지난달 20일(이하 현지시간) 모종의 임무를 안고 발사된 미국 공군의 무인 우주비행선 ‘X-37B’가 아마추어 천문학자 망원경에 잡힌 것 같다. 최근 미 우주전문매체 스페이스닷컴은 남아공의 아마추어 천문학자인 그레그 로버츠가 포착한 X-37B 추정 물체 모습을 사진과 함께 공개했다. 그 정체 이외에는 특별히 알려진 것이 없는 X-37B는 무인 우주왕복선으로 전체길이 9m, 날개 길이는 4.5m로 마치 과거 미 항공우주국(NASA)의 우주왕복선을 축소한 모습이다. 로켓에 실려 발사되는 X-37B는 지구 궤도에 진입하면 태양전지를 이용해 에너지를 생산해 오랜 기간 궤도에 머물 수 있다. 이번에 로버츠가 촬영한 사진에는 전깃줄 사이로 길게 잡힌 물체(사진 속 동그라미)와 사자자리에서 가장 밝은 별인 '레굴루스'(사진 상단 둥근 빛)가 포착돼 있다. 이 긴 물체가 X-37B라는 것이 로버츠의 주장. 그 근거는 이렇다. 일반적인 인공위성과 달리 이 물체가 318km라는 저궤도로 움직이고 있으며 경사각도 역시 40도에 불과하다는 것. 일반적인 인공위성은 보통 500km 상공 위에서 90도 이상의 궤도경사각으로 지구를 공전한다. 2초 간의 노출로 이 사진을 촬영한 로버츠는 "처음 이 사진을 포착한 이후 한동안 어리둥절 했다" 면서 "많은 인공위성을 봤지만 이렇게 저궤도와 낮은 각도로 움직이는 것은 처음" 이라며 놀라워 했다. X-37B로 추정되는 물체에도 언론의 관심이 쏠리는 것은 그 임무가 무엇인지 아직도 베일에 싸여있기 때문이다. 이번을 포함해 모두 4차례 지구 밖으로 나간 X-37B는 첫번째 비행에서는 225일, 두번째는 469일, 세번째는 674일을 우주에 머물다 귀환한 바 있다. 이에대해 미 공군 측은 “우주 실험용”이라고 짤막하게 밝히고 있으나 이를 곧이곧대로 믿는 사람은 없다. 　 대체로 전문가들은 X-37B가 군사적인 정찰 목적으로 사용되고 있을 가능성에 무게감을 두고있다. 중국의 한 군사 전문가 역시 자국 매체와의 인터뷰에서 “X-37B가 중국의 실험용 우주정거장 모듈 천궁 1호를 쫓고 있는 것 같다”고 밝히며 날을 세운 바 있다. 또한 미국과학자연맹(FAS)의 정부기밀 전문가 스티븐 애프터굿은 “미 정부는 민감한 정보에 대한 욕구가 끝이 없다” 면서 “X-37B의 타깃은 아마 북한과 이란, 중동 등일 것”이라고 추측했다. 이어 “미 정부는 강력한 첩보 위성들을 가지고 있지만 그 궤도 때문에 한계가 있다” 면서 “이에비해 X-37B는 궤도의 한계를 벗어날 수 있는 다재다능한 기체”라고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지난달 20일(이하 현지시간) 모종의 임무를 안고 발사된 미국 공군의 무인 우주비행선 ‘X-37B’가 아마추어 천문학자 망원경에 잡힌 것 같다. 최근 미 우주전문매체 스페이스닷컴은 남아공의 아마추어 천문학자인 그레그 로버츠가 포착한 X-37B 추정 물체 모습을 사진과 함께 공개했다. 그 정체 이외에는 특별히 알려진 것이 없는 X-37B는 무인 우주왕복선으로 전체길이 9m, 날개 길이는 4.5m로 마치 과거 미 항공우주국(NASA)의 우주왕복선을 축소한 모습이다. 로켓에 실려 발사되는 X-37B는 지구 궤도에 진입하면 태양전지를 이용해 에너지를 생산해 오랜 기간 궤도에 머물 수 있다. 이번에 로버츠가 촬영한 사진에는 전깃줄 사이로 길게 잡힌 물체(사진 속 동그라미)와 사자자리에서 가장 밝은 별인 '레굴루스'(사진 상단 둥근 빛)가 포착돼 있다. 이 긴 물체가 X-37B라는 것이 로버츠의 주장. 그 근거는 이렇다. 일반적인 인공위성과 달리 이 물체가 318km라는 저궤도로 움직이고 있으며 경사각도 역시 40도에 불과하다는 것. 일반적인 인공위성은 보통 500km 상공 위에서 90도 이상의 궤도경사각으로 지구를 공전한다. 2초 간의 노출로 이 사진을 촬영한 로버츠는 "처음 이 사진을 포착한 이후 한동안 어리둥절 했다" 면서 "많은 인공위성을 봤지만 이렇게 저궤도와 낮은 각도로 움직이는 것은 처음" 이라며 놀라워 했다. X-37B로 추정되는 물체에도 언론의 관심이 쏠리는 것은 그 임무가 무엇인지 아직도 베일에 싸여있기 때문이다. 이번을 포함해 모두 4차례 지구 밖으로 나간 X-37B는 첫번째 비행에서는 225일, 두번째는 469일, 세번째는 674일을 우주에 머물다 귀환한 바 있다. 이에대해 미 공군 측은 “우주 실험용”이라고 짤막하게 밝히고 있으나 이를 곧이곧대로 믿는 사람은 없다. 　 대체로 전문가들은 X-37B가 군사적인 정찰 목적으로 사용되고 있을 가능성에 무게감을 두고있다. 중국의 한 군사 전문가 역시 자국 매체와의 인터뷰에서 “X-37B가 중국의 실험용 우주정거장 모듈 천궁 1호를 쫓고 있는 것 같다”고 밝히며 날을 세운 바 있다. 또한 미국과학자연맹(FAS)의 정부기밀 전문가 스티븐 애프터굿은 “미 정부는 민감한 정보에 대한 욕구가 끝이 없다” 면서 “X-37B의 타깃은 아마 북한과 이란, 중동 등일 것”이라고 추측했다. 이어 “미 정부는 강력한 첩보 위성들을 가지고 있지만 그 궤도 때문에 한계가 있다” 면서 “이에비해 X-37B는 궤도의 한계를 벗어날 수 있는 다재다능한 기체”라고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

미국 항공우주국(NASA)은 허블 우주 망원경으로 찍은 은하 NGC 3923를 공개했다. 이 은하는 우주에 흔한 타원은하(elliptical galaxy) 가운데 하나로 지구에서 약 9000만 광년 떨어진 은하다. 이 은하에서 특이한 부분은 가장자리에서부터 여러 개의 동심원의 껍질 같은 구조가 있다는 것이다. 사실 이 은하는 타원은하에서 껍질 은하(shell galaxy)라고 불리는 종류로 천문학자들은 전체 타원 은하 중 10%가 이런 은하일 것으로 추산하고 있다. NGC 3923의 양파 같은 구조(onion-like structure)의 기원은 사실 이 은하가 다른 은하들을 잡아먹은 과거의 흔적이라고 생각하고 있다. 은하 포식(galactic cannibalism)은 우주에서 매우 흔한 일이다. 작은 은하들은 점차 합체되면서 대형 은하로 발전한다. 우리 은하 역시 과거 수많은 은하를 잡아먹은 흔적이 있다. 단 우리 은하나 안드로메다 은하 같은 나선 은하에서는 절대 이런 껍질 구조를 볼 수 없다. 이 독특한 구조의 기원은 타원은하가 작은 은하와 합체되는 과정에서 서로의 질량 중심으로 다가서는 데서 비롯된다. 그 결과 은하의 별들은 중력의 영향에 따라 하나의 층을 형성하게 된다. 그리고 마지막에 작은 은하는 흡수되어 사라지거나 위성은하가 된다. 이 사진에서는 뚜렷한 껍질을 몇 개밖에 관찰할 수 없지만 사실 이 은하는 20개 이상의 층을 가지고 있는 것으로 알려졌다. 그만큼 많은 은하를 흡수 합병했다는 이야기다. 과학자들은 이 은하의 껍질 구조가 아주 드물게 원형이라는 사실에 주목하고 있다. 본래 이런 식으로 완전히 동심원에 가까운 구형 구조는 보기 어렵기 때문이다. 과연 어떤 원인으로 인해 이런 구조가 되었는지는 앞으로의 연구 과제다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

마치 우주공간에 샴페인을 엎지른 것 같은 환상적인 모습을 자랑하는 은하의 모습이 천체망원경에 포착됐다. 최근 유럽남방천문대(ESO) 측은 칠레에 위치한 초거대망원경(VLT)으로 촬영한 성운 'RCW 34'의 모습을 사진으로 공개했다. 봄철 남쪽하늘에 보이는 별자리인 돛자리(Vela) 부근에 위치한 RCW 34은 지구에서 약 2만 2000년 광년 떨어진 곳에서 '스타 탄생'을 중이다. 천문학자들이 '샴페인 파티' 라 부르는 이유는 바로 찬란하게 빛나는 붉은색 가스의 향연 때문. 이처럼 성운이 선홍색으로 빛나는 이유는 풍부한 수소 가스 때문이다. 가스 구름 안에서 차가워진 수소 가스는 어린 별들에 의해 가열되고 이로인해 이온화된 가스는 구름 가장자리로 이동한다. 이 과정에서 수많은 별들이 탄생하기 때문에 천문학자들은 이를 축하하는 '샴페인 파티'라는 시적인 의미를 부여한 것이다. ESO 측은 "샴페인처럼 보이는 두터운 가스가 성운의 중심을 들여다 보는 것을 방해한다" 면서 "이 때문에 RCW 34의 나이 등 '과거'를 조사하는 것이 쉽지 않다"고 설명했다. 이어 "이온화된 수소의 존재는 별이 탄생하는데 있어서 공통적으로 나타나는 필수적인 것" 이라고 덧붙였다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

미국 항공우주국(NASA)은 허블 우주 망원경으로 찍은 은하 NGC 3923를 공개했다. 이 은하는 우주에 흔한 타원은하(elliptical galaxy) 가운데 하나로 지구에서 약 9000만 광년 떨어진 은하다. 이 은하에서 특이한 부분은 가장자리에서부터 여러 개의 동심원의 껍질 같은 구조가 있다는 것이다. 사실 이 은하는 타원은하에서 껍질 은하(shell galaxy)라고 불리는 종류로 천문학자들은 전체 타원 은하 중 10%가 이런 은하일 것으로 추산하고 있다. NGC 3923의 양파 같은 구조(onion-like structure)의 기원은 사실 이 은하가 다른 은하들을 잡아먹은 과거의 흔적이라고 생각하고 있다. 은하 포식(galactic cannibalism)은 우주에서 매우 흔한 일이다. 작은 은하들은 점차 합체되면서 대형 은하로 발전한다. 우리 은하 역시 과거 수많은 은하를 잡아먹은 흔적이 있다. 단 우리 은하나 안드로메다 은하 같은 나선 은하에서는 절대 이런 껍질 구조를 볼 수 없다. 이 독특한 구조의 기원은 타원은하가 작은 은하와 합체되는 과정에서 서로의 질량 중심으로 다가서는 데서 비롯된다. 그 결과 은하의 별들은 중력의 영향에 따라 하나의 층을 형성하게 된다. 그리고 마지막에 작은 은하는 흡수되어 사라지거나 위성은하가 된다. 이 사진에서는 뚜렷한 껍질을 몇 개밖에 관찰할 수 없지만 사실 이 은하는 20개 이상의 층을 가지고 있는 것으로 알려졌다. 그만큼 많은 은하를 흡수 합병했다는 이야기다. 과학자들은 이 은하의 껍질 구조가 아주 드물게 원형이라는 사실에 주목하고 있다. 본래 이런 식으로 완전히 동심원에 가까운 구형 구조는 보기 어렵기 때문이다. 과연 어떤 원인으로 인해 이런 구조가 되었는지는 앞으로의 연구 과제다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

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

천문학자들이 관측할 수 있는 우주 끝에서 ‘네쌍둥이 퀘이사’를 발견했다. 퀘이사(Quasar)는 ‘Quasi-stellar radio source’(별과 비슷하게 보이는 전파원)으로, 지구에서 관측할 수 있는 가장 밝은 천체이다. 이런 퀘이사는 보통 산개해 존재하지만 이번에 발견된 네 개의 퀘이사는 불과 65만 광년이라는 좁은 범위에서 북적거리고 있다. 연구를 이끈 독일 하이델베르크에 있는 막스플랑크 천문학연구소(MPIA)의 요제프 헨나위 박사는 “평균적으로 퀘이사끼리는 1억 광년쯤 떨어져 있다. 네 퀘이사가 이렇게 좁은 공간에서 발견될 확률은 1000만분의 1”이라고 말했다. 1960년대 초, 퀘이사가 처음 발견됐을 때는 그 정체가 수수께끼에 싸여 있었다. 수십억 광년 너머에 있는 천체가 이렇게 밝게 빛나려면 막대한 양의 에너지를 방출하지 않으면 안 된다. 하지만 그런 물리학적인 과정은 당시에는 알 수 없었던 것이다. 오늘날, 퀘이사의 ​​에너지원은 활동 은하의 중심에 있는 거대질량 블랙홀임이 밝혀지고 있다. 이런 블랙홀에 대량의 가스가 빨려 들어갈 때, 가스는 섭씨 수백만 도까지 가열돼 엄청난 양의 에너지를 방출하는 것이다. 이번 발견이 천문학자들을 놀라게 한 이유는 ‘네쌍둥이 퀘이사’ 때문만은 아니다. 네 퀘이사는 차가운 수소가스로 이뤄져 있으며, 별 1000억 개 분량의 질량을 가진 거대한 성운 속에 숨겨져 있는 것이다. 이 성운 역시 일반적으로는 생각할 수 없다고 한다. 헨나위 박사는 “이론적으로 확률이 매우 낮은 것을 발견했다면 믿을 수 없을 정도로 운이 좋았거나 이론이 잘못됐거나 둘 중 하나”라고 설명했다. 천문학자들이 네쌍둥이 퀘이사에 특히 놀란 이유는 퀘이사 자체가 드물기 때문이다. 퀘이사의 ​​에너지원인 거대질량 블랙홀은 아주 흔한 천체로 거대 은하 대부분이 중심에 거대질량 블랙홀을 하나쯤 갖고 있다. 하지만 이런 블랙홀이 밝게 빛나려면 대량의 가스를 삼켰을 때뿐이다. 헨나위 박사에 따르면, 은하의 생애에서 그런 일은 거의 일어나지 않는다. 참고로 은하계 중심에 있는 거대질량 블랙홀은 태양 400만 개 분의 질량을 가진 퀘이사가 되기에는 너무 가볍다. 우리 이웃 안드로메다은하의 거대질량 블랙홀은 태양 1억 개분의 질량을 지니고 있으므로 퀘이사였던 시절이 있었을지도 모른다. 현재 관측 가능한 우주에는 약 1000억 개의 은하가 있는데, 그중 퀘이사로 활동하고 있는 것은 약 50만 개이다. 미 오하이오주립대의 천체물리학자 데이비드 웨인버그 박사는 이번 연구에는 참여하지 않았지만, 네쌍둥이 퀘이사가 발견된 것의 의미를 다음과 같은 비유로 설명했다. “지구 상의 모든 사람이 분홍색 하와이안 셔츠를 한 장씩 가지고 있고 평생에 한 번만 입는다고 생각하자. 당신이 어느 날 그런 셔츠를 입은 사람이 보이면 ‘와우! 화려한 셔츠구나’라고 생각할 것이다. 한두 번 보이면 ‘우연이다!’고 생각할 것이다. 하지만 네 명이라면 ‘뭔가가 일어나고 있는 것이 틀림없다’고 생각할 것이다” ‘네쌍둥이 퀘이사’를 감싸는 거대하고 차가운 가스 구름은 퀘이사 형성에 관한 단서를 쥐고 있을지도 모른다. 천문학자들은 은하가 원래 빅뱅(대폭발)으로 발생한 가스가 암흑물질 덩어리에 빨려들어갈 때 탄생했다고 생각하고 있다. 암흑 물질은 빛으로 관측할 수 있는 별과 은하의 5배나 되는 질량에도 불구하고, 그 정체가 아직 밝혀지지 않은 물질이다. 보통, 가스 구름이 중력으로 수축할 때 고온이 된다. 하지만 헨나위 박사 등 연구팀이 발견한 구름의 온도는 불과 섭씨 1만 도 정도다. 이에 대해 웨인버그 박사는 “우주론에서 1만 도는 저온이다. 가스 구름이 중력으로 수축할 때 온도는 1000만 도 정도가 되기 때문”이라고 설명했다. 또한 이 가스 구름의 밀도는 이론가가 생각하는 밀도보다 훨씬 높았다. “그런 가스 구름이 왜 존재하는지 전혀 모른다”고 헨나위 박사는 말했다. 이상한 성운에서 이상한 퀘이사 집단이 있는 것은 우연이 아닐지도 모른다. 이 성운의 차가운 가스가 연료가 된다면, 퀘이사가 보통보다 장기간 활동할 수 있게 되고 동시에 빛날 확률이 높아졌을지도 모른다. 미 애리조나주립대의 천체물리학자이자 ‘세상은 어떻게 끝나는가’ 등의 저서를 펴낸 크리스 임피 박사는 “어떤 현상에 대해 시뮬레이션과 관측이 일치하지 않는 것은 ‘관측을 통한 우주론’의 중요성을 다시 한 번 일깨워준다”고 말했다. 한편 이번 연구성과는 세계적인 학술지 ‘사이언스’(Science) 15일 자에 발표됐다. 사진=MPIA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우주를 가득 채울 모래알 수는? 우주를 놓고 가장 기발한 생각을 한 사람을 꼽자면 아마도 기원전 3세기 아르키메데스일 것이다. 뉴턴, 가우스와 함께 역사상 3대 수학자로 꼽히는 아르키메데스는 과연 우주에 대해 어떤 생각을 했던 것일까? 그가 한 생각은 참으로 기상천외 그 자체였는데, 바로 이런 것이었다. -모래알로 이 우주를 가득 채우려면 모래알이 몇 개나 들어갈까? 참으로 놀랍고 기발한 생각이 아닌가. 먼저 그 놀라운 상상력에 경의를 표하지 않을 수 없다. 고대 세계 최고의 지성으로 꼽히는 아르키메데스를 두고 프랑스의 계몽 사상가 볼테르가 호메로스보다 더 훌륭하고 풍부한 상상력을 가졌다고 상찬한 말이 빈말이 아님을 알 수 있다. 고대의 뛰어난 천문학자이기도 했던 아르키메데스는 왜 하필이면 모래를 갖고 그런 엄청난 계산을 하려 했던 것일까? 모래는 우리가 손가락으로 감각할 수 있는 물체 중 가장 작은 물건이다. 그리고 우주는 가장 크다. 이 극과 극, 둘의 비교는 얼마나 신선한가. 다른 이유도 있었다. 아르키메데스 이전까지 그리스 인들이 다루던 숫자의 크기는 기껏해야 1만을 넘지 않았다. 그리고 당시 수학자들은 바닷가의 모든 모래알 수를 나타낼 정도로 큰 수는 존재하지 않는다고 주장했는데, 아르키메데스는 그들에게 그보다 더 큰 수가 존재한다는 것을 증명해 보이기 위해 우주를 가득 채울 모래알 수 계산에 도전했던 것이다. 아르키메데스는 그 도전장인 ‘모래알 계산자'(The Sand Reckoner)라는 자신의 책 첫머리에서 이렇게 말하고 있다. “겔론 왕 전하, 세상에는 모래알의 수가 무한대라고 생각하는 사람들이 있습니다. 제가 말씀 드리는 모래는 시라쿠사와 시칠리아 섬 전역에 있는 모래만을 이야기하는 것이 아닙니다. 사람이 사는 곳이건 살지 않는 곳이건 세상의 모래란 모래는 다 모았다고 생각해도 좋습니다. 단순히 무한대라는 표현을 쓰지 않고 이렇게 말하는 사람들도 있습니다. ‘여태껏 이름 붙여진 그 어떤 크기의 수라도 세상 모래알의 수보다는 작다’라고 말입니다.” 이렇게 운을 뗀 아르키메데스는 모래알로 우주를 가득 채우려면 몇 개나 있어야 하는가 하는 어마어마한 계산에 도전했던 것이다. 아르키메데스는 대체 어떤 방법으로 그 엄청난 크기의 숫자를 다루는 계산을 해냈을까? 당시는 복잡한 기수법 때문에 단순한 곱하기 문제도 여간 어렵지 않아 일반인들은 풀 엄두를 내지 못하던 때였다. 중세까지만 해도 유럽에 인도-아라비아 숫자가 전해지지 않아, 곱셈을 제대로 하려면 로마로 유학을 가야 했다는 웃지 못할 얘기가 전한다. 지금 생각하면 웃기는 일이지만 당시는 실제상황이었다. 그럼에도 아르키메데스는 그런 엄청난 계산을 해냈다. 그가 사용한 계산과정은 그의 위대성을 보여주는 것으로 다음과 같은 방법이었다. 먼저 그는 양귀비 씨앗 한 개의 크기에 해당하는 모래알의 수를 계산한 후, 다음에는 손가락 크기에 해당하는 양귀비 씨앗 개수를 어림잡아 구했다. 그리고 다음에는 육상 경기장 한 개를 가득 채우는 데 필요한 손가락 개수를 어림 계산하는 등과 같은 과정을 순차적으로 반복해나갔다. 이는 바로 지수 개념의 계산법이라 할 수 있다. 그의 위대한 지성은 기원전 3세기에 이미 지수 개념을 창안해냈던 것이다. 또 아르키메데스는 당시에 알려져 있던 아리스타르코스의 태양중심설을 기준으로 우주의 크기를 정했다. 아리스타르코스의 태양중심설 자체는 전해지지 않고, 아르키메데스의 ‘모래알 계산자’ 그의 태양중심설을 설명하는 글 가운데 오늘날까지 전해오는 유일한 것이다. 아리스타르코스가 지구와 별들 사이의 거리를 따로 밝히지 않았기 때문에 아르키메데스는 이를 대략적으로 추정할 수 밖에 없었다. 아르키메데스가 나름대로 추정한 우주의 크기는 약 2광년이었다. 이렇게 하여 아르키메데스가 구한 모래알 개수는 자그마치 8X10^63 개였다. 이는 지구상 모래알 개수인 10^22개보다 엄청 많은 숫자이다. 하지만 우주를 가득 채우기에는 턱도 없는 숫자임을 이제 우리는 안다. 현재의 팽창우주는 아르키메데스가 생각하던 크기보다 비교가 안될 정도로 크기 때문이다. 그럼 실제로 현재의 이 우주를 모래알로 가득 채우려면 몇 개의 모래알이 필요할까? 편의상 모래알 사이의 공간은 무시하기로 하자. 먼저 모래알의 크기부터 정하자. 보통 지름 2~0.2㎜까지의 모래를 조사(粗砂), 0.2~0.02㎜사이의 모래를 세사(細砂)라고 한다. 우리는 이중에서 세사를 택해, 그 지름을 편의상 0.1mm로 정하기로 하자. 다음으로, 우주의 크기는 얼마나 되는가? 빅뱅에서 시작된 우주의 나이가 138억 년이니까, 그것을 반지름으로 한다면 지름은 276억 광년인데, 빅뱅 초창기에 인플레이션으로 광속보다 더 빨리 팽창되어 현재 대략 950억 광년 크기로 나와 있다. 그럼 우주 크기를 km단위로 나타내보자. 1광년=300,000kmX3,600(초)X24(시간)X365(일)=9,460,800,000,000km(약 10^13km) 우주 지름=95,000,000,000광년X10^13km=95X10^22km(약 10^24km) 모래알 지름=0.1mm=10^-7km 위 둘을 나누면; 10^31배 우주의 지름은 모래알 지름의 10^31배라는 답이 나왔다. 부피는 길이의 3제곱이므로 (10^31)^3=10^93(개) 즉, 1구골(10^100)의 1/10^7인 10^93개의 모래알이면 온 우주를 모래로 빈틈없이 가득 채울 수 있다는 말이다. 이는 동양권 숫자의 가장 큰 단위인 무량대수(無量大數/10^68)보다도 10^25배 크고, 아르키메데스의 모래알 수보다는 무려 10^30배나 많은 숫자이다. 그러나 만 단위 수도 잘 사용하지 않았던 고대에 아르키메데스가 우주를 가득 채울 모래알 수를 계산해냈다는 것은 대단한 업적이 아닐 수 없다. 고대세계에 아르키메데스 외에도 모래알을 계산한 사람들이 있었는데, 바로 우리가 쓰는 인도-아라비아 숫자를 창안한 인도인들이었다. 고대 인도인은 ‘부처가 태어나고 유행(遊行)한 곳이라고 전하는 갠지스 강(恒河)의 모래알 개수를 10^52개라고 계산했다. 그래서 이 숫자의 이름이 ‘항하사(恒河沙)’이다. 이 숫자의 크기를 따져보기 위해, 먼저 모래알 하나와 지구와의 크기 비율을 알아보기로 하자. 지구 지름=13,000km 모래알 지름=10^-7km 둘을 나누면; 13X10^10(1.3천억 배) 그 3제곱은 약 10^33 지구를 모래알로 다 채우려면 약 10^33개의 모래알이 필요하다. 따라서 1항하사(10^52)의 모래알은 지구 1000경(10^19) 개를 채울 수 있는 양이다. 고대 인도인들의 과장이 좀 지나쳤음을 알 수 있다. 숫자의 위대함이 팍 느껴지는 대목이다. 세계는 수로 표현될 수 있다고 믿고 만물의 근원은 수라고 말한 피타고라스가 맞았다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　　

퇴근길 교사 아내로부터 문자가 왔다. 회식이 있으니 저녁은 알아서 해결하라는 내용이었다. 대학에 다니는 아들은 밤늦게야 귀가하는 게 오랜 버릇이 돼 버렸으니 꼼짝 없이, 혼자서, 구차스럽게, 그 무슨 의식처럼 또 한 끼니를 마련해야 한다. 끼니를 혼자서 챙기는 일처럼 쓸쓸한 일도 드물다. 좀 목소리에 호들갑을 실어 말한다면 가축이 되어 사료를 먹는 느낌이랄까. 아무튼 까닭 없이 궁상맞고 처량해지는 것이다. 이럴 때 나는 시간의 굴렁쇠를 굴려 아득한 시절로 돌아가는 몽상에 젖고는 한다. 이런 복고 취미가 물론 생산적이지 않다는 것을 나는 잘 알고 있다. 하지만 어쩌랴. 그것이 나에게는 현재의 불우를 견디는 약이요, 동력인 것을. 마당이 넓은 집에서 살았던 사람은 추억이 두껍다. 마당은 알게 모르게 우리에게 얼마나 많은, 유의미한 생의 경험과 지혜들을 안겨 주었던가. 마당 안에서 세계의 일원으로 살았던 어린 시절은 충분히 아름다웠다. 마당은 세상과 우주의 비밀들을 하나씩 깨달아 가는 노천 학교였다. 비록 지금은 그 꿈으로부터 너무 멀리 걸어왔지만 한때 나는 천문학자가 되어 천체의 수수께끼를 풀어 나가는 상상에 젖곤 하였다. 마당은 생의 둥우리였고 세상 바깥과 안을 연결시키는 문이자 통로였고, 가족 구성원들과는 스킨십을 주고받는 소통과 교감의 열린 광장이었다. 그런데 이러한 마당 안에는 여러 사물들이 놓여 있었다. 멍석, 돌확, 평상, 절구통, 삽과 지게와 갈퀴를 비롯한 여러 농기구 등등. 마당에 놓인 평상은 규율이 엄하던 시절 식구들의 해방구였다. 지금도 어쩌다 시골집에 들르면 곧잘 평상을 찾곤 하는데 그곳에서 나는, 땀내 나는 가장을 벗고 헐렁한 건달로 갈아입는다. 평상에서마저 예의와 격식을 갖출 필요는 없다. 평상에 앉으면 마음이 한가롭고 느긋해진다. 평상 위에서는 시간의 흐름마저 완만해지는 것 같다. 어릴 적 나는 평상에 누워 밤하늘을 수놓은, 많은 별꽃들을 우러르며 휘파람과 노래를 부르곤 하였다. 지상에서의 모든 슬픔들이 하늘로 올라가 별이 되는 꿈을 꾸기도 했다. 평상에 엎드려 소리 내어 국어책을 읽었고, 당시에는 아주 귀한, 어찌어찌해서 손에 들어온 동화책 속 이야기들을 맛있는 음식을 아껴 먹듯 천천히 몸 안쪽에 새겨넣었다. 그날에 내가 읽고 쓰던 말과 글자들은 훗날 고향집 나무와 꽃이 되었으리라. 안방에서 엄하여 감히 맞바라볼 수 없었던 아버지도 이상하게 평상에 오셔서는 더러 농을 걸었다. 그날의 평상에는 아버지의 권위를 무장 해제시키는 무슨 비밀이라도 간직하고 있었던 게 확실하다. 술에 취한 아버지가 흘러간 유행가를 청승맞게 불러 댄 곳도 평상이었다. 자기 통제에 엄격하던 식구들도 이곳에서만은 꽁꽁 동여맨 감정을 헤프게 풀어 놓기 일쑤였다. 부엌에서 근심 잦던 엄니도 평상에 와서는 사춘기 소녀처럼 깔깔대었다. 별일 아닌 일에 박장대소하며 즐거워하는 엄니가 어린 내 눈에도 철없어 보였다. 평상에 누워 나는 잔기침이 잦은 할머니로부터 구슬픈 전설이며 민담들을 들었고 아버지로부터는 사립 바깥에서 일어난, 나라의 큰 걱정거리들을 전해 듣기도 하였다. 그 시절 여름날 저녁은 멍석 위에 둘러앉아 먹었지만 가끔 평상에 앉아 저녁을 먹는 때도 있었다. 그러나 주로 평상에서는 간식들을 즐겨 먹었다. 잠자리에 들기 전 엄니가 쪄 온 감자나 옥수수 혹은 저녁에 고무다라 찬물에 담가 놓은 수박을 꺼내 와 먹기도 했다. 평상의 계절이 돌아왔다. 시간을 내어 시골집 평상에 누우러 가야겠다.

천문학자들이 관측할 수 있는 우주 끝에서 ‘네쌍둥이 퀘이사’를 발견했다. 퀘이사(Quasar)는 ‘Quasi-stellar radio source’(별과 비슷하게 보이는 전파원)으로, 지구에서 관측할 수 있는 가장 밝은 천체이다. 이런 퀘이사는 보통 산개해 존재하지만 이번에 발견된 네 개의 퀘이사는 불과 65만 광년이라는 좁은 범위에서 북적거리고 있다. 연구를 이끈 독일 하이델베르크에 있는 막스플랑크 천문학연구소(MPIA)의 요제프 헨나위 박사는 “평균적으로 퀘이사끼리는 1억 광년쯤 떨어져 있다. 네 퀘이사가 이렇게 좁은 공간에서 발견될 확률은 1000만분의 1”이라고 말했다. 1960년대 초, 퀘이사가 처음 발견됐을 때는 그 정체가 수수께끼에 싸여 있었다. 수십억 광년 너머에 있는 천체가 이렇게 밝게 빛나려면 막대한 양의 에너지를 방출하지 않으면 안 된다. 하지만 그런 물리학적인 과정은 당시에는 알 수 없었던 것이다. 오늘날, 퀘이사의 ​​에너지원은 활동 은하의 중심에 있는 거대질량 블랙홀임이 밝혀지고 있다. 이런 블랙홀에 대량의 가스가 빨려 들어갈 때, 가스는 섭씨 수백만 도까지 가열돼 엄청난 양의 에너지를 방출하는 것이다. 이번 발견이 천문학자들을 놀라게 한 이유는 ‘네쌍둥이 퀘이사’ 때문만은 아니다. 네 퀘이사는 차가운 수소가스로 이뤄져 있으며, 별 1000억 개 분량의 질량을 가진 거대한 성운 속에 숨겨져 있는 것이다. 이 성운 역시 일반적으로는 생각할 수 없다고 한다. 헨나위 박사는 “이론적으로 확률이 매우 낮은 것을 발견했다면 믿을 수 없을 정도로 운이 좋았거나 이론이 잘못됐거나 둘 중 하나”라고 설명했다. 천문학자들이 네쌍둥이 퀘이사에 특히 놀란 이유는 퀘이사 자체가 드물기 때문이다. 퀘이사의 ​​에너지원인 거대질량 블랙홀은 아주 흔한 천체로 거대 은하 대부분이 중심에 거대질량 블랙홀을 하나쯤 갖고 있다. 하지만 이런 블랙홀이 밝게 빛나려면 대량의 가스를 삼켰을 때뿐이다. 헨나위 박사에 따르면, 은하의 생애에서 그런 일은 거의 일어나지 않는다. 참고로 은하계 중심에 있는 거대질량 블랙홀은 태양 400만 개 분의 질량을 가진 퀘이사가 되기에는 너무 가볍다. 우리 이웃 안드로메다은하의 거대질량 블랙홀은 태양 1억 개분의 질량을 지니고 있으므로 퀘이사였던 시절이 있었을지도 모른다. 현재 관측 가능한 우주에는 약 1000억 개의 은하가 있는데, 그중 퀘이사로 활동하고 있는 것은 약 50만 개이다. 미 오하이오주립대의 천체물리학자 데이비드 웨인버그 박사는 이번 연구에는 참여하지 않았지만, 네쌍둥이 퀘이사가 발견된 것의 의미를 다음과 같은 비유로 설명했다. “지구 상의 모든 사람이 분홍색 하와이안 셔츠를 한 장씩 가지고 있고 평생에 한 번만 입는다고 생각하자. 당신이 어느 날 그런 셔츠를 입은 사람이 보이면 ‘와우! 화려한 셔츠구나’라고 생각할 것이다. 한두 번 보이면 ‘우연이다!’고 생각할 것이다. 하지만 네 명이라면 ‘뭔가가 일어나고 있는 것이 틀림없다’고 생각할 것이다” ‘네쌍둥이 퀘이사’를 감싸는 거대하고 차가운 가스 구름은 퀘이사 형성에 관한 단서를 쥐고 있을지도 모른다. 천문학자들은 은하가 원래 빅뱅(대폭발)으로 발생한 가스가 암흑물질 덩어리에 빨려들어갈 때 탄생했다고 생각하고 있다. 암흑 물질은 빛으로 관측할 수 있는 별과 은하의 5배나 되는 질량에도 불구하고, 그 정체가 아직 밝혀지지 않은 물질이다. 보통, 가스 구름이 중력으로 수축할 때 고온이 된다. 하지만 헨나위 박사 등 연구팀이 발견한 구름의 온도는 불과 섭씨 1만 도 정도다. 이에 대해 웨인버그 박사는 “우주론에서 1만 도는 저온이다. 가스 구름이 중력으로 수축할 때 온도는 1000만 도 정도가 되기 때문”이라고 설명했다. 또한 이 가스 구름의 밀도는 이론가가 생각하는 밀도보다 훨씬 높았다. “그런 가스 구름이 왜 존재하는지 전혀 모른다”고 헨나위 박사는 말했다. 이상한 성운에서 이상한 퀘이사 집단이 있는 것은 우연이 아닐지도 모른다. 이 성운의 차가운 가스가 연료가 된다면, 퀘이사가 보통보다 장기간 활동할 수 있게 되고 동시에 빛날 확률이 높아졌을지도 모른다. 미 애리조나주립대의 천체물리학자이자 ‘세상은 어떻게 끝나는가’ 등의 저서를 펴낸 크리스 임피 박사는 “어떤 현상에 대해 시뮬레이션과 관측이 일치하지 않는 것은 ‘관측을 통한 우주론’의 중요성을 다시 한 번 일깨워준다”고 말했다. 한편 이번 연구성과는 세계적인 학술지 ‘사이언스’(Science) 15일 자에 발표됐다. 사진=MPIA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

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

인류의 오랜 과학사에서 최대의 과학적 발견 하나를 꼽으라면 서슴없이 '우주팽창'을 드는 사람들이 적지 않다. 이 우주팽창의 증거를 발견하여 인류에 고함으로써 20세기 천문학의 최고 영웅이 된 사람은 허블 우주망원경, 허블 법칙 등으로 너무나 잘 알려진 미국의 에드윈 허블이다. 그는 여러 가지 면에서 문제적 인물이었다. -허풍스러운 태도의 '20세기 천문학 최고 영웅' 1889년 미국 미주리 주의 마시필드에서 태어난 허블은 한마디로 온갖 행운을 타고난 사람이었다. 아버지는 변호사이자 보험 대리인이라 유복한 어린 시절을 보냈다. 그는 부모로부터 높은 지능과 강건한 체질까지 물려받은데다 미남형이라 매력이 주체하지 못할 정도로 철철 흘렀다. 허블은 고등학교 시절 육상대표로 7종 경기에서 우승했고, 그밖에도 여러 대회, 여러 종목에서 메달을 수두룩하게 받았다. 공부도 잘했다. 명문 시카고 대학 법학과에 어렵잖게 진학했다. 말하자면 허블은 엄친아 대표선수였다. 대학에서도 발군의 성적을 보인 그는 로즈 장학금을 받고 영국 옥스퍼드 대학으로 유학을 갔다. 이 유학기간 3년이 허블에게 큰 영향을 미친 듯하다. 이때부터 허블은 늘 정장차림에다 파이프를 입에 물고 멋을 내며 허세를 부리기 시작했다. 그리고 허풍스러운 영국식 억양을 쓰기 시작했는데, 이 버릇은 평생 바뀌지 않았다. 천문학 하는 사람 중에 괴짜가 많긴 하지만, 허블도 그런 면에서는 전혀 꿀리지 않는 등급이었다. 아무튼 그런 허블이 어떻게 20세기 천문학계에서 최고의 영웅으로 등극하는 영예를 거머쥐게 되었을까? 가끔 세상에는 별로 힘들이지 않고도 손대는 일마다 떡 먹듯이 성공하는 그런 부류의 인간들이 있는 법이다. 불공평하게 보이고 배 아픈 노릇이지만, 어쩔 수 없는 일이다. 허블이 바로 그런 인간형이었다. 1913년 귀국해서 잠시 변호사 협회에 이름을 걸어놓은 허블은 얼마 후 돌연 하던 일을 접고 시카고 대학 천문학과에 들어갔다. 이에 대해 훗날 허블은 다음과 같이 말했다. “천문학은 성직과도 같다. 소명을 받아야 하기 때문이다. 나는 루이스빌에서 1년 동안 법률업무에 종사한 다음에야 비로소 그 소명을 받았다.” 뒤늦게 시작한 천문학이었지만 그는 뛰어난 머리와 약간의 노력으로 밀린 공부를 따라잡아 1917년 천문학 박사학위를 손에 쥐었다. 졸업 후 은사인 조지 헤일의 추천으로 윌슨 산 천문대에서 일하려던 허블의 계획은 뜻하지 않은 일로 취소되었다. 미국이 뒤늦게 1차대전에 뛰어들었던 탓이다. 육군 장교로 지원한 허블은 전투에서 오른팔에 부상을 입은 덕으로 소령으로 특진되었다. 그 역시 허블에게는 자랑거리였다. 평생 소령 칭호를 입에 달고 살았다니까. -무시받던 '희미한 빛뭉치'에 꽂히다 전선에서 돌아온 허블은 1919년 30살 때 짐을 꾸려서 윌슨 산으로 들어갔다. 말 그대로 입산이었다. 해발 1,800m 산꼭대기에 있는 윌슨 산 천문대에는 당시 세계 최대인 2.5m 후커 반사망원경이 설치되어 있었다. 그러나 노새가 이끄는 수레를 타고 한나절이나 걸려서야 도착할 수 있는 외진 곳이라 생활은 고행이었고, 일과는 고달팠다. 그럼에도 수십 명의 천문학자들이 연구를 위해 이곳에 둥지를 틀었다. 그들은 추운 겨울에도 관측대 위에 앉아 온밤을 지새웠다. 거대한 반사망원경을 조그마한 손잡이를 돌려 조절하며, 렌즈의 십자선을 응시하면서 최고 12시간을 버텨야 했다. 따뜻한 커피를 마실 수도, 난방기구를 이용할 수도 없었다. 망원경에 안 좋은 영향을 끼치기 때문이다. 연구원 숙소에 여자가 머무는 것은 금지되었기 때문에 연구원들은 그곳을 수도원이라 불렀다. '수도원 원장'인 조지 헤일은 천체물리학은 모든 잡념을 버린 남자만이 전념할 수 있는 분야라고 일찍이 설파했다. 윌슨 산 꼭대기에서 허블은 먼 우주에서 희미하게 빛나는 성운들을 향해서 망원경의 주경을 겨누고는, 사진을 찍고 스펙트럼을 찍기 시작했다. 그것은 때로는 열흘 밤을 꼬박 지새워야 하는 고된 작업이었다. 허블은 소년 시절에 할아버지의 망원경으로 별보기를 좋아했다. 그리고 할아버지가 좋아하던 퍼시벌 로웰의 화성 이야기를 들으며 우주로의 꿈을 키워왔다. 허블의 박사논문 주제는 ‘희미한 성운’이었다. 주류 천문학자들은 밝은 별과 행성, 혜성에 연구할 주제가 얼마든지 있는데 무엇하러 그런 희미한 빛뭉치를 연구한다 말인가 하고 의아해했다. 하지만 허블의 깊은 관심은 늘 그 희미한 빛뭉치인 성운에 있었다. ‘저 가스 구름들은 과연 우리 은하 안에 있는 것인가, 아니면 은하 바깥을 떠도는 별들의 도시인가?’ 라틴 어로 '안개'를 뜻하는 성운(nebula)은 20세기 초만 해도 정말 안개에 가려진 천체였다. 허블의 머리속에는 늘 성운에 대한 의문이 떠나질 않았다. 허블이 윌슨 산에 오자마자 대망원경의 주경을 성운 쪽으로 돌린 것은 당연한 노릇이었다. -건달에 가까운 노새 몰이꾼 휴메이슨 이 대목에서 우리는 또 한 사나이를 떠올리지 않을 수 없다. 허블의 조수였던 그 사내 역시 천문학사에서는 전설이 되어 있는 존재이다. 그는 원래 노새 몰이꾼이었다. 이름은 밀턴 휴메이슨, 나이는 허블보다 2살 아래였다. 윌슨 산 천문대로 장비나 생필품을 운반하는 잡일꾼으로 일했던 휴메이슨은 학교는 일찌감치 중2 때 때려치우고, 당구와 도박, 여자 후리기에 한가락하는 사내로, 좋게 말하면 한량, 나쁘게 말하면 건달이었다. 그런데 머리가 영리하고 호기심도 풍부한데다, 도박으로 다져진 눈썰미와 손재주, 머리회전에 힘입어, 천문대의 각종 장비와 기계에 대해 질문하고 익히고 하는 새에 어느덧 엔지니어 비슷한 수준까지 되었다. 그러던 어느 날, 야사가 전하는 바에 따르면 휴메이슨의 놀라운 변신이 펼쳐진다. 야간 관측 보조원이 병결했는데, 대타로 투입할 마땅한 사람이 없었다. 그렇다고 귀한 망원경을 놀릴 수도 없는 노릇이라, 천문대에서는 하룻밤 공칠 요량을 하고 휴메이슨에게 대타로 뛰어볼 용의가 없느냐고 제안했다. 그 업무는 거대한 덩치인 망원경을 다룰 뿐만 아니라 천체사진까지 찍어야 하는 일이었다. 그날 밤 휴메이슨은 임시직 관측 보조원이 되어 왕년에 트럼프 장 다루듯이 거대 망원경을 능숙하게 다루는 솜씨를 자랑했다. 그뿐인가, 천문대 연구원들은 휴메이슨이 찍어놓은 은하 스펙트럼들을 보고는 입을 다물지 못했다. 선명한 화질이 일급 전문가의 솜씨였던 것이다. 이 일로 그는 천문대 정식 직원으로 채용되어 허블의 조수가 되었다. 중학 중퇴로 천문대에 정식직원이 된 것은 전무후무한 일이었다. 이 중학 중퇴 건달과 허풍기 있는 천문학 박사는 만나자마자 악동들처럼 서로 죽이 잘 맞았다. 휴메이슨은 일을 시작하자 이내 양질의 은하 스펙트럼을 얻는 데 어떤 천문학자보다 뛰어난 역량을 발휘했고, 나중엔 '휴메이슨 혜성'을 발견하는 등 훌륭한 업적을 많이 남겨 완벽한 천문학자로 인정받게 되었다. 건달에서 천문학자로의 놀라운 변신이었다. 1923년 10월 어느 날 밤, 마침내 허블은 생애 최고의 사진을 찍었다. 그는 2.5m 반사망원경을 이용해 안드로메다 대성운으로 알려진 M31과 삼각형자리 나선은하 M33의 사진을 찍었다. 며칠 후 안드로메다 성운 사진 건판을 분석하던 허블은 갑자기 “유레카!” 하고 크게 외쳤다. 성운 안에 찍혀 있는 변광성을 발견한 것이다. 1912년 헨리에타 리빗이 변광성의 주기와 밝기가 밀접한 관계가 있음을 발견하고 이를 우주를 재는 표준 촛불로 삼아, 그때까지 알려지지 않았던 하늘의 잣대를 제공한 바 있었다. 리빗의 발견을 잘 알고 있던 허블은 안드로메다 변광성의 주기를 측정해본 결과 31.4일이라는 것을 알아냈다. 여기에다 리빗의 자를 들이대어 지구까지의 거리를 계산해보니 놀랍게도 93만 광년이란 답이 나왔다. 우리 은하 크기보다 10배나 멀리 떨어져 있는 게 아닌가! 단순히 나선 모양의 성운으로 알고 있었던 안드로메다는 사실 우리 은하를 까마득히 넘어선 곳에 있는 독립된 나선은하였다. 칸트의 섬우주론이 200 년 만에 완벽히 증명된 셈이었다. 이로써 인류 역사상 가장 먼 거리를 측정했던 허블은 새로운 우주공간의 문을 활짝 열어젖혔던 것이다. 당시 천문학계는 우리은하의 크기를 놓고 '대논쟁'을 벌이고 있었다. '우리은하가 우주 전체다', '우리은하 외에도 많은 은하들이 있을 것이다'는 두 진영으로 나뉘어 있었는데, 뒤늦게 나타난 신출내기 천문학자가 그 판정을 내려주었던 것이다. 어쨌든 이 하나의 발견으로 허블은 일약 천문학계의 영웅으로 떠올랐다. 나중에 알려진 사실이지만, 허블의 계산은 참값보다 큰 차이가 나는 것이었다. 현재 알려진 안드로메다 은하까지의 거리는 그 두 배가 넘는 250만 광년이다. 밤하늘에서 빛나는 모든 것들이 우리 은하 안에 속해 있다고 믿고 있던 사람들에게 이 발견은 청천벽력과도 같은 것이었다. 갑자기 우리 태양계는 조그만 웅덩이 정도로 축소되어버리고, 태양은 우주라는 드넓은 바닷가의 한 알갱이 모래에 지나지 않은 것이 되었다. 허블의 발견 이후 은하들 뒤에 다시 무수한 은하들이 늘어서 있는 무한에 가까운 우주임이 드러났다. 인류에게 이것은 근본적인 계시였다. -하늘도 불안정하다! 은하를 추적하는 허블의 망원경은 여기서 멈추지 않았다. 그후 6년 동안 허블과 그의 조수 휴메이슨은 은하들의 거리에 관한 데이터들을 모으느라 춥고 긴 밤을 지새우기 일쑤였다. 과학자들은 은하들이 제자리에 고정되어 있지 않다는 사실을 알고 있었다. 1912년, 로웰 천문대의 베스토 슬라이퍼는 은하 스펙트럼에서 적색이동을 발견하고, 은하들이 엄청난 속도로 지구로부터 멀어지고 있다는 사실을 처음으로 알아냈다. 허블은 슬라이퍼의 연구를 기초로 삼고, 그 동안 24개의 은하를 집요하게 추적해서 얻은 자신의 관측자료를 정리하여 거리와 속도를 반비례시킨 표에다가 은하들을 집어넣었다. 그 결과 놀라운 사실이 하나 드러났다. 멀리 있는 은하일수록 더 빠른 속도로 멀어져가고 있는 것이다. 은하는 후퇴하고 있다. 먼 은하일수록 후퇴속도는 더 빠르다. 그리고 은하의 이동속도를 거리로 나눈 값은 항상 일정하다. 이것이 허블 법칙이다.(사실 허블-휴메이슨 법칙이라 불러야 공평하다) 훗날 이 상수는 허블 상수로 불리며, 'H'로 표시된다. 허블 상수는 우주의 팽창속도를 알려주는 지표로서, 이것만 정확히 알아낸다면 우주의 크기와 나이를 구할 수 있다. 그래서 허블 상수는 우주의 로제타 석에 비유되기도 한다. 허블과 휴메이슨의 발견은 우주가 팽창하고 있음을 명백히 보여주는 것이었다. 또한 여러 세기 동안 과학자들을 괴롭혀왔던 올베르스의 역설도 이로써 우주팽창이라는 정답을 얻은 셈이었다. 그러나 당시에는 허블 자신까지 포함해서 이것이 우주의 기원과 연관되어 있으며, 모든 것의 근본을 건드리는 심오한 문제라고 확신하는 사람은 아무도 없었다. 묘하게도 죽이 잘 맞았던 이 덤앤더머 커플이 인류를 우주 기원의 순간으로 데려갈 이론적 토대를 닦았던 것이다. 이는 20세기 천문학사에서 가장 중요한 발견으로 받아들여졌다. 1929년, 이 사실이 발표되었을 때 엄청난 충격을 사람들에게 던져주었다. 이 우주가 지금 이 순간에도 무서운 속도로 팽창하고 있으며, 우리가 발붙이고 사는 이 세상에 고정되어 있는 거라곤 하나도 없다는 이 현기증 나는 사실에 사람들은 황망해했다. 최초로 인류가 지구상을 걸어다닌 이래 우리 인간사가 불안정하다는 것을 알고는 있었지만, 20세기에 들어서는 하늘조차도 불안정하다는 사실을 깨닫게 되었던 것이다. 그것은 제행무상(諸行無常)의 대우주였다. -허블의 유해는 어디에? 허블은 죽을 때까지 열성적으로 은하를 관측했다. 1953년 허블은 팔로마 산 천문대의 지름 5m의 거대 망원경 앞에서 며칠 밤을 새워 관측할 준비를 하던 중 갑자기 심장마비로 숨졌다. 대천문학자다운 열반이었다. 향년 64세. 코페르니쿠스 이후 천문학의 발전에 최대의 공헌을 한 허블의 업적은 노벨 상을 뛰어넘는 것이지만, 허블은 상을 받지 못했다. 노벨 물리학상이 천문학을 배제했기 때문이다. 그러나 뒤늦게 규정이 바뀌어 허블에게도 상을 주기로 결정했지만, 이번엔 상을 받을 사람이 없었다. 허블이 죽은 지 3개월 뒤였던 것이다. 노벨 상은 고인이 된 사람에게는 주지 않는 것이기 때문에, 상을 받으려면 업적 못지않게 수명도 중요한 변수라는 것을 새삼 일깨워주었다. 죽은 뒤에도 허블은 세간의 관심을 모았다. 허블의 유언에 따른 거라는 설도 있지만, 그의 부인 그레이스는 장례식과 추도회를 모두 거부했다. 그리고 남편의 유해를 어떻게 처리했는지에 대해서도 끝내 입을 열지 않았다. 그래서 20세기의 가장 위대한 천문학자였던 허블의 행방은 반세기가 지난 지금까지도 풀리지 않은 미스터리가 되는 바람에 허블을 추념하려면 우주공간에 떠 있는 허블 망원경을 바라볼 수밖에 없다. 1990년 우주 공간으로 쏘아올려진 우주망원경에 허블의 업적을 기리는 뜻에서 그의 이름이 붙여졌기 때문이다. 지금도 지구 중심 궤도를 95분마다 한 바퀴씩 돌며 먼 우주를 담아 보내고 있는 허블 우주망원경은 지난 4월 24일로 관측 25주년을 맞았으며, 2018년 제임스 웹 우주망원경이 발사될 때까지 계속 운용될 전망이다. 마지막 허블의 말로 이 글을 접기로 하자. “오감만 잘 갖춰져 있으면 인간은 우주가 무엇인지 탐험할 수 있으며, 그걸 모험과학이라 부른다.” ​이광식 통신원 joand999@naver.com

우주를 가득 채울 모래알 수는? 우주를 놓고 가장 기발한 생각을 한 사람을 꼽자면 아마도 기원전 3세기 아르키메데스일 것이다. 뉴턴, 가우스와 함께 역사상 3대 수학자로 꼽히는 아르키메데스는 과연 우주에 대해 어떤 생각을 했던 것일까? 그가 한 생각은 참으로 기상천외 그 자체였는데, 바로 이런 것이었다. -모래알로 이 우주를 가득 채우려면 모래알이 몇 개나 들어갈까? 참으로 놀랍고 기발한 생각이 아닌가. 먼저 그 놀라운 상상력에 경의를 표하지 않을 수 없다. 고대 세계 최고의 지성으로 꼽히는 아르키메데스를 두고 프랑스의 계몽 사상가 볼테르가 호메로스보다 더 훌륭하고 풍부한 상상력을 가졌다고 상찬한 말이 빈말이 아님을 알 수 있다. 고대의 뛰어난 천문학자이기도 했던 아르키메데스는 왜 하필이면 모래를 갖고 그런 엄청난 계산을 하려 했던 것일까? 모래는 우리가 손가락으로 감각할 수 있는 물체 중 가장 작은 물건이다. 그리고 우주는 가장 크다. 이 극과 극, 둘의 비교는 얼마나 신선한가. 다른 이유도 있었다. 아르키메데스 이전까지 그리스 인들이 다루던 숫자의 크기는 기껏해야 1만을 넘지 않았다. 그리고 당시 수학자들은 바닷가의 모든 모래알 수를 나타낼 정도로 큰 수는 존재하지 않는다고 주장했는데, 아르키메데스는 그들에게 그보다 더 큰 수가 존재한다는 것을 증명해 보이기 위해 우주를 가득 채울 모래알 수 계산에 도전했던 것이다. 아르키메데스는 그 도전장인 ‘모래알 계산자'(The Sand Reckoner)라는 자신의 책 첫머리에서 이렇게 말하고 있다. “겔론 왕 전하, 세상에는 모래알의 수가 무한대라고 생각하는 사람들이 있습니다. 제가 말씀 드리는 모래는 시라쿠사와 시칠리아 섬 전역에 있는 모래만을 이야기하는 것이 아닙니다. 사람이 사는 곳이건 살지 않는 곳이건 세상의 모래란 모래는 다 모았다고 생각해도 좋습니다. 단순히 무한대라는 표현을 쓰지 않고 이렇게 말하는 사람들도 있습니다. ‘여태껏 이름 붙여진 그 어떤 크기의 수라도 세상 모래알의 수보다는 작다’라고 말입니다.” 이렇게 운을 뗀 아르키메데스는 모래알로 우주를 가득 채우려면 몇 개나 있어야 하는가 하는 어마어마한 계산에 도전했던 것이다. 아르키메데스는 대체 어떤 방법으로 그 엄청난 크기의 숫자를 다루는 계산을 해냈을까? 당시는 복잡한 기수법 때문에 단순한 곱하기 문제도 여간 어렵지 않아 일반인들은 풀 엄두를 내지 못하던 때였다. 중세까지만 해도 유럽에 인도-아라비아 숫자가 전해지지 않아, 곱셈을 제대로 하려면 로마로 유학을 가야 했다는 웃지 못할 얘기가 전한다. 지금 생각하면 웃기는 일이지만 당시는 실제상황이었다. 그럼에도 아르키메데스는 그런 엄청난 계산을 해냈다. 그가 사용한 계산과정은 그의 위대성을 보여주는 것으로 다음과 같은 방법이었다. 먼저 그는 양귀비 씨앗 한 개의 크기에 해당하는 모래알의 수를 계산한 후, 다음에는 손가락 크기에 해당하는 양귀비 씨앗 개수를 어림잡아 구했다. 그리고 다음에는 육상 경기장 한 개를 가득 채우는 데 필요한 손가락 개수를 어림 계산하는 등과 같은 과정을 순차적으로 반복해나갔다. 이는 바로 지수 개념의 계산법이라 할 수 있다. 그의 위대한 지성은 기원전 3세기에 이미 지수 개념을 창안해냈던 것이다. 또 아르키메데스는 당시에 알려져 있던 아리스타르코스의 태양중심설을 기준으로 우주의 크기를 정했다. 아리스타르코스의 태양중심설 자체는 전해지지 않고, 아르키메데스의 ‘모래알 계산자’ 그의 태양중심설을 설명하는 글 가운데 오늘날까지 전해오는 유일한 것이다. 아리스타르코스가 지구와 별들 사이의 거리를 따로 밝히지 않았기 때문에 아르키메데스는 이를 대략적으로 추정할 수 밖에 없었다. 아르키메데스가 나름대로 추정한 우주의 크기는 약 2광년이었다. 이렇게 하여 아르키메데스가 구한 모래알 개수는 자그마치 8X10^63 개였다. 이는 지구상 모래알 개수인 10^22개보다 엄청 많은 숫자이다. 하지만 우주를 가득 채우기에는 턱도 없는 숫자임을 이제 우리는 안다. 현재의 팽창우주는 아르키메데스가 생각하던 크기보다 비교가 안될 정도로 크기 때문이다. 그럼 실제로 현재의 이 우주를 모래알로 가득 채우려면 몇 개의 모래알이 필요할까? 편의상 모래알 사이의 공간은 무시하기로 하자. 먼저 모래알의 크기부터 정하자. 보통 지름 2~0.2㎜까지의 모래를 조사(粗砂), 0.2~0.02㎜사이의 모래를 세사(細砂)라고 한다. 우리는 이중에서 세사를 택해, 그 지름을 편의상 0.1mm로 정하기로 하자. 다음으로, 우주의 크기는 얼마나 되는가? 빅뱅에서 시작된 우주의 나이가 138억 년이니까, 그것을 반지름으로 한다면 지름은 276억 광년인데, 빅뱅 초창기에 인플레이션으로 광속보다 더 빨리 팽창되어 현재 대략 950억 광년 크기로 나와 있다. 그럼 우주 크기를 km단위로 나타내보자. 1광년=300,000kmX3,600(초)X24(시간)X365(일)=9,460,800,000,000km(약 10^13km) 우주 지름=95,000,000,000광년X10^13km=95X10^22km(약 10^24km) 모래알 지름=0.1mm=10^-7km 위 둘을 나누면; 10^31배 우주의 지름은 모래알 지름의 10^31배라는 답이 나왔다. 부피는 길이의 3제곱이므로 (10^31)^3=10^93(개) 즉, 1구골(10^100)의 1/10^7인 10^93개의 모래알이면 온 우주를 모래로 빈틈없이 가득 채울 수 있다는 말이다. 이는 동양권 숫자의 가장 큰 단위인 무량대수(無量大數/10^68)보다도 10^25배 크고, 아르키메데스의 모래알 수보다는 무려 10^30배나 많은 숫자이다. 그러나 만 단위 수도 잘 사용하지 않았던 고대에 아르키메데스가 우주를 가득 채울 모래알 수를 계산해냈다는 것은 대단한 업적이 아닐 수 없다. 고대세계에 아르키메데스 외에도 모래알을 계산한 사람들이 있었는데, 바로 우리가 쓰는 인도-아라비아 숫자를 창안한 인도인들이었다. 고대 인도인은 ‘부처가 태어나고 유행(遊行)한 곳이라고 전하는 갠지스 강(恒河)의 모래알 개수를 10^52개라고 계산했다. 그래서 이 숫자의 이름이 ‘항하사(恒河沙)’이다. 이 숫자의 크기를 따져보기 위해, 먼저 모래알 하나와 지구와의 크기 비율을 알아보기로 하자. 지구 지름=13,000km 모래알 지름=10^-7km 둘을 나누면; 13X10^10(1.3천억 배) 그 3제곱은 약 10^33 지구를 모래알로 다 채우려면 약 10^33개의 모래알이 필요하다. 따라서 1항하사(10^52)의 모래알은 지구 1000경(10^19) 개를 채울 수 있는 양이다. 고대 인도인들의 과장이 좀 지나쳤음을 알 수 있다. 숫자의 위대함이 팍 느껴지는 대목이다. 세계는 수로 표현될 수 있다고 믿고 만물의 근원은 수라고 말한 피타고라스가 맞았다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　　

지름이 약 1.3km에 달하는 거대 소행성이 한국시간으로 14일 오후 지구를 스쳐 지나간다. 에베레스트산의 8분의 1 크기나 되는 이 소행성은 지구에서 불과 1000만 km 정도밖에 떨어지지 않을 만큼 근접할 예정이다. 영국 일간 익스프레스에 따르면, 천문학자들이 오는 14일(세계시 기준) ‘1999 FN53’으로 명명된 소행성이 지구를 스쳐 지나갈 것이라고 밝혔다. 이 소행성은 1999년 3월 31일 로웰천문대 NEO 탐색(LONEOS)을 통해 처음 발견됐다. 이 소행성은 미국항공우주국(NASA)의 지구근전물체(NEO) 프로그램을 통해 관리대상으로 분류된 대부분 소행성보다 10배 이상 크다. 또한 지난 3월 지구를 스쳐 지나간 거대 소행성 2014-YB35보다 거의 2배 정도 크다. 천문학자들은 만일 이 소행성이 예측과 달리 지구와 충돌하게 되면 대규모 파괴와 지진이 일어나고 전체적 소멸을 초래할 것이라고 경고하고 있다. 이들은 이 소행성의 폭발력이 TNT 폭탄 수백만 메가톤에 맞먹으며 이로 인해 지구 인구 15억 명이 사망할 수 있다고 설명했다. 이번 소행성은 퉁구스카 대폭발로 불리는 1908년 시베리아에 지름 50m가 넘는 거대한 구덩이를 만들어낸 소행성보다 파괴적이다. 당시 그 지역 나무 8000만 그루가 파괴됐고 리히터 규모로 5.0에 해당하는 지진파가 발생했다. 그런 비극적 결과는 천문학자들에게 지구에 충돌한 소행성을 연구하는 기준이 됐다. 천문학자들에 따르면, 이 소행성은 현재 시속 4만 8000km라는 엄청난 속도로 지구를 향해 날아오고 있다. 이는 점보제트기의 50배, 우주 로켓의 2배에 해당하는 속도이다. 잉글랜드 버킹엄셔대의 빌 나피어 천문학 교수는 만일 충돌이 일어나면 상상할 수 없는 파멸이 일어날 것이라고 말하고 있다. 그는 “만일 소행성이 육지가 아닌 바다에 떨어지게 되면 성층권에 있는 오존층이 파괴돼 땅에 있는 거의 모든 식물은 강력한 햇빛에 그대로 노출돼 타버릴 것”이라면서 “또 성층권으로 많은 물을 증발시켜 궁극적으로는 대량 멸종에 이를 것”이라고 설명했다. 현재 계산으로는 이 소행성이 지구에서 1000만 km 정도 떨어진 포인트를 지날 것으로 예상되어 위험성은 없어보인다. 하지만, 천문학자들은 만일 궤도에 약간의 오차가 있으면 지구에 충돌할 가능성도 배제할 수 있다고 경고한다. 한편 이번 소행성 접근 사건이 무사히(?) 지나가면 천문학자들은 오는 6월 30일 ‘세계 소행성의 날’을 맞아 이 천체가 잠재적 위험 소행성(PHA)임을 강조하기 위해 고유 명칭을 부여할 예정이다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지름이 약 1.3km에 달하는 거대 소행성이 한국시간으로 14일 오후 지구를 스쳐 지나간다. 에베레스트산의 8분의 1 크기나 되는 이 소행성은 지구에서 불과 1000만 km 정도밖에 떨어지지 않을 만큼 근접할 예정이다. 영국 일간 익스프레스에 따르면, 천문학자들이 오는 14일(세계시 기준) ‘1999 FN53’으로 명명된 소행성이 지구를 스쳐 지나갈 것이라고 밝혔다. 이 소행성은 1999년 3월 31일 로웰천문대 NEO 탐색(LONEOS)을 통해 처음 발견됐다. 이 소행성은 미국항공우주국(NASA)의 지구근전물체(NEO) 프로그램을 통해 관리대상으로 분류된 대부분 소행성보다 10배 이상 크다. 또한 지난 3월 지구를 스쳐 지나간 거대 소행성 2014-YB35보다 거의 2배 정도 크다. 천문학자들은 만일 이 소행성이 예측과 달리 지구와 충돌하게 되면 대규모 파괴와 지진이 일어나고 전체적 소멸을 초래할 것이라고 경고하고 있다. 이들은 이 소행성의 폭발력이 TNT 폭탄 수백만 메가톤에 맞먹으며 이로 인해 지구 인구 15억 명이 사망할 수 있다고 설명했다. 이번 소행성은 퉁구스카 대폭발로 불리는 1908년 시베리아에 지름 50m가 넘는 거대한 구덩이를 만들어낸 소행성보다 파괴적이다. 당시 그 지역 나무 8000만 그루가 파괴됐고 리히터 규모로 5.0에 해당하는 지진파가 발생했다. 그런 비극적 결과는 천문학자들에게 지구에 충돌한 소행성을 연구하는 기준이 됐다. 천문학자들에 따르면, 이 소행성은 현재 시속 4만 8000km라는 엄청난 속도로 지구를 향해 날아오고 있다. 이는 점보제트기의 50배, 우주 로켓의 2배에 해당하는 속도이다. 잉글랜드 버킹엄셔대의 빌 나피어 천문학 교수는 만일 충돌이 일어나면 상상할 수 없는 파멸이 일어날 것이라고 말하고 있다. 그는 “만일 소행성이 육지가 아닌 바다에 떨어지게 되면 성층권에 있는 오존층이 파괴돼 땅에 있는 거의 모든 식물은 강력한 햇빛에 그대로 노출돼 타버릴 것”이라면서 “또 성층권으로 많은 물을 증발시켜 궁극적으로는 대량 멸종에 이를 것”이라고 설명했다. 현재 계산으로는 이 소행성이 지구에서 1000만 km 정도 떨어진 포인트를 지날 것으로 예상되어 위험성은 없어보인다. 하지만, 천문학자들은 만일 궤도에 약간의 오차가 있으면 지구에 충돌할 가능성도 배제할 수 있다고 경고한다. 한편 이번 소행성 접근 사건이 무사히(?) 지나가면 천문학자들은 오는 6월 30일 ‘세계 소행성의 날’을 맞아 이 천체가 잠재적 위험 소행성(PHA)임을 강조하기 위해 고유 명칭을 부여할 예정이다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우주를 가득 채울 모래알 수는? 우주를 놓고 가장 기발한 생각을 한 사람을 꼽자면 아마도 기원전 3세기 아르키메데스일 것이다. 뉴턴, 가우스와 함께 역사상 3대 수학자로 꼽히는 아르키메데스는 과연 우주에 대해 어떤 생각을 했던 것일까? 그가 한 생각은 참으로 기상천외 그 자체였는데, 바로 이런 것이었다. -모래알로 이 우주를 가득 채우려면 모래알이 몇 개나 들어갈까? 참으로 놀랍고 기발한 생각이 아닌가. 먼저 그 놀라운 상상력에 경의를 표하지 않을 수 없다. 고대 세계 최고의 지성으로 꼽히는 아르키메데스를 두고 프랑스의 계몽 사상가 볼테르가 호메로스보다 더 훌륭하고 풍부한 상상력을 가졌다고 상찬한 말이 빈말이 아님을 알 수 있다. 고대의 뛰어난 천문학자이기도 했던 아르키메데스는 왜 하필이면 모래를 갖고 그런 엄청난 계산을 하려 했던 것일까? 모래는 우리가 손가락으로 감각할 수 있는 물체 중 가장 작은 물건이다. 그리고 우주는 가장 크다. 이 극과 극, 둘의 비교는 얼마나 신선한가. 다른 이유도 있었다. 아르키메데스 이전까지 그리스 인들이 다루던 숫자의 크기는 기껏해야 1만을 넘지 않았다. 그리고 당시 수학자들은 바닷가의 모든 모래알 수를 나타낼 정도로 큰 수는 존재하지 않는다고 주장했는데, 아르키메데스는 그들에게 그보다 더 큰 수가 존재한다는 것을 증명해 보이기 위해 우주를 가득 채울 모래알 수 계산에 도전했던 것이다. 아르키메데스는 그 도전장인 ‘모래알 계산자'(The Sand Reckoner)라는 자신의 책 첫머리에서 이렇게 말하고 있다. “겔론 왕 전하, 세상에는 모래알의 수가 무한대라고 생각하는 사람들이 있습니다. 제가 말씀 드리는 모래는 시라쿠사와 시칠리아 섬 전역에 있는 모래만을 이야기하는 것이 아닙니다. 사람이 사는 곳이건 살지 않는 곳이건 세상의 모래란 모래는 다 모았다고 생각해도 좋습니다. 단순히 무한대라는 표현을 쓰지 않고 이렇게 말하는 사람들도 있습니다. ‘여태껏 이름 붙여진 그 어떤 크기의 수라도 세상 모래알의 수보다는 작다’라고 말입니다.” 이렇게 운을 뗀 아르키메데스는 모래알로 우주를 가득 채우려면 몇 개나 있어야 하는가 하는 어마어마한 계산에 도전했던 것이다. 아르키메데스는 대체 어떤 방법으로 그 엄청난 크기의 숫자를 다루는 계산을 해냈을까? 당시는 복잡한 기수법 때문에 단순한 곱하기 문제도 여간 어렵지 않아 일반인들은 풀 엄두를 내지 못하던 때였다. 중세까지만 해도 유럽에 인도-아라비아 숫자가 전해지지 않아, 곱셈을 제대로 하려면 로마로 유학을 가야 했다는 웃지 못할 얘기가 전한다. 지금 생각하면 웃기는 일이지만 당시는 실제상황이었다. 그럼에도 아르키메데스는 그런 엄청난 계산을 해냈다. 그가 사용한 계산과정은 그의 위대성을 보여주는 것으로 다음과 같은 방법이었다. 먼저 그는 양귀비 씨앗 한 개의 크기에 해당하는 모래알의 수를 계산한 후, 다음에는 손가락 크기에 해당하는 양귀비 씨앗 개수를 어림잡아 구했다. 그리고 다음에는 육상 경기장 한 개를 가득 채우는 데 필요한 손가락 개수를 어림 계산하는 등과 같은 과정을 순차적으로 반복해나갔다. 이는 바로 지수 개념의 계산법이라 할 수 있다. 그의 위대한 지성은 기원전 3세기에 이미 지수 개념을 창안해냈던 것이다. 또 아르키메데스는 당시에 알려져 있던 아리스타르코스의 태양중심설을 기준으로 우주의 크기를 정했다. 아리스타르코스의 태양중심설 자체는 전해지지 않고, 아르키메데스의 ‘모래알 계산자’ 그의 태양중심설을 설명하는 글 가운데 오늘날까지 전해오는 유일한 것이다. 아리스타르코스가 지구와 별들 사이의 거리를 따로 밝히지 않았기 때문에 아르키메데스는 이를 대략적으로 추정할 수 밖에 없었다. 아르키메데스가 나름대로 추정한 우주의 크기는 약 2광년이었다. 이렇게 하여 아르키메데스가 구한 모래알 개수는 자그마치 8X10^63 개였다. 이는 지구상 모래알 개수인 10^22개보다 엄청 많은 숫자이다. 하지만 우주를 가득 채우기에는 턱도 없는 숫자임을 이제 우리는 안다. 현재의 팽창우주는 아르키메데스가 생각하던 크기보다 비교가 안될 정도로 크기 때문이다. 그럼 실제로 현재의 이 우주를 모래알로 가득 채우려면 몇 개의 모래알이 필요할까? 편의상 모래알 사이의 공간은 무시하기로 하자. 먼저 모래알의 크기부터 정하자. 보통 지름 2~0.2㎜까지의 모래를 조사(粗砂), 0.2~0.02㎜사이의 모래를 세사(細砂)라고 한다. 우리는 이중에서 세사를 택해, 그 지름을 편의상 0.1mm로 정하기로 하자. 다음으로, 우주의 크기는 얼마나 되는가? 빅뱅에서 시작된 우주의 나이가 138억 년이니까, 그것을 반지름으로 한다면 지름은 276억 광년인데, 빅뱅 초창기에 인플레이션으로 광속보다 더 빨리 팽창되어 현재 대략 950억 광년 크기로 나와 있다. 그럼 우주 크기를 km단위로 나타내보자. 1광년=300,000kmX3,600(초)X24(시간)X365(일)=9,460,800,000,000km(약 10^13km) 우주 지름=95,000,000,000광년X10^13km=95X10^22km(약 10^24km) 모래알 지름=0.1mm=10^-7km 위 둘을 나누면; 10^31배 우주의 지름은 모래알 지름의 10^31배라는 답이 나왔다. 부피는 길이의 3제곱이므로 (10^31)^3=10^93(개) 즉, 1구골(10^100)의 1/10^7인 10^93개의 모래알이면 온 우주를 모래로 빈틈없이 가득 채울 수 있다는 말이다. 이는 동양권 숫자의 가장 큰 단위인 무량대수(無量大數/10^68)보다도 10^25배 크고, 아르키메데스의 모래알 수보다는 무려 10^30배나 많은 숫자이다. 그러나 만 단위 수도 잘 사용하지 않았던 고대에 아르키메데스가 우주를 가득 채울 모래알 수를 계산해냈다는 것은 대단한 업적이 아닐 수 없다. 고대세계에 아르키메데스 외에도 모래알을 계산한 사람들이 있었는데, 바로 우리가 쓰는 인도-아라비아 숫자를 창안한 인도인들이었다. 고대 인도인은 ‘부처가 태어나고 유행(遊行)한 곳이라고 전하는 갠지스 강(恒河)의 모래알 개수를 10^52개라고 계산했다. 그래서 이 숫자의 이름이 ‘항하사(恒河沙)’이다. 이 숫자의 크기를 따져보기 위해, 먼저 모래알 하나와 지구와의 크기 비율을 알아보기로 하자. 지구 지름=13,000km 모래알 지름=10^-7km 둘을 나누면; 13X10^10(1.3천억 배) 그 3제곱은 약 10^33 지구를 모래알로 다 채우려면 약 10^33개의 모래알이 필요하다. 따라서 1항하사(10^52)의 모래알은 지구 1000경(10^19) 개를 채울 수 있는 양이다. 고대 인도인들의 과장이 좀 지나쳤음을 알 수 있다. 숫자의 위대함이 팍 느껴지는 대목이다. 세계는 수로 표현될 수 있다고 믿고 만물의 근원은 수라고 말한 피타고라스가 맞았다. 이광식 통신원 joand999@naver.com　　

토성의 위성 가운데는 ‘눈’을 가진 것이 있다. 물론 실제 눈이 아니라 거대한 크레이터 때문에 눈처럼 보이는 위성 '미마스'(mimas)의 이야기다. 미국항공우주국(NASA)은 2005년 카시니 탐사선이 210만km 거리에서 찍은 미마스의 사진을 공개했다. 이 사진에서 미마스는 토성의 고리 뒤에 있다. 그리고 마치 토성을 감시하듯이 바라보고 있다. (사진 참조) 토성은 목성처럼 많은 위성을 가지고 있지만, 거대한 위성 4개를 거느린 목성과 달리 가장 큰 위성 타이탄 이외에는 대형 위성이 없다. 타이탄은 지구보다 두꺼운 대기를 지닌 특이한 위성임과 동시에 토성의 모든 위성의 질량을 합쳤을 때 96%를 가지고 있는 대형 위성이다. 따라서 토성의 위성은 타이탄과 나머지 기타라고 불러도 좋을 정도지만, 작은 위성 가운데도 매우 독특한 특징을 지녀서 과학자들의 관심을 끄는 위성이 있다. 미마스 역시 그 가운데 하나다. 미마스는 지름이 397km에 달하는데 놀랍게도 130km 폭의 거대 크레이터인 허셜 크레이터(이 위성이 천문학자 윌리엄 허셜에 의해 발견되어 이 명칭이 붙었다)를 지니고 있다. 과학자들은 크레이터가 가능한 지름이 천체 지름의 1/3을 넘지 못할 것으로 생각하고 있다. 허셜 크레이터는 거의 한계에 도달한 크기의 크레이터인 셈이다. 만약 지구에 이런 크레이터가 있다면 크레이터 안에 캐나다가 들어갈 수 있으며 크레이터 가장자리의 높이는 200km에 달하는 수준일 것이다. 실제로 미마스는 이 크레이터를 만든 충격으로 거의 파괴될 뻔한 흔적을 가지고 있다. 허셜 크레이터의 반대쪽까지 퍼져있는 카스마타(chasmata)라는 균열이 그 증거다. 하지만 미마스는 이 엄청난 충격에서 간신히 살아남았다. 그리고 이 크레이터 덕분에 매우 독특한 외형을 가지게 되었다. 이 크레이터가 발견된 1980년 당시는 스타워즈 시리즈가 극장에서 상영되던 시절이었다. 그래서 이 위성에는 데스스타(Death Star)라는 별명이 붙기도 했다. 하지만 실제로 데스스타보다 안구 모양으로 생겼다는 표현이 더 적절하다. 이 거대 크레이터 이외에도 미마스에는 또 다른 미스터리가 있다. 그것은 태양계에서 구형으로 생긴 가장 작은 천체라는 사실이다. 대략 지름 500km가 넘는 천체는 자체적인 중력으로 인해 공 모양이 되는 것으로 생각된다. 하지만 미마스는 이보다 작다. 오히려 미마스보다 큰 베스타 같은 소행성은 감자 모양인데, 왜 미마스는 구형이 될 수 있었는지는 아직 수수께끼로 남아있다. 작지만 정말 비밀이 많은 위성인 셈이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

마치 알이 부화하는 것처럼 구상성단이 태어나는 모습이 사상 처음으로 포착됐다.최근 미 국립전파천문대(NRAO)는 칠레에 위치한 알마(ALMA) 전파망원경을 이용해 형성 초기 구상성단을 포착하는데 성공했다고 발표했다. 지구로부터 약 5000만 광년 떨어진 '더듬이 은하'(Antennae galaxies)에 둥지를 튼 이 성단은 특유의 둥근 형태로 구상성단의 모습을 갖춰가고 있다. 우주를 구성하는 성단의 일종인 구상성단(球狀星團·globular cluster)은 수만~수백만 개의 별이 공 모양으로 밀집돼 있어 이같은 이름이 붙었다. 공개된 이미지 상으로는 작게 보이지만 사실 이 성단 안에서 수백 만 개의 별이 탄생한다. 특히 이번 관측이 의미가 있는 것은 우주 속에서 별이 탄생하는 가장 오래된 장면을 목격하는 것이기 때문. 연구팀에 따르면 과거에도 구상성단을 관측한 바 있으나 가장 오래된 것이 사람으로 치면 청소년 나이였다. 연구를 이끈 천문학자 켈시 존슨 박사는 "이번 발견은 공룡알이 막 부화를 시작하는 것을 목격하는 것과 같다" 면서 "두 눈으로 우주 초기의 역사를 똑바로 쳐다보는 것" 이라고 의미를 부여했다. 이어 "이 성단 안에는 우리 태양의 5000만 배 이상의 가스가 가득 차 있다" 면서 "이 안에서 약 1%의 생존 확률로 수많은 별들이 태어날 것" 이라고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

마치 알이 부화하는 것처럼 구상성단이 태어나는 모습이 사상 처음으로 포착됐다.최근 미 국립전파천문대(NRAO)는 칠레에 위치한 알마(ALMA) 전파망원경을 이용해 형성 초기 구상성단을 포착하는데 성공했다고 발표했다. 지구로부터 약 5000만 광년 떨어진 '더듬이 은하'(Antennae galaxies)에 둥지를 튼 이 성단은 특유의 둥근 형태로 구상성단의 모습을 갖춰가고 있다. 우주를 구성하는 성단의 일종인 구상성단(球狀星團·globular cluster)은 수만~수백만 개의 별이 공 모양으로 밀집돼 있어 이같은 이름이 붙었다. 공개된 이미지 상으로는 작게 보이지만 사실 이 성단 안에서 수백 만 개의 별이 탄생한다. 특히 이번 관측이 의미가 있는 것은 우주 속에서 별이 탄생하는 가장 오래된 장면을 목격하는 것이기 때문. 연구팀에 따르면 과거에도 구상성단을 관측한 바 있으나 가장 오래된 것이 사람으로 치면 청소년 나이였다. 연구를 이끈 천문학자 켈시 존슨 박사는 "이번 발견은 공룡알이 막 부화를 시작하는 것을 목격하는 것과 같다" 면서 "두 눈으로 우주 초기의 역사를 똑바로 쳐다보는 것" 이라고 의미를 부여했다. 이어 "이 성단 안에는 우리 태양의 5000만 배 이상의 가스가 가득 차 있다" 면서 "이 안에서 약 1%의 생존 확률로 수많은 별들이 태어날 것" 이라고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지구에서 약 40광년 떨어진 곳에는 일명 '슈퍼지구'라 불리는 특이한 외계 행성이 존재한다. 바로 지구에 비해 지름은 2배, 질량은 8배 정도인 '55 Cancri(게자리) e'다. 최근 영국 케임브리지 대학 연구팀이 '55 Cancri e'의 온도변동을 사상 최초로 측정해 관심을 끌고있다. 지난 2003년 발사된 미 항공우주국 나사(NASA)의 스피처 우주망원경을 사용해 측정한 이 행성의 표면 온도는 무려 1,000-2,700°C. 또한 이같은 온도 변화의 이유가 행성에 존재하는 거대한 화산 활동 때문이라는 사실도 밝혀냈다. 지난 2012년 처음 빛이 탐지된 '55 Cancri e'는 그간 천문학자들의 높은 관심을 받아왔다. 특히 같은 해 미국 예일대 연구팀은 행성의 표면이 종전 추정 성분인 물과 흑연이 아니라 흑연과 다이아몬드로 덮여 있을 가능성이 크다고 발표해 일약 '다이아몬드 행성' 이라는 별칭도 얻었다. 　 '55 Cancri e'가 슈퍼지구라 불린 이유는 지구와 사이즈가 비슷하고 암석형으로 이루어졌기 때문이지만 높은 표면 온도 때문에 생명체가 존재할 가능성은 거의 없다. 연구에 참여한 니쿠 마두수단 박사는 "3년 간에 걸쳐 외계행성에서 방출하는 극적인 빛의 변화를 관측한 것은 이번이 처음" 이라면서 "화산 활동과 18시간에 불과한 공전주기 때문에 생명체 서식은 불가능하다"고 설명했다. 논문의 선임저자 브라이스-올리비에르 데모리 박사도 "거대한 규모의 화산 활동이 행성 표면 온도의 변화 폭을 키워 생명체 존재 가능성은 희박하다" 면서 "화산으로 인한 가스와 먼지 방출이 행성을 덮어 지구에서의 빛 관측을 어렵게 한다"고 밝혔다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr