성은 어떻게 될까? 과학자들은 이런 경우 행성의 궤도가 크게 변하거나 심한 경우 행성계에서 추방당해 떠돌이 행성이 될 수 있다고 보고 있다. 하지만 지금까지 이를 직접 관측하기는 어려웠다. 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스와 스탠퍼드 대학의 과학자들은 갓 태어난 외계 행성을 연구하던 중 다른 별에 의해 행성의 궤도가 변한 증거를 발견했다. 이들이 연구한 HD 106906은 태어난 지 1500만 년 정도 되는 쌍성계로 별의 나이로 보면 신생아에 가까운 어린 별이다. 이 별 주변에는 아직도 가스와 먼지 디스크가 존재하며 여기서 새로운 외계 행성이 태어나고 있다. 이 별에서 목성 질량의 11배 정도 되는 대형 행성인 HD 106906 b를 관측한 연구팀은 한 가지 의외의 사실을 발견했다. 이 행성의 공전 궤도가 지구-태양 거리의 738배나 될 뿐 아니라 공전 궤도 역시 21도 정도 가스 디스크와 어긋나 있던 것이다. 연구팀은 가장 가능성 높은 원인이 근처를 지나던 다른 별의 중력이라고 생각하고 수백 만년 사이 HD 106906 근처를 지났던 별 461개를 조사했다. 다행히 우리 은하의 별 13억 개의 위치와 이동 방향을 관측한 유럽우주국(ESA)의 가이아(Gaia) 위성 덕분에 연구팀은 가장 유력한 용의자를 확인할 수 있었다. 연구팀에 따르면 300만 년 전 HD 106906에 근접해 다른 쌍성계(사진에서 오른쪽 사각형)가 지나갔고 이로 인해 HD 106906 b의 궤도가 타원형으로 크게 변하면서 지금의 위치로 이동했다. 과학자들은 이론적으로 이런 일이 자주 생긴다고 생각했지만, 실제 관측에 성공한 경우는 매우 드물다. 원인이 되는 별은 이미 오래전 지나갔고 멀리 떨어진 행성은 관측이 어렵기 때문이다. 이 경우 원인이 되는 별이 근처에 있었고 외계 행성도 크기가 크고 온도가 높아 관측이 상대적으로 쉬웠다. 물론 최근 관측 기술이 크게 발전한 것도 중요한 이유다. 오래 전 천문학자들은 행성의 운행은 매우 규칙적인 일로 그 궤도는 영구불변이라고 생각해왔다. 하지만 과학자들은 행성의 궤도가 다른 행성의 중력이나 충돌, 그리고 다른 별의 중력 간섭으로 얼마든지 바뀔 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 다행히 태양계는 당분간 큰 변화가 없겠지만, 태양계 역시 영원하지는 않을 것이다. 운 없게 다른 별이 근처를 지나가면서 행성의 궤도가 바뀔 수 있고 그렇지 않더라도 50억 년 후 태양이 적색거성 단계를 거쳐 죽게 되면 살아남은 행성 역시 궤도가 바뀌게 된다. 비록 우리는 이 사실을 확인할 때까지 살 수는 없지만, 과학자들은 다른 행성과 별을 연구해 태양과 태양계의 미래를 예측할 수 있다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

천문학자들은 지난 수십 년간 수천 개의 외계 행성을 발견했다. 초창기에는 관측 기술의 한계로 별에 가까이 위치해 표면 온도가 매우 높은 뜨거운 목성(hot Jupiter)형 외계 행성만 관측 가능했지만, 현재는 기술 발전로 매우 다양한 형태의 외계 행성이 발견되고 있다. 특히 작년부터 관측을 시작한 TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite)는 전임자인 케플러 우주 망원경보다 훨씬 강력한 성능으로 지구와 유사한 크기의 외계 행성을 다수 찾아낼 것으로 기대된다. 