미 항공우주국(NASA)의 차세대 외계 행성 사냥꾼인 'TESS 우주 망원경'이 계획된 발사보다 2개월 앞서 플로리다에 도착했다. 최근 NASA 관계자는 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)가 지난 12일(현지시간) 트럭에 실려 케네디 우주 센터에 운송됐다고 밝혔다. 향후 TESS는 케이프 커내버럴 공군기지에서 빨라도 4월 16일 이후 스페이스X 팰컨 9 로켓 위에 탑재될 예정이다. TESS는 행성이 별의 앞면을 통과하는 데 따라 별의 광도가 약간 감소하는 현상을 포착하기 위해 적어도 2년 동안 태양에 가까운 20만 개의 밝은 별을 연구하는 데 20년 이상을 소비할 예정이다. NASA의 성공적인 행성 사냥꾼 케플러 우주 망원경은 이 같은 ‘통과’ 기술을 사용하여 거의 2,500개의 확인된 외계 행성을 발견했다. TESS 팀 멤버들은 이 미션을 통해 수천 개의 외계행성 발견을 기대하고 있다. 모든 것이 계획대로 진행된다면 내년에 발사될 예정인 NASA의 89억 달러 규모의 제임스 웹 우주 망원경이 이들 중 몇십 개를 심도있게 관측, 연구하게 될 것이다. 제임스 웹은 가장 가까운 외계 행성 일부의 대기에서 수증기, 메탄 및 기타 가스를 스캔할 수 있어 천문학자들이 그 세계가 생명을 품고 있을 잠재력을 측정할 수 있게 도와줄 것이다. 정말로 운이 좋다면 연구원들은 웹이 생명 자체를 암시하는 가스를 발견할 수도 있을 것으로 기대하고 있다. TESS 미션은 메릴랜드주 NASA의 고다드 우주비행 센터에서 관리하며, 그 운영은 매사추세츠 공과대학(MIT)이 맡고 있다. MIT의 천체물리학 및 우주 연구를 위한 캐블리 연구소의 조지 리커 박사가 주요 연구원이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

천문학자들이 우주 망원경을 이용해 지구처럼 바위로 이뤄진 지구형 행성부터 목성과 토성 같은 기체형 행성까지 100개 가까운 새로운 외계행성을 한꺼번에 발견해 주목을 받고 있다. 덴마크공과대(DTU)와 미국 하버드·스미스소니언 천체물리학연구소, 프린스턴대, 캘리포니아공과대(칼텍), MIT, 항공우주국(NASA), 일본 도쿄대 등 국제공동연구팀은 NASA에서 운용하고 있는 케플러 우주 망원경을 이용해 새로운 외계행성 95개를 무더기로 발견하고 공개 학술 데이터베이스인 ‘아카이브’ 15일자로 발표했다. 이번 발견으로 지금까지 K2 프로젝트로 발견한 외계행성은 314개가 됐다. 연구팀은 케플러 우주 망원경이 보내온 신호를 분석해 275개의 외계행성 후보 중 149개를 실제 외계행성으로 확인했고 그중 95개는 그동안 발견되지 않은 완전히 새로운 외계행성이라는 사실을 밝혀냈다. 이번에 발견된 외계행성들은 지구처럼 바위로 이루어져 있고 지구보다 큰 것들부터 목성이나 토성처럼 가스로 뒤덮여 있고 지구보다 훨씬 큰 가스형 행성까지 다양한 형태라고 연구팀은 설명했다. 연구팀에 따르면 이번에 발견된 행성 중 하나는 지구처럼 ‘HD212657’이라는 항성(별) 주위를 10일 간격으로 공전하고 있어 지구와 비슷한 환경을 가진 ‘골디락스 행성’일 가능성이 높다고도 했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미 항공우주국(NASA)의 차세대 외계 행성 사냥꾼인 'TESS 우주 망원경'이 계획된 발사보다 2개월 앞서 플로리다에 도착했다. 최근 NASA 관계자는 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)가 지난 12일(현지시간) 트럭에 실려 케네디 우주 센터에 운송됐다고 밝혔다. 향후 TESS는 케이프 커내버럴 공군기지에서 빨라도 4월 16일 이후 스페이스X 팰컨 9 로켓 위에 탑재될 예정이다. TESS는 행성이 별의 앞면을 통과하는 데 따라 별의 광도가 약간 감소하는 현상을 포착하기 위해 적어도 2년 동안 태양에 가까운 20만 개의 밝은 별을 연구하는 데 20년 이상을 소비할 예정이다. NASA의 성공적인 행성 사냥꾼 케플러 우주 망원경은 이 같은 ‘통과’ 기술을 사용하여 거의 2,500개의 확인된 외계 행성을 발견했다. TESS 팀 멤버들은 이 미션을 통해 수천 개의 외계행성 발견을 기대하고 있다. 모든 것이 계획대로 진행된다면 내년에 발사될 예정인 NASA의 89억 달러 규모의 제임스 웹 우주 망원경이 이들 중 몇십 개를 심도있게 관측, 연구하게 될 것이다. 제임스 웹은 가장 가까운 외계 행성 일부의 대기에서 수증기, 메탄 및 기타 가스를 스캔할 수 있어 천문학자들이 그 세계가 생명을 품고 있을 잠재력을 측정할 수 있게 도와줄 것이다. 정말로 운이 좋다면 연구원들은 웹이 생명 자체를 암시하는 가스를 발견할 수도 있을 것으로 기대하고 있다. TESS 미션은 메릴랜드주 NASA의 고다드 우주비행 센터에서 관리하며, 그 운영은 매사추세츠 공과대학(MIT)이 맡고 있다. MIT의 천체물리학 및 우주 연구를 위한 캐블리 연구소의 조지 리커 박사가 주요 연구원이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

천문학자들이 우주 망원경을 이용해 바위로 만들어진 지구형 행성부터 목성과 토성 같은 기체형 행성까지 100개에 가까운 새로운 외계행성을 한꺼번에 발견해 화제가 되고 있다.덴마크공과대학(DTU)과 미국 하버드-스미소니언 천체물리학연구소, 프린스턴대, 캘리포니아공과대(칼텍), MIT, 항공우주국(NASA), 일본 도쿄대 등 국제공동연구팀은 NASA에서 운용하고 있는 케플러 우주망원경을 이용해 새로운 외계행성 95개를 무더기로 발견하고 공개 학술 데이터베이스인 ‘아카이브’ 15일자로 발표했다. 이번 연구결과는 천문학 분야 국제학술지 ‘천문학 저널’에도 실릴 예정이다. ‘행성 사냥꾼’이라고 불리는 케플러 우주망원경은 지구에서 6500만㎞ 떨어진 곳에서 태양궤도를 돌면서 지구형 행성을 찾는 임무를 위해 2009년 발사됐다. 2012년 공식적인 임무 수명은 마쳤지만 2014년부터 외계의 지구형 행성 뿐만 아니라 소행성과 초신성을 비롯한 은하 중심부를 관측하는 ‘K2’라는 새로운 임무를 부여받아 운영되고 있다. 이번 발견으로 지금까지 K2 프로젝트로 발견한 외계행성은 314개가 됐다. 연구팀은 케플러우주망원경이 보내온 신호를 분석해 275개의 외계행성 후보 중 149개를 실제 외계행성으로 확인했고 그 중 95개는 그동안 발견되지 않은 완전히 새로운 외계행성이라는 사실을 밝혀냈다. 이번에 발견된 외계행성들은 지구처럼 바위로 이루어져 있고 지구보다 큰 것들부터 목성이나 토성처럼 가스로 뒤덮여 있고 지구보다 훨씬 큰 가스형 행성까지 다양한 형태라고 연구팀은 설명했다. 연구팀에 따르면 이번에 발견한 행성 중 하나는 지구처럼 ‘HD212657’이라는 항성(별) 주위를 10일 간격으로 공전하고 있어 지구와 비슷한 환경을 가진 ‘골디락스 행성’일 가능성이 높다고도 했다. 앤드류 메이요 DTU 연구원은 “외계행성은 천문학 분야에서 매우 흥미로운 주제”라며 “외계행성이 많이 발견될수록 태양계에 대해 더 많은 것을 알게 될 뿐만 아니라 우주 생성의 비밀에 가까워 질 수 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

천문학자들도 찾지 못한 지구형 행성을 과학에 관심을 가진 일반인들이 5개나 찾아내 주목을 받고 있다.세계적인 과학저널 ‘사이언스’와 영국 BBC는 아마추어 천문학자들로 구성된 시민과학자(citizen scientist)들이 새로운 행성계를 발견해 지난주 미국 워싱턴DC에서 열린 ‘제231회 미국천문학회’에서 발표했다고 21일 밝혔다. 이번 성과는 현재 약 100만명의 일반인들이 참여하고 있는 대표적인 시민과학 사이트인 ‘주니버스’(Zooniverse)에서 이뤄냈다. 시민과학자들이 발견한 5개의 행성은 지구의 1.6~3.3배 크기의 ‘지구형 행성’으로 ‘K2-138계(界)’로 이름이 붙여졌다. 시민과학자들은 미국항공우주국(NASA)에서 운용하고 있는 케플러우주망원경에서 보내온 데이터를 면밀히 분석한 결과 기존의 외계행성에서 보내오는 신호와 다른 패턴을 찾아내 이번 발견을 이끌어 냈다. 이번에 발견된 행성계에 과학자들이 주목하는 것은 독특한 움직임 때문이다. 우리 은하의 태양계를 포함해 많은 행성의 움직임은 ‘공명사슬’이라는 수학적 원리를 따르고 있다. 행성이 항성(별) 주변을 공전할 때 바깥쪽 궤도에 있는 행성은 바로 안쪽에 있는 행성보다 공전시간이 50% 정도 더 걸린다는 것이 공명사슬 원리다. 그런데 이번에 발견된 K2-128계는 4번째 행성과 5번째 행성의 공전주기가 공명사슬 원리를 따르지 않는 독특한 움직임을 보이고 있다. 이 때문에 4번째와 5번째 행성 사이에 아직 발견하지 못한 행성이 있거나 그렇지 않다면 완전히 새로운 형태의 행성 움직임이 가능하다는 설명이다. 시민과학자들의 연구를 도운 캘리포니아공대(칼텍) 천문학자 제시 크리스티안슨 박사는 “비과학자와 남녀노소 관계없이 많은 사람들이 집단지성을 통해 새로운 형태의 천체 시스템을 발견했다는 점에 과학자들도 주목하고 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

올 한 해에도 미지의 우주를 향한 인류의 도전은 계속됐다. 이중 각종 천체망원경을 통한 태양계 밖 외계행성의 발견은 인류에게는 언제나 흥미로운 소식이다. 지구와 같은 환경의 행성이 발견될 경우 외계생명체의 존재 여부, 더 나아가 먼 미래에 인류가 거주할 제2의 지구가 될 수도 있기 때문이다. 올해에 발견된 여러 외계행성 중 압권은 매우 작고 어두운 적색왜성인 트라피스트-1(TRAPPIST-1)를 도는 지구와 유사한 7개의 행성이 무더기로 발견된 것이다. 세계적인 과학저널 네이처는 이 발견을 올해의 10대 과학사건으로 선정했다. 또한 천문 관측 사상 가장 뜨거운 외계행성도 발견돼 학계를 달궜으며 우리나라의 한국천문연구원도 미 항공우주국(NASA)과 공동으로 지구의 질량과 유사한 외계행성 ‘OGLE-2016-BLG-1195Lb’를 발견해 '제2의 지구' 찾기에 한몫했다. 올 한해 발견된 신비로운 외계행성의 일부를 소개한다. - 지구형 행성 트라피스트-1 계 발견 지난 2월 새해부터 천문학계를 들썩이게 만든 발견이다. 지구에서 39광년 떨어진 곳에 위치한 '트라피스트-1'(TRAPPIST-1)은 매우 작고 어두운 적색왜성이다. 흥미로운 점은 이 작은 왜성이 무려 7개나 되는 지구형 행성을 거느리고 있다는 점. NASA 등 국제공동연구팀은 이 행성 7개의 반지름이 지구의 0.7∼1.1배, 질량은 지구의 0.4∼1.4배 범위로, 크기와 질량이 지구와 비슷하다고 결론지었다. 특히나 발견된 행성 중 3개는 액체 형태의 바다가 존재할 가능성이 있어 조심스럽게 외계 생명체가 존재할 가능성도 제기됐다. 그러나 이에 대한 후속연구는 비관적이다. 트라피스트-1 주변의 강력한 항성풍과 방사선 때문에 지구 같은 대기를 보존하기 어려울 것이라는 주장이 제기됐기 때문이다. 이에 따르면 주변 행성들이 대기를 잃어버려 화성처럼 춥고 생명체가 살기 힘든 건조한 행성이 될 가능성이 크다. - 얼음행성 OGLE-2016-BLG-1195Lb　　　 지난 4월 한국천문연구원과 NASA가 공동으로 한국 마이크로렌징 망원경 네트워크(KMTNet)를 이용, 1만 3000광년 떨어진 곳에 위치한 외계행성 'OGLE-2016-BLG-1195Lb'를 발견했다. 질량이 지구의 1.43배로 비슷한 OGLE-2016-BLG-1195Lb는 매우 어두운 항성인 'OGLE-2016-BLG-1195L'의 주위를 공전한다. OGLE-2016-BLG-1195L의 질량은 태양의 7.8% 수준의 매우 작고 차가운 별로, OGLE-2016-BLG-1195Lb는 이로부터 1.16AU(1AU는 지구와 태양 사이의 평균 거리) 떨어진 거리에서 공전하고 있다. 때문에 OGLE-2016-BLG-1195Lb의 표면온도는 명왕성보다도 낮을 것으로 추정되는 얼음 행성이다. - '핫' 뜨거운 행성 발견 지구에서 약 620광년 떨어진 곳에서 우리의 태양만큼이나 뜨거운 행성도 발견됐다. 역대 발견된 것 중 가장 뜨거운 외계행성의 이름은 'KELT-9b'로 표면온도가 4600K에 달하는 가스행성이다. 태양 표면온도가 6000K에 달하는 것과 비교하면 얼마나 뜨거운 지 알 수 있는 대목. KELT-9b의 질량은 목성의 2.88배·반지름은 1.89배로, 태양보다 2배 가까이 뜨거운 모항성 'KELT-9'를 공전한다. 미국 오하이오주립대와 덴마크 코펜하겐대 등이 공동으로 발견했으며 지난 6월 네이처에 연구논문이 발표됐다. 　 - NASA '행성사냥꾼'의 무더기 행성 사냥　 　 NASA의 '행성사냥꾼' 케플러 우주 망원경이 또다시 외계행성을 무더기로 찾아냈다. 지난 6월 NASA는 새 외계행성 후보를 219개나 발견했으며 이중 10개는 크기와 온도가 지구와 비슷해 잠재적으로 액체 상태 물과 생명체가 존재할 수 있는 행성으로 추측했다. 총 6억 달러가 투입된 케플러 미션은 지난 2009년 케플러 망원경이 우주로 발사되면서 시작됐다. 이 망원경에 '행성 사냥꾼'이라는 별명이 붙은 것은 제2의 지구를 찾는 것이 주임무이기 때문으로 지금까지의 임무 수행은 완벽했다. 현재까지 케플러 우주망원경은 총 4000개가 넘는 외계행성 후보를 발견했으며 연구팀은 아직도 그 데이터를 분석 중에 있다. 이중 크기와 온도가 지구가 비슷한 행성은 50여 개 정도다. - 작은 별도는 희한한 거대 행성 기존의 행성 형성 이론에 ‘도전장’을 던진 희한한 거대 행성도 발견됐다. 지난 11월 영국 워릭대학 연구팀은 목성만한 크기의 거대한 외계행성을 발견했다는 논문을 발표했다. 지구에서 약 600광년 떨어진 곳에 위치한 이 행성의 이름은 'NGTS-1b'. 이 행성은 목성같은 가스행성이지만 흥미롭게도 태양 크기의 절반만한 작은 별 'NGTS-1'의 주위를 돈다. 더욱 놀라운 점은 두 천체사이의 거리다. 지구와 태양 사이 거리와 비교하면 3% 밖에 되지 않을 정도로 바짝 붙어있다. NGTS-1의 공전주기는 지구시간 기준으로 불과 2.5일. NGTS-1b의 존재는 기존의 행성 형성 이론으로는 설명하기가 힘들다. 우리가 사는 태양계는 태초에 우주의 가스물질로 이루어진 성운이 자체 중력에 의해 수축하면서 그 중심에 태양이 형성되고 남은 물질이 뭉쳐져 행성이 됐다고 전문가들은 입을 모은다. 이는 여러 이론 중 학계에서 널리 받아들여지는 이론이지만 물론 증명할 수 없는 가설이다. 곧 NGTS-1b 같은 거대 행성이 이렇게 작은 별 주위에 어떤 과정을 통해 형성됐는지가 논쟁거리가 되는 것이다. - 이제는 인공지능이 행성발견도 ‘두뼘 우주’인 바둑을 정복한 인공지능(AI)이 이제는 진짜 우주도 접수할 기세다. 지난 12월 NASA는 케플러 우주망원경과 구글의 AI 기술을 활용해 ‘케플러-90계’에서 새 행성을 발견했다고 발표했다. 케플러-90계는 지구에서 2545광년 떨어져 있으며, 이중 7개의 행성은 과거에 관측됐으며 이번에 새롭게 '케플러-90i'가 발견됐다. 케플러-90i는 지구처럼 암석으로 이루어져있으나 표면 온도는 섭씨 426도에 달해 생명체가 살기엔 적합하지 않은 환경이다. 이번 발견이 의미가 있는 구글의 AI 기술이 활용된 점이다. 과거에는 케플러 우주 망원경이 수집한 데이터를 사람이 일일히 검증했으나 구글의 AI가 학습을 통해 해낸 것이다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

