-천구 남극의 물뱀자리에서 발견된 'SM3' 우주에서 가장 오래된 별의 나이는 과연 얼마나 되었을까? 최근의 정밀한 측정으로 우주의 나이가 138억 살이라는 계산서가 나왔으므로, 이보다 나이 많은 별은 일단 없을 것이다. 현재까지 관측사상 가장 오래된 별은 2014년 호주국립대학(ANU) 스테판 켈러 박사 연구팀이 발견하여 ‘SMSS J031300.36-670839.3’(이하 SM3으로 약칭함)이라는 긴 숫자로 명명된 별이다. 발견 확률이 6000만분의 1로 알려진 이 별은 ANU 연구팀이 사이드 스프링 천문대의 스카이매퍼 망원경으로 11년간 탐색한 끝에, 천구 남극에 가까운 물뱀자리에서 발견했다고 2014년 2월 네이처 지에 발표되었다. -태양 나이의 3배인 136억 살 먹은 별 별에 관한 화학적 연구 결과, 약 136억 년 전에 탄생한 것으로 추정되는데, 이는 우주의 시작인 ‘빅뱅’으로부터 겨우 2억 년이 지난 시점으로, 우주 탄생의 신비를 푸는 과학자들의 연구에 큰 도움이 될 것으로 보인다. 이 별이 발견되기 전까지 가장 오래된 별은 약 132억년 전 탄생한 두 별로, 각각 유럽과 미국 연구팀이 2007년과 2013년 학계에 보고했다. SM3가 있는 곳은 우리은하 안으로, 거리는 약 6000 광년이다. 우주의 척도로 보았을 때 비교적 지구에 가까운 곳에 있는 셈이다. 이 별의 스펙트럼을 검토한 연구자들은 검출 가능한 수준의 철 성분을 전혀 찾지 못했다. 이는 곧 SM3이 태고에 태어난 제1 세대의 별이라는 명백한 증거로 볼 수 있다. 빅뱅으로 탄생한 초기 우주에는 수소와 헬륨 그리고 약간의 리튬만이 존재했으며, 나머지 88가지의 자연 원소는 모든 항성 속에서 만들어지거나, 아니면 수명을 다한 거대 항성이 초신성 폭발을 일으켰을 때 만들어진 것들이다. 따라서 제1 세대의 별은 수소와 헬륨, 리튬으로만 생성되었으며, 중심부에서 수소 핵융합 반응을 일으켜 에너지를 생산함으로써 별의 일생을 시작했다. 이 핵융합은 수소 다음에는 헬륨, 탄소, 네온, 산소 순으로 진행되어 마지막 원자번호 26인 철에서 멈춘다. 철은 가장 안정된 원소로 더 이상 핵융합을 하지 않으며, 철 이상의 중원소들은 모두 초신성 폭발 때 순간적으로 만들어진 것들이다. -푸른빛은 젊은 별, 붉은 빛은 늙은 별 이러한 항성의 진화 과정은 별의 나이를 판정하는 방법을 시사해주는데, 그것은 곧 별에 포함된 철의 양을 측정하면 그 별의 나이를 알 수 있게 된다는 뜻이다. 따라서 연구자들은 별의 색깔만 봐도 그 별이 얼마나 오래된 것인지 알 수 있다. 스펙트럼상에서 철의 양이 적을수록 그 별은 오래된 것임을 알려주는 것이다. SM3 별이 지닌 철의 함량은 태양의 100만분의 1에도 못 미친 것으로 밝혀졌다. 이는 현재까지 알려진 어떤 별과 비교해도 60분의 1 미만 수준으로, 이 별이 지금까지 발견된 가장 오래된 별임을 보여준다는 것이다. 별의 나이는 대부분 1억 살에서 100억 살 사이이다. 항성의 운명은 처음 태어날 때의 덩치, 곧 질량에 따라 대부분 결정된다. 초기 질량은 그 별의 밝기, 크기, 진화 과정, 수명 및 최후를 맞는 양상 등을 결정하는 유일한 조건이다. 별은 질량이 클수록 수명이 짧다. 이는 무거운 별은 중심핵의 압력이 매우 커서 작은 별에 비해 수소를 작은 별보다 훨씬 빨리 태우기 때문이다. 가장 질량이 큰 별은 백만 년 정도 사는 반면, 질량이 작은 적색왜성 같은 별은 중력이 약해 연료인 수소를 소모하는 속도가 상당히 느려 그 수명이 엄청 길다. 조만간 초신성 폭발을 일으킬 것으로 예측되는 오리온자리의 초거성 베텔게우스는 태양 크기의 900배나 되기 때문에 나이가 고작 850만 년임에도 임종이 가까운 것이다. 태양 질량의 10%인 적색왜성의 경우 그 수명이 무려 10조 년이나 된다. 100년을 못 사는 인간에 비하면 거의 '영겁'을 사는 셈이다. 이광식 통신원 joand999@naver.com

-인류의 출발은 초신성 폭발에서 남태평양 타이티 섬에서 생을 마감한 인상파 화가 폴 고갱은 자살을 결심한 후 자신의 유언을 그림으로 남겼다. 그것이 유명한 '우리는 어디서 와서, 어디로 가는가?' 라는 그의 대표작이다. ​100여 년 전인 1897년 연말께 한 달을 밤낮으로 그려 완성한 이 대작이 던진 '우리는 어디에서 왔는가?'라는 질문에 정확한 답변을 할 사람은 당시 지구상에 없었다. 하지만 지금은 현대과학에 힘입어 우리는 그 정답을 지금은 알고 있다. 46억 년 전 아직도 형성되지 않은 태양계 근처에서 생을 다한 늙은 별이 초신성 폭발을 일으켰고, 그 충격으로 거대한 분자구름이 중력 붕괴를 일으켜 태양계를 만들기 시작했다. 초신성이 우주공간으로 품어낸 물질들이 지구가 형성될 때 합류했으며, 그 물질들을 재료삼아 이윽고 지구에서는 생명체가 나타났다. 사실 이러한 우리의 근본을 알게 된 지는 100년도 채 되지 않는다. 한스 베테라는 미국 물리학자가 1938년 별 내부에서 수소가 헬륨으로 변환되는 핵융합 과정에서 별의 에너지가 나온다는 사실을 밝혀냄으로써 비로소 알게 되었던 것이다(그는 이 업적으로 노벨 물리학상을 받았다). 아울러 수천 년 동안 별이 반짝이는 이유를 알지 못했던 인류는 한스 베테의 덕으로 밤하늘에서 별들이 반짝이는 이유를 처음으로 알게 되었다. 별이 핵융합으로 빛을 내지 않았다면, 그리고 초신성이 폭발하여 우주공간으로 제 몸을 풀어내지 않았다면, 우리 인류는 존재하지 못했을 것이다. 이제 인류는 '우리가 어디서 왔는가'를 분명히 알게 되었다. 우리가 온 곳은 바로 저 밤하늘의 별들인 것이다. -'우리'는 누구인가? 이 지구상에는 약 100만 종의 동물이 서식하고 있다. 그 100만 종 중의 하나인 당신은 분류학적으로 본다면, 사람과(Hominidae)에 속하는 고릴라속, 침팬지속, 사람속 중 사람속의 1종으로서, 두 발로 걸어다니는 호모 사피엔스 종에 속하는 영장류이다. 이것이 당신이라는 생물체에 대한 가감 없는 정의이다. ‘호모 사피엔스’는 현생 인류를 포함하는 종의 학명으로, ‘슬기로운 사람’이라는 뜻이다. 인류의 정의에서 말한 ‘두 발로 서서 걷는다’는 것은 참으로 의미 깊은 말이다. 뒷발만으로 이동이 가능한 직립보행을 함으로써 자유로워진 앞발은 도구를 만들어 사용할 수 있는 두 손이 되었던 것이다. 그리고 불을 사용하면서 고기를 익혀 먹는 바람에 충분한 단백질 공급으로 뇌의 용량이 커졌고, 추운 곳에서도 살 수 있게 되었다. 이것이 다른 동물들과의 생존경쟁에서 압도적인 우위를 차지하게 된 까닭이다. 그러나 직립보행 탓에 인간만이 치질을 앓게 됐다는 우스갯소리도 있다. 하지만 이렇게 인류에 대한 정의를 내리더라도 사실 썩 개운치는 않다. 사람처럼 복잡한 존재가 어디 있겠는가. 어떻게 보면 우주보다도 더 복잡하고 신비스러운 존재가 바로 사람이 아닌가. 자신을 낳아준 우주에 대해 연구하고 사색하는 존재가 바로 사람이다. 그래서 ‘우주 속에서 가장 큰 기적은 사람이다’는 말까지 있다. 특히 젊은이들은 자신이 그처럼 소중하고 기적 같은 존재라는 사실을 깊이 깨달을 필요가 있다. 그렇다면 이처럼 우주에서 기적처럼 희귀한 존재인 사람의 기원은 어디서 출발한 것일까? -인류의 한 어머니 '아프리카 이브' 약 200만 년 전부터 시작하는 현생 인류 이전의 호모 하빌리스니, 호모 에렉투스니 하는 화석인류와 유인원 등의 이야기는 훌쩍 뛰어넘고, 현생인류의 기원부터 살펴보기로 하자. 인류학이 지금까지 밝혀낸 것을 간략히 간추린다면, 약 20만 년 전에 현생인류가 지구상에 출현한 것으로 귀결되고 있다. 20만 년이라면 46억 년 지구 역사에서 0.005%에 지나지 않는 기간이다. 우리 인류가 오랜 지구의 역사에서 볼 때 극히 최근에 무대 위에 오른 '신참'이라는 사실을 알 수 있다. 그럼에도 그 짧은 기간에 인류는 70억 인구로 팽창을 거듭하여 지구 행성을 거의 독점하다시피 하며 군림하고 있을 뿐만 아니라, 지구 자체의 안전을 위협하는 존재가 되고 있다. 지구 종말설이 끊이지 않고 있는 것이 현대의 가장 큰 특징이다. 어쨌든 인류 기원설에는 아프리카에서 유럽, 아시아로 확산하여 지역에 따라 분화했다는 다지역 기원설과, 아프리카 단일 기원설이 있다. 아프리카 단일 기원설은 현생 인류의 직계 조상이 약 20만 년 전 아프리카에서 갑자기 출현했으며, 그때부터 5만 년 전까지 그 전에 이미 정착에 살고 있던 네안데르탈인 등 모든 다른 원시 인류들을 몰아내고 주도권을 잡았다는 이론이다. 한동안 서로 맞서왔던 다지역 기원설과 단일 기원설은 20세기 들어 발달한 유전 공학에 힘입어 승부가 판가름났다. 미국의 유전학자들은 DNA 연구를 통해 인류의 기원이 아프리카 인이라는 주장에 손을 들어주었던 것이다. -인류 '7만년의 여정' 우리 몸의 유전자 속에는 많은 이야기가 숨겨져 있다. 다양한 인종의 유전자 조사를 하면, 그들이 가진 DNA의 이력서도 만들 수 있다. 우리 모두는 각자의 몸 속에 수백, 수천 년을 넘어 대대로 내려온 유전자 기록을 모두 갖고 있다. 자기의 유전자를 조사해 면 선조들의 과거까지 알 수 있다. 면봉으로 입천장을 문지르면 상피세포가 묻어나온다. 거기서 DNA를 뽑아내 조사하면 유전자 정보를 알아낼 수 있다. 이 연구에서 과학자들은 사람의 미토콘드리아 DNA가 모계를 통해서만 전해진다는 사실로부터 출발하여, 현 인류의 가계도를 거슬러 올라가보니 현대인의 근원지는 아프리카 대륙이었으며, 어느 한 여성이 인류의 공통 조상이라는 사실을 밝혀냈던 것이다. 과학자들은 이 여성에게 '아프리카 이브'라는 애칭을 붙여주었다.(첫번째 그림 참조) 사람의 외모가 얼마나 다르든지 간에, 유전자 조사를 통해 인류 가계도를 추적한 결과, 지구상의 인류는 모두 아프리카에서 살았던 작은 호모 사피엔스 집단의 후손이라는 사실도 밝혀졌다. 20만 년 전에 아프리카에서 나타나 대륙 곳곳에서 살았던 인류 조상이 혹독한 기후 변화 때문에 약 7만 년 전, 살 길을 찾아 지구 곳곳으로 뿔뿔이 흩어져갔고, 저 북극 아래 동토대와 남북 아메리카에 이르는 7만년의 여정 끝에 결국은 오늘의 전 인류를 만들어냈다는 것이다. 과학자들은 아프리카를 탈출한 호모 사피엔스 집단의 머릿수까지 알아냈다. '약 700명 정도의 집단'이라고 한다. 이들은 소빙하기를 맞아 좁아진 홍해를 건너고 아라비아 반도를 거쳐, 유럽으로, 아시아 대륙 남부와 북부로 뿔뿔이 흩어져갔다. 그들이 아라비아 반도에 한동안 정착했던 곳 중에는 '에덴'이라는 지명도 발견되었다. 유럽으로 향했던 한 무리의 호모 사피엔스는 높은 지능과 자연 적응력을 무기로, 먼저 와서 살고 있던 원시 인류 네안데르탈 인을 서서히 몰아내고 몇천 년 만에 유럽의 주인이 되었다. 아시아 남쪽으로 향했던 무리들은 인도 대륙을 지나고 말레이를 거쳐, 결국 오스트레일리아까지 건너갔다. 뗏목으로 가더라도 며칠은 가야 하는 망망대해를 우리 조상들은 용감히 건너갔던 것이다. 한편, 아시아 북부로 향했던 무리들은 중국과 한반도로 가기도 했지만, 그 중 일부는 시베리아 동토 지대를 지나고, 빙하의 베링 육교(그때는 두 대륙이 이어져 있었다)를 건넌 다음, 태평양 서해안을 따라 남아메리카의 꼬리에까지 이르렀다. -70억 이산가족의 대상봉 그 길은 실로 몇만km에 달하는, 참으로 멀고도 험한 길이었다. 더욱이 그 기간은 지구의 3분의 1일 얼어붙은 소빙하기였다니, 여로에 오른 그들의 고통은 상상을 뛰어넘는 수준이었을 것이다. 게다가 어린애와 여자들까지 데리고 가야 하는 길이었기에 도중에 많은 사람들이 길 위에서 죽기도 했을 것이다. 하지만 그들은 결국 해냈다. 불굴의 의지로 그 험난한 대장정을 성공으로 이끌었던 인류의 힘은 과연 무엇이었을까? 아마도 그것은 가족과 형제에 대한 지극한 사랑이 아니었을까? 한번 상상해보기 바란다. 지금 당신이 그 자리에 있기까지 당신의 조상이 걸어왔을 그 멀고도 험한 행로를. 많은 원시 인류의 종들은 멸종의 길을 걸었지만, 7만 년 전쯤 아프리카를 떠났던 이 호모 사피엔스는 혹독한 자연과 맹수들의 도전을 물리치고 결국 살아남았다. 뿐만 아니라, 이 작은 무리는 오랜 기간에 걸쳐 지구의 다섯 대륙에 성공적으로 이주하여, 지금 21세기의 문명과 70억 인구를 이루게 되었다. 우리 70억 지구인들은 모두 이들의 후손이며 친척인 셈이다. 생각해보면 참으로 자랑스런 선조들이 아닐 수 없다. 이처럼 과학은 지구상에 살고 있는 우리 70억 인류 모두는 한 어머니로부터 이어져내려온 후손이라는 사실을 밝혀낸 것이다. 말하자면 우리는 아주 옛날에 흩어졌다가 다시 만난 친척이요 한 가족인 것이다. 이는 단순한 수사가 아니라 사실이다. '70억 이산가족의 대상봉'이 바로 현재의 지구촌 공동체인 셈이다. 이것이 이 지구 행성 위에서 인류가 엮어낸 대서사가 아니면 무엇일까? 그 작은 무리가 7만년 만에 어떻게 70억의 인류로 증가할 수 있는가, 갸우뚱하는 이들도 있는데, 수학적으로 풀어보면 간단히 해결된다. 한 세대가 30년이라 보고, 한 세대 만에 2배수로 인구가 증가한다고 볼 때, 2의 33제곱이면 100억이 된다. 곧 1000년 동안 한 세대 만에 2제곱씩 인구 증가가 있다고 보면 바로 100억이 되는 것이다. 그러니 7만년이라면 100억이 되고도 남을 오랜 시간이다. 생각해보면 나를 포함하여 인류는 우주의 오랜 사랑이 키워온 존재라고 할 수 있다. 우주의 역사 138억 년, 지구의 역사 46억 년이라는 장구한 세월이 없었더라면, 우리 인류는 이 우주에 존재하지 못했을 것이다. 우리 몸속의 수소원자 한 개, 산소원자 한 개도 우주와 인연이 닿아 있으며 오랜 시간의 저편과 엮여 있는 것이다. '코스모스'의 저자 칼 세이건의 전 부인이기도 했던 진화생물학자인 린 마굴리스는 우주적인 시각에서 인간에 대한 정의를 이렇게 내렸다. "생명은 또한 우주가 인간의 모습을 띠고, 자신에게 던져보는 한 물음이다." 이광식 통신원 joand999@naver.com

-인류의 출발은 초신성 폭발에서 남태평양 타이티 섬에서 생을 마감한 인상파 화가 폴 고갱은 자살을 결심한 후 자신의 유언을 그림으로 남겼다. 그것이 유명한 '우리는 어디서 와서, 어디로 가는가?' 라는 그의 대표작이다. ​100여 년 전인 1897년 연말께 한 달을 밤낮으로 그려 완성한 이 대작이 던진 '우리는 어디에서 왔는가?'라는 질문에 정확한 답변을 할 사람은 당시 지구상에 없었다. 하지만 지금은 현대과학에 힘입어 우리는 그 정답을 지금은 알고 있다. 46억 년 전 아직도 형성되지 않은 태양계 근처에서 생을 다한 늙은 별이 초신성 폭발을 일으켰고, 그 충격으로 거대한 분자구름이 중력 붕괴를 일으켜 태양계를 만들기 시작했다. 초신성이 우주공간으로 품어낸 물질들이 지구가 형성될 때 합류했으며, 그 물질들을 재료삼아 이윽고 지구에서는 생명체가 나타났다. 사실 이러한 우리의 근본을 알게 된 지는 100년도 채 되지 않는다. 한스 베테라는 미국 물리학자가 1938년 별 내부에서 수소가 헬륨으로 변환되는 핵융합 과정에서 별의 에너지가 나온다는 사실을 밝혀냄으로써 비로소 알게 되었던 것이다(그는 이 업적으로 노벨 물리학상을 받았다). 아울러 수천 년 동안 별이 반짝이는 이유를 알지 못했던 인류는 한스 베테의 덕으로 밤하늘에서 별들이 반짝이는 이유를 처음으로 알게 되었다. 별이 핵융합으로 빛을 내지 않았다면, 그리고 초신성이 폭발하여 우주공간으로 제 몸을 풀어내지 않았다면, 우리 인류는 존재하지 못했을 것이다. 이제 인류는 '우리가 어디서 왔는가'를 분명히 알게 되었다. 우리가 온 곳은 바로 저 밤하늘의 별들인 것이다. -'우리'는 누구인가? 이 지구상에는 약 100만 종의 동물이 서식하고 있다. 그 100만 종 중의 하나인 당신은 분류학적으로 본다면, 사람과(Hominidae)에 속하는 고릴라속, 침팬지속, 사람속 중 사람속의 1종으로서, 두 발로 걸어다니는 호모 사피엔스 종에 속하는 영장류이다. 이것이 당신이라는 생물체에 대한 가감 없는 정의이다. ‘호모 사피엔스’는 현생 인류를 포함하는 종의 학명으로, ‘슬기로운 사람’이라는 뜻이다. 인류의 정의에서 말한 ‘두 발로 서서 걷는다’는 것은 참으로 의미 깊은 말이다. 뒷발만으로 이동이 가능한 직립보행을 함으로써 자유로워진 앞발은 도구를 만들어 사용할 수 있는 두 손이 되었던 것이다. 그리고 불을 사용하면서 고기를 익혀 먹는 바람에 충분한 단백질 공급으로 뇌의 용량이 커졌고, 추운 곳에서도 살 수 있게 되었다. 이것이 다른 동물들과의 생존경쟁에서 압도적인 우위를 차지하게 된 까닭이다. 그러나 직립보행 탓에 인간만이 치질을 앓게 됐다는 우스갯소리도 있다. 하지만 이렇게 인류에 대한 정의를 내리더라도 사실 썩 개운치는 않다. 사람처럼 복잡한 존재가 어디 있겠는가. 어떻게 보면 우주보다도 더 복잡하고 신비스러운 존재가 바로 사람이 아닌가. 자신을 낳아준 우주에 대해 연구하고 사색하는 존재가 바로 사람이다. 그래서 ‘우주 속에서 가장 큰 기적은 사람이다’는 말까지 있다. 특히 젊은이들은 자신이 그처럼 소중하고 기적 같은 존재라는 사실을 깊이 깨달을 필요가 있다. 그렇다면 이처럼 우주에서 기적처럼 희귀한 존재인 사람의 기원은 어디서 출발한 것일까? -인류의 한 어머니 '아프리카 이브' 약 200만 년 전부터 시작하는 현생 인류 이전의 호모 하빌리스니, 호모 에렉투스니 하는 화석인류와 유인원 등의 이야기는 훌쩍 뛰어넘고, 현생인류의 기원부터 살펴보기로 하자. 인류학이 지금까지 밝혀낸 것을 간략히 간추린다면, 약 20만 년 전에 현생인류가 지구상에 출현한 것으로 귀결되고 있다. 20만 년이라면 46억 년 지구 역사에서 0.005%에 지나지 않는 기간이다. 우리 인류가 오랜 지구의 역사에서 볼 때 극히 최근에 무대 위에 오른 '신참'이라는 사실을 알 수 있다. 그럼에도 그 짧은 기간에 인류는 70억 인구로 팽창을 거듭하여 지구 행성을 거의 독점하다시피 하며 군림하고 있을 뿐만 아니라, 지구 자체의 안전을 위협하는 존재가 되고 있다. 지구 종말설이 끊이지 않고 있는 것이 현대의 가장 큰 특징이다. 어쨌든 인류 기원설에는 아프리카에서 유럽, 아시아로 확산하여 지역에 따라 분화했다는 다지역 기원설과, 아프리카 단일 기원설이 있다. 아프리카 단일 기원설은 현생 인류의 직계 조상이 약 20만 년 전 아프리카에서 갑자기 출현했으며, 그때부터 5만 년 전까지 그 전에 이미 정착에 살고 있던 네안데르탈인 등 모든 다른 원시 인류들을 몰아내고 주도권을 잡았다는 이론이다. 한동안 서로 맞서왔던 다지역 기원설과 단일 기원설은 20세기 들어 발달한 유전 공학에 힘입어 승부가 판가름났다. 미국의 유전학자들은 DNA 연구를 통해 인류의 기원이 아프리카 인이라는 주장에 손을 들어주었던 것이다. -인류 '7만년의 여정' 우리 몸의 유전자 속에는 많은 이야기가 숨겨져 있다. 다양한 인종의 유전자 조사를 하면, 그들이 가진 DNA의 이력서도 만들 수 있다. 우리 모두는 각자의 몸 속에 수백, 수천 년을 넘어 대대로 내려온 유전자 기록을 모두 갖고 있다. 자기의 유전자를 조사해 면 선조들의 과거까지 알 수 있다. 면봉으로 입천장을 문지르면 상피세포가 묻어나온다. 거기서 DNA를 뽑아내 조사하면 유전자 정보를 알아낼 수 있다. 이 연구에서 과학자들은 사람의 미토콘드리아 DNA가 모계를 통해서만 전해진다는 사실로부터 출발하여, 현 인류의 가계도를 거슬러 올라가보니 현대인의 근원지는 아프리카 대륙이었으며, 어느 한 여성이 인류의 공통 조상이라는 사실을 밝혀냈던 것이다. 과학자들은 이 여성에게 '아프리카 이브'라는 애칭을 붙여주었다. 사람의 외모가 얼마나 다르든지 간에, 유전자 조사를 통해 인류 가계도를 추적한 결과, 지구상의 인류는 모두 아프리카에서 살았던 작은 호모 사피엔스 집단의 후손이라는 사실도 밝혀졌다. 20만 년 전에 아프리카에서 나타나 대륙 곳곳에서 살았던 인류 조상이 혹독한 기후 변화 때문에 약 7만 년 전, 살 길을 찾아 지구 곳곳으로 뿔뿔이 흩어져갔고, 저 북극 아래 동토대와 남북 아메리카에 이르는 7만년의 여정 끝에 결국은 오늘의 전 인류를 만들어냈다는 것이다. 과학자들은 아프리카를 탈출한 호모 사피엔스 집단의 머릿수까지 알아냈다. '약 700명 정도의 집단'이라고 한다. 이들은 소빙하기를 맞아 좁아진 홍해를 건너고 아라비아 반도를 거쳐, 유럽으로, 아시아 대륙 남부와 북부로 뿔뿔이 흩어져갔다. 그들이 아라비아 반도에 한동안 정착했던 곳 중에는 '에덴'이라는 지명도 발견되었다. 유럽으로 향했던 한 무리의 호모 사피엔스는 높은 지능과 자연 적응력을 무기로, 먼저 와서 살고 있던 원시 인류 네안데르탈 인을 서서히 몰아내고 몇천 년 만에 유럽의 주인이 되었다. 아시아 남쪽으로 향했던 무리들은 인도 대륙을 지나고 말레이를 거쳐, 결국 오스트레일리아까지 건너갔다. 뗏목으로 가더라도 며칠은 가야 하는 망망대해를 우리 조상들은 용감히 건너갔던 것이다. 한편, 아시아 북부로 향했던 무리들은 중국과 한반도로 가기도 했지만, 그 중 일부는 시베리아 동토 지대를 지나고, 빙하의 베링 육교(그때는 두 대륙이 이어져 있었다)를 건넌 다음, 태평양 서해안을 따라 남아메리카의 꼬리에까지 이르렀다. -70억 이산가족의 대상봉 그 길은 실로 몇만km에 달하는, 참으로 멀고도 험한 길이었다. 더욱이 그 기간은 지구의 3분의 1일 얼어붙은 소빙하기였다니, 여로에 오른 그들의 고통은 상상을 뛰어넘는 수준이었을 것이다. 게다가 어린애와 여자들까지 데리고 가야 하는 길이었기에 도중에 많은 사람들이 길 위에서 죽기도 했을 것이다. 하지만 그들은 결국 해냈다. 불굴의 의지로 그 험난한 대장정을 성공으로 이끌었던 인류의 힘은 과연 무엇이었을까? 아마도 그것은 가족과 형제에 대한 지극한 사랑이 아니었을까? 한번 상상해보기 바란다. 지금 당신이 그 자리에 있기까지 당신의 조상이 걸어왔을 그 멀고도 험한 행로를. 많은 원시 인류의 종들은 멸종의 길을 걸었지만, 7만 년 전쯤 아프리카를 떠났던 이 호모 사피엔스는 혹독한 자연과 맹수들의 도전을 물리치고 결국 살아남았다. 뿐만 아니라, 이 작은 무리는 오랜 기간에 걸쳐 지구의 다섯 대륙에 성공적으로 이주하여, 지금 21세기의 문명과 70억 인구를 이루게 되었다. 우리 70억 지구인들은 모두 이들의 후손이며 친척인 셈이다. 생각해보면 참으로 자랑스런 선조들이 아닐 수 없다. 이처럼 과학은 지구상에 살고 있는 우리 70억 인류 모두는 한 어머니로부터 이어져내려온 후손이라는 사실을 밝혀낸 것이다. 말하자면 우리는 아주 옛날에 흩어졌다가 다시 만난 친척이요 한 가족인 것이다. 이는 단순한 수사가 아니라 사실이다. '70억 이산가족의 대상봉'이 바로 현재의 지구촌 공동체인 셈이다. 이것이 이 지구 행성 위에서 인류가 엮어낸 대서사가 아니면 무엇일까? 그 작은 무리가 7만년 만에 어떻게 70억의 인류로 증가할 수 있는가, 갸우뚱하는 이들도 있는데, 수학적으로 풀어보면 간단히 해결된다. 한 세대가 30년이라 보고, 한 세대 만에 2배수로 인구가 증가한다고 볼 때, 2의 33제곱이면 100억이 된다. 곧 1000년 동안 한 세대 만에 2제곱씩 인구 증가가 있다고 보면 바로 100억이 되는 것이다. 그러니 7만년이라면 100억이 되고도 남을 오랜 시간이다. 생각해보면 나를 포함하여 인류는 우주의 오랜 사랑이 키워온 존재라고 할 수 있다. 우주의 역사 138억 년, 지구의 역사 46억 년이라는 장구한 세월이 없었더라면, 우리 인류는 이 우주에 존재하지 못했을 것이다. 우리 몸속의 수소원자 한 개, 산소원자 한 개도 우주와 인연이 닿아 있으며 오랜 시간의 저편과 엮여 있는 것이다. '코스모스'의 저자 칼 세이건의 전 부인이기도 했던 진화생물학자인 린 마굴리스는 우주적인 시각에서 인간에 대한 정의를 이렇게 내렸다. "생명은 또한 우주가 인간의 모습을 띠고, 자신에게 던져보는 한 물음이다." 이광식 통신원 joand999@naver.com

