거리를 잰다는 것은 우주를 이해하는 첫걸음이다!

‘우주먼지’ 지웅배 박사가 거리 재기를 통해 바라본

무한한 우주와 현대 천문학의 여정

 

현대 천문학은 우리가 갈 수 없는 머나먼 우주를 이해하기 위해 끊임없이 거리 재기를 반복한 여정이라고 볼 수 있다. 이 과정에서 달이 꾸준하게 지구로부터 멀어지고 있다는 사실을 알게 되는가 하면, 지구에 바다가 존재할 수 있는 이유는 지구가 태양으로부터 너무 멀지도, 가깝지도 않은 딱 적당한 거리를 두고 떨어져 있기 때문이라는 사실도 알게 된다.

《갈 수 없지만 알 수 있는》은 유튜브 〈우주먼지의 현자타임즈〉 〈보다BODA〉를 통해 대중에게 잘 알려진 지웅배 박사가 천문학의 탐구 여정을 ‘거리 측정’이라는 독창적 시선으로 풀어낸 흥미로운 과학책이다. 천문학자들은 직접 갈 수 없는 먼 우주의 거리를 어떻게 측정해 왔을까? 그 과정에서 그들은 어떤 우주의 비밀을 밝혀냈을까?

이 책에는 천문학자들이 우주의 거리를 헤아리기 위해 ‘발버둥친’ 기나긴 여정이 담겨 있고, 그들이 탐구한 거리 재기의 결과로 알게 된 끝없이 펼쳐지는 우주 공간의 생생한 이야기가 펼쳐진다. 45억 년 전, 지구가 지금보다 훨씬 빠르게 자전했다는 사실을 통해 현대인보다 더 바빴던 공룡의 하루를 상상하게 만들고, 금성의 태양면 통과 관측 장면을 생생한 사진과 함께 소개해 마치 눈앞에서 우주의 장관을 보는 듯한 느낌을 준다. 또한 어려운 천문학 개념들도 역사적 일화와 함께 풀어내 쉽게 이해할 수 있도록 했다.

저자가 공개한 80여 장의 사진과 자료는 독자를 우주로의 여행으로 초대하며, ‘갈 수 없지만 알 수 있는’ 천문학의 본질을 더욱 선명하게 보여 준다. 이 책은 천문학이 단순한 숫자와 데이터가 아니라, 우리와 우주의 관계를 탐구하고 사유하는 특별한 여정임을 보여 준다.

 

 

천문학자들은 어떻게 수억 광년 너머

우주의 지도를 그려 왔을까?

거리를 재는 순간, 우주 여행이 시작된다

 

이 책은 총 8장으로 구성되어 있다. 인간에게 가장 친숙한 천체인 달의 이야기로 시작해, ‘샛별’ 혹은 ‘개밥바라기’로 불리는 금성, 수성의 틀어짐 속에서 피어난 아인슈타인의 이론, 행성의 지위를 박탈당한 명왕성과 지구의 놀라운 공통점, 우주 지도를 그리는 기준점이 되는 플레이아데스 성단, 별똥별이 떨어지는 진짜 이유, 그리고 ‘계산원’이라 불렸던 여성 천문학자들의 숨겨진 이야기까지 흥미로운 주제들이 이어진다.

 

수성의 궤도가 예측과 다르게 40″씩 틀어지는 문제는 뉴턴 역학으로 설명할 수 없었지만, 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 이를 해결했다. 아인슈타인은 중력을 단순한 인력이 아니라 시공간의 휘어짐으로 해석했다. 질량이 큰 천체는 주변 시공간을 휘어지게 하며, 이로 인해 수성의 궤도도 태양 가까이에서 더 크게 휘어지면서 근일점이 이동한다. 이러한 개념을 실증하기 위해 영국의 천문학자 아서 에딩턴은 1919년 개기일식에서 태양 주변의 별빛이 휘어지는 중력 렌즈 효과를 관측했다. 그 결과 별의 위치가 미세하게 틀어져 보였고, 이는 아인슈타인의 예측과 정확히 일치했다. 태양의 중력으로 인해 수성은 태양에 가까울수록 시간이 느리게 흐르는 환경을 경험하고, 멀어질 때는 시간이 빠르게 흐르면서 궤도의 틀어짐이 발생한다. 이에 따라 수성의 타원 궤도는 점진적으로 방향을 바꾸며 이동한다. 이 발견을 통해 상대성 이론은 학계의 주목을 받았고, 뉴턴 역학으로 설명되지 않던 중력의 본질을 새롭게 정의하며 물리학의 새로운 패러다임을 열었다. 작은 행성 수성의 미세한 틀어짐이 거대한 우주의 시공간 개념을 밝혀낸 결정적인 단서가 된 것이다.

 

플레이아데스 성단은 밤하늘에서 별이 하나가 아닌 여러 개가 모여 있는 모습을 맨눈으로도 쉽게 관측할 수 있는 몇 안 되는 명소 중 하나다. 그래서 고대 로마에서는 군인을 징집할 때 이 성단을 시력 검사에 활용하기도 했는데, 성단 속에서 별이 몇 개까지 보이는지 물어 지원자의 시력을 판단했다고 전해진다. 다른 별들에 비해 비교적 가까운 거리에 놓여 있어서 더 먼 우주까지의 지도를 그리기 전에 우주 지도의 축척을 바로잡는 용도로 쓰기 좋다.

그래서 많은 망원경들은 본격적으로 관측하기에 앞서 우선 플레이아데스 성단을 겨냥한다. 그리고 플레이아데스 성단까지의 거리를 얼마나 정확하게 잴 수 있는지를 통해 새로 만들어진 망원경의 성능을 점검한다. 그런데 흥미롭게도 천문학자들은 여전히 플레이아데스 성단까지의 정확한 거리를 알지 못한다. 어떤 방식으로, 어떤 망원경으로 거리를 측정하는지에 따라 성단까지의 거리가 조금씩 다르게 나오기 때문이다.

 

그렇다면 가까운 우주의 거리조차 완벽하게 측정하지 못하는 우리는, 수억 광년 너머의 우주를 어떻게 탐구해 왔을까? 천문학자들은 별빛의 미묘한 변화를 포착하고, 다양한 측정 기법을 활용하며 끊임없이 정확도를 높여 왔다. 이 책은 그러한 여정을 ‘거리 재기’라는 독창적인 시선으로 풀어내며, 우리가 직접 갈 수 없는 머나먼 우주를 어떻게 이해해 왔는지 흥미롭게 탐색한다.

 

우리의 존재 이유와 시간의 흐름을

새롭게 바라보게 하는 거대한 거울, 우주.

우주의 거리를 재고 지도를 그리다!

 

천문학은 단순한 과학을 넘어선다. 우주는 그저 머나먼 공간이 아니라, 우리가 존재하는 이유와 시간의 흐름을 새롭게 바라보게 만드는 거대한 거울과도 같음을 보여 준다.

 

얼핏 보면 밤하늘의 모든 별은 계속 한자리에 가만히 박혀 있는 것처럼 보인다. 하지만 사실 별들도 모두 움직인다. 은하수 속 별들은 우리은하의 한가운데를 중심으로 각자의 궤도를 그리며 움직인다. 우리 태양도 마찬가지다. 태양계가 우리은하를 크게 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 약 2억 5,000만 년이다. 지구가 태양 주변 궤도를 한 바퀴 완주하는 데 걸리는 주기를 1태양년이라고 하는데, 비슷하게 태양계가 우리은하 주변 궤도를 완주하는 데 걸리는 주기를 1은하년 Galactic year으로 정의한다.

공룡이 지구에서 군림했던 때가 대략 1억 년 전이다. 우리 태양계가 지금으로부터 은하년으로 정확히 반 년 전이었을 때다. 즉 태양계가 우리은하 한가운데를 중심으로 지금의 위치에서 정반대 편에 놓여 있던 무렵, 공룡이 한창 지구 위를 뛰놀고 있었다. 지난 은하 반년 동안 태양계가 우리은하 주변 궤도를 반 바퀴 도는 동안, 거대한 운석이 멕시코 유카탄 반도 해안가에 떨어졌고, 그사이 지구의 지배자는 거대 파충류에서 영악한 영장류로 바뀌었다. 지구에서도 그에 걸맞은 거대한 변화가 일어났던 것이다.

 

우주의 시간을 기준으로 보면, 인류가 살아온 시간은 한순간에 불과하다. 그러나 그 짧은 순간에도 우리는 우주를 이해하기 위해 끊임없이 노력해 왔다. 《갈 수 없지만 알 수 있는》은 우리가 비록 우주의 끝까지 갈 수는 없지만, 과학과 탐구를 통해 그 신비를 조금씩 밝혀 나가는 과정 자체가 바로 천문학의 가장 큰 매력임을 보여 준다.

[목 차]

프롤로그

 

1장 | 사실 달은 가깝지 않다

세상에서 가장 높은 곳에 가족 사진을 걸어두고 온 여행자

지구에서 달까지의 시간은 빛의 속도로 1.25초

달 표면에 두고 온 인류의 특별한 전리품들

1mm의 차이가 만든 달 탐사의 운명

현대인보다 더 바빴던 공룡의 하루

손가락 하나로 달까지 거리 재기

우주의 지도를 그리는 첫 번째 관문, 시차

 

2장 | 외계 생명체 죽느냐 사느냐, 거리가 문제로다

금성에 외계 생명체가 있을 것이라는 소문

금성의 또 다른 이름, 샛별 또는 개밥바라기

수차례 시도된 금성의 태양면 통과 관측

전설 속의 대장장이 행성 벌칸

수성의 틀어짐 속에서 피어난 아인슈타인의 이론

우연이라기에는 너무 잘 들어맞는 우연

다시 주목받는 천문학의 흑역사

 

3장 | 은하수를 여행하는 히치하이커를 위한 지도 그리기

도굴꾼이 훔쳐간 우주를 담은 유물

오리온을 피해 밤하늘로 도망간 일곱 자매

진짜 별이 쏟아지는 진정한 별똥별

은하수를 부유하는 유목민

뒤늦게 입증된 갈릴레오의 지동설

광년, 사실 천문학에서 쓰지 않는 버려진 단위

혼자만 다른 값을 제시하는 히파르코스의 미스터리

지구를 벗어나는 순간 쓸모 없는 지구의 별자리

 

4장 | 영혼을 비추는 촛불은 밤하늘의 별빛이 된다

외계인을 찾는 가장 과학적인 방법

별의 밝기를 재는 기준이 되어준 촛불

모든 별에게 적용되는 공정한 규칙

별빛의 팔레트로 우주의 지도를 색칠한다

거리가 어긋나는 별에 외계인이 산다

 

5장 | 은하들의 바다를 비추는 변덕스러운 등대 불빛

유리 조각에 담긴 별빛의 추억

페루의 밤하늘이 레빗에게 전해지기까지

우주를 항해하는 여행자를 위한 길잡이

나선 성운이 빛나는 밤에

허블과 섀플리의 치명적인 실수

 

6장 | 보이는 세계 너머 보이지 않는 세계

우주에서 가장 보편적인 시계

외계인이 보낸 메시지로 완성한 우리은하의 지도

우리은하에 외계인이 아니라 유령이 살고 있다

은하의 지도를 너머, 은하 속 별 하나하나까지

 

7장 | 우주의 지평선은 계속 물러나고 있다

달리는 열차의 나팔 소리

우주를 떠도는 열차의 경적 소리

진실은 항상 꿈틀거린다

일제히 멀어지는 건포도 알갱이들의 움직임

도망가는 은하의 속도를 알면 거리를 알 수 있다

우주 끝자락까지 지도를 그릴 수 있는 방법

 

8장 | 별의 지도에서 미래를 내다보는 21세기 점성술사

예고 없이 찾아오는 별의 폭발

별의 죽음을 가르는 경계

별의 최후를 너머 우주의 최후를 향해

표준 촛불 vs 표준화 가능한 촛불

우리 우주는 운이 좋았다

 

에필로그 –끝나지 않은 거리 전쟁

은하들도 거리 두기를 한다

하나의 우주, 두 개의 팽창, 우주가 보여주는 불협화음

[본 문]

45억 년 전 지구는 지금보다 훨씬 빠르게 자전했다. 당시의 하루는 겨우 여섯 시간뿐이었다! 이후로 지구의 자전 속도는 꾸준히 느려졌고, 하루의 길이도 길어졌다. 100년마다 평균 약 2ms (밀리초), 대략 10만 년마다 하루가 1초씩 길어지고 있다. 일이 많이 밀려 있어서 하루가 너무 짧다고 불평해본 경험이 있다면 이제 행복해해도 좋다. 하루가 조금만 더 길어졌으면 좋겠다는 현대인의 바람은 아주 천천히 이루어지는 중이다.

하지만 지금처럼 바쁜 하루는 공룡에 비하면 아무것도 아닐지 모른다. 약 1억 년 전 지구에 살던 공룡들은 지금보다 무려 한 시간이나 짧은 23시간의 하루를 보냈다. 21세기를 살아가는 현대인이 아무리 바쁘다 한들 23시간밖에 안 되는 하루를 살아야 했을 공룡보다 바쁘다고 이야기할 수 있겠는가!

_〈현대인보다 더 바빴던 공룡의 하루〉 중에서

 

더 이상 태양과 지구 사이 거리를 가늠하기 위해서 금성의 태양면 통과에 의지하지 않는다. 하지만 금성의 작고 귀여운 실루엣이 눈부신 태양 원반 앞을 가로질러 지나가는 모습은 여전히 눈길을 사로잡는 매력적인 우주 쇼다. 가장 최근에 있었던 금성의 태양면 통과는 2012년 6월 5일에 있었다. 만약 그때의 기회를 놓쳤다면? 바로 다음에 있을 금성의 태양면 통과는 2117년에 있을 예정이다. 거의 100년 뒤다. 다음 기회를 노리는 건 거의 어려워 보인다. 이처럼 가혹하게도 우주 쇼는 자주 찾아오지 않는다. 우리가 매번 하늘에 관심을 갖고 지켜봐야 하는 이유다.

_〈수차례 시도된 금성의 태양면 통과 관측〉 중에서

 

금성은 지구보다 태양계 안쪽을 도는 내행성이다. 그래서 지구의 하늘에서 금성은 태양에서 멀리 벗어나지 않는다. 금성은 절대 한밤중에 태양 정반대편 하늘에서 보이지 않는다. 항상 태양 주변 언저리에서만 보인다. 그래서 보통 금성을 가장 쉽게 찾을 수 있는 시간대는 태양이 뜨기 직전 새벽이나 저문 직후 초저녁이다. 한낮에도 태양과 비슷한 방향 어딘가에 금성이 떠 있겠지만 밝은 낮 하늘에 파묻혀서 보이지 않는다.

태양이 지평선 아래에 살짝 걸쳐 있을 때, 아직 밝은 태양 빛이 지구의 하늘을 덮기 전에 금성을 볼 수 있다. 가끔 초저녁에 지평선 근처에서 유독 밝게 빛나는 작은 별을 본 적이 있을 것이다. 꽤 많은 사람들이 그 모습을 보고 UFO가 나타났다고 착각하기도 한다. 하지만 지구가 외계인의 침략을 받고 있을까봐 걱정할 필요는 없다. 그건 금성일 테니까.

_<샛별 또는 개밥바라기> 중에서

 

지구에 액체 물로 채워진 바다가 존재할 수 있는 이유는 지구가 태양으로부터 너무 멀지도, 가깝지도 않은 딱 적당한 거리를 두고 떨어져 있기 때문이다. 만약 지구의 공전 궤도가 지금보다 더 작았다면 지구에는 과도한 태양 빛이 비치면서 바다가 모두 메말랐을 것이다. 반대로 지구의 공전 궤도가 더 컸다면 충분한 태양 빛을 받지 못해 지구는 차갑게 얼어버렸을 것이다.

현재 지구가 태양으로부터 떨어져 있는 거리 1AU는 참 절묘하다. 마찬가지로 다른 별 곁을 맴도는 외계 행성도 액체 바다가 존재하려면 그 중심 별에서 너무 멀지도, 가깝지도 않은 적당한 거리를 두고 있어야 한다. 결국 중심 별에서 행성까지의 거리, 그 행성이 그리는 공전 궤도의 크기가 외계 행성의 생명 거주 가능성을 결정한다. 중심 별에서 적당한 거리를 두고 떨어져 있어서 행성 표면에 액체 물로 채워진 바다가 존재할 수 있는 거리 범위를 ‘생명 거주 가능 구역Habitable zone’ 또는 ‘골디락스 존Goldilocks zone’이라고 부른다.

_<다시 주목받는 천문학의 흑역사> 중에서

 

많은 사람들은 별똥별이 가만히 있는 지구를 향해 우주 돌멩이가 날아오면서 벌어진다고 생각한다. 하지만 실상은 정반대다. 오히려 우주 공간에 가만히 떠있던 우주 돌멩이, 부스러기를 향해 지구가 직접 돌진하면서 벌어지는 현상이다.

소행성과 혜성들은 뒤로 부스러기를 흘리면서 태양 주변 궤도를 돈다. 이들이 흘리고 간 부스러기들은 마치 동화 속 헨젤과 그레텔이 흘린 빵가루처럼 우주 공간에 길게 남는다. 부스러기의 흐름이 우연히 태양 주변을 도는 지구 궤도와 겹칠 때가 있다. 아무것도 모르는 지구는 그저 자신의 궤도를 따라 갈 길을 간다. 지구는 우연히 자신의 궤도 위에 흩뿌려져 있는 부스러기 구름을 통과한다. 지구의 입장에서는 마치 자신을 향해 크고 작은 부스러기들이 쏟아지는 것처럼 보인다. 이것이 바로 별똥별이 떨어지는 진짜 이유다.

_<진짜 별이 쏟아지는 진정한 별똥별> 중에서