최근 하버드 스미스소니언 천체 물리학 연구소 (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)는 TESS 데이터를 분석해 지구형 외계 행성이지만, 공전 주기가 11시간에 불과한 외계 행성을 찾아내는 데 성공했다. 지름은 지구의 1.3배 정도로 지구보다 약간 크기만 표면 온도가 800K (섭씨 527도)에 달해 수성이나 금성보다 뜨겁기 때문에 생명체가 살 수 없는 환경이다. 그나마 이 외계 행성이 태양보다 많이 어두운 별 주변을 공전하기 때문에 표면 온도가 뜨거운 목성형 외계 행성보다 낮은 수준이다. 과학자들은 이 행성이 뜨거운 지구 (hot Earth)라는 새로운 분류의 외계 행성이라고 보고 있다. 이 행성의 공전 궤도는 모항성 지름의 7배 수준에 불과해 비율로 따지면 지구 – 달 거리보다 더 가깝다. 이렇게 가까운 거리에서 공전하면 아무리 어두운 별 근처라도 강력한 항성풍과 플레어 (별 표면에서 발생하는 폭발)에 의해 대기가 모두 사라졌을 것으로 예상된다. 하지만 나이가 젊은 행성이고 지구보다 큰 중력과 상대적으로 낮은 온도를 생각하면 아직 옅은 대기를 가지고 있을 가능성도 있다. 연구팀은 정확한 검증을 위해 후속 연구를 준비하고 있다. 어쩌면 지구형 행성의 대기가 항성풍과 방사선에 의해 벗겨져 나가는 보기 드문 장면을 포착할 수 있기 때문이다. 케플러의 후계자인 TESS는 활동을 시작한 후 1년도 되지 않아 여러 가지 과학적 성과를 거두고 있다. 수천 개의 외계 행성을 찾아낸 후 임무를 마감하고 작년에 퇴역한 케플러의 후계자 역할을 이미 톡톡히 하는 셈이다. 앞으로 지구와 매우 흡사한 외계 행성은 물론 새로운 형태의 외계 행성이 TESS에 의해 여럿 발견될 것으로 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

-다음 돌아올 핼리 혜성을 볼 수 있는 사람은? 남쪽의 튀코 우주에 조금만 관심이 있는 사람이라면 핼리 혜성을 모르는 이는 없을 것이다. 핼리 혜성의 존재를 최초로 밝힌 것으로 유명한 에드먼드 핼리는 영국의 천문학자로, 지구 물리학, 수학, 기상학 및 물리학 분야에서도 중요한 발견들을 해낸 다용도 과학자다. 1656년 11월 8일 영국 런던에서 부유한 사업가 집안에서 태어난 핼리는 어려서는 집에서 가정교사에게 공부하다가 17세가 된 1673년 옥스퍼드 대학에 입학했다. 핼리는 입지(立志)가 빨랐던 인물이다. 일찍이 천문학에 꽂혀 20살 때 그리니치 천문대에서 개인적인 관측을 마음대로 할 수 있게 되자 다니던 옥스퍼드 대학을 그만두고 아프리카 서해안의 세인트헬레나 섬으로 가는 배에 올랐다. 1677년 11월 7일 수성이 지구와 태양 사이의 일직선상에 놓이는 태양면 통과(transit) 현상의 관측과, 아직까지 한번도 시도되지 않았던 남반구 별들을 관측하기 위해서였다. 거기서 핼리는 수성의 태양면 통과를 관측하고 진자실험(振子實驗)을 했다. 22살 때 귀국한 그는 341개 남반구 별들의 정보를 실은 '남천 항성목록'을 출판한 데 이어, '행성의 궤도에 대하여'라는 논문으로 명성을 쌓았다. 영국와 찰스 2세는 옥스퍼드에 핼리에게 석사학위를 주라는 칙령을 내렸다. 중퇴자에게 석사학위를 준 전례가 없었기 때문에 대학 당국은 한동안 망설였지만 칙령을 무시할 수는 없었다. 결국 핼리는 대학 중퇴자로서 석사학위를 받았을 뿐더러, 왕립협회 회원으로 천거되어 당당한 천문학자로 입신했다. 그때 핼리의 나이 22살로, 최연소 왕립협회 회원이었다. 왕실 천문학자이자 그리니치 천문대장인 존 플램스티드는 핼리를 ‘남쪽의 튀코’라고 불렀다. 덴마크의 천문학자로 역사상 최고의 육안 관측자로 꼽히는 튀코 브라헤에 비견한 것이다. 크리스마스 전날 밤에 돌아온 핼리 혜성 영국으로 돌아온 지 4년째가 되던 핼리는 그의 삶에서 전기가 된 천문학적 사건을 맞게 되었다. 장대한 꼬리를 가진 대혜성이 출현한 것이다! 오늘날 핼리 혜성이라 불리는 것이다. 고대로부터 혜성은 불길한 징조로 여겨져왔다. 핼리의 시대에도 혜성은 재앙을 알리기 위해 하늘로부터 파견된 사자라는 믿음이 널리 퍼져 있었다. 하지만 뉴턴의 친구인 핼리는 누구보다 만유인력을 잘 이해하고 있었다. 우주의 모든 천체는 만유인력의 영향을 받는다. 이는 곧 혜성이 태양을 향해 떨어져가다가 이윽고 태양을 유턴할 것이다. 말하자면 타원형 궤도를 도는 것이다. 핼리는 헤성에 관한 과거의 기록들을 샅샅이 조사했다. 그 결과, 꼭 76년 전인 1607년, 그리고 다시 76년 전인 1531년에 밝은 혜성이 나타났다는 사실을 알 수 있었다. 또 그전의 기록들에도 밝은 혜성이 75년 내지 76년을 주기로 관측되었다. 1607년의 혜성에 대해 요하네스 케플러는 “무한에서 무한으로 직선으로 움직인다”는 결론을 내리고 있었다. 그러나 핼리는 위의 혜성들이 모두 같은 것이라고 확신하고, 이 혜성은 약 3/4세기의 공전주기로 거대한 타원을 그리며 태양 둘레를 도는 태양계의 일원이라는 결론을 내렸다. 주기가 좀 차이나는 것은 목성의 인력 때문이라고 생각했다. 핼리는 1705년 뉴턴의 역학을 적용해 그 궤도를 산정하여 '혜성 천문학 총론'>이란 책을 펴냈다. 핼리의 추측이 맞다면, 1682년 밤 인류에게 엄청난 흥분을 불러일으킬 혜성은 다음에는 1758년 말이나 1759년 초에 돌아올 것으로 예상되었다. 핼리가 그때까지 산다면 102살이다. 핼리는 다음과 같은 글을 남겼다. “만약 우리가 예측한 바가 맞다면, 이 혜성은 1758년경에 다시 돌아와야 한다. 그때 우리의 정직한 후손들은 이 혜성이 영국인에 의해 최초로 발견되었음에 감사히 여길 것이다.” 핼리 혜성의 다음 회귀년은 2061년 핼리는 86살로 세상을 떠났다. 따라서 자신의 예언이 맞았는지는 확인하지 못했다. 그러나 이 예언은 정말로 성취되었다! 1758년 천문학계는 혜성에 대한 기대와 흥분으로 가득 차 있었다. 이윽고 혜성은 크리스마스 전날 밤 그 아름다운 모습을 나타내며 접근해왔다. 하늘에 나타난 ‘혜성의 귀환’을 맨 먼저 본 사람은 천문학자가 아니라, 아마추어 별지기인 독일의 한 농부였다. 그는 성탄 전야에 망원경을 들여다보다가 물고기자리 근처에서 빛나는 한 점을 발견했다. 그후 이 대혜성은 핼리 혜성이라고 불리게 되었다. 핼리의 공적에 의해서 혜성 중에 주기적인 것이 있다는 것을 비로소 알게 되었다. 고대의 기록을 알아보면, 지금까지 29회의 출현기록이 남아 있는데, 가장 오래 된 기록은 기원전 467년 중국 주대(周代)의 문서에서 찾아볼 수 있다. 1910년에 이어 1986년 지구에 출현한 핼리는 소련의 베가 1호, 유럽 우주기구의 지오트 탐사기, 일본의 플래닛 탐사기 등의 카메라에 의하여 얼음에 덮인 핵과 꼬리를 선명하게 드러냈다. 핼리 혜성의 다음 방문은 2061년으로 예약되어 있다. 현재 지구 행성에서 살고 있는 70억 인구 중 2분의 1은 그때 핼리 혜성이 태양을 향해 달려가는 장관을 볼 수 없을 것이다. 핼리 혜성은 앞으로 약 1천 번 더 회귀할 것이며, 7만 6000 년 후에 수명을 다하게 된다. ​ 핼리가 천문학에 끼친 다른 큰 영향은 항성의 고유운동 발견이다. 그는 시리우스와 아르크투루스, 알데바란의 위치가 1850년 전 고대 그리스 천문학자 히파르코스가 기록했던 위치에서 30분(1/2도) 이상 움직인 것을 발견했다. 핼리는 이것을 바탕으로 별들이 움직였다는 결론을 내렸다. 이 고유운동의 발견은 수정구에 별들이 박혀 있다고 주장한 천동설의 관에 마지막 대못을 박은 것이나 같았다. 핼리는 다재다능하여 그의 과학적 업적도 여러 방면에 걸쳐 이루어졌다. 그중 하나는 최초로 과학적인 인간의 사망률표를 만든 것으로, 이는 그후 생명보험회사들이 보험료를 산출하는 데 기초가 되었으며, 인구 통계학의 시초가 되었다. 그밖에도 뉴턴의 '프린키피아' 탄생에 결정적인 역할을 한 인물도 바로 핼리였다. 성질 까칠한 뉴턴이 만유인력의 우선권을 놓고 로버트 훅과 마찰을 빚은 나머지 프린키피아 집필을 거부했다. 핼리는 뉴턴과 훅 사이를 원만히 조절하여 뉴턴으로 하여금 다시 집필하게 하고, 원고 교정을 기꺼이 떠맡았을 뿐만 아니라, 자금이 모자라는 왕립협회를 대신하여 사비로 책을 출판하기까지 했다. 핼리가 아니었다면 '프린키피아'는 자칫 햇빛을 보지 못했을 수도 있다는 점을 생각하면, 인류 과학 발전에 끼친 핼리의 공적은 적지 않다 할 것이다. 핼리는 1703년 모교인 옥스퍼드 대학의 천문학 교수가 되었고, 64살인 1720년에는 플램스티드의 뒤를 이어 2대 그리니치 천문대 대장에 취임했다. 1742년 1월, 그가 평생을 보냈던 그리니치 천문대에서 삶을 마감했다. 향년 86세. 손에는 포도주 한 잔이 쥐어져 있었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

태양계의 목성, 토성과 유사한 외계행성들이 차세대 ‘행성 사냥꾼’의 도움으로 새롭게 발견됐다. 최근 미국 컬럼비아대학 연구팀은 지구에서 583광년 떨어진 곳에 위치한 작은 항성 주위를 도는 2개의 가스형 행성을 발견했다는 연구결과를 내놨다. 우리 태양 질량의 약 87%, 지름으로는 84%로 작은 이 항성의 이름은 'TOI-216'. 이번에 발견된 것은 TOI-216의 주위를 도는 2개의 행성으로 각각의 이름은 'TOI-216b', 'TOI-216c'다. 먼저 TOI-216b는 지구와 비교하면 질량은 26배, 크기는 8.2배로, 항성의 주위를 단 17일 만에 돌만큼 바짝 붙어있다. 그 거리는 0.13AU(1AU=1억4900만㎞)로 태양과 수성 사이 거리의 3분의 1 수준. 이 때문에 행성의 표면도 항성의 영향을 받아 뜨거운데 온도는 357℃ 정도다. TOI-216b보다 바깥쪽 궤도를 도는 TOI-216c는 이보다 더 크다. 지구와 비교해보면 질량은 190배, 크기는 11.3배나 더 큰 TOI-216c는 항성과 0.2AU 떨어져있다. 표면 온도는 224℃로 추정되며 이곳의 1년은 34.6일이다.　 연구를 이끈 컬럼비아대 천문학과 데이비드 키핑 교수는 "두 행성 모두 목성과 토성처럼 부피가 크지만 지구와 같은 암석형이 아닌 가스형"이라면서 "두 행성의 존재가 아직 공식적으로 인정받은 것은 아니지만 그곳에 두 행성이 있는 것은 거의 확실하다"고 설명했다. 이어 "이번 발견은 새로운 천체 사냥꾼인 테스(TESS)의 데이터를 이용해 가능했다"고 덧붙였다.지난해 4월 발사된 미 항공우주국(NASA)의 우주망원경 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)는 지구 고궤도에 올라 13.7일에 한 바퀴 씩 지구를 돌면서 300~500광년 떨어진 별들을 집중 조사하고 있다. 특히 TESS에 ‘차세대’라는 명칭이 붙은 이유는 지금까지 임무를 수행해 온 케플러 우주망원경의 후임이기 때문이다. 케플러보다 관측범위가 400배는 더 넓은 TESS는 20만 개의 별이 조사 범위다. 케플러와 TESS가 이렇게 많은 별들 속 외계행성을 찾을 수 있는 이유는 식현상(transit)을 이용하기 때문이다. 천문학자들은 행성이 별 앞으로 지날 때 별의 밝기가 약간 감소하는 것을 포착해서 행성의 존재 유무를 확인한다. 이후 학자들은 추가 관측을 통해 외계 행성의 존재를 최종 판단하는데 향후 이 임무는 2021년 이후로 발사가 연기된 ‘제임스 웹 우주망원경’(JWST·James Webb Space Telescope)이 맡는다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

태양보다 10배 이상의 거대 질량의 항성은 폭발로 일생을 마감하는데, 이 폭발을 초신성 폭발이라 한다. 초신성 폭발 후 엄청난 별먼지를 우주로 방출하는데, 이 별먼지가 지금까지 과학자들이 예측했던 것보다 훨씬 더 양이 많다는 사실이 처음으로 밝혀져 우주 먼지에 대한 새로운 통찰을 줄 것으로 기대되고 있다. 별의 생애 마지막에 다다른 적색거성은 먼저 자신의 외각을 둘러싼 겉껍질층을 우주로 방출시킨다. 이것이 이른바 성간 우주 구름이 된다. 그리고 별의 종말은 거대한 폭발로 장식되는데, 이때 태양 질량의 10배 이상인 거대한 항성이 순식간에 산산조각으로 파괴되고 만다. 대항성의 임종 치고는 참으로 짧은 순간에 끝나고 마는 것이다. 이것이 바로 초신성 폭발이다. 그러니까 초신성이란 사실 늙은 별의 임종인 셈이다. 옛사람들이 별이 없던 곳에 갑자기 엄청 밝은 별이 빛나는 것을 보고는 신성(新星)이라 이름붙였을 뿐이다. 미 항공우주국(NASA)의 공중천문대인 소피아 성층권 자외선 관측소(SOFIA·airborne Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy)는 초신성 1987A라고 불리는 인근 별의 폭발을 관측한 결과, 예상치의 10배 이상에 달하는 먼지 구름이 형성됐다는 사실을 알아냈다. 대마젤란 은하에 있는 해당 초신성은 발견된 연도를 이름으로 삼아 1987A로 불리는데, 이 사건은 거의 400년 만에 볼 수 있었던 가장 밝은 초신성으로, 30년 전 발견된 이래 천문학자들에게 전형적인 초신성에 대한 훌륭한 연구 자료를 제공해왔다. 과학자들은 1987A를 면밀히 관측함으로써 폭발 후 초신성의 주변환경이 어떤 변화를 거치는가에 대해 깊이 연구할 수 있었다. “우리는 1987A의 심장부에서 느리게 움직이는 먼지에 대해서는 이미 잘 알고 있는데, 그것은 죽은 별의 중심에서 만들어진 중원소들로 이루어져 있다”고 밝히는 영국 웨일스 카디프 대학교의 미카코 마쓰무라 대표 저자는 “그러나 SOFIA 관측은 먼지의 밀도에 대해 전혀 예상치 못한 사실을 알려주었다”고 덧붙였다.초신성에는 별이 폭발하기 전에 만들어진 공동의 일부인 독특한 고리들이 있다. 이제껏 천문학자들은 이 고리들의 먼지 입자가 초신성의 강력한 폭풍에 의해 파괴되었을 것이라고 예측하고 있었다. 그러나 소피아의 관측은 그 반대로 고리의 먼지가 증가한 것을 보여주었다. 그것은 초신성 폭발의 여파로 먼지 입자가 빠르게 재형성되거나 성장했음을 시사하는 것이다. 영국 왕립천문학회 월보에 실린 이 연구결과는 우리 은하계의 풍부한 성간 먼지에 대해 새로운 통찰을 줄 것으로 과학자들은 기대하고 있다. 연구팀은 먼지의 생성과 초신성 잔해의 진화에 대해 더 많은 것을 알아내기 위해 계속 소피아 망원경을 사용해 연구할 것이라고 밝혔다. NASA의 차세대 우주망원경인 제임스 웹은 2021년 3월에 발사될 예정이며, 초신성 1987A를 둘러싼 우주 먼지에 대한 추가 조사에도 투입될 예정이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com