스크랩 우주에 관한 모든것

[아빠]

- 글의 목차 -

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1. 간단한 배경지식

-1. 우주의 여러가지 단위

생정을 시작하기에 앞서 우주의 단위에 대해서 알아둘 필요가 있답니다

여러분도 알다시피 우리 우주는 너무나도 넓고 크기 때문에, 일상적으로

사용하고 있는 m와 km단위로 나타내기에는 어려운 점들이 많답니다

지구와 태양 사이는 1.5억km 인데 이걸 150000000km라고 적으면 너무나 길잖아요?

그래서 여러가지 우주 단위들을 만들어내게 됩니다.

1광초, 1광분, 1광년

1광초 는 빛이 1초동안 가는 거리를 말합니다 (30만 km)

1초에 지구 23개를 일렬로 세운것만한 거리를 돌파하죠

1광분 은 빛이 1분동안 가는 거리를 말합니다 (1800만 km)

  마찬가지로 1광일, 1광월 등이 있고요

우리가 통상적으로 사용하는 1광년 이라는 단위가 있습니다

1광년 은 빛이 1년동안 가는 거리, 곧 9조 5400억km 지요

광년은 우주 전체 스케일에서 많이 쓰이는 단위랍니다

1AU ( Astronomical unit )

 1AU 란 지구와 태양 사이 거리를 말한답니다

약 1억 5천만 km 지요

태양계 안에선 많이 쓰는 단위랍니다

하지만 우주 내에서는 이 단위마저 작은 단위에 속하지요

1파섹 ( Parsec )

 1파섹 이란

태양에서 가장 가까운 항성인 센타우루스자리 알파( Centauri α ) 와

태양사이의 거리를 나타냅니다

1파섹은 3.26광년이고, 206300 AU 입니다

1메가 XX (1 Mega)

메가라는 단위는 거리를 나타내는 단위는 아니지만

100만을 나타내는 보조단위에요

예를들자면 1메가파섹은 100만파섹을 나타내지요

비슷한 예로 1메가볼트는 100만볼트를 나타내는거구요

-2. 다른 행성으로 날아가는 방법

우리가 만약 목성으로 날아간다고 한다면, 많은 분들은

목성이 있는곳을 찾아서 일직선으로 날아가면 될거라고 생각하지요

하지만 그렇게 해선 절~대로 목적지에 도착할수가 없습니다.

연료도 없을 뿐더러 추진력도 부족하기 때문이죠

그래서 우주여행을 할때는, 근처에 있는 천체의 중력을 이용해서 우주선의 속도를 높여줍니다.

그림을 예로 설명드릴게요

화성으로 떨어지지 않을 만큼으로만 거리를 유지하면서 화성을 한바퀴 돕니다

그럼 화성의 중력때문에 우주선의 속도는 점점 증가하게 되지요

이제 화성을 한바퀴 뺑 돌고 목성이 보이기 시작할때

화성의 중력을 벗어나야 합니다. 이때 연료를 태워서 화성을 뿌리치고 목성으로 다가가는 것이죠

그리고 우주여행을 할때는 천체는 항상 360도로 돌면서 비행해야 합니다

이걸 바베큐 비행이라고 하는데요, 만약 이렇게 운행하지 않는다면

우주선 몸체의 한 부분만 태양열을 받기 때문에 금방 망가지게 된답니다

-3. 빅뱅 (Big bang) 에 관하여

이번 주제에서는 여러분에게 빅뱅이론에 관한 내용을 설명해드리려고 해요

우리 우주가 어떻게 탄생되었느냐에 관한 논쟁은 지금도 끊이지 않고 있지요

그중에서 가장 영향력있고, 신뢰성있는 이론으로 대우받고 있는

빅뱅이론 에 관한 내용입니다

이 그림은 빅뱅이 시작되고 나서부터의 우주의 팽창을

입체적으로 그린 그림이랍니다

맨 처음 부분의 폭발에서는 우리 우주가 아~~~주 작은 공간에 밀집되어 있었지요

원자핵보다도 더 작은 공간에 이 세상이 모두 담겨져 있었지요

이 우주가 점점 무거워지다가 뻥 하고 터져버린 것이죠

노란 깔대기 모양 구간에서 우주의 팽창이 급속도로 진행되었습니다

빨간 부분은 우주의 크기가 점점 커지고 있는 구간입니다

(그림상으론 차이가 없지만 1초에 반지름이 1000배 이상씩 커졌습니다)

파란 부분이 현재의 우주지요

헌데 노란색 구간의 아랫부분 (작은 깔대기 모양) 인

폭발 이후의 1초동안에 우리 우주의 모든 물질들이 생성되었답니다

즉 폭발하자마자 우리 우주에 있는 모!!!!든

원자와 원소들이 생성된 것이라고 볼수 있지요

그리고 우리 우주를 구성하는 여러 힘들이 빅뱅의 에너지에서 나눠지게 됩니다

( 우주의 4대 힘 : 전자기력, 중력, 강력, 약력 )

물리를 배우시는 학생들이라면 잘 알수있는

관성력 탄성력 마찰력 등등 모든 력으로 끝나는 말들은

저 4가지 안에 들어있는 것이지요

헌데 이 4가지 힘은 원래 한개의 힘이었으므로 나중에 우주에 대한

연구가 더 진행된다면 이 4가지 에너지가 전부 합쳐져서 하나의 힘이 됩니다

(대통일장이론 이라고 합니다)

여기에 대한 설명은 이쯤에서 끝낼게요 아마 슬슬 졸려오실거에요

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 2. 우주의 천체들

-1. 태양계 안의 천체들

우리 지구 가까이 있는 달부터 시작해서 우주 끝에 있는 퀘이사까지

하나하나 파헤쳐 보는 부분입니다

-1) 달

 달은 반경 1200km의 작은 돌덩이 위성이랍니다

우주선으로 약 3일정도 걸리는 비교적 가까운 위치에 있지요

하지만 이렇게 가까운 달에 가긴 쉽지 않답니다

60명의 우주비행사들이 달 착륙을 시도했지만 12명만이 성공적으로 달에

착륙할수 있었으니까요

달에는 많은 미스터리가 있답니다. 그중의 하나가 달의 탄생에 관한것인데

일반적인 과학자들과 많은 사람들은 달이 지구에서 떨어져나간 파편이라고 알고있습니다

하지만 달의 지질조사를 거친 결과, 지구보다도 오래된 암석이라는 사실이 밝혀졌답니다 

현재 달의 탄생에 관한 점들은 미스테리로 남아있지요

 이것은 1960년대 닐 암스트롱을 태우고 처음 달에 도착한

아폴로 11호 랍니다. 밑에 있는 발자국은 암스트롱을 포함한

우주 비행사들이 찍어놓은 발자국이지요. 오른쪽엔 미국 성조기가 보이는군요

달에는 대기가 없기 때문에 이런 자국들이 절대로 사라지지 않는답니다

가령 " 은영아 사랑해 " 이런걸 적어놓고 온다면 평생 남는 로맨틱한 낙서가 되겠지요

달과 지구의 거리는 38만 4400km (지구와 태양거리의 400분의 1) 이고

달의 반지름은 지구의 4분의 1 정도에요

그리고 얼마전 발표된 학계의 보고에 따르면

달에 수십억톤의 물이 발견됬다고 하지요?

이제 달에 기지를 건설하고 생활할수 있는 날이 멀지 않을것같아요

달은 스스로 빛을 내지 못하기때문에, 태양빛이 전해지는 양에 따라

보이는 모양이 달라진다는건 모두 알고계시는 사실일거에요

그리고 초승달과 초생달에 대해서 헷갈려하시는 분들이 많아

설명해드릴게요. 초생달과 초승달은 같은 말이에요.

 어느쪽이 기울어져있는 그런 차이에

의해 생긴 말이 아니라는 말입니다

제가 과학시간에 배울때까지만 해도 초승달은 뭐 오른쪽이 기울어진것

초생달은 왼쪽이 기울어진것 이런식으로 배웠었거든요

하지만 어원을 검색해보니 모두 初 (처음 초), 生 (날 생) 자를 쓰는데

"승"과 "생"의 발음이 같아서 생긴 오류라고 하네요

이번엔 달 공동설에 관한 미스터리를 소개시켜드릴게요

 우리가 예상하는 달의 내부는 외핵, 내핵이 존재하는 지구와 비슷한

이런 모양이지요 

 하지만 달은 이렇게 속이 텅 빈 공모양 일지도 모른답니다

 달의 속이 만약 꽉 차있다면, 어떤 충격을 가했을때 그 충격이

달의 내부를 거쳐 반대편으로 전달되어야 하는게 상식적이지요

 하지만 달에 충격을 가해보니 위의 결과와는 전혀 다르게,

마치 종을 때리는 듯한 모양으로 표면을 따라 충격이 전달되었답니다

달은 정말 속이 텅 비어있는 걸까요? 아마 그렇진 않을거에요

왜냐면 속이 텅 비어있다면 달에 있는 중력이 형성될수 없기 때문이에요

하지만 왜 충격이 종모양으로 전해지는지는 미스터리랍니다

-2) 금성 

 태양계에서 가장 밝은 행성인 금성입니다

해가 거의 다 져갈때쯤에 태양 근처에 아주 반짝반짝거리는 별이 하나 있는데요

그게 바로 금성입니다. 지구에서 굉장히 잘 보이는 행성중의 하나에요

금성의 대기는 두꺼운 이산화탄소와 황산 (지구 3대 강산) 으로 이루어져 있기 때문에

태양빛이 이 구름을 뚫지 못하고 바로 반사되어 버리는 것이죠

＊지구의 3대 강산은 염산, 황산, 질산입니다

 밝고 아름다운 표면에 비해 어둡고 뜨거운 금성의 표면 사진이에요

금성의 평균 온도는 500도에요. 여기다가 삼겹살을 가져가면 그냥 공기중에 놔두기만 해도

불에 타서 없어져버릴거에요. 게다가 사진에 보이는 화산활동으로 인해 생기는 열은

금성 밖으로 빠져나가지 못해요. 두꺼운 대기층이 있기 때문이죠

따라서 금성은 가면 갈수록 더 뜨거워지는 별이 되는겁니다.

  이건 금성의 표면을 탐사하려고 왔다가 너무나도 혹독한 금성의 환경을

이겨내지 못하고 망가져버린 금성의 탐사선 베네라에요

소련에서 발사한 탐사선이었죠. 황산 대기를 통과하면서 금속으로 된 표면체가

부식되면서 망가졌다고 해요

 -3) 수성

 태양에 너무나도 가까이 다가가버린 비운의 행성 수성이에요

태양계의 행성중 가장 작고, 가장 온도차가 심한 행성이죠

  밝은 부분은 태양빛을 정면으로 받고있는 수성의 낮이고, 어두운 부분은

태양빛이 전해지지 않는 수성의 밤인데요, 밤에는 영하 170도까지 내려갔다가

낮에는 400도를 넘나들게 되요. 즉 수성은 얼었다 녹았다를 반복하는 행성이죠

이렇게도 온도차가 심한 이유는 수성에 대기가 없기 때문에 태양의 열을

그대로 받고 그대로 보내버리기 때문입니다

 이건 수성의 탐사선 메신져호에요. 이 탐사선이 재밌는 사실을 알아냈는데요

수성의 중력이 크기에 비해 강하다고 해요. 보기보단 무겁다는 말이에요

이걸 근거로 여러 우주학자들은 수성이 원래 엄청나게 큰 별의 핵 부분이었는데

그게 다른 행성과 충돌하면서 중심 핵 부분만 남기고 나머지는 다 방출하게 되고

남은 핵 부분이 수성일 것이라고 해요

＊우주에선 천체의 무게가 무거워질수록 중력은 점점 강해집니다

 -4) 태양

지구 생명의 근원, 우리에게 가장 친숙하고 없어서는 안될 중요한 별 태양이에요

예전부터 태양은 신의 얼굴에 가장 가까운 형상이라고 숭배되어 왔었죠

우린 전적으로 태양에 의지해 살아가게 됩니다

태양과 지구는 1억 5천만 km의 거리를 두고 있어요. 빛으로는 약 8분정도 걸리고 (8광분),

시속 700km의 비행기로는 25년을 날아야 갈수 있는 거리에요.

 태양은 지구 100만개를 합친것보다 커요. 또 태양계에 있는 모든 물질 질량의 99.8%를

태양 혼자서 차지하게 되요. 우주에서 무겁다는건 중력이 강하다는걸 의미해요

이렇게 중력이 강해야 엄청나게 먼 거리에 있는 행성들이 태양을 중심으로 돌수 있는거죠 

  태양의 에너지는 수소의 핵융합으로 인해 생기게 되요.

핵융합이란 쉽게 말하자면 핵과 핵이 뭉치면서 생기는 열을 이용하는 에너지방식이죠

수소가 핵융합을 하면 헬륨이라는 기체가 생성되는데요, 만약 태양에 있는

수소를 전부 사용하게 된다면 그건 곧 태양의 죽음을 의미하게 되요.

더이상 불타오를수 없기 때문이죠

 이건 홍염이라고도 하고, 프로미넌스라고도 하는 태양의 불기둥이에요

강한 전자와 뜨거운 열기가 합쳐져서 생기는 아주아주아주 뜨거운 고리죠

저 고리 안으로 지구 4~5개를 넣을수 있을만큼 아주 큰 불기둥이에요

이 홍염 1개는 지구의 화산 1000만개에 버금가는 에너지를 매초 방출합니다

인류가 지금까지 생산한 에너지는 이 홍염이 1초동안 생산한 에너지보다 훨씬 더 적습니다 

홍염이 솟구치는 자리에는 상대적으로 온도가 낮아 검게 보이는 부분이 있어요

이게 바로 우리가 잘 아는 흑점이죠. 헌데 이 흑점이 온도가 낮다고 해서

별로 뜨겁지 않을거라고 생각하시는분들이 많아요. 이 흑점은 지구에 있는

그 어떤 물질보다도 더 뜨거운 곳이에요.

흑점이 많으면 태양폭발이 활발하다고 하죠? 흑점이 많다는건 거기서 나오는 홍염이 많다는 소리고

홍염이 많다는건 그만큼 폭발이 활발하다는 소리죠.

태양에 대해 좀더 자세하게 파고 들어가봅시다

＊1. 태양의 크기, 질량, 온도

 태양은 현재까지 45억 6천만년동안 뜨겁게 불타고 있는 별이에요

태양의 지름은 140만Km로 지구 지름보다 109배 더 깁니다.

그리고 질량은 태양계에 있는 모든 행성을 합친 양의 700배 정도 됩니다.

태양은 표면온도가 평균 6000도 입니다

보통 철의 녹는점이 1500도 정도이니, 6000도라는 온도는 아주 높은 온도라고 할수 있죠

헌데 태양의 중심은 1500만도가 넘습니다. 온도가 이정도로 올라가게 되면

 플라즈마라는 상태에 도달하게 됩니다. 플라즈마는 고체 액체 기체에 이어

제 4의 물질상태라고 불리우는 상태에요. 자세히 한번 살펴보죠

 사실 아주 어려운 분야이니 그냥 이런 물질상태가 있다는 것만 알아둔다면

여러분은 지식 훈녀가 될수 있어요.

먼저 플라즈마란?

모든 물질은 " 원자 " 로 이루어졌다는건 여러분도 다 아실거에요

헌데 원자 하나엔 원자만 딸랑 있는게 아니랍니다.

원자 주변엔 전자라는것이 돌고있습니다. 마치 태양 주변을 지구가 도는것처럼요

이렇게 말이죠

 

 보통 우리가 알고 있는 원자는 전자가 돌고있는 저 범위까지 모두 합쳐서

원자라고 한답니다. 따라서 모든 원자에는 빈 공간이 있게 되지요

헌데 원자가 플라즈마 상태에 도달하게 되면

올리브색의 원자핵과 전자가 서로 분리되어 버리는 상황이 일어납니다

고체, 액체, 기체와 비교해서 정리를 해드리자면

이렇게 되는 것이지요

이런 플라즈마 상태를 만들기 위해선 1억도 이상의 열이 필요합니다

현재는 1억도 이상까지 온도를 올릴수는 있으나, 플라즈마를 잡아둘만한

그릇이 없어서 만들지 못하고 있답니다

그래서 과학자들은 공중에 플라즈마를 담아둘 연구를 하고 있지요

＊태양의 에너지는 얼마나 큰걸까?

태양의 에너지는 태양 핵 내부에서 핵융합 반응이 일어나며 만들어집니다.

태양의 핵 온도는 위에서 적었듯이 1500만도 정도이며, 기압은 1억기압 정도 된다고 합니다.

태양은 수소와 헬륨으로 이루어졌다는 사실 알고 계시죠?

이 수소가 1초에 7억톤씩 핵융합하면서 엄청난 에너지를 방출합니다.

태양의 에너지가 얼마나 크냐면요

1초에 지구에 닿는 태양열량을 석탄으로 환산하면 200만톤을 태워야 한다고 해요

헌데 지구에 닿는 태양에너지는 실제 태양에너지의 22억분의 1 밖에 되지 않습니다.

즉, 태양에서 에너지 22억개를 던지면 실제로 오는 에너지는 1개 정도밖에 되지 않는다는 소리죠.

  태양은 1초에 430만톤의 에너지를 열과 빛으로 방출하고, 100만톤의 에너지를 태양풍으로 보냅니다

 ＊3. 태양의 미래

수소를 7억톤이나 태워서 만든 에너지인데, 밖으로 뿜어내는 에너지는 왜 530만톤밖에 안될까요?

나머지는 태양 안에 점점 축적이 되기 때문이죠. 에너지가 점점 쌓여갈수록

태양은 점점 무거워져갑니다

태양 내부에 축적되지 않고 다 뱉어낸다면 태양은 12경년( 1조x1만x 12 ) 이상 불타오를수 있다고 합니다.

하지만 태양의 수명은 알려진게 123억년 정도라고 하죠.

 태양이 시간이 지날수록 어떻게 변하는지 봅시다

태양은 75억년 후에 이렇게 엄청난 크기로 팽창하게 됩니다.

이때는 수성과 금성은 사라지고 지구가 태양에서 가장 가까운 행성이 됩니다

저때의 지구에선 인간을 찾아볼수 없게 됩니다. 현재의 금성과 비슷하거나

더 뜨겁고 무서운 죽음의 행성이 될 확률이 99.99% 입니다

78억년 후 태양은 지구와 화성까지 삼키게 됩니다. 이제 태양의 남은 수명은 10억년 정도입니다

남은 10억년동안 태양은 마지막 에너지를 불태우며 더욱더 크기를 불립니다

이때의 태양은 지금의 태양보다 5000배에서 10000배정도 밝고,

지름도 현재의 태양보다 430배 정도로 커지게 됩니다.

이런 거대한 태양은 10만년 정도 지속되다가, 더이상 태울 에너지가 없어

자기 몸에 있는 에너지를 방출하며 점점 수축하기 시작합니다.

이제 태양은 다 죽어가는 별이나 마찬가지입니다. 태양의 크기는 지구정도밖에 되지 않지만

질량은 현재 태양의 60% 정도입니다. 이정도의 별을 백색왜성 이라고 하고요

백색왜성의 밀도는 아주 엄청납니다

각설탕 하나정도의 질량이 1g 이라면 백색왜성에서는 100kg~9천만톤 정도로 측정이 됩니다.

(뒤에 따로 적을 내용이니 이정도만 알아두세요)

그나마 남아있던 탄소마저 전부 타버리고, 백색왜성은 흑색왜성으로 변하고 맙니다

흑색왜성은 다시 성운을 이루게 되고, 성운은 다시 별의 탄생을 이루게 됩니다

별의 순환이라고 볼수 있지요

＊태양의 여러가지 아름다운 모습 

  1. 태양을 지나고 있는 수성

태양의 7시 방향쪽에서 2시 방향쪽으로 점이 4~5개정도 찍힌게 보이나요?

저게 바로 수성이랍니다. 태양 - 수성 - 지구 순서대로 있을때 저런 모습이 보인답니다

 2. 태양을 지나고 있는 금성

금성은 실제로 달보다 4배정도 큰 행성이지만,

금성이 달보다 훨씬 멀리 떨어져있기 때문에 저렇게 작게 보인다고 하네요.

헌데 이렇게 금성이 태양 앞을 지나는 현상이 아주 드문 현상이라는거 아세요?

21세기에 들어서 2004년에 처음 관측되고, 2012년에 한번 나타날 예정이라고 하네요

2012년에 못보면 2117년에 나타나니, 이때 못보면 죽을때까지 못보는거나 마찬가지에요

  3. 태양을 1년동안 똑같은 장소에서, 똑같은 시간에 찍은 사진입니다

8자를 그리면서 운동하는걸 보여주고 있습니다

 4. 개기일식의 사진

원래 개기일식은 태양의 전부가 가려져야 하지만 울퉁불퉁한 달 표면의 특성상

빛이 전부 가려지지 않고 이렇게 뒤로 나오게 됩니다.

꼭 다이아몬드 반지 같지 않나요?

＊일식과 월식의 구분

일식은 日( 해 일 ) 자에 蝕 ( 좀먹을 식 ) 자를 씁니다

즉 해를 먹는다, 달이 해를 먹는다

이렇게 생각하시면 됩니다

반대로 월식은 月食 자를 써서

달을 먹는다, 해가 달을 먹는다

이렇게 생각하시면 되는거죠

-5) 혜성

 혜성은 태양 둘레를 타원형으로 돌고 있는 천체에요. 커다란 얼음덩어리가

태양에 가까워지면서 녹았다가, 다시 태양에서 멀어지면서 얼기를 반복하는 거죠

혜성의 중심부는 얼음으로 이루어진 돌덩이인데요, 이 돌덩이가 태양에 가까워지면

점점 녹아서 꼬리가 길어졌다가 태양에서 멀어지면 다시 돌덩이로 얼기 시작하면서

꼬리가 짧아지게 됩니다.

 이게 바로 혜성의 중심부인데요, 주변에 보이는 검은 모래같은 것들은 유기물들이에요

유기물은 생명의 씨앗이라고도 볼수 있어요. 고대 지구에 이런 행성들이 부딪히면서

생물이 자라는데 필요한 유기물들을 제공하고, 그 생물들이 지구의 여러 동물로

발전하게 됬을거라는 설이 상당히 신빙성 있는 가설로 인정받고 있어요.

즉 혜성은 인간의 정자......라고 할수 있겠죠? 

 헌데 이런 혜성이 다시 지구에 충돌하게 된다면 어떻게 될까요?

인간은 공룡처럼 흔적도 없이 사라져 버릴지도 모릅니다

 -6) 화성

  과거에 생명이 있었을 확률이 높은 행성으로 분류되는 화성이에요

  화성엔 대기가 있긴 하지만, 너무나도 희박한 양의 산소와 너무나도 높은 이산화탄소

농도 때문에 생명이 살기에는 적합하지 않은 행성이에요

또 화성에 생명이 살수 있으려면, 화산활동 등이 일어나서 땅에 있는 수증기나

유기물등을 지표로 꺼내줘야 하는데, 화성은 현재 화산활동이 너무나도 없어서

생물이 살기에는 불가능한 환경이라고 볼수 있습니다 

 이건 올림푸스 산이에요. 높이가 에베레스트산의 3배정도 되는 곳이죠

이건 과거에 화성에 엄청난 화산활동이 있었다는 증거가 되는거죠

 이건 올림푸스산의 꼭대기 부분이에요. 분화구가 아주 크죠?

저 분화구 밑에 마그마가 있을지 없을지는 아무도 모릅니다. 현재 기술로는

저 산에 올라가는것마저 버겁기 때문이지요

 이건 화성에 있는 협곡이에요. 미국에 있는 그랜드캐니언과 흡사하지 않나요?

하지만 이 협곡에 비하면 그랜드캐니언은 이마에 있는 주름정도밖에 되지 않을정도로

미약한 곳이랍니다. 평균 7~8000m의 높이로 된 곳이기 때문이죠.

-7) 소행성대

 화성과 목성으로 가는 길 사이에는 엄청나게 많은 소행성들이 있어요

수천만개에서 수억개에 달하는데요, 이 크기들이 아주 어마어마하답니다

작은건 500m에서 큰건 400~500km까지 된답니다

 이건 지름이 30km정도 되는 소행성이에요. 표면에 거대한 구멍이 보이시죠?

소행성과 소행성이 부딪히면서 생긴 구멍이지요. 

이건 윗 사진에 나온 소행성에 부딪혀서 떨어져버린 탐사선이에요

해왕성으로 가던 탐사선이 화성과 목성 사이를 가다가 너무나도 많고 빠른

소행성에 충돌한 거랍니다. 소행성의 속도는 시속 8만km정도 되기 때문에 피할수가 없지요

-8) 목성

 목성은 태양계에서 가장 큰 행성이에요. 부피가 지구의 천배 이상 되는 큰 행성이죠

목성의 대기 안으로 들어갔다가는 끝도 없이 안쪽으로 빨려들어가게 됩니다. 목성은

표면대지가 없는 기체행성이라 목성의 핵까지 끌려가게 되는거죠

 목성의 표면이 참 아름답지 않나요? 덜 섞인 우유커피같죠?

하지만 이 표면은 목성에 있는 맹독성의 대기가

활발하게 움직이면서 생기는 구름들이에요. 가운데에 있는 큰 점은 대적점이라고 해요

대적점은 지구가 4개정도 들어갈만큼 큰 회오리 바람이에요. 이 폭풍은 300년째 지속되고 있죠

휘몰아치는 목성의 대기 안에서는 번개가 요동칩니다. 지구에 치는 번개보다

10000배 이상 강한 번개랍니다.

 목성의 극지방에 해당하는 곳이죠. 파란 오로라 같은게 아름답지 않나요?

하지만 이 오로라는 엄청나게 강한 방사선을 방출하는 위험한 곳이랍니다.

  이건 목성의 위성중 하나인 유로파에요. 지구에서 6억5천만년 거리에 떨어져있죠

파란 부분은 유로파의 얼음 부분이고, 빨간 부분은 얼음 틈새랍니다

-9) 토성

태양계에서 가장 아름다운 행성 토성이에요.

토성의 밀도는 물보다 낮기 때문에 물에 뜬답니다 (0.7g/㎤)

토성의 중심은 금속으로 되어있는데, 아주 뜨겁고 엄청난 압력이 있기 때문에

푸른색의 용암 상태로 존재하고 있다고 해요

토성의 아름다움의 비결인 고리 부분이에요

토성의 고리는 이렇게 작고 큰 돌멩이들이 모여서 이루어진 것이죠

말이 돌멩이지 달과 비슷한 크기들이 대부분이랍니다

이 고리는 40만km까지 넓게 퍼져있지만, 두께는 150m~10km 정도로 아주 얇은 고리라고 볼수 있답니다

고리의 색깔이 다른 이유는, 돌멩이들의 밀도가 다르기 때문이에요

이건 토성의 위성인 타이탄의 사진이에요. 타이탄에는 희미한 대기가 있는데요

물이 흐른 자국도 발견되어 가장 생명체가 살기에 적합한 형태를 띄고 있다고 해요 

타이탄 안의 모습입니다. 지구와 매우 흡사하지 않나요?

강과 호수가 보이고, 구름에서는 대기활동까지 일어납니다. 날씨가 있다는 소리에요

하지만 이 물같이 생긴건 물이 아니라 액체천연가스에요. 지구 전체에 있는

가스와 석유의 양보다 수백배정도 될거라고 해요. 게다가 이 토양에는 유기물도 있어서

생명이 살수 있는 여러가지 환경을 다 갖춘 곳이라고 불린답니다. 하지만 아쉽게도 이곳은

너무 추워서 생명이 살수는 없습니다. 태양이 좀더 커져서 타이탄의 온도가 올라간다면

이곳에 정착해서 살지도 모릅니다.

 -10) 천왕성

토성부터 왕성으로 끝나는 행성은 전부 고리가 달려있어요

게다가 천왕성은 다른 행성과 다르게 자전축이 공전축과 평행해요

지구가 오른쪽 왼쪽으로 돈다면 천왕성은 위 아래로 도는거죠

왜냐하면 천왕성이 생길때, 미행성이라는 것과 부딪히면서 행성이 휙 돌아가버린 거에요

지름은 5만km, 태양과의 궤도는 10AU 정도에요

-11) 해왕성

해왕성이에요. 해왕성은 메탄가스로 이루어진 행성이죠

해왕성 표면에 있는 검은 점이 보이시나요? 목성의 대적점과 비슷한 곳이죠

이건 해왕성의 위성인 트리톤이에요

판타지게임의 배경같지 않나요? 지금 솟구치는건 우주의 굴뚝인 간혈천이에요

해왕성의 중력에 의해 점점 파괴되면서 먼지가 솟구치는 거랍니다

이 트리톤이 시간이 지나면 해왕성의 고리로 변하게 되죠

-12) 명왕성

 이건 우리가 얼마전까지 행성이라고 부르던 명왕성이에요

하지만 명왕성은 행성이냐 소행성이냐에 따른 논쟁에서 결국 소행성으로 분류되게 되요

행성 : 어떤 한 천체를 기준으로 공전하는 행성

소행성 : 정처없이 떠도는 행성

왜냐면 명왕성은 다른 행성들과는 다르게 공전궤도면이 너무 비틀어져 있었어요

공전궤도 : 태양계의 행성이 지구를 도는 경로

사실 그렇게 치자면 명왕성같은 행성은 수만가지가 넘기 때문이에요

그리고 명왕성을 발견한 사람이 유일하게 미국인인데요, 미국에서 자기들이

행성을 발견했다는 자부심을 세우기 위해 행성으로 유지시키려고 했지만

학계의 반발때문에 실패하게 되죠. 비운의 행성이에요

 그리고 명왕성이 다시 태양계 행성에 인정이 됬다고 하는데

근거가 없는 말이에요!

-2. 태양계 밖의 천체들

태양계 밖에 있는 여러가지 신기한 천체들을 살펴보는 챕터입니다

사실 큰 제목을 태양계 밖의 천체들 이라고 지었지만, 보이저 1호까지는

현재 태양계 안에 있는 상태입니다. 참고해 두세요

-13) 세드나

이건 2003년에 발견된 작은 얼음별 세드나에요

태양계 안에서 태양 주변을 공전하는 새로운 행성으로 발견되었죠

현재 학계에서는 이 행성을 태양계의 10번째 행성으로 분류할것인가 말것인가에 대해

깊이 논의하고 있다고 해요.

지구로부터의 거리는 130억km, 공전주기는 1만년이에요 

공전주기 : 행성이 태양을 한바퀴 도는데 걸리는 시간   ex) 지구의 공전주기 : 1년

-14) 보이저 1호

이건 지구에서 160억 km 를 날아온 우주탐사선 보이저 1호에요

보이저 1호가 없었다면 현재 밝혀진 우주의 여러 사실들은 좀더 오랜 시간 뒤에

발견이 됬었을 거에요. 이 탐사선은 총알보다 20배 빠르게 움직이고 있어요

사진의 금색 레코드 판이 보이시나요? 인간이 우주인에게 보내는 편지에요

각 나라 말로 인사말이 담겨져 있어요. 그리고 베토벤과 여러 거장들의 음악 몇가지와

우주인에게 지구인과 지구의 특징을 설명하는 지도도 포함되어 있답니다.

그리고 이 보이저1호는 원래 2004년에 기능이 정지된 후에 태양계 밖으로

버려지도록 설계가 되었는데, 이상하게도 아직까지 잘 작동이 되고 있습니다

현재 4년 정도 후면 보이저1호는 태양계를 완전히 벗어나게 된답니다

앞으로 뭘 발견할수 있을지 기대되는 부분이네요

-15) 알파 켄타우리

자 이제부터는 정말로 태양계를 벗어난 곳에 있는 천체들을 살펴볼거에요

우주의 지름을 우리나라 쯤으로 줄이면 우린 0.8cm 앞으로 나온 정도에요 

위 그림에 보이는 별은 < 알파 켄타우리 > 라는 천체에요

지구로부터는 40조km, 우주선으로 15만년 걸리는 거리에요

이 천체는 세개의 별이 서로를 돌고 돌고 하고 있답니다

위의 빨간 별이 첫번째별, 노란별이 두번째별, 주황색 별이 세번째 별인데요

이 세 행성은 서로 엄청난 속도로 공전하면서 달아나려고 한답니다.

우리가 이 별을 만난다면 100% 셋중의 한 별로 끌려들어가게 될거에요

-16) 앱실론 에리다니

이건 지구로부터 4광년 (40조km) 떨어진 곳에 있는

광년 : 빛이 1년동안 진행하는 거리의 단위. 약 9조 5천억km (시간단위가 아니에요)

< 엡실론 에리다니 > 라는 천체에요 

꼭 은하같이 생기지 않았나요? 저 구름같이 생긴 것들은 얼음과 돌맹이들이에요

저것들이 뭉쳐서 새로운 행성을 형성하게 되요.

-17) 슈퍼지구

슈퍼지구에 관한 제가 올렸던 생정이 있으니

그걸로 대체하겠습니다

먼저 슈퍼지구란 무슨 뜻일까요?

태양계 밖에 있는 지구와 비슷한 행성 을 가리키는 말이랍니다

앞의 슈퍼 라는 단어는 지구보다 3~10배정도 큰 행성 이라서 붙여진 말이에요

신기한점은 현재 지구와 환경이 비슷한 별들이 아주 많이 발견된다는 거에요

해왕성보다 약간 작은 크기정도가 자주 발견된답니다

16만 4천개의 별을 조사할때 그중 120~160개가 지구와 유사한 행성이라고 하네요 (NASA)

그렇다면 현재까지 발견된 지구와 비슷한 행성을 알아보도록 할게요

가장 많은 이슈를 일으키고 있는 글리지에 581 이에요

행성들이 중심에 있는 적색왜성을 따라 공전하는게 우리의 태양계와 아주 흡사하죠

옆의 적색왜성은 태양질량의 30%이고 밝기도 태양보다는 어둡다고 합니다

글리지에 581과 우리 태양계를 비교해놓은 사진이에요

가로축은 행성간의 거리를 나타냅니다

글리지에 581을 중심으로 수성보다 가까운 위치에 모든 행성이 존재하고 있네요

가운데 있는 인테그랄 모양의 파란 부분은 골디락스존 이라는 부분이에요

저 범위 안에 있는 행성은 생물체가 살아갈수 있는 환경이라는 뜻이지요

 이제부터 골디락스존 근처에 있는 c와 d 행성을 살펴보고

그림엔 나와있지 않지만 c와 d 정중앙에 존자하는 g를 살펴보도록 할게요

c에 위치하고 있는 글리지에 581c 의 모습이에요

지구와 크기를 비교하고 있네요. 지구보다 약간 더 큰 크기입니다

크기는 1.5배정도 크지만 질량은 지구의 5배정도라고 하고요

지구와 같이 암석으로 이루어진 행성이라고 합니다. 그래서 초기엔

생명체의 존재 가능성이 높은 행성이었지만 골디락스존 앞에 위치하고 있어

점점 가능성이 줄어들고 있다고 합니다

581c 보다 더 슈퍼지구에 가까운 581d 에요

질량이 지구의 7배 이상, 부피도 지구보다 훨씬 크다고 합니다

골디락스존의 바깥쪽에 위치하고 있고 약간 기온이 낮지만 온실효과가 있다면

지구와 비슷한 온도로 유지될 가능성이 있다고 해요

헌데 한가지 슬픈 전망은 이 행성이 바다로 이루어진 행성일수도 있다는 거에요

너무나도 큰 부피때문에 암석으로 이루어지긴 힘들고, 얼음이 녹아서 생긴

액체로 이루어진 행성일수도 있다는 말입니다

가장 최근에 발견된 글리지에 581g 입니다

맨 위의 그림엔 나타나있지 않지만 골디락스존의 중심에 위치하고 있지요

그 말은 행성에 생물체가 존재할 가능성이 가장 높다는 얘기겠지요?

문제는 이 행성은 달과 같이 조수적으로 고정이 되어있어요

그 말은 햇빛을 받는쪽은 계속 햇빛을 받지만, 받지 못하는 쪽은 계속 빛을 받지 못한다는 말이에요

아무리 알맞은 온도라고 하더라도 기온차가 상당할 거라고 예상되겠군요

하지만 이 온도차가 섭씨 -35~70정도 이기때문에 생명체가 살수 있고

가운데 중간 경계부분에는 충분히 지구와 비슷환 환경이 생길수 있을거라는 추측이에요

행성 자체가 크기때문에 저 테두리부분 만으로도 많은 도시들을 세울수 있고요

대기를 잡을만한 충분한 중력도 있기때문에 두발로 걸어다닐수도 있다고 합니다 

-18) 루시

 다이아몬드로 이루어져 있다는 별 < 루시 > 입니다

비틀즈의 노래중 소녀를 그리워한다는 곡의 " Lucy in the Sky with Diamond "

라는 노래의 첫단어를 따서 지은 이름인데요

다이아몬드 별이 지구의 3/4 정도 되는 크기에요

지구의 캐럿 단위로 환산하면 수천조억 캐럿입니다

지구에서 가장 큰 다이아몬드가 530캐럿인점에 비교하면 엄청난 크기죠

하지만 이 다이아몬드를 캐오는건 거의 불가능한 일이에요

왜냐하면, 일단 이 별은 지구와 50광년 이상 떨어진 곳이에요. 50광년은

km로 환산하면 495조km에요. 너무너무너무너무 멀죠.

그리고 이 별을 규정하자면 백색왜성으로 규정할수 있는데, 백색왜성의

표면온도는 작게는 4만도부터 보통 10만도에 이른답니다

태양보다 더 뜨겁다는거죠.

게다가 이곳에서 0.1g의 다이아몬드를 캐면 엄청난 중력에 의해

120g으로 느껴지게 됩니다. 즉 12톤의 물질을 실어올 수 있는 우주선을

날려보내 12톤의 다이아몬드를 가져온다고 하더라도,

지구에서는 중력이 작아져 10kg정도밖에 되지 않는다는 거죠

우주선을 쏠때는 평균 30조~40조의 예산이 들어갑니다

달로 가는 우주선도 30조가 넘는데 이런 먼 별은 돈이 더 비싸게 됩니다.

그림의 떡이라는게 이런걸 두고 하는 말이 아닐까요

-19) 벨레로폰

이건 < 벨레로폰 > 이라는 천체에요. 목성과 비슷하게 생겼죠?

이 천체는 발견된 것이 신기할 정도로 중심 별과 거리가 가깝답니다.

왜냐면 중심별의 빛이 천체의 관측을 방해하니까요. 뒤의 꼬리부분이 보이시나요?

이렇게 거대한 중심별을 향해 돌진하면서 행성의 크기는 점점 작아집니다

언젠간 사라질 천체지요.

이건 지구에서 65광년 떨어진 곳에 있는 별이에요

이 별에서 TV채널을 맞추면 히틀러의 집권시절 방송이 나온답니다.

-20) 알고리

이건 지구에서 100광년 떨어진 < 알고리 > 라는 쌍둥이 행성이에요 

그림에서는 특이하게도 작은 행성이 큰 행성을 삼키고 있는 모습을 보여주고 있어요

여기서 라디오채널을 맞춘다면 최초의 라디오 방송이 잡히게 되요

이 다음부터는 어떤 지구의 흔적도 느낄수 없게 되죠

-21) 산개성단

이건 고대 그리스 신화에 나오는 아틀라스의 딸 7명이 별이 되었다고 하는

산개성단 입니다

산개성단 : 태어난지 얼마 안된 별들이 모인 신생아 별들의 집단 

-22) 베텔기우스 (베텔큐스)

보통 태양보다 크다고 잘 알려진  < 베텔기우스 > 에요

태양보다 최소 600배 이상 더 큰 별이죠 

그럼 여기서 우리 우주에는 어떤 큰 별들이 있는가 살펴보도록 해요

위에 있는 VY CANIS MAGORIS ( 카니스 메이져리스 ) 에 관해 설명해드릴게요

지름이 무려 37억6천만km 랍니다. 

질량은 태양의 50배도 안되는 주제에 부피는 50만배나 큰 무서운 별이죠

지구로부터 5000광년에 떨어진 거리에 있답니다

만약 카니스 메이져리스가 우리 태양계의 중심에 있다면

이 별 하나가 예전의 명왕성 궤도까지 꿀꺽 삼킨답니다.

명왕성은 아직 지구인이 가보지 못한 곳이죠

-23) 별의 공장

이건 오리온자리의 암흑성운 안에 있는 별의 공장이에요

저 소용돌이 같은 것들이 별이 만들어지고 있는 과정이지요

 내부온도는 수백만도나 됩니다. 그림에서 뿜어내는것은 가스인데,

속도가 무려 시속 20만km 정도랍니다.

-24) 말머리성운

이건 저 별 공장에서 별을 만들어내고 나온 가스와 먼지로 이루어진

성운이에요. 우리가 잘 알고있는 말머리 성운이죠

이런 가스가 우주 전체로 퍼져나가려면 수천만년이 걸린답니다

-25) 별의 폭발

이건 태양과 같은 아주 큰 별이 폭발을 하면서, 겉 표면에 있던 여러가스 가스와

기체원소들이 각각의 색을 내면서 밖으로 표출되는 것이랍니다

 지구로부터 4000광년정도 떨어져 있지요

우리가 살기 위해선 이런 별이 죽어야만 여러가지 원소들을 공급받게 됩니다.

 녹색과 보라색은 수소와 헬륨, 붉은색과 푸른색은 질소와 산소에요

이건 중심부 쪽에 있는 파란 점같은 별이에요

보아하니 백색왜성이군요. 백색왜성은 태양만한 별이

지구 4개만한 크기로 쪼그라들면서 엄청난 중력을 가지게 됩니다.

실제로 태양도 120억년 뒤엔 수명을 다하고 폭발을 하게되어

백색왜성으로 변하게 되요.

백색왜성에 관한 설명은 블랙홀파트에서 자세히 다룹니다

-26) 펄서

꿈틀꿈틀 뛰는 별인 < 펄서 >에요 

지름은 20km정도밖에 되지 않지만, 밀도는 엄청나서 손톱만한 양이 수억톤에 이릅니다

초당 30회를 회전하는데, 이 별은 부피가 줄어들수록 회전이 빨라지게 되요.

이 위에 뿜어내는 광선은 빛과 방사선이 합쳐진 거에요.

 여기서 뿜어내는 방사선은 태양이 뿜어내는 방사선보다 훨씬 많답니다.

이건 지구로부터 7000광년 떨어진 곳이지만, 아직도 우리 은하의 안이에요

-27) 초신성의 폭발

이건 밝아졌다 어두워졌다 하면서 점점 붕괴되고 있는 별의 모습이에요

우주에서 상당히 위험한 천체에 속하죠. 언제 폭발할지 모르는 지뢰와 같으니까요 

태양부피의 약 10만배~20만배에 해당하는 별의 폭발입니다

이건 태양보다 수만배 큰 별이 폭발하는 거에요

이런 별이 폭발하면 블랙홀을 형성하게 되죠 

 자 그럼 여기서 블랙홀, 화이트홀, 웜홀, 퀘이사에 대해서 알아보죠

-3. 블랙홀, 화이트홀, 웜홀, 퀘이사(준성)

-28) 블랙홀

아마 고등학생 정도 되신 분들이라면 블랙홀이 어떻게 생성되는지 자세히 배우셨을거고,

 중학생 분들이더라도 대충 어떤 과정으로 생성되는건지 아실거에요

 하지만 왜? 어떻게? 무슨 이유로? 그렇게 되는지 잘 아시는분들은 많이 없을거에요

그럼 블랙홀의 생성 과정을 그림으로 쉽게 살펴보도록 할게요

그럼 블랙홀이 있는 곳은 어떻게 생겼을까요?

그림의 검은 부분이 블랙홀이 있는 곳이라고 생각하시면 됩니다

블랙홀은 공간을 뒤틀리게 합니다.

이건 또 무슨말일까요? 알쏭달쏭하죠? 설명해드릴게요

그렇다면, 블랙홀로 점점 다가가게 된다면 어떻게 될까요?

먼저 블랙홀로 다가가고 있는 사람 A를 기준으로 생각해봅시다

많은 물리학자들은 A가 블랙홀로 빨려들어가게 되면

몸이 점점 기둥처럼 변하다가 파이프만큼 얇아졌다가

라면처럼 얇아졌다가 실만큼 얇아졌다가 머리카락 만큼으로 얇아졌다가

끊어지지 않을 정도로 최대한 길게 몸이 늘어나게 된다고 합니다.

이번엔 블랙홀의 영향이 닿지 않는 B의 기준으로 생각해볼까요?

B가 보기엔 A가 블랙홀로 점점 다가가고는 있지만, 점점 속력이 느려지는 것처럼 보입니다

결국 A가 블랙홀에 도달하게 되면 B의 눈에는 A가 멈춘것처럼 보이지요

하지만 이미 A는 블랙홀 안으로 빨려 들어가있습니다.

잔상이 남게 되지요

-29) 웜홀, 화이트홀

그렇다면 웜홀과 화이트홀은 무엇일까요?

많은 사람들이 이 2가지를 블랙홀과 연관지어서 이해하고 있지요

블랙홀로 들어가면, 웜홀을 통해 화이트홀로 빠져나와

다른 세계나, 다른 우주에 도착할거라는 생각입니다

하지만 이 주장은 신빙성이 별로 없답니다.

왜냐하면 블랙홀 자체가 어떤 구멍이 아니고 별이기 때문에

웜홀로 통해들어간다는 자체가 불가능하고요

화이트홀은 과학자들이

" 모든것을 빨아들이는 천체도 있는데 모든것을 뱉는 천체도 있지 않겠냐? "

라고 생각해서 만들어진 이론 이지요. 과학에서는 대칭성을 중시하기 때문에 생긴 개념입니다

하지만 현대 과학자들은 화이트홀의 존재를 부정하고 있지요

허나 웜홀로는 어떤 공간이동이나 시간이동을 할수는 있습니다

 먼저 종이를 2차원세계, 공간을 3차원세계라고 생각해봅시다

 자 이제 우리 은하를 나왔습니다.

별들처럼 보이시나요? 반짝이는 것들 하나하나가 우리 은하만한 크기를 가진

다른 외부은하들입니다. 여기서의 1mm는 수백만광년을 나타내죠

이런 은하의 모임을 은하단 이라고 합니다.

이건 은하와 은하가 만나 융합되면서 폭발을 일으키는 장면이에요

이 은하는 죽는게 아니고 다른 모습으로 다시 태어나게 되죠

모든 은하는 중심에 블랙홀을 가지고 있기 때문에

저렇게 하나로 합쳐질수 있는 거랍니다.

은하단과 은하단이 서로 모여 새로운 은하 모양을 형성하게 됩니다.

이런 은하를 초은하단 이라고 합니다. 슬슬 머리가 아파오실거에요 조금만 더 따라오세요

이건 위에 나와있는 초은하단이 또 모인 거에요. 하지만 이것의 이름은 없어요

왜냐면 이제 우주의 끝자락에 거의 다 왔기 때문이지요.

드디어 중성에 도착했습니다

우주에는 블랙홀보다 더 무서운 천체가 하나 있답니다

천체 : 우주상에 존재하는 별, 행성과 같은 존재

바로 중성이라는 천체인데요

과학책에는 퀘이사, 준성 이라고도 나와있는 천체지요

이 중성이 왜 블랙홀보다 무서운 존재냐면요

모든 은하는 기본적으로 중심부에 블랙홀을 가지고 있어요

우리 은하 중심에도 블랙홀은 있죠. 백조자리에 있는 블랙홀이 바로 그거에요

헌데 우주에서는 수천억개에 달하는 은하들이 합쳐져서

엄청난 크기의 블랙홀을 만들게 되요

이 블랙홀은 우리 태양의 최소 100억배까지 무거워지면서

주변에 있는 모든 은하들을 빨아들이게 되요

이렇게 모든 은하를 빨아들이면서 생기는 가스와 빛을 모두 방출하게 되는데요

이 빛은 우리 은하의 최소 수천배에서 수억배까지 밝아지게 됩니다

블랙홀이 어두운 구멍이여서 무서운거라면, 중성이라는 별은

뜨겁고, 밝은데다가 빨아들이기까지 하니 블랙홀보다

더 무서운 천체라고 불려지는 거랍니다.

이제 우주의 끝에 도착했습니다. 이것은 우주의 시작이라고 알려진

빅뱅의 모습을 상상하여 그린 그림이에요

빅뱅 초기에 우주를 이루는 모든 물질들은 원자보다 훨씬 더 작은 공간안에

밀집되어 있었어요. 그런 우주가 폭발하게 되면서

1/1000000000000000000000000초만에 1000000000000000000000000000000배만큼 팽창했죠

1/(100만X10조X10조)초만에 100만X10조X10조배만큼 팽창

  이렇게 엄청나게 짧은 시간에 급박한 변화를 거쳐서 우주가 탄생했다고 주장하는 이론을

 빅뱅 이론, 다르게 말하면 인플레이션 우주론 이라 합니다.

이렇게 우주는 탄생한겁니다.

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3. 우주의 종말

-1. 여러가지 우주 종말 시뮬레이션

 앞의 빅뱅에서 우주는 현재 팽창중이라고 했지요

그럼 우리의 우주는 계속 팽창할까요?

다시 줄어들수 있지도 않을까요?

2번째의 빅크런치 이론에 관해서 한가지 재미있는 가설이 있답니다

우리의 우주는 50번째 빅뱅으로 일어난 우주라는 이론이에요

즉, 빅뱅과 빅크런치를 반복하던 우주가 현재 우리의 눈으로 보고있는 우주라는 이론이죠

-2. 우주의 크기

학계에서는 우주의 크기를 250억광년으로 추정하고 있어요

이건 저도 짐작이 가지 않는 숫자에요. 그렇다면 비유를 해보죠

지구를 축구공 크기만한 크기로 줄인다면

태양은 상암구장 만한 크기에요.

상암구장만한 태양이 일렬로 10억개가 있으면 우리의 은하정도의 크기가 되요.

그런 우리 은하가 10억개 정도의 크기에 있으면 은하단이 되요.

초은하단이 10억개가 모여 우주를 형성해요. 게다가 우주는 점점 더 커지고 있어요

정말 머리가 미친듯이 아파와요. 그렇다면 좀더 줄여서 비유를 해보죠

우리 태양계를 원자만한 크기로 줄여봅시다. 그럼 은하는 자동차만한 크기가 됩니다

또 크기가 갑작스럽게 커지는군요....우주의 크기는 짐작을 할수가 없습니다

km로 환산하면 1500해km인데요, 해는 1경X10000 입니다.

경이 만개, 조가 억개인 수지요

하지만 우주는 끝없이 팽창하고 있기 때문에 현재는 이것보다 더 큽니다

그리고 우리 운동장만한 크기의 강당에 모래 3알을 넣으면

현재 우리 우주의 밀도와 비슷하게 된다고 해요.

우주가 별로 꽉찬 곳이라고 생각하면 오산이에요.

별과 별 사이 거리는 작게는 5만광년에서 크게는 100억광년까지 걸리거든요

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4. 그 외의 상식을 뒤엎는 것들

-1. 상대성 이론

우리가 일반적으로 상대성이론 이라고 하면

뭔가 지구상에서 가장 어려운 공식일것 같고 그러지요?

하지만 이 공식 자체는 어렵지 않아요

단지 일반인이 이해하기 난해한 내용을 담고 있을 뿐이지요

(시간이동, 공간이동같은 것들)

하지만 상대성이론을 쉽게 설명하는 방법도 있어요

-----------------------상황1-----------------------

투수가 야구공을 150km의 속도로 타자를 향해 슉 던졌다. 

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야구공의 입장에서 보면, 150km 의 속력으로 타자를 향해 달려간다고 볼수 있어요

하지만 타자의 입장에서 보면 150km 의 속력으로 달려온다고 볼수 있어요

이처럼 전혀 다른 입장이지만, 같은 사건을 표현할수 있다는게 상대성 이론이에요

모든 운동은 상대적으로 표현해도 같다는 이론이죠

-----------------------상황2-----------------------

강등원 이라는 훈남이 나(김태휘) 를 향해 천천히 다가오고 있다.

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강등원의 입장에서는 김태휘를 향해 천천히 다가가고 있는 것이죠

하지만 김태휘의 입장에서는 강등원이 천천히 다가오고 있는 것이죠

이것도 위의 야구공과 같은 이치로 똑같은 운동이기때문에

상대성 이론이라고 하는 겁니다

상대성이론 : 모든 운동은 상대적이다

저 위의 명제를 시작으로 상대성이론의 발전이 시작됩니다

이 아래부분은 물리학도가 아닌이상 이해하기가 굉장히 힘들답니다

읽다가 머리가 아프시다면 스크롤을 쭉 내리시면 됩니다

(물리 매니아들이 좋아하는 분야이기 때문에..)

상대성이론 에는 2가지의 종류가 있습니다

일반상대성이론 과 특수상대성이론 이 있는데요

이 2가지 모두 움직이는 물체의 시간은 정지해있는 물체보다 느리게 흐른다

라는 전제조건을 깔고 시작되게 됩니다

특수상대성이론은 어떤 물질이 광속에 달하는 아주 특수한 상황 에서

발생하는 효과에 관한 내용을 담고 있구요

일반상대성이론은 우리가 일상적으로 살면서 발생할수 있는

물체가 일정한 가속도를 가지면서 운동할때 발생하는 효과 에 관한 내용을 담고 있습니다

먼저 특수상대성이론에 대한 설명을 드릴게요

설날에 귀성을 간다는 상황을 설정해 봅시다

우리 아버지의 차가 100km 로 달리고 있는데, 옆의 차가

80km 의 속도로 달리고 있다면 우리가 보기에는

그 차가 20km 의 속도로 뒤로 후진하는것처럼 보일겁니다 

하지만 똑같은 상황에서 빛의 속도는

우리가 어떤 속도로 이동하고 있든 항상 30만km를 유지하고 있었습니다

우리가 100km 로 달리고있다면 같은 방향으로 질주하는

빛의 속도는 29만 9900km가 되야 하지요

하지만 100km로 달리든 10000km로 달리든 빛의 속도는

항상 30만km 로 일정했습니다. 이게 바로 광속 불변의 법칙 입니다

또 우리가 알고있는 E=mc² 공식도 특수상대성이론에서 발현된 공식입니다

E는 에너지, m은 질량, c는 빛의 속도를 나타냅니다

이 공식은 질량과 에너지는 서로 같다는걸 나타내지요

질량과 에너지가 같다는건, 일정한 질량을 가지고 있는 물체는

에너지로 변환이 될수 있다는 말인데요

c² 이 30만x30만 이라는 엄청난 수치이기 때문에

우리가 굉장히 작은 물체라고 생각하는 것도 엄청난 에너지를 뿜어낼수 있게 됩니다

E=mc²을 이용하는 분야는 핵분열 발전을 예로 들수 있습니다

( 극소량의 우라늄으로 엄청난 양의 전기를 생산하지요 )

이번에는 일반상대성이론 에 관한 내용을 설명해드릴게요

일반상대성이론은 특수상대성이론에 중력의 개념을 포함시킨 이론이에요

일반상대성이론의 기본 개념은

중력 = 가속도 라는 명제입니다

창문이 없는 박스에서 자유낙하를 하고 있다고 가정했을때,

자유낙하하고 있는 상태와 우주에 떠있는 무중력상태는 구별이 불가능하다는 이론이에요

즉 중력 = 가속도 라는 결과가 생기게 되지요

일반상대성이론에서 발견할수있는 또다른 신기한점은

공간을 휘게 하는 것 입니다

공간이 휜다. 무슨말인지 잘 모르시겠죠?

빛은 항상 최단거리를 질주합니다.

빛은 공간에서 항상 직진으로 진행하기 때문에 그보다 더 빠른 길은

이 세상에 없다고 볼수 있지요. 하지만 일반상대성이론에 의해서

빛이 휜다는걸 발견했습니다 (공간이 휜다는 의미지요)

최단거리가 휘어지므로 빛의 이동경로도 휜다는 말입니다

저 그림은 3차원 공간을 2차원 평면으로 표현해놓은 그림입니다

즉 저 그물같이 생긴 면을 우리가 현재 살고있는 세상이라고 보면 되지요

쉬운 예로는 우리가 외국으로 나갈때, 비행기의 최단 경로는

직선이 아니라 곡선이라는걸로 이해하시면 되겠습니다

또다른 신기한 현상은 별의 위치 에 관한 내용입니다

베르나르 베르베르의 소설 <파피용> 에서는

지구를 떠나 새로 정착할 별을 향해 무조건 직진 으로 항해합니다

하지만 이건 현실적으로 불가능한 이야기입니다.

중력에 의해 휘어진 빛이 별이 보이는 위치까지도 바꿔버리거든요

저렇게 중간에 큰 중력을 가지고 있는 별이 하나라도 있다면

경로는 휘어져버리게 됩니다. 가도가도 끝이 안보이다가 별이 갑자기 사라져버리게 되지요 

이 사진은 퀘이사 라는 준성을 찍은 사진인데요

퀘이사까지의 거리 사이에 큰 중력을 가지고 있는 별이 있어서

물체의 상이 5개로 보이는 현상입니다. 저 별들은 실제론 모두 하나의 별입니다

-2. 시간이동과 공간이동

이번 주제에서는 시간이동과 공간이동에 관한 내용을 다룹니다

위의 상대성이론을 읽고 오신분이라면 더 빨리 이해가 되실겁니다

먼저 미래로 향하는 시간이동입니다

우리가 살아감에 있어서, 우리도 모르는사이에 흘러가는 에너지들이 있습니다

공간적 에너지와 시간적 에너지가 바로 그것이죠

공간적 에너지 란, 우리가 일정한 공간을 이동할때 소비되는 에너지들이에요

화장실이 가고싶어서 화장실로 이동할때

아침에 학교에 등교하고 저녁에 하교할때

우리는 어쩔수없이 공간의 이동을 겪게 됩니다

이때 소비되는 모든 에너지를 공간적 에너지라고 하는거죠

공간적 에너지는, 움직이는 속도가 빠르면 빠를수록 점점 늘어납니다

 많은 힘을 주면 상대적으로 빨리 공간이동을 할수 있는것과 같은 이치겠지요

시간적 에너지 란, 일정한 시간이 흘러갈때 소비되는 에너지에요

우리가 잠을 잘때도,

화장실에 앉아있을때도,

밥을 먹고 있을때도,

여자친구와 데이트를 할때도 시간은 항상 흘러가게 됩니다

이렇게 시간이 흘러야 할때도, 일정한 에너지가 필요한 것이죠

이 두가지 사실을 잘 기억해두고 계세요

헌데 이 공간적 에너지와 시간적 에너지는

서로 반비례 관계에 있답니다

공간적 에너지가 증가할수록, 시간적 에너지는 감소하고

시간적 에너지가 증가할수록, 공간적 에너지는 감소하는 겁니다

공간적 에너지의 증가, 감소를 상황을 들어 설명해드릴게요

---------------------------- 상황 -----------------------------

남고생인 승현이가 아침에 학교를 가기위해 화장실로 향합니다

잠이 덜깨 엉기적 엉기적 움직이고 있었어요

그때 갑자기 여자친구인 은영이가 밖에서 덜덜 떨면서

5분안에 안나오면 먼저 가버리겠다고 합니다

승현이는 마음이 급해져서 엄청나게 빠른 속도로 집을 뛰어나갑니다

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여기서 엉기적엉기적 느리게 움직이는 상태는

공간적 에너지가 작은 상태,

집에서 빠르게 튀어나가는 상태는

공간적 에너지가 큰 상태입니다

앞에서 시간적 에너지와 공간적 에너지는 반비례한다고 했지요

엉기적 엉기적 움직일때는 필요한 공간적 에너지가 작으므로

남은 부분을 채우는 시간적 에너지가 그만큼 늘어나게 되고,

빠른 속도로 움직일때는 공간적 에너지가 크므로

남은 부분을 채우는 시간적 에너지가 적어지게 되요

시간적 에너지가 적어진다는건 무슨 말일까요?

시간을 흘러가게 하는 힘이 줄어든다는 말이겠지요

시간을 흘러가게 하는 힘이 줄어든다는건 결국 시간이 느리게 간다 라는 말이에요

즉, 움직이는 물체의 시간은 정지해 있는 물체보다 느리게 흐릅니다

공간적 에너지가 0%, 시간적 에너지가 100% 로 되는 경우는

우리가 움직이지 않고 정지해 있을 때에요

우리가 컴퓨터를 하고있는 지금은 공간적인 이동이 없으므로 시간이 정상적으로 흘러가게 됩니다

공간적 에너지가 100%, 시간적 에너지가 0% 로 되는 경우는

물체가 빛의 속도 (초속 30만km) 로 움직일 때에요

사람이 빛의 속도로 날아가게 된다면, 시간은 멈추게 됩니다

물리적으로 이 세상 최고의 속도는 빛의속도라고 알려져있기 때문이에요

(더 빠른것도 있긴 합니다)

하지만 우리가 살아가면서 이러한 시간적 변화를 느끼기란 거의 불가능해요

시속 4km 정도로 달리는 대상의 1초는 가만 정지해있는 사람의 1초보다

0.00000000001초밖에 느리지 않거든요 (약 1000억분의 1초)

하지만 속도가 빛의 속도에 가까워지면 가까워질수록, 그 차이는 엄청나게 커진답니다

빛의 속도의 0.99999999999999배의 속도로 달리는 물체의 1초는

가만 정지해있는 물체보다 70000초가 많습니다.

(현재 빛의 속도로 질주한다는건 이론상 불가능하기 때문에, 근사한 값으로 대체됩니다)

그렇다면 과거로의 시간이동은 어떻게 할까요? 현재론 불가능하다는 전망이 많답니다

왜냐하면 과거로의 시간여행을 하게되면 엄청난 모순이 발생하게 때문이죠

물론 그럴 일은 없겠지만, 과거로 시간이동을 할수 있다고 가정하고

내가 태어나기 이전의 시간으로 이동했다고 생각해봅시다

그러면 나의 어머니와 아버지가 될 사람이 있겠지요

그 사람들을 죽이게 되면 " 나 " 라는 존재는 태어날수가 없게 되지요

과거로의 시간이동을 부정하는 " 할머니 역설 " 입니다

단, 이론적으로 빛의 속도를 능가하면 과거로의 이동이 가능해진다고 합니다

( 빛의속도로 움직인다면 시간은 0이 되고, 빛의 속도보다 빠르게 움직인다면

시간이 오히려 거꾸로 흘러가게 되는 것이죠)

하지만 현재 빛의 속도보다 빠른 속도로 갈수있는건 발견되지 않았지요

(타키온이라는 입자가 빛보다 빠른 속도로 질주할수 있다고 하지만

타키온은 음의 질량을 가진 가상의 입자입니다)

설령 과거로 이동을 할수있다고 하더라도, 역사를 바꾸는건 불가능합니다

하나의 예를 들어볼게요

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승현이의 여자친구인 은영이는 승현이가 교통사고를 당해

크게 다치는 상황에 직면하게 됩니다

특별한 능력이 있는 은영이는 과거로 시간이동을 해서

승현이가 교통사고를 당하지 않도록 사건을 조종하려고 합니다

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이 상황에서 우리는 승현이를 감금해둔다거나, 어딘가에 가만 앉아있게 한다면

교통사고를 예방할게 되지 않겠냐고 생각합니다

하지만 이건 불가능합니다. 만약 은영이가 승현을 교통사고에 당하지 않게

어떤 곳에 감금해 둔다고 하더라도, 역사를 바꿀수는 없으므로

승현이는 어떻게든 똑같은 상처를 입게됩니다

영화 파이널 데스티네이션을 보면

죽음을 거부하도록 조종하더라도 결국엔 다른 방법으로 죽게 되는것처럼요

1.과거로의 시간이동은 불가능하다

2.과거로 이동할수 있다고 하더라도, 현재의 사실을 바꾸도록 조종할수는 없다

하지만 이 이론을 뒤집을수있는 또다른 이론이 있습니다

바로 평행우주 이론이지요

평행우주 이론에 의하면 우리는 과거로 시간이동을 할수 있게 됩니다.

앞에서 과거로의 시간이동이 불가능하다고 단언한 이유는 아직 가설의 수준에만 있기 때문입니다

그렇다면 평행우주 이론이란 뭘까요?

우리 생활에서 일어날수 있는 모든 경우의 수가

여러가지의 우주로 나뉘어 진다는 얘기입니다

말이 좀 어렵지요? 그림으로 쉽게 풀이를 해볼게요

우리가 여러가지 경우의 수에서 한가지 선택을 했을때는

그 한가지 선택을 했을때의 결과만 보여지게 되지요

예를 들기 위해 승현이가 미친 개에게 쫓긴다는 상황을 설정해봅시다

만약 1번의 경우의수를 선택한다면 개는 초주검이 되어있을 것이고

승현이는 안전하게 제 갈길을 갈수 있게 됩니다

또 2번의 경우의수를 선택한다면 승현이는 개에게 물리거나

개를 따돌리고 안전하게 제 갈길을 갈수 있게 되겠지요

우리 실생활에는 저 2가지 경우의 수에서 한가지만을 선택할수가 있고,

한가지의 결과만 나오게 됩니다.

하지만 평행우주 이론을 도입하면

저 2가지의 상황이 모두 공존하고 다른 우주에서는 내가 현실에서 선택한것과

다른 결과가 일어나고 있다고 말할수 있게 됩니다

( 현실에선 도망치지만 다른 우주에서는 잡아서 패는 상황이 일어남 )

헌데 이런 평행우주 이론이 실생활에 적용된다면 엄청난 혼란이 일어나게 됩니다

그래서 우리 우주에는 선택을 함에 따라 보여지는 우주가 한개씩 있다는겁니다

그 우주(상황이라고 대체할수 있지요)들은 각각의 우주들이기 때문에,

 절대로 다른 우주에 개입이 불가능하고 나타나지도 않지요

이렇게 되면 제가 과거이동이 불가능하다고 했고, 그 이유로 든

할머니 살해의 패러독스를 해결할수가 있습니다

모든 상황의 경우의 수는 존재할수가 있는 것이니까요

결론 : 평행우주 이론이 사실이라면 우리가 선택을 해야하는 어떤 상황에서

일어날수 있는 경우의 수마다 각각의 우주를 가지게 된다

즉, 다른 우주에는 또다른 " 나 " 가 존재할수 있다

-3. 엔트로피 : 거꾸로 흐르는 시간

이번 파트에서는 엔트로피가 어떤 존재이고 이게 우리 실생활에 어떤 영향을

끼치는지에 대해 살펴보겠어요.

원래 엔트로피는 물체의 열에 관한 상태를 계산하기 위해 생긴 물리량에요

헌데 이게 우주과학으로 넘어오면서 " 무질서의 척도 " 로 변하게 되지요

그렇다면 엔트로피에 대해서 좀더 자세하게 알아볼까요?

엔트로피는 " 무질서한 정도 " 이기 때문에, 엔트로피가 높은 물체는 질서가 없는 상태 라는 겁니다

여러분이 찰랑찰랑한 긴 생머리를 가지고 있다고 생각해봅시다

빗으로 잘 쓸어내린 머리는 아주 질서정연한 상태를 가지고 있지요

이러한 머리는 무질서도가 낮기 때문에, 엔트로피가 낮다 라는 말로 표현됩니다

이와 반대로, 여러분이 어떤 친구와 머리끄댕이를 잡고 다툰 후의 모습을 상상해보죠

여러분의 머리는 아주 거지 산발이 되어있을거에요

이러한 머리는 무질서도가 높기 때문에, 엔트로피가 높다 라는 말로 표현됩니다

다른 예를 들어볼게요. 책중에 <전쟁과 평화> 라는 책이 있답니다

톨스토이가 쓴 장편의 책인데요, 양면으로 총 693장(1386페이지) 나 되는 어마어마한 책입니다

이 책을 1쪽부터 1386까지 순서대로 가지런히 정렬해놓고, 인쇄하기만을 기다리고 있다고 해봅시다

지금 이 종이들의 상태는 순서대로 배열된, 아주 질서있는 상태라고 할수 있답니다

즉 순서대로 정렬되있는 상태를 엔트로피가 낮은 상태 라고 말할수 있는거죠

그런데 갑자기 태풍 곤파스가 불어닥치면서 693장의 종이를 전부 흐트려 버렸습니다. 난감하네요

하지만 운이 좋게도 종이의 순서는 하나도 바뀌지 않았습니다. 사실 종이의 순서가

바뀌는 경우의 수는 아주 엄청나게 많습니다. 숫자를 적기가 너무 귀찮아서 그림으로 대체할게요

뒤의 9999999999.......라는 숫자는 종이들이 완전하게 배열된 1가지 경우의 수를

빼서 생긴 숫자들입니다. 정확한 계산식은

(1386 X 1385 X 1384 ....... X 2 X 1)-1 입니다

 그렇다면 누가 봐도 가지런하게 정렬되는 경우의 수보다는

페이지가 뒤죽박죽되는 경우의 수가 더 많다고 생각하게 되겠지요

이처럼 우리 우주는 경우의 수가 작은 상태에서 경우의 수가 많은 상태로 바뀌려고 하는 성질이 있습니다

바꿔말하면 엔트로피가 증가 하는 방향으로 른다는 것이죠

왜냐하면, 빅뱅 이전에는 우주가 아~주 작은 공간에 모두 모여있는

초저-엔트로피 상태였지만, 빅뱅현상에 의해 우주가 팽창하면서 점점 우주는 무질서해지는

초고-엔트로피 상태로 변해가기 때문에, 우주를 구성하는 우리들도 모두 엔트로피가 증가하는 방향으로

사건이 흘러가는것이죠.

질서정연한 계란이 땅에 떨어져 깨져버린 무질서한 상태로 되는것도

컵에서 물이 쏟아져 바닥으로 흘러버리는것도

우리가 엄마 뱃속에서 태어나 관에서 죽는것도

모두 우주가 팽창함에 따라 엔트로피가 증가하기 때문에 생기는 것이죠.

즉, 우리 우주가 수축을 하기 시작하면

이세상의 모든것들은 반대로 움직이기 시작합니다.

깨져있던 계란이 점점 하나로 합쳐져서 하나의 계란을 만들고,

쏟은 물이 주워담아지고,

관에서 태어나 엄마 뱃속에서 사라지게 됩니다

-4. 차원

 차원은 이렇게 구성이 됩니다

그럼 4차원의 도형은 어떻게 생겼느냐?

그림판으론 표현할수가 없어 네이버 캐스트에서 자료를 가져왔습니다

4차원의 도형은 이렇게 생겼답니다

헌데 우리의 세계가 4차원 세계의 그림자라고 주장하는 이론이 있답니다

 

또, 시간이 하나의 축으로 작용함으로서 4차원이 완성된다는 이론도 있지요

이와 같은 차원의 특성을 이용하면, 3차원의 감옥도 탈출할수 있을지 모릅니다

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참고문헌

Newton HIGHLIGHT - <누구나 이해할수 있는 상대성이론>

Newton 2008/3월호 <블랙홀, 화이트홀>

Newton 2008/7월호 <우주론>

Newton 2008/8월호 <우주의 미래>

Newton 2008/11월호 <NASA, 50 years>

Newton 2009/4월호 <新 태양계>

Newton 2010/1월호 <초신성과 블랙홀>

브라이언 그린 - <우주의 구조 : 시간과 공간, 그 근원을 찾아서>

브라이언 그린 - <엘리건트 유니버스>

사이먼 싱 - <사이먼 싱의 빅뱅>

네이버 캐스트 : 오늘의 과학 <태양의 신비로움>

다음 인터넷기사 과학부문

네이버 백과사전

쭉빵카페 " 여성용돈까스 " 님의 게시글

영상자료

네셔널 지오그래픽 다큐멘터리 - <우주의 미스터리 - 우주 끝을 찾아서>

MBC 신비한 TV 서프라이즈 : 익스트림 서프라이즈

출처 : http://cafe.daum.net/ok1221 - ' 훈남외계인 '님