미국항공우주국(NASA)에서 운영하는 ‘오늘의 천체사진’(APOD) 18일자(현지시간)에 우리 태양계를 빼닮은 행성계가 소개되어 세계의 우주 마니아들로부터 관심을 끌고 있다. 문제의 행성계는 케플러-90이라는 이름을 갖고 있는데, 이는 제2 지구를 찾기 위해 지구 궤도에 띄운 케플러 망원경이 발견했기 때문에 붙여진 이름이다. 놀랍게도 이 케플러-90은 우리 태양계와 똑같이 행성을 8개 거느리고 있는 것으로 밝혀졌다. 그밖에도 케플러-90이 우리 태양계와 비슷한 점은 부모별이 우리 태양과 같은 우리 태양과 비슷한 G형 항성이다. G형 항성이란 별의 표면온도와 분광학적 특성으로 분류할 때 , 별의 진화단계에서 주계열성에 있는 중간 질량의 황색 별을 가리킨다. 케플러-90은 나아가 지구와 비슷한 암석형 행성을 비롯해, 목성과 토성과 비교할 만한 큰 행성 등을 갖고 있는 점 등도 우리 태양계와 흡사하다. 그러나 다른 점도 물론 있다. 무엇보다 알려진 모든 케플러-90 행성들의 궤도가 비교적 부모별에 근접해서 태양을 도는 지구 궤도보다 더 가깝다는 점이다. 따라서 케플러-90의 행성들은 유감스럽게도 생명체가 살기 힘들 정도로 뜨거울 것으로 보인다. 그러나 더 세밀히 관측하면 이들보다 더 멀리 있는 차가운 행성을 발견할 수 있을지 모른다. 케플러-90은 우리 태양계로부터 약 2500광년 떨어진 용자리에 있으며 밝기 등급은 약 14다. 이 정도라면 중간 크기 망원경으로도 찾아볼 수 있다. 다음 10년간 외행성 탐색 계획에는 테스(TESS), 제임스웹 우주망원경(JWST), WFIRST, 플라톤(PLATO) 등이 발사를 기다리고 있다. 머지않아 케플러-90 행성들보다 더욱 흥미로운 제2지구가 발견될 것으로 과학자들은 기대하고 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

이제 인공지능(AI)이 과학연구까지 하게 되는걸까.AI가 주도적으로 연구를 이끈 것은 아니지만 AI의 도움을 받아 8개의 행성을 가진 외계 태양계를 추가로 발견한 것이어서 과학계는 물론 인공지능 연구자들까지 비상한 관심을 끌고 있다. 14일(현지시간) 미국 항공우주국(NASA)는 케플러 우주망원경과 구글의 인공지능 기술을 활용해 ‘케플러-90계’라는 ‘제2의 태양계’를 발견했다고 밝혔다. 케플러-90계는 지구에서 2545광년 떨어져 있고 태양계와 마찬가지로 8개의 행성으로 구성돼 있고 14.4일 주기로 공전하는 것으로 알려졌다. 8개의 행성들은 지구처럼 암석으로 이뤄진 암석형 행성이기는 하지만 표면 온도가 426도에 달해 생명체가 존재할 수는 없는 환경으로 분석됐다. 태양계로 따지면 태양과 가장 가까운 수성과 비슷한 수준으로 보인다. 나사가 ‘케플러-90i’라고 명명한 이번 미니 태양계의 발견이 주목할 것은 머신러닝을 활용해 케플러 우주망원경이 수집한 행성신호 3만 5000여건을 기반으로 스스로 학습해 얻어낸 것이라는 점이다. 구글 인공지능은 연구팀과 함께 케플러 우주망원경의 기존 관찰 정보에 순식간에 지나가는 미약한 빛까지 분석해 이번 성과를 낼 수 있었다. 구글의 선임 소프트웨어 엔지니어 크리스토퍼 샬루는 “이번 연구는 말그대로 건초더미에서 바늘 찾기와 같았다”며 “사람이 스스로 검색할 수 없을 정도로 너무 많은 양의 정보가 있을 때 머신러닝 기술이 빛을 발했다”고 설명했다. 실제로 구글은 이번에 활용된 AI 프로그램이 천문학자들의 연구생산성을 높이는데 도움을 줄 것으로 기대하는 한편 일반인들도 외계행성 탐색을 할 수 있도록 프로그램 코드를 공개할 계획이다. 구글에 따르면 이번에 쓰인 머신러닝 기술은 특별한 하드웨어 없이 일반 가정용 컴퓨터로도 활용이 가능하다. 나사는 앞으로도 이 프로그램을 활용해 기존 케플러 우주망원경이 관측한 15만 건 이상의 별을 분석하는 작업을 진행할 계획이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

에스프레소 (ESPRESSO)라는 단어는 보통 커피의 종류를 뜻하는 단어이지만, 유럽 남방 천문대(ESO)의 과학자들에게는 또 다른 의미를 지니고 있다. 차세대 외계 행성 사냥꾼인 암석형 외계 행성 에셜 분광기 및 안정 분광학 관측기(Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observation)의 약자이기 때문이다. 이 장치는 칠레에 있는 거대 망원경(VLT·Very Large Telescope)에 장착되는 특수 분광학 장치로 별의 미세한 흔들림을 감지해 외계 행성의 존재를 찾아낸다. 외계 행성 찾기는 흔히 등대 옆에 반딧불 찾기로 묘사된다. 밝은 등대 옆에 있는 희미한 반딧불의 불빛을 확인하기도 어렵지만, 별과 행성의 밝기 차이는 사실 수십 억 배나 되기 때문에 훨씬 어려운 일이다. 따라서 과학자들은 대부분 간접적인 방법으로 행성의 존재를 증명한다. 예를 들어 케플러 우주 망원경처럼 행성이 별 앞을 지나는 순간을 포착해서 주기적인 밝기 변화를 감지하는 것이 대표적이다. 하지만 지구에서 관측했을 때 대부분의 외계 행성은 별빛을 가리지 않기 때문에 이를 통해서 찾을 수 있는 외계 행성들은 극히 일부에 불과하다. 따라서 과학자들은 몇 가지 대안적인 기술을 개발했다. 예를 들어 유럽남방천문대의 HARPS는 시선속도(radial velocity)를 관측하는 방법으로 외계 행성의 존재를 증명한다. 별이 지구에 가까워지거나 혹은 멀어지면 도플러 효과에 의해 파장이 짧아지거나 길어지는데, 이를 측정하면 별의 이동속도를 측정할 수 있다. 그런데 외계 행성이 있는 경우 별이 공전 주기에 따라 조금씩 흔들리게 된다. 이 미세한 변동을 측정하는 장치가 바로 HARPS와 그 후계자라고 할 수 있는 에스프레소다. HARPS는 불과 초속 1m의 변화도 감지할 수 있을 만큼 정밀한 측정장치다. 하지만 에스프레소는 이보다 훨씬 정밀해 초속 수 센티미터에 불과한 차이도 감지할 수 있다. 덕분에 과거 찾을 수 있던 것보다 훨씬 작은 행성을 찾을 수 있다. 차세대 행성 사냥꾼이라고 기대를 모으는 이유다. 에스프레소는 이제 첫 관측을 시작했으며 앞으로 수년에 걸쳐 데이터를 수집할 것이다. 우주의 넓이를 생각하면 지구 같은 행성은 사실 셀 수 없을 만큼 많을 것이다. 다만 관측 기술의 한계로 그 가운데 발견된 것은 극히 일부에 불과하다. 하지만 에스프레소를 비롯해 차세대 관측 장치의 도움으로 앞으로 수많은 지구형 행성이 그 존재를 드러날 것으로 생각된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

“눈(雪)을 읽는 것은 음악을 듣는 것과 같다. 눈에서 읽은 내용을 묘사하는 것은 음악을 글로 설명하려는 것과 같다.”덴마크의 소설가 페테르 회가 1992년에 내놓은 ‘스밀라의 눈에 대한 감각’은 추리소설 역사상 가장 독특한 인물이 주인공으로 등장하며 가장 철학적이라는 평가를 받는다. 주인공인 스밀라는 유클리드가 쓴 ‘기하학 원론’을 소설처럼 읽는 과학자이면서 얼음과 눈의 미세한 변화나 차이에 대해서도 금세 알아차리는 놀라운 감각을 갖고 있다. “국경의 긴 터널을 빠져 나오자 설국이었다. 밤의 끝이 하얗게 됐다”로 시작하는 일본 작가 가와바타 야스나리의 작품 ‘설국’은 물론 동화작가 안데르센의 ‘눈의 여왕’까지 ‘눈’은 작가들이 가장 사랑하는 기상현상 중 하나로 꼽힌다. 기상청은 지난달 말 ‘3개월(12~2월) 기상 전망’을 발표하면서 12월과 내년 2월은 평년보다 많은 눈이 내릴 것이라고 예보해 ‘화이트 크리스마스’에 대한 기대감을 한껏 높였다. 구름 속 수분이 얼어 하얗게 떨어지는 기상현상인 ‘눈’은 단순해 보이지만 다양한 과학이 숨겨져 있다. 눈은 일반적으로 상층 기온은 영하권이고 지상 온도는 2도 이하일 때 내린다. 눈의 종류는 크게 ▲함박눈 ▲싸락눈 ▲가루눈 ▲진눈깨비 4가지로 나눌 수 있다.함박눈은 여러 개의 눈 결정이 붙어 눈송이를 만들어 내리는 것으로 1.5㎞ 상공의 기온이 영하 10도 이하일 때 만들어진다. 비교적 따뜻하고 습기 많은 공기에서 생긴다. 싸락눈은 흰색의 작은 얼음 알갱이가 떨어지는 현상으로 1.5㎞ 상공의 기온이 영하 20도 이하의 찬 공기에서 만들어진다. 가루눈은 밀가루처럼 잘 뭉쳐지지 않는 눈으로 습도와 기온이 낮고 바람이 강하게 불 때 많이 내린다. 이 때문에 싸락눈과 가루눈이 내리는 날은 함박눈이 내릴 때보다 훨씬 춥다. 진눈깨비는 상공의 기온이 높아서 눈이 내리다 녹아 비와 섞여 내리는 현상이다. 땅에 쌓여 있는 눈이 바람 때문에 날려 눈이 내리는 것처럼 보이는 현상도 있는데 ‘날린 눈’이라고 부른다. 눈의 종류는 이처럼 4가지에 불과하지만 지금까지 밝혀진 눈의 결정 모양은 6000여개가 넘는다. 우리가 흔히 알고 있는 눈 결정 모양은 눈송이 하나에 6개의 가지가 달려 있는 육각형 모양이지만 실제로는 바늘 모양, 기둥 모양, 장구 모양, 둥근 모양, 불규칙한 입체 모양 등 다양하다. 마치 사람의 지문이 모두 다른 것처럼 똑같은 종류의 눈이라도 눈이 만들어 내는 결정은 모두 제각각이다. 우리에게 가장 잘 알려진 별 모양의 눈 결정은 상공 1.5㎞의 기온이 영하 10~20도 사이일 때 만들어진다. 이보다 낮은 기온일 때는 기둥형태나 판상형 결정이 만들어지고 영하 10도보다 높을 때는 바늘이나 육각기둥 모양의 결정이 만들어지게 된다. 눈이 결정을 갖고 있다는 사실을 처음 밝혀낸 사람은 마법으로 알려진 연금술을 과학의 수준까지 높여 ‘닥터 우니베르사리스’(백과전서적 박사)라고 부르는 알베르투스 마그누스다. 마그누스는 1260년쯤 자신의 책에 ‘눈을 자세히 살펴보면 독특한 모양의 결정을 갖고 있다’고 기록했다. 눈송이가 육각형 계통의 결정이라는 사실을 밝혀낸 것은 1611년 ‘육각형 눈송이에 대해’라는 책을 쓴 천문학자 요하네스 케플러다. 케플러는 눈송이가 육각형 형태라는 것을 밝혀내기는 했지만 대칭성에 대해서는 설명하지 못했다. 그런데 1665년 현미경을 만들어 세포를 처음으로 관찰한 로버트 훅이 ‘별 모양의 눈 결정에서는 큰 가지에 뻗어 나온 작은 가지는 인접한 큰 가지와 평행하다’는 사실을 설명했다. 그 이후 1820년 영국의 포경업자 W 스코레스비가 96개의 눈꽃 결정을 찾아내고 1855년 영국의 기상학자 제임스 글레이셔가 151개의 눈 결정을 발견했다.그러나 눈 결정이 지문만큼 다양하는 사실을 밝혀낸 것은 미국의 농부이자 아마추어 눈 사진가 윌슨 벤틀리다. 벤틀리는 현미경을 사진기와 결합한 장치를 만들어 1931년 사망할 때까지 6000여종의 눈 결정을 찾아내 사진으로 남겼다. 이 중 3000종의 눈꽃 사진을 골라 ‘눈 결정’이라는 책을 펴내 아직까지 기상학의 교과서처럼 쓰이고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘자연으로 돌아가라’는 말은 18세기 루소가 한 말인데, ‘자연 상태’라는 의미 외에도 르네상스 시대 이후에 나타난 새로운 정신을 표현한다. 세상 문제의 답은 인간이 만들어낸 허구가 아니라 자연 속에 있다는, 즉 관찰과 실증의 중요성을 강조하는 관점이다. 이는 인간 이성을 모든 것의 위에 두는 데카르트적 합리주의와는 결이 다르다.　 이슬람 팽창기에 광범위하게 수집되어 아랍어로 번역됐던 고대 그리스와 인도 문명의 성취가 중세를 지나면서 유럽에 속속 소개됐다. 이를 통해 재발견된 지식과 사고체계가 르네상스를 이끌었는데, 흔히 고대 그리스의 재발견으로 표현되지만 고대 인도 문명의 재발견도 무시할 수 없다. 13세기 이탈리아의 상인 피보나치는 무역을 하며 아랍어에 능통했는데, ‘계산서’를 저술해서 아라비아 숫자를 유럽에 소개했다. 사실은 인도 문명이 발명한 숫자 체계인데도 아라비아 숫자로 잘못 불리게 된 이유인데, 요즘은 인도-아라비아 숫자라고 부르는게 일반적이다. 당시 사용되지 않던 숫자 ‘0’을 유럽에 소개한 것도 피보나치의 책인데, ‘공허’와 ‘허무’의 개념은 유럽 사상계를 혼란에 빠트리기도 했다.　 르네상스 이후 인간 이성에 대한 각성이 전방위적으로 일어났다. 우주는 본질적으로 수학 법칙에 의해 움직이는 조화로운 구조라는 피타고라스적 우주론은 치명적인 매력이었고, 코페르니쿠스는 이를 지동설로 구체화했다. 과학의 영역뿐 아니라 미술에서도 3차원 물체를 실체에 가깝게 캔버스로 옮기기 위한 노력은 원근법과 사영기하학의 개발로 이어졌다. 음악에서도 음계 이론의 수학적 이해를 넘어서 목소리와 악기 소리를 수학적 용어로 완벽하게 표현하는 푸리에의 이론이 출현했다. 하지만 이러한 각성과 성취도 초기에는 근대적 의미의 과학적 사유와는 차이가 있어서 관찰과 검증은 간과됐다. 가톨릭 신부였던 코페르니쿠스는 지동설을 주장한 책 ‘천구의 회전에 관하여’의 공개를 미루다가 사망 직전인 1543년에 출판했다. 로마 교황청의 비난을 두려워했던 탓이다. 아리스토텔레스와 프톨레미우스가 천체의 운동을 기술하면서 지구 중심으로 회전하는 원 77개를 사용한 것에 반해, 중심을 태양으로 바꾸는 것만으로도 원 31개면 충분하다는 것을 증명한 그는 흥분할 수밖에 없었다.　 지동설로 인한 수학적 단순화가 천체의 운동을 아름답게 설명하자 단순함이 주는 미적 완결성에 매료된 것이다. 자신의 이론이 관측과 실험에 부합하는 가는 논외였다. 실제로 50여 년 뒤에 케플러가 타원 궤도를 도입할 때까지 그의 이론은 관측 자료를 설명하지 못했다. 방대한 관측 데이터를 모으고 타원 궤도를 도입한 케플러조차도 그로 인한 미적 단순성에 매료됐던 것으로 보인다. 새로운 우주관은 구교와 신교 모두에게서 공격을 받았다. 교황청은 종교재판을 통해 코페르니쿠스 이론이 성서에 반하는 거짓 피타고라스 이론이라고 비난했고 1616년에 모든 관련 출판물을 금서로 지정했다. 마르틴 루터는 그를 ‘건방진 점성술사’라고 불렀으며, 장 칼뱅은 ‘성령의 권위 위에 코페르니쿠스를 놓는 행위’를 격렬히 비난했다. 그래서 17세기 베이컨의 ‘사고는 관찰의 보조’라는 말은 파격적이다. 관찰 사실을 수학적 방식으로 설명하거나 추상적 사유를 현상을 통해 검증하는 근대적 사고 체계가 확립되는 데에는 긴 시간이 필요했다. 그 과정의 우여곡절과 지적 충돌을 관찰하는 것은 잘 쓰인 소설을 읽는 것보다 흥미진진하다.

먼 미래에 만약 이 행성에 지구인이 도착한다면 적어도 자외선 차단 걱정은 안해도 될 것 같다.　 　 최근 미국 펜실베이니아 주립대학 연구팀은 거대한 크기의 외계행성 '케플러-13Ab'(Kepler-13Ab)에는 '선크림이 눈처럼 내린다'는 흥미로운 연구결과를 내놨다. 선크림은 잘 알려진대로 자외선으로부터 피부를 보호하기 위해 바르는 크림으로 영어권에서 실제쓰는 말은 '선스크린'(sunscreen)이다. 연구팀이 이 행성에 선크림이 흔한 것으로 표현한 이유는 티타늄 디옥사이드(Titanium Dioxide)가 눈처럼 내릴 정도로 많기 때문이다. 이산화티타늄으로도 불리는 티타늄 디옥사이드는 광물성 성분으로 선크림 등 자외선 차단제의 대표적인 물질로 쓰인다. 지구에서 약 1730광년 떨어진 곳에 위치한 외계행성 케플러-13Ab는 '태양계의 큰형님' 목성보다도 6배나 더 크다. 놀라운 점은 무려 2760°C에 육박하는 표면온도다. 이는 항성인 케플러-13A와 바짝 붙어있기 때문이다. 여기에 케플러-13Ab는 지구와 달처럼 공전주기와 자전주기가 같아 한 쪽은 항상 대낮으로 뜨거운 반면, 반대쪽은 항상 어둡고 춥다. 연구를 이끈 토마스 비티 박사는 "케플러-13Ab의 대기에 부는 강력한 바람이 티타늄 디옥사이드 가스를 어둡고 차가운 지역으로 실어나른다"면서 "이 지역에서 티타늄 디옥사이드가 응축돼 구름을 형성하고 눈으로 내린다"고 설명했다. 이어 "외계행성의 복잡한 날씨와 대기 연구는 거주가능한 '슈퍼지구'를 찾는데 큰 도움을 줄 것"이라고 덧붙였다.　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

지구에서 멀리 떨어진 외계 행성의 밤하늘에도 달이 뜰까? 과학자들은 그럴 가능성이 크다고 생각한다. 태양계의 사례를 보더라도 위성이 있는 행성이 없는 행성보다 더 흔하기 때문이다. 이미 발견된 외계 행성만 수천 개에 달하고 우리 은하계에만 수천억 개 이상의 외계 행성이 있을 것으로 추정된다는 점을 생각하면 위성을 거느린 외계 행성이 드물다는 가정이 더 이상하다. 하지만 외계 달 (Exomoon)을 실제로 입증하는 일은 매우 어렵다. 외계 행성을 직접 관측하는 일은 흔히 서치라이트나 등대 옆에 있는 반딧불 찾기로 비유된다. 스스로 빛을 내지 않는 작은 행성은 별보다 보통 수억 배 이상 어둡기 때문이다. 외계 달은 당연히 이보다 훨씬 작고 어두워서 반딧불 옆에 있는 먼지 찾기나 다른 바 없다. 따라서 이미 수많은 외계 행성을 찾아낸 과학자들도 외계 달을 입증하는 데는 대부분 실패했다. 하지만 가능성이 없는 것은 아니다. 외계 행성 가운데는 목성보다 훨씬 큰 대형 행성이 존재하므로 그 주변에는 태양계의 행성처럼 큰 위성이 존재할 수 있다. 막스 플랑크 연구소의 과학자들은 케플러 우주 망원경 데이터를 이용해서 외계 행성 케플러 1625 b-i (Kepler 1625 b-i)를 연구했다. 연구팀은 이 행성이 어쩌면 두 개의 행성으로 구성된 쌍성계이거나 혹은 위성을 거느린 행성일지 모른다는 연구 결과를 발표했다. 이 동반 천체는 지구보다 크거나 토성보다 작은 크기로 가장 가능성 있는 해석은 거대 행성 주변에 해왕성 크기의 더 작은 천체가 공전하고 있다는 것이다. 지구의 경우에도 자신의 지름이 1/4 수준인 달을 거느리고 있으므로 목성보다 큰 행성이라면 해왕성 크기의 위성을 거느려도 이상할 것은 없다. 만약 이 주장이 옳다면 태양계에는 없는 거대 가스 위성을 거느린 행성이 있는 셈이므로 흥미로운 연구 결과다. 이는 외계 태양계의 위성 생성 과정이 태양계와 다를 수 있다는 점을 시사한다. 이외에도 과학자들은 떠돌이 행성인 MOA-2011-BLG-262를 비롯한 몇 개의 행성에서 외계 달의 후보를 발견했다. 하지만 워낙 어둡기 때문에 외계 달의 존재를 확실히 증명하기 위해서는 더 강력한 망원경의 힘이 필요하다. 앞으로 발사될 제임스 웹 우주 망원경과 지상에 건설 중인 거대 망원경이 그 해답을 줄 것으로 기대된다. 외계 달이 있을 경우 생각할 수 있는 중요한 가능성 가운데 하나는 생명체가 살 수 있는 위성이다. 만약 지구와 비슷한 크기의 외계 달이 있고 모성과 적당한 거리에 위치했다면 액체 상태의 물과 대기가 존재할 가능성이 있기 때문이다. 지구의 달에는 토끼가 살지 않지만, 어쩌면 저 멀리 외계 달에는 외계인이 있을지도 모른다. 그 답을 찾기 위해 앞으로 계속해서 연구가 필요하다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

독일의 철학자 카를 야스퍼스는 기원전 900년부터 기원전 200년까지를 인류 역사에서 ‘축의 시대’라고 불렀다. 세계의 주요 종교와 철학이 이 시대에 등장해 지금까지 인류 사상사의 중심을 이뤄왔기 때문이다.현대 과학, 특히 물리학 분야에서 20세기 초는 물리학 교과서에 등장하는 수많은 천재적인 과학자들이 쏟아져 나왔다. 현대 물리학의 양대 산맥이라고 할 수 있는 상대성이론과 양자역학까지 이 시기에 완성됐기 때문에 과학사학자들은 이때를 현대 과학의 ‘축의 시대’라고 평가한다. 특히 90년 전인 1927년 10월 24~29일 벨기에 브뤼셀에서 열린 ‘제5차 솔베이 회의’는 20세기 현대과학을 완성한 중요한 때 였다. 솔베이 회의는 ‘자연현상에 대한 이해를 확대하고 심화’시키자는 취지로 탄산나트륨의 대량생산법을 개발한 벨기에 기업가 어니스트 솔베이의 기부금으로 만들어졌다. 솔베이 회의라고 하면 흔히 물리학자들만의 모임으로 알고 있는데 정식 명칭은 ‘물리학과 화학을 위한 국제 솔베이 기구’로 물리학과 화학 분야에서 중요한 문제를 해결하고 토론하기 위해 1911년에 처음 열렸다. 1913년 2차 회의 이후에는 화학과 물리학 분야가 나뉘어 3년에 한 번씩 열리고 있다. 각 분야 최고 권위자들이 한자리에 모이는 세계 최초의 물리학 및 화학 학회인 솔베이 회의는 대중 강연과 관련 연구자들 간 토론의 장도 마련돼 있지만 원칙적으로는 ‘초청자만’ 참석할 수 있게 돼 있다.실제로 5차 솔베이 회의에 초청됐던 29명 중 17명이 노벨상을 수상했고 ‘퀴리부인’으로 알려진 마리 퀴리는 노벨 물리학상(1903년)과 화학상(1911년) 두 부분에서 수상했다. 이 때문에 과학저술가 J P 매키보이 박사는 5차 솔베이 회의 참석자들이 찍힌 사진을 두고 “아르키메데스, 케플러, 코페르니쿠스, 갈릴레이, 뉴턴, 패러데이, 맥스웰이 모두 모여 고전물리학의 발전을 기념하기 위한 사진 같다”고 말하기도 했다. 5차 회의 주제는 ‘전자와 광자’로, 양자역학이 만들어 낸 물리학의 위기를 어떻게 해결할 것인가가 핵심 논의사항이었다. 특히 하이젠베르크가 주장한 불확정성 원리와 양자이론에서 측정에 관한 역할, 파동함수 등 이른바 ‘코펜하겐 해석’이 맞는가에 대한 논쟁이 벌어진 것이다. 광전효과와 상대성이론을 만든 아인슈타인과 슈뢰딩거방정식을 만들어 낸 슈뢰딩거는 양자역학이 완성되는 데 무척 중요한 역할을 했지만 양자역학의 무작위성과 모호성에 거부감을 느꼈다. 아인슈타인이 “신은 주사위 놀이를 하지 않는다”고 한 말에서 볼 수 있는 것처럼 세계의 명료한 인과성과 연속적 실재성을 옹호했다. 특히 아인슈타인은 “양자역학이 높이 평가받아 마땅한 결과를 여럿 내놓고 있지만 아직 올바른 궤도에 들어서지는 못했다”고 평가하며 관찰자의 관찰행위에 따라 대상의 실제 상태가 바뀐다는 양자론의 모호성에 대해 강하게 반대했다. 결국 5차 솔베이 회의에서는 보어를 위시한 ‘코펜하겐 학파’의 주장이 받아들여졌다. 5차 솔베이 회의에 참석한 과학자들의 업적이 아니라면 현대인들의 삶은 여전히 19세기에 머물러 있을 것이라는 평가가 많다. 아인슈타인의 상대성이론은 우리와 전혀 상관없어 보이지만 위치확인시스템(GPS)의 기반이 되고 있다. 상대성이론에 따르면 빠르게 움직이는 물체의 시간은 상대적으로 느리게 흐르는데 GPS 신호를 보내는 위성의 시간도 지표면의 시간보다 느리게 흘러간다. 여기에 중력의 영향까지 받는다. 이런 속도와 중력효과를 상대성이론으로 바로잡아 주지 못한다면 차량 내비게이션의 순간 오차는 10m 이상 차이가 날 수 있다. 5차 솔베이 회의에서 승자가 된 양자역학도 현대인의 삶에서 중요한 역할을 하고 있다. 양자역학이 없었다면 반도체가 탄생할 수 없었으며 컴퓨터, 스마트폰, 레이저, 엘리베이터 출입문 개폐장치 등은 그저 SF소설이나 영화에서나 만날 수 있는 기술들이었을 것이다. 남순건 경희대 물리학과 교수는 “양자역학과 상대성이론은 현대 물리학의 핵심 기둥으로 인류의 세계관을 확장시켰다는 점에서 과학을 뛰어넘은 철학의 역할까지 하고 있다”고 말했다. 올해도 ‘생체의 물리학-생물학에서의 공간, 시간과 정보’라는 주제로 19~21일에 벨기에 브뤼셀에서 제27회 솔베이 물리학 회의가 열린다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

천문학자들은 지금까지 수천 개 이상의 외계 행성을 찾아냈다. 이 가운데는 지구와 매우 흡사해 제2의 지구라고 불릴 만한 행성도 존재한다. 하지만 이들은 우리 은하계에 존재할 수천억 개 이상의 행성 중 극히 일부에 불과하다. 과학자들은 이들 가운데 지구처럼 생명체가 존재하는 행성이 어딘가 있을 것으로 기대하고 연구를 계속하고 있다. 그런데 여기서 한 가지 의문이 들 수 있다. 우리가 외계 행성들을 찾아낼 수 있다면 외계인 역시 똑같이 지구를 찾아낼 수 있지 않을까? 나사의 행성 사냥꾼 케플러 우주 망원경은 식현상(transit)을 이용해서 외계 행성을 찾는다. 지구에서 관측할 때 별 앞으로 외계 행성이 지나가면서 미세하게 밝기가 줄어드는 것을 포착하는 것이다. 물론 반대로 외계 행성에서 봤을 때 지구가 태양 앞을 지나면 미세하게 밝기가 감소하는 것을 알 수 있다. 퀀즈 대학 및 막스 플랑크 연구소의 과학자팀은 지구 - 태양의 식현상을 관측할 수 있는 외계 행성을 조사했다. 연구 결과 우리 은하계에서 태양을 관측할 경우 지구를 포함해 가장 안쪽 궤도를 공전하는 행성 3개 중 하나를 발견할 가능성은 1/40 정도인 것으로 나타났다. 2개를 발견할 가능성은 그 10분의 1 정도이고 3개 모두를 관측할 수 있을 가능성은 다시 그 10분의 1 정도로 매우 낮았다. 세 행성 중 지구를 관측할 수 있는 위치는 우리 은하계에서 옆으로 누운 S자 모양으로 분포한다. (위의 사진에서 파란색 선) 연구팀은 지금까지 알려진 외계 행성 가운데 68개에서 태양계에 암석형 행성이 하나 이상 있다는 사실을 확인할 수 있으며 지구의 존재를 확실히 알 수 있는 행성은 9개 정도라고 발표했다. 이는 물론 외계인이 지구인과 동일한 수준의 기술력을 가지고 있다고 가정할 경우다. 다만 아쉽게도 이 9개 행성 가운데 생명체가 살수 있는 외계 행성은 없다. 하지만 우리가 발견한 외계 행성은 전체의 극히 일부라서 이 연구만으로 결론을 내리기는 어렵다. 우리가 다른 별을 보고 외계인이 있을까 궁금해하는 것처럼 지적 외계인도 지구를 보면서 혹시 생물체가 사는 것은 아닐까 하고 호기심을 가질지도 모른다. 이 질문에 대한 답을 얻기 위해서는 지금보다 더 강력한 망원경과 관측 장비가 필요하다. 그리고 인류는 여기에 끊임없이 투자하고 있다. 당장에는 어려울지 모르지만, 미래의 인류는 이 질문의 답을 알아낼 가능성이 크다. 어쩌면 외계인도 마찬가지일지 모른다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

현재 지구촌 천문학자들이 가장 주목하고 있는 별은 겨울의 대표적인 별자리인 오리온자리의 알파별 베텔게우스다. 적색 초거성인 베텔게우스는 엄청난 덩치로 인해 채 태어난 지 1000만 년도 안되어 별의 종말, 곧 초신성 폭발을 눈앞에 두고 있기 때문이다. 임종이 가까운 베텔게우스는 현재 무섭게 팽창하고 있는데, 질량은 태양의 12배에 지나지 않지만, 지름은 태양의 900배나 되어 무려 13억㎞에 달한다. 이는 곧 태양에서 지구까지 거리의 9배에 가까운 크기다. 이것이 얼마만한 크기일까? 시속 900㎞의 비행기로 지구를 한 바퀴 도는 데는 2일이면 족하다. 그러나 이 별 둘레를 한 바퀴 돌려면 무려 518년이 걸린다. 만약 베텔게우스를 태양 자리에다 갖다놓는다면 수성, 금성, 지구, 화성은 확실히 베텔게우스에 먹혀 사라지고, 적색거성의 표면은 목성 궤도에 육박할 것이다. 과학자들에 따르면, 이 초거성 베텔게우스가 수명이 다해 조만간 초신성으로 폭발하는 광경이 지구에서 최소한 1~2주간 관측될 가능성이 있는 것으로 예상됐다. 천문학적으로 조만간이라면 며칠도 될 수 있고, 수천 년, 수만 년도 될 수 있지만 말이다. 베텔게우스는 지구로부터 640광년이나 떨어져 있다. 그러니까 지금 내가 보고 있는 베텔게우스의 붉은 별빛은 이성계가 위화도에서 고려 군사를 되돌릴 때 그 별에서 출발한 빛인 셈이다. 사진에서 보이는 베텔게우스의 확장된 가스층은 그 지름이 약 600억㎞로, 태양-지구 간 거리의 400배에 달한다. 그런데 이 베텔게우스가 과거에 태양 크기의 동반성을 잡아먹었다는 연구결과가 얼마 전 발표되어 다시 한 번 사람들의 이목을 끌고 있다. 일반적으로 이런 초거성은 각운동량 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 3900㎞라는 폭풍 같은 속도로 회전하고 있다. 이는 보통 별들이 자전속도보다 150배나 빠른 속도다. 이처럼 비정상적으로 빠른 베텔게우스의 자전속도는 무엇으로부터 나왔나 하는 의문에 대해 과학자들은 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 6000㎞에 달하는 물질 구름을 우주공간으로 내뿜는다. 베텔게우스가 뿜어낸 물질 구름이 별을 껍질처럼 둘러싸고 있는 것이 발견되었는데, 이는 베텔게우스가 과거에 모종의 격변을 겪었음을 말해주는 증거로 보고 있다. 우리 태양 같은 별은 보통 약 100억 년을 살지만, 이런 덩치 큰 별들은 강한 중력으로 인해 급격한 핵융합이 일어나므로 연료 소모가 빨라 얼마 살지 못한다. 베텔게우스는 아직 1천만 년이 채 안되었는데도 임종의 증세를 보이고 있는 것이다. 이 별이 초신성으로 폭발한다면 어떤 현상이 벌어질까? 일단 지구 행성에서 약 2주간 밤이 없어질 것이라 한다. 지구가 형성된 이후 가장 밝은 빛으로 기록될 수 있을 정도일 것으로 예상된다. 문제는 베텔게우스의 정확한 폭발시점으로, 호주의 사우스퀸즐랜드대 브래드 카터 교수는 향후 100만 년 이내에 언제라도 가능하지만, 내년이 오기 전에 일어날 가능성이 있다고 말했다. 어쩌면 벌써 터졌을 수도 있다. 그래 봤자 우리는 640년 후에나 알 수 있을 테니까 말이다. 통계적으로 한 은하에서 100년에 2, 3차례 초신성 폭발이 일어나지만, 우리 은하에서는 지난 17세기 한 세대 간격으로 터진 튀코 초신성과 케플러 초신성 이후 400년 동안 초신성 폭발이 없었다. 그래서 천문학자들은 초신성은 위대한 천문학자가 있는 시대에만 터진다는 우스갯소리를 하곤 한다. 과연 우리 세대에 베텔게우스가 폭발하는 장엄한 광경을 볼 수 있을 것인가, 천문학자와 별지기들은 목 빼고 기다리고 있는 중이다. 이번 겨울 오리온자리를 사수하자. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

우리가 지금 손에 들고 있는 스마트폰은 미항공우주국(NASA)이 태양계 곳곳에 보낸 무인 탐사선보다 훨씬 강력한 성능을 지니고 있습니다. 하지만 그렇다고 해서 우리가 가진 스마트폰으로 우주를 탐사할 수 있는 것은 아닙니다. 우리는 평소에 눈치채지 못하지만, 지구는 강력한 자기장과 두터운 대기가 있어 태양과 우주에서 날아오는 방사선과 고에너지 입자의 공격에서 우리를 안전하게 보호하고 있습니다. 그리고 동시에 우리가 쓰는 전자 기기 역시 안전하게 보고받고 있습니다. 따라서 우주 공간으로 나가면 우주인의 경우 방사선의 위협에 노출되고 전자 장비 역시 간섭을 받게 됩니다. 이 문제를 극복하기 위해 인공위성과 우주 탐사선에는 매우 특수한 형태의 컴퓨터가 탑재됩니다. 그 가운데 대표적인 컴퓨터가 BAE 시스템스에서 제작한 RAD 시리즈입니다. 이 방사선 내성 프로세서(Radiation Hardened Processor)는 NASA의 여러 탐사선과 인공위성에 탑재되어 성공적으로 임무를 수행했습니다. 예를 들어 화성을 탐사하는 큐리오시티 로버의 경우 RAD 750을 탑재하고 있는데, 이 제품은 PowerPC 750이라는 비교적 오래된 프로세서를 탑재하고 있을 뿐 아니라 속도도 110~200MHz에 불과합니다. 하지만 보통 컴퓨터는 엄두도 낼 수 없는 높은 방사선 환경에 견딜 수 있을 뿐 아니라 영하 55도에서 섭씨 125도까지 온도에서 작동을 보장합니다. 당연히 속도는 우리가 사용하는 최신 스마트폰과 비교할 수 없을 만큼 느리지만, 대신 어떤 환경에서도 작동을 보장합니다. 고장 나도 수리할 수 없는 우주 탐사 임무에서는 아무리 비싸도 이런 컴퓨터를 사용할 수밖에 없는 일이죠. 참고로 행성 사냥꾼 케플러 우주 망원경과 NASA의 목성 탐사선인 주노 역시 이 컴퓨터를 사용했습니다. 임무에 따라 특수 주문 제작되는 컴퓨터라 가격도 천차만별이지만, 대당 20만 달러를 호가하는 물건으로 알려져 있습니다. 최근 BAE는 RAD 750의 후속 모델인 RAD 5545를 내놓았습니다. 여기에 사용된 쿼드코어 PowerPC e5500 프로세서는 45nm 공정을 사용했는데, 이는 최신 스마트폰 및 컴퓨터 프로세서보다 덜 미세한 공정이지만 이런 목적의 컴퓨터에 사용되는 공정 가운데서는 상당히 미세한 것입니다. 참고로 RAD 750은 150-250nm 공정을 사용합니다. 미세 공정을 적용하기 어려운 이유는 얇고 미세한 회로일수록 극한 환경에서 정상 작동이 어렵기 때문입니다. 사실 그런 이유로 이런 방사선 내성 컴퓨터는 우리가 사용하는 최신 프로세서보다 성능이 낮습니다. RAD 5545는 티타늄 쉴드와 열화 붕소(deleted boron)를 이용한 차폐막 등 최신의 방사선 차폐 기술을 이용해서 높은 방사선 환경에서도 이전보다 미세한 공정을 지닌 프로세서를 보호합니다. 덕분에 과거 여러 대의 컴퓨터로 수행해야 했던 탐사 임무가 이제는 한 대의 컴퓨터만으로 수행할 수 있게 됐다고 합니다. 물론 동일한 조건에서 훨씬 강력한 성능을 발휘하는 것은 말할 필요도 없습니다. 여전히 우리가 사용하는 스마트폰보다 느리지만, 훨씬 강력해진 방사선 내성 컴퓨터의 등장으로 앞으로 우주 탐사가 한층 탄력을 받을 수 있을 것으로 기대됩니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

미항공우주국(NASA)의 케플러 우주 망원경과 지상의 대형 망원경의 활약으로 현재까지 인류는 수천 개의 외계 행성을 찾아내는 데 성공했다. 물론 지금까지 찾아낸 외계 행성은 우리 은하계에 존재할 수천 억 개 이상의 외계 행성 중 극히 일부에 불과하지만, 이것만으로도 과학자들은 이전에 알지 못했던 새로운 사실을 대거 발견했다. 예를 들어 우주에는 지구보다 좀 더 크지만, 암석으로 된 행성인 슈퍼지구나 목성보다 더 크지만, 수성보다 더 안쪽 궤도를 공전하는 뜨거운 목성이 다수 존재했다. 그리고 최근 연구 데이터 분석을 통해서 과학자들은 미니 해왕성이라는 또 다른 부류의 행성이 존재한다는 사실을 발견했다. 캘리포니아 공대 연구팀이 천문학 저널(The Astronomical Journal)에 발표한 내용에 따르면 외계 행성들은 무작위로 분포하는 것이 아니라 생물학에서 파충류와 포유류를 나눌 수 있듯이 몇 개의 그룹으로 나눌 수 있었다. 특히 슈퍼지구와 미니 해왕성은 서로 특징을 공유하는 것이 아니라 분명한 차이를 보였다. 슈퍼지구는 지구 지름의 1.75배 이하의 크기를 가진 지구보다 큰 암석 행성이며, 미니 해왕성은 지구 지름의 2배에서 3.5배 사이의 행성으로 표면에 수소와 헬륨으로 된 가스를 지닌 미니 가스 행성이다. 이들은 해왕성이나 천왕성 같은 행성이지만, 가스가 적은 형태의 행성으로 추정된다. 흥미로운 사실은 슈퍼지구 크기의 가스 행성이나 미니 해왕성 크기의 슈퍼지구는 찾기 힘들다는 것이다. 동시에 해왕성보다 크고 목성보다 작은 가스 행성 역시 그 수가 적었다. 그 이유는 잘 모르지만, 과학자들은 이것이 우연이 아니라 그렇게 될 수밖에 없는 원인이 있다고 생각하고 있다. 가능성 있는 가설 가운데 하나는 행성이 생성될 때 일정 크기 이하 행성은 초기에 획득한 수소와 헬륨 가스를 모두 잃어버린다는 것이다. 별의 온도가 높지 않은 초기에는 가스를 보존할 수 있지만, 별의 온도가 높아지면 열과 항성풍에 의해 작은 행성의 수소 및 헬륨 가스는 모두 날아가게 된다. 어쩌면 그 크기의 기준이 지구 지름의 1.75~2배 수준일 수 있다. (위 개념도 참조) 다른 설명으로는 일부 슈퍼지구가 어떤 이유로든 약간의 헬륨과 수소 가스를 얻어 부피를 크게 부풀렸다는 것이다. 이 경우 질량으로는 전체의 1% 수준의 헬륨과 수소도 기체이기 때문에 행성의 부피를 많이 증가시킬 수 있다. 물론 현재까지 발견한 외계 행성은 전체 외계 행성 가운데 극히 일부에 불과해 목성보다 작은 행성을 간단히 두 가지 형태로 분류하는 것은 오류의 가능성이 있다. 따라서 앞으로 발사될 차세대 행성 탐사 망원경과 차세대 고성능 망원경을 이용해서 더 많은 외계 행성을 찾고 분석할 필요가 있다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

‘미 항공우주국(NASA)이 우주에서 외계 생명체가 존재한다는 증거를 발견했다’는 익명의 국제해커집단 ‘어나니머스’(Anonymous)의 주장은 사실무근이라는 입장이 나왔다. 지난 26일(이하 현지시간) NASA 과학임무위원회 부총재 토마스 주어부헨 박사는 "외계 생명체와 관련된 발표가 보류된 적이 없다"면서 "우주에 우리만 홀로있는 지는 아직 알지 못한다. 이 근원적인 문제의 답을 찾기위해 우리는 여전히 앞으로 나아가고 있다"고 트위터를 통해 밝혔다. 곧 어나니머스가 주장한 NASA의 외계생명체 발견설은 사실무근이라는 입장.　　　 앞서 영국 데일리메일 등 일부 서구언론은 어나니머스가 비공식 유튜브에 게재된 동영상을 통해 "NASA가 우주에서 외계 생명체가 존재한다는 증거를 발견했으며, 이를 조만간 공식 발표할 것"이라고 보도했다. 어나니머스의 이같은 주장이 세계적인 관심을 모은 배경에는 지난 19일 잠재적인 새로운 행성 후보군 219개를 발견했다는 NASA의 발표와 맞물려 있기 때문이다. 이날 NASA는 케플러 우주망원경으로 219개의 행성 후보를 찾아냈으며 이중 10개는 ‘골디락스 존’(Goldilocks zone)에 위치해 있다고 밝혔다. 골디락스 존은 지구처럼 행성이 항성(태양)과 너무 가깝지도(뜨겁지도) 멀지도(춥지도) 않은 적당한 지역에 위치해 있는 것으로 그만큼 외계 생명체의 존재 가능성은 높아진다. 그러나 이는 외계 생명체가 존재할 조건이 된다는 의미지 실제 존재한다는 증거가 되지는 않는다. 한편 미국 워싱턴포스트는 26일 어나니머스의 이 주장도 가짜뉴스라고 보도했다. 허무맹랑한 내용의 유튜브 동영상을 데일리메일 등 일부 언론매체가 확인없이 보도하면서 빚어진 소동이라고 전했다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

2009년 발사된 미항공우주국(NASA)의 케플러 우주 망원경은 외계 행성 탐사에 혁명이라고 할 만큼 큰 성과를 거뒀다. 이미 확인된 외계 행성만 수천 개에 달하고 그 가운데 적어도 수십 개는 지구와 비슷한 크기와 환경을 지닐 가능성이 있다. 케플러 우주 망원경은 심각한 고장 이후에도 K2 연장 임무를 통해 새로운 외계 행성을 발견하고 있다. 하지만 NASA는 케플러를 대신할 더 강력한 행성 사냥꾼을 발사하기 위해 준비하고 있다. 테스(TESS·Transiting Exoplanet Survey Satellite)가 그것으로 케플러에 비해 훨씬 강력한 성능으로 더 많은 외계 행성을 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 현재 이렇게 우주 망원경을 이용해서 외계 행성을 대규모로 찾는 나라는 미국뿐이지만, 유럽 우주국도 이 대열에 합류할 계획이다. 최근 6억 유로의 예산이 승인된 플라토(PALTO·PLAnetary Transits and Oscillations of stars)는 2026년 발사를 목표로 한 차세대 행성 사냥꾼이다. 케플러는 우리 은하에 있는 수천 억개의 별 가운데 극히 일부인 15만 개의 별 주변에서 많은 행성을 찾아냈다. 테스는 50만 개의 별 주변에서 훨씬 많은 행성을 찾아내는 것이 목표이며 플라토 역시 30~100만 개 정도 별 주변에서 외계 행성 사냥에 나설 것이다. 이렇게 많은 별 주변에서 외계 행성을 찾을 수 있는 비결은 식현상(transit)을 이용하기 때문이다. 행성이 별 앞으로 지날 때 별의 밝기가 약간 감소하는 것을 포착해서 행성의 존재를 확인한다. 만약 행성 존재가 의심되는 경우 추가 관측을 통해 외계 행성의 존재를 최종 판단한다. 케플러 역시 이 과정을 통해 수천 개의 외계 행성을 확인한 것이다. 테스나 플라토 모두 훨씬 강력한 성능의 망원경과 이미지 센서를 이용해서 0.01% 이하의 매우 미세한 밝기 변화도 정밀하게 추적할 수 있다. 별의 밝기 변화를 포함한 데이터는 지구로 전송되어 과학자들이 분석하게 된다. 강력한 컴퓨터와 지상의 망원경을 사용해서 외계 행성의 존재를 검증하는 과정은 몇 년이 필요하지만, 이 기술 역시 발전해서 점차 외계 행성을 찾고 분석하는 속도가 빨라지고 있다. 테스와 플라토가 순조롭게 임무를 수행하면 케플러보다 훨씬 많은 외계 행성을 찾아낼 수 있을 것이다. 그리고 지구와 유사한 행성 역시 적어도 수백 개는 발견할 수 있을 것이다. 이를 통해 우리는 제2의 지구라고 할 만큼 지구와 유사한 행성들을 여럿 발견할 가능성이 크다. 그러면 그 가운데 생명체의 징후를 찾는 일도 불가능하지 않을 것이다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com