코스모스 제4장 천국과 지옥 요약(칼 세이건)

4. 천국과 지옥164쪽 1908년 6월 30일 중앙시베리아 통구스타 사건165쪽 어머어마한 규모의 폭발, 지구대기에 거대한 충격파 발생, 광대한 산림지대 초토화행성과 행성사이의 공간에도 많은 천체들이 떠돌아다닌다. 일부는 암석질의 작은 덩어리이고, 또 어떤 것들은 철을 많이 함유하는 금속성 물질의 소형천체이다.169쪽이 외에도 얼음 성분의 덩어리들이 있는가 하면 유기물을 많이 함유한 것들도 있다. 이들은 티끌만 한 알갱이에서 시작하여 니카라과 또는 부탄의 영토만한 것에 이르기까지 그 크기가 다양하다. 모양은 행성과 달리 지극히 불규칙하다. 이 소형 천체들은 이따끔씩 행성과 충돌한다치솟는 불덩이의 규모며 버슷구름의 출현과 모양은 핵폭발과 비슷한 상황이나 혜성의 경우 감마선의 방출과 방사선 낙진이 없다.170쪽혜성은 대부분 얼음으로 이루어져 있다. 천문학에서 흔히 사용하는 얼음이라는 표현은 순수하게 물로된 얼음만을 가리키는 것이 아니다. 물 H2O, 메탄 CH4, 암모니아 NH3 등의 혼합물이 결빙된 것을 총체적으로 얼음이라고 지칭한다.171쪽이러한 얼음물질에 미세한 암석티끌들이 한데 엉겨 붙어서 혜성의 핵을 이룬다. 웬만한 크기의 혜성조각이 지구 대기와 충돌하면 혜성은 거대하고 눈부신 불덩이로 변하고 강력한 충격파를 발생시킬 것이다. 유성우는 하늘이 선사하는 자연의 불꽃놀이인 셈이다.일반적으로 불꽃놀이는 연중 특별히 정해진 날에만 거행된다. 유성 하나하나는 겨자씨보다 작은 미세한 고체 알갱이다. 흐르는 별이 아니라 나폴나폴 떨어지는 먼지라는 표현이 제격이다.172쪽이렇게 작은 고체 알갱이는 지구 대기에 들어오자마자 대기와의 마찰로 인하여 고온으로 가열돼 빛을 방출하지만 지상에서 약 100키로미터 상공에 이르기 전에 완전히 소멸되고 만다. 유성들은 혜성이 남기고 간 부스러기들이다. 태양 근처를 통과하는 일이 반복되면 혜성은 태양의 중력과 열의 영행으로 여러덩어리로 쪼개지고 증발하여 점차 분해된다.따라서 혜성과 지구의 궤도가 서로 만나게 되는 지점에 유성의 부리가 있게 마련이다. 지구는 매년 같은 시기에 그 지역을 지나게 되므로 유성우는 해마다 같은 시기에 반복해서 나타나는 것이다. 매년 6월 30일을 전후로 하여 황소자리 벨타별 방향에서 유성우를 보게 된다. 바로 이시기에 지구가 엥케 혜성의 궤도를 지나기 때문이다. 그러므로 1908년 6월 30일 통구스카의 대폭발은 엥케 혜성에서 떨어져 나온 혜성한 조각이 지구와 충돌했기 때문에 생긴 사건으로 추정할 수 있다.173쪽옛 사람들은 혜성을 재앙의 전조이자 신성한 존재의 진노를 예시하는 것으로 받아들였다.177족뉴턴은 튀코 브라헤와 케플러의 견해를 받아들여 혜성이 달보다도 먼 곳에서 토성보다도 가까이에서 일어나는 현상이라는 결론을 내렸다.혜성이 밝게 보이는 까닭은 행성과 마찬가지로 태양의 빛을 반사하기 때문이라도 그는 제대로 알고 있었다. 