SF영화를 보면 광속으로 날아가는 우주선이 흔히 등장한다. 금속합금으로 만든 우주선으로 우주 여행을 하는 모습이다. 그러나 우주선이 광속으로 날아간다면 얘기를 달라진다. 금속합금 우주선으로 광속 이동하면 화성도 못 가서 폭발하거나 운전 불능 상태에 빠질 수 있다는 연구 결과가 나왔다.　한국·캐나다·미국 공동연구진은 광속의 20% 정도 속도로 비행하는 초고속 우주선은 미세한 우주먼지나 원자의 충돌로도 기체 파손이나 심할 경우 폭발까지 이를 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 한국천문연구원 이론천문연구센터 티엠 황 박사와 캐나다 토론토대, 미국 위스콘신-매디슨대, 하버드-스미소니언 천체물리학센터가 참여한 이번 연구는 천문학 분야 국제학술지 ‘천체물리학 저널’ 최신호에 실렸다. 　지난해 4월 억만장자 유리 밀너와 물리학자 스티븐 호킹, 페이스북 설립자 마크 주커버그 등은 20년 내에 지구로부터 4.3광년 떨어져 있는 알파 센타우리로 우주선을 보내는 ‘스타샷 프로젝트’를 시작했다. 이들은 무게는 몇 g에 불과하지만 속도는 광속의 20% 수준의 나노 우주선을 띄울 계획이다. 연구에 따르면 초고속 우주선의 경우 우주공간에 있는 마이크로미터(㎛, 1000분의1㎜) 크기의 먼지입자나 무거운 원소의 원자들과 충돌하더라도 치명적이다. 특히 알파 센타우리까지의 공간에는 수소나 헬륨 원자를 제외한 무거운 원자가 10의16제곱개, 이 중 우주먼지는 10만개 정도가 존재하는 것으로 추정된다. 또 이런 무거운 원자나 먼지입자들이 우주선이 부딪칠 경우 표면을 뜨겁게 가열시켜 녹이고 구멍을 만들수 있으며 머리카락 크기의 먼지는 우주선을 폭발시킬 수 있다는 계산 결과도 나왔다. 　초고속으로 움직이는 초소형 우주선을 보호하기 위해서는 우주선의 표면적을 최소화하고 그래핀처럼 녹는점이 높고 강한 소재로 얇은 차폐막을 2중으로 코팅하는 것이 좋다는 결론을 내렸다. 　티엠 황 박사는 “이번 연구는 미래에 광속에 가까운 속도로 우주여행을 할 때 고려해야 할 사항을 천문학적 관점으로 분석한 것으로 미래 우주선 설계에 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다. 　유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr 　

태양계에 존재하는 수많은 천체 중 '저승신' 명왕성만큼이나 무시무시한 별명을 가진 위성이 있다. 바로 토성 주위를 공전하는 위성 미마스(Mimas). 별명은 '죽음의 별'(Death Star)이다. 미마스에 죽음의 별이라는 별명이 붙은 이유는 영화 ‘스타워즈’ 속 제국군의 우주 요새인 '데스스타'와 닮았기 때문이다. 미마스의 트레이드 마크는 멍자국처럼 생긴 거대한 크레이터다. 가장 큰 크레이터의 폭이 무려 130km에 달한다. 미마스의 지름이 396km인 점을 고려하면 얼마나 큰 크레이터인지 알 수 있다. 이 크레이터는 오래 전 다른 천체와의 충돌로 생긴 것으로 미마스가 이 충격으로 파괴되지 않고 살아남았다는 것 자체가 기적에 가깝다. 곧 미마스는 다른 천체에게 크게 얻어맞아 죽다 살아난 위성인 셈이다. 또한 미마스는 흥미로운 미스터리를 하나 더 가지고 있다. 태양계의 구형(球形) 천체 중에서 가장 작다는 사실. 전문가들은 천체가 지름 500km는 넘어야 자체적인 중력으로 인해 공 모양이 되는 것으로 파악하고 있다. 　 거대한 멍자국을 오른쪽에 감춘 이 사진은 토성탐사선 카시니호가 촬영한 것으로 지난 13일 미 항공우주국(NASA)이 홈페이지를 통해 공개했다. 카시니호와 미마스와의 거리는 8만 5000km다. 사진=NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

오는 2023년 10월 미 항공우주국(NASA)의 탐사선 한 대가 소행성을 향해 날아오른다. 화성과 목성 사이 소행성 벨트에 위치한 '16프시케'(16 Psyche)를 향해 장도에 오르는 탐사선의 이름은 '프시케'다. 16프시케는 지름 210km 정도 되는 비교적 큰 소행성으로 지구와의 거리는 약 3억 7000만 km다. 지난 1월 발표된 이 탐사 프로젝트가 언론의 주목을 받는 이유는 16프시케의 독특한 특징 때문이다. 일반적인 소행성이 암석과 얼음으로 이루어진 것에 반해 16프시케는 철과 니켈, 금 등 희귀 광물 덩어리로 가득찬 한마디로 '보물별'이다. 특히나 프시케 프로젝트 책임 연구원인 린다 엘킨스-탄튼 박사는 “16프시케에 있는 철의 가치만 돈으로 환산하면 1000경(京) 달러는 될 것”이라면서 대중들의 관심을 한껏 고조시킨 바 있다. 물론 이 소행성의 자원을 그대로 가져온다면 역설적으로 세계 경제는 망한다. 지구 전체의 경제규모를 능가하는 새 자원이 등장하면서 글로벌 시장이 붕괴하는 것. 그러나 다행인지 불행인지 이번 탐사의 목적은 '우주판 골드러시'는 아니다. 지난 5일(현지시간) 엘킨스-탄튼 박사는 ABC뉴스와의 인터뷰에서 "탐사선 프시케는 소행성 주위를 돌며 내·외부의 특징을 조사하고 분석할 것"이라면서 "예산이 부족해 소행성에 착륙할 장비는 없다"고 밝혔다. NASA가 16프시케를 탐사하는 이유는 태양계 태초의 비밀을 밝히기 위해서다. 전문가들에 따르면 16프시케는 태양계 생성 초기 생성돼 당시의 비밀을 고스란히 간직한 일종의 타임머신이다. 당초 거대한 원시 행성이었다가 오랜시간 충돌을 거쳐 현재의 모습이 됐는지, 태양 가까이 형성돼 철이 녹아 지금의 모습이 됐는지는 향후 탐사선 프시케가 풀어야할 과제다. 엘킨스-탄튼 박사는 "초기 태양계는 수많은 천체들이 서로 충돌하는 매우 격렬한 시기였다"면서 "이들 천체 중 일부는 오늘날의 행성이 됐다"고 설명했다. 이어 "이번 미션을 통해 태양계 초기 모습과 행성의 형성과정을 알 수 있는 자료를 얻게 될 것"이라고 전망했다. 사진=NASA, 애리조나 주립대학 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

30년 전 발견된 놀라운 초신성 하나가 허블 망원경을 포함한 손꼽히는 망원경들을 사로잡았다. 찬드라 X선 우주망원경과 칠레 아타카마 사막의 알마 전파망원경(ALMA·Atacama Large Millimetre/submillimetre Array)도 문제의 초신성을 끈질기게 관측했다. SN 1987A로 불리는 이 초신성은 대마젤란은하 부근에 위치하는데, 이는 “수백 년래 발견된 초신성 중 가장 가까운 거리에 있는 것”이라고 미국항공우주국(NASA) 측은 밝혔다. ‘타이태닉’이란 별명을 가진 이 초신성은 1987년 2월 23일에 발견된 것으로, 태양 밝기의 100만 배나 되는데, 이는 400년래 발견된 초신성 중 가장 밝은 것이다. 초신성이란 거대 질량의 별이 항성 진화의 마지막 단계에서 대폭발로 생을 마치는 것으로, 새로운 별이 탄생한 것이 아니라, 늙은 별의 죽음이다. 초신성이란 별이 없던 곳에서 엄청 밝은 별이 나타난 것처럼 보여 붙여진 이름일 뿐이다. 미국 하버드 스미스소니언 천체물리학센터의 로버트 커시너 연구원은 “SN 1987A는 30년 동안 관측할 만한 가치가 있는 천체인데, 별의 진화에서 최종 단계를 보여주는 귀중한 사례이기 때문”이라고 밝혔다. 천문학자들은 관측 데이터를 분석한 끝에 이 초신성의 충격파가 별이 폭발하기 전 방출한 가스 고리 너머로 진출하는 중요한 단계를 막 넘어섰다는 결론을 내렸다. 이 같은 현상은 별에서 방출된 고속의 항성풍이 그전 적색거성 단계에서 나온 느린 항성풍과 충돌할 때 발생하는 것이다. 그러나 가스 고리 바깥으로 무엇이 있는지에 대해서는 아직 알려진 바가 없다. 미국 펜실베이니아주립대의 카리 프랭크 박사는 “이 변화에 관한 자세한 과정은 종말에 이른 별이 어떻게 별의 생애를 끝내게 되는가에 대해 많은 것들을 알려주리라 기대된다”고 설명했다. 그는 찬드라 망원경으로 진행된 SN 1987A 연구를 이끈 대표 저자다. 이 같은 초신성 폭발은 다른 별과 행성의 생성으로 이어질 수 있는데, 별이 폭발하기 전 중심부의 핵융합으로 생명 기본 구성물질인 탄소, 산소, 질소, 철 같은 원소들을 벼려서 켜켜이 내부에 쌓아둔 것을 폭발과 함께 우주 공간으로 흩뿌린다. 이러한 잔해들이 다른 별과 지구 같은 행성들을 만드는 재료로 사용되며, 여기에서 생명이 싹튼 것이다. 초신성에 관한 연구는 이러한 별과 생명의 진화과정을 이해하는 실마리를 얻을 수 있다고 연구자들은 믿고 있다. 허블 망원경은 여러 해에 걸친 관측으로 1987A 초신성의 가스 고리가 가시광선을 방출하면서 빛나며, 그 지름이 무려 1광년이나 된다는 사실을 알아냈다. 이 가스 고리는 적어도 별이 폭발하기 이전부터 약 2만 년 동안 존재해온 것으로, 폭발에서 나온 자외선으로 몇십 년간 에너지를 공급받아 빛나기 시작한 것이다. 현재 가스 고리 속의 중심 구조는 지름이 반 광년 정도로 팽창되었으며, 중앙에 보이는 두 잔해 덩어리는 시간당 3000만 km의 속도로 서로 멀어져가고 있다. 1999~2013년의 찬드라 데이터는 X선을 방출하면서 확장하는 가스 고리가 더욱 밝아지고 있음을 보여준다. 이는 최초의 폭발에서 나온 충격파가 고리에 에너지를 공급했기 때문이다. 그러나 지난 몇 년간 관측에서 이 가스 고리는 더는 밝아지지 않고 있는데, 고리의 저에너지 X선 에너지 총량은 유지되고 있는 것으로 알려졌다. 위 사진의 좌측 하단에 있는 고리는 흐릿해지기 시작하고 있다. 천문학자들은 폭발의 충격파가 가스 고리의 얇은 부분을 지우고 있기 때문으로 보고 있는데, 이 같은 과정이 계속 진행되면 이윽고 고리의 시대는 마감된다. 2012년부터 시작된 ALMA의 관측 데이터는 초신성 잔해가 선대의 별이 남긴 물질로 새로운 우주먼지를 만들고 있을 보여준다. 이 발견은 초기 우주에서 이와 비슷한 경로로 우주먼지가 생성되었음을 시사하는 것이다. 연구진은 이 초신성 폭발에서 중성미자를 발견하고, 중성자별이나 블랙홀이 혹시 없을까 싶어 고리 중심부를 뒤지고 있는 중이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

우주전문 사이트 스페이스닷컴에 지난 17일자(현지시간)로 호주 스윈번 공과대학의 앨리스터 그레이엄 천문학 교수가 블랙홀에 관한 흥미로운 칼럼을 게재했다. 칼럼 내용을 약간 가공해 소개한다.​ 블랙홀에 대한 지식이 ​커갈수록 우주 마니아들의 블랙홀 사랑도 덩달아 커가고 있다. 블랙홀에 관한 최근 뉴스는 블랙홀 가족 중에도 아주 낯선 존재인 '중간질량 블랙홀'의 발견에 관한 것이다. 우리는 블랙홀 중에는 태양 질량의 수십억 배에 이르는 초질량 블랙홀이 있는가 하면, 태양 질량의 몇 배밖에 되지 않는 블랙홀도 있다는 사실을 알고 있다. 그런데 태양 질량의 2200배 정도 되는 중간 질량의 블랙홀이 발견되어 과학자들을 깜짝 놀라게 만들었다. 이 블랙홀은 큰부리새자리47(47 Tucanae) 구상성단 안에서 발견되었는데, 중간 질량의 불랙홀로서 희귀한 사례에 속한다. 큰부리새자리는 남반구에 있기 때문에 한국에서는 볼 수가 없다. 그러나 구상성단 자체는 겉보기 등급 +4.91로 맨눈으로 흐릿하게 보인다. 지구로부터 약 1만 6700 광년 떨어져 있으며, 성단의 지름은 무려 120 광년에 달한다. 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 때문일까? '검은 별(Dark stars)' 질량이 너무 커서 빛조차 탈출할 수 없는 중력을 가진 존재에 대한 개념은 1783년까지 거슬러올라간다. 18세기 영국의 과학자 존 미첼은 다음과 같은 글을 남겼다. "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." 뉴턴 역학의 얼개 안에서 그러한 개념의 천체는 검은 별 또는 암흑성(dark stars)으로 불렸다. 그러나 이 암흑성 개념은 19세기 이전까지 거의 무시되었는데, 질량이 없는 파동인 빛이 중력의 영향을 받을 것이라고는 생각하기 힘들었기 때문이다. 1915년 아인슈타인이 우주를 기술하는 뉴턴 역학을 대체하여 시간과 공간이 하나로 얽혀 있음을 보인 일반 상대성이론을 발표한 직후, 암흑성 개념은 새로운 활력을 얻어 재등장했다. 독일의 카를 슈바르츠실트와 요하네스 드로스터가 각기 독립적으로 점질량에 대한 동일한 방정식의 답을 구했다. 이 풀이는 아인슈타인 방정식의 일부 항이 무한대가 되는 특이점을 가지는 특이행동을 보이는데, 이것을 오늘날 '슈바르츠실트 반지름'이라고 부른다. 이는 어떤 물체가 블랙홀이 되려면 얼마만한 반지름까지 압축되어야 하는가를 내타내는 반지름 한계점이다. 그러나 이 슈바르츠실트의 방정식은 당시 하나의 수학적인 해석에 지나지 않았고, 그뒤 핵물리학이 발전하여 충분한 질량을 지닌 천체가 자체 중력으로 붕괴한다면 블랙홀이 될 수 있다는 예측을 내놓았다. 이 같은 예측은 결국 강력한 망원경으로 무장한 천문학자들에 의해 관측으로 입증되었고, 충돌하는 블랙홀이 만들어낸 중력파가 미국의 LIGO에 의해 검출됨으로써 오랜 블랙홀 논쟁에 마침표를 찍게 되었다. 초밀도의 천체들 초밀도의 물체는 사람을 경악시키는 바가 있다. 예컨대 태양이 블랙홀이 되려면 얼마나 밀도가 높아야 할까? 슈바르츠실트 반지름의 풀이 공식으로 구해보면, 태양 질량을 그대로 지닌 채 70만km인 반지름이 3km까지 축소되어야 하며, 지구가 블랙홀이 되려면 반지름이 0.9cm로 작아져야 한다. 그러면 밀도는 자그마치 1cm^3에 200억 톤의 질량이 된다는 뜻이다. 각설탕 하나 크기가 그만한 무게가 나간다는 얘기다. 물질이란 게 이렇게까지 압축될 수 있다는 사실이 참으로 놀랍다고 하겠다. 만약 당신이 그러한 초질량의 물체가 다가간다면 끔찍한 상황이 기다리고 있다. 지구에서는 중력의 크기가 당신의 지금 키만큼 유지되게 해주고 있는 정도지만, 블랙홀 안으로 떨어지면 사정은 좀 달라진다. 블랙홀의 강력한 기조력이 당신의 머리와 발끝에 동시에 작용하는데, 그 힘의 차이가 엄청나서 당신의 몸은 스파게티 가락처럼 사정없이 늘어나게 된다. 마치 강력한 크레인 두 대가 각각 당신의 발과 머리를 잡아당기는 형국이다. 그러면 결국 어떻게 될까? 당신의 몸은 최종적으로 원자 단위로 분해된다. 천문학자들은 이를 '스파게티화'라 한다. 1958년에 미국 물리학자 데이비드 핀켈스타인이 블랙홀의 '사건 지평선' 개념을 처음으로 선보였다. 사건 지평선이란 외부에서는 물질이나 빛이 자유롭게 안쪽으로 들어갈 수 있지만, 내부에서는 블랙홀의 중력에 대한 탈출속도가 빛의 속도보다 커서 원래의 곳으로 되돌아갈 수 없는 경계를 말한다. 말하자면 블랙홀의 일방통행 구간의 시작점이다. 블랙홀, 화이트홀 1964년, 두 명의 미국인인 작가 앤 어윙과 이론 물리학자 존 휠러가 최초로 '블랙홀'이라는 단어를 대중에게 선보였다. 이어서 1965년, 러시아의 이론 천체물리학자 이고르 노비코프가 블랙홀의 반대 개념인 '화이트홀'이라는 용어를 들고나왔다. 만약 블랙홀이 모든 것을 집어삼킨다면 언젠가 우주공간으로 토해낼 수 있는 구멍도 필요하지 않겠는가 하는 것이 이 화이트홀 가설의 근거다. 말하자면, 블랙홀은 입구가 되고 화이트홀은 출구가 된다. 이 아이디어는 부분적으로 아인슈타인-로젠의 다리로 알려진 수학적인 개념에 뿌리를 내리고 있다. 1916년에 오스트리아의 물리학자 루트비히 플램에 의해 수학적으로 발견된 후, 1935년에 아인슈타인과 미국-이스라엘 물리학자 나단 로젠에 의해 재발견되어 아인슈타인-로젠의 다리는 나중에 역시 존 휠러에 의해 '웜홀(wormhole)'이라는 이름을 얻었다. 1962년, 존 휠러와 미국 물리학자 로버트 풀러는 그러한 웜홀이 양자 하나도 통과하기 어려울 만큼 불안정하다는 사실을 이론적으로 정립했다. 블랙홀에 관한 팩트와 픽션 블랙홀의 현관 안으로 들어갔던 물질이 다른 우주의 시공간으로 다시 나타난다는 아이디어는 그다지 놀랄 만한 것은 아니지만, 여기에서 무수한 공상과학 스토리가 탄생했다. '닥터 후(Doctor Who)', '스타게이트(Stargate)', '프린지(Fringe)', '파스케이프(Farscape)' 디즈니의 '블랙홀' 등 끝이 없을 정도다. 이런 얘기들은 하나같이 등장인물들이 우리 우주와 다른 우주 또는 평행우주를 여행한다는 줄거리로 되어 있다. 그러한 우주는 수학적으로 성립되는 인공물일 뿐으로, 그 존재에 대한 증거는 아직까지 하나도 밝혀진 것이 없다. 그러나 어떤 의미에서 시간여행이 현실적으로 불가능하다는 얘기는 아니다. 만약 우리가 엄청난 속도로 여행하거나, 또는 블랙홀 안으로 떨어진다면 외부 관측자의 눈에는 시간의 흐름이 아주 느리게 보일 것이다. 이것을 중력적 시간 지연이라 한다. 이 효과에 의해 블랙홀로 낙하하는 물체는 사건의 지평선에 가까워질수록 점점 느려지는 것처럼 보이고, 사건의 지평선에 닿기까지 걸리는 시간은 무한대가 된다. 즉 사건의 지평선에 닿는 것이 외부에서는 관찰될 수 없다. 외부의 고정된 관찰자가 보기에 이 물체의 모든 과정은 느려지는 것처럼 보이기에, 물체에서 방출되는 빛도 점점 파장이 길어지고 어두워져서 결국 보이지 않게 된다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면, 빠르게 운동하는 시계의 시간은 느리게 간다. 2014년의 영화 '인터스텔라'는 블랙홀 근처에서 일어나는 이러한 현상을 보여주었다. 우주 비행사 쿠퍼(매튜 맥커너히 분)가 시간여행을 할 수 있었던 것은 그 때문이다. 대중에게 사랑받고 있는 '블랙홀'이란 이름은 사실 오해의 소지가 있는 명칭이다. 그것은 시공간의 구멍을 의미하는 것으로, 어떤 물체이든 그 안으로 떨어지면 더이상 물체로서 존재할 수 없이 극도의 고밀도 상태가 된다. 블랙홀의 사건 지평선 안에는 실제로 어떤 것이 있을까란 문제는 여전히 뜨거운 논쟁거리가 되고 있다. 블랙홀 내부를 이해하기 위해 끈이론, 양자 중력이론, 고리 양자중력, 거품 양자 등등 현대 물리학의 거의 모든 이론들이 참여하고 있다. 어쨌든 당분간 블랙홀은 새로운 사실들이 밝혀질 때마다 일반의 관심을 고조시키며 물리학의 화두로서 위세를 떨칠 것만은 분명해 보인다. ​ 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

직경 9㎞ 크기, 무게 5000억톤에 달하는 혜성이 대서양 한가운데 떨어져 엄청난 해일을 일으키면서 인류를 멸망 수준에 이르게 한다. 영화 ‘딥 임팩트’의 큰 줄기다. 또 다른 영화 ‘아마겟돈’에선 미국 텍사스 주 크기의 소행성이 지구로 돌진하자 폭발물 전문가들이 소행성으로 날아가 핵폭탄으로 날려버리기도 한다. 이들은 지구위협천체(PHAs)에 대한 공포를 다뤘다.●“2016 WF9, 14~16일 지구 충돌” 지난 1월 말에는 러시아의 아마추어 천문학자 데민 자미르 자크하라비치 박사가 ‘2016 WF9’이라는 소행성이 14~16일 지구와 충돌하는 ‘딥 임팩트’가 일어날 것이라고 주장해 주목받았다. 자크하라비치 박사는 이 소행성의 궤도가 지구공전 궤도를 가로질러 운동하고 있는 ‘아폴로 소행성군(群)’에서 날아오기 때문에 지구와 충돌 가능성이 크다고 설명했다. 이것이 바다로 추락해 엄청난 규모의 지진해일(쓰나미)을 일으켜 해안가에 있는 도시들을 소멸시킬 수도 있다고도 했다. 과연 이 소행성은 지구와 충돌하게 될까. 일단 안심해도 된다. 천문학계의 공식 입장은 ‘WF9과 지구와 충돌 가능성은 전혀 없다’이다. ●천문학계 “충돌 가능성 전혀 없다” 공전주기가 4.9년인 WF9는 지난해 11월 27일 미국항공우주국(NASA·나사)에서 운영하는 ‘지구근접천체 광대역 적외선탐사위성’(네오와이즈)으로 처음 관측됐다. 네오와이즈는 지구를 향해 날아오는 소행성과 혜성에 대한 관측임무를 수행한다. WF9을 처음 발견한 나사 제트추진연구소(JPL)측은 이 같은 충돌 음모 및 은폐설에 대해 “WF9은 이달 25일에 지구와 5097만㎞ 떨어진 거리를 지나갈 것이며 가까운 미래에도 전혀 지구에 위협이 되지 않을 것”이라고 밝혔다. ●딥 임팩트 확률 5만~20만년에 한번 현재 지구 주변에는 수많은 소행성과 혜성들이 날아다니는데 현재 국제천문연맹(IAU)에 등록된 소행성체는 관측된 것만 1억 6099만 6128개에 달한다. 이중 궤도가 확인된 것은 72만 3367개, 지구와 충돌 가능성이 높은 근지구소행성(NEAs)는 9400여개로 알려졌다. WF9은 0.5~1㎞ 크기의 소행성으로 알려져 있다. 만약 이 정도 크기의 소행성이 지구와 충돌할 경우는 지구에 어떤 영향을 미치게 될까. 500m 정도 크기의 소행성의 파괴력은 TNT 1000메가톤급이다. 그러나 이 정도 크기의 소행성 충돌은 각각 5만년과 20만년에 한 번 일어날 정도의 확률을 갖고 있기 때문에 발생 가능성이 거의 희박하다는 것이 과학계 입장이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

불과 몇 시간 전, 2층 버스만한 소행성이 지구를 스쳐 지나갔다. 올해 들어 벌써 네 번째 소행성이 지구를 위협한 것이다. 미국항공우주국(NASA)에 따르면, ‘2017 BS32’로 명명된 이번 소행성은 3일 오전 5시 23분(한국시간)을 기점으로 지구에 가장 근접했다가 점차 멀어져 갔다. 이번 우주 이벤트는 천체망원경 감상 사이트인 슬루(Slooh)를 통해 생중계됐다. 이번 소행성이 지구에 가장 가까웠던 거리는 약 16만 1280㎞로 알려졌다. 이는 지구에서 달까지 거리(약 38만4403㎞)보다 절반 이상 가깝게 지나간 것이다. 특히 이번 소행성은 크기가 11~25m 정도로 추정되고 있는데 이는 2층 버스만한 것이다. 만일 이 소행성이 지구로 진입했더라면 큰 피해를 줄 수도 있었던 상황이다. 해당 소행성이 지구에 근접할 때의 속력은 초속 11.56㎞(시속 4만1616㎞)에 달했다. 소행성 궤도는 금성 궤도 안쪽부터 화성 궤도 안쪽까지 비대칭으로 형성돼 있다. 이번 소행성은 지난달 30일 처음 발견됐다. NASA에 의해 올해 네 번째로 발견된 ‘지구 접근 천체’(NEO)라고 한다. 가장 가까운 시점인 지난달 31일에는 크기가 약 5.8m로 픽업트럭만한 소행성 ‘2017 BH30’이 지구로부터 약 5만1820㎞ 떨어진 곳을 스쳐 지나갔다. 과학자들은 이 소행성을 불과 몇 시간 전에 발견했었다. 그로부터 6일 전인 25일에는 ‘리런’(Rerun)이라는 별칭을 가진 소행성 ‘2017 BXs’가 지구로부터 약 26만1120㎞ 떨어진 곳을 지나쳤다. 일주일 전 발견된 이 소행성의 크기는 4~14m로 스쿨버스만 했다. 그리고 지난 9일 지구를 스쳐 지나간 소행성 ‘2017 AG13’은 지구로부터 약 20만3520㎞ 떨어진 곳을 지나갔다. 특히 이 소행성은 크기가 15~34m로 이번 소행성보다 크지만 처음 발견된 시점이 하루 전에 불과했다. 한편 NASA는 지구와 충돌할 가능성이 있는 소행성 등 지구 접근 천체(NEO)가 1만5000개에 이르는 것으로 추정하고 있지만 이 중 0.8%만 관측하고 있는 것으로 알려졌다. 사진=NASA, Slooh 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지난해 미 항공우주국(NASA)은 지구를 향해 날아오는 소행성 또는 혜성을 발견했다고 발표했다. 나사 관련자는 이 정체불명의 소천체가 2월 25일 지구로부터 5100만km 떨어진 우주공간을 스쳐지날 것이라고 밝혔다. 이는 지구-달 사이 거리인 38만km에 비해 130배 먼 거리에 해당한다. 그런데 러시아의 한 자칭 천문학자가 이와는 다른 주장을 하고 나서 이목을 끌고 있다. 그는 문제의 소행성이 2월 16일 지구와 충돌해 거대한 쓰나미를 일으킬 것이라고 주장하고 있다고 영국 일간지 데일리메일이 26일(현지시간) 보도했다. 2016 WF9이라는 이름을 가진 이 '문제의 소천체'는 지난해 발견된 4.9년 주기를 가진 것으로, 지구 궤도 안쪽으로 들어오기 전 소행성대와 화성 궤도를 지날 것으로 예측된다. 혜성과 소행성의 구분이 모호한 이 문제의 소천체는 나사가 발사한 네오와이즈(NEOWISE) 탐사선에 의해 발견되었다. 러시아의 자칭 천문학자 됴민 다미르 차카로비치 박사는 "문제의 소행성이 지구로 곧장 날아오고 있다"는 주장을 펼치며, NASA가 이 사실을 숨기고 있다는 것이다. 이 소행성은 지난 9월 니비루 행성이 태양을 중심으로 시계 반대방향으로 공전 방향을 바꿀 때 니비루 시스템에서 이탈했다고 주장하는 그는 "그때부터 NASA는 이미 문제의 소행성이 지구와 충돌할 것을 알았다"는 것이다. 만약 그 소행성이 지구를 강타한다면 도시들을 파괴하고 메가 쓰나미를 일으킬 것이며, 인류를 공황상태로 몰아넣을 것이라고 말했다. 하지만 NASA는 이러한 주장을 일축하고, 문제의 소천체가 지구로부터 무려 5100만km 떨어진 우주공간을 지날 거라고 예측하면서 지구와 충돌하는 일은 없을 거라고 밝혔다. '2016 WF9 의 궤도는 명확히 파악된 상태입니다. 따라서 가까운 시일 내에 지구를 위협하는 일은 없을 것입니다.' 과학자들이 파악한 바에 의하면, 문제의 소천체는 비교적 큰 덩치로, 지름이 0.5~1km 정도로 추정된다. 그리고 빛깔이 어두운 천체로 표면에 받는 햇빛 중 극히 일부만 반사하고 있다. 생긴 모습이나 반사율, 궤도상 특징은 ​혜성을 닮았는데, 혜성의 특징인 먼지와 가스 꼬리가 없다는 점이 그 정체를 미심쩍게 만들고 있다. '2016 WF9 는 아마도 혜성에 기원을 둔 천체로 보인다.'고 밝히는 NASA JPL의 제임스 바우어 차석 연구원은 "오랜 세월 휘발성 물질을 모두 날려보내고 현재는 어두운 비휘발성 먼지로 뒤덮인 천체일 가능성이 높다"고 설명했다. 그러나 보도에 따르면 차카로비치 박사는 자신의 데이터는 그와는 다르다고 밝히면서, 그 소행성은 가상의 행성인 니비루에서 출발한 것이라고 주장한다. 음모론자들은 태양을 동반성으로 하는 쌍성계에 ​이탈한 니비루 행성이 오는 10월 지구와 충돌할 것으로 믿고 있다. 물론 그에 관한 증거는 없다. 니비루 행성은 종종 행성X로 불리며, 우리 태양계 외곽에 있다고 하는 가상의 행성이다. '니비루나 이와 관련된 가상의 행성에 관한 얘기들은 명백히 인터넷 가짜 뉴스로, 결코 존재하지 않는 것들이다'고 NASA는 강조한다. 니비루는 제9의 행성과는 다른 행성이다. 제9의 행성은 행성X로 불리기도 하는데, 지난해 1월 칼텍의 천문학자들에 의해 그 존재를 주장하는 가설이 발표되었다. 음모론자들은 몇백 년 전 '떠돌이 행성' 니비루의 중력에 의해 태양계의 다른 행성들 궤도가 흐트러졌으며, 니비루가 다시 태양계 안쪽으로 도래해 언제든 그러한 중력 균형을 무너뜨릴 수 있다고 믿고 있다. 됴민 다미르 차카로비치라는 이름이 가상의 행성 니비루에 의한 지구 종말론과 관련해 온라인상에 나타난 것은 몇달 전부터이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

왜소 행성 세레스는 지름 1,000km로 작은 소행성의 집단인 소행성대에서 가장 큰 천체다. 과학자들은 세레스의 구성물질과 기원에 대해서 많은 논쟁을 벌였는데, 던 탐사선 덕분에 많은 정보를 수집해서 세레스의 독특한 지형과 내부 구조를 파악할 수 있게 됐다. 그런데 뜻밖의 관측 장비에서 세레스의 비밀에 대한 중요한 정보가 나왔다. 보잉 747SP를 개조해서 2.5m 구경의 적외선 망원경을 탑재한 미 항공우주국(NASA)의 성층권 관측 망원경인 소피아(SOFIA·Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy)는 세레스의 표면이 사실 세레스에서 기원한 물질이 아니라 세레스 밖에서 온 물질로 덮여 있다는 사실을 밝혀냈다. 소피아의 중간 적외선 스펙트럼 분석 결과는 세레스 표면에 매우 작은 입자로 되어 있는 규산염 광물인 휘석(pyroxene)이 풍부하다는 사실을 밝혀냈다. 그런데 그 아래 물질은 물과 탄소가 풍부한 다른 물질로 구성되어 있었다. 이는 실제로 세레스 표면에 작은 암석의 고운 먼지가 덮여 있음을 시사한다. 이 먼지의 기원은 소행성들의 충돌로 인해 발생한 성간먼지(interplanetary dust)와 작은 운석 입자로 생각된다. 과거 과학자들은 세레스를 C형 소행성으로 분류했지만, 실제 스펙트럼 분석 결과는 다른 C형 소행성과 다르게 나타났는데, 이제 그 이유가 밝혀진 것이다. 재미있는 사실은 이렇게 표면이 다른 천체에서 기원한 물질로 되어 있는 태양계 천체들이 더 있다는 것이다. 대표적으로 밝은 부분과 어두운 부분이 존재해서 두 얼굴의 위성으로 불리는 토성의 위성 이아페투스나 붉은색의 물질로 덮인 명왕성의 위성 카론이 있다. 이들은 주변의 다른 천체에서 기원한 물질이 표면을 덮고 있다. 이제 여기에 세레스도 포함된 셈이다. 겉과 속이 다르거나 두 얼굴을 지녔다는 것은 사람에서는 좋지 않은 의미이다. 하지만 과학자들에게 세레스처럼 표면층이 다른 천체에서 기원한 천체는 매우 흥미로운 연구 대상이다. 미래에 세레스 표면에 착륙선을 보낸다면 이 고운 먼지 입자에서 태양계의 역사와 진화에 대한 중요한 정보를 얻을 수 있을 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com　

많은 과학자가 다른 행성계에도 혜성이 있을 것으로 믿고 있다. 다만 멀리 관측하기에는 대부분 매우 어두울 뿐 아니라 질량도 너무 작아서 관측은 어렵다. 일반적인 혜성의 경우 사실상 태양계 밖에서 관측하기는 불가능에 가깝다. 하지만 예외가 있다. 과학자들은 지구에서 95광년 떨어진 평범한 젊은 별인 HD172555 주변에서 혜성의 증거를 찾아냈다. 그것도 하나가 아니라 다수의 혜성이 비처럼 쏟아지는 상황이다. 어떻게 이런 일이 가능할까? HD172555는 수천 만 년 이내의 젊은 별로 주변에서 행성과 혜성이 형성되는 단계에 있다. 그런데 이 별 주변에는 목성처럼 큰 중력을 행사할 수 있는 큰 행성이 존재하는 것으로 보인다. 이로 인해 이제 막 형성된 혜성들이 그 중력에 이끌려 행성과 충돌하기도 하고 일부는 궤도가 변경되어 별에 가까운 쪽으로 이동하는 것이다. 이 혜성들은 별 주변에서 열에 의해 가스와 먼지를 방출하게 되는데, 혜성 1~2개에서 방출되는 가스와 먼지는 관측이 어렵지만 여러 개의 혜성이 한꺼번에 막대한 양의 가스를 뿜어내면 이야기가 달라진다. 유럽 남방 천문대(ESO)의 프랑스 과학자들은 이미 2004년에서 2011년 사이 HARPS(High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) 장치를 이용해서 혜성의 존재를 시사하는 증거를 찾아냈다. 그리고 최근 다른 과학자팀이 허블 우주 망원경의 관측 데이터를 분석해서 이를 다시 확인하는 데 성공했다. 물질 분석 결과는 다수의 혜성이 별 쪽으로 궤도가 변경되면서 별에 근접해서 흡수되던가 아니면 증발하는 과정을 겪고 있음을 보여주고 있다. 연구를 이끈 캐롤 그래디는 별에 가까이 다가가는 혜성이 별의 젊은 시기에 집중적으로 등장한다고 설명했다. 초기 별은 혜성이 될 천체들이 풍부하므로 이를 잡아당길 목성형 행성이 있으면 쉽게 궤도가 변경되어 안쪽 궤도로 들어오는 것이다. 흥미로운 사실은 태양계 역시 초기에 이런 일을 겪은 흔적이 있다는 것이다. 일부 과학자들은 이 시기 혜성으로부터 물과 유기물질이 전달되어 지구 생명체 형성에 많은 기여를 했다고 믿고 있다. 이 이론이 옳다면 아주 오래전 태양계의 초기에는 태양 주변에서 수많은 혜성을 볼 수 있었을 것이다. 그리고 이 중 일부는 지구와 충돌했을 것이다. 이 과정 자체는 지구 생명체의 탄생에 기여했지만, 지금도 비슷한 일이 일어난다면 공룡의 멸종을 가져온 것보다 더 큰 혜성 충돌이 자주 일어날 수 있다. 다행히 태양계 역사 초기에 풍부했던 얼음 천체들은 이미 대부분 태양계 외곽으로 이동했거나 이미 사라졌다. 물론 앞으로 지구에 혜성이 충돌할 가능성이 0%는 아니지만, 비처럼 쏟아질 가능성은 없는 셈이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

수백만년에 한 번 볼까말까한 혜성을 이달 중순 육안으로 볼 수 있게 된다. 미국 항공우주국(NASA)는 이달 14일까지 밤하늘에서 쌍안경은 물론 맨눈으로도 혜성 ‘C/2016 U1 네오와이즈’를 관찰할 수도 있을 것이라고 2일 밝혔다. 나사의 지구근접천체(NEO)프로그램 연구센터에 따르면 지난해 10월 C/2016 U1를 처음 발견했으며 현재 이 혜성은 태양으로 향하고 있으며 이번달에 지구를 근접 통과할 것으로 예상하고 있다. 연구진은 첫째 주 중에 북반구 기준 남동쪽 밤하늘에서 새벽 전 모습을 드러낼 가능성이 크며 이후에는 매일 남쪽으로 조금씩 이동해 14일 수성 궤도 안에 있는 태양에 가장 가까이 다가갔다가 태양계 외부로 돌아갈 예정인 것으로 분석했다. C/2016 U1은 수백만년 궤도를 도는데 지구와 이토록 가까워지는 것은 이번이 처음이자 마지막이다. 혜성의 수명이 100만∼200만년인데다가 공전궤도가 수 백만년이기 때문에 지구에서 이 혜성을 볼 수 있는 것은 이번이 마지막인 것으로 알려졌다. 일부에서 혜성의 지구충돌 가능성에 대해 우려하고 있지만 지구에서 수 백만㎞ 떨어져 지나가기 때문에 충돌할 염려는 없다고 연구팀은 설명하고 있다. 한편 나사는 최근 2016 WF9도 발견했다고 밝혔다. WF9는 아직 혜성인지 소행성인지 정확히 밝혀지지 않았지만 혜성일 경우 2013년 네오와이즈 프로젝트를 시작한 뒤 10번째 혜성이며 소행성일 경우는 100번째로 이름을 올릴 전망이다. 일반적으로 소행성은 돌과 금속으로 이뤄져 있지만 혜성은 얼음으로 구성돼 있다. WF9은 지름이 최대 1㎞이며 표면에서 빛을 거의 반사하지 않아 어두운 편이다. 형태와 궤도를 기준으로 하면 혜성으로 판단되지만 혜성으로 보기에는 먼지와 가스가 부족해 소행성일 가능성도 배제할 수 없다는 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우주를 방랑하는 '떠돌이 별' 하나가 태양계와 충돌하는 진로로 돌진해오고 있다고 영국 일간지 데일리메일이 23일(현지시간) 보도했다. 한 연구 결과에 따르면 이 별의 진행방향이 애초 예상했던 것보다 훨씬 태양계에 가까이 접근해 있는 것으로 보인다. 유럽우주국(ESA)의 가이아 관측소 자료에 따르면, 수소핵 융합을 하는 주계열성 단계의 글리제 710 별은 태양계로 근접해 소천체들이 모여 있는 오르트 구름을 교란시킴으로써 혜성들이 대거 지구 쪽을 향해 내달리게 할 가능성이 높은 것으로 드러났다. 그러면 지구 밤하늘은 이들 거대한 혜성의 밝은 빛으로 수놓아질 것이다. 문제는 그중 단 하나의 소행성이라도 지구와 충돌한다면 지구 종말에 이르는 대재앙은 피할 수가 없을 거라는 점이다. 국제 학술지 '천문학과 천체물리학'(Astronomy&Astrophysics)에 게재된 논문의 내용을 살펴보면, 공동저자인 폴란드 아담 미츠키에비치 대학의 필립 베르스키와 표트르 디브첸스키 교수는 글리제 710이 태양계에 최근접하는 거리는 예상했던 것보다 5배는 가까운 거리라고 밝혔다. 따라서 별은 우리 태양계를 감싸고 있는 오르트 구름을 관통할 것으로 보인다. 이 오르트 구름은 크고 작은 얼음 덩어리 천체들의 집단으로 장주기 혜성의 고향이기도 하다. 글리제 710은 뱀자리에 있는 오렌지색 왜성으로, 겉보기 등급은 9.66이며, 질량은 태양의 0.6배이다. 글리제 710 별이 이 코스로 진입하면 태양의 60%쯤 되는 강력한 중력으로 오르트 구름을 휘저을 것이며, 그 영향으로 혜성 소나기가 우리 지구 쪽으로 쏟아질 것이다. 비록 많은 혜성들이 태양이나 그밖의 행성들에 의해 소멸되겠지만, 과학자들이 우려하는 상황은 만에 하나 그중 하나가 지구와 충돌한다면 대재앙을 피할 수 없을 거라는 점이다. 하지만 아직 일어나지도 않은 상황에 대해 지나치게 걱정할 필요는 없다. 왜냐면, 그런 대재앙을 부를 글리제 710 이 오르트 구름에 도착하는 것은 135만 년 후의 일이기 때문이다. 현재 뱀자리의 꼬리 부분에 있는 글리제 710은 지구로부터 64광년 거리에 있다. 이는 약 600조km나 되는 거리다. 글리제 710이 태양계에 최근접하는 거리는 약 2조km로 추정된다. 빛이 2개월쯤 달려야 하는 아득히 먼 거리이기는 하나, 태양에서 가장 가까운 별인 알파 센타우리까지 거리인 40조km에 비하면 놀랄 만큼 가까운 거리다. 이 점에서만 봐도 우리 태양계로 근접하는 이 거대한 천체는 다음 1000만년 이내 최대 위협이 되고 있다는 사실만은 분명하다. 논문에서는 '글리제 710은 지난 몇백만 년 이래로부터 다음 1000만 년 내 오르트 구름에 가장 강력한 영향을 미칠 별임에는 틀림없다'면서 '135만 년 후 지구 밤하늘에서 밝게 빛나는 글리제 710의 별빛을 볼 수 있을 것'이라고 전망했다. 3. 현재 뱀자리의 꼬리 부분에 있는 글리제 710은 지구로부터 64광년(600조km) 거리에 있다. 여름철 남쪽하늘의 뱀자리는 맨눈으로도 보인다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

국제학술지 ‘사이언스’가 ‘올해의 10대 과학 연구 성과’를 23일자에 발표했다. 그중 3위까지의 선정 대상을 소개하면 다음과 같다. 1위로 선정된 것은 레이저간섭계 중력파관측소(LIGO·라이고) 연구단이 처음으로 확인한 중력파 발견이다. 중력파는 100년 전 알베르트 아인슈타인이 예측한 것이다. 2위는 지구에서 가장 가까운 지구형 행성 ‘프록시마 b’의 발견이고, 3위는 인공지능(AI) 알파고가 이세돌과의 대국에서 승리한 것이다. 1위 - 100년 전 아인슈타인이 예측한 중력파 첫 검출 한국, 한국 등 13개국 1천 여 명의 과학자가 참여한 라이고 연구단은 25년간의 노력 끝에 중력파를 검출하는 데 성공했다. ‘시공간의 잔물결’로 불리는 중력파는 천체의 중력붕괴나 중성자별끼리의 쌍성 합체, 초신성폭발 등으로 발생하는 것으로, 광속으로 파도처럼 전달되는 시공간의 왜곡으로, 100년 전 아인슈타인이 그 존재를 예측한 것이다. 이번에 검출된 중력파는 거대 질량의 두 블랙홀이 충돌하면서 발생한 것으로, 물결처럼 퍼져나가며 주변 시공간을 휘게 한다. 이 때문에 중력파를 검출하면 블랙홀과 중성자성 같은 천체에 대한 시공간 정보를 얻을 수 있다. '사이언스'는 “우주에서 일어나는 초대형 사건들을 엿들을 수 있는 새로운 길이 열렸다”고 평가했다. 2위- 가장 가까운 지구형 행성 ‘프록시마 b’ 발견 프록시마 b 행성은 현재까지 발견된 ‘제2의 지구’ 후보 중 지구에서 가장 가깝다. 이 외계행성은 지구-태양 간 거리의 약 27만 배에 해당하는 약 4.2광년(1광년은 약 10조㎞) 거리에 있는 적색왜성 ‘프록시마 센타우리’ 주위를 11.2일을 주기로 공전한다. 생명거주 가능지역인 '골디락스 존' 궤도를 돌고 있는 것으로 보이는 이 외계행성은 ‘안정적인 대기권’과 ‘물이 액체 상태로 존재할 수 있는 온도(0~100도)’ 등을 갖췄다. 천문학계는 그동안 3천 개가 넘는 외계행성을 발견했지만, 대부분이 수백 광년 떨어져 있어 탐구하기 어려웠다. 바위 행성인 프록시마 b의 크기는 지구의 1.3배로, 대기가 존재할 가능성이 있으며, 이 경우 표면 온도가 섭씨 30∼40도 정도이고, 대기가 없으면 영하 30∼40도일 것으로 예측되고 있다. 3위- 인공지능(AI) ‘알파고’, 이세돌 9단과의 대국서 승리 3위 성과로는 구글 딥마인드의 바둑 인공지능(AI) ‘알파고’가 차지했다. 지난 3월 서울 코엑스에서 지구촌 바둑 최강자 이세돌 9단을 꺾으면서 인류를 경악케 했다. 인공지능이 체스 최강자는 일찍이 제압했지만, 인류가 개발한 게임 중 가장 심오하다는 바둑은 넘을 수 없는 장벽으로 여겨졌기 때문이다. 알파고가 이 같은 한계를 극복할 수 있었던 것은 프로기사들의 기보를 바탕으로 자신과의 대국을 반복하면서 승률을 높이는 ‘딥러닝’ 기술 덕분이다. '사이언스'는 “올해 인공지능(AI)은 알파고를 통해 중요한 반환점을 돌아섰다”고 평가했다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

올 한해에도 인간의 눈을 번쩍 뜨게 만든 신비로운 우주 사진들이 공개됐다. 아름다운 목성의 오로라와 보석처럼 빛나는 별, 푸른 거품 속에 찬란한 별, 광활한 은하 지도, 태양 앞을 지나가는 국제우주정거장(ISS)의 환상적인 모습까지... 최근 미 시사주간지 타임(TIME) 등 해외언론들은 2016년을 결산하는 '올해의 우주사진'(The Best Space Photos of 2016)을 선정해 발표했다. 미 항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)가 촬영한 작품들이 망라된 사진들 중 일부와 국내에서 인기있었던 사진을 가감해 소개한다. - 보석처럼 빛나는 별들의 고향 마치 우주에 보석을 뿌려놓은듯 빛나는 이곳은 겨울철 남쪽 하늘에서 보이는 별자리인 용골자리(Carina)에 위치한 '트럼플러 14'(Trumpler 14)로 지구에서 약 8000광년 떨어져 있다. 사진에서처럼 트럼플러 14가 유독 보석처럼 반짝거리는 것은 약 50만 년 나이를 가진 젊은 별들이 빽빽히 밀집해 빛을 내기 때문이다. 청백색으로 빛나는 이 별들은 주요 성분인 수소를 불태우며 화려하게 빛나다가 결국 수백 만 년 안에 항성 진화의 마지막 단계인 초신성 폭발과 함께 사라진다. 1월 21일 허블우주망원경 촬영. 출처=J. Maíz Apellániz-Institute of Astrophysics of Andalusia, Spain/ESA/NASA　　 - 푸른 거품 속에 찬란하게 빛나는 별 거품처럼 파랗게 부풀어 오른 우주 구름 중심에서 십(十)자 모양으로 찬란하게 빛나는 별 ‘WR 31a'. 지구에서 용골자리 방향으로 3만 광년 떨어진 곳에 위치한 WR 31a는 울프-레이에(Wolf-Rayet) 별이다. 프랑스 천문학자 샤를 울프의 이름을 딴 이 별은 태양 질량의 20배 이상 되는 극대거성으로 자체 ‘연료’를 빠르게 소모하는 탓에 결국 초신성 폭발을 일으키면서 찬란한 최후를 맞는다. 수명이 수십 만년 밖에 되지 않아 우주의 시간에서는 그야말로 굵고 짧게 생을 마감하는 셈. 2월 22일 허블우주망원경 촬영. 출처=ESA/Hubble Space Telescope/NASA　 - 우리의 이웃 화성 지구와 묘하게 닮은듯 닮지 않은 화성. 11년 만에 지구와 화성이 가장 가까웠던 지난 5월 허블우주망원경으로 촬영했다. 화성의 얼음층과 구름의 변화가 엿보이는 역동적인 화성의 계절이 담겨 있다. 출처=NASA/ESA/Hubble Heritage Team (STScI/AURA)/J. Bell (ASU)/M. Wolff (Space Science Institute) 　 - 목성의 오로라 올해 우주사진 중 대표적인 걸작으로 꼽히는 작품이다. 허블우주망원경이 촬영한 것이다. 강력한 자기장과 고에너지 입자가 충돌해 발생하는 목성의 오로라는 지구보다도 큰 규모. 6월 NASA 공개. 출처=NASA/ESA - 태양면 통과하는 수성 그리고 ISS 지난 6월 미국과 서유럽 등 일부 국가의 천문학자와 동호회원들은 망원경을 앞에 두고 10년 만에 일어난 태양과 수성의 ‘우주쇼’를 즐겼다. 바로 2006년 이후 처음 벌어진 수성의 태양면 통과(Transit of Mercury) 현상이다. 이 천문현상은 수성이 태양을 가리는 식(蝕)의 일종으로 100년에 단 13번 일어날 정도의 보기 드문 우주쇼다. 이는 태양과 수성, 지구가 일직선에 놓이면서 관측되는 것으로 수성의 경우 공전궤도면이 지구 궤도면과 정확히 일치하지 않기 때문에 이 같은 현상이 자주 일어나지는 않는다. 환상적인 이 사진은 수성이 태양 품에 안기던 이날, ISS가 태양 앞을 지나치는 순간이 담겨있다. 사진을 자세히 보면 태양을 대각으로 가로지르는 것은 ISS이며 중앙 하단에 작은 검은색 둥근 점이 바로 수성이다. 환상적인 이 사진은 프랑스 출신의 천체 사진작가 티에리 르고가 촬영한 것이다. 출처=Thierry Legault　　 - 달의 숨막히는 뒤태 지난 7월 NASA의 심우주 기상관측위성(DSCOVR)이 촬영한 달의 숨막히는 뒤태. 달은 자전과 공전주기가 같아 지구에서는 달의 앞면 밖에 볼 수 없다. 그러나 지구와 달 너머에 위치한 DSCOVR 덕에 지구 앞으로 스윽 지나가는 '우주적 포토밤’(photobomb)을 포착할 수 있었다. 출처=NASA　 - 은하 3차원 지도 지난 9월 공개된 11억 개가 넘는 별이 담긴 인류역사상 가장 방대하고 정확한 은하 3차원(3D) 지도. ESA는 은하 관찰 위성 ‘가이아’를 이용해 은하에 있는 11억 5000만 개 별의 3D 지도를 만들었다. 무려 11억 개를 관찰했지만 우리 은하에 있는 전체 별의 1% 수준. 최종적으로 완성된 은하 지도는 내년 말 공개된다. 출처=ESA/Gaia/DPAC　 - 달에서 본 지구돋이와 지구넘이 일본의 탐사위성 카구야(Kaguya)가 달을 돌며 촬영한 이 자료들은 지난 2007년 10월부터 2009년 6월까지의 사진과 영상본이다. 과거에도 이 자료들은 일부 공개된 바 있으나 지난 10월 그간 일반에 공개되지 않았던 촬영본도 '창고 대방출' 됐다. 공개된 자료 중 가장 눈길을 끄는 것은 달에서 본 지구돋이(Earth-rise)와 지구넘이(Earth-set)다. 화질이 월등히 뛰어난 HDTV 카메라로 촬영한 덕에 푸른색 지구와 황량한 달표면이 아름다우면서도 신비로운 대조를 이룬다. 출처=JAXA/NHK 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

역대 관측된 것 중 '가장 작고 가장 밝은' 지구근접 소행성이 발견됐다. 최근 미국 애리조나 대학 연구팀은 지구근접 소행성인 '2015 TC25'가 역대 관측된 것 중 가장 작은 2m에 불과하다는 연구결과를 발표했다. 지난해 10월 처음 존재가 확인된 2015 TC25는 대략 지구와 12만 8000km 거리를 두고 지나간다. 이 정도 거리면 지구와 달 사이의 3분의 1 수준. 지구와 충돌할 가능성은 거의 없지만 천문학자들 사이에서는 지구와 근접해 지나가는 덕에 자세히 이를 관측할 수 있는 기회가 된다. 특히 2m에 불과한 소행성을 자세히 관측했다는 점은 큰 연구 성과로 받아들여진다. 이렇게 작은 소행성이라해도 그 속도와 거리가 만만치 않아 쉽게 조사하기 어렵기 때문이다. 한가지 더 흥미로운 점은 2015 TC25가 역대 관측된 소행성 중 가장 밝게 보인다는 사실이다. 이는 2015 TC25가 고온에서 형성된 규산염으로 빛의 반사도가 무려 60%에 달하기 때문이다. 어두운 밤 하늘에 휘영청 떠있는 우리의 달도 반사하는 빛의 비율은 12% 정도다. 연구를 이끈 비슈누 래디 교수는 "2015 TC25는 아마도 44 Nysa와 같은 커다란 소행성에서 떨어져 나온 파편으로 보인다"면서 "만약 지구에 떨어진다고 해도 미치는 영향을 미미할 것"이라고 내다봤다. 이어 "이같은 작은 소행성 관측이 의미있는 것은 그 기원이 되는 커다란 소행성의 수와 특징을 이해할 수 있기 때문"이라고 덧붙였다. 한편 미 항공우주국(NASA)은 지구를 위협할 가능성이 있는 소행성 등 천체를 발견해 이를 추적 관찰하고 충돌 위험성을 계산하는 시스템을 구축하고 있다. 지금까지 확인된 지구로 다가오는 천체(NEOs·Near-Earth Objects)는 약 1만 5000개로, 이중 NASA는 90% 정도 파악하고 있다고 밝히지만 여전히 지구는 수많은 이름모를 천체에 노출돼 있는 형편이다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

초기 달에는 지구보다 더 많은 물이 존재했다는 주장이 나와 학계의 관심이 쏠리고 있다. 달의 기원 중 가장 유력한 것은 지구와 충돌한 천체로 인해 지구에서 떨어져 나간 암석이 달이 됐다는 가설이다. 이 가설을 믿는 전문가들은 현재 화성 질량의 2배 정도 되는 천체와 지구가 충돌할 때 고열이 발생했고, 지구에서 떨어져 나간 ‘어린 달’ 내부는 액체 용암이 흐를 정도로 온도가 높았을 것으로 보고 있다. 네덜란드 암스테르담 자유대학교 연구진은 최근 추가적인 연구를 통해, 과거 달의 초기 시절에는 액체형태의 마그마 지형 주변으로 다량의 물이 존재했을 것으로 보인다고 밝혔다. 연구진은 실험실 내에서 초기 달과 유사한 형태의 ‘인공 달’을 재현하고 달의 상태를 관찰했다. 초기 달이 마그마 바다에 휩싸여 있을 때의 환경을 조성한 뒤 고온과 고압을 가했다. 이때 마그마 바다 주변에 물이 풍부한 환경, 물이 아예 없는 건조한 환경, 물이 약간만 있는 환경 등으로 나눠 실험을 진행한 결과 상당한 양의 물이 있었을 때에만 일정량의 사장석(달 표면의 첫 지각층에 있는 암석)이 만들어 지는 것을 확인했다. 결과적으로 뜨거운 마그마 곁에 상당한 양의 물이 존재했었어야만, 현재 달의 지각층이 생성될 수 있었다는 것이다. 연구를 이끈 암스테르담 자유대학교의 윔 반 웨스트러넌 박사는 “달에 물이 있었을 것으로 보는 연구는 많았던 만큼, 이번 연구는 물이 얼마만큼 있었는지를 추정하는 것이 목표였다”면서 “과거 초기 달에는 지구에 현존하는 물 보다 더 많은 양의 물이 있었을 것으로 보인다”고 설명했다. 이어 “다만 이렇게 많은 물은 달 표면에서 발생한 화산폭발 당시 가스가 제거되면서 함께 소실됐을 가능성이 높다”면서 “만약 달 지각층에 얼마만큼의 사장석이 있는지 알 수 있다면, 달 초기에 물의 양이 어느 정도였는지도 알 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

화성과 목성 사이 소행성 벨트에 위치한 왜소행성 세레스(Ceres)의 '속살'이 서서히 벗겨지고 있다. 지난 18일(이하 현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 탐사선 던(Dawn)이 촬영한 세레스의 표면과 '민낯'의 모습을 사진으로 공개했다. 지난달 17일 탐사선 던이 불과 1480km 거리에서 촬영한 사진(위쪽 사진)은 북반구에 위치한 오카토르 크레이터(Occator crater)의 모습을 생생히 담고 있다. 사진 속에서 오카토르는 동그란 원형에 가운데 하얀색으로 빛나는 것이 특징이다. 폭이 무려 92km, 깊이 4km의 오카토르는 일찌감치 던 탐사선에 포착돼 언론의 주목을 받아왔다. 그 이유는 유독 반짝반짝 빛나는 거대한 하얀 점을 가지고 있기 때문이다. 이에 전문가들은 그 하얀 점을 놓고 다양한 주장을 내놨으며 현재는 그 정체를 소금기 있는 황산마그네슘의 일종인 헥사하이드라이트(hexahydrite)로 보고있다. 곧 세레스의 표면 아래에 소금기 있는 얼음이 존재하고 소행성 충돌로 그 일부가 밖으로 드러나 태양빛을 받은 헥사하이드라이트가 반짝반짝 빛난다는 설명이다.　 또한 18일 NASA는 세레스의 전경이 담긴 사진 한 장을 더 공개했다. 지난해 촬영된 이 사진은 인간의 맨 눈으로 봤을 때의 세레스 모습이다. 만약 우주비행사가 탐사선을 타고 세레스에 도착했을 때 보이는 실제 모습인 것. 탐사선 던은 세레스와 소행성 베스타를 탐사하기 위해 지난 2007년 8월 발사됐다. 두 천체는 화성과 목성 사이에 있는 소행성대에서 가장 큰 천체로 베스타는 지름이 530㎞, 세레스는 지름이 950㎞나 된다. 던은 2011년 7월 16일 베스타 궤도에 진입, 14개월에 걸친 조사 임무를 성공적으로 수행한 후 현재 세레스에서 임무 수행 중이다.　　 사진=NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

블랙홀은 이름 그대로 빛조차 흡수하는 검은 구멍이다. 따라서 블랙홀이 단독으로 존재하는 경우 우리는 그 존재를 알아내기 어렵다. 그런데 우주에 존재하는 거대질량 블랙홀의 경우 역설적이지만 우주에서 가장 밝은 천체 가운데 하나다. 거대한 중력으로 주변에서 물질을 흡수하면서 에너지를 내놓기 때문이다. 블랙홀로 흡수되는 물질은 강착원반이라는 거대한 고리를 형성하며 블랙홀로 다가간다. 그런데 블랙홀의 크기에 비해서 들어가는 물질이 너무 많으면 모든 물질이 흡수되지 못하고 상당 부분이 제트의 형태로 분출된다. 따라서 블랙홀이 내놓는 물질과 에너지는 흡수되는 물질의 양과 비례한다. 과학자들은 초고온의 강착원반과 제트를 관측해 블랙홀의 활동성을 파악하고 존재를 증명해왔다. 은하 중심 블랙홀은 태양의 수십만 배에서 수십억 배의 질량을 가지고 있어 강력한 중력으로 많은 물질을 흡수하면서 큰 에너지를 방출한다. 특히 막대한 에너지를 방출하는 경우 이를 활동성 은하핵(Active Galactic Nuclei·AGN)이라고 부른다. 흥미로운 사실은 변광성처럼 밝기가 변하는 활동성 은하핵이 있다는 것이다. 이는 어떤 이유에서인지 블랙홀로 흡수되는 물질이 갑자기 줄어들었다가 많아진 것이다. 마치 굶주렸던 사람이 폭식하는 것과 비슷한 상황이다. 과학자들은 미국항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 위성을 비롯한 다수의 관측 장비를 이용해서 활동성 은하핵 가운데 하나인 ‘마카리안 1018’(Markarian 1018)을 관측했다. 이 블랙홀은 천문학적인 관점에서 매우 짧은 시간인 5년 정도에 갑자기 밝아졌다 극도로 어두워졌다. 1980년대 이 사건이 있었을 때는 관측 장비가 부족했지만, 2010년에서 2016년 사이에는 찬드라 X선 위성은 물론 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT) 등 다양한 관측 장비들이 마카리안 1018을 정밀 관측할 수 있었다. 관측 결과 이 블랙홀이 갑자기 굶주렸다 폭식한 이유가 근방을 지나던 별을 흡수한 것 때문은 아니라는 사실이 밝혀졌다. 동시에 암흑 성운에 의해 가려서 생긴 현상도 아니었다. 관측 데이터가 지지한 가설은 두 개의 거대 블랙홀이 있어 서로 물질 흡수를 방해했다는 것이다. 은하 간의 충돌과 합체의 과정에서 은하 중심 블랙홀이 두 개가 되는 일이 있는데, 이 경우 은하 중심 물질의 흐름은 두 개의 블랙홀에 의해서 영향을 받게 된다. 그 결과, 물질이 지속적해서 흡수되지 못하고 중간중간 방해를 받게 된다. 과학자들은 이번 관측을 통해서 은하 합체 시 발생하는 은하 중심 블랙홀 간의 상호작용을 더 자세히 규명할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 굶주렸다가 폭식하는 일은 건강에 좋지 않지만, 블랙홀의 경우에는 감춰진 진실을 알아내는 중요한 단서가 될 수 있다. 사진=마카리안 1018의 X선과 광학망원경 영상(NASA/ESO) 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

지난 25일(현지시간) 미국 하와이에 위치한 천체망원경이 지구를 향해 날아오는 소행성을 감지했다. 곧 이 데이터는 미 항공우주국(NASA)이 개발한 새 프로그램에 전달됐고 10분이 채 안돼 이 소행성의 예상 궤적과 지구에 미칠 영향이 계산됐다. 지난 30일(현지시간) 미국 공영방송 NPR은 NASA가 지구를 위협하는 소행성을 탐지하는 침입경보시스템(Intruder Alert)을 테스트하고 있다고 보도했다. NASA의 제트추진연구소가 추진하고 있는 이 시스템의 이름은 스카우트(Scout). 지구를 위협할 가능성이 있는 소행성 등 천체를 발견해 이를 추적 관찰하고 재빨리 충돌 위험성을 계산해 내는 기능을 갖고 있다. 그 첫 번째 테스트 사례가 이번에 지구를 스쳐간 소행성 '2016 UR36'이다. 현재까지 NASA가 파악한 지구로 다가오는 천체(NEOs·Near-Earth Objects)는 약 1만 5000개. 이중 NASA는 90% 정도 파악하고 있다고 밝히지만 여전히 지구는 수많은 이름모를 천체에 노출돼 있는 형편이다. NASA 산하 지구접근물체연구센터(CNEOS)의 폴 조다스 박사는 "NASA의 관측 시스템에 매일 밤 5개의 천체가 새로 포착되고 있다"면서 "그중 대부분은 매우 작거나 지구와 멀찌감치 떨어져 지나가지만 지름 150m 이상의 위험한 것도 있다"고 설명했다. 이어 "이들 천체는 지구에 근접하기 며칠 전 발견되거나 심지어 발견 직후 지나가는 경우도 있다"면서 "스카우트는 천체의 발견부터 충돌 예측까지의 과정을 확실하고 빠르게 계산해 경보를 울리는 것이 목적"이라고 덧붙였다. 조다스 박사의 말처럼 실제로 지난 2008년 아프리카 수단에 떨어진 '2008 TC3'은 지구에 근접하기 19시간 전 관측됐으며 예상 충돌지점은 12시간 전 계산됐다. 이에 반해 지난 2013년 러시아 첼랴빈스크에 떨어진 20m 크기의 소행성은 사전에 누구도 알지 못했다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

5. 우주는 어떻게 끝날까? 많은 이론 물리학자들은 우주가 언젠가 종말에 이를 것이며, 그 과정은 이미 시작되었다고 믿고 있다. 우주가 어떻게 끝날 것인지는 확실히 알 수 없지만, 대략 다음과 같은 3개의 시나리오를 뽑아놓고 있다. 이른바 대함몰(big crunch), 대파열(big rip), 대동결(big freeze) 시나리오다. 그들의 주장에 따르면, 우주는 결국 스스로 붕괴를 일으켜 완전히 소멸하거나, 우주 팽창 속도가 가속됨에 따라 결국엔 은하를 비롯한 천체들과 원자, 아원자 입자 등 모든 물질이 찢겨져 종말을 맞을 것이라 한다. '대파열' 시나리오에 따르면, 강력해진 암흑 에너지가 우주의 구조를 뒤틀어 처음에는 은하들을 갈가리 찢고, 블랙홀과 행성, 별들을 차례로 찢을 것이다. 이러한 대파열은 우주를 팽창시키는 힘이 은하를 결속시키는 중력보다 더 세질 때 일어나는 파국이다. 그 결과 우주는 무엇에도 결합되지 않은 입자들만 캄캄한 우주 공간을 떠도는 적막한 무덤이 될 것이라고 과학자들은 말한다. 또 다른 종말 시나리오는 '대함몰'이다. 이것은 우주가 팽창을 계속하다가 점점 힘이 부쳐 속도가 떨어지면, 어느 순간 팽창하는 힘보다 중력의 힘 쪽으로 무게의 추가 기울어져 우주는 수축으로 되돌아서게 된다. 수축 속도는 시간이 지남에 따라 점점 더 빨라져 은하와 별, 블랙홀들이 충돌하고 마침내 빅뱅의 한 점이었던 태초의 우주로 대함몰하게 된다. 마지막 시나리오는 '열사망'으로도 불리는 '대동결'이다. 이것이 현대 물리학적 지식으로 볼 때 가장 가능성 높은 우주 임종의 모습이다. 대동결설에 따르면, 우주 팽창에 따라 물질이 서서히 복사하여 소멸의 길을 걷게 되는데, 별들은 차츰 빛을 잃어 희미하게 깜빡이다가 하나둘씩 스러지고, 약 1조 년 후면 블랙홀과 은하 등 우주의 모든 물질이 사라지게 된다. 심지어 원자까지도 붕괴를 피할 길이 없다. 그러면 어떠한 에너지도 운동도 존재하지 않게 되어 우주는 하나의 완벽한 무덤이 된다. 이것을 '열사망'이라 한다. 4. 우리가 사는 우주 너머 다른 우주가 있나? 우리가 사는 우주가 수많은 우주 중에서 하나일 뿐일지도 모른다는 가설이 바로 다중 우주론이다. 다중 우주론은 지금 이 순간에도 우주는 빅뱅 이후에 시작된 ‘영구적인 인플레이션(Eternal Inflation)’ 과정에 있다고 본다. 다중 우주론을 배태시킨 인플레이션 우주론은 우주가 밀도가 무한한 한 공간에서 시작됐으며, 초창기에 우주가 기하급수적으로 팽창하는 시기가 있었다고 설명하는 인플레이션 이론을 바탕으로 한다. 이 인플레이션 과정에서 우주 안팎에 각각 다른 물리법칙들이 지배하는 새끼 우주들이 계속 생겨났다는 것이다. 다중우주론자들은 우주의 지평선 너머에 우리 우주와는 또 다른 우주가 밤하늘 별처럼 셀 수 없을 정도로 존재한다는 가설을 내놓고 있다. 그들은 우리 우주도 하나의 거품 형태로 존재한다고 보며, 그런 거품이 수도 없이 많다는 것이다. 그리고 각각의 우주는 따로 분리되어 있기는 하지만 물리법칙은 엇비슷하다고 가정한다. 이 같은 다중우주론은 그동안 수많은 논란을 불러일으켰으며, 아직까지 순전한 가설의 영역을 벗어나지 못하고 있다. 이것을 부정적인 시각으로 보는 사람들은 대부분 우리 우주에 어떤 영향도 주지 않으며, 어떠한 소통과 관측도 불가능한 이상, ‘관측할 수 없는 것이 존재하고 있다’는 것은 합당하지 않다고 주장한다. 다중우주론자들은 우주배경복사에서 우주 충돌의 단서를 열심히 찾고 있고, 또한 찾았다고 주장하지만, 증명까지 성공한 것은 아니다. 다중우주론이 신의 존재 증명처럼 영원히 증명할 수 없는 가설로 끝날지, 아니면 어떤 단서가 밝혀질지 현재로선 아무도 장담할 수 없다. 3. 내가 블랙홀 안으로 떨어지면 어떻게 될까? ​​ 블랙홀이란 엄청난 중력으로 주위의 모든 물질을 집어삼키며, 일단 여기에 한번 끌려들면 빛조차도 탈출할 수 없다는 무시무시한 존재다. 우주 속의 다양한 천체들 중에서 블랙홀만큼 흥미로운 대상도 없을 것이다. 얼마 전 블랙홀의 충돌로 빚어진 중력파를 역사상 최초로 검출하는 데 성공함으로써 블랙홀은 다시 한번 지구 행성인들에게 주목받는 존재가 되었다. 블랙홀에 관해서 사람들이 공통적으로 가장 궁금하게 여기는 점은 만약 내가 블랙홀 안으로 떨어진다면 어떻게 될까 하는 것이다. 무시무시한 상상이긴 하지만, 이 문제는 변함없이 사람들의 가장 큰 관심사다. 먼저 당신의 발이 블랙홀로 접근한다고 상상해보자. 그러면 블랙홀의 가공스러운 중력이 머리보다는 발 쪽에 더 강하게 작용할 것이다. 발끝과 머리에 가해지는 조석력의 차이는 이윽고 지구의 총중력과 동일하게 된다. 이 상황은 마치 두 대의 크레인이 당신의 머리와 발을 잡고 힘껏 끌어당기는 형국이나 비슷하다. 블랙홀 안으로 떨어진 당신은 블랙홀 중심에 이르기 전에 국수가락처럼 한정없이 늘어지다가 마침내는 낱낱의 원자 단위로 분해되고 말 것이다. 이것이 바로 블랙홀의 '스파게티화(spaghettification)'라고 불리는 현상이다. 일단 블랙홀 안으로 떨어지면 외롭겠지만, 당신은 스파게티가 되어 한정없이 블랙홀의 중심, 특이점으로 떨어져내릴 것이다. 그것을 멈출 수 있는 존재는 우주 안 어디에도 없다. 하지만 당신이 블랙홀 안에서 낱낱이 분해되기까지 걸리는 시간이 겨우 10분의 1초밖에 안된다는 사실이 조금은 위안이 될 수 있을지도 모른다. 2. 빅뱅은 왜 일어났는가? 빅뱅은 왜 일어났는가? 빅뱅 이전에는 무엇이 있었나? ​위의 두 질문보다 과학자들을 골치 아프게 하는 것도 없을 것이다. 첫째 질문에 대한 과학자들의 모범 답안은 이렇다. "과학은 '왜'라는 물음에 답하는 것이 아니라, '어떻게'라는 물음에 답하는 학문이다." ​요컨대 빅뱅이 왜 일어났는가에 대한 답을 추구하는 게 아니라, 어떻게 일어났는가를 연구하는 것이 과학이라는 주장이다. 일견 맞는 말인 듯하지만, 그래도 어쩐지 개운치는 않다. ​두번째 질문에 대한 모범 답안은 "빅뱅과 함께 시간과 공간이 창조되었으므로, 그 전이란 말은 의미가 없는 것이다. 그것은 마치 북극점에 서서 북쪽이 어디인가를 묻는 것과 같다." 이 답안은 상상은 잘 안 되지만, 반론을 펴기도 만만찮은 게 사실이다. ​어쨌든 빅뱅이 왜 일어났는가 하는 질문에 대해 보다 진전된 답안을 작성해본다면 다음과 같다. ​우주는 에너지가 무한대의 밀도로 응축된 초고온의 ​극미점(極微點), 곧 특이점에서 시작되었다. 그 특이점 역시 '무(無)'에서 나타났다고 과학자들은 말한다. 그러니까 우주가 무에서 생겨났다는 것이다. ​그런데 극미의 세계를 지배하는 법칙은 양자론인데, 양자론에서 볼 때 '무'의 상태란 있을 수가 없다. 아무리 빈 공간이라 하더라도 거기에는 불확정성 원리에 따른 양자 요동, 곧 가상입자들이 끊임없이 쌍생성과 쌍소멸을 하는 들끓는 곳이다. 실제로 진공 속에 금속판 2장의 마주 보게 두면 진공 에너지를 검출할 수 있다. 이것이 카시미르 효과라는 현상이다. ​또 극미 세계에서는 매우 짧은 시간에 입자가 확률적으로 에너지 벽을 뚫을 수 있는데 이를 터널 효과라 한다. 호킹에 의하면, 유한한 우주가 시간도 공간도, 에너지도 0인 '무'의 상태에서 이 터널 효과로 에너지의 벽을 뚫고서 돌연 태어났다고 한다. 따라서 빅뱅은 왜 일어났는가 하는 질문에 대해 현시점까지 작성된 모범 답안은 이렇다. ​"빅뱅은 무에서 양자 요동과 터널 효과에 의해 돌연 일어났다. 빅뱅은 모든 것의 기원이므로 그 이전의 과거 따위는 없다. 즉 우주가 시작된 방법을 파악할 '원인'이란 건 존재하지 않는다." ​ 1. 우주는 끝이 있을까? 사람들이 우주에 대해 가장 궁금해하는 것이 우주는 과연 끝이 있을까 하는 점이다. 이것은 인류의 두뇌를 아주 오랫동안 괴롭혀온 질문이다. 무릇 끝이란 말은 시작이 있다는 뜻이며, 그 끝에서 또 다른 무엇이 시작된다는 의미를 내포하고 있다. 현실 세계에 존재하는, 그리고 우리가 체험하는 모든 사물에는 시작과 끝이 있다. 즉 유한하다는 말이다. 무한이란 상상 속에 존재하는 관념일 뿐이다. 일찍이 아리스토텔레스는 무한이 실재하지 않은 것임을 이렇게 명쾌히 증명했다. -무한이라 해도 결국 유한한 것들의 집합일 뿐이다. 그런데 유한한 것들은 아무리 모아봐야 유한하다. 고로 무한이란 존재하지 않는다. 그렇다면 우주란 과연 어떤가? 우주는 유한하지 않고 끝이 있을까? 우선 우리의 경험칙으로 볼 때, 우주에 끝이 있다는 것도 모순이요, 끝이 없다는 것도 모순으로 보인다. 또한 끝이 없다는 상태는 상상하기 어렵다. 끝이 있다면 또 그 바깥은 무엇이란 말인가? 이 우주라는 시공간이 시작된 것이 약 138억 년 전이라는 계산서는 이미 나와 있다. 138억 년 전 ‘원시의 알’이 대폭발을 일으켰고, 그것이 팽창을 거듭하여 오늘에 이르고 있다는 이른바 빅뱅 우주론이다. 여기에 딴죽을 거는 과학자들은 거의 없다. 우주의 나이가 138억 년이지만, 초창기에는 빛보다 더욱 빠른 속도로 공간이 팽창했기 때문에 지금 우주의 지름은 약 940억 광년에 이른다. 여기서 당연히 이런 의문이 고개를 들 것이다. 그렇다면 우주도 유한하다는 얘기네. 그렇다. 현대천문학은 우주의 구조에 대해 이렇게 말한다. 우주는 유한하지만, 그 끝은 없다. 이게 무슨 뜻인가? 우주의 지름이 940억 광년으로 유한하지만, 그 경계는 딱히 없다는 뜻이다. 곧, 아무리 가더라도 그 끝에 닿을 수가 없다. 왜? 우주는 거대한 스케일로 휘어져 있어 가장자리란 게 존재하지 않으니까. 이런 얘기를 들으면, 누구나 ‘어찌 그럴 수가?’ 하는 의문을 갖지 않을 수 없다. 현대 우주론자들은 다음과 같이 답한다. 우주는 3차원 공간에 시간 1차원이 더해진 4차원의 시공간으로 휘어져 있어 중심도 경계도 없다. 2차원 구면이 중심이나 경계가 없는 것과 같은 이치다. 뫼비우스 띠만 해도 그렇다. ​종이 띠를 한 바퀴 비튼 후 이어붙이면 뫼비우스의 띠가 된다. 개미가 뫼비우스의 띠를 따라 표면을 이동하면 경계를 넘지 않고도 반대면에 이를 수 있다. 우주는 3차원의 뫼비우스 띠 같은 구조라는 것이다. 이처럼 우주의 시공간은 휘어져 있기 때문에 무한 사정거리의 총을 발사하면 그 총알은 우주를 한 바퀴 돌아 쏜 사람의 뒤통수를 때린다는 것이다. 그 사람이 그때까지 살아 있기만 한다면 말이다. 우주 공간이 평탄하게 보이는 것은 3차원의 존재인 우리가 휘어져 있는 4차원 시공간을 감득치 못해서 그렇다는 얘기다. 이처럼 우주는 중심도 가장자리도 없는 4차원 시공간이다. 내가 있는 이 공간이 우주의 중심이래도 틀린 말은 아닌 셈이다. 공간 속의 모든 지점은 동등하다. 신 앞에 모든 것은 공평하다고 하는 것이 바로 이를 두고 한 말인지도 모른다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com