우주의발견

[나경실]

우주의발견은 역사관련해서 읽었다. 최초의 문명중의 하나인 티그리스강 유역의 수메르인은 700년간 천체를 관측하여 달의 위상변화가 규칙적인 것을 알아내고 29일 혹은 30일을 한달로 하는 순태음력을 만들었고 열두달을 한해로 하면 354일에 불과하여 태양의 공전주기와 맞추기위해 19년에 일곱번씩 윤달을 두는 태음태양력이 동아시아에서 추가되었다. 현재 일반화된 태양력은 카이사르가 채택한 30일 혹은 31일을 한달로 하고 2월은 나머지 28일로 하되 4년마다 하루를 추가한 율리우스력이 1600년간 사용되면서 대중화되었다.

현재 사용되는 그레고리력은 부활절이 춘분전후에 시작된 달의 보름이후 첫 안식일의 다음날인데 율리우스력이 연간 365일6시간이었기 때문에 천문학적인 1년보다 11분14초가 길었고 천년의 세월이 흐르면서 16세기에는 열흘이나 빨라져서 이러한 차이를 수정하기 위해 윤년의 예외로 100의 배수중 400의 배수가 아닌 해는 평년으로 두었다. 그래서 1996년, 2000년, 2004년은 윤년이지만 1900년과 2100년은 평년이 된다. 또한 천주교와 달리 개신교는 18세기, 정교회는 20세기까지 율리우스력을 사용했기 때문에 정확한 날자는 국가별로 다르다.

연간 12개월이 있었기 때문에 하루의 시간도 당시 주로 사용되던 해시계를 기준하여 낮을 12시간으로 나누었고 여기에 같은 12시간의 밤을 추가했다. 146 하늘이 파란이유는 대기중의 미세입자가 햇빛의 백색광을 분산시키기 때문이다. 그래서 파장이 짧은 파란색이 눈에 더 잘보이기 때문이다. 그런데 일출몰에는 해빛의 각도가 작아지고 거리가 그만큼 길어지므로 파란색 파장은 더 많이 산란되어 빨간 빛이 더 잘보이게 된다. 

금성은 지구와 제일 구조와 위치가 비슷하지만 태양에 가까워 온도가 높았고 물이 증발하여 구름의 온실효과를 내게되고 수증기는 높은 열로 산소와 수소로 분해되어 가벼운 수소는 우주로 방출되고 산소는 탄소와 결합하게 되었다. 결국 수십억년전 대기중 이산화탄소가 97%로 높아져 대기중 온실효과까지 작용하여 거리가 반이어서 태양에너지를 4배나 받는 수성보다 뜨거워지고 평균온도가 400도에 가까우므로 물이 없어 생명체도 존재하지 않는다. 태양계에서 유일하게 자전주기가 243일로 공전주기 224일보다 길며 유일하게 동쪽에서 서쪽으로 자전하여 해가 서쪽에서 뜬다. 192

지구는 45억년전에 탄생하여 44억년전에 충분히식어 액체상태의 물이 존재하게 되었다. 여기에 햇빛과 번개가 작용하여 35억년전 바다에서 원시 세균이 출현하게 되었고 수천만년이 지나면서 광합성을 하는 식물로 진화해갔다. 광합성은 물과 이산화탄소에 태양에너지를 적용하여 당과 산소를 만드는데 이렇게 현재의 대기성분이 조성되게 되었다. 바다에서 어류가 생기고 육지로 올라오는 2억년전에 파충류가 진화하였고 6천만년전에 공룡이 멸종하면서 크기가 작은 포유류의 시대가 되었고 인간은 5만년전에 출현하게 된다. 202 

멕시코 유카탄 반도 앞바다의 해저에는 칙술루브라는 지름이 300키로인 크레이터가 있는데 이는 6천만년전 지름 16키로인 물체가 우주에서 날아와 충돌하면서 생성되었다. 그 충돌로 높이 90미터의 해일이 발생하고 전세계적으로 불이 번져가면서 짙은 먼지와 연기 구름이 생겼고 이는 햇빛을 차단하면서 식물이 죽고 먹이사슬이 붕괴했을 것이다. 많은 과학자가 이러한 충돌이 공룡의 멸종원인이라고 생각한다. 이는 인위적으로도 만들수 있는데 가장 가능성이 높은 것이 핵전쟁이고 이러항 상황을 핵겨울이라고 한다. 226

이러한 충돌은 최소한 다섯번이 있었는데 가장 최근은 2.5억년전에 발생했고 지구생물의 75%가 멸종하기도 했다. 75미터의 소행성도 대도시를 초토화시키며 350미터는 소국, 7키로이상이면 핵겨울을 초래한다. 295 북반구의 별중 가장 찾기쉬운 별자리가 카시오페아일 것이다. 그 왕비는 오만함으로 인해 딸 안드로메다 공주를 희생양으로 바다괴물고래에게 바쳐야 했다. 메두사를 처치하고 귀국하던 그리스 최초의 영웅 페르세우스는 그녀를 발견하고 괴물고래를 처치한다. 그리고 신화에서는 당연한 수순으로 그녀와 결혼하는데 그의 증손자가 헤라클레스이다. 

그래서 카시오페아, 그녀의 남편 케페우스, 페르세우스, 안드로메다자리는 그들의 인척관계를 보이듯이 인근에 위치하고 헤라클레스는 북극성을 중심으로 대칭적인 위치에 있다. 306 그가 메두사를 죽였을 때 그녀의 피에서 태어나서 그가 귀향긱에 탔던 천마 페가수스와 그가 안드로메다를 위해 죽인 고래도 별자리가 되어 근처에 있고 8월중순에는 페르세우스자리쪽에 지구가 헤성이 지나간 자리를 통과하면서 그 잔해물이 대기권에 떨어져 발생하는 유성우를 볼수 있고 5월말에는 페가수스자리 근처의 유성우가 관찰된다. 311 

다음으로 찾기쉬운 별자리가 오리온자리로 그는 그리스 신화에서 바다의 신 포세이돈의 아들인 사냥꾼으로 사냥의 여신이자 달의 여신인 아르테미스와 사랑하여 결혼하려하자 오빠인 태양의신 아폴론이 전갈을 보내 죽이도록 만들었다. 사냥감인 황소자리와 토끼자리인근에서 사냥개인 시리우스가 주성인 큰개자리와 작은개자리와 같이 있으며 그를 죽인 전갈자리를 피해다니고 있기도 하며 궁수자리가 전갈을 겨누고 있다. 우완의 베텔기우스와 좌각의 리겔은 0등급의 별로 상당히 밝다. 오리온은 6월과 7월에 북반구에서 보이지 않고 10월하순의 유성우가 유명하다. 320 

우리 은하의 중심에는 블랙홀이 있는 것으로 보이고 주로 오래된 별들이 있으며 별의 밀도가 평균보다 100배나 높다. 별의 평균밀도는 5광년으로 공전주기는 2.5억년이다. 태양계는 은하의 중심에서 2.5만광년 떨어져있고 은하의 지름이 10만광년이므로 중심과 가장자리의 중간쯤에 위치한 비교적 새별인 셈이다. 따라서 중심에 있는 별은 2.5만년전에 방사된 빛이 우리눈에 도착한 셈이니 우주에서는 거리가 시간을 의미하기도 한다. 324

은하는 많지만 육안으로 식별가능한 것은 북반구의 안드러메다와 남반구의 대마젤란 그리고 소마젤란이다. 우주에 존재하는 기본적인 힘은 네가지로 원자내부의 강력과 약력, 전자기력, 그리고 중력이다. 중력은 천체의 구성물을 중심으로 끌어 그 모양을 구형으로 유지하고 위성이 행성을 행성이 항성을 항성이 은하의 주위를 공전하게 만든다. 아리스토텔레스는 사고를 통해 무거운 물체가 가벼운 것보다 빨리 떨어진다고 주장했지만 갈릴레이는 피사의 사탑에서의 실험을 통해 모든 물체는 동일한 가속도로 떨어진다는 것을 보였다. 332

이를 일반화한 사람이 뉴턴으로 모든 물체는 중력이 있고 그 크기는 질량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다는 것을 케플러의 관찰으로 부터 끌어내었다. 그리고 아인슈타인은 속도가 작은 경우에만 성립하는 뉴튼역학을 확대하여 광속은 일정하며 두 물체의 상대속도가 빨라지는 경우 해당 물체시간의 속도가 달라진다는 것까지 확대한 상대성이론을 성립시켰다. 340 성간물질이 중력에 의해 당겨지고 압력이 커지면서 수소융합으로 헬륨이 생기면서 에너지를 발산하는 원시별이 형성된다. 

내부 수소가 모두 소진되면 중심부가 수축하고 외부온도가 작아지면서 팽창하여 적색거성이 된다. 이는 외부가 방출되면서 태양보다 3배이상인 별은 초거성이 되고 수축하면서 초신성으로 폭발하고 그 미만은 백색왜성이 되어 흑색왜성으로 전락하고 초신성중 남은 질량이 태양의 세배가 넘는 경우는 블랙홀이 이하는 중성자별이 된다. 별은 연료를 태워 에너지를 내고 이는 중력과 균형을 이루는데 연료가 바닥나면 중력만이 작용해 수축하고 압력의 증가로 폭팔하여 외부에 있던 가벼운 것들은 날라가고 내부의 무거운 것들은 계속 수축하는 것이다. 347

38년에 수소융합과 우라늄/플루토늄 연쇄반응 효과가 발견되고 39년에 2차대전이 발생하고 41년에 일본의 진주만공격으로 원자탄이 개발되기 시작하고 45년 5월7일 독일항복에 이어 8월6일 히로시마 우라늄폭탄, 8월9일 나가사키 플루토늄폭탄 투하고 8월14일에 일본이 항복하여 2차대전이 끝난다. 366      

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머리말 - 우주의 미아가 되다

제1부 진리의 거대한 바다

우리는 우주에 대해 무엇을, 언제 알았는가? 천문학이란 무엇이며, 누가 만들었는가?

최초의 천문학자는 누구였나? 수정 구슬을 유행시킨 사람은 아리스토텔레스?

그리스인이 그토록 똑똑했던 이유는? 옛날에는 밤하늘의 모습이 지금과 달랐을까?

별자리는 어떻게 만들어졌나? 고대인이 생각한 우주론은 어떤 것이었나?

영국에서 발견된 돌무더기는 우주와 무슨 관계가 있을까? 점성술은 천문학과 어떤 관계가 있는가?

아우구스티누스는 왜 점성술을 나쁘게 말했나? 히틀러의 점성술사는 엉터리 점을 쳤던가?

우주의 이정표(200억 년 전~기원전 5년) 

<성경>에 나오는 '베들레헴의 별'은 실제로 일어난 천문학적 사건일까?

프톨레마이오스는 어떤 사람이었나? 우주의 이정표2(140~1642년)

마르틴 루터는 왜 코페르니쿠스를 '얼간이'라고 불렀을까?

술과 파티를 좋아하던 인물이 어떻게 천문학에 큰 변화를 가져왔을까?

행성의 운동을 처음으로 정확하게 알아낸 사람은? 누가 브루노의 혀를 꿰뚫었는가?

망원경을 실제로 발명한 사람은 누구인가? 왜 바티칸은 갈릴레이를 체포했을까?

뉴턴의 사과는 실제로 떨어졌을까? 우주의 이정표3(1644~1687년)

제2부 심연을 지나

우주 공간이란 무엇인가? 우주 공간에도 소유권이 있을까?

태양계는 언제 어떻게 생겨났는가? 태양계는 얼마나 클까?

행성이란 무엇인가? 행성과 별의 차이는?

우주의 이정표4(1703~1804년) 태양에 관해 궁금한 몇 가지 것들

수성에 관핸 알아야 할 것들 금성에 관해 궁금한 몇 가지 것들

지구에 관해 궁금한 몇 가지 것들 달에 관해 궁금한 몇 가지 것들

화성에 관해 궁금한 몇 가지 것들 공룡을 멸종시킨 것은 정말 소행성일까?

목성에 관해 궁금한 몇 가지 것들 토성에 관해 궁금한 몇 가지 것들

천왕성에 관해 궁금한 몇 가지 것들 해왕성에 관해 궁금한 몇 가지 것들

명왕성에 관해 궁금한 몇 가지 것들 별똥별과 혜성의 차이는?

유성은 어디서 날아오는가? 혜성이란 무엇인가?

혜성에 이름을 남긴 핼리는 어떤 사람이었나? 슈메이커-레비 9호 혜성에 어떤 일이 일어났는가?

혜성이 지구에 충돌한다면? 운석의 정체는?

운석으로 인한 피해도 보험으로 보상을 받을까? 태양계에서 아직 발견되지 않은 행성은 없는가?

우주의 이정표5(1820~1894년)

제3부 어느 누구도 가보지 못한 영역

별자리와 은하의 차이는? 왜 우리는 낡은 별자리를 아직도 그대로 사용할까?

별자리 은하수의 정체는 무엇인가?

은하들은 모두 모양이 똑같은가? 우리 은하와 가장 가까운 은하는?

퀘이사: 별인가, 은하인가? 왜 태양과 달, 지구는 모두 둥근 모양일까?

우주의 이정표6(1895~1929년) 별은 왜 깜박이는가?

별은 어떻게 생겨나며, 어떻게 빛을 내는가? 별의 먼지로 만들어진 세상

별의 생애 블랙홀을 실제로 발견한 사람이 있는가?

별에 관해 알아두어야 할 용어 별의 이름은 누가 어떻게 붙이는가?

우리 태양계 외에 다른 태양계와 행성들도 존재하는가? 우주의 이정표7(1930~1945년)

제4부 과감한 도전

농구공만 한 크기의 위성과 개 한 마리가 역사를 어떻게 바꾸었는가?

베르너 폰 브라운은 전범이었나? 우주의 이정표8(1946~1969년)

인간이 정말 달 위를 걸었나? 영화 '아폴로 13'은 실화인가?

머큐리 13총사는 왜 우주로 가지 못했나? 우주 왕복선 챌린저 호에 무슨 일이 일어났던가?

NASA는 우리의 생활을 어떻게 바꾸어놓았나? 백 투 더 퓨처: 어느 우주 비행사의 복귀

우주로 보낸 싸구려 거울은 어떻게 되었을까?

우주 공간과 화장실, 그리고 섹스: 우주정거장에서의 일상은?

우주의 이정표9(1970~2001년) 정말 외계인에게 납치된 사람이 있는가?

어떤 사람들이 외계 생명을 찾고 있는가?

제5부 우주의 운명

창조는 언제 일어났는가?

스위스 특허국에서 일하던 말단 공무원이 세상을 어떻게 확 뒤집었는가?

아인슈타인의 뇌는 어떻게 되었나?

빅 뱅이 일어났을 때 정말로 "빵"하고 폭발음이 났을까? 은하들이 멀어져간다는 사실을 어떻게 알 수 있을까?

비둘기 똥을 치우다 빅 뱅의 흔적을 발견한 사람? 빅 뱅 이전에는 무엇이 있었나?

빅 뱅 외에 우주의 탄생을 설명할 수 있는 이론은 없는가?인플레이션 이론, 암흑 물질, 제5원소에 대하여

우주의 운명은 어떻게 끝날까? GUT, TOE, 끈은 우주와 무슨 관계가 있는가?

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