뉴턴은 혜성을 둘러싼 미신을 모두 제거하고 혜성 운동의 규칙성을 예측하자, 1707년에 이르러서 그의 친구 에드먼드 핼리가 1531년, 1607년, 1682년에 출현했던 혜성들이 모두 같은 혜성으로서 76년마다 되돌아온다는 사실을 계산으로 밝혀 냈다.178쪽윌리엄 허긴스는 1868년 혜성의 스펙트럼과 천연가스나 에틸렌 계열 기체의 스펙트럼이 몇 가지 측면에서 동일하다는 사실을 밝혀냈다.179쪽허긴스는 유기물질을 혜성에서 발견했고 후반에는 시안, 즉 탄소원자와 질소원자로 이루어져 청산가리 같은 시안화물을 형성하는 분자조작 CN을 혜성의 꼬리에서 발견했다.180쪽어째서 행성들은 거의 원형궤도를 그것도 이웃 행성들과 갈라선 듯 따로 따로 멀리 떨어진 원 궤도를 도는가? 그런데 혜성은 어떤 연유에서 길쪽한 타원을 그린단 말인가181쪽그것은 행성들이 태양계의 고참인 반면에, 혜성은 신참내기들이기 때문이다. 행성들이아주 찌그러진 모양의 타원 궤도를 따라서 태양 주위를 공전한다면 서로 교차하는 지점이 있을 것이고 필연적으로 충돌하게 될 것이다. 현재의 행성들은 충돌이라는 자연선택의 과정에서 살아남은 것들이다. 초기의 파국적 충돌을 모두 이겨내고 이제 우리 태양계는 중년의 안정기에 들어선 것이다.태양계의 외곽, 행성계 너머 우두컴컴한 저편에는 수조개에 이르는 혜성의 핵들이 둥글게 원 궤도를 이루고 모여서 하나의 거대한 구름을 이루고 있다. 이것은 '오오트의 혜성핵 구름'이라고 부른다. 182쪽혜성핵의 대부분은 지름이 1킬로미터가 넘는 거대한 눈덩어리로서 대부분의 혜성들은 명왕성의 궤도가 그리는 경계선을 똟고 그 안으로 넘어 들어오는 일이 거의 없다. 언젠가 이 혜성들은 행성과 충돌하고 만다. 한편 소행성은 태양계가 형성되던 과정에서 남은 자투리 조각들이다.지구와 지구의 동반자인 달은 혜성들에게 무수히 두들겨 맞았을 것이다.183쪽지구와 작은 혜성조각들이 충돌하면 퉁구스카 사건과 같은 폭발이 일어나는데 이런 사건은 대략 1000년에 한번꼴로 발생한다. 그러나 핼리 혜성과 같이 지름이 대략 20km수준에 이르는 비교적 커다란 혜성과 충돌할 확률은 기껏해야 10억년에 한 번 꼴이다. 달 표면의 운석공은 지난 수 십억 년의 세월에 걸친 수많은 충돌이 누적된 결과라고 하겠다. 태양계 어디서든 운석공을 볼 수 있다. 태양에 가까이 있는 수성의 표면이나 구름으로 뒤덮인 금성뿐 아니라 화성 그리고 심지어 그 조무래기 달인 포모스와 데이모스 등에서도 볼 수 있다. 184쪽 여기에서 말한 행성들은 지구형 행성으로 그럭저럭 지구와 닮은 지구의 가족이다. 지구형 행성의 표면은 단단한 고체이며 내부는 돌과 철로 이루어져 있고 대기는 거의 진공에 가까운 것에서 시작하여 지구 기압의 9-배가 넘는 것들까지 다양하다.이들은 모닥불 근처에 둘러앉은 캠핑객들처럼 빛과 열의 근원인 태양을 에워싸고 그 주위를 옹기종기 돌고 있다. 나이는 모두 45억년 정도로 같다. 그리고 달과 마찬가지로 이들이 표면은 모두 태양계 형성 초창기에 있었던 파국적인 충돌의 시대를 생생하게 증언하고 있다.태양에서 더 멀리 떨어진 화성의 궤도를 넘어가면 매우 다른 성격의 세계가 우리는 맞는다. 여기부터는 목성의 영역이다.거대 행성 또는 목성형 행성들이 상주하는 곳이다. 목성형 행성은 대부분 수소과 헬륨으로 구성되어 있고, 그 밖에 수소 원자를 많이 포함하는 기체분자들, 예를 들면 메탄과 암모니아와 물이 소량으로 섞여 있다. 단단한 고체 표면이 없는 목성형 행성은 오로지 대기권과 색색의 구름만 있을 뿐이다. 목성형 행성은 태양계의 장상격 행성들로서 지구와 같은 자뚜리 세계가 결코 아니다. 목성은 그 안에 지구를 1000개 집어 넣을 수 있는 정도로 크다.185쪽지구에서 망원경으로 달을 관찰하면 지구를 향한 쪽에서 약 1만개의 운석공을 헤아릴 수 있다. 그리고 그것들의 거의 대부분이 달의 오래된 지형인 고원지대에 자리한다. 고원지대는 행성 간 공간을 떠돌던 부스러기들이 모여서 달의 형성이 완성되던 시기에 굳어진 월면의 지형이다. 달의 형성 얼마후 내부로부터 용암이 흘러나와서 표면의 저지대를 덮기 시작했다. 그러므로 우리가 바다라고 부르는 저지대 운석들은 그 후에 생긴 것이다 그 중에서 지름이 1KM이상되는 구덩이가 1000개 정도이다.운석공에서 충돌 구겅이 하나가 만들어지는데 대략 10만년이 걸린다는 계산이 나온다. 우리가 달에 운석공이 파이는 현장을 목격하려면 앞으로 10만년보다 훨씬 더 긴 세월을 기다려야 할지 모른다. 미국 애리조나주에 있는 운석공은 그 지름이 약 1킬로미터인데 이 충돌 구덩이는 실제로 3만년전에 파인 것으로 추정된다.187쪽달에는 물과 공기기 없어서 침식 작용이 거의 일어나지 않는다. 운석과의 충돌은 달표면에 방사상의 광조 무늬를 남긴다.광조란 충돌시에 방사상으로 뿜어져 나온 고운 흙먼지 흔적이다.188쪽운석광과 거시적 지형 구조물은 침식작용을 잘 견뎌낼 수 있지만 지극히 가느다란 밝은 빛줄기처럼 보이는 광조를 시간이 흐르면서 서서히 사라지게 마련이다.운석학자 잭 하르풍의 연구 결과에 따르면 부르노의 이름의 붙은 작은 운석공이 바로 컨터베리 수도사들의 이야기(1178년 6월 25일)와 일치하는 지점이라고 한다. 로마 가톨릭 철학자 조르다노 브루노는 우주에는 수많은 세상들이 존재하며 그 중에는 생명이 사는 곳도 많다고 주장했다. 이 주장과 몇 가지의 죄목이 추가되어 그는 화형을 당했다.189쪽통구스카의 대폭발 사건과 애로조나 주의 운석공이 우리에게 증언하고 있듯이 소행성과 지구의 충돌은 태양계 역사의 초창기에만 국한했던 형상이 아니다.190족지구와 달이 태양으로부터 거의 같은 거리에 있음에도 불구하고 달의 표면은 수많은 충돌로 심하게 파였는데, 지구는 어째서 운석공이 드물까? 191쪽설득력이 있는 유일한 설명은 충돌구덩이가 지구와 달에서 같은 비율로 만들어지지만 공기와 물이 없는 달에서는 파인 구덩이들이 오래 보존되는데 비하여 지구에서는 꾸준히 진행되는 침식작용으로 말미암아 지워지고 메워지기 때문이라는 것이다.달에서는 외부적인 변화와 파국적인 사건이 더 크게 작용하고 지구에서는 내부적인 변화와 느린 과정이 더 큰 영향력을 행사한다. 화성의 상황은 이 둘의 중간쯤으로 생각하면 된다.화성과 목성의 궤도사이에 헤아릴수 없이 많은 소행성들이 떠돌고 있는데 이들은 소규모의 지구형 행성이라고 불 수 있다. 큰 것은 지름이 수 백 킬로미터에 까지 이른다.192쪽소행성들끼리는 서로 충돌이 잦은데 그러다 가끔씩 어느 한쪽 귀퉁이가 떨어져 나가고 우연히 그 조각이 지구가 가는 길에 들어오게 되면 지구로 떨어져서 운석이 되기도 한다. 소행성 중 덩치가 큰 것들은 혜성과 함께 최근에도 행성 표면에 구덩이를 파놓은 주범이다. 원래 행성으로 성장하려던 것들이 이웃의 거대행성인 목성의 인력 때문에 서로 밀고 당기는 틈에 더 결합하지 못하고 그냥 작은 둘덩이로 남아 있는 곳이 바로 소행성대이다.토성의 고리는 소행성대와 비슷한데가 있다. 토성고리에서는 수 조개의 미세한 얼음 조각들이 꼬마 위성이 되어 토성 주위를 돌고 있다. 193쪽목성과 천왕성도 역시 고리를 두르고 있다는것이 최근에 밝혀졌는데, 너무 희미해서 지구에서는 직접 보기 어렵다.195쪽마음에 들지 않는 생각을 억압하는 일은 종교나 정치에서는 흔히 있을지 모르겠지만, 진리를 추구하는 이들이 취할 태도는 아니다.196쪽금성은 질량크기, 밀도면에서 지구와 거의 동일하다. 망원경을 통해서 금성을 처음 본 사람이 갈릴레오다. 때는 1609년198쪽금성 정체에 대한 최초의 단서는 유리 덩어리로 만들어진 프리즘이나 평면 유리에 가는 줄을 균일한 간격으로 그려 넣은 최절 격자의 덕분에 확보할 수 있었다. 보통의 백석광이 슬릿의 좁은 틈을 지나서 프리즘을 통과하거나 회절 격자 면을 비스듬히 비추게 되면 무지개 색깔의 띠가 펼쳐지는데 이 띠를 분광 스펙트럼 또는 줄여서 스펙트럼이라고 한다. 가시광선 대역의 분광스펙트럼은 주파수가 높은 빛에서 낮은 것의 순으로 보라색, 파란색, 초록색, 주홍색, 빨간색으로 펼쳐진다. 이 색깔의 빛이 우리 눈에 잘 보이니까 우리는 이것을 가시광선 대쳑의 스펙트럼이라고 한다. 보라색 너머, 주파수가 높은 쪽의 스펙트럼을 우리는 자외선 대역이라 하고 자외선 너머의 스펙트럼은 그 너머에는 감마선 영역이 있다. 199쪽낮은 주파수쪽으로 가면 빨간색 너머에 적외선 대역이 있다. 적외선너머의 넓은 주파수 대역을 전파대역이라고 한다. 감마선에서 전파대역까지 무도 다 당당한 빛이다.200쪽스펙트럼으로부터 화학성분을 결정할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 서로 다른 화학성분의 물질은 서로 다른 주파수 또는 다른 색깔의 빛을 흡수한다. 따라서 분자나 원소의 종류에 따라 흡수하는 빛의 주파수 또는 파장이 각기 다르다.어떤 물질이든그 물질 고유의 분광학적 특성이 있게 마련이다. 이러한 원리를 이용하면 지구에서 무려 6000만 킬로미터나 떨어져 있는 금성 대기의 화학 조성도 지구에 그대로 앉아서 식별할 수 있다.202쪽천체 분광학은 신비의 기술이다. 이후 연구를 통해서 금성대기에 엄청난 양의 이산화탄소가 있음이 밝혀졌다. 금성의 실제 상황을 알려준 첫 단서는 가시광선이나 적외선 대역의 스펙트럼에서가 아니라 전파 대역에서 얻어졌다.203쪽천문학자들은 전파망원경으로 에너지가 하늘의 특정지역에서부터 특정 주파수를 통해 얼마만큼 지구로 유입되는지를 측정한다.수신된 전파 신호를 분석한 결과 금성의 온도가 매우 높다고 추측할 수 있었다.204쪽금성은 지구 시간으로 243일만에 한번씩 자전한다. 그러나 자전의 방향이 다른 태양계 행성들과 반대다. 결과적으로 금성에서는 해가 서쪽에서 떠서 동쪽으로 진다. 일출에서 다음 일출까지 지구 시간으로 118일이 걸린다. 금성의 자전주기 243일(속도 시속 6.5km, 공전주기 224.7일)205쪽금성표면의 온도는 섭씨로 대략 480도의 고온이다. 표면의 대기압은 90기압에 육박한다. 지구에서는 해수면에서 수심 1킬로미터까지 내려가야 이만하 압력을 느낄 수있다.207~208쪽자외선 사진으로 측정한 풍속은 초속 100m, 시속 360km였다. 금성의 대기는 96%가 이산화탄소이다. 질소, 수증기, 아르곤, 일산화탄소와 다른 기체들도 적은 양 존재한다. 미량의 염산과 플로오르화 수소산도 존재한다. 상층부의 비교적 서늘한 구름 속에서도 완전히 몸쓸 세상이었던 것이다. 눈에 보이는 구름층보다 더 높은 고도 약 70km 고공에는 작은 입자들로 구성된 옅은 안개가 연속적으로 펼쳐져 있다. 금성에는 고도 60km까지 구름속을 파고 들어가면 농축된 황산 방울에 둘러싸여 있는 자신을 발견하게 될 것이다.더 밑으로 내려가면 구름입자들이 점점 커진다. 지독한 냄새의 이산화항이 대기 하층부에 미량존재한다. 이상화황 분자들은 그룸위로 올라갔다가 태양의 자외선으로 일단 해리되고 해리된 황이 다시 물과 결합하여 황산을 만든다.황산기체가 응결하여 황산액체가 되면 밑으로 가라앉고 낮은 고도에서 높은 열 때문에 다시 이산화황과 물로 분해된다.  이렇게 해서 황 순환의 한 주기가 완성되는 것이다. 금성에서는 행성 전체에 항상 황산비가 내리고 있지만 표면에는 한 방울도 이르지 못한다.세상을 통째로 태워 버릴 듯 맹렬한 더위, 모든 것을 뭉개 버릴 듯한 높은 압력, 각종 맹독성 기체, 사위는 오씩한 붉은 기운, 금성은 지옥의 상황이 그대로 구현된 저주의 현장이라고 하겠다.209쪽태양의 가시광선 대역의 빛이 금성의 반투명 대기와 구름층을 통과하여 지표에 흡수된다. 이렇게 가시광선으로 데워진 표면은 복사열을 우주로 내보내려고 한다. 금성이  뜨겁다고 해도 태양보다는 훨씬 더 차갑기  때문에 가시광선 대역이 아닌 적외선 대역에서 주로 복사열을 방출한 것이다. 그런데 금성의 대기에 있는 이산화탄소와 수증기분자들이 적외선 복사열을 거의 완벽하게 차단한다. 그러므로 복사열이 우주공간으로 나가지 못하고 금성 대기에 갖혀 표면온도는 점점 상승한다.211쪽금성과 지구에서 그리고 태양계 내의 모든 곳에서 자연의 대재앙에 따른 파괴의 흔적들을 역력히 알아볼 수 있다. 화성에도 옛 강들의 흔적이 있다. 목성의 위성 중 하나인 이오에는 황산 용액이 흘러서 만들어진 넓은 수로와 같은 것들이 있다. 지구와 화성에는 모래 폭풍이 분다. 번개는 목성, 금성, 지구 모두에소 요란하게 친다. 지구와 이오에서는 화산분출물들이 대기권으로 유입된다.212쪽내부에서 진행되는 지질학적 과정들은 지구, 금성, 화성, 가니메데와 유로파의 표면을 서서히 변화시킨다. 지구의 경우, 또 다른 요인때문에 풍경과 기후가 바뀐다. 그것은 지적 생물의 활동이다. 금성처럼 지구에도 이산화탄소와 수증기가 존재하므로 온실효과가 증명된다. 온실효과가 없다면 지구 전체의 평균온도는 영하에 머물렀을 것이다. 온실효과 때문에 지구의 바다는 액체 상태를 유지할 수 있었고 생물은 살아남을 수 있었다. 어느 정도의 온실효과는 생명에게 유리하다. 지구는 좀 더 소중히 다뤄져야 할 존재이다