재미있는 별(星) 이야기＜1＞

[여행의 낭만]

재미있는 별(星) 이야기

맑은 날, 밤하늘을 쳐다보면 반짝이는 무수한 별 무더기와 기기묘묘한 별자리(星座)들이 신기하다.

또 내가 2019년 아프리카 사하라(Sahara) 사막 사파리(Safari)를 했을 때 그때 금방 쏟아질 듯 하늘 가득 반짝거리던 무수한 별 무리(星群)도 생각이 난다.

또 현역시절 연수구 영재(英材)학교 교장으로 근무했을 때 아이들 데리고 일산 어린이 천문대를 1박 2일로 다녀온 적이 있었는데 난생처음 천체망원경으로 밤하늘의 무수한 별자리를 아이들과 함께 관측하던 추억도 새록새록 난다.

거기에 덧붙인다면 영화 ‘혹성탈출(惑星脫出/Planet of the apes)’을 보았던 추억도....

하늘의 별들은 크게 항성(恒星/Star), 행성(行星/Planet), 혹성(惑星)으로 구분을 한다.

항성(恒星/Star)은 태양처럼 스스로 빛과 열을 내며 한자리에 머물러 전혀 움직이지 않는 것처럼 보이는 별, 행성(行星/Planet)은 항성의 둘레를 돌면서 스스로 빛을 내지 못하는 별, 즉 지구(地球)와 같은 별을 말한다.

혹성(惑星)은 일제(日帝) 강점기 사람들은 행성(行星/Planet)을 번역하면서  ‘갈팡질팡하는 별’이라는 의미로 혹성(惑星)이라 했는데 행성(行星)을 일컫는 다른 표현이다.

또, 명(命/일생)이 끝나 빛을 내며 휙~ 사라지는 별들을 유성(流星/Shooting Star), 즉 별똥별이라 했다.

1968년 미국에서 제작했던 공상과학(空想科學) 영화 ‘혹성탈출(惑星脫出)’은 지구의 종말로 인간이 지구(地球)를 떠나 외계 행성(行星)과 우주공간(宇宙空間)을 방황하는 가상영화(假象映畵)였는데 너무나 신기했었다.

1. 벼라 별(星) 이야기

은하계(銀河系/Galaxy) / 초신성(超新星) / 블랙홀(Black Hole)-상상도

<빅뱅(Big Bang) 이론>

우리와 같은 평범한 머리를 가진 사람들이 천재들의 사고 영역인 천체 물리학을 엿본다는 것은 상당히 무리가 따른다.

영국의 천재 물리학자 스티븐 호킹(Stephen Hawking) 박사는 불구(不具)의 몸이었지만 휠체어에 앉아서 연습장 한 권 분량의 계산을 머릿속으로 한다는....

그런 천재들의 영역이 천체 물리학인데 우리도 잠깐 그 변죽(가장자리)을 조금만 엿보기로 한다.

우리가 사는 지구(地球/Earth)는 무한한 우주 공간에 펼쳐져 있는 수억 개의 별 중 하나인데 지구를 비롯한 많은 별은 도대체 어떻게 하여 생겨났고, 또 앞으로 어떻게 될 것인지 우리도 한 번쯤은 의문을 가져봄직도 하다.

우리 태양계가 소속되어있는 은하(銀河/galaxy)는 수많은 항성(恒星), 성단(星團), 성간운(星間雲)들이 있으며, 이 사이의 공간은 가스, 먼지 등의 성간(星間) 물질들로 이루어져 있다고 한다.

그러면 우주는 얼마나 크고, 또 별의 숫자는 얼마나 될까?

과학자들은 지구가 속한 은하계는 약 1천억 개의 별이 있고, 우주에는 이런 은하가 다시 1천억 개 정도 있다고 하니 그러면 별의 수는? 7을 쓰고 0을 22개 붙이면 된다고.... ㅎㅎ. 그것도 추측일 뿐.

별들은 태양처럼 스스로 빛을 내며 타는 항성(恒星/fixed star)과 지구처럼 속으로는 타지만 겉은 식어버려서 스스로 빛을 내지 못하는 행성(行星/惑星)으로 크게 나눌 수 있다.

우크라이나 출신의 미국 물리학자 가모(Gamow/1904~1968)는 아인슈타인의 일반상대성이론에 근거하여, 벨기에의 천문학자인 조르주 르메트르(Georges Lemaitre/1894~1966)는 우주의 기원은 대폭발일 것이라는 가설을 발표하였고, 가모가 이를 묶어 정설(正說)로 체계화하였다.

빅뱅(대폭발/Big Bang Theory) 이론은 150억 년 전, 우주는 매우 높은 밀도와 에너지를 가진 작은 물질(작은 점/原始原子)이 대 폭발을 일으켜 우주로 퍼져나가며 별들이 탄생하였고, 지금도 그 팽창(膨脹)을 계속하고 있다는 이론이다.

<별의 탄생과 종말>

우주의 대폭발(Big Bang)로 잠시 혼돈(混沌)과 암흑시대(Dark Ages)를 거친 후 은하계가 형성되며 질서가 잡혔고 지금도 진화(進化)가 계속되고 있다고 한다.

대폭발 초기, 성간(星間) 물질 내 거대 분자 구름이 수축하여 거대한 덩어리를 이루는데 이것을 원시별(原始星/Protostar)이라고 한다. 별(Star) 진화의 중간단계로, 크기와 질량이 중간 정도인 주계열별(Main Sequence Star)과 왜성(矮星/Dwarf Star)이 있고, 별의 일생에서 후기단계인 거대한 별로 거성(巨星/Giant Star)과 초거성(超巨星/Super Giant Star)이 있는데 별 내부의 수소(水素)가 모두 연소(燃燒)되고 압력이 낮아지면서 별의 크기가 엄청나게 팽창하게 된 것이다.

이후, 별의 일생에서 마지막 단계로 엄청나게 밝은 빛을 내며 폭발하는 단계가 초신성(超新星/Supernova)인데 폭발하고 남은 남겨진 중심핵을 중성자별(中性子星/Neutron Star)이라고 한다.

이때 압력이 너무 세면 블랙홀(Black Hole)이 되는 것이다.

중성자별(中性子星/Neutron Star)은 초신성이 폭발한 후 반지름 12~13km 정도지만 질량은 태양의 두 배 정도 되며, 블랙홀(Black Hole)은 질량이 매우 큰 별의 마지막으로, 부피는 제로(Zero)이고 질량은 무한대인 한 점으로 모인다고 한다. 질량이 태양의 3배 이상이면 폭발 후 블랙홀이 되고 그 이하는 백색왜성이나 중성자별이 된다고 한다.

<블랙홀(Black Hole)과 웜홀(Worm Hole)>

블랙홀의 존재를 발견한 사람은 독일 천문학자 카를 슈바르츠실트(Karl Schwarzschild/1873~1916)인데 아인슈타인의 상대성이론 방정식(方程式)을 풀어 답을 구하던 슈바르츠실트는 이해할 수 없는 결론에 도달했다고 한다.

태양 질량의 별이 수축해 반지름이 3km로 작아지면 시간이 무한대로 길어지고 모든 물질은 물론 빛조차 탈출할 수 없다는 계산 결과가 나왔다. 슈바르츠실트는 이 결과를 적어 아인슈타인에게 보냈더니 아인슈타인은 ‘터무니없는 얘기’라며 슈바르츠실트의 계산 결과를 무시했다고 한다.

이 블랙홀을 인정하지 않은 실수가 아인슈타인이 저지른 몇 가지 중대한 실수 중 하나로 기록된다고 하는데 이것은 블랙홀의 이론적 반대 현상으로, 모든 것을 빨아들이는 블랙홀이 있으면 뱉어내는 구멍인 화이트홀(White Hole)이 이론상 존재해야 하고, 그 통로가 웜홀(Worm Hole)이다.

그러나 블랙홀은 우주 곳곳에서 발견되어 실체가 증명되었지만, 화이트홀은 존재 자체가 이론상으로 불가능하다는 설이 지배적이라고 한다. 있어도 아주 찰나(刹那)에 그친다는....

<우리 태양계(太陽系/Solar System)의 가족들>

우리 지구가 속한 태양계에 대하여 좀 더 알아본다.

저 거대한 은하계(銀河系)의 변두리 부분에 있는 우리 태양계(太陽系)는 약 45억 년 전에 형성되었는데 태양을 중심으로 그 주변을 공전(公轉)하는 8개의 행성(Planet)들로 이루어진다.

태양계는 안쪽에 있는 네 개의 고체 행성인 수성(水星/Mercury), 금성(金星/Venus), 지구(地球/Earth), 화성(火星/Mars)을 지구형 행성, 바깥쪽에 있는 유체행성인 목성(木星/Jupiter), 토성(土星/Saturn), 천왕성(天王星/Uranus), 해왕성(海王星/Neptune)을 목성형 행성이라고 부른다.

각 행성의 이름은 그리스∙로마 신화에서 따다 붙였다. 이처럼 태양의 둘레를 도는 것은 행성(行星), 다시 행성의 둘레를 도는 작은 것을 위성(衛星)이라고 한다.

그리스 로마 신화에서 머큐리(수성:Mercury)는 신들의 사자(使者)이고, 비너스(금성:Venus/ Aphrodite)는 미(美)의 여신, 마르스(화성:Mars)는 전쟁(戰爭)의 신이며, 주피터(목성:Jupiter/Zeus)는 신들의 아버지이고, 새턴(토성:Saturn)은 농경(農耕)의 신, 우라누스(천왕성:Uranus)는 세계의 지배자, 넵튠(해왕성:Neptune/Poseidon)은 바다(海)의 신이다.

지구의 달(月)처럼 이 여덟 개의 행성(行星) 주위는 더 작은 위성(衛星)도 돌고 있고, 인간이 만들어 궤도에 올려 돌게 하는 인공위성(人工衛星)도 있는데 지구는 인공위성이 너무 많아 포화상태라고 한다.

우리나라는 1992년에 처음 쏘아 올린 우리별 1호를 시작으로 우리별 2, 3호, 무궁화 1, 2, 3호, 아리랑 1, 2호 및 2018년에 쏘아 올린 차세대소형위성 1호(Nextsta-1) 등 20여 개나 되는데 이미 수명이 끝난 것도 있고 앞으로 쏘아 올릴 위성을 준비하고 있기도 하다.