맑은 가을 밤하늘은 별을 관찰하는 데 최적의 조건을 제공한다. 밤하늘을 수놓는 별들은 태양처럼 뜨겁게 타고 있는 항성이다. 몇 백 광년 떨어져 있는 아름다운 별들의 내부에서는 수소 같은 가벼운 원자들이 결합해 무거운 헬륨 원자핵을 만들어 내는 ‘핵융합 반응’이 끊임없이 일어나고 있다. 두 개의 원자가 하나의 원자로 만들어지는 과정에서 질량이 줄어드는 만큼 에너지가 외부로 방출되는데, 이것이 바로 ‘핵융합 에너지’다. 태양도 핵융합 반응을 일으키며 빛과 열을 발산하고 있다. 현재 태양빛의 세기는 초당 약 6억t의 수소가 핵융합 반응을 일으키며 타고 있는 것으로 추정되는데 이런 강도의 빛을 계속 낼 수 있다고 가정할 경우 태양은 앞으로 100억년 이상 우리 곁에 있을 것으로 보인다. ●같은 듯 다른 핵융합과 원자력 우리가 알고 있는 원자력 에너지는 핵분열 반응으로 발생하는 에너지를 이용해 물을 끓여 증기를 만들고, 이 증기로 터빈을 돌려 전기를 얻는다. 물을 끓이기 위한 에너지원 공급 방식이 화력 발전에서는 보일러 내 화석연료의 연소 반응이지만, 원자력 발전에서는 원자로 내에서 방사성 동위원소의 핵분열 반응이다. 핵융합 에너지는 두 종류의 수소 동위원소를 합쳐 새로운 물질을 만들어 낼 때 나오는 에너지를 이용해 물을 끓여 증기를 만들고 발전기를 돌린다는 점에서만 다를 뿐이다. 사실 화력 발전, 원자력 발전, 핵융합 발전 모두 쓰이는 연료만 다를 뿐 전기를 얻는 방식은 같은 ‘이란성 삼둥이’인 셈이다. 지구는 태양처럼 핵융합 반응이 쉽게 일어날 수 있는 초고온·초고압 상태가 아니다. 현재 지구 상에서 핵융합 반응을 일으키기에 적합한 물질은 수소 동위원소인 ‘중수소’와 ‘삼중수소’다. 중수소는 바닷물 1㎥당 30g 정도 추출할 수 있으며, 삼중수소는 자연적으로는 존재하지 않지만 리튬에서 뽑아낼 수 있다. 중수소와 삼중수소 원자를 단지 같은 공간에 넣어 둔다고 해서 저절로 융합 반응이 일어나지는 않는다. 같은 양전기를 띠고 있는 두 물체는 서로 밀어내는 힘이 있는데 외부에서 이 힘을 뛰어넘는 힘을 가해 강제로 융합 반응을 일으켜야 한다. 서로 밀어내는 힘을 넘어서 핵융합을 일으키기 위해서는 1만eV(전자볼트)의 에너지, 온도로 환산하면 1억도 이상이 필요하다. 고온의 상태에서 핵융합 반응이 발생하면 고체나 액체, 기체 상태가 아닌 원자핵 이온(양전자)과 전자(음전자)가 분리된 제4의 물질상태인 플라스마 상태가 된다. 번개나 오로라, 형광등, 네온사인 등의 내부가 바로 플라스마 상태다. ●자기장으로 플라스마를 가둔다 번개를 보더라도 자연 상태에서는 플라스마가 오래 지속될 수 없다. 주위의 다른 물질과 반응해 중성의 기체 상태로 돌아가버리기 때문이다. 핵융합 반응을 통해 에너지를 얻기 위해서는 진공 상태의 용기인 핵융합 장치에 핵융합 연료를 넣고 1억도 이상의 초고온 상태로 만들어야 한다. 이렇게 만들어진 플라스마가 오래 지속될 수 있도록 하는 기술이 핵융합 발전의 핵심이다. 또 높은 온도의 플라스마가 핵융합장치 벽에 닿으면 순식간에 녹아내릴 수 있기 때문에 플라스마가 벽에 닿지 않도록 하는 것도 필요하다. 플라스마 상태에서 원자핵 이온과 전자의 전기적 성질을 이용해 진공용기 속에 촘촘히 자석을 배열해 벽에 닿지 않고 핵융합 반응이 일어나도록 하는 방법이 있다. 이런 방식을 ‘자기 핵융합’이라고 부른다. 또 핵융합 연료인 중수소와 삼중수소를 작은 구슬 속에 압축해 넣은 다음 사방에서 고출력 레이저 빔으로 가열하면 순간적으로 초고온·초고압 상태가 만들어지면서 핵융합 반응이 발생하며 폭발한다. 이 때 나오는 에너지를 얻는 방식이 ‘관성 핵융합’인데, 이는 수소폭탄에서 주로 사용되는 방법으로 발전소처럼 연속적으로 일정한 에너지가 나오도록 조절하기 힘들다는 문제가 있다. ●가장 주목받고 있는 장치는 토카막 현재 지구상에서 인공태양을 만들기 위한 방법 중 가장 실용화에 근접한 방식은 초고온의 플라스마를 자기장을 이용해 가두는 ‘토카막’이란 장치를 이용하는 것이다. 토카막은 ‘토로이드 자기장 구멍’이란 뜻의 러시아어 합성어로 1950년대 초반 당시 소련의 물리학자들이 제안한 방식이다. D자 모양의 초전도 자석으로 자기장을 만들어 플라스마가 도넛 모양의 진공용기 내에서 안정된 상태를 유지하도록 만들어 주는 장치다. 현재 작동 중이거나 새로 짓는 실험용 핵융합로 대부분이 토카막 방식일 정도로 핵융합 분야에서는 일찍이 우수성을 인정받아 온 기술이다. 대전 국가핵융합연구소가 2007년 9월 완공해 2008년 7월부터 가동하고 있는 차세대 초전도핵융합연구장치 ‘KSTAR’도 토카막 방식으로 운용되고 있다. 핵융합 발전을 위한 연구가 계속 진행되고 있지만 상용화를 위해 풀어야 할 숙제도 많다. 대표적인 것이 ▲핵융합 발전 출력을 높이기 위한 고성능 플라스마의 장시간 유지 기술 ▲초고온 플라스마 상태에도 견딜 수 있는 핵융합로 재료 기술 ▲핵융합 반응을 전기에너지로 전환하는 동력 변환 기술 ▲플라스마 제어기술 등 네 가지 정도다. 국제핵융합실험로 공동개발사업을 주관하는 국제기구인 ITER의 이경수 기술총괄 사무차장은 “핵융합 상용화를 위해서는 플라스마 상태를 장시간 유지하도록 만드는 것과 플라스마를 제어하는 기술이 핵심”이라며 “2019년 완공을 목표로 하는 ITER이 본격 가동되기 시작하면 핵융합 발전 상용화를 가로막고 있는 다양한 어려운 문제들을 해결할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

