천문학자들이 2022년 지구 밤하늘에서 초신성을 볼 수 있을 거라고 발표해 지구촌 사람들의 비상한 관심을 끌고 있다. 이중성(二重星) 전문가인 한 천문학 교수는 조만간 이중성 하나가 서로 합병을 시작할 것이라는 예측을 내놓았다. 이중성이란 중력으로 서로 묶인 두 개의 별이 서로의 둘레를 도는 항성 시스템을 말한다. 문제의 이중성은 서로 충돌하여 폭발함으로써 별의 일생을 마감하게 되는데, 그 폭발로 인해 엄청난 빛을 우주공간으로 쏟아내게 된다. 이것을 바로 초신성 폭발이라 한다. 그러니까 새로운 별이 아니라 늙은 별의 임종인 셈이다. 옛날 사람들이 보이지 않던 별이 갑자기 엄청난 밝기로 빛나는 것을 보고 초신성이라는 이름을 붙였던 것이다. 초신성 폭발이 일어날 때 그 밝기는 예전 별에 비해 거의 1만 배 이상이 된다. 한 은하가 내놓는 빛 전체보다도 밝을 때도 있다. 그야말로 우주 최대의 드라마라 할 수 있다. 초신성이 나타나면 밤하늘에서 가장 밝은 별로 등극할 것이다. 초신성 폭발은 이처럼 두 별이 충돌할 때도 일어나지만, 엄청난 크기의 거성이 생의 마지막에 이르러 맞는 임종의 한 형식이기도 하다. 팽창하던 적색거성이 자체 중력으로 붕괴를 일으킴에 따라 대폭발로 별의 일생을 마감하는 것이다. 그럴 경우 지구에서 수백만 광년 떨어진 거리일지라도 초신성을 볼 수 있지만, 미리 초신성 폭발을 예측할 방법은 없다. 통계적으로 한 은하당 100년에 초신성 폭발이 1회 꼴로 일어나는데, 우리은하에서 최근 일어난 초신성 폭발은 약 400년 전 튀코 브라헤와 케플러가 발견한 이래 아직까지 없었다. 그래서 천문학자들은 튀코와 케플러 같은 위대한 천문학자들이 있을 때만 초신성이 폭발한다는 우스개소리를 하기도 한다. 미국 미시건주의 캘빈 대학 교수 래리 몰나르 박사는 이중성의 충돌로 일어날 초신성 폭발을 최초로 예측했다고 주장했다. 그의 주장에 따르면 초신성 폭발은 2022년 전후에 일어날 것이라 한다. 이 별까지의 거리가 1800광년이니까 현장에선 벌써 터졌다는 얘기다. 문제의 이중성은 백조자리에 있는데, 북십자성으로 알려진 백조자리의 십자 모양 부근에 새로운 별이 나타날 것으로 보고있다. 몰나르 교수가 KIC 9832227 이라는 이름의 별에 대해 연구를 시작한 것은 지난 2013년. 동료 천문학자인 카렌 키네무치가 회의에서 밝기가 변하는 어떤 별에 대한 연구를 발표하면서 그 별이 과연 맥동성인지, 아니면 이중성인지 의문을 제기했다. 이중성 역시 서로의 둘레를 돌면서 동반성의 별빛을 가림에 따라 광도 변화를 일으킬 수 있다. 몰나르 교수는 이 별을 연구한 결과 이중성계 중에서도 접촉쌍성임을 확인했다. 접촉쌍성이란 두 별이 대기층을 공유하는 이중성이란 뜻이다. 이어 접촉쌍성의 궤도주기를 계산한 결과, 11시간 안쪽으로 점점 주기가 짧아지고 있다는 사실을 알아냈고, 2022년쯤 가면 결국 두 별이 충돌해 초신성 폭발을 일으킬 것이라는 결론을 도출해냈던 것이다. 초신성 폭발은 아주 짧은 시간 안에 종결되지만, 과학자들은 거기서 많은 정보를 얻을 수 있다. 먼저 초신성 중에는 일정한 광도로 폭발하는 별이 있어 우주에서 거리를 재는 잣대로 쓰인다. 이를 표준촛불이라 하는데, 얼마 전 표준촛불을 이용해 우주가 가속팽창하고 있다는 놀라운 사실을 발견한 두 그룹의 물리학자들이 노벨 물리학상을 받기도 했다. 뿐만 아니라, 초신성이 폭발할 때 철 이후의 중금속들이 생성되는데, 지구와 우리 몸을 이루는 중원소들은 초신성이 만들어 우주에 흩뿌린 것이다. 초신성 폭발이 없었다면 지구도, 우리 인간도 존재할 수 없었을 거라는 얘기다. 어쨌든 몰나르 교수의 예측이 맞다면 우리 지구촌 사람들은 400년 만에 초신성 폭발이라는 우주 최대의 드라마를 볼 수 있을 뿐만 아니라, 우주 생성의 비밀에 대해 더 많은 사실을 알 수 있게 될 것이다. -지구 행성인들이여, 2022년 초신성 폭발을 놓치지 말자. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

우주에서 가장 신비스러운 대상인 블랙홀에 대한 연구가 본격화된다. 최근 미 항공우주국(NASA)은 초질량 블랙홀과 중성자별을 관측하기 위한 새 우주망원경을 2020년 내에 발사할 예정이라고 밝혔다. ‘인터스텔라’ 등 여러 SF영화로 우리에게 더 익숙한 블랙홀은 빛까지 모두 흡수해서 검은 구멍처럼 보이는 천체로, 질량이 아주 큰 별이 수명을 다해 초신성으로 폭발한 뒤에 생긴다. 일반적으로 대부분의 은하들은 그 중심부에 우리 태양 질량의 수백 만 배 심지어 수십억 배가 넘는 거대한 블랙홀을 품고 있다. 우리 은하에도 역시 태양 질량의 약 400만 배가 넘는 거대 블랙홀이 조용히 존재하지만 어떤 블랙홀은 주변의 물질까지 게걸스럽게 잡아먹으며 요란을 떨기도 한다. 　 이 때문에 블랙홀은 파괴의 상징으로 여겨지지만 동시에 창조의 존재이기도 하다. 블랙홀은 주위에 인접한 가스와 먼지, 심지어 별까지 통째로 삼킨 후 마치 트림처럼 외부로 가스를 방출하는데 이 과정을 통해 은하 내에 새로운 별들이 태어나고 형성되기 때문. NASA가 주목하는 것은 블랙홀이 방출하는 고에너지 X선이다. 우주망원경을 통해 이 X선을 관측해 블랙홀의 중력 등 신비한 비밀을 밝혀내겠다는 것이 이번 미션의 목표다. NASA 폴 허츠 천체물리학 박사는 “블랙홀은 빛까지 빨아들이기 때문에 직접적인 이미지를 촬영할 수 없다"면서 "그 대신 블랙홀이 방출하는 X선 같은 고에너지를 관측해 연구자료를 얻을 수 있다"고 설명했다. 이어 "이번 미션의 총 예산은 1억 8800만 달러(약 2200억원)"라면서 "우주에 대한 새로운 창을 여는 계기가 될 것"이라고 덧붙였다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

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　

오리온자리의 적색거성 베텔게우스가 최근 자신의 동반성을 잡아먹었을지도 모른다는 새 연구 결과가 발표되었다고 우주전문 사이트 스페이스닷컴이 20일(현지시간) 보도했다. 베텔게우스는 적색 초거성으로 현재 천문학자들에게 가장 주목받고 있는 천체다. 큰 덩치로 인해 채 1000만 년도 안되어 초신성 폭발을 눈앞에 두고 있기 때문이다. 임종이 가까운 베텔게우스는 현재 무섭게 팽창하고 있는 중인데, 질량은 태양의 15~25배에 지나지 않지만, 지름은 태양의 1000배나 되어 무려 14억km에 달한다. 이는 태양에서 지구까지 거리의 10배에 육박하는 수준이다. 만약 베텔게우스를 우리 태양의 자리에다 갖다놓는다면 수성, 금성, 지구, 화성은 확실히 베텔게우스에 먹혀 사라지고, 적색거성의 표면은 화성 궤도를 넘어 소행성대까지 밀고들어갈 것이다. 일반적으로 이런 초거성은 각 운동량 보존법칙에 따라 덩치가 큰 만큼 자전속도가 느리다. 피겨 스케이트 선수가 회전할 때 팔을 오므리면 속도가 더 빨라지는 것과 같은 이치다. 그런데 베텔게우스는 예외다. 이 초거성은 시속 5만 3900km라는 폭풍 같은 속도로 회전하고 있다. 논문 대표저자 J.크레이그 휠러 텍사스대학 교수는 "우리는 베텔게우스의 자전회수를 잴 수가 없다"면서 "베텔게우스는 보통 별들이 자전속도보다 150배나 빠른 속도로 돌고 있다"고 말했다. 이처럼 비정상적으로 빠른 베텔게우스의 자전속도는 무엇으로부터 나왔나 하는 의문에 대해 휠러 교수와 그의 동료 연구자들은 10만 년 전 베텔게우스가 태양 질량만한 그의 동반성을 잡아먹은 것이 그 답이라는 컴퓨터 모델을 도출해냈다. 두 별의 합병 결과 동반성의 궤도 운동이 베텔게우스에게 그대로 전달되었다는 것이다. 그것이 곧 베텔게우스의 폭풍 같은 자전속도로 이어졌다는 것이 연구자들의 설명이다. 한 별이 다른 별을 집어삼키면 일종의 우주 트림 현상을 보이는데, 초속 3만 6000km에 달하는 물질 구름을 우주공간으로 내뿜는다고 휠러 교수는 설명한다. 베텔게우스 뿜어낸 물질 구름이 별을 껍질처럼 둘러싸고 있는 것이 발견되었다고 연구자들은 밝혔다. 이는 베텔게우스가 과거에 모종의 격변을 겪었음을 말해주는 증거라고 휠러 교수는 주장한다. 베텔게우스는 지구로부터 640광년이나 떨어져 있다. 그러니까 지금 우리가 보고 있는 베텔게우스의 붉은 별빛은 이성계가 위화도에서 고려 군사를 되돌릴 때 그 별에서 출발한 빛인 셈이다. 어쨌든 이 별이 조만간에 초신성 폭발을 일으킬 거라 하니, 이래저래 밤하늘에서 '요주의 인물'임이 분명하다. 천문학적으로 조만간이라면 며칠도 될 수 있고, 수천 년, 수만 년도 될 수 있지만 말이다. 만약 이 별이 터진다면 지구에는 약 2주쯤 밤이 없어질 거라고 전망한다. 초신성폭발이란 우주의 최대 드라마로, 한 은하가 내놓는 빛보다 더 많은 빛을 내놓을 것이기 때문이다. 하지만 거리가 먼 만큼 지구에 별 영향은 없을 거라고 천문학자들은 예상한다. 아래는 베텔게우스가 폭발한 후 일어날 사태를 가상한 동영상으로 일본에서 만들었다. https://youtu.be/Q3XGJnC2SB0 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

인류의 시선이 달을 넘어 화성으로 향하고 있다. 지난 9월 멕시코 과달라하라에서 열린 국제우주대회(IAC)에서 테슬라·스페이스X의 최고경영자인 일론 머스크는 ‘화성 식민지 개척’을 선언했다. 2018년 무인 화성탐사선을 발사하고 2022년 유인 화성 탐사선을 보내겠다는 계획이었다. 이어 10월에는 ‘100년 안에 100만명을 화성으로 보내겠다’는 구체적인 목표까지 제시했다. 비단 머스크뿐 아니라 미국과 유럽, 중국, 일본, 러시아 같은 전통적 우주선진국들이 지금 화성 탐사에 앞을 다투고 있다. 단순한 과학적 호기심을 넘어 ‘제2의 지구’를 찾겠다는 게 목표다. 그런데 화성으로 가는 길이 생각만큼 쉽지는 않을 모양이다. 세계적인 과학저널 ‘사이언스’가 이달 초 화성과 그 너머 우주공간을 여행할 때 발생할 수 있는 5가지 걸림돌을 지적했다. 바로 ▲우주방사선 ▲고독감 ▲우주곰팡이 ▲미세중력 ▲인적 오류다. 1 우주방사선대기권 등 보호막 없어 피폭 우주방사선은 태양 흑점폭발로 인해 발생하는 태양방사선(SEP)과 초신성 폭발과 같이 태양계 밖에서 생기는 은하방사선(GCR)을 말한다. 지구는 지자기와 대기권으로 감싸여 있기 때문에 지표면과 사람에게 미치는 영향은 미미하지만 우주 밖에서는 이런 보호막이 전혀 없기 때문에 우주방사선에 그대로 노출될 수밖에 없다. 실제로 미국 캘리포니아 어바인대(UC어바인) 의대 연구진은 지난 10월 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’에 생쥐를 이용한 실험을 통해 6개월 이상 우주방사선에 노출될 경우 전두엽 피질의 뉴런 연결과 중추신경계의 밀도가 약해지고 뇌세포에 변형이 발생해 기억력 저하와 치매 같은 각종 인지기능 장애를 겪을 수 있다는 연구결과를 발표했다. 2 고독감고립된 공간·장시간 여행 탓 좁은 공간에 갇혀 먼 거리를 오랜 시간 여행할 경우 생기는 고독감도 큰 걸림돌이다. 미국항공우주국(NASA)의 지원으로 국제우주정거장(ISS)에서 우주비행사들과 함께 생활하며 그들의 행동을 관찰한 미국의 문화인류학자 잭 스투스터 박사는 “우주선에서는 행동과 심리적 제약으로 인해 지구에서라면 하찮았을 것조차 사람을 괴롭히고 미치게 만드는 요인이 될 수 있다”는 보고서를 발표하기도 했다. 러시아와 유럽우주기구, 중국이 공동으로 2007년부터 2011년까지 우주공간과 유사한 환경을 만들어 실험자들을 생활하도록 한 ‘마스 500’ 프로젝트나 나사가 하와이에 화성 기지를 모방한 돔 모양 구조물을 설치하고 과학자 6명을 상주시킨 ‘하이 시즈’ 프로젝트도 고립된 공간에서는 나타날 수 있는 인간의 변화를 관찰하기 위한 것이었다. 3 곰팡이면역력 약화돼 병원균 감염 높아 또 다른 우주여행의 문제는 ‘곰팡이’다. 달 탐사를 위한 아폴로 계획이 시작될 때 이미 일부 미생물이 극저온과 고온, 높은 방사선 환경에서도 살아남을 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 우주공간에서는 인체 면역력도 약화하기 때문에 바이러스나 박테리아 같은 병원균에 쉽게 감염될 수 있는 만큼 우주선은 청정공간으로 설계돼야 한다. 이와 관련, 미국 위스콘신메디슨대 연구진은 국제우주정거장(ISS) 내에서도 지구에서 쉽게 발견되는 ‘아스페르길루스 푸미가투스’라는 곰팡이가 서식할 수 있다는 사실을 밝혀내고 지난 10월 말 미국 생물학회에서 발간하는 학술지에 발표했다. 호흡기관을 통해 침투해 폐렴을 비롯한 각종 호흡기 질환을 유발시키는 것으로 알려진 이 곰팡이는 우주 공간 내에서 변이를 일으켜 인체에 더 심각한 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 4 미세중력뼈·근육 약화시켜 디스크 우려 무중력에 가까운 미세중력은 우주비행사의 뼈와 근육을 약화시켜 각종 디스크 질환을 쉽게 일으킬 뿐만 아니라 시신경과 안구에도 영향을 미쳐 시력 약화를 가져온다는 사실도 우주여행의 걸림돌 중 하나다. 우주인들은 근육 손실을 막기 위해 매일 2시간 정도 운동을 하도록 권고받지만 골밀도가 낮아지는 것은 운동으로도 막지 못한다. 5 인적 오류예측가능한 위험 철저한 대비를 이와 함께 우주여행 과정에서 발생할 수 있는 각종 위험에 대한 사소한 판단오류 또한 화성탐사에 있어서 가장 치명적이면서 예측하기 어려운 문제라고 사이언스는 지적했다. 우주 과학자들은 “영화 ‘마션’의 주인공처럼 예측 가능한 위험에 철저히 대비하고 과거의 자료를 통해 오류를 줄일 수 있다면 화성 탐사뿐만 아니라 그 너머의 공간 여행까지도 안전하게 떠날 수 있을 것”이라고 말했다. 문제는 ‘마션’의 주인공이 현실이 아니라 스크린 속에 존재한다는 점일 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

수소는 우주에서 가장 흔한 물질이다. 동시에 별의 주요 구성 원소이기도 하다. 고온 고압 환경에서 발생하는 수소 핵융합 반응은 별을 빛나게 만드는 원동력이다. 하지만 우주에 수소가 없는 별이 있다면 어떨까? 우리의 상식을 거스르는 매우 괴상한 일이지만, 천문학자들은 관측을 통해서 실제로 그런 별이 존재할 수 있다는 사실을 알고 있다. 초신성 가운데서도 매우 밝은 초신성을 ‘극초신성’(Superluminous Supernovae·SLSNe)이라고 부르는데, 이 가운데는 수소가 거의 없는 SLSNe-I형(hydrogen poor) 초신성이 존재하기 때문이다. 초신성은 태양보다 훨씬 무거운 별이 최후의 순간에 폭발하면서 여러 원소를 방출하는 것이다. 보통 초신성 폭발의 순간에도 우주에서 가장 흔한 원소인 수소는 풍부하게 존재한다. 그런데 왜 일부 초신성에서 수소를 발견할 수 없을까? 노르웨이의 카블리 우주물리·수학연구소(Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe·Kavli IPMU)의 과학자들은 시뮬레이션을 통해서 이를 설명할 수 있는 가설을 검증했다. 보통 별이 처음 생겼을 때는 중심부에 수소가 풍부해 수소를 헬륨으로 바꾸는 수소 핵융합 반응이 일어난다. 하지만 시간이 지나면서 중심부에는 헬륨 같은 무거운 원소가 쌓이게 된다. 그리고 충분한 압력과 온도가 있으면 이 헬륨을 연소시켜 핵융합 반응이 발생한다. 이렇게 발생한 산소와 탄소도 다시 핵융합 반응의 원료가 될 수 있다. 무거운 별의 경우 이런 방식으로 철보다 가벼운 원소가 대량으로 생산된다. 최후의 순간에는 별의 중심부에는 무거운 원소부터 차례로 층을 형성해 마치 양파 같은 구조가 된다. 연구팀은 SLSNe-I형 초신성이 이런 과정을 거쳐 수소를 대부분 소진할 뿐 아니라 남은 수소를 항성풍의 형태로 주변으로 모두 방출한다고 주장했다. 그러면 별의 외곽 층에는 헬륨만 남게 되며 사실상 수소가 없는 별이 탄생하게 된다. 하지만 이 상태에 도달하면 사실 폭발이 임박한 것이다. 초신성 폭발 몇 년 전에 이 거대 별은 주변으로 헬륨을 방출하며 이렇게 방출된 헬륨은 고리를 형성한다. 그리고 초신성 폭발 시에는 이 헬륨 고리만 확인되고 수소의 존재는 확인할 수 없다. (개념도 참조) 우주에는 우리의 상상보다 훨씬 다양하고 독특한 별이 존재한다. 우리의 상식과 반대되는 SLSNe-I형 초신성 역시 그중 하나일 뿐이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

새로운 연구에 따르면 우주는 가속팽창을 하지 않고 있을지도 모른다. 이는 곧 가속팽창의 페달 역할을 하는 '암흑 에너지'가 존재하지 않을 수도 있다는 뜻이다. 이것이 새 연구가 주장하는 핵심이다. 2011년 두 연구팀에 속하는 3명의 우주론자들은 '독립적으로 멀리 있는 1a형 초신성들이 가까이 있는 초신성들에 비해 더욱 빨리 후퇴하고 있다'는 관측사실에 근거해 우주의 가속팽창을 증명함으로써 노벨물리학상을 받았다. 초신성의 질량이 무거운 별이 폭발로 종말을 맞는 현상으로, 특히 1a형 초신성은 일정한 광도를 가지고 있어 우주의 거리를 알려주는 지표로, 표준촛불이라고 한다. 1990년대 말에 발표된 이 놀라운 관측결과는 우주의 가속팽창을 이끄는 어떤 힘이 전 우주공간에 퍼져 있음을 강력하게 시사하는 것이었다. 만약 그러한 힘이 없다면 138억 년 전 빅뱅에서 출발한 우주가 그처럼 가속팽창을 할 이유가 없는 것이다. 오히려 은하와 블랙홀 그리고 우주를 채우고 있는 다른 물질들의 중력으로 인해 팽창속도가 점차 느려져야 한다는 게 정상이다. 우주를 가속 팽창시키고 있는 것으로 믿어지는 이 정체불명의 힘을 과학자들은 '암흑 에너지'라 불렀다. 아직까지도 이 암흑 에너지의 정체는 밝혀지지 않고 있는데, 물리학자나 천문학자들에게 이보다 갑갑한 문제는 없을 것이다. 그런데 지난 21일(현지시간) 사이언스리포트 온라인판에 발표된 새 연구는 노벨상을 받은 우주 가속팽창 연구에 대해 의문을 제시하고 있다. 덴마크 코펜하겐 대학 닐스 보어 연구소 소속의 J. T. 닐슨 대표저자와 그의 동료들은 740개의 초신성에 대해 앞의 연구자들이 사용했던 것과는 다른 이론 틀로 분석했다. 닐슨 팀은 노벨상을 받은 앞의 연구자들은 70개 남짓한 1a형 초신성을 대상으로 관측했을 뿐이라고 지적했다. 새 연구가 분석한 결과, "암흑 에너지와 가속팽창을 연결한 앞선 연구자들의 결론은 '미약한 증거'에 기초하고 있다. 앞선 연구자들이 내놓은 가속팽창의 증거는 기껏해야 '3 시그마'에 지나지 않는데, 이는 새 발견의 기본 중요도의 기준인 '5 시그마'에 훨씬 미치지 못하는 것"이라고 옥스퍼드 대학의 수비르 사르카르 공동저자가 주장했다. 그는 이어서 "물론 우리의 분석이 틀릴 수도 있지만, 가속팽창이 암흑 에너지가 유발하는 것이라고 단정짓는 것은 지난 1930년대에 확립된 지나치게 단순화한 이론 모델로 데이터를 분석한 결과 빚어진 오류일 가능성이 많다."고 덧붙이면서 앞으로 후속 연구에 의해 보다 확실한 사실이 밝혀질 것이라고 전망했다. 이에 대한 첫 반론은 미국 오하이오 주립대학 천체물리학자인 폴 서터에게서 나왔다. 그는 1a형 초신성의 움직임이 암흑 에너지 존재를 증명하는 유일한 증거는 아니라고 강조하면서, "우주 전역에서 관측되는 우주배경복사의 진동이나, 물질밀도의 변화를 보여주는 바리온 음향 진동 등은 암흑 에너지가 없었다면 오래 전에 사라졌을 것"이라고 주장했다. 그는 또 "암흑 에너지가 존재한다는 증거는 이밖에도 많다"면서 새 연구의 저자들이 이러한 요소를 의도적으로 회피하고 있다"고 지적했다. 그러나 서터 교수는 이 논문이 암흑 에너지를 연구하는 데 있어 초신성 데이터를 사용하는 방법을 개선하는 성과를 거두었다고 긍정적으로 평가했다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

붉은 하늘에는 돌처럼 생긴 것이 마치 구름인 양 떠다니고 군데군데 초신성의 폭발이 진행되면서 새로운 별들이 생겨난다. 누런 땅 위에는 붉은 돌들이 여기저기 흩어져 있고 그 사이로 난 물길은 폭포로 달려간다. 거대한 운석이 막강한 에너지를 내뿜는다. 독특하고 낯선 풍경들은 얼핏 보면 컴퓨터 그래픽으로 만들어 낸 것 같지만 붓으로 그린 유화 작품이다. 독특한 화면 이미지를 구현하며 작가적 인지도를 쌓고 있는 안두진(41)이 서울 종로구 율곡로 이화익갤러리에서 개인전을 갖고 있다. 150호 이상의 대형 회화 3점을 포함해 신작 20여점을 소개하는 전시회의 제목은 ‘그런 그림’이다. 강렬한 색감과 입체적인 공간감이 느껴지는 작품들이다. 그는 이미지와 쿼크를 결합한 ‘이마쿼크’라는 개념을 만들어 회화 작업에 적용해 왔다. “이미지의 본질이 무엇인가를 고민하다 보니 의식과 무의식의 경계에 있는 이미지가 물질과 비물질의 경계에 있는 쿼크와 비슷하다는 결론을 얻었다”고 설명했다. 온 세상의 모든 물질은 원소와 같은 최소 단위의 복잡한 배열을 통해 만들어지듯이 미술이라는 장르도 최소 단위인 이마쿼크의 조합으로 이뤄지지 않을까 하는 기발하고 독특한 생각은 독특한 풍경을 만들어 낸다. 캔버스 위에 그가 창조해 낸 풍경 속의 산과 들, 물과 바위, 구름과 무지개 등은 시각적으로는 익숙한 모습을 하고 있지만 자세히 들여다보면 실제와 같은 것은 하나도 없다. 그에 따르면 우리가 고정적이고 세속적으로 생각하는 모든 시각 정보는 실제가 아니라 훈련받은 결과일 수 있다. 그가 이번에 발표한 ‘닮은 것과 닮은꼴’은 풍경화 같지만 실제로는 기하학적 형태들로 가득하다. 우리가 산이라고 보는 것은 녹색 삼각형이다. 평평한 대지에 주홍색 바위가 줄지어 이동하는데 그 그림자도 삼각형이다. 무지개를 연상시키는 반원의 색띠가 있고 하늘에는 자줏빛이 카오스처럼 전개돼 있다. 그는 “단순히 재현을 위해 무언가를 보여 주려고 그린 것이 아니고 이미지의 최소의 단위를 붓질로 나열해 쌓아 놓았더니 마치 풍경처럼 보이는 것”이라며 “최소의 단위에 충실하기 위해 붓은 가장 가는 1호만을 사용하고, 물감도 대부분 원색을 그대로 사용하거나 최소한 적게 섞어서 그림을 그렸다”고 덧붙였다. 전시는 오는 11월 8일까지. 글 사진 함혜리 선임기자 lotus@seoul.co.kr

우리의 몸을 이루는 원자 가운데 수소는 빅뱅 직후 우주에서 생성된 것이고 수소보다 무거운 탄소, 산소, 질소 같은 원자는 핵융합 반응 및 초신성 폭발에서 생성된 것이다. 그런 만큼 지구와 그 안에 사는 우리는 별에서 온 그대라고 할 수 있다. 생명체를 구성하는 탄소를 기반으로 한 유기물질은 지구는 물론 우주에서도 흔하게 관찰된다. 하지만 이런 유기물이 어떻게 우주에서 생성되는지는 오랜 논쟁거리 가운데 하나다. 탄소 원자는 최대 4개의 다른 원자와 결합할 수 있어 복잡한 분자를 만드는데 제격이지만, 이런 복잡한 분자 역시 매우 기초적인 단위부터 형성돼야 한다. 그 기초 물질은 탄소 이온(C+), 메틸리딘기(CH, methylidyne), 그리고 탄화수소 양이온(CH+) 등이다. 이들이 모여 더 복잡한 분자를 만들기 때문이다. 기존의 가설에 의하면 이런 기초 물질을 형성하는 기본 과정은 가스 성운에서 발생하는 난기류와 충격파다. 하지만 캘리포니아 공대의 패트릭 모리스와 그의 동료들은 유럽 우주국의 허셜 우주 망원경 관측 데이터를 분석해서 새로운 가설을 주장했다. 이들은 지구 가까이에서 새로운 별이 태어나는 오리온성운의 탄소 이온, 메틸리딘기, 탄화수소 양이온 등을 관측했다. 그런데 이 물질들의 분포는 가스 성운 내부의 난기류나 충격파의 방향과 무관했다. 여기에 이 물질들은 에너지를 흡수하기보다는 내놓고 있었는데, 이는 기존의 가설로는 설명할 수 없는 현상이다. 연구팀이 주목한 가설은 성운 안에서 탄생한 젊은 별의 자외선이다. 이 자외선 에너지를 흡수한 탄소 및 수소 원자가 기초 물질을 만들고 이들이 생명체의 기본 물질이 되는 유기물질을 만들었다는 것이다. 즉 생명의 기초 물질은 별빛 속에서 탄생(Life's Building Blocks Come From Starlight)한 것이다. 과학자들은 태양계 역시 이런 가스 성운에서 생성되었다고 생각하고 있다. 수소는 물론 탄소, 산소가 풍부한 가스 구름은 다양한 유기물을 품은 행성, 소행성, 혜성을 만드는 재료가 된다. 이 가설이 옳다면 어쩌면 우리 몸을 구성하는 물질 역시 별빛을 속에서 만들어졌을지도 모른다. 과학이 설명하는 우리의 기원은 신화보다 더 낭만적일 수도 있다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

저 멀리 우주를 방랑하는 블랙홀이 있다면 보통은 찾기 쉽지 않을 것이다. 만약 흡수하는 물질이 없다면 완전히 검은 구멍에 지나지 않기 때문이다. 하지만 물질을 흡수하는 블랙홀은 관측할 수 있다. 최근 천문학자들은 나사의 찬드라 X선 관측 위성과 유럽 우주국의 XMM 뉴턴 X선 관측 위성 데이터를 사용해서 지구에서 45억년 떨어진 거리에서 이런 방랑자 은하(wandering black hole)를 찾아내는 데 성공했다. 블랙홀은 질량과 위치에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 은하 중심에 존재하는 블랙홀로 그 질량이 태양의 10만 배에서 100억 배에 달하는 매우 거대한 블랙홀이다. 은하 중심부는 은하에서 가장 많은 물질이 모이는 부분이기 때문에 결국 그 질량에 의해 거대한 블랙홀이 형성되는 것이다. 두 번째 형태는 항성 질량 블랙홀로 태양 질량의 3배는 넘지만 은하 중심 블랙홀처럼 거대하지 않은 형태의 작은 블랙홀이다. 이런 블랙홀은 초신성 폭발 후 잔해가 모여 생성된다. 따라서 은하계 곳곳에 이런 항성 질량 블랙홀이 존재한다. 그런데 천문학자들은 이 중간 질량인 태양 질량의 100배에서 10만 배 사이에 달하는 중간 질량 블랙홀이 있음을 알아냈다. 이들의 기원에 대해서는 의견이 다소 엇갈리지만, 가장 유력한 가설은 본래 작은 은하의 중심 블랙홀이었다가 다른 은하에 합병되면서 가스와 별을 잃고 단독으로 존재하는 블랙홀이 되었다는 것이다. 2000년에서 2002년 사이 과학자들은 SDSS J141711.07+522540.8라는 렌즈상 은하에 XJ1417+52라는 매우 강력한 X선 천체가 있음을 발견하고 초고광도 X선원(hyper-luminous X-ray source, HLX)이라고 명명했다. (사진에서 오른쪽 사각형) 거리가 45억 광년에 달하는데도 관측이 가능할 만큼 X선 영역에서 밝게 빛났기 때문이다. 이후 연구를 통해 과학자들은 이 X 선원이 사실은 이런 중간 질량 블랙홀이라고 결론 내렸다. 그 위치는 허블 우주 망원경 관측 결과 (사진에서 왼쪽 사각형)이 은하의 외곽이었다. 따라서 다른 위성 은하나 혹은 이 은하의 중심 블랙홀이 아닌 다른 떠돌이 블랙홀인 셈이다. 더 흥미로운 사실은 이후 관측에서 이 블랙홀이 보이지 않을 만큼 어두워졌다는 점이다. 과학자들은 이 떠돌이 블랙홀이 우연히 근처를 지나던 별을 흡수하면서 순간적으로 물질을 흡수했다고 보고 있다. 이 과정에서 뜨거운 가스에 의한 에너지가 방출되어 X선 영역에서 밝게 보였던 것이다. 이 별에는 불운한 일이지만, 덕분에 우리는 가장 먼 거리에 있는 방랑 블랙홀을 발견할 수 있었다. 우연히 가끔 발견된다는 점을 생각하면 이런 떠돌이 블랙홀은 생각보다 흔할지도 모른다. 앞으로 연구를 통해서 과학자들이 그 비밀을 풀어나갈 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

수십억 년 걸린 은하 형성을 100초 만에 본다 우리은하가 오늘날과 같은 방대한 규모와 복잡한 구조를 갖추기까지는 수십 억 년에 이르는 시간이 걸렸다. 우리은하가 초창기에 물질을 모으기 시작해서 거대한 별들의 나선 디스크를 만들어나가기까지는 오랜 시간 동안 복잡한 진행과정을 거쳐야 했다. 이 같은 우리은하의 형성과정을 이해하기 위해 여러 해 동안 연구해온 천문학자들은 마침내 그 대강의 형성과정을 알아내기에 이르렀다고 영국 일간지 데일리메일이 12일(현지 시간) 보도했다. 이들은 우리은하의 형성과정을 대용량의 컴퓨터를 동원, 상세한 시뮬레이션으로 구현했는데, 그 덕분에 우리는 수십억 년에 이르는 은하 탄생의 전 과정을 100초 남짓 만에 볼 수 있다. 이 시뮬레이션은 동시에 우리은하에 관한 20년 묵은 미스터리를 풀어주었는데, 수많은 왜소은하들이 우리은하 주변을 떠돌고 있을 거라는 예측이 있었지만, 확인된 숫자는 겨우 30%에 지나지 않고 있어 그 나머지의 행방은 미스터리에 싸여 있었다. 왜소은하의 숫자는 우리은하 주변에 둘러싸고 있는 암흑물질을 조사함으로써 예측된 것이다. 이 '사라진 왜소 위성은하 문제'는 이전에도 컴퓨터 시뮬레이션으로 추적되었지만 여전히 풀리지 않는 미스터리로 남아 있었다. 하지만 캘리포니아 공과대학(Caltech) 연구자들이 만든 새 시뮬레이션은 우리은하 형성에 관련된 왜소은하들의 정확한 숫자를 보여주고 있다. 논문 대표저자인 칼텍의 앤드류 웨츨 박사는 "우리은하 둘레의 왜소은하와 같은 것들을 시뮬레이션이 생성해내는 것을 본 바로 그때, 깨달음의 순간이 찾아왔다"고 말했다. 초신성 폭발의 강력한 푹풍이 왜소은하들을 찢어버린 것이다. 시뮬레이션은 수천 대의 컴퓨터가 동원되어 70만 시간 작업한 끝에 완성된 것이다. 그 결과 우리는 강력한 초신성 폭발이 왜소은하들을 휩쓸어버리는 드라마틱한 광경을 볼 수도 있다. 초거성이 별의 진화단계 마지막에 이르면 대폭발을 일으켜 생을 마감하는데, 이것을 초신성 폭발이라 한다. 시뮬레이션은 초신성 폭발에서 발생한 폭풍이 초속 수천 킬로미터의 속도로 '왜소은하의 가스와 별들을 휩쓸어 버리는 광경을 보여준다'고 웨츨 박사는 밝혔다. 이전의 시뮬레이션들은 이 같은 초신성 폭발의 영향을 제대로 구현하지 못했다. "우리는 그전에 혹시 이 시뮬레이션에 적용한 암흑물질에 대한 정보가 잘못된 것이 아닐까 생각한 적도 있었지만, 완성된 시뮬레이션을 보니 우리 생각이 맞았다는 것을 확신할 수 있었습니다." 웨츨 박사는 "우리는 보다 정확한 초신성 모델로 정답을 얻어냈다"고 덧붙였다. 이 논문은 '천체물리학 저널 레터’(The Astrophysical Journal Letters)'에 발표되었다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

120년 전 프랑스의 인상주의 화가 고갱은 자신의 인생에서 가장 고뇌에 가득 찬 시기에 순수함이 살아 있던 타히티에서 ‘우리는 어디에서 와서 어디로 가는가’라는 제목으로 그림을 그렸다. 벌거벗은 채 태어나는 아기와 자연에서의 삶을 위한 노력, 다가오는 죽음에 대한 두려움을 파노라마처럼 보여줌으로써 인간이면 누구나 가질 수밖에 없는 근본적인 질문을 부각시킨 것이다. 우리는 어디서 왔을까? 이 질문에 대해 답을 하다 보면 결국 ‘우주는 어떻게 시작되었는가’라는 빅 히스토리의 처음을 생각할 수밖에 없다. 우주와 인류의 역사를 관통하는 빅 히스토리의 실마리는 20세기에 들어와서 물리학을 통해 조금씩 밝혀지게 되었다. 이를 통해 우리 몸을 만들기 위해서도 전우주적 역사가 필요함을 알게 되었다. 빅뱅 후 3초에 만들어진 원자핵들, 38만년쯤 되었을 때 만들어진 수소원자, 3억년쯤부터 별 속에서 핵반응으로 탄소, 산소들이 만들어지고 나중에 철이 만들어져 우리 몸 대부분의 성분이 나타났다. 요오드와 같은 더 무거운 원소들은 별의 수명이 다할 때의 초신성 폭발로 만들어졌다. 인체에는 우주의 진화과정 하나하나가 다 포함돼 있는 것이다. 그렇지만 가장 근원적인 질문들, 즉 시간과 공간의 기원이 무엇인지, 물질의 기원이 과연 무엇인지에 대한 답을 찾기 위해 여전히 과학자들은 고민을 하고 있다. 더 나아가 물리법칙 자체의 기원은 우리를 괴롭히는 문제다. 생명체인 인간이기에 ‘우리는 누구인가’라는 생명의 근원에 대한 질문을 던질 수밖에 없다. 양자역학을 이야기할 때 빼놓을 수 없는 물리학자 에어빈 슈뢰딩거는 ‘생명은 정보의 집합체’라고 생각하고 이 질문에 대한 답을 고민했다. 생명현상은 구성요소들의 복잡하면서도 체계적인 관계에서 나타나고 외부와의 정보교환, 구성요소 안에서의 정보의 저장과 전달이라는 답. 생명의 기원과 본질은 우주의 기원보다 더 가깝지만 멀게 느껴진다. 인간의 근본적인 고뇌인 질병, 노화, 죽음도 생명현상의 근원에 대한 이해가 필요하기에 많은 고민을 하게 만드는 질문이다. ‘우리는 어디로 가는가’라는 질문은 더 어렵다. 미래에 대해 이야기하기는 훨씬 어렵기 때문이다. 인간이 어디로 가는가를 제대로 말하기 위해서는 인간이 과연 어떤 존재인가에 대한 철저한 인식이 필요하기 때문이다. 인간을 생명현상, 사회현상만으로 이해하기에는 부족함이 많다. 어디에서부터 시작해야 하는지도 혼란스러울 수 있다. 한 가지 확실한 것이 있다. 르네 데카르트가 설파한 대로 내가 생각하는 것 이상 확실한 것은 없다. 눈을 감아도 스스로의 인식이 있는 것이다. 전자나 힉스입자 같은 것들보다도 우리 내면의 의식이 더 확실하게 존재한다고 느끼는 것은 부인할 수 없는 사실이다. 그럼에도 불구하고 의식의 문제는 에드워드 위튼 같은 천재 과학자들마저도 ‘인류의 끝까지 신비롭게 남아 있을 문제’로 생각하고 있다. 물질 덩어리인 뇌에서 어떻게 의식이 창발적으로 나타나는가 하는 데 여러 가지 의견이 있다. 맥스 테그마크는 복잡한 뇌의 신경망에서 나타나는 정보체계의 새로운 양상이라고 말한다. 물 분자 하나만 놓고 보면 점성을 가진 액체인지 고체인지 의미가 없지만 이들이 많이 모여 있을 때 우리가 아는 물이란 성질을 가지게 되는 것과 흡사하게 새로운 성질이 발현되는 것이라 여기는 것이다. 반면 크리스토프 코흐는 우리의 몸을 포함한 폭넓은 환경까지 포함한 ‘범신론적’ 의식을 이야기하기도 한다. 좀비 영화를 보면서 의식이 과연 무엇인가 곱씹어 보는 것은 어떨지. 과학은 가장 심오한 문제를 다룰 때 가장 우수한 지성을 모을 수 있다. 단기적 성과를 얻는 기술의 시녀로서의 과학만으로는 안 된다. 최고의 지성이 인간의 가장 깊은 고뇌에 대해 역할을 할 수 있게 사회 분위기가 성숙돼야 한다. 역대 두 번째로 더웠던 올여름 끝자락에 수학자 힐버트의 말이 생각난다. “우리는 알아야만 한다. 우리는 알 것이다.”

비록 드물긴 하지만 우주에는 태양질량의 수십 배에서 수백 배에 이르는 거대한 별이 존재한다. 이런 별이 드물게 보이는 이유는 일단 생성되기도 힘들지만, 생성되었다고 해도 짧은 인생을 살기 때문이다. 사실 우주에 있는 별 가운데 80%는 태양 질량의 40% 이하인 적색왜성이다. 태양도 그렇게 작은 별은 아닌 셈이다. 하지만 드물다고 해서 거대 질량 별이 중요하지 않은 것은 아니다. 오히려 반대로 매우 중요하다. 거대 질량 별은 강력한 핵융합으로 다양한 원소를 만든 후 초신성 폭발을 일으키면서 더 무거운 원소를 만들고 생을 마감하는데, 이때 많은 원자를 우주로 대량으로 방출한다. 이들이 모여 지구 같은 행성을 형성하는 것이다. 사실 거대 질량 별이 없었다면 지구는 물론 인류도 존재할 수 없었을 것이다. 과학자들은 거대 질량 별의 생성 비밀을 풀기 위해 노력해왔지만, 앞서 말했듯이 거대 질량 별 자체가 드물다 보니 생성 중인 거대 질량 별을 찾기가 매우 어려웠다. 여기에 대부분 이런 별들은 두꺼운 가스가 있는 성운 안에서 탄생하기 때문에 관측이 더 힘들다. 최근 케임브리지 대학의 천문학자들은 지구에서 1만 1000광년 떨어진 위치에서 태양 질량의 30배에 달하는 아기별을 찾아냈다. 두터운 가스 성운 속에서 자라는 거대 별을 관측하기 위해서 하와이와 뉴멕시코에 있는 대형 전파 망원경이 동원됐다. 파장이 긴 전파가 가스를 뚫고 관측하기 쉽기 때문이다. 그 결과 이 별이 아직도 주변에서 가스를 모으면서 커지고 있다는 사실을 발견했다. 따라서 최종적으로 탄생하는 별은 더 거대한 별이 될 가능성이 높다. 더 흥미로운 사실은 이렇게 큰 별이 비교적 짧은 시간 안에 생성된다는 것이다. 태양 같은 별이 중력으로 가스를 모아 커지는데 수백만년이 필요하다면, 거대 질량 별은 불과 10만년 안에 가스를 모아 성장할 수 있다. 이번 연구에서도 거대 아기별이 주변에서 가스를 모으면서 빠른 속도로 커지는 것이 확인되었는데, 이는 처음에 아기별이 큰 질량과 중력을 가질수록 더 빨리 커지는 것과 관련이 있다. 이 아기별은 주변에 거대한 원반 모양의 가스 구름에서 질량을 흡수하고 에너지와 일부 물질을 수직으로 방출한다. (모식도 참조) 그리고 언젠가는 태양과는 비교도 할 수 없을 만큼 뜨겁고 밝은 거대한 별이 되어 초신성 폭발로 일생을 마감할 것이다. 앞서 이야기했듯이 이렇게 굵고 짧은 삶을 사는 거대 별은 우주에서 중요한 존재다. 대부분은 우리에게서 멀리 떨어진 위치에 존재하지만, 우리의 몸을 이루는 원자 가운데 일부는 이렇게 거대한 별의 내부에서 핵융합으로 형성된 것이기 때문이다. 지금 탄생하는 거대 별도 먼 미래에 새로운 행성을 형성하는 재료가 될 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

당신은 지금 무엇을 하고 있는가? 만약 당신이 책상 앞에 앉아서 이 글을 읽고 있는 중이라면, 당신은 아무런 움직임도 없이 가만히 멈추어 있다고 생각할 것이다. 하지만 그것은 착각이다. 지금 이 순간에도 당신은 무서운 속도로 공간이동을 하고 있는 중이다. 어떻게 그것을 알 수 있는가? 간단하다. 고개를 들어 하늘을 올려다보면 바로 알 수 있다. 태양이 지평선에 걸려 있는 저녁시간이면 더욱 좋다. 저녁놀 속으로 시시각각 내려앉는 태양이 바로 그 증거다. 그것은 사실 태양이 가라앉는 것이 아니라, 지구가 반대로 돌고 있기 때문이다. 옛날 사람들은 지구가 우주의 중심이라는 천동설을 믿었지만 지금은 지동설이 진실임을 누구나 안다. 물론 가장 문명화된 미국도 인구의 21%가 아직까지 천동설을 믿고 있다고 하니, 그들은 결코 자신이 지금 이 순간에도 강제로 공간이동을 당하고 있다는 사실을 믿지 않는 사람도 적지 않을 것이다. 우리는 얼마나 빨리 공간이동을 할까? 그렇다면 우리는 지구 행성 위에서 얼마나 빠른 속도로 공간이동을 당하고 있는 걸까? 일단 지구의 자전속도를 생각해보자. 지구는 하루에 한 바퀴씩 자전한다. 지구의 둘레는 4만km다. 이걸 초 단위로 나누면, 적도에 있는 사람은 초속 약 500m, 북위 40도쯤에 있는 사람은 초속 400m로 공간이동을 하는 셈이다. 초속 500m면 음속을 돌파하는 것이다. 만약 이 속도로 차가 달린다면 시속 1600km로, 날개가 없어도 공중부양할 것이다. 물론 당신이 정확히 북극점 위에 서 있다면 최소한 지구 자전으로 인한 공간이동은 없다. 다만 회전운동은 있겠지만, 하루에 한 바퀴 도는 것이니까 좀 지루할 수는 있겠다. 물론 지구의 뺑뺑이 운동으로 인한 어지럼증도 없을 것이다. 그런데 지구의 이 뺑뺑이 운동으로 큰 덕을 보고 있는 사람들이 있다. 바로 나사(NASA) 같은 우주 기구에서 일하는 과학자들이다. 그들이 스페이스 셔틀로 국제우주정거장에 사람을 보낼 때는 항상 적도 가까운 우주공간에서 도킹하게 한다. 로켓이 플로리다에서 발사되니까, 지구 스핀 운동량이 가장 큰 적도 상공으로 발사하면 더 빠른 속도를 얻을 수 있기 때문이다. 만약 지구가 갑자기 자전을 멈춘다면 어떤 일들이 벌어질까? 인간을 포함하여 지상에 있는 모든 것들이 우주공간으로 내팽개쳐져 버릴 것이다. 하지만 걱정할 필요는 없다. 멀리는 빅뱅에서, 가까이는 태양계를 출발시킨 초신성 폭발에서 나온 지구의 각운동량이 갑자기 사라져버릴 확률은 0에 가깝기 때문이다. 어쨌든 우리는 지구의 자전으로 엄청나게 이동하고 있지만, 아시다시피 지구는 자전만 하는 게 아니라 공전운동도 한다. 이건 더 무시무시한 속도다. 지구와 태양 사이의 거리가 1억 5000만km니까, 이걸 반지름으로 한 엄청난 원을 1년에 한 바퀴씩 돈다. 이 원둘레는 초등학교 때 배운 공식(반지름×2×3.14)에 넣으면 바로 나온다. 약 9억 5000만km. 1년을 초 단위로 바꾸면 약 3200만 초니까, 이걸로 나누면 무려 초속 30km다. 우리는 1초에 30km라는 무서운 속도로 태양 둘레의 우주공간을 내달리고 있다는 뜻이다. 알고 보면 지구는 완벽한 우주선인 셈이다. 궤도를 벗어날 수 없다는 게 좀 아쉽지만. 이쯤에서 끝났면 좋으련만, 또 태양이 그 자리에 가만 있는 천체가 아니다. 이 태양계 식구 전체를 이끌고 은하 중심을 초점삼아 공전을 하고 있는 것이다. 그 속도는 무려 초속 200km다. 그래도 우리은하를 한 바퀴 도는 데 약 2억 3000만 년이 걸린다. 그만큼 우리은하가 어마무시하게 크다는 뜻이다. 이 광대한 태양계도 우리은하에 비긴다면 조그만 물웅덩이 하나에 지나지 않는다. 지금까지 태양은 우리은하를 25바퀴쯤 돌았다. 앞으로 그만큼 더 돌면 태양은 적색거성이 되어 죽음을 맞는다. 물론 지구를 포함하여 우리 태양계도 그때 함께 사라질 것이다. 초속 600km로 달리는 우리은하 우리은하도 한자리에 가만히 머물러 있는 존재는 아니다. 우리은하 역시 맹렬한 속도로 우주공간을 주파하고 있는 중이다. 우리은하는 안드로메다 은하, 마젤란 은하 등, 약 20여 개의 은하들로 이루어져 있는 국부 은하군에 속해 있다. 지금 이 국부 은하군 전체가 처녀자리 은하단의 중력에 이끌려 바다뱀자리 쪽으로 달려가고 있는데, 그 속도가 무려 초속 600km나 된다. 마지막 다섯번째 결정적으로, 우주 공간 자체가 지금 이 순간에도 빛의 속도로 무한팽창을 계속해가고 있다. 최근의 별견에 의하며 우주의 팽창속도가 점점 더 빨라지고 있다고 한다. 그 원인은 암흑 에너지로, 이것이 우주팽창의 가속 페달을 밟고 있다는 것이다. 이처럼 팽창하는 우주 속에서 수많은 별들이 탄생과 죽음의 윤회를 거듭하고 있다. 광막한 우주공간을 수천억 은하들이 비산하고, 그 무수한 은하들 중에 한 모래알인 우리은하 속에서, 태양계의 지구 행성 위에서 우리가 살고 있는 것이다. 따지고 보면, 이 우주 속에서 원자 알갱이 하나도 잠시 제자리에 머무는 놈이 없는 셈이다. 이처럼 삼라만상의 모든 것들이 무서운 속도로 쉼없이 움직이는 것이 이 대우주의 속성이다. 이를 일컬어 옛 현자들은 '일체무상(一切無常)'이라 했다. 그런데도 우리는 왜 그런 움직임을 전혀 못 느낄까? 그것은 우리가 지구라는 우주선을 타고 같이 움직이고 있기 때문이다. 바다 위를 고요히 달리는 배 안에서는 배의 움직임을 알 수 없는 거나 마찬가지다. 관찰자가 정지해 있거나 일정한 속력으로 움직이는 경우, 모든 물리 법칙은 동일하게 적용되기 때문이다. 이 법칙을 갈릴레오가 가장 먼저 발견하여 갈릴레오의 상대성 원리라고 한다. 아인슈타인의 특수상대성 이론은 이를 기초로 하여 나온 것이다. 이 갈릴레오의 상대성 원리 때문에 당신이 느낄 수는 없지만, 지금 당신은 이 순간에도 우주의 '일체무상' 속에 몸을 담근 채 무서운 속도로 공간이동을 하고 있는 중이다. 이것은 소설이나 공상이 아니라, 실제상황이다. 어떤 이들은 어쩐지 어지럽다고 했어 하며 우스개 소리도 하지만, 우주는 너무나 조화로워 우리는 나뭇잎이 산들바람에 흔들리는 것을 보며 이렇게 평온 속에 살아가고 있는 것이다. 여기에 우주의 신비와 경이로움이 있는 것이다. 아래 동영상은 NASA의 DSCOVR 위성에 탑재된 EPIC 카메라가 지구로부터 160만km 떨어진 우주 공간에서 2015년부터 지구의 1년을 촬영한 것에서 3000개 이미지를 연결해 만든 것이다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

태양의 마지막 모습을 엿볼 수 있는 백색왜성. 이는 태양과 비슷한 질량을 가진 항성(태양의 0.8~8배)이 진화 끝에 도착하게 되는 최종 단계이기 때문이다. 그런데 이런 백색왜성의 폭발 전부터 폭발, 그리고 폭발 후까지 일련의 모습이 처음으로 포착됐다고 천문학자들이 밝혔다. 세계적 학술지 네이처 최신호(17일자)에 실린 이 연구논문에 따르면, 국제 연구팀이 2009년 관측한 센타우루스자리에 있는 한 ‘고전 신성’(Classical Nova)의 경과를 파악하는 데 성공했다. 고전 신성은 초신성의 축소 버전으로, 백색왜성이 동반성인 항성의 수소 가스 등 에너지를 흡수한 끝에 핵융합 반응으로 폭발하는 현상을 말한다. 2009년 관측된 센타우루스자리의 고전 신성은 ‘V1213 Cen’나 ‘Nova Centauri 2009’로 명명돼 있다. V1213 Cen와 같은 고전 신성은 별이었을 때 에너지를 모두 소진하고 난 뒤 내부의 중력으로 겉면은 사라지고 초고밀도의 핵만 남아 식으면서 백색왜성이 됐다. 이후 이 백색왜성은 쌍성을 이루는 인접한 항성으로부터 수소 가스 등을 자신의 표면에 흡수하던 끝에 핵융합 반응으로 엄청난 폭발을 일으킨 것이다. 사실 이 고전 신성은 폭발을 일으키기 전인 2003년부터 관측됐지만, 이렇게 폭발 전후 모두가 관측되는 사례는 극히 드물다. 왜냐하면 백색왜성이 폭발한 후의 관측은 비교적 쉽지만 어떤 백색왜성이 폭발을 일으킬 것인가는 판단하기가 어렵기 때문이다. 이번 관측에서는 폭발이 가까워질수록 백색왜성이 정기적으로 밝게 빛을 냈으며, 이때 항성의 일부 수소 가스가 백색왜성으로 이동하고 있었다. 하지만 그 시기는 매우 불규칙했다는 것. 그렇지만 한 번 폭발을 일으키니 상황은 달라졌다. 폭발 후에도 쌍성은 그대로 있고 동반성의 수소 가스가 백색왜성으로 흡수되고 있지만, 항성은 고전 신성의 폭발로 방사성 물질의 영향을 받아 크기가 커져 있었고 이전보다 수소 가스의 이동이 빨라졌다. 한편 이 고전 신성은 앞으로 또다시 폭발을 일으킬 가능성도 지적되고 있다. 하지만 이 폭발이 일어날 시기는 수백만 년 후라고 한다. 사진=폴란드 바르샤바대 천문대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

흔히들 "천문학은 구름 없는 밤하늘에서 탄생했다"고 한다. 구름이 없어야 별을 볼 수 있기 때문이다. 우리가 현재 우주에 대해 알고 있는 거의 모든 지식은 알고 보면 별들이 가르쳐준 것이다. 만약 밤하늘에 별들이 없다면 세상은 얼마나 적막할 것인가. 수천 수만 광년의 거리를 가로질러 우리 눈에 비치는 이 별빛이야말로 참으로 심오하다. 별에 대해 꼭 기억해야 할 점은 오늘날 우리가 가지고 있는 천문학과 우주에 관한 지식은 그 대부분이 별빛이 가져다준 것이란 점이다. 우주의 모든 정보들은 별빛 속에 담겨 있었던 것이다. 우리는 별빛으로 별과의 거리를 재고, 별의 성분을 알아낸다. 우리은하의 모양과 크기를 가르쳐준 것도 그 별빛이요, 우주가 빅뱅으로 출발하여 지금 이 순간에도 계속 팽창하고 있다는 사실을 인류에게 알려준 것도 따지고 보면 별빛이 아닌가. 이 심오하기 짝이 없는 별빛에 대해 지금부터 한번 살펴보기로 하자. '광속'도 별빛이 알려준 것이다 지구-태양 간 거리, 곧 1AU는 1억 5000km다. 지구 행성에서 살아가는 우리로서는 이 거리가 얼마나 먼 거리인지 가늠이 잘 안 된다. 시속 100km의 차로 밤낮 없이 달려도 170년이 걸리는 거리라면 그래도 조금은 감이 잡힐 것이다. 이 먼 거리를 빛은 8분 20초 만에 주파한다. 이 빠른 빛이 1년간 달리는 거리를 1광년(Light Year 또는 LY)이라 한다. 미터 단위로는 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 '별빛'이었다. 이 경우는 위성이기는 하지만. 카시니는 제자인 덴마크 출신 올레 뢰머에게 목성의 위성을 관측하는 임무를 맡겼는데, 1675년부터 목성에 의한 위성의 식(蝕)을 관측하던 올레는 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. 바로 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 당시 카시니에 의해 1억 4천만km로 밝혀져 있는만큼 빛의 속도 계산은 어려울 게 없었다. 그가 계산해낸 빛의 속도는 초속 21만 4300km였다. 오늘날 측정치인 29만 9800km에 비해 28% 정도의 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. 우주의 크기를 알려준 '별빛' 그 다음으로 별빛에서 중요한 단서를 찾아낸 사람은 페루의 하버드 천문대 부속 관측소에서 사진자료를 분석하던 여류 천문학자 헨리에타 리비트였다. 1902년 변광성을 찾는 작업을 하던 리비트는 사진자료를 근거로 소마젤란 은하에서 적색거성으로 발전하고 있는 늙은 별인 세페이드 변광성 32개를 발견했다. 이 별들이 지구에서 볼 때 거의 같은 거리에 있다는 점에 주목한 그녀는 변광성들을 정리하던 중 놀라운 사실 하나를 발견했다. 한 쌍의 변광성에서 변광성의 주기와 겉보기 등급 사이에 상관관계가 있다는 점을 감지한 것이다. 곧, 별이 밝을수록 주기가 느려진다는 점이다. 레빗은 이 사실을 공책에다 "변광성 중 밝은 별이 더 긴 주기를 가진다는 사실에 주목할 필요가 있다"고 짤막하게 기록해 두었다. 이 한 문장은 후에 천문학 역사상 가장 중요한 문장으로 꼽히게 되었다. 이들 변광성은 일정한 변광 주기를 가지고 있는데, 밝은 것일수록 주기가 길다. 광도는 거리에 따라 변하지만, 주기는 거리와 관계가 없기 때문에 변광성은 우주의 거리를 재는 표준촛불이 되었다. ​이것은 우주의 크기를 잴 수 있는 잣대를 확보한 것으로, 한 과학 저술가가 말했듯이 천문학을 송두리째 바꿔버릴 대발견이었다. 이로써 인류는 연주시차가 닿지 못하는 심우주 은하들까지의 거리를 알 수 있게 되었다. 또한 천문학자들은 표준 촛불이라는 우주의 자를 갖게 됨으로써, 시차를 재던 각도기는 더 이상 필요치 않게 되었다. 리비트가 밝힌 표준 촛불은 그녀가 암으로 세상을 떠난 2년 뒤에 위력을 발휘했다. 에드윈 허블이 안드로메다 성운에 있는 변광성을 발견하고 이를 표준촛불로 삼아 성운까지의 거리를 확정함으로써, 그때까지 우리은하 내에 있는 것으로 믿어졌던 안드로메다 성운이 우리은하 밖의 외부은하임이 밝혀졌던 것이다. 이로써 우리은하가 우주 전체로 알고 있었던 인류의 우주관은 일대 혁신을 맞게 되었다. 밤하늘에서 빛나는 모든 것들이 우리 은하 안에 속해 있다고 믿고 있던 인류에게 이 발견은 청천벽력과도 같은 것이었다. 갑자기 우리 태양계는 자디잔 티끌 같은 것으로 축소되어버리고, 지구상에 살아 있는 모든 것들에게 빛을 주는 태양은 우주라는 드넓은 바닷가의 한 알갱이 모래에 지나지 않은 것이 되었다. ​따지고 보면, 우주의 팽창이라든가 빅뱅 이론 같은 것도 레빗의 표준 촛불이 있음으로써 가능한 것이었다. 리비트가 변광성의 밝기와 주기 사이의 관계를 알아냄으로써 빅뱅의 첫단추를 꿰었다고 할 수 있다. 허블은 이러한 리비트에 대해 그의 저서에서 “헨리에타 리비트가 우주의 크기를 결정할 수 있는 열쇠를 만들어냈다면, 나는 그 열쇠를 자물쇠에 쑤셔넣고 뒤이어 그 열쇠가 돌아가게끔 하는 관측사실을 제공했다”라며 그녀의 업적을 기렸다. 별은 무엇으로 이루어져 있는가? ​ 1835년, 프랑스의 실증주의 철학자 콩트는 다음과 같이 말했다. “과학자들이 지금까지 밝혀진 모든 것을 가지고 풀려고 해도 결코 해명할 수 없는 수수께끼가 있다. 그것은 별이 무엇으로 이루어져 있나 하는 문제이다.” 그러나 결론적으로, 이 철학자는 좀 신중하지 못했다. ‘절대 불가능하다’란 말은 참 위험한 말이다. 콩트가 죽은 지 2년 만인 1859년, 하이델베르크 대학 물리학자 키르히호프가 별이 어떤 물질로 이루어져 있는가 하는 계산서를 뽑아내는 데 성공했다? 무엇으로? 바로 별빛에 그 답이 있었다. 키르히호프는 태양광 스펙트럼 연구를 통해, 태양이 나트륨, 마그네슘, 철, 칼슘, 동, 아연과 같은 매우 평범한 원소들을 함유하고 있다는 사실을 발견했다. 인간이 ‘빛’의 연구를 통해 영원히 닿을 수 없는 곳의 물체까지도 무엇으로 이루어졌나 알아낼 수 있게 된 것이다. 키르히호프의 스펙트럼을 얘기하기 전에 우리는 먼저 어느 불우한 유리 연마공의 라이프 스토리에 잠시 귀 기울여보지 않으면 안된다. 왜냐하면, 이 무학의 유리 연마공이 이미 한 세대 전에 키르히호프의 길을 닦아놓았기 때문이다. 그가 요제프 프라운호퍼(1787~1826)다. 유리공장에서 일하면서 광학과 수학을 독학으로 공부하여 망원경 제작자가 된 프라운호퍼는 스펙트럼의 색들이 유리의 종류에 따라 어떻게 굴절하는지 알아보기 위해 망원경 앞에 프리즘을 달았다. 역사상 최초의 분광기라 할 수 있는 것이었다. 이 실험에서 프라운호퍼는 그의 이름을 불멸의 것으로 만든 놀라운 검은 띠들을 발견했다. 빛의 성질에서 유래한 '프라운호퍼 선'을 발견한 것이다. 그는 태양 이외의 천체에 대해서도 스펙트럼 조사를 했다. 달과 금성, 화성을 분광기에 넣었을 때도 똑같은 선을 볼 수 있었다. 그러나 망원경을 항성으로 겨누었을 때는 상황이 달랐다. 별마다 각기 특유의 스펙트럼을 보여주는 것이다. 그는 햇빛 스펙트럼의 세밀한 조사를 통해 모두 324개의 검은 선을 발견했는데, 이 선들이 무엇을 뜻하는 건지 끝내 알 수 없었지만, 이것이야말로 저 천상의 세계가 무엇으로 이루어져 있는지를 밝혀낼 수 있는 열쇠로서, 19세기 천문학상 최대의 발견이었던 것이다. 프라운호퍼의 암선이 뜻하는 것은 그로부터 한 세대 뒤 키르히호프에 의해 완벽하게 해독되었다. 태양을 해부한 사나이​ ‘별의 물질을 아는 것은 불가능하다’고 단정한 콩트의 말을 보기 좋게 뒤집은 키르히호프는 칸트가 태어난 지 꼭 백년 만인 1824년 칸트의 고향 쾨니히스베르크에서 태어났다. 그리고 쾨니히스베르크 알베르투스 대학에서 전기회로를 연구하고, 졸업 후 하이델베르크 대학 교수로 갔다. 거기서 키르히호프는 유황이나 마그네슘 등의 원소를 묻힌 백금막대를 분젠 버너 불꽃 속에 넣을 때 생기는 빛을 프리즘에 통과시키는 방법으로 여러 가지 원소의 스펙트럼 속에서 나타나는 프라운호퍼 선을 연구한 결과, 각각의 원소는 고유의 프라운호퍼 선을 갖는다는 사실을 발견했다. 말하자면 원소의 지문을 밝혀낸 셈이었다. 특정한 파장의 빛은 특정한 원소의 가스에 흡수되어 프라운호퍼 선을 만든다. 따라서 어떤 별빛을 분광기로 조사해 프라운호퍼 선을 찾암내면 바로 그 별의 성분을 알 수 있는 것이다. 그는 “해냈다!”고 외쳤다. 이것이 바로 반세기 전 프라운호퍼가 그토록 알고 싶어한 수수께끼였던 것이다. 별의 수수께끼는 모두 별빛 속에 답이 있었던 것이다. 콩트가 죽은 후 2년 뒤인 1859년, 그는 이 같은 사실을 발표했다. 이로써 키르히호프는 태양을 최초로 해부한 사람이 되었고, 항성물리학의 기초를 놓은 과학자로 기록되었다. 그러나 태양이 무엇을 태워 저처럼 막대한 에너지를 분출하는지, 그 에너지 원이 밝혀지기까지는 아직 한 세기를 더 기다려야 했다. 아시다시피 별은 천하 만물의 고향이다. 수소와 헬륨 외의 모든 원소들은 별 속에서 만들어졌으며, 초신성이 폭발할 때 생성된 것이다. 우리 인간의 몸을 만들고 있는 철, 칼슘, 요드 같은 모든 원소들도 별에서 나오지 않은 것이 없다. 그러니, 별이 없었으면 우리 인간은 존재할 수 없었을 것이다. 별이 일생을 다하고 우주공간에다 장렬히 제 몸을 흩뿌림으로써 우리는 그에서 몸을 받고 마음을 받아 지금 살고 있는 것이다. 그러므로 별은 우리 인간의 어버이다. 별은 그처럼 위대하다. 별빛은 그처럼 심오하면서 자애롭다. 지금이라도 바깥으로 나가 밤하늘의 별들을 우러러보라. 오늘밤도 무한 공간을 달려온 별빛이 바람에 스치우며 우리를 비춘다. 우리 모두는 거기서 왔다. 별이 우리의 고향이다. ​그런 마음으로 별에의 아련한 그리움을 느낀다면 당신은 우주적 사랑을 가슴에 품은 사람일이 틀림없을 것이다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

우주의 별들이 폭죽놀이를 하듯 태어나는 생동감 넘치는 모습이 포착됐다. 지난 25일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 허블우주망원경이 촬영한 대표적인 '스타버스트 은하'(Starburst galaxy·폭발적 별생성 은하)인 NGC 3125의 모습을 공개했다. NGC 3125는 지난 1835년 영국의 천문학자 존 허셜이 발견한 은하로 공기펌프자리(constellation of Antlia) 방향으로 5000만 광년이나 떨어져 있다. 우리은하와 가장 가까운 마젤란 은하와 비슷하지만 비교할 수 없을 만큼 더 밝고 활발하다는 것이 전문가들의 설명.　 무려 1만 5000광년에 퍼져있는 NGC 3125는 격렬한 별 탄생을 보여주는 환상적인 현장이다. 전체적으로 장미빛을 띈 은하 중심에 새로 태어난 파란 별들이 꽃가루처럼 뿌려져 있으며 그 중심에는 NGC 3125-A1이라는 이름의 울프-레이에(Wolf-Rayet) 성단이 모여있다. 프랑스 천문학자 샤를 울프의 이름을 딴 이 별은 우리 태양 질량의 20배 이상 되는 극대거성으로 자체 ‘연료’를 빠르게 소모하는 탓에 결국 초신성 폭발을 일으키면서 찬란한 최후를 맞는다. 사진=SA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

최근 대형 태양풍 발생 빈번… 10년내 최악 발생 가능성 12% 2009년 니컬러스 케이지가 주연한 영화 ‘노잉’은 지구의 자기장 이상과 대규모의 태양 흑점 폭발로 인해 열기가 지구 전체를 뒤덮으면서 인류에게 종말이 닥치는 내용을 담았다. 이 영화가 그린 것처럼 실제로 태양풍으로 인해 지구가 최후의 날을 맞을 수 있다는 연구 결과가 세계적 과학저널 ‘사이언스’에 실렸다. ‘사이언스’는 영국 옥스퍼드대 인류미래연구소(FHI) 앤더스 샌드버그 박사팀이 발표한 ‘인류 종말의 날 시나리오’를 지난 14일자 톱뉴스로 보도했다. FHI 연구진은 이번에 인류 생존을 위협하는 요인을 ▲태양풍 ▲우주충돌 ▲초대형 화산폭발 ▲그 밖의 위협요소 4가지로 꼽았다. 태양풍은 태양 표면 흑점 폭발이나 코로나 질량 방출(CME) 현상으로 인한 지구 자기장 폭풍으로 통신 장애를 일으키거나 화재를 발생시키기도 한다. 1859년 9월 영국에서 발생한 ‘캐링턴 사건’ 때는 사상 최악의 태양폭풍으로 22만 5000㎞에 이르는 전신망이 마비되고 곳곳에서 화재가 발생하는 등 엄청난 혼란을 일으켰다. 연구자들은 최근 대형 태양풍이 자주 일어나고 있으며 캐링턴 사건 때보다 10~100배 이상의 태양풍 발생 가능성이 있다고 경고했다. 캐링턴 사건 때와 유사한 태양풍이 10년 내에 발생할 가능성이 12%에 이른다고 이들은 분석했다. 우주충돌 시나리오는 지구를 향해 날아드는 혜성이나 소행성으로 인한 것이다. 46억년 전 태양계가 만들어질 때 잔해인 소행성과 혜성은 화성과 목성 사이 지역에 지름 1㎞ 이상의 소행성이 110만~190만개, 이보다 작은 소행성은 수만개에 이르는 것으로 알려져 있다. 이들은 우주공간을 떠돌다가 지구의 중력에 끌려 충돌할 가능성이 있다. 또 연구진은 초대형 화산폭발이 발생할 경우 화산재가 지구 전체를 둘러싸 햇빛을 막을 가능성을 제기했다. 연구진은 이런 초대형 화산폭발 가능성이 있는 지역으로 북미 3곳, 남미 1곳, 인도네시아 토바 화산, 뉴질랜드 타우포 화산, 한반도 바로 아래쪽에 위치한 일본 아이라 화산 7군데를 꼽았다. 그 외에도 초신성 폭발로 발생하는 우주감마선 유입, 아마존 같은 밀림에서의 대형 화재로 인한 메탄가스의 전 지구적 방출 등도 인류를 멸망에 이르게 할 수 있다고 연구진은 지적했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

천체에 심장이 있어 두근두근 박동이 뛴다면 이같은 모습일까? 지난 7일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)은 유럽우주국(ESA)과 공동운영하는 허블우주망원경으로 촬영한 환상적인 성운의 모습을 공개했다. 붉게 빛나고, 빠르게 회전하는 가스에 둘러싸여 있는 이 성운의 이름은 마치 게딱지와 비슷하게 생겼다고 해서 ‘게성운’(Crab Nebula)이라 불린다. 공개된 사진이 게의 모습처럼 보이지 않는 이유는 과거와 달리 허블이 그 중심의 내부를 들여다봤기 때문이다. 지구에서 약 6500광년 떨어진 곳에 위치한 게 성운은 초신성 폭발로 생긴 잔여물이다. 일반적으로 별은 생에 마지막 순간 남은 ‘연료’를 모두 태우며 순간적으로 대폭발을 일으킨다. 이를 초신성 폭발이라고 부르며 이 때 자신의 물질을 우주공간으로 방출하는데 게 모습은 바로 그 흔적인 셈이다. 이번에 공개된 사진이 흥미로운 것은 게 성운의 중심에 존재하는 죽은 별을 담아냈기 때문이다. 흰 가스가 소용돌이치는 지점에는 다소 낯선 이름의 중성자별(neutron star)이 존재한다. 우주에 존재하는 천체 중 가장 고밀도인 중성자별은 초신성 폭발후 남은 중심부가 중력으로 압축돼 생긴다. 곧 초신성 폭발로 별의 바깥 부분은 사방팔방으로 흩어져 게 성운의 모습이 됐고 그 중심부는 압축돼 중성자별이 된 것이다. 　 NASA 측은 "게 성운 중심에 있는 중성자별은 폭이 몇 마일에 불과할 정도로 작지만 질량은 우리 태양과 비슷하다"면서 "역대 게 성운 사진과 달리 이 사진은 지옥같은 안을 담고있다"고 밝혔다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr