▲ 태양계 탄생의 비밀을 간직한 ‘우주의 방랑자’ '공포의 대마왕' 우주에는 그 규모나 내용에서 우리의 상상을 초월하는 엄청난 사건들이 일어나고 있지만, 사람의 눈으로 볼 수 있는 천체현상 중 최고의 장관은 단연 혜성 출현일 것이다. 어떤 장대한 혜성의 꼬리는 태양에서 지구까지 거리의 2배에 달하며, 그 주기가 수십만 년을 헤아리는 것도 있다 하니 참으로 상상하기조차 힘든 일이다. 혜성이 남기고 간 부스러기라 할 수 있는 별똥별을 보며 소원을 빌어온 우리에겐 입이 딱 벌어질 스케일이라 하겠다. 태양계의 방랑자, 혜성은 태양이나 큰 질량의 행성에 대해 타원이나 포물선 궤도를 도는 태양계에 속한 작은 천체를 뜻하며, 우리말로는 살별이라고 한다. 혜성(彗星)의 ‘혜(彗)’가 ‘빗자루’라는 뜻에서도 알 수 있듯이, 빛나는 머리와 긴 꼬리를 가지고 밤하늘을 운행하는 혜성은 예로부터 고대인들에 의해 많이 관측되었다. 연대가 확실한 가장 오랜 혜성관측 기록으로는 기원전 1059년, 중국의 ‘주 나라 때 빗자루별이 동쪽에서 나타났다’는 기록이다. 유럽에서는 기원전 467년 그리스 사람들이 혜성 기록을 남겼다. 그리스 어로 혜성을 코멧(Komet)이라 하는데, 머리털을 뜻한다. 묘하게도 동서양이 혜성에 대해서는 하나의 일치된 관념을 갖고 있었는데, 그것은 혜성 출현이 불길한 징조라는 것이다. 왕의 죽음이나 망국, 큰 화재, 전쟁, 전염병 등 재앙을 불러오는 별이라고 믿었다. 고대인에게 혜성은 ‘공포의 대마왕’으로 두려움의 대상이었던 것이다. 혜성의 시차를 측정하여 혜성이 지구 대기상에서 나타나는 현상이 아닌 천체의 일종임을 최초로 밝혀낸 사람은 16세기 덴마크의 천문학자 튀코 브라헤였다. 이는 아리스토텔레스의 우주관을 뒤엎은 대단한 발견이었다. 아리스토텔레스는 달을 경계로 삼아 지상과 천상의 세계를 엄격하게 나누었는데, 무상한 지상의 세계와는 달리 천상은 세계는 변화가 없는 완전한 세계라고 주장했던 것이다. 그러나 튀코의 이 발견으로 천상의 세계 역시 무상하다는 것이 밝혀진 셈이다. 혜성이 태양계의 구성원임을 입증한 사람은 17세기 영국 천문학자 에드먼드 핼리였다. 1682년, 핼리는 어느 날 혜성을 본 후, 옥스퍼드 대학 도서관에 있던 옛날 혜성기록을 뒤져본 결과, 1456년, 1531년, 1607년에 목격된 혜성이 자기가 본 것과 비슷하다는 점을 깨닫고, “이 혜성은 불길한 일을 예시하는 별이 아니라, 76년을 주기로 지구 주위를 타원궤도로 도는 천체로, 1758년 다시 올 것이다“라고 예언했다. 그는 자신의 예언을 확인하지 못하고 죽었지만, 과연 1758년 크리스마스 밤에 이 혜성이 나타난 것을 독일의 한 농사꾼 아마추어 천문가가 발견했다. 이로써 이 혜성이 태양을 끼고 도는 하나의 천체임이 증명되었고, 핼리의 업적을 기리는 뜻에서 ‘핼리 혜성’이라 이름지어졌다. ▲ 핼리 혜성에 얽힌 한 소설가의 슬픈 사연 이 핼리 혜성에는 한 소설가의 슬픈 사연이 얽혀 있다. '톰 소여의 모험', '허클베리 핀의 모험' 등으로 우리에게도 친숙한 마크 트웨인이 그 주인공으로, 그는 핼리 혜성이 온 1835년에 태어나서, 혜성이 다시 찾아온 1901년에 세상을 떠났다. 76년 주기인 혜성과 주기를 같이한 트웨인은 만년에 불우한 삶을 살았다. 70세 때 아내와 장녀인 수지가 같은 시기에 세상을 떠나고, 몇 년 후에는 셋째 딸마저 간질로 그 뒤를 따랐다. 남은 자식이라고는 둘째 딸 클라라뿐이었다. 그는 실의에 빠진 채 만년을 보냈는데, 유일한 즐거움은 과학책을 읽는 것이었다. "나는 1835년 핼리 혜성과 함께 왔다. 내년에 다시 온다고 하니 나는 그와 함께 떠나려 한다. 내가 만일 핼리 혜성과 함께 가지 못한다면 그것은 내 인생에서 가장 실망스러운 일이 될 것이다"라고 말했던 트웨인은 1910년 어느 날 밤 별이 뜰 무렵 둘째 달 클라라의 손을 잡고 “안녕, 클라라. 우린 꼭 다시 만날 수 있을 거야”라고 말을 남겼는데, 그때 핼리 혜성이 다시 지구를 찾아왔고, 트웨인은 그 이튿날 세상을 떠났다. 1910년 4월 21일이었다. 핼리 혜성이 가장 최근에 나타난 해는 1986년이었고, 다음 방문은 2061년으로 예약되어 있다. 필자뿐 아니라 현재 지구 행성에서 살고 있는 70억 인구 중 3분의 1은 그때 핼리 혜성이 태양을 향해 달려가는 장관을 볼 수 없을 것이다. 핼리 혜성은 7만 6000년 후에 수명을 다하게 된다. 핼리 혜성처럼 태양계 내에 붙잡혀 길다란 타원궤도를 가지고 주기적으로 태양을 도는 혜성을 주기 혜성이라 하고, 포물선이나 쌍곡선 궤도를 갖고 있어 태양에 딱 한 번만 접근하고는 태양계를 벗어나 다시는 돌아오지 않는 혜성을 비주기 혜성이라 한다. 주기 혜성은 200년 이하의 주기를 가지는 단주기 혜성과, 200년 이상 수십만 년에 이르는 주기를 가진 장주기 혜성으로 나누어진다. 혜성은 크게 머리와 꼬리로 구분된다. 머리는 다시 안쪽의 핵과, 핵을 둘러싸고 있는 코마로 나누어진다. 핵이 탄소와 암모니아, 메탄 등이 뭉쳐진 얼음덩어리라는 사실이 최초로 밝혀진 것은 1950년 미국의 천문학자 위플에 의해서였다. 그러니 혜성의 정체가 제대로 알려진 것은 반세기 남짓밖에 되지 않은 셈이다. 핵을 둘러싼 코마는 태양열로 인해 핵에서 분출되는 가스와 먼지로 이루어진 것으로, 혜성이 대개 목성궤도에 접근하는 7AU 정도 거리가 되면 코마가 만들어지기 시작한다. 우리가 혜성을 볼 수 있는 것은 이 부분이 햇빛을 반사하기 때문이다. 코마의 범위는 보통 지름 2만~20만km 정도로 목성 크기만 하기도 하고, 때로는 지구와 달까지 거리의 약 3배나 되는 100만km를 넘는 것도 있다. 혜성의 꼬리는 코마의 물질들이 태양풍의 압력에 의해 뒤로 밀려나서 생기는 것이다. 이 황백색을 띤 꼬리는 태양과 반대방향으로 넓고 휘어진 모습으로 생기며, 태양에 다가갈수록 길이가 길어진다. 꼬리가 긴 경우에는 태양에서 지구까지의 거리 2배만큼 긴 것도 있다니, 참으로 장관이 아닐 수 없겠다. 태양에 가까이 다가가면 두 개의 꼬리가 생기기도 하는데, 앞에서 말한 먼지꼬리 외에 가스 꼬리 또는 이온 꼬리라고 불리는 것이 생긴다. 태양 반대쪽으로 길고 좁게 뻗는 가스 꼬리는 이온들이 희박하여 눈으로는 잘 보이지 않지만, 사진을 찍어 보면 푸른색을 띤 꼬리가 길게 뻗어 있는 것을 볼 수 있다. 근래에 온 혜성으로 단연 화제를 모았던 것은 1994년 7월 16일 목성과 충돌한 슈메이커-레비9 혜성이었다. 21개로 쪼개어진 조각들이 목성의 남반구에 차례로 충돌했는데, 충돌 당시 전 세계의 관심을 모았으며, 방송에서는 큰 화제가 되기도 했다. 외계 물체 중 최초로 태양계의 물체에 충돌하는 장관을 실감나게 보여주었던 것이다. 혜성 탐사선으로는 미국의 스타더스트 호가 99년 2월에 발사되었다. 이 탐사선은 2004년 1월에 혜성 와일드 2로부터 표본을 채취해 지구로 돌아왔다. 또한 67P/추류모프-게라시멘코’ 혜성에 착륙을 시도하기 위한 유럽우주국의 로제타 호는 2004년 3월에 발사되었는데, 지난 2014년 11월 12일 로제타 호의 탐사 로봇 ‘필레’가 역사상 최초로 67P 혜성에 성공적으로 착륙했다. 현재 로제타 호는 태양에 접근해가는 혜성 궤도를 돌면서 같이 따라가고 있는 중이다. ▲ '혜성들의 고향' 혜성은 어디에서 오는가? 혜성의 고향을 알기 위해서는 먼저 그 기원을 알지 않으면 안된다. 널리 받아들여지는 혜성 기원론에 따르면, 혜성은 행성과 위성들이 만들어지고 남은 잔해이기 때문에 태양계만큼이나 오래된 천체라는 것이다. 이 잔해들이 해왕성 너머 30~50AU 공간에 납작한 원반 모양으로 분포하고 있는데, 이곳이 바로 단주기 혜성들의 고향으로 카이퍼 대라 한다. 장주기 혜성의 고향은 그보다 훨씬 멀리, 5만~15만AU 가량 떨어진 오르트 구름이다. 지름 약 2광년으로, 거대한 둥근 공처럼 태양계를 둘러싸고 있는 오르트 구름은 수천억 개를 헤아리는 혜성의 핵들로 이루어져 있다. 탄소가 섞인 얼음덩어리인 이 핵들이 가까운 항성이나 은하들의 중력으로 이탈하여 태양계 안쪽으로 튕겨들어 혜성이 되는 것이다. 이 혜성은 온도가 매우 낮은 태양계 바깥쪽에 있었기 때문에 태양계가 탄생할 때의 물질과 상태를 수십억 년 동안 그대로 지니고 있는 만큼 태양계 탄생의 비밀을 간직한 ‘태양계 화석’이라 할 수 있다. 단주기 혜성의 경우, 태양에서 목성과 해왕성 사이를 타원궤도를 그리며 운동한다. 태양계 내의 천체가 태양에서 가장 멀리 떨어져 있을 때의 거리를 원일점, 가장 가까이 있을 때의 거리를 근일점이라 하는데, 단주기 혜성은 원일점의 위치에 따라 목성족, 토성족, 천왕성족, 해왕성족으로 나누어진다. 예컨대, 가장 짧은 3.3년 주기의 엥케 혜성은 목성족, 76년 주기의 핼리 혜성은 해왕성족에 속한다. 장주기 혜성은 해왕성 바깥까지 갔다가 되돌아오는 길쭉한 타원궤도로, 대부분의 혜성이 이에 속한다. 원일점은 대략 1만~10만AU 정도 거리에 있다. 우주 속에 영원한 것이 어디 있으리오마는, 혜성의 경우는 더욱 극적이다. 태양의 인력에 이끌려 태양계 안으로 들어온 혜성들은 각기 다른 운명을 겪는데, 태양과 행성들의 인력에 따라 궤도가 달라져, 어떤 것은 태양계 밖으로 밀려나 다시는 돌아오지 못하고 우주의 미아가 되거나, 행성의 강한 인력으로 쪼개지기도 한다. 또 어떤 것은 태양이나 행성에 충돌하여 최후를 맞는 경우도 있다. 보통 혜성은 서울시만한 크기로, 혜성이 태양을 방문할 때마다 핵에서 약 1억 톤 가량의 물질을 방출하기 때문에 핵 표면이 약 3m씩 줄어든다고 한다. 엥케 혜성은 천 번 곧, 3,300년 후, 수백억 년을 사는 별에 비해서는 참으로 찰나의 삶을 사는 존재라 하겠다. 혜성은 궤도를 운행하면서 티끌이나 돌조각들을 궤도상에 흩뿌리는데, 이러한 혜성의 입자들이 혜성 궤도 주위에 모여 있는 것을 유성류(流星流)라 한다. 공전하는 지구가 이 유성류 속을 지날 때 지구 대기와의 마찰로 불타며 떨어지는데, 이것을 유성 또는 별똥별이라 하며, 많은 유성이 무더기로 떨어지는 것을 유성우(流星雨)라 한다. 유성우는 지구 대기권으로 평행하게 떨어지지만, 우리가 보기에는 하늘의 한 곳에서 떨어지는 것처럼 보인다. 이 중심점을 복사점이라 하고, 복사점이 자리한 별자리의 이름을 따라 유성우의 이름이 정해진다. 유성우 중에서는 특히 사자자리 유성우가 유명한데, 주기 33년의 템펠-터틀 혜성이 연출하는 것으로서, 매년 11월 17일과 18일을 전후하여 시간당 십수개에서 많은 경우 수십만 개의 유성이 떨어진다. 혜성이 지구가 형성되기 전부터 존재했다는 것은 알려져 있지만, 아직도 혜성의 많은 부분은 신비에 싸여 있다. 어떤 학자들은 혜성이 가져다준 물이 지구의 바다를 만들었다고 주장하기도 하고, 어떤 학자들은 지구에 생명의 씨앗과 생명의 물질을 공급해왔다는 주장도 한다. 한편, 중생대 말 공룡을 비롯한 지구상의 생물 대부분을 멸종시킨 거대한 재앙의 근원이 혜성 충돌 때문이라는 주장은 거의 정설로 굳어가고 있다. 만약 이러한 주장들이 사실이라면 혜성은 지구 생명의 창조자이자 파괴자이며, 인류의 미래와 운명에 직결되어 있는 존재인 셈이다. 마지막으로 장주기 혜성 하나. 1975년에 발견된 웨스트 혜성은 원일점이 13,560AU(1AU는 지구-태양 간 거리 1.5억km)로, 현재까지 가장 긴 주기를 가진 혜성의 하나로 기록되고 있는데, 그 주기가 무려 55만 8300년이다. 지난 75년에는 태양을 지나친 뒤 네 조각으로 쪼개지면서 장관을 연출했던 웨스트 혜성의 다음 도래년은 서기 569,282년이다. 우리 인류가 문명사를 엮어온 것이 고작 5000년인데, 과연 그때까지 이 지구 행성에서 살아남아, 웨스트 혜성이 태양을 향해 시속 34만km로 돌진해가는 장관을 다시 볼 수 있을까? 이광식 통신원 joand999@naver.com　

지구는 끊임없는 물에 의한 침식 작용과 식물의 작용으로 인해서 크레이터가 발생했다고 해도 오래 보존되지 못하는 경우들이 많다. 사실 상당수의 운석은 대기에서 타버리고 떨어지는 운석 역시 지구 표면의 2/3 이상을 덮은 바닷속으로 들어가는 경우가 많다. 하지만 달을 비롯해 대기와 액체 상태의 표면을 가지지 않은 천체에서는 크레이터가 매우 잘 보존된다. 과학자들은 수많은 크레이터를 관측했는데, 그중에는 매우 독특한 것들이 다수 존재한다. 예를 들면 지금 소개하는 연속 크레이터들이 바로 그것이다. 크레이터 체인(Crater chain) 혹은 카테나(Catena)라고 부르는 이 독특한 크레이터는 태양계 여러 위성과 소행성들에서 생각보다 흔히 관찰된다. 소행성이 달이나 다른 위성에 접근하면 가까운 곳과 먼 곳 사이의 중력의 차이가 발생한다. 이런 중력의 차이를 무시할 만큼 튼튼한 소행성도 있지만, 사실 잡석 더미에 불과한 소행성도 다수 존재한다. 이런 소행성들은 표면에 도달하기 전 중력에 의해 잘게 쪼개져서 마치 나란히 줄을 선 사람들처럼 사이좋게 표면에 충돌한다. 그 결과 마치 염주 알이나 지네 같은 크레이터를 만들게 되는 것이다. 이런 크레이터 체인은 생각보다 흔하다. 목성의 위성 가니메데에는 적어도 11개의 크레이터 체인이 존재한다. 이 중 유명한 것은 사진에 보이는 엔키 카테나이다. 엔키 카테나는 13개의 크레이터가 161.3km의 길이로 늘어선 것이다. 달에는 23개의 작은 크레이터들이 50km에 걸쳐 일렬로 늘어선 다비 카테나(Davy Catena)가 있다. 그 모습은 아폴로 12호에 의해 선명하게 포착되었다. 엔키 카테나가 비교적 비슷한 크기의 조각으로 쪼개졌다면 다비 카테나는 크기가 균일하지 않은 파편들이 일렬로 충돌했다는 것을 알 수 있다. 사실 이런 식의 일렬 충돌은 최근에도 있었다. 바로 목성에 충돌한 슈메이커 레비 혜성이다. 1994년 당시 이 혜성은 목성의 강력한 중력에 의해 잘게 부서져 일렬로 목성 표면에 충돌해 거대한 폭발을 만들었다. 물론 가스 행성인 목성 표면에 충돌했기 때문에 크레이터는 남기지 않았지만, 이 거대한 충돌은 망원경에 선명하게 포착되었다. 당시 슈메이커 레비 혜성은 적어도 21개의 조각으로 부서져 목성 표면에 충돌했다. 만약 이 혜성이 목성이 아니라 그 위성에 충돌했다면 아마 엔키 카테나 같은 일렬 크레이터를 남겼을지 모른다. 그러나 중력이나 크기 차이를 고려했을 때 사실 목성 같은 거대 행성에 충돌할 가능성이 위성에 충돌할 가능성보다 훨씬 크다. 우리가 지금 보는 일렬 크레이터들은 아주 운 좋게 작은 위성에 충돌해서 우리에게 신기한 구경거리를 남긴 셈이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

만유인력의 법칙을 밝힌 뉴턴의 '프린키피아'는 1687년에 출간되었다. “나는 이제 세계의 기본 얼개를 선보이겠다”는 뉴턴의 자랑스런 선언을 담고 있는 이 책은 뉴턴 물리학을 집대성 것이었다. '프린키피아'에서 뉴턴은 행성의 운동을 비롯하여, 조석의 움직임, 진자의 흔들림, 사과의 낙하 같은 다양한 현상들을 단일한 원리로 통일하고, 다시 그것을 수학적으로 완벽하게 제시했다. 신과 같은 이 놀라운 솜씨는 마침내 지상의 물리학과 천상의 물리학을 하나로 통합했던 것이다. 이것은 일찍이 갈릴레오가 그토록 이루기를 갈망했으나 끝내 성공하지 못했던 것이었다. 뉴턴 이전에는 땅의 세계와 하늘의 세계가 엄격히 구분돼 있었다. 땅의 세계는 불완전한 사멸과 변화의 세계고, 천상의 세계는 비물질적이며 완전하고 불변하는 신의 세계였다. 그러나 뉴턴으로 인해 우주에서 비물질적이고 관념적인 것들은 모두 제거되고 하나의 법칙으로 통합되었으며, 인류는 문명사 6000 년 만에 비로소 우주를 이성적으로 사고할 수 있게 된 것이다. ​ 뉴턴이 찾아낸 만유인력의 법칙은 한마디로 우주 안의 모든 것들이 하나의 법칙으로 작동하고 있다는 것이며, 그것을 문장으로 표현하면 다음과 같다. "모든 물체는 각기 질량의 힘으로 서로 끌어당긴다. 이 힘은 두 물체의 질량의 곱에 비례하며, 두 물체 사이 거리의 제곱에 반비례한다." 이를 수식으로 나타내면 허망할 정도로 단순하다. F = G m1 m2/r^2(F는 인력, G는 만유인력 상수, m1, m2'는 두 물체의 질량, r은 두 물체 사이의 거리) 이 간단한 방정식 하나로 우주 안의 만물은 서로 감응한다. ‘나’라는 존재도 온 우주의 만물과 서로 중력을 미치며, 사과 한 알이 떨어져도 온 우주가 감응한다는 뜻이다. 뉴턴 역학이 전하는 복음은 분명했다. 한마디로, 이 세계는 모두 우주 역학의 결과이며, 모든 천체들이 고유한 중량과 그것들의 운행에서 나오는 힘들에 의해 움직이고 있다. 행성운동은 말할 것도 없고, 우주 안에서 일어나는 모든 현상은 원자들의 상호관계에서 일어나는 역학의 결과이다. 그러므로 이 세계 안에 우연이란 것은 없다. 말하자면 모든 것은 결정되어 있다는 '결정론적 우주관'이다. 이 같은 내용을 담고 있는 '프린키피아'는 출간되자마자 많은 논쟁을 불러일으켰다. 그중에는 ‘우주는 유한한가, 무한한가’라는 유서 깊은 논쟁도 있었다. 예리한 논리로 ‘우주는 태어난 지 오래지 않다’라고 추론했던 고대 로마의 철학자 루크레티우스(BC 96년경 ~ BC 55)는 이에 대해 다음과 같은 사려깊은 결론을 내린 바 있다. “우주는 모든 방향으로 무한히 뻗어 있다. 만일 우주에 끝이 있다면 그 끝을 이루는 경계가 있어야 하고, 이는 곧 우주의 바깥에 또 무언가가 존재한다는 뜻이다. (...) 그런데 우주를 이루는 모든 차원들은 아무런 방향성도 없고, 그 바깥에 무언가 존재한다는 것도 확인된 바 없으므로 우주는 끝이 없어야 한다.” 뉴턴의 중력 이론은 우주가 유한하든 무한하든 모순을 피할 수 없게 된다. 리처드 벤틀리라는 한 성직자가 뉴턴에게 편지를 보내 이 점을 지적했다. "중력이라는 것이 작용거리가 무한하고 한 방향으로만 작용하는 힘이라고 할 때, 만약 우주가 무한하다면 별들은 각기 임의의 물체를 중력으로 잡아당길 것이고, 그렇다면 우주는 각자의 방향으로 찢어져 혼돈에 찬 종말을 맞이할 것입니다. 만약 우주가 유한하다면 별들은 서로의 중력에 의해 끌어당길 것이고, 우주는 결국 하나의 점으로 붕괴되어 충돌하는 처참한 종말을 맞이할 것입니다." 이것이 바로 중력이론을 우주에 적용할 때 나타나는 역설적인 결과를 최초로 지적한 ‘벤틀리의 역설’로, 올베르스의 역설과 함께 천문학 역사상 유명한 역설에 속한다. 뉴턴 역시 중력 이론의 모순을 알고 있었다. 심사숙고 끝에 내놓은 뉴턴의 대책은 이런 것이었다. “우주공간에 떠 있는 하나의 별이 무한히 많은 다른 별들에 의해 당겨지고 있다면, 오른쪽으로 끌어당기는 힘과 왼쪽으로 끌어당기는 힘이 서로 상쇄될 것이다. 모든 별들이 이런 식으로 균형을 이루고 있기 때문에 정적인 우주가 유지된다. 그러려면 우주는 무한하며 균일해야 한다.” 그러나 이 정적인 균형은 위태로운 것이다. 별 하나만 요동쳐도 일시에 균형이 와해되어 파국을 맞을 수 있기 때문이다. 자신의 해법이 만족스럽지 못하다는 것을 안 뉴턴은 이런 대형사고를 피하기 위해 신의 자비를 구하며 다음과 같이 편지를 마무리했다. “태양과 항성들의 중력에 의해 한 점으로 붕괴되지 않으려면 주기에 따라 태엽시계에 시간을 돌려서 맞추듯이 우주의 시계에도 전지전능한 신의 도움이 가끔씩은 필요할 것입니다.” 지금에서 보면 황당한 얘기처럼 들릴 수도 있는 말이지만, '프린키피아' 자체를 인간에게 신의 길을 가르치기 위한 노작으로 보는 뉴턴으로서는 무난한 결론이기도 할 것이다. 오히려 과학이란 단지 물리적 우주를 이해하려는 시도일 뿐이라는 현대의 견해를 뉴턴이 듣는다면 크게 놀랄 것이 틀림없으니까. 어쨌든 뉴턴은 이 만유인력의 발견으로 모든 시대를 통틀어 가장 위대한 천재, 마호메트와 예수 다음으로 인류 역사를 바꾼 인물로 평가받는 과학자가 되었으며, 인류는 뉴턴 역학으로 인해 우주에 대해 깊은 이해에 도달할 수 있는 열쇠를 갖게 된 것이다. 지금도 지구 궤도를 돌고 있는 수많은 인공위성들의 궤도 계산이나 로켓 발사, 그리고 우주 탐사선의 우주 여행 등이 모두 300여 년 전에 확립된 뉴턴의 이론적 모델에 기초하고 있다는 사실만 보더라도 뉴턴의 공적이 얼마나 큰 것인지 알 수 있다. 이러한 이유 등으로 사람들은 뉴턴을 가리켜 ‘신의 마음에 가장 가까이 간 사람’이라 평하기도 한다. 자, 이제 '벤틀리의 역설'의 정답을 말해보자. 정답은 첫째, 은하 내의 별들이 중력을 거슬러 서로의 거리를 유지하는 것은 은하 중심을 공전하고 있기 때문이다. 이는 행성들이 공전함으로써 태양과의 거리를 유지하는 것과 같은 이치다. 둘째, 은하들이 한 점으로 붕괴되지 않는 것은 '빅뱅 우주론'에 의한 우주팽창 때문이다. 여기에는 물론 암흑 에너지도 한몫한다. 우리가 잘 알다시피 우주는 결코 뉴턴 생각처럼 정적이 아니며, 인력에 반하는 팽창력이 척력으로 작용함으로써, 은하나 별들이 한 점으로 붕괴되거나 찢어지는 일 없이 지금의 상태를 유지하고 있는 것이다. 이는 천하의 천재인 뉴턴도 상상하지 못한 일일 것이다. 우주란 얼마나 오묘한가! 이광식 통신원 joand999@naver.com　

태양계의 위성 가운데도 역주행하는 위성들이 있다. 보통 위성은 행성의 자전 방향과 같은 방향으로 공전하지만, 역행성 궤도(retrograde orbit) 위성들은 삐딱하게 반대 방향으로 공전한다. 대개 이런 역행성 궤도 위성은 달처럼 행성과 같이 탄생한 위성이 아니라 지나가던 소행성이 포획되어 위성이 된 경우다. 이런 역주행 위성 가운데서 가장 흥미로운 대상은 바로 토성의 위성 포이베(Phoebe)다. 이 위성은 1898년 처음 발견된 이래 2000년대에 새로운 위성들이 밝혀지기 전까지 토성에서 가장 먼 거리를 공전하는 위성이었다. 그 거리는 평균 1,295만km에 달한다. 공전 주기도 550일에 달해 지구의 공전 주기보다 더 길다. 본래 토성의 위성이 아니었다가 우연히 포획되어 위성이 되었다고 생각하면 이해가 되는 거리다. 그런데 정말 흥미로운 이야기는 2004년 미국항공우주국(NASA)의 카시니 우주선이 포이베에 2,000km 정도 떨어진 거리까지 근접해 관측한 이후다. 포이베는 약 200km 조금 넘는 지름을 가진 감자처럼 생긴 위성인데, 그 표면이 극단적으로 검었다. 이 위성의 알베도(빛을 반사하는 정도)는 0.06으로 석탄보다 더 어두운 위성이었다. 여기에 표면에는 수많은 거대 크레이터가 있어 많은 충돌을 겪었다는 사실을 알 수 있었다. 한편 2009년, 다른 과학자팀은 NASA의 스피처 적외선 우주 망원경을 이용해서 한 가지 놀라운 사실을 밝혀냈다. 그것은 토성의 주변에 아주 어두운 작은 입자로 구성된 거대한 고리가 있다는 것이다. 이 고리의 최대 지름은 토성 지름의 200배가 넘는 엄청난 크기였다. 본래 우리가 아는 토성의 고리는 전체 고리에 일부에 불과하다. 예를 들어 토성의 E 고리의 경우 너비가 무려 30만km에 달하는 큰 고리지만, 입자의 밀도가 낮아 잘 보이지 않는다. 그런데 새롭게 발견된 고리는 E 고리마저 작게 보일 만큼 거대한 고리였다. 과학자들은 카시니의 포이베 관측 결과와 스피처 망원경의 관측 결과를 종합해 이 고리가 포이베가 다른 천체와 충돌하면서 생성된 것이라는 결론을 내렸다. 따라서 새로운 고리의 이름은 포이베 고리(Phoebe ring)이라고 명명되었다. 아마도 포이베의 독특한 궤도가 잦은 충돌의 이유가 되었을지 모른다. 그리고 그 충돌 파편들이 검은 입자가 많은 포이베 고리의 기원이 된 것으로 보인다. 최근 메릴랜드 대학 및 버지니아 공대의 과학자들은 NASA의 다른 적외선 관측 위성인 WISE의 데이터를 이용해서 포이베 고리가 생각보다도 더 거대하다는 사실을 밝혀냈다. 이들의 새로운 관측 결과에 의하면 고리의 범위는 토성에서 640만km에서 1,600만km까지 펼쳐져 있다고 한다. 물론 포이베 고리는 대부분 작고 어두운 입자로 구성되어 있으며 밀도가 낮아서 적외선 영역에서만 관측할 수 있다. 아무리 좋은 광학 망원경이라도 인간이 볼 수 있는 파장인 가시광 영역에서는 이 고리를 보기 어렵다. 그래서 이제야 발견이 된 것이다. 종종 눈으로 보이는 것이 전부가 아닐 때가 있다. 토성의 고리에서 이 말은 전적으로 옳다. 이 발견 전까지 우리가 아는 토성의 고리는 정말 눈으로 보이는 극히 일부에 불과했다. 아마도 이 점은 토성의 고리뿐 아니라 다른 우주의 신비도 마찬가지일 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com　

지난 2006년 행성을 지위를 잃고 '계급'이 강등된 비운의 천체가 있다. 바로 우리 태양계 끝자락에 위치한 '저승신' 명왕성이다. 최근 미국 메릴랜드 대학 연구팀이 명왕성 주위를 도는 달들을 분석한 연구결과를 내놔 관심을 끌고있다. 미 항공우주국(NASA)의 허블우주망원경으로 포착한 이 달들은 길쭉하고 울퉁불퉁한 모양새로 마치 굴러 넘어지는 것처럼 희한하게 움직인다. 그러나 이같은 무질서한 움직임 속에서도 각 위성들이 명왕성 주위를 안정적으로 돈다는 것이 연구팀의 설명. 　　 지금은 ‘134340 플루토’(134340 Pluto) 라는 정식 이름을 가진 명왕성은 총 5개의 달을 가지고 있다. 각각의 이름은 카론(Charon), 케르베로스(Kerberos), 스틱스(Styx), 닉스(Nix), 히드라(Hydra)로 모두 그리스 신화에 나오는 저승과 관련있다. 이중 명왕성의 '물귀신'이 된 위성이 바로 죽은 자를 저승으로 건네준다는 뱃사공 카론이다. 애초 명왕성의 위성이라고 생각됐던 카론이 서로 맞돌고 있는 사실이 확인돼 명왕성이 행성에서 퇴출되는데 결정적인 원인이 됐기 때문이다. 이번 연구에서는 서로 맞돌고 있는 명왕성과 카론의 주위를 각 4개의 위성이 안정적으로 돌고있으며 이중 닉스, 스틱스, 히드라는 사이좋게 궤도 공명(공전하는 천체가 서로에게 규칙적이고 주기적인 중력을 미치는 것)하는 것으로 확인됐다. 연구를 이끈 더글라스 해밀턴 교수는 "공명 덕에 3개의 위성은 서로 충돌하지 않고 예측 가능한 범위 내에서 궤도를 돈다" 면서 "이같은 이유 때문에 작은 크기의 명왕성(우리 달의 3분 2 크기)이 많은 달을 거느릴 수 있는 것"이라고 설명했다. 이어 "명왕성의 위성 중 케르베로스는 숯처럼 어두운 반면 나머지 위성들은 하얀 모래처럼 밝다" 면서 "정확한 원인은 알 수 없지만 운석 충돌의 영향일 수 있다"고 덧붙였다.　 한편 1930년 처음 발견된 이후 태양계의 9번째 행성이었던 명왕성은 지난 2006년 왜소행성(dwarf planet)으로 격하됐다. 그 이유는 지난 2006년 국제천문연맹(IAU)이 행성 분류 정의를 변경했기 때문인데 크게 3가지 조건이 필요하다. 첫째 태양 주위를 공전하며, 둘째 충분한 질량과 중력을 가지고 구(sphere·球) 형태를 유지해야 하며, 셋째 그 지역의 가장 지배적인 천체여야 한다. 문제는 2000년대 들어 카론 등 새로운 천체가 발견돼 명왕성의 지배적인 위치가 흔들리면서 시작됐다. 이에 유럽 천문학자들을 중심으로 투표를 통해 명왕성 행성 퇴출을 결정했다. 그러나 명왕성을 발견하고 탐사선 뉴호라이즌스까지 보낸 미국 천문학자들은 지금도 이에 반발하고 있으며 이후 툭하면 명왕성의 복권을 주장하고 있다. 지난 2006년 1월 발사된 뉴호라이즌스는 오는 7월 아직까지 알려진 것이 거의 없는 바로 이곳 '저승'에 도착한다. 　<뉴호라이즌스의 여정>　* 2006년 1월 발사　* 2011년 3월 18일/천왕성 궤도를 지나다　* 2014년 8월 1일/ 해왕성 궤도를 지나다　* 2015년 7월 14일/국제 표준시(UTC) 기준 11시 47분 명왕성 접근 통과(명왕성에서 13,695km 거리, 초속 13.78km)　* 2015년 7월 14일/국제 표준시(UTC) 기준 12시 01분 명왕성의 위성인 카론 접근 통과(카론에서 29,473km 거리, 초속 13.87km)　* 2016년~2020년/카이퍼 띠 천체들 접근 통과　* 2029년 - 태양계를 떠남 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

비록 토끼는 살지 않지만, 여러 가지 원인을 알 수 없는 독특한 지형이 넘치는 곳이 바로 지구의 위성인 달이다. 이런 독특한 지형 중 하나는 소용돌이 내지는 불꽃 모양으로 보이는 밝은 무늬 지형이다. 달 표면의 수수께끼 소용돌이(mysterious lunar swirls)라고 알려진 이 지형은 지난 1970년대에 알려졌지만, 지금까지 그 정확한 생성원인을 밝히지 못하고 있다. 이 미스터리 무늬는 달에 곳곳에 존재하며 주변 토양과 대비되는 밝은색으로 보인다. 과학자들은 이 무늬가 있는 지역의 지각 자기장이 다른 장소보다 더 강하다는 사실은 밝혀냈다. 그래서 일부 과학자들은 이 무늬의 생성원인이 자기장 때문이라고 생각하고 있다. 달의 역사 초기에는 지금보다 훨씬 강한 자기장이 있었는데, 시간이 지나면서 달의 내부가 식어 현재처럼 자기장이 거의 없는 천체가 된 것으로 보인다. 일부 남은 자기장은 국소적으로 존재하는 데, 이 자기장이 달의 표면을 검게 만드는 태양풍으로부터 보호해 이 밝은 무늬를 만들었다는 것이 이 이론의 골자다. 다만 이를 뒷받침할 결정적인 증거는 부족했다. 더구나 자기장이 원인이라면 이렇게 이상하게 생긴 무늬가 나타나게 되는 원인을 설명할 수 없었다. 한편 다른 과학자들은 혜성이 이 지형의 기원일 가능성을 제기하고 있다. 이 주장을 1980년 저널 네이처에 발표한 바 있는 브라운 대학의 행성 지질학자 피터 슐츠(Peter Schultz, a planetary geoscientist at Brown University)는 다시 저널 이카로스(Icarus)에 같은 주장을 발표했다. 사실 이 미스터리 무늬는 충돌 크레이터와는 무관하게 존재해서 혜성이나 기타 천체에 의한 충돌 가능성은 낮은 것으로 생각했다. 하지만 슐츠는 달 착륙선에서 뿜어져 나오는 가스의 모습을 보고서 이와 같은 아이디어를 생각했다. '만약 작은 혜성이 달 표면에 충돌했다면 어떻게 될까?' 혜성은 먼지와 암석을 다량 포함하고 있지만, 기본적으로 얼음과 드라이아이스가 가장 풍부한 경우가 많다. 충돌 시 높은 온도에 의해서 이산화탄소 및 물은 증발해 거대한 가스를 분출하게 된다. 이 가스는 달 표면을 따라서 폭풍을 일으켜 모래들을 날려버릴 수 있다. 이는 충돌 크레이터에서 멀리 떨어진 지점까지 퍼질 수 있다. 슐츠 박사와 동료들은 이 과정을 시뮬레이션했다. 그 결과 현재 달 표면에서 볼 수 있는 것 같은 밝은 무늬를 쉽게 형성할 수 있는 것으로 나타났다. 자기장 이상에 대해서는 혜성 충돌 시 만들어진 작은 금속 입자가 뿌려져서 생긴 작용으로 설명했다. 어떤 주장이 옳은지 검증하기 위해서는 해당 지형으로 탐사선이나 혹은 사람이 직접 가서 토양 및 암석 표본을 채취할 필요가 있을 것이다. 아마도 진실은 전혀 생각지도 못했던 것일 수도 있다. 사진=달 표면의 밝은 무늬 지형. NASA/Lunar Reconnaissance Orbiter 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

비록 토끼는 살지 않지만, 여러 가지 원인을 알 수 없는 독특한 지형이 넘치는 곳이 바로 지구의 위성인 달이다. 이런 독특한 지형 중 하나는 소용돌이 내지는 불꽃 모양으로 보이는 밝은 무늬 지형이다. 달 표면의 수수께끼 소용돌이(mysterious lunar swirls)라고 알려진 이 지형은 지난 1970년대에 알려졌지만, 지금까지 그 정확한 생성원인을 밝히지 못하고 있다. 이 미스터리 무늬는 달에 곳곳에 존재하며 주변 토양과 대비되는 밝은색으로 보인다. 과학자들은 이 무늬가 있는 지역의 지각 자기장이 다른 장소보다 더 강하다는 사실은 밝혀냈다. 그래서 일부 과학자들은 이 무늬의 생성원인이 자기장 때문이라고 생각하고 있다. 달의 역사 초기에는 지금보다 훨씬 강한 자기장이 있었는데, 시간이 지나면서 달의 내부가 식어 현재처럼 자기장이 거의 없는 천체가 된 것으로 보인다. 일부 남은 자기장은 국소적으로 존재하는 데, 이 자기장이 달의 표면을 검게 만드는 태양풍으로부터 보호해 이 밝은 무늬를 만들었다는 것이 이 이론의 골자다. 다만 이를 뒷받침할 결정적인 증거는 부족했다. 더구나 자기장이 원인이라면 이렇게 이상하게 생긴 무늬가 나타나게 되는 원인을 설명할 수 없었다. 한편 다른 과학자들은 혜성이 이 지형의 기원일 가능성을 제기하고 있다. 이 주장을 1980년 저널 네이처에 발표한 바 있는 브라운 대학의 행성 지질학자 피터 슐츠(Peter Schultz, a planetary geoscientist at Brown University)는 다시 저널 이카로스(Icarus)에 같은 주장을 발표했다. 사실 이 미스터리 무늬는 충돌 크레이터와는 무관하게 존재해서 혜성이나 기타 천체에 의한 충돌 가능성은 낮은 것으로 생각했다. 하지만 슐츠는 달 착륙선에서 뿜어져 나오는 가스의 모습을 보고서 이와 같은 아이디어를 생각했다. '만약 작은 혜성이 달 표면에 충돌했다면 어떻게 될까?' 혜성은 먼지와 암석을 다량 포함하고 있지만, 기본적으로 얼음과 드라이아이스가 가장 풍부한 경우가 많다. 충돌 시 높은 온도에 의해서 이산화탄소 및 물은 증발해 거대한 가스를 분출하게 된다. 이 가스는 달 표면을 따라서 폭풍을 일으켜 모래들을 날려버릴 수 있다. 이는 충돌 크레이터에서 멀리 떨어진 지점까지 퍼질 수 있다. 슐츠 박사와 동료들은 이 과정을 시뮬레이션했다. 그 결과 현재 달 표면에서 볼 수 있는 것 같은 밝은 무늬를 쉽게 형성할 수 있는 것으로 나타났다. 자기장 이상에 대해서는 혜성 충돌 시 만들어진 작은 금속 입자가 뿌려져서 생긴 작용으로 설명했다. 어떤 주장이 옳은지 검증하기 위해서는 해당 지형으로 탐사선이나 혹은 사람이 직접 가서 토양 및 암석 표본을 채취할 필요가 있을 것이다. 아마도 진실은 전혀 생각지도 못했던 것일 수도 있다. 사진=달 표면의 밝은 무늬 지형. NASA/Lunar Reconnaissance Orbiter 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

지난 2006년 행성을 지위를 잃고 '계급'이 강등된 비운의 천체가 있다. 바로 우리 태양계 끝자락에 위치한 '저승신' 명왕성이다. 최근 미국 메릴랜드 대학 연구팀이 명왕성 주위를 도는 달들을 분석한 연구결과를 내놔 관심을 끌고있다. 미 항공우주국(NASA)의 허블우주망원경으로 포착한 이 달들은 길쭉하고 울퉁불퉁한 모양새로 마치 굴러 넘어지는 것처럼 희한하게 움직인다. 그러나 이같은 무질서한 움직임 속에서도 각 위성들이 명왕성 주위를 안정적으로 돈다는 것이 연구팀의 설명. 　　 지금은 ‘134340 플루토’(134340 Pluto) 라는 정식 이름을 가진 명왕성은 총 5개의 달을 가지고 있다. 각각의 이름은 카론(Charon), 케르베로스(Kerberos), 스틱스(Styx), 닉스(Nix), 히드라(Hydra)로 모두 그리스 신화에 나오는 저승과 관련있다. 이중 명왕성의 '물귀신'이 된 위성이 바로 죽은 자를 저승으로 건네준다는 뱃사공 카론이다. 애초 명왕성의 위성이라고 생각됐던 카론이 서로 맞돌고 있는 사실이 확인돼 명왕성이 행성에서 퇴출되는데 결정적인 원인이 됐기 때문이다. 이번 연구에서는 서로 맞돌고 있는 명왕성과 카론의 주위를 각 4개의 위성이 안정적으로 돌고있으며 이중 닉스, 스틱스, 히드라는 사이좋게 궤도 공명(공전하는 천체가 서로에게 규칙적이고 주기적인 중력을 미치는 것)하는 것으로 확인됐다. 연구를 이끈 더글라스 해밀턴 교수는 "공명 덕에 3개의 위성은 서로 충돌하지 않고 예측 가능한 범위 내에서 궤도를 돈다" 면서 "이같은 이유 때문에 작은 크기의 명왕성(우리 달의 3분 2 크기)이 많은 달을 거느릴 수 있는 것"이라고 설명했다. 이어 "명왕성의 위성 중 케르베로스는 숯처럼 어두운 반면 나머지 위성들은 하얀 모래처럼 밝다" 면서 "정확한 원인은 알 수 없지만 운석 충돌의 영향일 수 있다"고 덧붙였다.　 한편 1930년 처음 발견된 이후 태양계의 9번째 행성이었던 명왕성은 지난 2006년 왜소행성(dwarf planet)으로 격하됐다. 그 이유는 지난 2006년 국제천문연맹(IAU)이 행성 분류 정의를 변경했기 때문인데 크게 3가지 조건이 필요하다. 첫째 태양 주위를 공전하며, 둘째 충분한 질량과 중력을 가지고 구(sphere·球) 형태를 유지해야 하며, 셋째 그 지역의 가장 지배적인 천체여야 한다. 문제는 2000년대 들어 카론 등 새로운 천체가 발견돼 명왕성의 지배적인 위치가 흔들리면서 시작됐다. 이에 유럽 천문학자들을 중심으로 투표를 통해 명왕성 행성 퇴출을 결정했다. 그러나 명왕성을 발견하고 탐사선 뉴호라이즌스까지 보낸 미국 천문학자들은 지금도 이에 반발하고 있으며 이후 툭하면 명왕성의 복권을 주장하고 있다. 지난 2006년 1월 발사된 뉴호라이즌스는 오는 7월 아직까지 알려진 것이 거의 없는 바로 이곳 '저승'에 도착한다. 　<뉴호라이즌스의 여정>　* 2006년 1월 발사　* 2011년 3월 18일/천왕성 궤도를 지나다　* 2014년 8월 1일/ 해왕성 궤도를 지나다　* 2015년 7월 14일/국제 표준시(UTC) 기준 11시 47분 명왕성 접근 통과(명왕성에서 13,695km 거리, 초속 13.78km)　* 2015년 7월 14일/국제 표준시(UTC) 기준 12시 01분 명왕성의 위성인 카론 접근 통과(카론에서 29,473km 거리, 초속 13.87km)　* 2016년~2020년/카이퍼 띠 천체들 접근 통과　* 2029년 - 태양계를 떠남 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

길쭉한 외양에 구멍이 송송 뚫려 스폰지 혹은 못생긴 감자등 다양하게 비유되는 희한하게 생긴 천체가 있다. 바로 '신비의 행성' 토성 주위를 도는 위성 ‘히페리온’(Hyperion)이다. 지난 29일(이하 현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 토성탐사선 카시니호가 미 동부시간(EDT) 기준 31일 오전 9시 36분 히페리온에 최근접한다고 발표했다. 우리 시간으로는 어제 저녁에 이루어졌을 이번 탐사에서 카시니호는 히페리온의 보다 상세한 표면 사진을 촬영했을 것으로 보인다. NASA에 따르면 카시니호와 히페리온과의 현재 거리는 약 3만 4000km. 이 때문에 NASA 측은 역대 최고의 '작품'을 기대하고 있지만 그 '결과물'은 빨라야 24시간 안에 지구에 도착한다. 현재로서는 카시니호가 전문가들의 기대를 충족시켰는지는 알 수 없는 셈. 우리에게 다소 생소한 히페리온은 최대 지름이 410km 정도의 비구형 천체로 표면에는 수많은 크레이터가 존재한다. 이는 다른 천체와의 충돌로 생긴 것으로 보이는데 이 때문에 히페리온은 희한하게 공전주기와 자전주기가 일치하지 않는다. 일반적으로 태양계 행성의 달들은 공전주기와 자전주기가 일치하는데 이같은 이유로 지구에 사는 우리는 달의 앞면 만을 본다. NASA에 따르면 카시니호는 오는 16일 토성의 또다른 위성 디오네(Dione)에 516km 까지 접근하며 10월 경 최근 화제를 모으고 있는 엘셀라두스(Enceladus)에 접근한다. 엔셀라두스는 지름이 500km에 불과한 작은 위성이지만 수증기와 얼음의 간헐천이 뿜어져 나온다는 사실이 확인되면서 큰 관심을 모으고 있다. 사진설명=지난 2005년 카시니호가 촬영한 것으로 당시 히페리온과의 거리는 6만 2000km 였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

오로라는 태양에서 날아오는 고에너지 입자가 지구의 자기장에 이끌려 극지방에서 대기와 충돌하면서 발생한다. 따라서 지구처럼 대기와 자기장을 가진 행성에서는 오로라가 있을 것으로 기대할 수 있다. 과학자들은 이미 목성과 토성에서 지구의 오로라보다 훨씬 강력한 오로라를 관측한 바 있다. 하지만 반대로 화성 같은 작은 행성은 자기장도 거의 없고 대기도 희박해 사실상 오로라를 관측하기는 거의 불가능할 것으로 생각해왔다. 적어도 최근까지는 그랬다. 지난해 12월, 미 항공우주국(NASA)의 과학자들은 화성 대기 탐사를 목적으로 발사된 탐사선 '메이븐'(MAVEN·Mars Atmosphere and Volatile Evolution)의 데이터를 분석하다가 예기치 않은 현상을 발견했다. 바로 화성의 북반구에 발생한 오로라였다. 이 오로라는 태양에서 나온 강력한 고에너지 입지가 화성의 대기와 직접 충돌해서 발생한 것으로 지구의 오로라와는 달랐지만, 아무튼 화성에도 오로라가 생길 수 있음을 증명한 과학적 자료였다. 하지만 이 오로라는 주로 자외선 영역에서 발생했기 때문에 사실 맨눈으로 봤을 때는 아무것도 보이지 않을 가능성이 컸다. 즉 우리가 화성에 가서 지구의 오로라와 비슷한 것을 볼 가능성은 작아 보였다. 그런데 이를 뒤집을 수 있는 새로운 연구 결과가 등장했다. 최근 유럽우주국(ESA)과 NASA, 그리고 핀란드의 알토 대학, 행성 및 천체 물리학 연구소(IPAG·Institute of Planetology and Astrophysics of Grenoble)의 국제 연구팀은 화성의 대기를 관측한 또 다른 탐사선인 ESA의 마스 익스프레스(Mars Express)의 자료를 분석하던 중, 이 탐사선이 2005년 화성의 남반구 하늘에서 오로라를 관측했다는 사실을 밝혀냈다. 앞서 언급했듯 화성에는 지구 같은 강력한 자기장이 없다. 본래 35억 년 전에는 화성 역시 자기장이 있었던 것으로 보이나 화성 내부가 식으면서 자기장 역시 같이 소실됐다. 현재 화성에는 미약한 자기장이 국소적으로만 분포할 뿐이다. 하지만 이 자기장 역시 태양에서 날라온 입자들을 끌어당기는 역할을 할 수 있다. 따라서 태양에서 날아온 강력한 에너지 입자들이 여기에 끌려와 화성 대기와 충돌함으로써 오로라가 발생할 수 있다. 이번 발견에서 주목할 점은 이 오로라가 2014년에 관측된 것과는 달리 맨눈으로도 볼 수 있다는 것이다. 여기에 더 흥미로운 것은 화성 오로라의 색상이다. 오로라의 색상은 태양에서 날아오는 입자와 반응하는 기체의 성분에 따라서 차이가 난다. 지구의 경우 산소로 인해 녹색이나 혹은 붉은색으로 보이기도 하고 질소 때문에 푸른색에서 자주색으로 보이는 등 다양한 색상으로 보일 수 있지만, 화성 대기는 대부분이 이산화탄소로 구성 성분이 단순하다. 이를 연구한 과학자들에 의하면 화성 오로라는 눈으로 봤을 때 주로 파란색으로 보인다고 한다. 즉 화성의 밤하늘엔 파란색 오로라(Blue Aurorae)가 빛나는 것이다. 다만 여기에 일부 녹색과 붉은 색상도 같이 있을 수 있다고 한다. 인류가 언제 화성에 발을 내딛게 될지는 아직 알 수 없지만, NASA는 2030년대를 목표로 연구를 진행 중이다. 만약 인류가 화성의 밤하늘을 보게 된다면 푸른 오로라를 보게 될지도 모른다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com　

-지름 3,200km 천체가 화성 남극을 강타했다 화성 정착촌 건설과 2030년까지 화성에 인류 진출 등, 연일 이슈가 되며 인류의 제2 고향으로 떠오르고 있는 화성이란 과연 어떤 행성일까? 화성의 커다란 특징 중 하나는 남반구와 북반구가 달라도 너무 다르다는 점이다. 북반구는 저지대로 밋밋하지만, 남반구는 화산작용으로 산악지대가 광대하게 펼쳐져 있다. 화성의 남·북반구가 크게 다른 데는 그만한 사연이 있다. 과학자들은 하나의 행성에서 남·북반구가 이처럼 다른 것은 태양계를 뒤집어봐도 찾아보기 어려운 사례라고 밝힌다. 무엇이 화성의 남·북반구를 이처럼 다르게 주물러놓았단 말인가? 화성의 북반구는 화산이 없으며, 전반적으로 밋밋한 저지대가 형성되어 있는 반면, 남반구는 전 지역에 걸친 수많은 화산으로 인해 산악지대로 되어 있다. 이러한 화성의 양분된 특성의 기원에 대해서 여러 이론과 추측들은 있었지만 정론은 없었다. 그런데 최근 스위스연방공과대학의 지질학자 조바니 레오네 교수 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 태양계 초기에 커다란 천체가 화성의 남극에 충돌함으로써 이러한 특성을 만들어냈다는 결론을 내렸다. 마그마 바다를 형성한 에너지를 계산해볼 때 화성 남극을 강타한 천체는 적어도 지름은 화성의 2분의 1로 달보다 약간 작고, 질량은 10분의 1이 되는 것으로 드러났다. '대충돌'은 거대한 에너지를 분출시켜 마그마 대양을 형성해냈고, 남반구 전역에 걸쳐 확정되어 지금과 같은 산악지대로 된 화성의 남반구를 형성했다. 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면, 철을 많이 포함한 충돌 천체의 크기는 적어도 지름이 3200km는 넘는 것으로, 초속 5km의 속도로 화성을 들이받았다고 연구자들은 밝힌다. 충돌 시기는 화성이 형성된 지 4백만 년에서 1500만 년 사이의 기간으로 추정되고 있다. 당시 화성의 지각은 대단히 얇아 마치 아이스크림을 둘러싼 초콜릿 껍질 같았을 거라고 연구자들은 말한다. 그리고 그 얇은 껍질 아래는 액체 상태의 맨틀 물질이 채워져 있었을 것이라고 연구자들은 생각하고 있다. 대충돌이 일어났을 때 당연히 화성은 그만큼 덩치가 커졌다. 특히 철분이 많이 보태진 셈이다. 화성이 붉게 보이는 이유는 이 철분들이 산화한 까닭이다. 대충돌은 그 후 30억 년에 걸친 화산시대의 막을 열었다. 특히 화성 적도 부근에서 솟아오른 엄청난 양의 맨틀 물질이 남극을 향해 흘러넘쳐 남반구 전역을 뒤덮기에 이른 것이다. 이러한 화성의 지질활동은 대개 30억 년 동안 계속되다가 마침내 멈추었다. 그 후로 붉은 행성 화성은 어떤 화산활동도 없었고 자기장도 존재하지 않았다. 이것은 관측과 측정으로 검증된 사안이다. 이 연구결과에 반대되는 이전의 이론은 화성 북반구에 거대한 충돌이 있었거나, 자잘한 많은 충돌이 있었을 거라는 가설이다. 어쨌든 인류가 화성에 정착촌을 건설하려면 밋밋한 저지대인 북반구가 유리할는지, 아니면 화산작용으로 산악지대가 광대하게 펼쳐져 있는 남반구가 유리할는지, 면밀한 연구와 검토가 뒤따라야 할 것으로 보인다. 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

-천문학자들의 줄자 '우주 거리 사다리’(2) 삼각법으로 알아낸 태양계의 크기 달까지의 거리를 자로 재듯이 정확하게 측정한 히파르코스의 후예는 무려 1,800년 뒤에야 나타났다. 이탈리아 출신의 천문학자 조반니 카시니가 그 주인공으로, 그가 발견한 토성의 카시니 간극으로 우리에게도 낯익은 사람이다. 1625년 니스에서 태어난 카시니는 일찍이 천재성을 유감없이 발휘하여 겨우 25살 나이에 볼로냐 대학의 천문학 교수가 되었다. 그는 특히 행성 관측에 남다른 열정을 쏟아, 1665년 목성의 대적반 변화를 관찰, 목성의 자전주기가 9시간 56분임을 밝혔고, 이듬해에는 비슷한 방법으로 화성의 자전주기가 24시간 40분임을 확인했다. 카시니가 태양까지의 거리를 재겠다는 야심찬 계획에 도전한 것은 그가 프랑스 루이 14세의 초청을 받아 파리 천문대장에 취임, 거금을 마음껏 사용할 수 있게 된 최초의 천문학자가 되었을 때였다. 당시 태양과 각 행성들 간의 거리는 케플러의 제3법칙, 행성과 태양 사이의 거리의 세제곱은 그 공전주기의 제곱에 비례한다는 공식에 의해 상대적인 거리는 알려져 있었지만, 실제 거리가 알려진 게 없어 태양까지의 절대 거리를 산정하는 데는 쓸모가 없었다. 카시니는 먼저 화성까지의 거리를 알아내고자 했다. 방법은 역시 시차(視差)를 이용한 삼각법이었다. 시차를 알고 두 지점 사이의 거리, 곧 기선의 길이를 알면 그것을 밑변으로 하여 삼각법을 적용해서 목표물까지의 거리를 구할 수가 있다. 이 기법은 이미 1,900년 전 히파르코스가 38만km 떨어진 달까지의 거리를 측정하는 데 써먹은 방법이었다. 그러나 좀더 멀리 떨어져 있는 천체와의 거리를 정확하게 재기 위해서는 좀더 긴 기선이 필요하다. 　카시니는 먼저 제1단계로 시차를 이용해 화성까지의 거리를 구하기로 했다. 마침 화성이 지구에 접근하고 있었다. 이는 곧 큰 시차를 얻을 수 있는 기회임을 뜻한다. 1671년, 카시니는 조수 장 리셰르를 남아메리카의 프랑스 령 기아나의 카옌으로 보냈다(기아나는 ‘빠삐용’에 나오는 유명한 유형지 악마의 섬이 있는 곳이다). 파리와 카옌 간의 거리 9,700km를 기선으로 사용하기 위해서였다. 리셰르는 화성 근처에 있는 몇 개의 밝은 별들을 배경으로 해서 화성의 위치를 정밀 관측했고, 동시에 파리에서는 카시니가 그와 비슷한 측정을 해서 화성의 시차를 구했다. 계산 결과는 놀랄 만한 것이었다. 화성까지의 거리는 6400만km라는 답이 나왔다. 이 수치를 ‘행성의 공전주기의 제곱은 행성과 태양 사이 평균 거리의 세제곱에 비례한다’는 케플러의 제3법칙에 대입하니 지구에서 태양까지의 거리는 1억 4000만km로 나왔다. 이것은 실제값인 1억 5000만km에 비하면 오차 범위 7% 안에 드는 훌륭한 근사치였다. 오차는 화성의 궤도가 지구와는 달리 길죽한 타원인 데서 생겨난 것이었다. 어쨌거나 이는 태양과 행성, 그리고 행성 간의 거리를 최초로 밝힌 의미 있는 결과로, 인류에게 최초로 태양계의 규모를 알려주었다는 점에서 특기할 만한 일이었다. 당시 태양계는 토성까지로, 지구-태양 간 거리의 약 10배였다. 이로써 인류는 태양계의 크기를 최초로 알게 되었다. ‘광속’도 천문이 알려준 것이다 태양-지구간 거리는 천문학에서 ‘천문단위’(Astronomical Unit 또는 AU)라 하며, 태양계를 재는 잣대로 쓰인다. 천문단위는 단지 길이의 단위일 뿐만 아니라 천문학에서 중요한 상수이다. 태양계 내의 행성이나 혜성 등의 천체 사이의 거리는 천문단위를 이용함으로써, 취급하기 쉬운 크기의 값으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 화성이 지구에 가장 가까이 접근할 ​​때, 화성과 지구 사이의 거리는 0.37AU 정도이고, 태양에서 토성까지는 약 9.5AU, 가장 먼 행성 해왕성까지는 약 30AU가 된다. 30AU부터 100AU까지에는 명왕성을 비롯한 태양계 외부 천체가 분포하고 있다. 태양계의 경계이며 혜성의 고향이라고 여겨지는 ‘오르트 구름’은 수만 천문단위에 걸쳐져 있으며, 천문단위가 사용되는 한계이다. 빛이 8분 20초를 달리는 거리인 1AU, 곧 1억 5000만km는 시속 100km의 차로 밤낮 없이 달려도 170년이 걸리는 엄청난 거리지만, 우주를 재기에는 턱없이 작은 단위다. 그래서 별이나 은하까지 거리를 재는 데는 광년(Light Year 또는 LY)을 쓴다. 빛이 1년간 달리는 거리로, 약 10조km쯤 된다. 그런데 카시니 시대에 이르도록 빛이 입자인지 파동인지, 또는 속도가 있는 건지 무한대인지 알려지지 않고 있었다. 인류에게 빛이 속도가 있다는 사실을 알려준 것도 역시 ‘천문’이었다. 카시니는 갈릴레이가 발견한 목성의 4개 위성에 대한 운행표를 계산했는데, 이것은 해상에서의 경도(經度) 결정에 중요한 자료가 되었다. 이의 보정을 위해 카시니는 제자인 덴마크 출신 올레 뢰머에게 목성의 위성을 관측하는 임무를 맡겼다. 그는 1675년부터 목성에 의한 위성의 식(蝕)을 관측하여, 식에 걸리는 시간이 지구가 목성과 가까워질 때는 이론치에 비해 짧고, 멀어질 때는 길어진다는 사실을 알게 되었다. 목성의 제1위성 이오의 식을 관측하던 중 이오가 목성에 가려졌다가 예상보다 22분이나 늦게 나타났던 것이다. 그 순간, 그의 이름을 불멸의 존재로 만든 한 생각이 번개같이 스쳐지나갔다. “이것은 빛의 속도 때문이다!” 이오가 불규칙한 속도로 운동한다고 볼 수는 없었다. 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, 지구 궤도 반지름은 이미 카시니에 의해 1억 4천만km로 밝혀져 있는만큼 빛의 속도 계산은 어려울 게 없었다. 그가 계산해낸 빛의 속도는 초속 21만 4,300km였다. 오늘날 측정치인 29만 9,800km에 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 획기적인 기반을 이룩한 쾌거였다. 1676년 광속 이론을 논문으로 발표한 뢰머는 하루아침에 광속도 발견으로 과학계의 스타로 떠올랐다. 제자가 잘되는 꼴을 못 보는 카시니는 가만 있지 않았다. 그는 이오가 늦게 나타나는 것은 그 자체의 궤도가 불규칙하기 때문이라고 주장하며 제자를 깎아내렸다. 목성 위성을 수도 없이 보아왔던 카시니는 자신은 왜 그런 생각을 못했는지 한탄했을지도 모른다. 그러나 진실은 감추어지지 않는 법이다. 빛의 입자설을 내세웠던 뉴턴과, 그에 맞서 파동설을 내세웠던 하위헌스가 모두 뢰머를 지지하고 나서자 카시니의 주장은 자연 무시되고 말았다. 우주에서 광속보다 빠른 것은 없다. 그러나 이 광속으로도 우주의 크기를 재기에 버거울 만큼 우주는 광대하다. 3000억 개의 별들이 버글거리고 있는 우리은하지만, 별들과의 평균 거리는 약 4광년이다. 그러니 다른 은하와 충돌하더라도 별들끼리 부딪힐 확률은 아주 낮다. 동해 바다에서 미더덕 두 개가 우연히 부딪힐 확률과 비슷하다. 그래서 어떤 천문학자는 별들 사이의 아득한 거리에는 신의 배려가 깃들어 있다고 표현했다. 태양에서 가장 가까운 별은 센타우리 프록시마란 별인데, 거리는 4.2광년이다. 빛이 거기까지 갔다오는 데 8년이 걸린다는 뜻이다. 바로 이웃에 다녀오는 데 8년이 걸린다면 광속도 우주에 비하면 달팽이 걸음과 다를 게 없다. 한편, 카시니는 행성관측에 매진해, 토성 근처에서 4위성을 발견하고, 토성 고리에서 이른바 카시니 간극을 발견하는 등, 천문학사에 뚜렷한 발자국을 남기고 1712년 생을 마감했다. 향년 87세. 그의 이름은 1997년에 발사된 토성 탐사선 ‘카시니-하위헌스 호’와 화성의 지명에 남아 있다. 그가 죽은 지 13년 뒤인 1725년, 영국의 천문학자 브래들리가 광행차(光行差)를 발견하여 빛의 속도가 유한함을 결정적으로 증명함으로써 뢰머의 광속 이론은 완전히 입증되었다. 지하의 카시니도 그제야 제자의 업적을 인정해줬을까? ​중학교 중퇴자가 최초로 별까지 거리를 쟀다 별까지의 거리를 재려면 시차를 알아야 한다. 그러면 지구 궤도 반지름을 기선으로 삼아 별까지의 거리를 계산해낼 수 있다. 이 궤도 반지름을 기선으로 삼는 별의 시차를 연주시차라 한다. 다시 말하면, 어떤 천체를 태양과 지구에서 봤을 때 생기는 각도의 차이를 연주시차라는 말이다. ​‘연주(年周)’라는 호칭이 붙는 것은 공전에 의해 생기는 시차이기 때문이다. 실제로 연주시차를 구할 때, 관측자가 태양으로 가서 천체를 관측할 수 없기 때문에, 지구가 공전궤도의 양끝에 도달했을 때 관측한 값을 1/2로 나누어 구한다. 이것만 알면 삼각법으로 바로 목표 천체까지의 거리를 계산할 수 있다. 1543년, 코페르니쿠스가 지동설을 발표한 이래, 천문학자들의 꿈은 연주시차를 발견하는 것이었다. 지구가 공전하는 한 연주시차는 없을 수 없는 것이다. 그것이 지구 공전에 대한 가장 확실하고도 직접적인 증거이기 때문이다. 그러나 그후 3세기가 지나도록 수많은 사람들이 도전했지만 연주시차는 난공불락이었다. 불세출의 관측 천문가 허셜도 평생을 바쳐 추구했지만 끝내 이루지 못한 것이 연주시차의 발견이었다. 그도 그럴 것이, 가장 가까운 별들의 평균 거리가 10광년으로 칠 때, 약 100조km가 되는데, 기선이 되는 지구 궤도의 반지름이라 해봐야 겨우 1.5억km이다. 무려 1,000,000 대 3이다. 어떻게 그 각도를 잴 수 있겠는가. 그야말로 극한의 정밀도를 요구는 대상이다. 코페르니쿠스가 지동설을 발표한 지 거의 300년 만에야 이 연주시차를 발견한 천재가 나타났다. 놀랍게도 중학교를 중퇴하고 천문학을 독학한 프리드리히 베셀이 바로 그 주인공이다. 이 천재는 삶의 내력도 재미있을 뿐 아니라, 인간적으로도 매력적인 점이 많은 사람이었다. 베셀의 최대 업적이 된 연주시차 탐색은 그가 쾨니히스베르크 천문대 대장으로 있을 때인 1837년부터 시작되었다. 별들의 연주시차는 지극히 작으리라고 예상됐던만큼 되도록 가까운 별로 보이는 것들을 대상으로 선택해야 했다. 고유 운동이 큰 별일수록 가까운 별임이 분명하므로 베셀은 가장 큰 고유운동을 보이는 백조자리 61을 목표로 삼았다. 이 별은 5.6등으로 어두운 편이라 아무도 주목하지 않았던 것을 베셀이 굳이 선택한 것이다. 베셀은 1837년 8월에 백조자리 61의 위치를 근접한 두 개의 다른 별과 비교했으며, 6달 뒤 지구가 그 별로부터 가장 먼 궤도상에 왔을 때 두 번째 측정을 했다. 그 결과 배후의 두 별과의 관계에서 이 별의 위치 변화를 분명 읽을 수 있었다. 데이터를 통해 나타난 백조자리 61번별의 연주시차는 약 0.314초각이었다. 이 각도는 빛의 거리로 환산하면 약 10.28광년에 해당한다. 실제의 10.9광년보다 약간 작게 잡혔지만, 당시로서는 탁월한 정확도였다. 이 별은 그후 ‘베셀의 별’이라는 별명을 얻게 되었다. 지구 궤도 지름 3억km를 1m로 치면, 백조자리 61은 무려 30km가 넘는 거리에 있다는 말이다. 그러니 그 연주시차를 어떻게 잡아내겠는가. 그 솜털 같은 시차를 낚아챈 베셀의 능력이 놀라울 따름이다. 이 10광년의 거리는 사람들을 경악케 했다. 그러나 그 거리 또한 알고 보면 솜털 길이에 지나지 않다는 사실을 머지않아 우리는 알게 된다. 천왕성을 발견한 윌리엄 허셜의 아들이자 런던 왕립천문학회 회장인 존 허셜 경은 베셀의 업적을 이렇게 평했다. “이것이야말로 실제로 천문학이 성취할 수 있는 가장 위대하고 영광스러운 성공이다. 우리가 살고 있는 우주는 그토록 넓으며, 우리는 그 넓이를 잴 수 있는 수단을 발견한 것이다.” ​베셀의 연주시차 측정은 우주의 광막한 규모와 지구의 공전 사실을 확고히 증명한 천문학적 사건으로 커다란 의미를 갖는다. 별들의 거리에 대한 측정은 천체와 우주를 물리적으로 탐구해나가는 데 필수적인 요소라는 점에서 독학자 베셀은 천문학의 새로운 길을 열었던 것이다. 　이광식 통신원 joand999@naver.com　　　

'신비의 행성' 토성은 아름답고 환상적인 고리만 가지고 있는 것은 아니다. '달 부자' 라는 수식어가 붙을 만큼 토성은 무려 50개 이상의 달(위성)도 가지고 있다. 지난 28일(현지시간) 유럽우주기구(ESA)가 길쭉한 외양에 구멍이 송송 뚫린 특이한 모습의 달 사진을 공개해 관심을 끌고있다. 못생긴 감자, 고구마, 스폰지 등 다양하게 비유되는 이 천체의 이름은 바로 토성의 달 '히페리온'(Hyperion)이다. 우리에게 다소 생소한 히페리온은 최대 지름이 410km 정도의 비구형 천체로 표면에는 수많은 크레이터가 존재한다. 이는 다른 천체와의 충돌로 생긴 것으로 보이는데 이 때문에 히페리온은 희한하게 공전주기와 자전주기가 일치하지 않는다. 일반적으로 태양계 행성의 달들은 공전주기와 자전주기가 일치하는데 이같은 이유로 지구에 사는 우리는 달의 앞면 만을 본다. ESA가 28일 공개한 이 사진은 사실 지난 2005년 토성 탐사선 카시니호가 촬영한 것으로 과거 미 항공우주국(NASA)도 공개한 바 있다. 촬영 당시 카시니호는 히페리온과 6만 2000km 떨어진 거리에서 이 사진을 촬영했으며 픽셀당 크기는 362m다. ESA 측은 "히페리온은 바위와 얼음으로 이루어진 것으로 보인다" 면서 "표면의 모습이 두드러져 보이기 위해 불그스름한 색깔을 완화했다"고 밝혔다. 사진= NASA/JPL/Space Science Institute　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

우주에는 과속으로 질주하는 자동차처럼 남들보다 훨씬 빠른 속도로 움직이는 별이 있다. 천문학자들은 이 과속 별들을 HVS(HyperVelocity Star)로 분류해 연구해왔다. 이런 별 가운데는 초속 500km에서 1,000km가 넘는 엄청난 속도로 움직이는 별도 있다. 엄청난 질량을 가진 별을 이 정도로 빠르게 움직이는 힘은 은하 중심 거대 블랙홀이나 혹은 초신성 폭발 같은 격렬한 에너지 방출에 의해서만 가능하다고 천문학자들은 보고 있다. 그런데 최근 과학자들이 별이 아니라 은하 전체가 과속으로 움직이는 현상을 발견하는 데 성공했다고 한다. 그것도 하나가 아닌 11개의 달아나는 은하(runaway galaxies)가 동시에 발견되었다. 과연 어떤 힘이 별이 아니라 은하계 전체를 빠르게 움직일 수 있을까? 그 힘의 근원은 바로 중력이다. 하버드 스미스소니언 천체물리 연구소의 이고르 칠린가리안(Igor Chilingarian)과 그의 동료들은 본래 작은 은하들을 연구하고 있었다. 작은 타원은하(compact elliptical galaxy, cE)들은 일종의 미니 은하로 그 크기가 구상 성단보다 약간 더 큰 정도에 지나지 않는다. 작은 것은 수백 광년에 지나지 않는 지름을 가지고 있다. 우리 은하계와 비교할 때, 이 은하들은 1,000분의 1 수준에 지나지 않은 크기다. 연구팀은 SDSS(Sloan Digital Sky Survey) 및 갈렉스(GALEX) 관측 위성 자료를 이용해서 200개 정도의 작은 타원은하를 연구했는데 이 중에서 11개의 은하가 예상치 않게 매우 빠른 속도로 이동하는 것을 발견했다. 이들의 이동속도는 초속 3,000km에 달했다. 더욱이 놀라운 사실은 이 작은 타원은하들이 다른 큰 은하 주변을 공전하거나 은하단에 속한 대신 단독으로 빠르게 움직인다는 것이다. 일반적으로 우주에서 우리 은하계 같은 큰 은하들은 주변에 작은 위성 은하들을 거느린다. 반대로 작은 은하들은 단독으로 존재하기보다는 중력에 이끌려 큰 은하 주변을 공전하거나 적어도 은하군에 속한 경우가 많다. 그러나 이번에 발견된 은하들은 고속으로 움직일 뿐 아니라 홀로 이동하고 있었다. 과학자들은 이와 같은 은하가 존재할 수 있는 이유에 대해서 다음과 같은 가설을 세웠다. 일단 은하단 중심에 있는 큰 은하 주변을 공전하는 작은 은하가 있었다. 이런 위성 은하들은 매우 흔하게 관찰된다. 그런데 여기에 또 다른 은하가 큰 은하의 중력에 이끌려 다가온다. 만약 새롭게 등장한 은하가 작은 은하의 공전 궤도 중간에 끼어들면, 작은 은하는 중력의 상호 작용으로 밀려날 수도 있다. 결국, 새로운 은하가 들어오면서 본래 있던 은하는 튕겨 나가듯 빠져나가게 된다. 마치 '굴러온 돌이 박힌 돌 뺀다'라는 속담 같은 일이 은하 사이에서도 일어날 수 있다는 이야기다. 과학자들은 은하 사이에서도 중력에 의해 다양한 상호 작용이 일어난다는 사실을 알고 있다. 이번 연구는 은하들이 충돌과 합체는 물론 자리다툼까지 벌일 수 있다는 놀라운 사실을 알려준다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

지구는 생성 이후 지금까지 수많은 소행성과 혜성의 공격을 받았다. 지금도 먼지처럼 작은 운석 조각들은 지구 대기를 끊임없이 방문하고 있다. 가끔 지표로 떨어지는 운석은 귀한 몸으로 대접받기도 한다. 매년 혜성이 남긴 먼지층을 통과할 때면, 지구의 밤하늘은 비처럼 쏟아지는 유성우의 낭만에 젖는다. 하지만 2013년, 러시아 첼랴빈스크 시 인근 지역을 강타한 거대 운석 폭발은 소행성 충돌이 지구에 가져올 수 있는 잠재적인 위험에 대해서 다시 각인시켰다. 13~17m 사이 크기로 추정되는 소행성이 공중에서 폭발해 핵폭탄급 파괴력을 보여줬는데, 다행히 지표면 근처에서 폭발하지 않아 피해는 크지 않았지만 적지 않은 유리창이 깨지면서 많은 사람이 다쳤다. 미국 항공우주국(NASA) 및 유럽 우주국(ESA)의 과학자들과 세계 각국의 천문학자들은 이와 같은 소행성이 언제 다시 지구를 방문하게 될지 촉각을 곤두세우고 있다. 이것을 미리 발견하고 대책을 세우는 일은 천문학으로 인명을 구할 수 있는 흔치 않은 기회다. NASA는 지구 근접 천체(NEOs, Near-Earth Objects)와 잠재적 위험 소행성(PHA, potentially hazardous asteroid)의 리스트를 만들어 놓고 지구에 가까이 올 수 있는 소행성과 혜성들을 감시 중이다. 그런데 최근 소행성 하나가 천문학자들 사이에서 논쟁이 되고 있다. 이 지구 근접 소행성의 이름은 2012 TC4라는 생소한 명칭이지만, 한 가지 사실 때문에 논쟁거리가 되고 있다. 그 사실이란 이 소행성이 2017년 10월 12일, 지구에서 대략 9만4,800km 떨어진 지점까지 접근한다는 것이다. 이 정도 거리라면 지구에서 매우 가깝기는 하지만 충돌할 가능성은 없어 보인다. 문제는 이 예상 값에는 어느 정도 오차가 생길 수 있다는 점이다. 소행성 2012 TC4의 정확한 크기는 분명치 않지만 작게는 10m에서 크면 40m까지 가능하다는 분석이 나오고 있다. 만약 40m 크기이고 철이 주성분이라면 지구표면까지 내려와 큰 분화구를 만들 능력이 있다. 물론 핵무기급 폭발도 동시에 일어날 것이다. 따라서 천문학자들은 이 소행성의 지구 충돌 가능성을 두고 논쟁을 벌이고 있다. ESA의 추정으로는 실제 충돌 가능성은 100만분의 1 수준에 지나지 않을 것이라고 한다. 텍사스 대학의 다른 과학자는 0.00055%라는 예측값을 내놓았다. 그러나 이 소행성이 크기가 작아서 그 궤도는 약간 불안정하다. 운이 좋으면 지구에서 더 멀어질 수도 있지만, 경우에 따라서는 반대로 가까워질 수도 있다. 정확한 충돌 확률은 2017년이 가까워지면 확실해질 것이다. 그런데 만약에라도 이 소행성이 정말 지구에 충돌할 가능성이 있다면 대책은 있을까? NASA와 ESA는 미래 소행성 충돌을 막기 위한 몇 가지 연구 프로젝트를 동시에 진행 중이다. 문제는 이 해결책을 테스트하는 것이 2020년 이후라는 것이다. 만약 그 전에 소행성이 진짜 지구로 다가올 경우 마땅한 해결책이 없다. 현 단계에서 할 수 있는 가장 좋은 대책은 미리 경보를 울려 대피를 시키는 것이다. 쓰나미 경보가 쓰나미 자체를 막을 순 없어도 쓰나미로 인한 인명 피해를 줄일 수 있는 것과 마찬가지이다. 다만 소행성이 충돌할 수 있는 범위가 넓다는 점이 문제다. 천문학자들은 소행성 2012 TC4의 더 정확한 예상 경로를 알아내기 위해서 노력하고 있다. 다행히 이 소행성이 지구에 충돌할 가능성은 0%는 아니지만, 매우 낮다. 그런 만큼 좀 더 연구는 필요하겠지만, 지금부터 걱정할 필요는 없을 것 같다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

허블 우주망원경이 이달 25번째 생일을 맞이한다. 영국 일간 가디언은 그간 천체물리학 분야에서 혁명을 일으키고 과학자와 대중 모두를 사로잡은 허블 우주망원경이 이달 25주년을 맞이한다고 12일(현지시간) 보도했다. 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)이 주축이 돼 개발한 허블 망원경은 1990년 4월25일(한국 시간) 우주왕복선 디스커버리호에 실려 지구 궤도에 안착했다. 현재 지구 상공 550km쯤에서 지구 공전 속도에 맞춰 시속 2만 8000km 정도로 이동하고 있는 허블 망원경은 지난 25년간 100만건이 넘는 관측 활동을 벌였고, 천문학자들은 이를 통해 1만2000건 이상의 논문을 발표했다. 허블 망원경은 1929년 당시 세계 최대였던 윌슨산 천문대 2.5m 망원경을 이용해 '우주가 팽창하고 있음'을 최초로 발견한 미국의 천문학자 에드윈 허블을 기념하기 위해 그의 이름이 붙여졌다. 허블의 발견은 과학자들에게 우주가 확장하고 있음을 보여줬고 결국 우주 탄생의 계기인 ‘빅뱅’(대폭발) 이론을 이끌어냈다. 허블 망원경은 지구로부터 거리가 134억 광년 거리에 있는 아주 먼 은하까지 관측해낼 만큼 뛰어난 성능을 갖추고 있다. 하지만 허블 망원경이 지구에 보냈던 첫 번째 이미지는 실망스러운 것이었다. 초점이 맞지 않아 뿌옇게 나왔던 것. 천문학자들은 오랜 기간 조사를 통해 허블의 눈이라고 할 수 있는 2.4m짜리 주 거울의 ‘구면 수차’가 허용 범위를 넘었다는 것을 밝혀냈다. 쉽게 말해 중력이 있는 지상에서 조립한 망원경이 중력의 지배에서 벗어난 우주에서 제대로 작동하지 않았다는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해 1993년 12월 NASA의 우주 비행사들이 허블 망원경에 추가 보정 광학계인 코스타(COSTAR)를 장착해 비로소 기대했던 수준의 이미지를 받을 수 있었다. 이후 허블 망원경은 발사부터 교체 수리 등의 과정에서 총 100억 달러의 비용이 들어갔지만, 지금까지 기대했던 것보다 훨씬 더 많은 업적을 남겼다. 허블 망원경은 갓 태어난 별이나 죽어가는 별까지 별의 일생에 대해 우리가 더 잘 알 수 있도록 도와줬고 우리 은하와 비슷한 거대 나선 은하나 최근 은하 합병의 결과로 중단된 불규칙 은하를 발견하기도 했다. 지금으로부터 20년 전인 1994년 7월, 허블 망원경은 목성에 슈메이커-레비9 혜성이 충돌하는 역사적인 천문 사건을 관측하기도 했다. 또 허블 망원경은 태양을 공전하는 지구처럼 외계에도 행성이 항성을 공전하는 것을 처음으로 발견했고 이런 외계 행성에도 생명체의 기원이 될 수 있는 물질이 존재하는 것도 밝혀냈다. 아주 멀리 있지만 밝은 빛을 내는 천체인 퀘이사가 실제로 거대질량 블랙홀을 중심에 품고 있는 은하라는 것이나 초신성이 우주학자들의 이론보다 실제로 더 크다는 것도 보여줬다. 1998년에는 반중력 물질인 암흑 에너지 이론이 나오는데도 일조했다. 이 밖에도 허블 망원경은 우주의 나이가 지구의 약 3배인 138억 년임을 밝히는 것도 도왔다. 천문학자들은 1995년 12월 특별한 크리스마스 선물을 받기도 했다. 선물은 바로 허블 딥 필드. 이는 허블 망원경이 딥 필드 기법을 사용해 10일간 중첩 관측으로 3000개에 달하는 원시 은하를 발견해낸 것. 하지만 이런 허블 망원경도 노후화로 인해 후계자에 그 자리를 물려줄 준비를 하고 있다. 그 주인공은 '제임스웹' 우주망원경으로 현재 건조 중이며 오는 2018년에 발사될 예정이다. 이는 앞으로 천문학자들이 두꺼운 먼지 구름 너머 숨겨진 천체들을 살펴볼 수 있도록 도울 것이다. 그때까지 허블은 앞으로 남은 수년간 임무를 수행하며 우리를 즐겁게 할 것이다. 한편 NASA는 허블 망원경 25주년을 맞아 오는 23일부터 다양한 행사를 준비 중이다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

허블 우주망원경이 이달 25번째 생일을 맞이한다. 영국 일간 가디언은 그간 천체물리학 분야에서 혁명을 일으키고 과학자와 대중 모두를 사로잡은 허블 우주망원경이 이달 25주년을 맞이한다고 12일(현지시간) 보도했다. 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)이 주축이 돼 개발한 허블 망원경은 1990년 4월25일(한국 시간) 우주왕복선 디스커버리호에 실려 지구 궤도에 안착했다. 현재 지구 상공 550km쯤에서 지구 공전 속도에 맞춰 시속 2만 8000km 정도로 이동하고 있는 허블 망원경은 지난 25년간 100만건이 넘는 관측 활동을 벌였고, 천문학자들은 이를 통해 1만2000건 이상의 논문을 발표했다. 허블 망원경은 1929년 당시 세계 최대였던 윌슨산 천문대 2.5m 망원경을 이용해 '우주가 팽창하고 있음'을 최초로 발견한 미국의 천문학자 에드윈 허블을 기념하기 위해 그의 이름이 붙여졌다. 허블의 발견은 과학자들에게 우주가 확장하고 있음을 보여줬고 결국 우주 탄생의 계기인 ‘빅뱅’(대폭발) 이론을 이끌어냈다. 허블 망원경은 지구로부터 거리가 134억 광년 거리에 있는 아주 먼 은하까지 관측해낼 만큼 뛰어난 성능을 갖추고 있다. 하지만 허블 망원경이 지구에 보냈던 첫 번째 이미지는 실망스러운 것이었다. 초점이 맞지 않아 뿌옇게 나왔던 것. 천문학자들은 오랜 기간 조사를 통해 허블의 눈이라고 할 수 있는 2.4m짜리 주 거울의 ‘구면 수차’가 허용 범위를 넘었다는 것을 밝혀냈다. 쉽게 말해 중력이 있는 지상에서 조립한 망원경이 중력의 지배에서 벗어난 우주에서 제대로 작동하지 않았다는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해 1993년 12월 NASA의 우주 비행사들이 허블 망원경에 추가 보정 광학계인 코스타(COSTAR)를 장착해 비로소 기대했던 수준의 이미지를 받을 수 있었다. 이후 허블 망원경은 발사부터 교체 수리 등의 과정에서 총 100억 달러의 비용이 들어갔지만, 지금까지 기대했던 것보다 훨씬 더 많은 업적을 남겼다. 허블 망원경은 갓 태어난 별이나 죽어가는 별까지 별의 일생에 대해 우리가 더 잘 알 수 있도록 도와줬고 우리 은하와 비슷한 거대 나선 은하나 최근 은하 합병의 결과로 중단된 불규칙 은하를 발견하기도 했다. 지금으로부터 20년 전인 1994년 7월, 허블 망원경은 목성에 슈메이커-레비9 혜성이 충돌하는 역사적인 천문 사건을 관측하기도 했다. 또 허블 망원경은 태양을 공전하는 지구처럼 외계에도 행성이 항성을 공전하는 것을 처음으로 발견했고 이런 외계 행성에도 생명체의 기원이 될 수 있는 물질이 존재하는 것도 밝혀냈다. 아주 멀리 있지만 밝은 빛을 내는 천체인 퀘이사가 실제로 거대질량 블랙홀을 중심에 품고 있는 은하라는 것이나 초신성이 우주학자들의 이론보다 실제로 더 크다는 것도 보여줬다. 1998년에는 반중력 물질인 암흑 에너지 이론이 나오는데도 일조했다. 이 밖에도 허블 망원경은 우주의 나이가 지구의 약 3배인 138억 년임을 밝히는 것도 도왔다. 천문학자들은 1995년 12월 특별한 크리스마스 선물을 받기도 했다. 선물은 바로 허블 딥 필드. 이는 허블 망원경이 딥 필드 기법을 사용해 10일간 중첩 관측으로 3000개에 달하는 원시 은하를 발견해낸 것. 하지만 이런 허블 망원경도 노후화로 인해 후계자에 그 자리를 물려줄 준비를 하고 있다. 그 주인공은 '제임스웹' 우주망원경으로 현재 건조 중이며 오는 2018년에 발사될 예정이다. 이는 앞으로 천문학자들이 두꺼운 먼지 구름 너머 숨겨진 천체들을 살펴볼 수 있도록 도울 것이다. 그때까지 허블은 앞으로 남은 수년간 임무를 수행하며 우리를 즐겁게 할 것이다. 한편 NASA는 허블 망원경 25주년을 맞아 오는 23일부터 다양한 행사를 준비 중이다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

갓 태어난 별 주위에서 생명체의 기본 구조라고 할 수 있는 복잡한 유기분자가 처음으로 발견됐다. 이는 생명 탄생의 열쇠가 되는 물질이 태양계 이외에도 보편적으로 존재하는 것을 나타낸 중요한 성과다. 유럽남방천문대(ESO)는 8일(현지시간) 칠레 알마(ALMA) 전파망원경을 이용해 지구에서 약 455광년 거리에 있는 신생 별 ‘WMC 480’을 둘러싸고 있는 원시행성 원반에서 복잡한 탄소성 분자인 사이안화메틸(CH₃CN) 등이 상당량 포함하고 있는 것을 확인했다고 발표했다. 황소자리 방향 분자운 속에 있는 이 별은 태어난 지 100만 년 정도 된 매우 젊은 별로, 자신의 주위에 행성 형성의 재료가 되는 먼지나 가스가 소용돌이치는 원반 이른바 ‘원시행성 원반’을 두르고 있다. 미국 하버드스미스소니언 천체물리학센터의 카린 외베르그 박사는 알마 망원경으로 전파 관측한 결과, 이 항성에서 약 45억~150억 km 떨어진 원반 바깥에서 지구의 바닷물에 필적하는 양의 시안화 메틸을 검출했다고 밝혔다. 사이안화메틸은 생명의 재료인 아미노산의 중요 부분이다. 원시행성 원반에서 이런 복잡한 유기분자가 발견된 것은 이번이 처음으로, 풍부한 물과 유기분자가 모여 있는 태양계가 드문 존재가 아니라는 새로운 증거가 된다. 또 이번에 발견된 많은 양에서 원반의 유기분자가 매우 빠른 속도로 생성되고 있는 것을 알 수 있었다. 사이안화메틸이 발견된 위치는 태양계로 말하면 해왕성을 넘어선 외부 영역인 ‘카이퍼 벨트’에 해당한다. 카이퍼 벨트는 태양계가 태어났을 무렵의 물질을 가둔 얼음 상태의 작은 천체가 분포하고 있으며 때때로 태양계 안쪽으로 들어오는 혜성으로 모습을 드러낸다. 예전에는 이런 혜성이 지구에 충돌해 물이나 유기물이 전달돼 생명 탄생의 계기가 됐다고도 생각했다. 이번 항성의 원반 속에서 행성이 생겨나고 있는지는 아직 확인되지 않았지만, 태양계의 생명 탄생 시나리오를 실현시킨 소품이 다른 항성계에서도 보편적으로 존재하는 것을 보여준 중요한 성과라고 할 수 있을 것이다. 사진=B. Saxton (NRAO/AUI/NSF) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr