태양 관측 60년의 역사를 자랑하는 미항공우주국(NASA)이 기념비적 '태양 미션'을 공개했다. 우주 전문 사이트 스페이스닷컴의 22일(현지시간) 보도에 따르면 나사는 2018년 솔라 프로브 플러스(Solar Probe Plus)라는 태양 플라스마 관측 탐사선을 발사할 계획이다. 천문학자들은 400년이 넘도록 태양에 대해 연구해 왔지만, 태양에 대해선 밝혀진 것보다는 미스터리에 싸여 있는 게 아직 더 많은 상황이다. 존스홉킨스 응용물리실험실(JHUAPL)에서 제작되고 있는 이 탐사선은 지금까지 인류가 시도한 어떤 탐사선보다 태양에 가까이(590만km) 접근해 코로나를 구성하는 플라스마가 어떻게 그처럼 막대한 에너지를 얻는지 조사할 예정이다. JHUAPL은 2008년 1월 태양에 탐사선 ‘메신저’를 보냈으며, 이 탐사선은 태양의 두 번째 행성인 금성 부근까지를 비행했다. 이때 사용된 내열 기술을 개선해 이번 태양 탐사선에 적용한다는 계획이다. 소형 자동차 크기의 솔라 프로브 플러스는 지구를 떠난 후 몇 년 동안 흥미진진한 볼거리를 제공할 것으로 알려졌다. 먼저 2018년에서 2024년 사이에 금성을 적어도 7차례(!) 플라이바이(flybys)할 예정인데, 이는 금성의 중력보조를 받아 탐사선의 속도를 높이기 위한 것이다. 이 플라이바이가 없으면 태양에 충분히 가까이 접근할 수가 없다. 탐사선은 태양에 접근해서는 태양 대기의 외부층과 그 바깥을 둘러싼 코로나에 뛰어들 계획이다. 물론 그 동안에도 탐사선이 아무것도 안 하는 것은 아니다. 보너스로 금성에 대한 탐사활동을 벌일 예정이다. 솔라 프로브 플러스는 태양의 590만㎞ 가까이까지 접근할 수 있다. 이 정도 거리라면 지구에서보다 태양이 25배나 크게 보인다. 따라서 2의 25제곱 배의 태양열을 받기 때문에 강력한 탄소복합 재료로 만든 열 차단막으로 탐사선을 보호해야 한다. 이 탐사선을 이용할 경우 태양에 관한 세 가지 큰 의문점에 대한 해답을 얻을 것으로 우주물리학자들은 기대하고 있다. 바로 코로나(태양 대기의 가장 바깥층)의 ‘이상고온’과 태양풍의 가속에 관한 것이다. 그리고 미스터리에 싸인 태양 장기장의 움직임에 대해서도 원인을 파악할 수 있기를 기대하고 있다. 태양표면 온도는 섭씨 6000도 수준인데도 태양 코로나는 매우 희박한 기체들의 모임이지만 태양 표면 온도의 수십 배가 되는 섭씨 100만 도에 달하는 고온이다. 이를 설명하기 위해 이제까지 여러 가지 이론들이 등장했지만, 확실히 검증된 이론은 아직까지 없는 실정이다. 솔라 프로브 플러스가 반드시 해결해야 할 미션이다. 연구진은 우주선이 590만㎞까지 접근하는 것은 사실상 태양의 코로나 안으로 진입하는 것이라고 보고 있다. 우주선은 각종 센서로 주변 성분들을 분석하고 특수영상 장치를 이용해 코로나 모습을 3차원으로 전달해줄 예정이다. 태양 활동은 지구상 인류의 생존과 직결되어 있는 문제이다. 화성에 대기가 희박한 것도 강력한 태양풍에 의해 깎여나간 것으로 과학자들은 보고 있다. 강력한 태양 플레어의 폭발과 태양풍은 지구에 재앙을 가져다줄 수도 있다. 이번 솔라 프로브 플러스 미션이 태양에 대해 보다 많은 진실을 밝혀줄 것이 기대되고 있는 것 그 때문이다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

스페이스 미션/크리스 임피·홀리 헨리 지음/김학영 옮김/플루토/724쪽/2만 8000원 2016년 7월 5일 전 세계인의 시선이 우주 너머로 쏠렸다. 미 항공우주국 나사가 쏘아 보낸 탐사위성 주노가 마침내 목성 궤도에 진입했기 때문이다. 2011년 8월 발사된 뒤 약 5년 만이었다. 주노는 앞으로 20개월간 목성 상공을 돌며 태양계에서 가장 큰 행성의 민낯을 들여다보게 된다. 때마침 우리의 과거와 미래를 찾아 떠난 무인 우주탐사선 이야기를 다룬 ‘스페이스 미션’이 출간되어 눈길을 끈다. 저명한 천문학자와 영문학자, 나사가 함께한 우주탐사 역사 기록 프로젝트다. 1957년 옛 소련이 인류 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 쏘아 올린 지 60년, 1969년 아폴로 11호를 타고 날아간 미국의 우주비행사들이 달 표면을 밟은 지 50년 가까이 우주를 향해 인류가 키워 왔던 꿈을 차곡차곡 정리했다. 그중에서도 최초로 화성에 안착한 바이킹, 바이킹의 뒤를 이어 화성을 본격 탐사하게 된 스피릿과 오퍼튜니티, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 명왕성을 스쳐지나 태양계 바깥으로 날아간 보이저, 토성과 그 위성을 본격 탐사하는 카시니-하위헌스, 인류의 기원을 알아내기 위해 시속 2만 1000㎞의 혜성 빌트2를 따라갔다가 귀환한 스타더스트 등 11개의 무인우주탐사선을 중점적으로 다룬다. 책 말미에는 앞으로 우리가 혹은, 우리의 자손들이 경험하게 될 차세대 우주 탐사 미션 6개도 다뤄진다. 당장 하나 꼽아 보자면 지구 바깥의 새로운 생명체의 가능성을 찾는 라플라스다. 모든 일이 계획대로 진행될 경우 이르면 2020년 두 개의 우주선 형태로 발사되어 2028년쯤 목성계에 당도하게 될 라플라스는 물의 존재가 거의 확실한 목성의 위성 유로파와 이오, 가니메데와 칼리스토를 조사하게 된다. 홍지민 기자 icarus@seoul.co.kr

태양계에는 8개의 행성이 존재한다. 안쪽에는 4개의 작은 암석형 행성이 있고 태양에서 좀 떨어진 장소에 4개의 대형 가스 행성이 존재한다. 이와 같은 구성을 한 이유는 태양에서 가까운 행성의 경우 가스와 먼지를 쉽게 흡수하지 못하지만, 태양풍의 힘이 약한 먼 궤도에서는 행성이 쉽게 가스를 흡수해 큰 가스 행성으로 자라나기 때문이다. 하지만 과학자들이 찾은 외계 태양계 가운데는 이런 공식과 맞지 않는 경우가 존재한다. 그중에서도 가장 극단적인 경우는 바로 '뜨거운 목성'(hot Jupiter)이라고 명명된 행성이다. 뜨거운 목성은 보통 목성보다 더 크다. 하지만 그 공전궤도는 수성보다 훨씬 모항성에 가까워서 공전 주기가 수십 일에서 수일에 불과하다. 모항성에서 가까운 거리 덕분에 표면 온도는 섭씨 1000도가 넘는 경우도 드물지 않다. 그런데 과연 어떻게 이렇게 가까운 궤도에서 거대 행성이 자랄 수 있었을까? 가장 많은 지지를 받는 가설은 바로 궤도 전이설이다. 본래 목성 정도 궤도에서 생성되었던 가스 행성이 궤도 전이를 통해서 안쪽으로 이동하면서 지금의 궤도로 이동했다는 것이다. 다만 이 경우에는 도대체 어떤 힘이 이렇게 큰 행성의 궤도를 변경했느냐는 질문이 나올 수 있다. 가장 가능성 있는 설명은 비슷한 크기의 다른 행성과의 상호 중력 작용이나 동반성의 중력 간섭이다. 이를 설명하기 위해서 과학자들은 복잡한 시뮬레이션을 통해 그 가능성을 검증해왔다. 토론토 대학의 첼시아 황(Chelsea Huang)을 비롯한 천문학자들은 이 가설에 의문을 품고 뜨거운 목성과 동반 행성을 관측했다. 만약 목성보다 더 큰 행성이 이동했다면, 그 과정에서 지구 같은 작은 행성들은 큰 행성의 중력 때문에 대부분 살아남기 어렵다. 따라서 궤도 전이설이 옳다면 뜨거운 목성은 매우 외로울 것이다. (즉, 작은 행성이 그 주변에 존재하지 않을 것이다) 연구팀이 27개의 뜨거운 목성을 관측한 결과는 27개 가운데 11개가 지구에서 해왕성 크기의 다른 행성을 가지고 있다는 것이 밝혀졌다. 만약 궤도 전이설이 옳다면 설명하기 어려운 결과였다. 여기에 작은 행성일수록 관측이 어려운 점을 생각하면 나머지 16개 행성계에도 숨은 작은 행성이 존재할 가능성이 있다. 따라서 연구팀은 뜨거운 목성이 실제로 그 위치에서 생성되었을 가능성도 고려할 필요가 있다고 주장했다. 과연 어떤 이론이 옳은지는 아직 결론이 나지 않았지만, 한 가지 분명한 부분은 우주는 생각보다 복잡하다는 것이다. 수많은 별 주변에 수많은 행성이 존재하는데, 이들의 모습은 천차만별이며 또 다른 태양계가 아니다. 어쩌면 우리는 태양계라는 우물에서 우주를 바라본 개구리인지도 모른다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

유명한 별자리인 오리온자리의 방향에 있는 오리온성운은 아마추어 천문학도는 물론이고 천문학자들에게도 매우 인기 있는 성운이다. 지구에서 1,350광년으로 비교적 가까운 거리에 있을 뿐 아니라 새롭게 생성되는 별을 관측할 귀중한 기회를 제공하기 때문이다. 오리온성운은 24광년 지름의 큰 성운으로 이곳에서 다수의 별이 탄생하고 있다. 유럽남방천문대(ESO)의 과학자들은 8.2m 구경의 지상 망원경인 VLT에 설치된 새로운 장비인 HAWK-I(High Acuity Wide-field K-band Imager)를 이용해서 오리온성운을 관측했다. 이를 통해 지금까지 관측 가능했던 가장 작은 크기의 별보다 훨씬 작은 천체를 관측할 수 있기 때문이다. 오리온성운의 가스와 먼지 속에 숨어있었던 작은 크기의 천체들을 발견한 과학자들은 놀라지 않을 수 없었다. 예상했던 것보다 훨씬 많은 작은 천체들이 있었기 때문이다. 그런데 이들은 단순히 작은 별이 아니라 더 작은 천체다. 별이 안정적으로 수소 핵융합 반응을 유지하려면 태양 질량의 8%, 혹은 목성 질량의 80배 정도에 해당하는 질량이 필요하다. 이보다 작은 천체의 경우 중수소 등을 이용한 미약한 핵융합 반응만이 가능하다. 이 상태의 천체를 갈색왜성이라고 부르며 실패한 별이라고 부르기도 한다. 만약 질량의 목성의 13배에도 미치지 못하면 어떤 형태의 핵융합 반응도 가능하지 않기 때문에 이때부터는 행성으로 분류한다. 이번 관측에서 오리온성운에는 갈색왜성이나 행성급 천체가 예상보다 무려 10배나 많은 것으로 나타났다. 상식선에도 생각해도 작은 질량을 가진 천체가 더 많이 생성되는 것이 당연하나 이는 예상을 크게 뛰어넘는 수준이다. 오리온성운은 단순히 아기별만의 탄생장소가 아니라 그보다 작은 천체까지 품은 탄생의 장소였던 셈이다. 대다수의 갈색왜성과 떠돌이 행성들은 어두우므로 망원경으로 관측이 힘들다. 이번 연구결과는 어쩌면 우주에 생각보다 더 많은 갈색왜성과 떠돌이 행성이 있을 가능성을 시사하는 셈이다. 동시에 이번 연구 결과는 오리온성운 같은 가스 성운에서 생성되는 천체의 종류를 이해하는 데 많은 도움을 주고 있다. 사진=오리온성운의 모습(유럽남방천문대) 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

종종 눈으로 보이는 것만이 전부가 아닐 때가 있다. 이 이야기는 천문학에서는 약간 다른 의미로 진실이다. 천문학자들은 눈으로는 보이지 않는 다양한 파장에서의 관측을 통해 우주의 숨겨진 모습을 밝히기 때문이다. 우리가 사는 우주는 눈으로 보이는 파장인 가시광 영역의 관측만으로는 알기 어려운 부분이 많다. 지구에서 2억5000만 광년 떨어진 은하인 UGC 1382 역시 그냥 가시광 영역에서 봤을 때는 평범한 타원 은하에 불과했다. 하지만 카네기 대학의 마크 시버트(Mark Seibert)를 비롯한 천문학자들이 나사의 은하 진화 탐사선 Galaxy Evolution Explorer(GALEX) 자외선 관측 데이터 등을 이용해서 이 은하를 분석하자 완전히 새로운 사실이 밝혀졌다. 타원은하는 사실 이 은하의 중심 부분에 불과했으며 그 주변으로는 거대한 나선 팔이 존재했다. 그리고 이 나선 팔을 감싸는 가스까지 합치면 사실 이 은하의 지름은 무려 71만8000 광년에 달했다. (사진) 이는 우리 은하 지름의 7배에 달하며 지금까지 발견된 나선 팔을 가진 은하 중 가장 큰 은하 3개 중 하나에 해당하는 크기다. 연구팀은 이 괴물같이 거대한 은하에 프랑켄슈타인 은하라는 별명을 붙였다. 이 은하의 팔과 디스크 부분은 가스의 밀도가 낮아 별이 거의 없어 가시광 영역에서는 관측이 힘들다. 하지만 여기에 존재하는 가스와 암흑 물질은 은하의 형태를 유지하는 데 충분한 중력을 제공한다. 덕분에 이렇게 거대한 은하가 존재할 수 있다. 더 흥미로운 부분은 보통의 은하와는 달리 이 은하가 안쪽의 별이 젊은 별이고 중앙에서 멀리 떨어진 별이 나이가 든 별이라는 점이다. 연구팀은 이런 특징을 고려할 때 사실 이 은하가 디스크 부분과 중심 부분이 개별적으로 진화된 별개의 은하였다가 합쳐지면서 지금의 모습이 된 것으로 보고 있다. 우주에는 이런 독특한 사연과 구조를 가진 은하가 수없이 존재한다. 천문학자들은 앞으로도 다양한 파장에서 그 비밀을 밝혀낼 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

​ 우리는 매일같이 밥 먹고 출근하고 일하는 나날의 평범한 일상을 살아가고 있지만 저 높은 하늘에는 아름답고 놀라운 일들이 늘 벌어지고 있다. 지난 10일(현지시간) 미항공우주국(NASA)에서 운영하는 '오늘의 천체사진(Astronomy Picture of the Day) 사이트에 달과 목성이 만나는 아름다운 장면이 올라 우주 마니아들의 눈길을 사로잡았다. 월령 26일쯤의 그믐달 바로 옆에 눈부시게 빛나는 저 천체는 바로 목성이다. 아, 목성 옆에 나란히 있는 저 네 개 별은 대체 뭐지? 그렇다. 바로 목성의 4대 위성이다. 갈릴레오 갈릴레이가 1610년 자작 망원경으로 최초로 발견했다 해서 흔히 갈릴레이 4대 위성이라고 불리는 목성의 달들이다. 갈릴레오는 태양계의 축소판 같은 이 목성계를 발견함으로써 천동설을 완전히 잠재울 수 있었다. 저 목성은 얼마 후 달의 뒤편으로 가려졌는데, 이를 천문학에서는 엄폐라 한다. 4대 위성의 이름을 들자면, 왼쪽에서부터 칼리스토, 가니메데, 목성, 이오 그리고 유로파이고, 모성에 가까운 순으로 쓰자면, 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토다. 공전주기는 2~16일 정도. ​각 위성의 특기할 만한 사항을 들자면, 먼저 이오는 최초로 인류에게 '광속'을 가르쳐준 위성이다. 1675년 덴마크의 천문학자 올레 뢰머는 이오의 식을 관측하던 중 이오가 목성에 가려졌다가 예상보다 22분이나 늦게 나타나는 것을 발견했다. 그 순간, 그의 이름을 불멸의 존재로 만든 한 생각이 번개같이 스쳐지나갔다. “이것은 빛의 속도 때문이다!” 그것은 분명 지구에서 목성이 더 멀리 떨어져 있을 때, 그 거리만큼 빛이 달려와야 하기 때문에 생긴 시간차였다. 뢰머는 빛이 지구 궤도의 지름을 통과하는 데 22분이 걸린다는 결론을 내렸으며, 이를 근거로 그가 계산해낸 빛의 속도는 초속 21만 4300km였다. 오늘날 측정치인 29만 9800km에 비해 28%의 오차를 보이지만, 당시로 보면 놀라운 정확도였다. 무엇보다 빛의 속도가 무한하다는 기존의 주장에 반해 유한하다는 사실을 최초로 증명한 것이 커다란 과학적 성과였다. 이는 물리학에서 가장 중요한 기반을 이룩한 쾌거였다. 1676년 광속 이론을 논문으로 발표한 뢰머는 하루아침에 과학계의 스타로 떠올랐다. 유로파는 표면에 덮인 100㎞ 두께의 얼음 아래 바다를 갖고 있는 위성이다. 물의 양은 지구 바다보다도 2~3배 많다고 한다. 그래서 태양계에서 생명이 서식할 가능성이 가장 높은 곳으로 알려져 있다. 나사에서도 언젠가 유로파에 잠수함을 보내 바다 속을 탐사할 계획이다. 이번에 목성으로 보낸 탐사선 주노의 임무에는 유로파 탐사도 포함되어 있다. 가니메데는 비록 위성이지만 지름이 5200km가 넘어 지구의 달보다도 더 크다. ​그야말로 태양계 최대 위성이다. 칼리스토 역시 두번째로 큰 목성 위성으로서 지름이 4800km로, 수성 크기와 비슷하다. ​또 하나 기억해둬야 할 사항은 희미하게 보이는 달의 어두운 부분이다. 이는 지구의 빛을 받아서 빛나는 것으로 지구조(地球照)라 한다. 지구조를 가장 먼저 발견한 사람은 이탈리아의 레오나르도 다빈치다. 역시 화가의 눈은 날카롭다. 위의 사진은 2012년 7월 15일 새벽 이탈리아의 몬테카시아노에서 크리스티안 파티난치가 찍은 것이다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

거대한 토성의 ‘머리 꼭대기’에 앉아 있는 위성 테티스의 모습이 카메라에 포착됐다. 지난 11일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 토성 위에 흰색 점으로 붕 떠있는 위성 테티스(Tethys)의 모습을 공개했다. 1684년 프랑스 천문학자인 장 도미니크 카시니가 발견한 토성의 달 테티스는 지름 1062km 크기를 가진 ‘얼음 달’이다. 그리스 신화에서 이름을 따온 테티스는 하늘의 신 우라노스와 땅의 여신 가이아 사이에서 태어난 바다의 여신이다. 실제 바다의 여신임을 입증하듯 테티스의 표면 물질은 대부분 물로 만들어진 얼음으로 이루어져 있으며 표면은 천체와 충돌하면서 생긴 ‘상처’(크레이터·crater)들로 가득하다. 환상적인 이 사진은 지난해 1월 26일 토성탐사선 카시니호가 촬영했으며 토성과의 거리는 340만 km다. 　 사진=NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우주에 관해 가장 궁금한 것 중의 하나는 과연 우주는 끝이 있을까 하는 문제일 것이다. 우주는 지금 이 순간에도 쉬지 않고 빛의 속도로 팽창하고 있다. 인류가 우주팽창을 발견한 것은 20세기 초반으로, 아직 백 년도 채 안된다. 5000 년 과학사에서 최대 발견으로 일컬어지는 이 우주의 팽창은 우리가 딛고 사는 땅덩어리뿐만 아니라 하늘도 불안정하기 짝이 없다는 황망한 사실을 인류에게 계시해준 것이었다. 우주 속의 모든 은하들은 서로로부터 하염없이 멀어지고 있다. 마치 싸우고 삐진 아이들처럼. ​우주는 가속팽창하고 있다! 그러다면 이 우주는 언제까지 이렇게 팽창을 계속할 것인가? 불과 10년 전까지만 해도 우주 안에 담긴 물질의 중력으로 인해 팽창속도가 점차 느려질 것으로 과학자들은 생각했다. 그런데 그게 아니었다. 우주의 팽창속도는 점점 더 빨라지고 있다는 놀라운 사실이 발견되었다. 말하자면 우주는 계속 가속 페달을 밟고 있다는 것이다. 우주는 지금 가속팽창을 하고 있는 중이다. 이는 지구로부터 아주 멀리 떨어진 초신성들을 우주 잣대로 하여 관측된 사실인데, 두 개의 다른 팀이 이 사실을 발견해 2011년 함께 노벨 물리학상을 받았다. ​ ​이들은 지난 1998년께 지구에서 멀리 떨어진 50개 이상의 초신성을 관찰한 결과 이들이 폭발하면서 내뿜은 빛이 예상보다 약하다는 사실을 밝혀냈다. ​스웨덴 노벨위원회는 이러한 현상이 우주의 팽창속도가 빨라지고 있음을 보여주는 것으로, 천체물리학을 뿌리부터 뒤흔든 놀라운 발견이라고 평가했다. 이와 더불어 이들이 초신성 관찰을 통해 우주의 팽창속도가 점점 더 빨라지는 사실을 규명해 "미지의 대상인 우주의 장막을 걷어내는 데 일조했다"고 선정 이유를 밝혔다. ​그렇다면, 왜 우주는 점점 더 빨리 팽창하고 있는가? 무엇이 우주 팽창의 가속 페달을 밟고 있다는 건가? 현재 과학자들은 암흑 에너지를 유력한 용의자 선상에 떠올려놓고 있다. ​그러나 암흑 에너지의 정체가 무엇인지는 아무도 모른다. 존재 자체는 의심할 바 없는데, 그 얼굴과 신상 파악은 전혀 안 되고 있다는 뜻이다. ​그래서 암흑 에너지는 암흑물질과 함께 현대 물리학의 최대 수수께끼이자 화두가 되고 있다. 현재까지 암흑 에너지에 대해 확실히 알려진 것은 우주 전체 질량의 4분의 3을 차지하고 있다는 사실뿐이다. ​이들의 발견대로 우주 팽창이 이대로 계속 가속되면 우주는 최후는 어떻게 될까? 과학자들은 결국 우주가 거대한 하나의 얼음 무덤으로 끝나게 될 것이라고 생각하고 있다. ​​안과 밖이 따로 없는 우주의 구조 그럼 팽창하고 있는 이 우주의 끝은 어디일까? 과연 우주의 끝이라고 할 만한 게 있기는 한 것일까? ​ ​우리가 볼 수 있고 관측할 수 있는 우주에 국한해 생각한다면 우주의 끝은 분명 있다. 138억 년 전에 우주가 태어났으니까, 우리는 빛이 138억 년을 달리는 거리까지만 볼 수 있을 뿐이다. 그것을 우주의 지평선이라고 한다. ​우리는 우주 지평선 너머에 있는 사건들을 볼 수가 없다. 밤하늘이 어두운 이유도 바로 거기에 있다. 아직 그 너머의 빛이 지구에까지 도착하지 못했기 때문이다. 우주가 계속 팽창하고 있기 때문에 그 너머의 빛은 영원히 우리에게 도달하지 못할 것이다. 그러니까 인류가 만일 멸망하지 않고 지구에서 영원히 살아 남는다고 해도 지구 밤하늘이 밝아지는 일은 결코 없을 거란 얘기다. ​​우주 지평선 너머에는 과연 무엇이 있을까? 우주의 등방성과 균일성을 신줏단지처럼 믿고 있는 천문학자들은 그곳의 풍경도 이쪽의 풍경과 별반 다르지 않을 거라고 생각하고 있다. 신은 공평하니까 거기라고 해서 여기와 크게 다르게 무엇을 창조해놓았을 리는 없다고 생각하는 것이다. 하지만 아무도 확신할 수는 없다. 우리는 영원히 그 너머의 풍경을 엿볼 수 없을 것이므로. ​이런 사연으로 인해 우주의 끝 문제는 그리 간단하지가 않다. 우주의 구조가 우리가 일상적으로 겪고 보는 것들과는 전혀 다른 형태를 하고 있는 것도 또 한 가지 이유이기도 하다. ​ ​한마디로 우주는 안과 밖이 따로 없는 구조를 하고 있다. 뭐? 그런 게 어디 있어? 안이 있으면 바깥도 있는 거지. 사람들은 보통 상식적으로 그렇게들 생각하지만, 안 그런 사물들도 있다. ​뫼비우스의 띠만 해도 그렇다. 한 줄의 긴 띠를 한 바퀴 틀어 서로 연결해보라. 그 띠에는 안과 밖이 따로 없다. 국소적으로는 안팎이 있지만, 전체적으로는 서로 연결된 구조다. 만약 개미가 그 띠 위를 계속 기어가면 자연 다른 면으로 이동하게 된다. ​ 클라인 병은 더 극적인 현상을 보여준다. 1882년 독일 수학자 펠릭스 클라인이 발견한 이 병은 안과 바깥의 구별이 없는 공간을 가진 구조다. 클라인 병을 따라가다 보면 뒷면으로 갈 수 있다. 그러니 안과 밖이 반드시 따로 있다는 것은 우리의 고정관념일 뿐이다. 3차원의 우주는 이런 식으로 휘어져 있다는 얘기다. ​따라서 우주에는 중심과 가장자리란 게 따로 없다. 내가 있는 이 공간이 우주의 중심이라 해도 틀린 얘기가 아니다. 우주의 모든 지점은 중심이기도 하고 가장자리이기도 하다는 뜻이다. ​우주 팽창은 나를 중심으로 ​진행되고 있다고도 볼 수 있다. 내가 만약 이웃 안드로메다 은하로 가더라도 마찬가지다. 그곳을 중심으로 모든 은하들은 나로부터 멀어져가고 있을 것이다. 우주의 모든 은하들은 이처럼 서로 후퇴하고 있는 것이다. ​이 경우 은하들이 스스로 이동하는 것은 아니다. 우주팽창은 공간 자체가 팽창하는 것이기 때문에 은하 간 공간이 늘어나고 있는 것이다. ​따라서 은하들은 늘어나는 우주의 카펫을 타고 서로 멀어져가고 있는 셈이다. ​풍선을 생각해보면 이해하기가 한결 쉽다. 풍선 위에 무수한 점들을 찍어놓고 풍선에 바람을 불어넣는다고 치자. 풍선이 무한대로 부풀어간다면 그 표면에 찍힌 점들은 서로에게서 무한히 멀어져갈 것이다. 우주의 팽창이 3차원적으로 이와 같다는 말이다. ​그렇다면 우주는 무한한가? 그렇지는 않다. 현재 우주의 크기는 약 940억 광년이란 계산서가 나와 있다. 초기에 빛의 속도보다 빠르게 팽창했기 때문이다. 이를 인플레이션이라 한다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 우주에서 빛보다 빠른 것은 없다고 하지만, 우주는 공간 자체가 팽창하는 것이기 때문에 그에 구애받지 않는다. ​어쨌든 현대 우주론은 우주의 끝에 대해 이렇게 결론을 내리고 있다. ​우주는 유한하지만 그 경계는 없다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

화성엔 지구와 달리 두 개의 위성이 존재한다. 포보스와 데이모스다. 천문학자들은 오랫동안 두 위성을 화성에 포획된 소행성으로 여겨왔다. 화성이 어떻게 이들을 포획해서 위성으로 만들었는지 해명하지는 못했다. 하지만 새로운 연구를 통해 ‘화성에 포획됐다’는 기존의 가설이 틀렸고, 두 위성은 천체 사이의 충돌로 만들어졌음을 밝혀냈다. 미국 과학 매체 사이언스데일리는 독립적이고 보완적인 두 건의 연구가 그동안 수수께끼에 쌓여있었던 퍼즐을 풀었다고 보도했다. 즉, 화성의 두 위성은 거대한 충돌로밖에 형성될 수 없었다는 것이다. 첫 번째 연구는 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)와 액상-마르세유대학 등이 천체물리학저널(The Astrophysical Journal) 최신호에 발표한 것으로, 소행성 포획을 배제한 상태에서 두 위성의 표면 특성과 양립할 수 있는 유일한 시나리오는 거대 충돌인 것으로 나타났다. 이어진 연구는 프랑스와 벨기에, 그리고 일본의 연구팀이 최첨단 디지털 시뮬레이션을 사용한 것으로, 두 위성이 어떻게 화성과 그 3분의 1 크기인 원시행성 사이에 거대 충돌이 발생해 그 잔해에서 생성될 수 있었는지를 보여준다. 파리 디드로 대학과 벨기에 왕립천문대가 CNRS와 렌 제1대학, 그리고 일본 지구생명과학연구소(ELSI)가 협력한 이 두 번째 연구는 네이처 지오사이언스 최신호에 실렸다. 기존의 가설을 뒤집고 내놓은 새로운 이론에 따르면, 화성은 형성 끝무렵에 거대한 원시행성과 충돌했다는 것이다. 남는 연구 과제는 거기서 나온 파편들이 왜 우리 지구와 같은 하나의 거대한 달 대신 두 개의 작은 위성을 형성했느냐는 것이다. 최첨단 디지털 시뮬레이션을 사용한 두 번째 연구는 마지막 남은 의문에 대해서도 실증적이면서도 완벽하고 일관된 시나리오를 제시한다. 이는 40억 년 전쯤 화성이 형성을 시작한지 1억~8억 년 사이에 그 행성의 3분의 1 정도 크기인 원시행성과 충돌해 두 위성이 만들어졌다는 것이다. 이 가설은 시뮬레이션으로도 고스란히 재현, 입증될 수 있었다. 또한 행성의 충돌 조건을 바꿔 300가지의 상황으로 계산해도 30%의 확률로 위성 2개가 형성됐다고 한다. 사진=파리 디드로 대학 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

은하는 태양 같은 별이 많게는 수천억 개 이상 모여서 만들어진 거대한 천체를 말합니다. 그런 만큼 그 크기는 태양계와는 비교할 수 없을 만큼 거대합니다. 하지만 우주의 큰 구조에서 보면 은하 역시 작은 천체라고 할 수 있습니다. 우주에 있는 은하의 숫자는 은하계의 별보다 더 많습니다. 흥미로운 사실은 과학자들이 망원경으로 현재는 물론 과거 은하의 모습도 볼 수 있다는 것입니다. 100억 년 전 은하의 형태를 연구하고 싶다면 100억 년 전 은하를 관측하면 됩니다. 빛이 지구까지 오는 데 100억 년이 걸렸으므로 그만큼 과거의 모습을 보는 것이기 때문입니다. 하지만 이렇게 먼 거리에서는 은하 같은 큰 천체도 작은 점에 불과합니다. 따라서 이를 관측하기 위해서는 아주 강력한 망원경이 필요합니다. 천문학자들은 우주 및 지상의 최신 망원경을 이용해서 우주 초기의 은하의 상태를 보기 위해 많은 관측을 해왔습니다. 그리고 이 데이터를 모아 우주 초기의 모습을 재구성했습니다. 영국 왕립 천문대는 2005년부터 수집한 영국 적외선 망원경(United Kingdom Infrared Telescope·UKIRT)의 관측 데이터를 공개했습니다. 울트라 딥 서베이(Ultra-Deep Survey·UDS)라는 이름의 이 데이터는 가장 먼 거리에 있는 은하 25만 개의 데이터를 모은 것으로, 앞으로 우주 초기의 모습을 연구하는 데 큰 도움이 될 것으로 보입니다. 멀리 떨어진 은하를 관측하는 일은 그 자체로 어렵지만, 중간에 가스 성운이나 다른 천체가 있으면 관측 자체가 불가능합니다. 따라서 지구와 멀리 떨어진 은하 사이에 아무것도 없는 좁은 공간을 통해 관측이 이뤄집니다. 사실 울트라 딥 서베이 자료는 ‘UKIDSS’(UKIRT Infrared Deep Sky Survey)로 불리는 더 큰 관측 데이터의 일부로 약 5%에 해당하는 데이터를 담고 있습니다. 이렇게 좁은 창을 통해 본 90억 년 이전의 초기 우주(사진)는 다양한 색상과 모양을 지닌 별처럼 보이지만, 사실 하나하나가 개별적인 은하입니다. 이 은하는 나중에 합체와 진화를 거쳐 우리 은하 같은 은하로 성장할 것입니다. 이 작은 점안에 수많은 별이 있고 그 별 가운데 일부는 지구 같은 행성을 거느리는 것입니다. 우주의 거대함은 인간을 한없이 겸손하게 만듭니다. 사진=오마르 알마이니, 영국 노팅엄대 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

영화 인터스텔라에는 거대 질량 블랙홀 '가르강튀아'와 그 주변에 너무 근접해 있어 시간이 느리게 흘러가는 물의 행성 '밀러'가 등장한다. 이 행성에서의 1시간은 지구에서의 7년이다. 물론 실제로 이런 거대 질량 블랙홀에 아주 근접해서 행성이 존재하기는 어렵다. 보통 거대 질량 블랙홀은 은하 중심에 존재하는 데다 주변에서 물질을 빨아들이기 때문이다. 다만 영화적 설정을 위해서 크리스토퍼 놀란 감독은 물리학자 킵 손의 자문을 구해 최대한 과학적인 배경을 만든 것이다. 그런데 과연 비슷한 별이라도 실제로 존재할까? 천문학자들은 지난 수십 년간의 연구를 통해서 우리 은하 중심에 태양 질량의 400만 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 있다는 사실을 알아냈다. 수만 광년 떨어진 거리에다 주변에 가스와 별이 밀집한 지역이라서 연구에 상당한 어려움이 있었지만, 최신의 관측 기술을 동원하여 블랙홀과 그 주변 구조가 서서히 드러나고 있다. 흥미로운 사실은 이 거대 질량 블랙홀 주변에는 블랙홀에 강력한 중력에 묶어 공전하는 별들이 있다는 것이다. 이들은 블랙홀의 근접거리에서 아슬아슬한 중력의 줄타기를 하면서 공전한다. (조금만 더 가까이 가면 블랙홀에 흡수되어 사라질 것이다) 그중 하나가 과학자들의 이목을 집중시키고 있는데, S2라고 명명된 별이다. S2는 16년 정도를 주기로 블랙홀 주변을 공전하는데, 마치 혜성 같은 길쭉한 타원 궤도를 가지고 있다. 이 별은 2018년에 블랙홀에서 가장 가까운 지점을 지나게 되는데, 이때는 블랙홀에서 엄청나게 가까워져 불과 17광시(light hour·빛으로 17시간 떨어진 거리로 대략 184억km)까지 근접할 것으로 보인다. 그 순간 속도는 광속의 2.5%로 영화 속의 행성처럼 지구와 큰 차이가 나지는 않겠지만, 시간이 천천히 가는 현상이 발생할 것이다. 만에 하나라도 행성이 있고 외계 생명체가 있다면 이들은 우리가 보기에 마치 필름을 천천히 감는 식으로 시간이 변하는 환경에서 사는 셈이다. 물론 S2 주변에 행성이 있는지는 알 수 없다. 무엇보다 별과 가스가 밀집한 지역이고 블랙홀이 가까워서 S2의 운명 역시 풍전등화라고 할 수 있을 것이다. 하지만 과학자들에게는 아인슈타인의 상대성 이론을 다시 검증하고 블랙홀의 중력장을 파악할 수 있는 절호의 기회다. 다만 거리가 워낙 멀다 보니 관측이 쉽지 않은 것이 문제다. 유럽남방천문대(ESO)는 이 한계를 극복하기 위해 8.2m 구경의 VLT 망원경 4대를 그래비티(GRAVITY)라고 명명한 강력한 적외선 간섭계로 묶었다. 이 장치 덕분에 특정 파장대에서 마치 130m 구경의 단일 망원경 같은 분해능을 확보할 수 있다. 2016년에 설치된 그래비티는 블랙홀 근접을 2년 앞둔 올해 여름부터 S2를 관측한다. (사진) 비록 영화에서처럼 멋진 사진은 아니지만, 이 별이 알려줄 물리학의 비밀은 작지 않을 것이다. 사진=ESO 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

지금까지 수많은 아름다운 천체 사진을 우리에게 전해준 허블 우주망원경. 이미 우주에서 임무를 수행한 지 26년이 넘었지만, 여전히 활약하며 우리에게 새로운 소식을 전하고 있다. 미국항공우주국(NASA)은 지난 24일(현지시간) 지금도 우주의 다양한 곳을 관측하고 있는 ‘백전노장’ 허블 망원경의 운영 기간을 5년 더 연장해 오는 2021년 6월까지 가동한다는 계획을 발표했다. 지난 1990년 디스커버리호에 실려 우주로 올라간 허블 망원경은 지구 상공 600km에 떠서 지구를 돌고 있다. 무게 12.2t, 주거울 지름 2.4m, 경통 길이 약 13m인 허블 망원경은 가시광은 물론 자외선과 근적외선의 파장을 대기의 영향을 받지 않고 관측할 수 있다. 허블 망원경은 지금까지 다양한 항성과 행성을 관측해왔을 뿐만 아니라 우주의 팽창과 암흑물질, 블랙홀 등 주요 발견을 해왔다. NASA는 이번 운영 기간 연장에 대해 “허블 망원경은 2020년대까지 충분히 관측할 수 있으며 외계 우주까지 일반적인 관측에서 좋은 성과를 역사에 남길 것”이라고 설명했다. 허블 망원경은 원래 오는 2018년 우주로 올라갈 ‘제임스웹 우주망원경’(JWST)에 임무 수행을 완전히 넘길 계획이었다. 하지만 후임 제임스웹 우주망원경은 적외선부터 근적외선을 관측해 우주의 과정을 살필 목적이므로, 허블 망원경의 관측 파장과 다르다. 따라서 천문학자들은 허블 망원경과 제임스웹 망원경이라는 두 가지 ‘눈’으로 더 넓은 파장을 관측할 수 있게 된 것이다. 이 소식에 허블 망원경을 자주 활용하고 있는 보리스 건시케 영국 워릭대 교수 등의 과학자들은 환영의 목소리를 높이고 있다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

머나먼 심우주 속 '별들의 고향'에서 태양계의 목성같은 행성이 무더기로 발견됐다. 최근 독일 막스 플랑크 천체물리학연구소 등 국제공동연구팀은 ‘메시에 67’(Messier 67) 성단에서 3개 이상의 '뜨거운 목성'을 발견했다는 연구결과를 발표했다. 지구로부터 약 2500광년 떨어진 게자리에 위치한 메시에 67은 500여 개의 별들이 모여있는 성단으로 그간 천문학자들의 주요 연구대상이었다. 그 이유는 메시에 67 속의 별들이 우리의 태양과 나이와 구성 성분이 비슷해 그 주변 행성이 어떻게 형성돼 진화해가는지 알 수 있는 완벽한 실험실이기 때문이다. 국제공동연구팀은 칠레에 위치한 라 실라 천문대의 망원경에 설치된 고해상도 전파행성추적(HARPS) 장치로 메시에 67에 속한 88개의 별을 관측해왔으며 이번 연구결과는 이 데이터를 분석해 얻어졌다. 그 결과 88개 별들 주위에 대략 3개 이상의 뜨거운 목성이 존재한다는 증거를 찾아냈다. 흥미로운 사실은 이 외계 목성들의 크기와 질량이 태양계의 목성과 비슷하지만 항성과는 매우 가깝다는 점이다. 우리의 태양과 목성과의 거리는 약 7억 7830만 km로 공전주기는 지구시간으로 12년 정도다. 그러나 이 외계 목성은 항성과 바짝 붙어있어 채 10일도 되지 않는다. 이 때문에 '뜨거운' 목성(hot Jupiters)이라는 수식어가 붙어있는 것. 　 연구에 참여한 로베르토 살리아 박사는 "외계 행성의 형성과정과 특징을 알 수 있는 좋은 연구자료"라면서 "최초 이 외계 목성들은 다른 곳에서 형성돼 어떤 이유로 현재의 위치로 이주했을 가능성이 있다"고 설명했다. 이어 "태양계같은 행성계 형성에 중요한 목성같은 존재가 생각보다 외계에 존재하는 비율이 높다"고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

인간에게 어린 시절이 있듯이 별 역시 어린 시절이 있다. 비록 인간과는 스케일이 다르지만, 별도 태어나서 어린 시절을 지난 후 결국 나이가 들어 최후를 맞이한다. 별이 태어나는 장소는 거대한 가스 성운인데, 어느 정도 별이 성장하게 되면 주변의 가스가 대부분 사라져 밝게 빛나는 어린 별들의 집단이 남게 된다. 이를 YSO(Young Stellar Objects)라 부르는데, 이제 막 태어나서 은하계 일부가 된 어린 별이다. 천문학자들은 칠레의 고산지대에 있는 제미니 사우스 망원경(Gemini South telescope)을 이용해서 우리 이웃 은하인 대마젤란은하에 있는 어린 별들의 모임인 N159W를 관측했다. 거리는 15만8천 광년. 지구에서 거리를 생각하면 아무리 가까운 이웃 은하라도 별 하나를 관측하는 일은 매우 어렵다. 그러나 천문학자들은 지상의 강력한 망원경과 적응 광학이라는 방법을 이용해서 매우 선명한 이미지를 얻었다. 이번에 관측에 성공한 것은 망원경에 장착된 제미니 사우스 적응 광학 이미저 GSAOI (Gemini South Adaptive Optics Imager) 덕분이다. 이를 관측한 연구팀은 이 어린 별들이 사실 이전 세대의 나이 든 별의 영향으로 태어났다는 사실을 밝혀냈다. 이전 세대의 별이 초신성 폭발이나 혹은 항성풍의 형태로 만들어낸 가스 팽창이 희박한 성간 가스의 밀도를 높인 것이다. 자체 중력으로 뭉치기 시작한 가스는 새로운 별로 탄생한다. 따라서 N159W는 거품의 표면에서 생긴 것 같은 배치를 하고 있다. 먼 이웃 은하의 어린 별이지만, 이와 같은 사실은 거대한 우주의 순환을 보여주고 있다. 나이 든 별이 죽으면서 남기는 가스는 새로운 별의 재료가 되어 우주를 순환한다. 그리고 언젠가 어린 별도 나이가 들어 같은 운명을 겪게 된다. 이는 우주의 법칙이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

우리에게는 다소 낯선 단어지만 미국에는 일명 '딸기 달'(Strawberry moon)이라는 말이 있다. 6월이 되면 달이 수평선에 가까워질수록 불그스름해지는데 이 때의 딸기가 제철이라 '딸기 달'이라는 말이 유래했으며 유럽에서는 '장미 달'(Rose Moon)이라고도 부른다. 흥미로운 점은 우리시간으로 21일이 24절기 중 낮의 길이가 가장 길고 태양이 가장 높게 뜬다는 하지(夏至)였는데 미국을 비롯한 지구 북반구에서도 이를 맞는 전통이 있다. 특히 영미권의 하지였던 지난 20일(현지시간)에는 거의 70년 만에 딸기 달이 떠 천문학자들의 많은 관심을 받았다. 　 이날 해외매체들은 전세계에서 촬영한 딸기 달 사진을 일제히 전했다. 세계 각지는 물론 우주에서 전해진 딸기 달 사진 중 환상적인 몇 장을 정리해봤다. - 미네소타 주 슈피리어 호에 뜬 딸기 달 현지 사진작가인 그랜트 존슨이 촬영한 이 사진은 달의 움직임을 촬영해 합성한 것으로 시시각각 변하는 달의 색깔이 생생히 드러나 있다. - 플로리다 주 파나마 시티 세인트앤드류스 주 공원에 뜬 딸기 달 물놀이를 즐기는 관광객들 위로 떠 있는 딸기 달의 모습이 산과 해변의 색깔과 대비돼 아름답다. - 그리스의 포세이돈 신전 위에 뜬 달 딸기 달처럼 붉지는 않지만 밝은 보름달이 그리스 아테네 남쪽 수니온 곶에 위치한 포세이돈 신전을 비추고 있다. - 뉴욕 마천루 사이에 뜬 딸기 달 뉴욕 42번가 고층 빌딩 숲 사이에서 수줍은 듯 붉은 얼굴을 내민 달의 모습이 환상적이다. - 국제우주정거장(ISS)에서 촬영된 달 우주에서도 특별한 달의 모습이 관측됐다. ISS에서 임무 수행 중인 제프 윌리엄스가 촬영한 이 사진은 중국 상공 위를 날고 있을 당시 촬영한 것이다.　 사진=AP 연합뉴스, Jeff Williams, Grant Johnson　 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr　　 　　

2012년 유럽핵입자물리연구소(CERN)가 신의 입자로 불린 ‘힉스 입자’를 발견하고 지난해 9월과 12월 레이저간섭계 중력파 관측소(LIGO) 연구단이 중력파를 관측하면서, 세계 과학계의 오랜 의문이 하나둘 풀렸다. 힉스 입자로써 우주 탄생의 기초입자를 확인하고 현대물리학의 표준모형을 완성했다. 중력파는 1915년 알베르트 아인슈타인이 일반상대성이론을 발표하면서 예측한 현상 가운데 마지막까지 남아 있던 숙제였다. 시공간의 에너지 파장인 중력파를 확인하면서 블랙홀이나 중성자의 생성 같은 우주의 관측에 한 걸음 다가섰다. 이제 과학계가 눈을 돌린 곳은 암흑물질과 암흑에너지다. CERN은 힉스 입자를 발견한 뒤 향후 연구 대상으로 암흑물질을 지목했고, 최근 한국을 찾은 세계적인 입자물리학자인 리사 랜들 미국 하버드대 교수는 6600만년 전 공룡 대멸종의 주요 원인을 암흑물질로 꼽았다. 밤하늘의 별처럼 우주에서 우리 눈에 보이는 ‘일반 물질’은 4~5%에 불과할 뿐 나머지는 미스터리 물질인 암흑물질과 암흑에너지로 채워졌다고 과학계는 보고 있다. 암흑물질의 존재 가능성은 1933년 프리츠 츠비키(1898~1974) 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 교수가 가장 먼저 제기했다. 츠비키의 주장은 20여년 동안 잠들어 있다가 1950년대 말 미국의 천문학자 베라 쿠퍼 루빈 박사가 애리조나 키트피크 천문대에서 은하 내 별의 회전 속도를 측정한 결과를 발표하면서 다시금 과학자들의 주목을 받았다. 루빈 박사는 은하 중심부 주변을 공전하는 별들의 속도가 모두 같다는 것을 발견했다. 기존 중력법칙에 따르면 중심에서 멀어질수록 느려져야 하는데, 이 법칙에서 벗어난 것이다. 일부 과학자들은 중력법칙을 수정해 이런 현상을 설명하려고 했지만 기존 중력법칙이 틀렸다는 증거를 찾지 못했다. 결국 새로운 물질의 존재를 가정할 수밖에 없었다. 그것이 바로 암흑물질이다. 암흑물질 연구 초창기에 연구자들은 블랙홀이나, 전기적으로 중성이며 질량이 거의 0에 가까운 소립자인 중성미자, 별과 별 사이에 존재하는 성간물질 등으로 암흑물질을 설명하려고 했지만 그런 ‘마초’(MACHO·무거운 우주질량체)들과는 성격이 다르다는 사실을 알게 됐다. 암흑물질은 전자기적 상호작용을 하지 않고 빛을 내는 물질과도 반응하지 않기 때문에 관측이 매우 어려운 ‘베일 속 물질’이라고 할 수 있다. 그렇지만 과학자들은 윔프(WIMPs)와 액시온으로 대표되는 위스프스(WISPs)를 대표적인 암흑물질 후보로 보고 검출을 위한 다양한 실험을 시도하고 있다. 국내 연구자들도 암흑물질 탐사를 위한 발걸음이 분주하다. 기초과학연구원(IBS)은 20일부터 24일까지 제주도에서 전 세계 21개국 60여개 기관의 연구자 120여명이 참여하는 ‘제12회 파트라스 국제학술대회’를 열고 있다. 이 대회는 전 세계 암흑물질 관련 연구자들이 한자리에 모여 최근 연구성과를 주고받는 자리로 암흑물질 분야 최대 규모의 학회로 평가받는다. 이와 함께 IBS 액시온 및 극한상호작용 연구단은 이달 초부터 CERN과 함께 위스프스 탐색을 위한 본격적인 공동연구에 나섰다. 지난해 공동연구를 위한 합의를 마치고 두 연구진은 이달 초 9테슬라(자기장 세기의 단위)급의 강력한 자석 개발에 착수했다. 액시온은 강한 자기장을 만나면 빛을 내는 광자로 바뀔 것으로 예측되는 만큼 9테슬라급 자석으로 태양에서 날아오는 암흑물질인 액시온을 검출하겠다는 계획이다. 이 실험은 향후 5년 동안 CERN에서 진행된다. ‘약하게 상호작용하는 무거운 입자’라는 뜻의 윔프 신호를 찾기 위한 지하 검출실험도 각국에서 진행되는 가운데 IBS 지하실험연구단은 강원도 양양 양수발전소 지하 700m에서 윔프 검출 실험을 하고 있다. 김두철 IBS 원장은 “CERN은 천체물리학과 입자물리학 분야에서 우수한 연구자들을 상당히 많이 보유하고 있다. IBS 액시온 연구단은 신호측정을 비롯해 암흑물질과 관련해 보유하고 있는 기술이 세계적이라는 평가를 받는 만큼 공동연구를 통해 물리학계 최대 미스터리인 ‘암흑물질’을 발견하고 물리학의 새로운 발전을 이끌어 낼 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

머나먼 심우주 속 '별들의 고향'에서 태양계의 목성같은 행성이 무더기로 발견됐다. 최근 독일 막스 플랑크 천체물리학연구소 등 국제공동연구팀은 ‘메시에 67’(Messier 67) 성단에서 3개 이상의 '뜨거운 목성'을 발견했다는 연구결과를 발표했다. 지구로부터 약 2500광년 떨어진 게자리에 위치한 메시에 67은 500여 개의 별들이 모여있는 성단으로 그간 천문학자들의 주요 연구대상이었다. 그 이유는 메시에 67 속의 별들이 우리의 태양과 나이와 구성 성분이 비슷해 그 주변 행성이 어떻게 형성돼 진화해가는지 알 수 있는 완벽한 실험실이기 때문이다. 국제공동연구팀은 칠레에 위치한 라 실라 천문대의 망원경에 설치된 고해상도 전파행성추적(HARPS) 장치로 메시에 67에 속한 88개의 별을 관측해왔으며 이번 연구결과는 이 데이터를 분석해 얻어졌다. 그 결과 88개 별들 주위에 대략 3개 이상의 뜨거운 목성이 존재한다는 증거를 찾아냈다. 흥미로운 사실은 이 외계 목성들의 크기와 질량이 태양계의 목성과 비슷하지만 항성과는 매우 가깝다는 점이다. 우리의 태양과 목성과의 거리는 약 7억 7830만 km로 공전주기는 지구시간으로 12년 정도다. 그러나 이 외계 목성은 항성과 바짝 붙어있어 채 10일도 되지 않는다. 이 때문에 '뜨거운' 목성(hot Jupiters)이라는 수식어가 붙어있는 것. 　 연구에 참여한 로베르토 살리아 박사는 "외계 행성의 형성과정과 특징을 알 수 있는 좋은 연구자료"라면서 "최초 이 외계 목성들은 다른 곳에서 형성돼 어떤 이유로 현재의 위치로 이주했을 가능성이 있다"고 설명했다. 이어 "태양계같은 행성계 형성에 중요한 목성같은 존재가 생각보다 외계에 존재하는 비율이 높다"고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지구 같은 행성은 아기별 주변의 가스와 먼지의 디스크인 원시 행성계 원반(protoplanetary disk)에서 생성된다. 이는 오래전에는 이론적으로만 추정되었고, 이제는 실제 관측을 통해서 증명되고 있다. 과학자들은 실제 아기별 주변의 원시 행성계 원반을 관측해 행성의 생성 과정은 물론 생명체 탄생에 필요한 물질을 충분히 가졌는지 검증하고 있다. 지구에서 대략 170광년 떨어진 바다뱀자리 TW(TW Hydrae)는 여러 개의 아기별이 태어나는 장소로 과학적으로 중요한 관측 목표이다. 이미 여기서 지구-태양 거리에서 형성되는 행성의 증거가 발견되었을 뿐 아니라 최근에는 유기물의 증거도 발견되었다. 네덜란드 레이던 관측소의 천문학자 캐서린 왈쉬(Catherine Walsh)와 그녀의 동료들은 세계 최대의 전파 망원경인 알마(ALMA)를 이용해서 바다뱀자리 TW에 있는 아기별을 관측했다. 그리고 여기에 있는 원시 행성계 원반에서 메탄올(CH3OH)의 존재를 증명했다. 메탄올 자체는 생명의 증거라기보다는 보통 독성 물질로 생각되지만, 사실 아미노산같이 더 복잡한 유기물을 만드는 기본 재료가 될 수 있다. 이런 물질이 원시 행성계 원반에 존재한다는 사실은 이미 지구 같은 행성이 형성되기 전에 더 복잡한 유기물이 형성될 수 있음을 시사하는 것이다. 과학자들은 아마도 아미노산을 비롯한 생명체를 구성하는 유기물질이 이미 행성이 형성되기도 전에 원시 행성계 원반 속에서 형성될 것으로 믿고 있지만, 이를 검출하기는 매우 어렵다. 직접 가서 검출하는 것은 물론 불가능하고 전파 망원경을 이용한 물질 고유의 파장 분석 역시 거리를 고려하면 쉽지 않기 때문이다. 사실 이번에 발견된 메탄올이 지금까지 원시 행성계 원반에서 발견된 유기물 가운데서 가장 복잡한 것이다. 하지만 관측 기술이 나날이 발전하고 있으므로 결국 언젠가는 지구 같은 행성이 형성되는 원시 행성계 원반에서 더 복잡한 유기 분자가 발견될 날이 올 것으로 기대된다. 이런 연구를 통해서 우리는 과거 46억 년 전 태양계에서 생명의 기초 물질이 어떻게 형성되었는지 이해할 수 있으며, 더 나아가 어떤 행성에서 생명체가 잘생길지 예측할 수 있을 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

목성은 지구와 달리 단단한 표면이 없는 가스 행성이다. 목성의 상층 대기를 지나 더 깊이 내려가면 더 높은 압력의 가스층과 만나게 된다. 물론 아주 깊은 곳에는 액체와 고체 상태의 핵이 있지만, 대부분 가스층이기 때문에 목성은 가스 거인(Gas Giant)으로 불린다. 목성을 이루는 가스 대부분은 물론 우주에 가장 흔한 원소인 수소와 헬륨이지만, 그 외에도 암모니아나 물 같은 다양한 원소들이 존재한다. 이 원소가 풍부한 가스와 구름층이 빠른 속도로 이동하면서 목성의 독특한 줄무늬 모양이 형성된다. 1995년 갈릴레오 우주선은 직접 탐사선을 내려보내 여기서 암모니아 가스의 양을 측정했다. 하지만, 우주선이 퇴역한 후 오랜 세월 과학자들은 목성의 내부 가스층을 관측하기 어려웠다. 가시광 영역에서는 가스를 뚫고 내부를 들여다보기 어렵기 때문이다. 이를 극복할 방법은 가시광선보다 파장이 긴 전파 망원경을 이용하는 것이다. 최근 천문학자들은 뉴멕시코에 있는 칼 G. 잔스키 전파 망원경(Karl G. Jansky Very Large Array)을 이용해서 표면에서 최대 100km 아래의 가스층을 직접 관측했다. 목성은 태양에서 평균 7억8000만km 떨어진 궤도를 공전하므로 지구와는 가까운 위치에서도 6억 km 정도 떨어져 있다. 더구나 큰 크기에도 불구하고 자전 주기가 10시간 이내에 불과하다. 목성 표면은 아주 멀리 떨어져 있을 뿐 아니라 빠른 속도로 움직이므로 전파 망원경으로 세밀하게 관측하기가 매우 어려웠다. 2004년에 이뤄진 전파 망원경 관측은 암모니아의 양을 너무 적게 측정해 정확성이 의심되었다. 하지만 이제 과학자들은 기술의 진보 덕분에 이제 지구에서 훨씬 상세하게 목성의 속살을 들여다볼 수 있게 된 것이다. 위의 사진은 대적점 부근의 가스층을 관측한 것으로 암모니아가 풍부한 가스의 상승과 하강을 볼 수 있다. 전파 망원경 덕분에 과학자들은 목성의 가스층을 평면적으로는 물론 입체적으로 이해할 수 있게 되었다. 하지만 더 기대되는 것은 현재 목성에 진입 중인 주노 탐사선의 관측 결과다. 주노 탐사선은 목성 주변을 공전하면서 전례 없는 정확도로 목성의 구조를 관측할 것이다. 그렇게 되면 태양계에서 가장 큰 거인의 내부 구조가 더 상세하게 드러날 것으로 기대되고 있다. 모든 것이 예정대로 된다면 우리는 머지않아 목성에 대해서 더 많은 것을 알아낼 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

하버드 미래 경제학(천진 지음, 정현욱·알렉산더 림 옮김, 에쎄 펴냄) 하버드대 비즈니스스쿨 연구원인 저자가 하버드 교수진과 각 분야 석학들이 펼친 세계 경제의 미래에 관한 치열한 논쟁을 지상 중계했다. 336쪽. 1만 5000원. 50억년 동안의 고독(리 빌링스 지음, 김승욱 옮김, 어마마마 펴냄) 인류의 메시지를 담은 전파를 쏘아올린 천문학자 프랭크 드레이크, 지구의 가치를 5000조 달러로 계산한 천체물리학자 그렉 래플린 등 행성 탐구자들의 이야기. 392쪽. 1만 8000원. 다이너마이트 니체(고병권 지음, 천년의상상 펴냄) 프리드리히 니체의 1886년작 ‘선악의 저편’을 해설한 강독서. 저자는 쇼펜하우어·푸코 등 니체 전후의 사상가들을 동원해 해석한다. 372쪽. 2만 1000원. 맨발의 엔지니어(구루 마드하반 지음, 유정식 옮김, RHK펴냄) 미국 국립과학원 정책자문위원인 저자가 토머스 에디슨부터 앨프리드 히치콕까지 기술 신화를 창조한 엔지니어들의 활약상을 소개한다. 291쪽. 1만 6000원. 화가의 마지막 그림(이유리 지음, 서해문집 펴냄) 반 고흐가 남긴 최후의 유작 ‘나무뿌리’를 비롯해 19인의 예술가가 죽음에 임박해 남긴 마지막 명작에 관한 이야기. 320쪽. 1만 4800원. 기적의 오케스트라 엘 시스테마(강무홍 글, 장경혜 그림, 양철북 펴냄) 총과 마약을 든 아이들 손에 악기를 쥐여준 베네수엘라의 음악운동 엘 시스테마를 아이들 눈높이에 맞게 그렸다. 48쪽. 1만 2000원.