컴퓨터를 새로 구매하실 분들이라면 한 가지 빠지지 않는 고민이 있습니다. 바로 저장 장치죠. 솔리드 스테이트 드라이브(SSD, 이하 SSD)는 가격대비 용량이 작지만 대신 속도가 아주 빠르고 반대로 하드디스크 드라이브(HDD, 이하 HDD)는 용량이 큰 대신 속도가 느립니다. 물론 각자 용도와 예산에 맞춰 구매하게 되겠지만, '미래에 SSD가 저렴해지면 결국 HDD는 사라지지 않을까'하는 생각이 드는 것도 사실입니다. 과연 HDD는 미래에는 구시대에 유물이 되는 걸까요? - 더 대용량의 HDD를 향한 몸부림 사실 지난 몇 년간 HDD의 수요는 크게 줄지 않았습니다. PC의 수요가 감소하고 노트북PC 가운데서도 SSD만 탑재한 모델이 증가하는 상황을 생각하면 의외이지만, 사실 의외가 아닌 게 기업 시장이 있기 때문이죠. 아직 세상에는 SSD로만 모든 데이터를 저장하고 백업할 수 있을 만큼 돈이 많은 기업이 많지 않습니다. 사실 기업의 세계이기 때문에 더 비용에 민감하죠. 빠른 데이터 입출력이 필요 없는 분야라면 HDD의 수요는 여전합니다. 물론 개인 가운데서도 외장 하드나 NAS 같은 새로운 저장 장치를 구매하는 경우가 많아져서 사실 수요가 많이 감소하지는 않고 있습니다. HDD 회사들이 아직 망하지 않은 비결이겠죠. 하지만 동시에 SSD의 가격이 빠른 속도로 저렴해지는 것도 사실입니다. 같은 가격이라면 당연히 속도가 빠르고 전력을 적게 먹는 SSD가 압도적으로 유리합니다. HDD가 용량 경쟁에서 이기려면 앞으로 특별 대책이 필요합니다. 웨스턴 디지털, 씨게이트 같은 HDD 제조사들은 이 위기에 공동으로 대응하기 위해서 Advanced Storage Technology Consortium(ASTC)라는 기술 컨소시엄을 만들었습니다. 막대한 비용이 드는 차세대 HDD 기술을 공동으로 개발하기 위해서죠. HDD는 기본적으로 동그란 원판 위에 자기적으로 기록을 저장합니다. 하드디스크 플래터라고 불리는 이 원판의 기록 밀도는 이미 엄청나게 높아진 상태입니다. 현재의 하드디스크들은 플래터당 최고 1.43TB, 그리고 제곱 인치당 0.95Tb(Tbpsi (Terra-bit per square inch))의 저장 밀도를 구현했습니다. 이런 고용량이 가능한 이유는 HDD 제조사들이 수직 자기기록(PMR: perpendicular magnetic recording) 기술에다 SMR(Shingled Magentic Recording)라는 신기술을 적용했기 때문입니다. 그리고 플래터의 밀도를 높이기 위해 저항이 작은 헬륨으로 내부를 채워 넣는 방법도 등장했습니다. 덕분에 10TB라는 거대한 용량의 HDD가 등장했습니다. 하지만 SSD의 용량 증가 속도는 더 놀라워서 이미 10TB가 넘는 대용량 SSD가 등장한 상태입니다. 가격이 너무 비싸 기업용이긴 하지만 HDD 제조사가 더 긴장하지 않을 수 없습니다. HDD 진영의 다음 무기는 열보조 자기기록(HAMR: Heat Associated Magnetic Recording)입니다. 이 방식을 이용하면 50TB급 HDD의 개발도 가능하다고 생각하고 있습니다. 실용화되는 시기는 2017년 이후로 우선 2020년 이전까지 20~30TB급 HDD가 일반화될 것으로 보입니다. 2021년 이후에는 BPMR(Bit Patterned Magnetic Recording) 및 HDMR(Heated-Dot Magnetic Recording)같은 신기술이 100TB급 이상의 HDD를 개발하는 데 도움을 줄 것입니다. 그런데 과연 그런 대용량의 저장장치가 필요할까요? 사실 같은 질문이 1GB HDD, 1TB HDD 때도 있었습니다. 그렇게 생각하면 1PB급 HDD 역시 나중에는 흔하게 보는 물건이 될지도 모르는 일입니다. - SSD의 미래 이렇듯 든든한 신기술을 가지고 있다고는 하지만 최근 비휘발성 메모리 기술의 급격한 발달을 보면 HDD의 미래는 바람 앞의 등불 같아 보입니다. 최근 SSD나 스마트폰, 그리고 메모리 카드 등에 들어가는 낸드 플래시 메모리는 3차원으로 발달하고 있습니다. 낸드 플래시 메모리의 가장 큰 문제점 가운데 하나는 바로 공정이 미세화될수록 기록 밀도와 속도가 빨라지는 대신 수명이 줄어든다는 것이었습니다. 새로운 기록을 덮어쓸수록 수명이 줄어든다는 단점이 있었던 것이죠. 여기에 공정의 미세화 자체도 쉬운 일이 아니었습니다. 그러나 메모리 제조사들은 이 부분에서 새로운 혁신을 만들고 있습니다. 공정의 미세화를 해결할 수 있는 가장 쉬운 해결책은 공정을 미세화하는 대신 아파트처럼 메모리 셀을 쌓아올리는 방식입니다. 그러면 같은 면적에도 더 많은 양을 저장할 수 있습니다. 한정된 토지 위에 여러 층으로 건물을 올린 셈이죠. 이 분야의 선두주자인 삼성전자는 세계최초로 3D V낸드를 양산했습니다. 그것도 이제는 3세대에 이를 만큼 발전이 빠릅니다. 24층(layer)로 된 1세대 V낸드와 32층으로 된 2세대 V낸드에 이은 48층 3세대 V낸드는 엄청난 고밀도를 이룩해 256Gb(32GB)라는 용량을 작은 메모리 칩에 구현했습니다. 앞으로 TB급 SSD가 대중화될 가능성을 예고한 셈입니다. 물론 다른 제조사도 강 건너 불구경만 하지는 않습니다. 최근 인텔과 마이크론은 3D 크로스포인트(3D Xpoint)라는 새로운 비휘발성 메모리 기술을 공개했습니다. 이 신기술을 이용하면 메모리를 쉽게 적층해서 고용량화가 가능한 것은 물론 속도도 기존의 낸드 플래시 대비 1,000배나 빠르다고 합니다. 이 주장이 사실이라면 그야말로 메모리 기술의 신기원이 이룩되는 셈입니다. - 경쟁의 이익은 소비자의 몫 새로운 형식의 비휘발성 메모리와 3차원 적층 기술이 만나면 초고속 초고밀도의 SSD가 등장할 것이라는 점은 의심의 여지가 없습니다. 물론 현재 개발 중인 HDD 기술 역시 엄청난 고밀도 HDD의 등장을 예고하고 있습니다. 이들의 경쟁은 아직 끝나지 않았습니다. 사실 제목과는 다르게 누가 이기는지 궁금한 싸움은 아닙니다. 더 중요한 것은 바로 경쟁 그 자체죠. 경쟁은 경쟁 당사자만 빼고 모두에게 이익이라는 이야기가 있습니다. 이런 경쟁 속에서 더 빠르고 고용량이면서 저렴한 저장장치가 등장한다면 궁극적으로 소비자가 가장 큰 이득을 보는 것은 당연한 이야기입니다. 오히려 경계해야 할 일은 어느 한 회사가 저장 장치 시장에서 독과점을 형성하는 것입니다. 현재 답보 상태에 있는 컴퓨터용 CPU 시장을 보면 답이 나오는 이야기죠. 다행히 미래를 예측하기는 어렵지만, 당분간 그런 일이 벌어지지는 않을 것 같습니다. 덕분에 우리는 몇 년 후에 더 빠르고 용량이 큰 저장장치를 사용할 수 있을 것입니다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

인류가 최초로 발사한 태양계 경계 탐사선 ‘뉴허라이즌스’호가 14일 오후 8시 49분 57초(한국시간) 명왕성을 근접 통과한 이후 수행하게 될 다음 임무에 관심이 높아지고 있다. 미국항공우주국(NASA)과 존스홉킨스대 응용물리학연구소에 따르면 인류 최초로 명왕성 탐사를 마친 뉴허라이즌스호는 초당 14㎞의 속도로 명왕성을 지나쳐 ‘카이퍼 벨트’라는 새로운 탐사지로 방향타를 변경했다. 뉴허라이즌스호는 2017년 카이퍼 벨트에 진입해 2020년까지 탐사를 마친 뒤 앞서 태양계를 벗어난 ‘보이저1호’처럼 성간(星間·인터스텔라) 여행에 들어가게 된다. 보이저1호는 목성, 토성과 그 위성을 탐사하는 임무를 마치고 지금은 관성의 법칙에 따라 떠도는 수준으로 우주를 여행하고 있다. 반면 뉴허라이즌스호는 명왕성과 태양계 외곽 관측을 목표로 하고 있기 때문에 태양계를 벗어난 뒤에도 다양한 영상과 정보를 보내 올 예정이다. 카이퍼 벨트는 46억년 전 태양계가 탄생했을 때의 흔적을 고스란히 간직하고 있다. 명왕성보다 조금 작은 지름 수백㎞ 크기의 천체들이 명왕성과 비슷한 궤도에서 띠 형태를 이뤄 돌고 있는 우주공간이다. 1949년 아일랜드 천문학자 에지워스와 1951년 미국 천문학자 제라드 카이퍼가 각각 해왕성 바깥쪽에 지금까지 알지 못했던 천체가 존재할 가능성이 있다고 발표하면서 존재가 알려지기 시작했다. 태양에서 45억~150억㎞ 사이에 납작한 형태로 퍼져 있을 것으로 추정되고 있다. 천문학자들은 카이퍼 벨트에 있는 얼음과 운석은 3만 5000개가 넘는 것으로 추정하며, 이들은 태양계 탄생 당시 행성으로 성장하지 못하고 남은 것이라고 보고 있다. 태양계 가장 바깥쪽 행성인 해왕성의 위성인 ‘트리톤’도 카이퍼 벨트에서 떨어져 나온 것으로 추측되고 있다. 카이퍼 벨트 바깥쪽에 있는 ‘오르트 구름대’도 뉴허라이즌스호의 다음 탐사 장소다. 나사 천문학자들은 “수소와 헬륨이 주성분인 오르트 구름대는 태양계가 탄생하는 과정에서 태양으로부터 너무 멀리 떨어져 있어 행성으로 만들어지지 못하고 태양의 중력권 안에 남은 것으로 보인다”며 “뉴허라이즌스호가 명왕성과 카이퍼 벨트, 오르트 구름대에 관한 정보를 전송하면 태양계 탄생의 비밀을 풀어 낼 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

뉴허라이즌스 호가 앞으로 4일이면 명왕성과의 역사적인 조우를 하게 된다. 이처럼 우리 인류가 살고 있는 동네- 이 우주를 알기 위해 인류의 꿈을 싣고 우주공간으로 쏘아올려진 탐사선들은 수백 개에 이르지만, 그중에서도 특히 기억에 남는 것이 바로 목성 탐사선 '갈릴레오 호'다. 갈릴레오 이름을 이 탐사선에 붙인 이유는 물론 갈릴레오가 인류 최초로 목성을 망원경으로 관측하고 그 4대 위성, 곧 갈릴레이 위성을 발견한 업적을 기리기 위한 것이다. 태양계의 축소판이라 할 목성 체계의 발견으로 인해 지동설은 강력한 증거를 얻었으며, 천동설에 바탕한 점성술과 천문학은 여기서부터 확연히 분리하게 되었다. 목성 탐사선 갈릴레오 호가 우리에게 깊은 인상을 남긴 것은 그러나, 갈릴레오의 이 발견 때문이 아니라, 종교재판 끝에 비극적인 최후를 맞은 갈릴레오와 목성탐사선 갈릴레오 호의 마지막이 흡사한 비장감을 보여주었다는 데 있다. ▲ 갈릴레오의 운명과 꼭 닮은 '갈릴레오 탐사선' 태양계의 5번째 궤도를 돌고 있는 목성은 태양계에서 가장 거대한 행성이다. 목성은 태양계 여덟 행성을 모두 합쳐놓은 질량의 3분의2 이상을 차지할뿐더러, 지름이 14만 3,000km로 지구의 약 11배에 이른다. 만약 이 목성을 달의 위치에 갖다놓는다면 지구의 하늘을 거의 덮어버릴 것이다. 이 거대한 목성은 육안으로도 쉽게 찾아볼 수 있을 만큼 밝은데, 가장 밝을 때는 -2.5등급에 이르기도 한다. 또한, 목성은 엷은 고리를 가지고 있으며, 유명한 네 개의 갈릴레오 위성을 포함해 많은 위성을 지니고 있다. 태양계의 왕자 행성인 목성의 질량은 지구의 약 318배, 부피는 지구의 약 1,400배나 되지만, 밀도는 지구의 약 4분의1 정도밖에 되지 않는다. 그 이유는 목성은 태양처럼 밀도가 낮은 수소와 헬륨으로 구성되어 있기 때문이다. 이러한 사실은 목성이 조금만 더 컸더라도 제2의 태양이 될 수가 있었음을 암시한다. 목성의 모습을 보면 줄무늬가 보인다. 검은 줄무늬를 ‘띠'(belt), 밝은 줄무늬를 ‘대'(zone)라 부른다. 목성의 대기에서 가장 유명한 현상은 대적반이다. 목성의 소용돌이인 이 대적반은 타원 모양이며, 크기는 지구 사이즈보다 훨씬 크다. 남반부에 있는 이 대적반 내의 풍속은 초속 100m에 가깝다. 그럼 목성은 지구로부터 얼마나 떨어져 있나? 지구에서의 거리는 가까울 때가 약 6억km 남짓이지만, 태양으로부터는 약 5.2AU(7억 8천만km) 거리에서 11년 10개월 주기로 공전하고 있다. 그런데 놀라운 점은 이 엄청난 덩치인 목성의 자전속도가 태양계 내에서 가장 빠르다는 사실이다. 한 바퀴 도는 데 9시간 50분밖에 안 걸린다. 자전속도는 시속 45,000km로, 지구의 27배가 넘는다. ▲ 2조 원 투입한 목성 프로젝트 이 문제적 행성인 목성 탐사의 역사는 올해로 43년이 되었다. 1972년 인류 최초의 목성 탐사선 파이오니어 10호가 목성을 향해 탐사 장도에 올랐던 것이다. 이듬해에는 파이어니어 11호가 떠났고, 1977년에는 보이저 1호와 2호, 그리고 율리시즈 호와 갈릴레오 호 등 많은 지구의 탐사선들이 잇따라 발사되었다. 첫번째의 목성 탐사선 파이어니어 10호와 11호는 1972년과 1973년에 각각 발사되어 탐사를 시작했고, 또한 1979년 3월과 7월에는 보이저 1, 2호가 잇따라 목성에 도착했다. 보이저 1호의 카메라는 지구에서는 발견할 수 없었던 목성의 얇은 두 개의 고리를 발견했으며, 이오가 활화산을 가지고 있다는 것을 처음으로 밝혀냈다. 목성 탐사선의 결정판이라 할 수 있는 갈릴레오 호가 발사된 것은 1989년 10월 18일이다. 보이저 1, 2호의 중량이 722kg이고 파이오니어 10,11호의 중량이 259kg인 데 비해 갈릴레오의 전체 중량은 2,380kg으로, 상당히 대형화된 탐사선이었다. 무려 15억 달러(한화 약 2조 원)를 쏟아부은 갈릴레오 호는 궤도선과 탐사선으로 이루어져 있으며, 길이 9m, 지름 4.8m(안테나)로, 주임무는 목성의 대기 속으로 탐사선을 낙하시키는 한편, 목성의 선회궤도에 궤도선을 진입시켜 목성 대기의 조성과 구조, 온도 분포, 구름과 위성 표면의 특성, 이오의 화산활동과 목성 고리 조사 및 자료수집 등이다. 그야말로 NASA의 야심찬 목성 프로젝트인 갈릴레오는 1990년 2월에 금성을, 같은 해 12월, 1992년 12월에 두 차례 지구를 근접 통과한 후 발사 후 6년 만인 1995년 12월 목성에 도착했다. 갈릴레오가 이처럼 복잡하고 먼 항로를 택할 수밖에 없었던 것은 목성에 도달하는 데 필요한 충분한 에너지를 얻기 위해 금성과 지구의 중력을 이용한 플라이바이(Fly by) 기법을 수행했기 때문이다. 이것은 천체의 중력을 이용해 공짜 가속을 얻는 방법으로, 우주의 당구치기 같은 것이다. ▲ '1,000년에 한 번' 혜성 대형충돌 목격 갈릴레오가 목성으로의 긴 여로 중에 과외의 소득을 하나 올린 게 있는데, 그것은 슈메이커-레비9 혜성이 목성에 충돌하는 사건을 목격한 일이었다. 슈메이커-레비 혜성은 일반 혜성들처럼 태양의 주위를 도는 것이 아니라 놀랍게도 목성의 주위를 대략 2년의 주기로 공전하고 있다는 사실이 밝혀졌는데, 이 혜성이 목성의 조석력으로 산산조각이 나면서 드디어 1994년 7월 14일 총 21개의 조각들이 초속 60km라는 맹렬한 속도로 목성에 돌진, 차례대로 충돌하기 시작했고, 그 충돌은 22일까지 계속되었다. 충돌 후 화구는 목성 상공 3,000km까지 솟아올랐으며, 그 흔적은 직경 5cm짜리 아마추어 천체 망원경으로도 보일 정도였다. 아쉽게도 갈릴레오 탐사선은 아직 목성에 충분히 접근하지 못한 상태였지만, 현장에 가장 가까이 있는 탐사선으로서 생생한 사진들을 찍어 지구로 보내왔다. 가장 큰 조각이 들이받은 자국은 지구만큼이나 컸다. 계산에 의하면, 이런 혜성의 대형 충돌은 1,000년에 한 번 꼴로 일어나는 것으로 알려져 있다. 그러니까 이 슈메이커-레비의 충돌은 망원경이 발명된 후 처음으로 관측된 천체 충돌 사건인 셈이다. 우주는 그리 안전한 곳이 아니다. 이 같은 폭력사태가 도처에 끊이지 않고 일어난다. 지구 바깥 궤도를 도는 거대한 목성은 지구를 지켜주는 보디가드이기도 하다. 외부 태양계에서 지구를 향해 날아오는 많은 소행성들이 목성과 달이라는 방패에 먼저 들이받음으로써 지구가 비교적 안전을 누리는 셈이다. 만약 슈메이커-레비 혜성의 작은 한 조각이라도 지구에 충돌했다면 지구 생물의 70%는 멸종을 면치 못했을 거라고 한다. 그러므로 우리는 밤하늘에서 목성과 달을 본다면 감사의 마음을 품고 경의를 표하지 않으면 안된다. ▲ 유로파 바다 등 용감한 14년 여행담 자, 목성에 도착한 갈릴레오에게로 다시 가보자. 1995년 12월 목성 궤도에 도착한 갈릴레오는 목성의 대기와 위성에 대한 탐사 활동을 벌이면서, 싣고 간 원추 모양의 로봇 탐사선을 목성의 구름 사이로 떨어뜨렸다. 탐사선은 목성 대기의 높은 기압과 온도에 의해 짜부라지기 직전까지인 58분 동안, 200km의 목성 대기층을 통과하면서 대기의 온도, 기압, 화학 조성 등을 측정, 지구로 보고했다. 탐사선은 한 시간 만에 목성으로 추락하고 말았지만, 갈릴레오 궤도선은 8년 동안 목성 주위를 34번이나 선회하면서 목성과 그 위성들을 탐사했다. 목성의 고리 사이를 누비며 수많은 난관들을 헤치면서 감동적인 여행담을 엮어낸 이 용감한 갈릴레오 궤도선은 독특한 매력을 갖고 있어 지구의 관제사와 엔지니어, 과학자들에게 많은 사랑을 받았다. 운행 도중 몇 차례 기기 고장을 일으키는 등, 불운을 겪었지만, 그때마다 지상 엔지니어들의 필사적인 노력으로 수리에 성공하여 여행을 계속할 수 있었다. 이 용감한 갈릴레오 호의 여행담 때문에 인류는 목성의 구름 상부에 강력한 방사능대가 존재하고, 대기의 헬륨 농도가 태양과 똑같으며, 위성 이오 표면이 화산 활동에 의해 격렬하고 빠르게 변화하고 있다는 사실들을 알아냈다. 또한 위성 유로파의 얼음 표층 아래에 물로 된 바다가 있을 것이라는 증거 등을 발견했다. 과학자들은 이 바다가 지구의 대서양과 태평양을 합친 것보다 더 클 거라고 믿고 있으며, 어쩌면 그 속에 외계 생명체가 있을지도 모른다고 생각하고 있다. ▲ "혹시 생명체 죽일라...목성과 충돌하라" 갈릴레오 호는 8년 동안 목성 궤도를 돌면서 그 임무를 훌륭하게 수행한 끝에 2003년 9월 21일에 최후를 맞았다. 오랜 여행으로 노후화된 갈릴레오 호는 제어용 로켓의 연료가 떨어짐에 따라 더 이상 운항이 불가능하게 되었다. 그 상태대로 궤도를 떠돌게 놔둔다면 연료로 쓰던 플로토늄을 가진 채 유로파에 떨어져 그곳 바다를 방사능으로 오염시키고 혹시 있을지도 모를 생명체를 죽일지도 모른다고 판단한 NASA는 갈릴레오에게 목성과의 충돌을 명령했다. 갈릴레오는 관제소의 마지막 명령에 따라 고도 9000km에서 목성과의 충돌 항로로 방향을 틀었고, 마지막으로 우주와 목성 대기권 사이에 있는 외기권의 성분 분석을 보고한 후 목성의 구름 속으로 그 모습을 감추었다. 그리고 얼마 후 파괴되어 그 원자들을 목성의 바람 속으로 흩뿌렸다. 14년 동안 지구-태양 거리의 30배에 이르는 총 45억km를 항행하면서 목성 탐사 임무를 완수한 갈릴레오 호는 이렇게 자신의 삶을 마감했다. 어떤 면에서 그것은 오랜 연금생활 끝에 두 눈을 실명하고 임종한 갈릴레오 갈릴레이의 운명과도 닮은꼴이었다. NASA의 한 과학자가 마치 친구의 임종을 지켜보는 듯한 말투로 이렇게 읊조렸다. “갈릴레오가 탐사선과 재결합했습니다. 이제 둘은 모두 목성의 일부가 되었습니다.” 이광식 통신원 joand999@naver.com　

생자필멸(生者必滅)은 인간과는 비교도 안 되게 오랜 세월을 사는 별에도 예외가 아니다. 태양도 100억 년이라는 수명이 정해져 있다. 별이 수명이 다하는 것은 핵융합 반응에 사용되는 연료가 고갈되는 것과 연관이 있다. 별의 중심부에서 수소가 고갈되면 헬륨같이 더 무거운 원소를 연소시켜 임시방편으로 수명을 더 연장하긴 하지만, 더 무거운 원소를 연소시키기 위해선 더 고온고압의 환경이 필요하므로 결국 오래가지 못한다. 결국, 어느 시점에 가면 태양과 비슷한 질량을 가진 별은 크게 팽창해 적색거성이 된 이후 주변부에 있는 가스는 흩어지고 나머지는 중심부로 다시 뭉쳐서 백색왜성을 만들게 된다. 이때 이 별 주변을 도는 지구 같은 행성의 운명은 대개 별에서 얼마나 멀리 떨어진 위치에서 공전하는지에 따라서 결정된다. 수성이나 금성처럼 매우 가까운 위치에서 공전하던 행성들은 적색 거성 단계에서 별로 흡수되어 사라진다. 좀 더 먼 거리에서 공전하던 행성들은 다행히 이런 운명은 피할 수 있지만, 빛나던 별이 백색 왜성이라는 잔해만 남기고 사라지는 만큼 절대 영도에 가까운 차디찬 암흑세계가 되어 나머지 인생을 살아가야 한다. 하지만 모든 일에는 예외가 있게 마련이다. 미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA)의 천문학자들은 미국항공우주국(NASA)의 스피처 우주망원경을 이용해서 PG 0010+280이라고 명명된 백색왜성을 관측했다. 이들은 NASA의 다른 우주망원경인 WISE를 통해서 이 백색왜성이 예상보다 많은 적외선을 내놓고 있다는 사실을 알고 있었다. 연구팀이 처음 이 백색왜성을 관측한 이유는 아마도 이 백색왜성이 소행성대를 가지고 있는 것으로 보였기 때문이다. 하지만 연구를 진행한 결과 실제로 소행성대가 있을 가능성보다는 다른 가능성이 더 크다는 사실이 밝혀졌다. 그 가능성이란 목성 같은 거대 가스 행성이나 혹은 행성과 별의 중간 질량을 가진 천체인 갈색왜성이 다시 뜨거워졌을 가능성이다. 어떻게 그럴 수 있을까? 백색왜성이 되기 전 마지막 순간에 별은 주변으로 가스를 방출한다. 그러면 이 가스는 주변을 공전하는 목성 같은 행성에 새로운 질량을 공급할 수 있다. 뜨거운 가스를 주입받은 행성은 다시 온도가 상승해 '회춘'을 하게 된다. 따라서 이를 적외선 영역에서 관측하면 더 많은 에너지를 내놓는 것을 확인할 수 있다. 만약 이 이론이 옳다면 최근에 형성된 백색왜성 주변에는 이런 '회춘'한 행성(Rejuvenated planet)들이나 혹은 갈색왜성이 많을 것이다. 이번 관측결과는 이와 같은 가설을 지지하는 결과다. 다만 이런 이론적인 행성들을 찾기는 매우 어렵다. 대부분 너무 어둡기 때문이다. 이 문제를 해결할 방법은 물론 더 강력한 망원경이다. NASA는 머지않아 역사상 가장 강력한 망원경인 제임스웹 우주망원경을 발사할 계획이다. 이 망원경이 성공적으로 발사되면 지금까지 알 수 없었던 여러 가지 수수께끼들이 풀리게 될 것으로 기대된다. 물론 회춘 행성들이 다수 존재한다면 제임스웹 우주망원경을 통해서 그 존재가 분명히 증명될 것이다. 비록 잠시 더워졌다가 다시 차가워질 행성들이지만, 이를 발견할 수 있다면 백색왜성 주변에 얼마나 많은 별이 남는지에 대한 중요한 증거가 밝혀질 것으로 기대된다. 이는 지구와 태양계 행성들의 먼 미래를 예측할 수 있는 중요한 단서를 제공할 것이다. 사진=백색왜성 PG 0010+280 주변에 다시 뜨거워진 목성형 행성의 개념도. (NASA/JPL-Caltech) 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

생자필멸(生者必滅)은 인간과는 비교도 안 되게 오랜 세월을 사는 별에도 예외가 아니다. 태양도 100억 년이라는 수명이 정해져 있다. 별이 수명이 다하는 것은 핵융합 반응에 사용되는 연료가 고갈되는 것과 연관이 있다. 별의 중심부에서 수소가 고갈되면 헬륨같이 더 무거운 원소를 연소시켜 임시방편으로 수명을 더 연장하긴 하지만, 더 무거운 원소를 연소시키기 위해선 더 고온고압의 환경이 필요하므로 결국 오래가지 못한다. 결국, 어느 시점에 가면 태양과 비슷한 질량을 가진 별은 크게 팽창해 적색거성이 된 이후 주변부에 있는 가스는 흩어지고 나머지는 중심부로 다시 뭉쳐서 백색왜성을 만들게 된다. 이때 이 별 주변을 도는 지구 같은 행성의 운명은 대개 별에서 얼마나 멀리 떨어진 위치에서 공전하는지에 따라서 결정된다. 수성이나 금성처럼 매우 가까운 위치에서 공전하던 행성들은 적색 거성 단계에서 별로 흡수되어 사라진다. 좀 더 먼 거리에서 공전하던 행성들은 다행히 이런 운명은 피할 수 있지만, 빛나던 별이 백색 왜성이라는 잔해만 남기고 사라지는 만큼 절대 영도에 가까운 차디찬 암흑세계가 되어 나머지 인생을 살아가야 한다. 하지만 모든 일에는 예외가 있게 마련이다. 미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA)의 천문학자들은 미국항공우주국(NASA)의 스피처 우주망원경을 이용해서 PG 0010+280이라고 명명된 백색왜성을 관측했다. 이들은 NASA의 다른 우주망원경인 WISE를 통해서 이 백색왜성이 예상보다 많은 적외선을 내놓고 있다는 사실을 알고 있었다. 연구팀이 처음 이 백색왜성을 관측한 이유는 아마도 이 백색왜성이 소행성대를 가지고 있는 것으로 보였기 때문이다. 하지만 연구를 진행한 결과 실제로 소행성대가 있을 가능성보다는 다른 가능성이 더 크다는 사실이 밝혀졌다. 그 가능성이란 목성 같은 거대 가스 행성이나 혹은 행성과 별의 중간 질량을 가진 천체인 갈색왜성이 다시 뜨거워졌을 가능성이다. 어떻게 그럴 수 있을까? 백색왜성이 되기 전 마지막 순간에 별은 주변으로 가스를 방출한다. 그러면 이 가스는 주변을 공전하는 목성 같은 행성에 새로운 질량을 공급할 수 있다. 뜨거운 가스를 주입받은 행성은 다시 온도가 상승해 '회춘'을 하게 된다. 따라서 이를 적외선 영역에서 관측하면 더 많은 에너지를 내놓는 것을 확인할 수 있다. 만약 이 이론이 옳다면 최근에 형성된 백색왜성 주변에는 이런 '회춘'한 행성(Rejuvenated planet)들이나 혹은 갈색왜성이 많을 것이다. 이번 관측결과는 이와 같은 가설을 지지하는 결과다. 다만 이런 이론적인 행성들을 찾기는 매우 어렵다. 대부분 너무 어둡기 때문이다. 이 문제를 해결할 방법은 물론 더 강력한 망원경이다. NASA는 머지않아 역사상 가장 강력한 망원경인 제임스웹 우주망원경을 발사할 계획이다. 이 망원경이 성공적으로 발사되면 지금까지 알 수 없었던 여러 가지 수수께끼들이 풀리게 될 것으로 기대된다. 물론 회춘 행성들이 다수 존재한다면 제임스웹 우주망원경을 통해서 그 존재가 분명히 증명될 것이다. 비록 잠시 더워졌다가 다시 차가워질 행성들이지만, 이를 발견할 수 있다면 백색왜성 주변에 얼마나 많은 별이 남는지에 대한 중요한 증거가 밝혀질 것으로 기대된다. 이는 지구와 태양계 행성들의 먼 미래를 예측할 수 있는 중요한 단서를 제공할 것이다. 사진=백색왜성 PG 0010+280 주변에 다시 뜨거워진 목성형 행성의 개념도. (NASA/JPL-Caltech) 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

빅뱅 직후 우주의 비밀을 간직한 '태초의 별'이 발견됐다. 지난 17일(현지시간) 유럽남방천문대(ESO)는 칠레 VLT(Very Large Telescope) 망원경으로 이론으로만 존재하던 초기 우주의 모습을 담은 은하를 발견했다고 발표했다.약 137억 년 전 빅뱅이 일어난 후 8억 년이 지나 생성된 것으로 추정되는 이 은하의 이름은 'CR7'로 유별나게 밝은 것이 특징이다. 그간 천문학자들은 빅뱅 직후 생성된 태초의 물질로 만들어진 별이 존재했을 것이라는 가설을 세워왔다. 이를 '종족 III'(Population III)라 부르는데 질소와 헬륨, 리튬으로만 만들어졌으며 이들 중 거대한 질량을 가진 별들은 초신성으로 폭발해 그 뒤를 잇는 종족 I (우리 태양이 여기에 속함), 종족 II 별들에 '재료'를 제공했다. 곧 종족 III는 우주에서 최초로 탄생한 제 1 세대 별로 정의됐지만 문제는 실제 존재한다는 관측 결과가 한번도 나오지 않은 것이다. 이는 종족 III가 200만 년 정도의 굵고 짧은 삶을 살다갔기 때문으로 이번에 ESO측이 이를 처음으로 입증했다. 연구를 이끈 데이비드 소브랄 박사는 "심우주를 관측하던 중 마치 야광처럼 빛나는 멀고 먼 은하를 우연히 발견했다" 면서 "이 은하는 빅뱅 이후 초기 우주 형성의 다리 역할을 한 것"이라고 설명했다. 이어 "이번 발견은 빅뱅 이후 태초의 우주가 어떻게 형성됐는지 그 단서를 제공해줄 수 있다" 고 덧붙였다. 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 발표됐다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

빅뱅 직후 우주의 비밀을 간직한 '태초의 별'이 발견됐다. 지난 17일(현지시간) 유럽남방천문대(ESO)는 칠레 VLT(Very Large Telescope) 망원경으로 이론으로만 존재하던 초기 우주의 모습을 담은 은하를 발견했다고 발표했다.약 137억 년 전 빅뱅이 일어난 후 8억 년이 지나 생성된 것으로 추정되는 이 은하의 이름은 'CR7'로 유별나게 밝은 것이 특징이다. 그간 천문학자들은 빅뱅 직후 생성된 태초의 물질로 만들어진 별이 존재했을 것이라는 가설을 세워왔다. 이를 '종족 III'(Population III)라 부르는데 질소와 헬륨, 리튬으로만 만들어졌으며 이들 중 거대한 질량을 가진 별들은 초신성으로 폭발해 그 뒤를 잇는 종족 I (우리 태양이 여기에 속함), 종족 II 별들에 '재료'를 제공했다. 곧 종족 III는 우주에서 최초로 탄생한 제 1 세대 별로 정의됐지만 문제는 실제 존재한다는 관측 결과가 한번도 나오지 않은 것이다. 이는 종족 III가 200만 년 정도의 굵고 짧은 삶을 살다갔기 때문으로 이번에 ESO측이 이를 처음으로 입증했다. 연구를 이끈 데이비드 소브랄 박사는 "심우주를 관측하던 중 마치 야광처럼 빛나는 멀고 먼 은하를 우연히 발견했다" 면서 "이 은하는 빅뱅 이후 초기 우주 형성의 다리 역할을 한 것"이라고 설명했다. 이어 "이번 발견은 빅뱅 이후 태초의 우주가 어떻게 형성됐는지 그 단서를 제공해줄 수 있다" 고 덧붙였다. 이번 연구결과는 국제학술지인 ‘천체물리학회지’(The Astrophysical Journal) 최신호에 발표됐다. 　 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

-NASA " 우리 은하계에 흔하게 존재" 가끔 방송 등에서 웃기려고 풍선 속 가스를 들이마시고 목소리를 우스꽝스럽게 변조하는 장면이 나온다. 이때 마신 가스가 헬륨이다. 이 재미있는 가스인 '헬륨' 대기를 가진 행성들이 우리가 있는 은하계에 즐비하다는 연구결과가 발표되었다. 지난 수십 년간 과학자들은 수천 개의 외계 행성들을 찾아냈다. 이렇게 많은 외계 행성을 발견하게 되자 자연스럽게 그다음 관심은 외계 행성의 존재를 넘어 과연 이 행성들이 어떤 특징을 가졌는지에 쏠리고 있다. 지구 같은 행성은 우리 은하계에 얼마나 흔한지, 그리고 외계 행성들은 어떤 독특한 특징을 가졌는지가 궁금해진 것이다. 최근 미항공우주국(NASA)의 제트 추진 연구소(JPL)의 과학자들은 학술지 천체 물리학 저널(Astrophysical Journal)에 발표한 논문에서 우리 은하계에는 헬륨이 풍부한 해왕성 크기나 그보다 작은 외계 행성이 매우 흔한 것 같다는 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 외계 행성 탐사에서 혁혁한 성과를 거둔 케플러 우주 망원경과 NASA의 스피처 적외선 우주 망원경 관측 데이터를 바탕으로 이와 같은 주장을 내놨다. NASA의 케플러 우주 망원경은 태양 근처에 별에서 해왕성이나 해왕성보다 약간 작은 외계 행성 수백 개를 발견했다. 이들 외계 행성들은 우리 태양계의 해왕성과는 달리 자신의 모항성에서 매우 가까운 궤도를 공전하고 있다. 따라서 이들은 따뜻한 해왕성(warm Neptunes)이라고 분류된다. NASA 제트 추진 연구소의 레뉴 후(Renyu Hu, NASA Hubble Fellow at the agency's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California)와 그의 동료들은 이와 같은 관측 사실과 스피처 적외선 우주 망원경에서 관측한 데이터를 바탕으로 이 행성들이 어떤 대기 구조를 가졌는지 연구했다. 이들은 따뜻한 해왕성이 헬륨 위주의 대기를 가지고 있다는 가설을 세웠다. 이런 형태의 대기를 가진 행성들은 태양계에는 없다. 연구팀은 따뜻한 해왕성의 생성 위치와 환경이 이와 같은 독특한 대기를 만들었다고 보고 있다. 우주에는 수소와 헬륨이 아주 풍부하다. 우리 태양계의 거대 가스 행성들은 대부분 내부에 암석의 핵을 가지고 있고 외부에는 수소와 헬륨으로 된 거대한 가스층을 가지고 있다. 밀도의 차이를 생각하면 내부에는 철이나 암석 같은 무거운 물질이 있고 밖으로 갈수록 수소나 헬륨 같은 가벼운 기체로 구성된 것이 일반적인 가스 행성의 구조일 것이다. 그런데 따뜻한 해왕성들은 모항성에 너무 가까이 있다. 대부분 그 공전궤도가 수성보다도 가깝다. 따라서 그 표면 온도는 매우 뜨겁다. 오랜 시간이 지나면서 뜨겁게 가열된 수소는 점차 행성의 표면에서 달아나게 된다. 이와 같은 일이 10억 년 정도 계속되면 따뜻한 해왕성에 있는 수소 가스는 대부분 사라지게 된다. 그러면 상대적으로 무거운 헬륨만이 남아 헬륨 행성이 되는 것이다. 이 이론을 검증하기 위해 연구팀은 스피처 우주 망원경 관측을 통해 따뜻한 해왕성 가운데 하나인 GJ 436b를 연구했다. 이 행성에는 태양계의 거대 가스 행성에서 볼 수 있는 메탄 구름의 존재가 없는 것으로 나타났다. 수소와 탄소가 결합한 메탄은 수소가 풍부한 태양계의 가스 행성에서는 쉽게 관측할 수 있는 분자다. 그러나 GJ 436b에서는 탄소의 존재는 발견할 수 있었으나 메탄의 존재는 발견되지 않았다. 이는 수소가 사실 거의 없다는 가설을 지지하는 증거다. 여기에 이 행성에서는 탄소가 산소 원자와 결합한 일산화탄소가 풍부하게 발견되었다. 이는 수소가 고갈된 상황에서 탄소가 다른 원자와 결합했다고 설명하면 쉽게 이해될 수 있다. 연구팀은 다른 따뜻한 해왕성에서도 비슷한 관측 결과가 나오는지 연구하고 있다. 더 많은 연구가 필요하겠지만, 우주에는 우리 태양계와는 전혀 다른 독특한 행성들이 다수 존재할 것이다. 이를 직접 탐사하는 것은 먼 미래의 일이 되겠지만, 과학자들은 지구에서 망원경을 통해 이들을 계속 탐사할 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

가끔 방송 등에서 웃기려고 풍선 속 가스를 들이마시고 목소리를 우스꽝스럽게 변조하는 장면이 나온다. 이때 마신 가스가 헬륨이다. 이 재미있는 가스인 '헬륨' 대기를 가진 행성들이 우리가 있는 은하계에 즐비하다는 연구결과가 발표되었다. 지난 수십 년간 과학자들은 수천 개의 외계 행성들을 찾아냈다. 이렇게 많은 외계 행성을 발견하게 되자 자연스럽게 그다음 관심은 외계 행성의 존재를 넘어 과연 이 행성들이 어떤 특징을 가졌는지에 쏠리고 있다. 지구 같은 행성은 우리 은하계에 얼마나 흔한지, 그리고 외계 행성들은 어떤 독특한 특징을 가졌는지가 궁금해진 것이다. 최근 미항공우주국(NASA)의 제트 추진 연구소(JPL)의 과학자들은 학술지 천체 물리학 저널(Astrophysical Journal)에 발표한 논문에서 우리 은하계에는 헬륨이 풍부한 해왕성 크기나 그보다 작은 외계 행성이 매우 흔한 것 같다는 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 외계 행성 탐사에서 혁혁한 성과를 거둔 케플러 우주 망원경과 NASA의 스피처 적외선 우주 망원경 관측 데이터를 바탕으로 이와 같은 주장을 내놨다. NASA의 케플러 우주 망원경은 태양 근처에 별에서 해왕성이나 해왕성보다 약간 작은 외계 행성 수백 개를 발견했다. 이들 외계 행성들은 우리 태양계의 해왕성과는 달리 자신의 모항성에서 매우 가까운 궤도를 공전하고 있다. 따라서 이들은 따뜻한 해왕성(warm Neptunes)이라고 분류된다. NASA 제트 추진 연구소의 레뉴 후(Renyu Hu, NASA Hubble Fellow at the agency's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California)와 그의 동료들은 이와 같은 관측 사실과 스피처 적외선 우주 망원경에서 관측한 데이터를 바탕으로 이 행성들이 어떤 대기 구조를 가졌는지 연구했다. 이들은 따뜻한 해왕성이 헬륨 위주의 대기를 가지고 있다는 가설을 세웠다. 이런 형태의 대기를 가진 행성들은 태양계에는 없다. 연구팀은 따뜻한 해왕성의 생성 위치와 환경이 이와 같은 독특한 대기를 만들었다고 보고 있다. 우주에는 수소와 헬륨이 아주 풍부하다. 우리 태양계의 거대 가스 행성들은 대부분 내부에 암석의 핵을 가지고 있고 외부에는 수소와 헬륨으로 된 거대한 가스층을 가지고 있다. 밀도의 차이를 생각하면 내부에는 철이나 암석 같은 무거운 물질이 있고 밖으로 갈수록 수소나 헬륨 같은 가벼운 기체로 구성된 것이 일반적인 가스 행성의 구조일 것이다. 그런데 따뜻한 해왕성들은 모항성에 너무 가까이 있다. 대부분 그 공전궤도가 수성보다도 가깝다. 따라서 그 표면 온도는 매우 뜨겁다. 오랜 시간이 지나면서 뜨겁게 가열된 수소는 점차 행성의 표면에서 달아나게 된다. 이와 같은 일이 10억 년 정도 계속되면 따뜻한 해왕성에 있는 수소 가스는 대부분 사라지게 된다. 그러면 상대적으로 무거운 헬륨만이 남아 헬륨 행성이 되는 것이다. 이 이론을 검증하기 위해 연구팀은 스피처 우주 망원경 관측을 통해 따뜻한 해왕성 가운데 하나인 GJ 436b를 연구했다. 이 행성에는 태양계의 거대 가스 행성에서 볼 수 있는 메탄 구름의 존재가 없는 것으로 나타났다. 수소와 탄소가 결합한 메탄은 수소가 풍부한 태양계의 가스 행성에서는 쉽게 관측할 수 있는 분자다. 그러나 GJ 436b에서는 탄소의 존재는 발견할 수 있었으나 메탄의 존재는 발견되지 않았다. 이는 수소가 사실 거의 없다는 가설을 지지하는 증거다. 여기에 이 행성에서는 탄소가 산소 원자와 결합한 일산화탄소가 풍부하게 발견되었다. 이는 수소가 고갈된 상황에서 탄소가 다른 원자와 결합했다고 설명하면 쉽게 이해될 수 있다. 연구팀은 다른 따뜻한 해왕성에서도 비슷한 관측 결과가 나오는지 연구하고 있다. 더 많은 연구가 필요하겠지만, 우주에는 우리 태양계와는 전혀 다른 독특한 행성들이 다수 존재할 것이다. 이를 직접 탐사하는 것은 먼 미래의 일이 되겠지만, 과학자들은 지구에서 망원경을 통해 이들을 계속 탐사할 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

천문학자들이 미국항공우주국(NASA)의 허블 우주망원경을 사용해 빠르게 늙어가는 거대 별에 관한 새롭고 놀라운 단서를 발견해냈다. 이는 우리 은하에서는 발견된 적이 없다. 천문학자들은 이 별이 너무 이상하다고 여겨 공식 명칭인 ‘NaSt1’을 빗대 ‘네스티원’(Nasty 1, 첫번째 못된 것의 의미)이라는 별칭으로 부르고 있다. 네스티원은 초거대 별들의 진화에서도 극히 짧은 진화 단계를 갖는 대표 별로 여겨진다. 수십 년 전, 처음 발견된 네스티원은 우리 태양보다 훨씬 무거운 질량을 갖고 있으면서 빠르게 진화하는 볼프레이에(Wolf-Rayet, WR) 별로 식별됐다. WR 별은 수소로 가득 채워져 있는 외각 껍질층을 빠르게 잃고 헬륨이 타오르고 있는 극도로 밝은 초고온의 핵을 드러낸다. 반면 네스티원은 이런 전형적인 WR 별과는 다른 모습을 보여줬다고 천문학자들은 말한다. ■ 거대한 가스 원반 과학자들은 허블 망원경을 이용해 별의 반대 방향으로 흘러들어가는 두 개의 가스 구체를 볼 수 있을 것으로 기대했었다. 그 모습은 아마 WR 별의 후보인 용골자리 에타별(에타 카리네, Eta Carinae)에서 뿜어져 나오는 가스와 유사할 것으로 예측됐다. 하지만 허블에 나타난 네스티원은 팬케이크 모양의 가스 원반을 둘러싸고 있었다. 가스 원반의 너비는 약 3조2000억km에 달하며, 아마 새로 생성된 WR 별의 외곽 가스를 집어삼키고 있는 눈에 보이지 않는 동반성 때문에 형성된 것으로 예측된다. 현재 측정치에 의하면 이 두 별을 둘러싸고 있는 구름의 나이는 고작 수천 년 정도 수준으로, 지구로부터의 거리는 3000광년 밖에 되지 않는다. 연구를 이끈 존 마우어핸(UC버클리)은 “이 원반 구조가 쌍성 간의 상호작용으로 WR 별이 생성되고 있는 증거일 수 있으므로 이를 봤을 때는 정말 놀랐다”면서 “이런 예는 이 과정 자체가 너무 짧은 기간에 일어나 우리 은하에서 정말 보기 어렵다”고 말했다. 이어 “아마 그 시간은 10만 년 정도 수준에 지나지 않을 것인데 이런 시간 규모에서도 원반을 발견할 시기는 고작 1만 년 정도에 지나지 않을 것”이라고 덧붙였다. 연구팀이 제안한 시나리오에서 거대 별은 빠르게 진화하고 수소 연료가 떨어지기 시작할 때 몸집이 부풀어 오른다. 외층을 둘러싸고 있는 수소 껍질은 점점 더 느슨하게 풀리고 근처에 있는 동반성의 중력에도 쉽게 벗겨져 나갈 수 있는 상태가 된다. 그 과정에서 더 밀도높게 뭉쳐있는 동반성이 질량을 얻게 되고, 원래 무거운 질량을 가지고 있었던 주성은 수소 껍질을 잃게 되면서 헬륨 핵이 노출돼 WR 별이 되고 만다는 것이다. 또 다른 시나리오는 무거운 별이 자신의 수소층을 대전입자가 가득한 강력한 항성풍과 함께 분출해 형성된다는 것이다. 동반성이 존재하는 쌍성 간의 상호작용에 의한 모델이 천문학자들에게 좀더 매력을 끄는 데 이는 거대 별들의 최소 70%가 동반성을 거느린 쌍성계이기 때문이다. 하나의 별이 직접 질량을 잃는다는 가정은 우리 은하에서 아직 덜 진화한 거대 별들에 관련한 WR 별들의 숫자를 설명하지 못한다. 연구에 참여한 나단 스미스(애리조나대)는 “우리는 전통적인 항성풍 이론으로는 우리가 관측한 모든 WR 별의 형성을 설명하기가 어렵다는 것을 알아냈다”며 “왜냐하면 질량 손실은 우리가 생각했던것처럼 그다지 강력한 작용이 아니기 때문”이라고 설명했다. 이어 “쌍성계에서 질량의 교환은 WR 별이나 이들이 만들어내는 초신성을 설명하는데 있어 필수적인 것처럼 보인다”며 “짧은 생애 주기를 지닌 쌍성들을 발견하는 것은 이런 과정을 이해하는데 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다. 하지만 이 거대한 쌍성계에서의 질량이 이동하는 과정이 항상 효율적인 것은 아니다. ■ 쌍성 간의 중력 싸움 한 별로부터 벗겨져나간 일부 물질은 별 간에 일어나는 역동적인 중력 싸움 도중 유실될 수 있으며 이 때문에 주위에는 가스 원반이 형성될 수 있다. 마우어핸은 “바로 그것이 바로 네스티원에서 발생하고 있는 사건이라고 생각한다”며 “WR 별이 숨겨져 있는 성운은 이런 물질 전달 과정으로 생성된 것”이라고 말했다. 이어 “바로 이런 별들 사이에 만연한 ‘항성 포식’(stellar cannibalism)이 그 이름에 걸맞는 네스티원을 만든 것”이라고 덧붙였다. 네스티원의 공식 명칭인 NaSt1은 1963년 이 별을 각각 처음으로 발견해 논문을 제출한 두 명의 천문학자인 제이슨 나소우(Jason Nassau)와 찰스 스페픈슨(Stephenson)의 머릿글자를 따서 만들어졌다. ■ 연구 과정 네스티원의 관측은 쉽지 않은 일이었다. 이 쌍성계는 너무나 두꺼운 가스와 먼지속에 갇혀있으며 이 먼지와 가스들은 허블 망원경의 시야도 가리고 있다. 연구팀은 각 별의 질량과 서로 떨어져 있는 거리, 그리고 동반성으로 흘러들어간 물질의 양 따위를 측정할 수 없었다. 따라서 네스티원에 관한 이전 관측자료가 가스 원반에 관한 정보를 제공했다. 예를 들어 가스 원반의 물질은 외부 성운에서 시속 3만 5,200km의 속도로 움직이고 있는데 이는 다른 비슷한 별들보다 느린 속도이다. 이처럼 상대적으로 느린 속도는 시속 수십만 km의 속도로 움직이는 가스가 존재하는 용골자리 예타별의 폭발적인 분출보다는 훨씬 덜 파괴적인 사건에 의해 물질들이 분출되고 있음을 알려주는 것이다. 또한 네스티원은 물질을 산발적으로 분출할 수도 있다. 적외선을 이용한 이전 연구는 중심에 있는 별들에서 매우 가깝게 붙어있는 뜨거운 먼지덩어리를 관측한 바 있다. 연구팀이 칠레 라스캄파나스 천문대(LCO)의 마젤란 망원경을 이용한 최근 관측은 중심 별들로부터 발생한 빛들이 간접적으로 산란되면서 식별된 것으로 보이는, 이전 연구보다 비교적 차가우면서 거대한 먼지 덩어리를 발견했다. 이런 따뜻한 먼지가 존재한다는 것은 이들이 아마도 분출과정을 통해 최근에 두 개 별 폭풍으로부터 쏟아져나온 화확적으로 풍부한 조성을 가진 물질이 서로 다른 방향으로 충돌하고 뒤섞이며 밀쳐 나가면서 식는 과정을 통해 형성됐을 것이라는 것을 암시한다. 항성풍의 강도나 동반성이 주성의 수소 껍질을 빼앗아오는 비율의 산발적인 변화는 가스 원반의 최외곽부에서 관측되는 덩어리 구조나 간극을 설명해줄 수 있을른지도 모른다. 각 별에서 초음속의 항성풍을 측정하기 위해 천문학자들은 찬드라 X선망원경도 사용했다. ■ 결과... 그리고 예측 그 결과, 구름에서 맹렬하게 이글거리는 플라즈마가 관측됐는데 이는 두 별로부터 쏟아져나오는 폭풍이 충돌하면서 X선에서 빛을 내는 고에너지 충격파를 양산해내고 있음을 의미하는 것이다. 이런 결과는 천문학자들이 다른 WR 별들로부터 발견하는 현상과 일치하는 것이었다. 혼란스러운 물질 전달 과정이 WR 별이 모든 물질을 소진할 때까지 계속될 것이다. 결국, 가스 원반 상의 먼지는 모두 뿔뿔이 사라져버릴 것이고 쌍성계만을 선명하게 볼 수 있게 될 것이다. 마우어핸은 “이 별이 어떤 진화의 과정을 겪게 될지는 불확실하지만, 그 과정이 지루하지 않을 것이라는 것은 확실하다”면서 “네스티원은 또 하나의 용골자리 에타별과 같은 별로서 진화해 갈 수 있을 것”이라고 말했다. 또 “이런 변화의 여정에서 질량을 획득한 동반성은 거대한 폭발을 경험할 수 있을 것”이라면서 “왜냐하면 새로 형성된 WR 별로부터 획득한 물질과 연관된 몇몇 불안정성이 있기 때문”이라고 말했다. 이어 “아니면 WR 별 자체가 초신성으로 폭발할 수도 있다”면서 “항성 간 충돌은 이 별들의 공전궤도에 관한 변화 양상을 봤을 때 또 하나의 가능성 있는 결과다”고 덧붙였다. 한편 이번 연구성과는 ‘영국왕립천문학회월간보고’(MNRAS) 최근호(5월 21일자) 개재됐다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

최근 네팔의 지진 피해 참상을 보며 영화 ‘폼페이 최후의 날’이 생각났다. 폼페이는 베수비오 화산의 폭발로 사라진 이탈리아의 고대 도시다. 2014년 리바이벌된 최신작이 아닌 1980년대에 본 영화인데도 아직 기억에 생생하다. 스토리보다 등장인물들이 화산재로 뒤덮여 화석처럼 굳어지는 장면의 스펙터클 때문이다. 서기 79년 베수비오 화산 폭발보다 더 큰 규모의 폭발이 한반도에 있었단다. 서기 930∼940년 사이로 추정되는 백두산 폭발이다. 화산폭발지수(VEI) 7급에 이르는 대폭발로 지난 2000년간 지구상의 화산 분출로는 가장 규모가 큰 편이었다. 폼페이를 매몰시킨 베수비오 화산의 50배 이상 폭발력을 보였다니 말이다. 대조영이 고구려 옛 땅에 세운 발해의 멸망도 이 때문이라는 이설(異說)이 제기되는 배경이다. 물론 그런 발해 멸망설이 정설이 되려면 학술적 고증이 더 필요하다. 다만 한반도가 역사적으로 지진이나 화산 폭발로부터 안전지대가 아닌 건 분명해 보인다. 한반도는 지금도 지각 활동이 활발한 환태평양조산대를 지척에 두고 있다. 즉 남극의 팔머 반도에서부터 남아메리카 안데스 산맥, 북아메리카 로키 산맥과 알래스카, 쿠릴 열도, 일본 열도, 동인도 제도, 뉴질랜드로 이어지는 ‘불의 고리’의 영향권 내에 있다. 조선왕조실록에 기록된 1668년경 백두산 폭발 장면을 보라. “대포처럼 요란한 소리와 함께 큰 돌들이 비오듯 쏟아져 내렸고, 붉은색 흙탕물이 넘쳐흘렀다.” 백두산이 사화산이 아닌, 휴화산임을 일깨우듯 폭발 가능성이 다시 거론되고 있다. 천지 칼데라 외륜산의 해발이 계속 상승하고, 주변 온천수의 온도가 1990년대 69℃에서 최근 83℃까지 상승하면서다. 백두산 밑 마그마가 서서히 올라오고 있다는 추론의 근거다. 화산 가스의 헬륨 농도가 대기의 7배에 이른 점도 화산 활동이 활성화될 조짐이다. 일본의 한 화산학자는 “20년 이내에 폭발이 일어날 확률이 99%”라고 예측했다. 물론 백두산 대폭발이 목전에 다다랐다는 식으로 과도한 불안감을 조성하는 것은 바람직하지 않다. 다만 만일의 사태에 대비할 필요성은 차고 넘친다. 며칠 전 국민안전처가 공개한 백두산 화산 대폭발 시 피해 예측 보고서가 눈에 띈다. 윤성효 부산대 교수 연구팀은 VEI 7단계로 폭발하면 남한이 입을 피해만도 11조원 규모를 웃돌 것으로 내다봤다. 한국과 중국은 이미 백두산에 시추공을 뚫어 용암의 분출 가능성을 사전 모니터하는 등 공동연구 계획에 합의했다고 한다. 하지만 사전 대비책이 실효를 거두려면 폭발 시 가장 큰 피해를 입을 북한의 동참이 필수다. 그러려면 북한 내에서 김정은 노동당 제1비서를 설득하는 게 관건이다. 현영철 인민무력부장 숙청 등 최근 그의 공포 정치가 그래서 사뭇 걱정스럽다. 구본영 논설고문 kby7@seoul.co.kr

백두산 화산이 폭발하면 남한에 최대 11조 1900억원에 달하는 피해가 예상된다는 연구용역 결과가 나와 주목된다. 화산 폭발지수(VEI)를 0부터 8까지로 나누었을 경우 VEI 5 이상부터 남한에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 국민안전처 주관의 ‘화산재해 피해예측 기술개발’ 연구용역(2012년 8월~2015년 2월 28일)을 수행한 윤성효 부산대 지구과학교육학과 교수 연구팀은 백두산 화산이 VEI 7로 폭발하고, 북동풍까지 불면 남한 전역에 화산재가 쌓여 4조 5189억원에 달하는 농작물 피해를 낼 것으로 예측됐다고 21일 밝혔다. 화산재는 폭발 8시간 후부터 강원도에 유입되기 시작해 48시간 뒤에는 전남 서남부지역을 제외한 남한 전역에 영향을 미칠 것으로 분석됐다. 특히 강원도와 경북에는 화산재가 최고 10.3㎝까지 쌓여 막대한 피해를 줄 것으로 전망됐다. 또 제주공항을 제외한 국내 모든 공항이 최장 39시간 폐쇄돼 최대 611억원의 피해가 발생하는 것으로 나타났다. 화산 폭발로 지진이 발생하면 500㎞가량 떨어진 서울 등 수도권은 물론 부산까지 10층 이상 건물에 영향을 미쳐 외벽과 창문이 파손되는 피해가 예측됐다. 서울에서만 130억원의 피해가 나는 것으로 조사됐다. 연구팀은 VEI 7에 북동풍까지 분다고 가정했을 때 남한에는 최대 11조 1895억원의 직·간접 피해가 발생할 것으로 추산했다. 하지만 화산 폭발이 VEI 4 이하면 남한에는 별다른 피해가 없는 것으로 예측됐다. 반면 백두산 주변지역에서는 VEI 4 이상 화산 폭발 때 섭씨 500∼700도에 달하는 분출물(화쇄류)이 중국 쪽 계곡을 따라 최단 8㎞, 최장 87㎞까지 흘러갈 것으로 분석됐다. 북한 양강도 일부 지역을 포함해 최대 827.83㎢가 화쇄류 피해를 입는 것으로 나타났다. 백두산에서는 939년부터 1925년까지 31건의 크고 작은 화산이 폭발했다. 지난해 7월부터 백두산 천지 칼데라 외륜산의 해발이 서서히 상승하고, 최근 온천수 수온도 83도까지 올라가면서 화산가스의 헬륨 농도도 일반적인 대기의 7배나 됐다. 전문가들은 이를 화산활동 활성화 조짐으로 보고 있다. 이번 연구에는 김상현·오상훈 부산대 교수, 장은숙 한중대 교수, 이길하 대구대 교수 등도 참여했다. 국민안전처 관계자는 “백두산, 일본, 중국 등 한반도 주변 국가의 화산 폭발에 대비해 국가차원의 대응책 마련을 위해 연구용역이 추진됐다”면서 “정부는 화산 분화 때 피해를 줄이기 위한 종합대책도 마련하고 있다”고 밝혔다. 울산 박정훈 기자 jhp@seoul.co.kr

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

토성에 부는 거대 폭풍은 왜 수십 년에 한번 밖에 발생하지 않는 것일까. 이처럼 ‘폭풍 전야’가 매우 긴 토성의 대기 현상에 얽힌 수수께끼를 과학자들이 마침내 해명했다. 아름다운 고리를 지닌 거대 가스 행성인 토성에는 20~30년에 한번 주기로 ‘대백점’이라는 거대 폭풍이 발생해 수개월 동안 맹위를 떨친다. 내부에서 발생하는 번개 때문에 하얗게 보여 대백점이라고 이름 붙여진 이 폭풍은 지구 지름보다 클 정도로 매우 거대해 지구에서도 망원경으로 볼 수 있다. 이런 엄청난 규모로 천문학자들의 관심을 끈 대백점은 지난 150년간 단 6번밖에 관측되지 않았다. 이 때문에 대백점의 발생 빈도는 지금까지 수수께끼였다. 이런 현상에 대해 미국 캘리포니아공과대(캘테크) 앤드루 잉거솔 교수와 쳉 리 연구원이 이끈 연구팀이 토성 대기 가운데 포함된 수증기로 이런 놀라운 작용을 설명할 수 있다고 발표했다. 연구팀의 논문에 따르면, 토성의 대기는 지구와 마찬가지로 성질이 다른 층으로 구성돼 있는데 일반적으로 구름이 형성된 ‘외층’의 밀도는 토성의 중심에 이르는 ‘구름 하층’보다 낮다. 수면에 떠있는 기름처럼 밀도가 낮은 ‘외층’에는 수소와 헬륨이, 물 등의 분자가 주성분인 고밀도의 혼합 대기인 ‘구름 하층’ 위에 올라있는 상태인 것이다. 토성의 외층은 폭풍을 발생시키는 데 필요한 과정인 ‘하단의 더 따뜻한 공기가 상승’하고 ‘냉각’돼 ‘응축’되는 것을 막는다. 따라서 안정된 대기 상태가 장기간에 걸쳐 유지된다는 것이다. 하지만 이처럼 아주 긴 ‘폭풍 전야’ 동안 외층의 대기는 우주 공간에 열을 방사하고 점차 기온이 내려가 결국 밑에 있는 구름 하층보다 밀도가 높은 상태가 된다. 이에 따라 두 층의 균형이 무너져 하단에 갇혀 있던 따뜻한 공기가 외층으로 넘쳐 나오는 것이다. 이렇게 혼합된 대기는 다른 분자보다 무거운 물 분자를 포함한다. 이 거대한 폭풍에서 비로 떨어지는 것으로 원래의 평형 상태를 회복해 평온한 날씨로 되돌아가는 방식인 것이다. 쳉 리 연구원은 “행성이 어느 정도의 속도로 우주 공간에 열을 방사하고 냉각되는 것은 시간 단위에 따라 결정된다. 토성은 거대한 대기권을 가지고 있으므로 냉각에는 수십 년이 걸린다”고 밝혔다. 연구팀은 이번 연구를 위해 지구의 날씨에 사용하는 것과 유사한 시뮬레이션 소프트웨어를 개발하고 검증을 위해 토성 궤도 탐사선인 카시니호의 관측 데이터를 사용한 시뮬레이션 결과와 비교했다. 이번 연구성과는 세계적 학술지 ‘네이처’ 자매지 ‘네이처 지오사이언스’(Nature Geoscience) 13일 자에 발표됐다. 사진=NASA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

백두산 화산 활성화 조짐 뚜렷 백두산 화산 활성화 조짐 뚜렷 “온천수 69→83도로 상승” 다시 융기 시작 백두산 화산이 활성화하려는 조짐이 최근 뚜렷하게 나타나고 있어 예의주시해야 한다는 주장이 제기됐다. 윤성효 부산대 지구과학교육과 교수는 2009년부터 침강하던 백두산 천지 칼데라 외륜산의 해발이 지난해 7월부터 서서히 높아지는 것으로 나타났다고 12일 밝혔다. 윤 교수는 중국 국가지진국 지질연구소 활화산연구센터와 공동으로 전자 거리측정기(EDM)를 이용해 해발을 측정한 결과 이 같은 결론을 얻었다고 밝혔다. 최근까지 상승한 해발이 1㎝에도 미치지 않지만 침강하던 백두산이 다시 융기를 시작했다는 데 의미가 있다고 윤 교수는 설명했다. 윤 교수는 “백두산 일대에서 한 달에 수십에서 수백 차례 화산성 지진이 발생했던 2002년부터 2005년 사이에도 외륜산 해발이 10㎝가량 상승했고 2009년 이후 점차 하강했다”고 말했다. 윤 교수는 또 1990년대 섭씨 69도였던 온천수 온도가 최근에는 최고 83도까지 올라갔다고 밝혔다. 그는 이어 온천에서 채취한 화산가스의 헬륨 농도도 일반적인 대기의 7배나 되는 것으로 분석됐다고 말했다. 화산성 지진이 잦았던 2002∼2005년에도 헬륨 농도가 일반 대기의 6.5배가량 됐다. 윤 교수는 “해발, 온천수 온도, 헬륨 농도가 모두 상승 또는 증가하는 것은 마그마의 뜨거운 기운이 점차 위로 올라오고 있다는 것을 뜻한다”고 말했다. 그는 또 “백두산 화산이 활성화하는 조짐이 뚜렷한 만큼 예의 주시할 필요가 있다”고 강조했다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

백두산 화산 활성화 조짐 뚜렷 백두산 화산 활성화 조짐 뚜렷 “온천수 온도 69→83도로 상승” 조사해보니 ‘충격’ 백두산 화산이 활성화하려는 조짐이 최근 뚜렷하게 나타나고 있어 예의주시해야 한다는 주장이 제기됐다. 윤성효 부산대 지구과학교육과 교수는 2009년부터 침강하던 백두산 천지 칼데라 외륜산의 해발이 지난해 7월부터 서서히 높아지는 것으로 나타났다고 12일 밝혔다. 윤 교수는 중국 국가지진국 지질연구소 활화산연구센터와 공동으로 전자 거리측정기(EDM)를 이용해 해발을 측정한 결과 이 같은 결론을 얻었다고 밝혔다. 최근까지 상승한 해발이 1㎝에도 미치지 않지만 침강하던 백두산이 다시 융기를 시작했다는 데 의미가 있다고 윤 교수는 설명했다. 윤 교수는 “백두산 일대에서 한 달에 수십에서 수백 차례 화산성 지진이 발생했던 2002년부터 2005년 사이에도 외륜산 해발이 10㎝가량 상승했고 2009년 이후 점차 하강했다”고 말했다. 윤 교수는 또 1990년대 섭씨 69도였던 온천수 온도가 최근에는 최고 83도까지 올라갔다고 밝혔다. 그는 이어 온천에서 채취한 화산가스의 헬륨 농도도 일반적인 대기의 7배나 되는 것으로 분석됐다고 말했다. 화산성 지진이 잦았던 2002∼2005년에도 헬륨 농도가 일반 대기의 6.5배가량 됐다. 윤 교수는 “해발, 온천수 온도, 헬륨 농도가 모두 상승 또는 증가하는 것은 마그마의 뜨거운 기운이 점차 위로 올라오고 있다는 것을 뜻한다”고 말했다. 그는 또 “백두산 화산이 활성화하는 조짐이 뚜렷한 만큼 예의 주시할 필요가 있다”고 강조했다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr