| ▲ ‘스타워즈’ 속 지구 닮은 행성, 우주 전체에 400억개. | |
11 回 송영선의 인터스텔라 ㆍ 우주 SF영화의 허와 실 |
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‘스타워즈’ 속 지구 닮은 행성, 우주 전체에 400억개
로마에 도로가 없었으면 제국의 건설이 불가능했다. 마찬가지로 중국에 수로가 없었으면 뤄양(洛陽)에 있던 황제의 통치는 가능하지 못했을 것이다. 605년 수나라 양제는 뤄양에서 항저우(杭州)에 이르는 1700㎞에 이르는 거대한 경항대운하(京杭大運河, Grand Canal of China) 건설을 시작한다. 이 대운하는 장쑤성과 저장성을 거쳐서 바다로 이어진다. 바로 이 장강과 바다의 접점에는 상인들의 중계무역
| | ▲ 영국의 하드리아누스 방벽. 서기 122년 로마의 하드리아누스 황제 재위 기간에 건설이 시작됐다. 길이는 117.5㎞다. | |
인간의 장벽은 유목민 침범 방어용
지금은 쉽게 논이나 밭에서 볼 수 있는 경작물들이지만, 자연에 존재하는 대부분의 식물은 인간의 손에 저항한다. 봄부터 가을까지의 고된 노동을 보상할 수 있는 생산성 높은 작물은 그리 많지 않은 것이다. 인간의 손에 선택된 소수의 작물은 돌연변이를 계속해 채집에서 얻을 수 있는 생산성보다 더 큰 이득을 주는 품종으로 진화했다. 인간의 손에 길들여진 농작물은 자연의 법칙보다는 인간의 법칙을 따르기 시작하고, 채집을 포기하고 정착을 시작한 지역을 중심으로 인간이 생산을 지배하는 사회가 탄생한다.
진화가 항상 옳은 방식으로만 진행되는 것이 아니기 때문에 인간의 정착이 궁극적으로 올바른 선택인지는 알 수 없다. 하지만 역사 속에서는 정착을 선택한 인간들이 유목자에 대해 우위를 점하기 시작한다. 정착자들이 좁은 지역에서 높은 생산성을 안정적으로 유지하기 시작하면서, 인구밀도가 높아지고 빠르게 지배자로 성장하게 된다. 폴리네시아의 섬들 중에서 먼저 정착한 섬의 부족은 유목자들의 섬을 잔인하게 정복하고 정착자들의 영역으로 흡수한다.
하지만 유목자들의 네트워크 형성이 가능했던 유라시아의 대륙에서는 정착자들에 대한 무시할 수 없는 위협적인 도전도 전개된다. 정착자와 유목자 사이의 보이지 않는 벽은 거대한 장벽으로 나타나게 된다. 영국에서는 유목민의 후예인 켈트족과 정착자의 제국인 로마와의 경계를 표시하기 위해서 하드리아누스 방벽이 건설되고, 중국에서도 북방의 유목민 연합의 침범을 방어하기 위해 거대한 만리장성 장벽이 세워지게 된다.
하드리아누스 방벽을 연구하는 역사가들은 장벽을 건설하는 데 소요되는 비용으로 켈트족을 정벌하지 않은 이유를 알고 싶어한다. 유목은 사라지지 않은, 그리고 사라지지 않을 인간의 생존 방식이다. 무력으로 점령할 수 없는 인간 영혼의 영역이기 때문에 이것을 칼로 종식시킬 수 없다고 생각했을지도 모른다. 하드리아누스 방벽은 정복 대신에 경계를 통한 공존을 모색한 정착자의 유적이 아닐까?
초기 우주엔 지역의 경계 불필요
우주에도 별들이 모여드는 정착지가 있다. 우주에는 우주의 팽창 법칙에 따라서 진화하는 곳도 있고, 우주의 팽창에서 분리돼 해당 지역의 중력법칙에 의해 지배되는 곳도 있다. 우주 초기에는 중력에 의한 거대구조가 발달되지 않아 두 지역 사이의 경계는 필요하지 않았다.
정착지에 인구밀도가 높아지는 것처럼, 초기의 중력계도 주변의 물질을 흡수하면서 조금씩 물질의 밀도가 높아지게 된다. 폴리네시아의 작은 유목민 섬들이 정착자에 정복됐듯이 초기에는 이렇게 주변 중력계로의 흡수만이 일어났다. 하지만 이 초기의 중력계가 성장해 거대 크기로 성장하게 되면, 유라시아의 유목민들이 연합을 하듯이 우주에 거대한 빈 공간(void)이 형성된다. 유라시아의 유목민 연합이 정착자들의 영토를 조직적으로 압박했던 것처럼, 이 빈 공간들은 마치 자신의 영역에서 중력계들을 밀어내는 것처럼 관측된다. 우주에 거대한 빈 공간들이 거품처럼 자리잡고, 중력계들은 주로 그 거품의 변방에서 가느다란 필라멘트를 따라 발달하게 된다. 그 필라멘트들은 서로 모여서 거대한 우주의 거미집을 만들어 놓는다. 그런데 아주 특이하게도 거품의 경계에 인간의 장벽과도 같은 거대한 우주의 장벽이 형성되는 경우도 있다.
1970년대 후반에는 은하의 깊이를 비교적 빠른 속도로 분광할 수 있는 관측기술이 발달하게 된다. 마크 데이비스(Marc Davis)와 존 후크라 (John Huchra) 같은 연구자들은 이 분광기술을 이용해 은하들의 3차원 지도를 완성할 수 있는 CfA(Center for Astrophysics) 분광 광시야 관측을 77년에 시작한다.
6년 간의 탐사를 통해서 83년에는 세계 최초의 은하 분포 지도를 공개한다. 우주의 빈 공간은 이 때 처음으로 관측됐다. 비록 희미하기는 했지만 은하 지도에는 식별이 가능한 빈 공간이 보였고, 검은 점으로 표시된 은하들은 그 가장자리 필라멘트처럼 분포하고 있었다. 우주를 스위스 치즈나 주방 식기대의 거품에 비유한 만평들이 나오기도 했다. 인간이 처음으로 접한 우주의 모습은 성공적으로 사람들의 가슴 속에 다가 왔다. 여기에 힘을 얻은 연구진들은 구조를 보다 정확히 파악하기 위해 CfA 분광 광시야 관측 ‘시즌 2’를 바로 시작한다. 우주의 장벽은 이 2차 탐사에서 발견된다.
탐사 통해 우주 거대 장벽 속속 발견돼
제2차 CfA 분광 광시야 탐사 결과는 89년에 공개된다. 이 발표에는 아무도 예측하지 못했던 새로운 발견이 포함돼 있었다.
| ▲ 북쪽 유목민의n침입을 막기 위해 쌓은n중국의 만리장성. 길이가 6000㎞에 이른다. | |
영국에 있는 하드리아누스 방벽의 두께는 3m정도이고 높이는 6m정도이다. 그리고 그 길이는 동쪽 바다의 타인강에서 서쪽 바다의 솔웨이 만까지, 동서를 횡단하는 연장 117㎞이다. 그런데 우주에도 그런 장벽이 있었다. 우주 장벽은 은하라는 벽돌로 이루어져 있다. 이 은하 성벽의 두께는 1.6×1020㎞이고 높이는 2×1021㎞ 정도다. 이러한 성벽이 우주를 가로지르는 총 연장 5×1021㎞에 걸쳐서 존재한다.
하드리아누스 방벽을 따라 하이킹을 하는 여행자들은 일주일 정도면 방벽의 다른 쪽 끝에 도착할 수 있다. 만일 한쪽 끝에서 빛을 보내면 빛은 0.0004초 정도면 다른 쪽 끝에 도착할 수 있다. CfA로 발견한 우주의 장벽을 사람이 하이킹할 경우 언제 다른 쪽 끝에 도착할 수 있는지는 알 수 없다. 만일 사람 대신 빛이 여행을 한다면 5억 년이 지나면 다른 쪽 끝까지 갈 수 있다. 로마의 하드리아누스 황제가 건설을 시작한 후 6년 간의 공사를 통해 방벽을 완성했다. CfA 우주 장벽을 완성하기 위해서는 최소 50억 년이 소요되었을 것으로 우주론자들은 추정하고 있다.
인간의 장벽은 정착과 유목의 보이지 않는 갈등이 형상화된 것이다. 인간의 마음에는 눈에 보이는 장벽보다 더 높고 긴 장벽이 존재하는 것이다. 이것은 이 갈등이 표면화되는 지구 상의 모든 곳에서 나타날 수 있다. 중국의 만리장성은 로마의 장벽과는 비교할 수 없을 정도의 스케일을 가지고 있다. 지도상에 펼쳐놓고 보면 2700㎞지만, 산악지대의 굴곡까지 포함하면 실재 길이는 6000㎞에 해당한다. 마찬가지로 우주의 장벽도 보이지 않는 우주의 중력작용에 의해 형성된 것이다. 이것은 우주 모든 곳에서 작용하기 때문에, CfA 장벽이 이 우주에 유일한 장벽이 아닐 수 있다.
세상 무엇과도 반응하지 않는 암흑 물질
CfA 탐사 이후 20여 년이 지난 2000년대 초에는 CfA가 탐사한 은하보다 100배가 더 많은 20만여 개의 은하를 관측할 수 있는 SDSS(Sloan Digital Sky Survey) 분광 광시야 관측이 시작된다. 관측이 시작된 이후 3년이 지난 2003년에 리차드 고트(Richard Gott III)와 마리오 쥬릭(Mario Juric)이 또 다른 우주의 장벽을 발견하게 된다. 이 장벽의 길이는1.3×1022㎞이고, CfA 장벽보다 2.7배 정도 더 큰 것이다. 빛이 14억 년을 여행해야 다른 쪽 끝에 도착할 수가 있다. 이 장벽은 지구에서 대략 1022㎞ 정도의 거리에 존재한다.
이러한 장벽은 컴퓨터로 재현하는 일은 가능하기는 하지만 쉽지는 않다. 우주에 장벽이 존재하는 이유는 암흑물질에서 찾을 수 있을지도 모른다. 우리가 눈으로 볼수 있는 바리온(baryon)이란 물질은 오늘날 우주에 존재하는 중력계를 형성할 수 없다. 우주 초기에 빛과 하나로 엉켜서 고밀도 지역을 만들 수가 없기 때문이다. 하지만 암흑물질은 세상 그 어느 것과도 반응을 하지 않고 묵묵히 자신만의 중력 세계를 만들어 나갔다. 바리온이 마침내 빛에서 탈출해 중력계를 형성할 수 있는 시기에는 이미 암흑물질의 중력계가 크게 성장해 바리온 자신만의 중력계를 형성하지 못하고 암흑물질의 중력계에 흡수되게 된다. 이 암흑물질의 중력계에 편입된 바리온들은 시간이 지나면 별과 은하가 되어 크리스마스 트리 장식처럼 암흑물질의 구조를 밝히게 된다. 따라서 관측된 우주의 장벽은 암흑물질에 의해 만들어진 것이다.
그런데 이 거대한 SDSS 우주 장벽도 가장 긴 장벽은 아니다. 2013년에는 빛이 자그만치 100억 년을 여행해야 다른 쪽 끝에 도달할 수 있는 거대한 장벽, 헤라클레스자리-북쪽왕관자리(Hercules-Corona Borealis) 장벽도 발견됐다. 인간이 더 깊은 곳으로 관측을 시작하는 미래에는 또 다른 장벽이 우리를 기다리고 있을지도 모른다. 이러한 관측을 통해서 무슨 이유로 암흑물질들이 이러한 구조로 진화했는지 이유를 이해할 수 있을지도 모른다.
인간의 장벽을 볼 때마다, 난 정복될 수 없었던 유목의 자유를 생각한다. 이 우주에서도 거대한 암흑물질의 장벽이 무언가에 저항하고 있는 것은 아닐까? 인간의 영혼이 자유로울 수 있는 것은 이 우주에도 그러한 유목민의 자유가 존재하기 때문인지도 모른다.
… 중앙SUNDAY 제459호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.12.27
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10 回 송영선의 인터스텔라 ㆍ 우주 장벽 미스터리 |
| ▲ CfA 우주장벽(아래 부채꼴)과 SDSS (Sloan Digital Sky Survey) 우주 장벽 | |
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무엇을 막으려… 길이 100억 광년 ‘우주 만리장성’이 생겼을까
인간의 정착이 정확히 무엇을 의미하는지 알기는 어렵다. 동물의 세계에서도 영역의 개념은 존재한다. 사냥터의 범위를 정하고 경계선을 넘지 않는 늑대들은 정착자가 된 것일까? 아프리카의 평원에서는 가끔 목이 부러진 기린을 볼 수 있다. 비옥한 영역을 지키기 위한 혹은 다른 기린의 영역을 차지하기 위한 도전의 결과다. 하지만 동물들은 그들이 설정한 자신의 영역에서 채집을 하지 생산에 직접 참여하지는 않는다. 먹거리를 만드는 것은 여전히 자연의 작용인 것이다. 하지만 인간의 정착지에서는 인간이 생산자 역할을 한다.
| | ▲ 영국의 하드리아누스 방벽. 서기 122년 로마의 하드리아누스 황제 재위 기간에 건설이 시작됐다. 길이는 117.5㎞다. | |
인간의 장벽은 유목민 침범 방어용
지금은 쉽게 논이나 밭에서 볼 수 있는 경작물들이지만, 자연에 존재하는 대부분의 식물은 인간의 손에 저항한다. 봄부터 가을까지의 고된 노동을 보상할 수 있는 생산성 높은 작물은 그리 많지 않은 것이다. 인간의 손에 선택된 소수의 작물은 돌연변이를 계속해 채집에서 얻을 수 있는 생산성보다 더 큰 이득을 주는 품종으로 진화했다. 인간의 손에 길들여진 농작물은 자연의 법칙보다는 인간의 법칙을 따르기 시작하고, 채집을 포기하고 정착을 시작한 지역을 중심으로 인간이 생산을 지배하는 사회가 탄생한다.
진화가 항상 옳은 방식으로만 진행되는 것이 아니기 때문에 인간의 정착이 궁극적으로 올바른 선택인지는 알 수 없다. 하지만 역사 속에서는 정착을 선택한 인간들이 유목자에 대해 우위를 점하기 시작한다. 정착자들이 좁은 지역에서 높은 생산성을 안정적으로 유지하기 시작하면서, 인구밀도가 높아지고 빠르게 지배자로 성장하게 된다. 폴리네시아의 섬들 중에서 먼저 정착한 섬의 부족은 유목자들의 섬을 잔인하게 정복하고 정착자들의 영역으로 흡수한다.
하지만 유목자들의 네트워크 형성이 가능했던 유라시아의 대륙에서는 정착자들에 대한 무시할 수 없는 위협적인 도전도 전개된다. 정착자와 유목자 사이의 보이지 않는 벽은 거대한 장벽으로 나타나게 된다. 영국에서는 유목민의 후예인 켈트족과 정착자의 제국인 로마와의 경계를 표시하기 위해서 하드리아누스 방벽이 건설되고, 중국에서도 북방의 유목민 연합의 침범을 방어하기 위해 거대한 만리장성 장벽이 세워지게 된다.
하드리아누스 방벽을 연구하는 역사가들은 장벽을 건설하는 데 소요되는 비용으로 켈트족을 정벌하지 않은 이유를 알고 싶어한다. 유목은 사라지지 않은, 그리고 사라지지 않을 인간의 생존 방식이다. 무력으로 점령할 수 없는 인간 영혼의 영역이기 때문에 이것을 칼로 종식시킬 수 없다고 생각했을지도 모른다. 하드리아누스 방벽은 정복 대신에 경계를 통한 공존을 모색한 정착자의 유적이 아닐까?
초기 우주엔 지역의 경계 불필요
우주에도 별들이 모여드는 정착지가 있다. 우주에는 우주의 팽창 법칙에 따라서 진화하는 곳도 있고, 우주의 팽창에서 분리돼 해당 지역의 중력법칙에 의해 지배되는 곳도 있다. 우주 초기에는 중력에 의한 거대구조가 발달되지 않아 두 지역 사이의 경계는 필요하지 않았다.
정착지에 인구밀도가 높아지는 것처럼, 초기의 중력계도 주변의 물질을 흡수하면서 조금씩 물질의 밀도가 높아지게 된다. 폴리네시아의 작은 유목민 섬들이 정착자에 정복됐듯이 초기에는 이렇게 주변 중력계로의 흡수만이 일어났다. 하지만 이 초기의 중력계가 성장해 거대 크기로 성장하게 되면, 유라시아의 유목민들이 연합을 하듯이 우주에 거대한 빈 공간(void)이 형성된다. 유라시아의 유목민 연합이 정착자들의 영토를 조직적으로 압박했던 것처럼, 이 빈 공간들은 마치 자신의 영역에서 중력계들을 밀어내는 것처럼 관측된다. 우주에 거대한 빈 공간들이 거품처럼 자리잡고, 중력계들은 주로 그 거품의 변방에서 가느다란 필라멘트를 따라 발달하게 된다. 그 필라멘트들은 서로 모여서 거대한 우주의 거미집을 만들어 놓는다. 그런데 아주 특이하게도 거품의 경계에 인간의 장벽과도 같은 거대한 우주의 장벽이 형성되는 경우도 있다.
1970년대 후반에는 은하의 깊이를 비교적 빠른 속도로 분광할 수 있는 관측기술이 발달하게 된다. 마크 데이비스(Marc Davis)와 존 후크라 (John Huchra) 같은 연구자들은 이 분광기술을 이용해 은하들의 3차원 지도를 완성할 수 있는 CfA(Center for Astrophysics) 분광 광시야 관측을 77년에 시작한다.
6년 간의 탐사를 통해서 83년에는 세계 최초의 은하 분포 지도를 공개한다. 우주의 빈 공간은 이 때 처음으로 관측됐다. 비록 희미하기는 했지만 은하 지도에는 식별이 가능한 빈 공간이 보였고, 검은 점으로 표시된 은하들은 그 가장자리 필라멘트처럼 분포하고 있었다. 우주를 스위스 치즈나 주방 식기대의 거품에 비유한 만평들이 나오기도 했다. 인간이 처음으로 접한 우주의 모습은 성공적으로 사람들의 가슴 속에 다가 왔다. 여기에 힘을 얻은 연구진들은 구조를 보다 정확히 파악하기 위해 CfA 분광 광시야 관측 ‘시즌 2’를 바로 시작한다. 우주의 장벽은 이 2차 탐사에서 발견된다.
탐사 통해 우주 거대 장벽 속속 발견돼
제2차 CfA 분광 광시야 탐사 결과는 89년에 공개된다. 이 발표에는 아무도 예측하지 못했던 새로운 발견이 포함돼 있었다.
| ▲ 북쪽 유목민의n침입을 막기 위해 쌓은n중국의 만리장성. 길이가 6000㎞에 이른다. | |
영국에 있는 하드리아누스 방벽의 두께는 3m정도이고 높이는 6m정도이다. 그리고 그 길이는 동쪽 바다의 타인강에서 서쪽 바다의 솔웨이 만까지, 동서를 횡단하는 연장 117㎞이다. 그런데 우주에도 그런 장벽이 있었다. 우주 장벽은 은하라는 벽돌로 이루어져 있다. 이 은하 성벽의 두께는 1.6×1020㎞이고 높이는 2×1021㎞ 정도다. 이러한 성벽이 우주를 가로지르는 총 연장 5×1021㎞에 걸쳐서 존재한다.
하드리아누스 방벽을 따라 하이킹을 하는 여행자들은 일주일 정도면 방벽의 다른 쪽 끝에 도착할 수 있다. 만일 한쪽 끝에서 빛을 보내면 빛은 0.0004초 정도면 다른 쪽 끝에 도착할 수 있다. CfA로 발견한 우주의 장벽을 사람이 하이킹할 경우 언제 다른 쪽 끝에 도착할 수 있는지는 알 수 없다. 만일 사람 대신 빛이 여행을 한다면 5억 년이 지나면 다른 쪽 끝까지 갈 수 있다. 로마의 하드리아누스 황제가 건설을 시작한 후 6년 간의 공사를 통해 방벽을 완성했다. CfA 우주 장벽을 완성하기 위해서는 최소 50억 년이 소요되었을 것으로 우주론자들은 추정하고 있다.
인간의 장벽은 정착과 유목의 보이지 않는 갈등이 형상화된 것이다. 인간의 마음에는 눈에 보이는 장벽보다 더 높고 긴 장벽이 존재하는 것이다. 이것은 이 갈등이 표면화되는 지구 상의 모든 곳에서 나타날 수 있다. 중국의 만리장성은 로마의 장벽과는 비교할 수 없을 정도의 스케일을 가지고 있다. 지도상에 펼쳐놓고 보면 2700㎞지만, 산악지대의 굴곡까지 포함하면 실재 길이는 6000㎞에 해당한다. 마찬가지로 우주의 장벽도 보이지 않는 우주의 중력작용에 의해 형성된 것이다. 이것은 우주 모든 곳에서 작용하기 때문에, CfA 장벽이 이 우주에 유일한 장벽이 아닐 수 있다.
세상 무엇과도 반응하지 않는 암흑 물질
CfA 탐사 이후 20여 년이 지난 2000년대 초에는 CfA가 탐사한 은하보다 100배가 더 많은 20만여 개의 은하를 관측할 수 있는 SDSS(Sloan Digital Sky Survey) 분광 광시야 관측이 시작된다. 관측이 시작된 이후 3년이 지난 2003년에 리차드 고트(Richard Gott III)와 마리오 쥬릭(Mario Juric)이 또 다른 우주의 장벽을 발견하게 된다. 이 장벽의 길이는1.3×1022㎞이고, CfA 장벽보다 2.7배 정도 더 큰 것이다. 빛이 14억 년을 여행해야 다른 쪽 끝에 도착할 수가 있다. 이 장벽은 지구에서 대략 1022㎞ 정도의 거리에 존재한다.
이러한 장벽은 컴퓨터로 재현하는 일은 가능하기는 하지만 쉽지는 않다. 우주에 장벽이 존재하는 이유는 암흑물질에서 찾을 수 있을지도 모른다. 우리가 눈으로 볼수 있는 바리온(baryon)이란 물질은 오늘날 우주에 존재하는 중력계를 형성할 수 없다. 우주 초기에 빛과 하나로 엉켜서 고밀도 지역을 만들 수가 없기 때문이다. 하지만 암흑물질은 세상 그 어느 것과도 반응을 하지 않고 묵묵히 자신만의 중력 세계를 만들어 나갔다. 바리온이 마침내 빛에서 탈출해 중력계를 형성할 수 있는 시기에는 이미 암흑물질의 중력계가 크게 성장해 바리온 자신만의 중력계를 형성하지 못하고 암흑물질의 중력계에 흡수되게 된다. 이 암흑물질의 중력계에 편입된 바리온들은 시간이 지나면 별과 은하가 되어 크리스마스 트리 장식처럼 암흑물질의 구조를 밝히게 된다. 따라서 관측된 우주의 장벽은 암흑물질에 의해 만들어진 것이다.
그런데 이 거대한 SDSS 우주 장벽도 가장 긴 장벽은 아니다. 2013년에는 빛이 자그만치 100억 년을 여행해야 다른 쪽 끝에 도달할 수 있는 거대한 장벽, 헤라클레스자리-북쪽왕관자리(Hercules-Corona Borealis) 장벽도 발견됐다. 인간이 더 깊은 곳으로 관측을 시작하는 미래에는 또 다른 장벽이 우리를 기다리고 있을지도 모른다. 이러한 관측을 통해서 무슨 이유로 암흑물질들이 이러한 구조로 진화했는지 이유를 이해할 수 있을지도 모른다.
인간의 장벽을 볼 때마다, 난 정복될 수 없었던 유목의 자유를 생각한다. 이 우주에서도 거대한 암흑물질의 장벽이 무언가에 저항하고 있는 것은 아닐까? 인간의 영혼이 자유로울 수 있는 것은 이 우주에도 그러한 유목민의 자유가 존재하기 때문인지도 모른다.
… 중앙SUNDAY 제456호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.12.06
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9 回 인터스텔라 ㆍ 밤하늘이 숨기고 있는 비밀 |
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고대 마야의 ‘5125.25년 주기’ 는 무엇을 위한 대비였나
동양과 서양은 같은 하늘을 바라보면서도 다른 생각을 했다. 하루의 힘든 일과를 마치고 들판에 누운 서양인들은 고통이 없는 완전한 세상이 하늘에 있다는 상상을 했다. 눈을 감기 전에 밤하늘의 별을 바라보면 그 곳으로 향하는 꿈을 꿀 수 있었을 지도 모른다. 고대 신화에서는 잠든 사람이 꿈 속에서 신과 만나는 장면을 여럿 볼 수 있다. 반면에 동양의 신화에서는 선계(仙界)에 살던 신선이 규율을 어겨 꿈의 세계인 현실로 추방되는 장면이 나온다. 즉 서양에서는 꿈을 꾸어야 갈 수 있는 하늘이지만, 동양에서는 꿈에서 깨야 갈 수 있는 하늘이 된다.
천체 움직임은 정치적으로도 이용
이러한 차이에도 불구하고, 동서양의 밤하늘 관측에는 많은 공통점이 있었다. 고전 천문학의 두 가지 키워드는 패턴과 주기라고 할 수 있다. 하늘에는 특정 주기와 관련이 있는 고정된 패턴이 반드시 있었다. 천문학과 관련이 있는 주기 중에서 가장 짧은 것은 일주 주기다. 가장 짧은 만큼 가장 관측이 용이하기도 하다. 이 일주 운동을 관찰하기 위해 경도의 개념이 도입된다. 지구가 태양을 돈다는 것이 알려지지 않은 때에 낮에 일주하는 태양과 밤에 일주를 하는 별이 움직이는 속도가 같다는 것은 신이 배려한 자연의 법칙이라고 생각했을 것이다. 그리고 모든 지상의 생명은 이 천체의 일주 주기의 절대적인 영향 아래 놓여 있다.
달의 패턴 변화에 따른 월주 주기의 관측도 그리 어렵지는 않다. 달의 변화에 따른 생명의 바이오리듬 변화 역시 주목할 만하다. 그리고 하늘에는 달처럼 별들의 신전을 배회하며 불규칙한 운동을 하는 수성 · 금성 · 화성 · 목성 · 토성 등 다섯 개의 행성이 있다. 다른 모든 별은 고정된 패턴을 유지한 채 함께 움직이지만 이 다섯 행성은 예외다. 특정한 규칙이 없는 것처럼 보이지만 고대 천문학자들은 그 규칙들을 알고 있었다. 기원전 1773년 7월 13일 저녁에는 이 다섯 행성이 하나로 모이는 것이 관측되기도 했다. 이 오성취루(五星聚婁) 현상을 하늘에 숨겨진 주기로 생각하고 그 의미를 부여하려는 노력도 있었다. 하지만 지상의 생명이 이 천문현상에 실제로 반응하는지는 알려져 있지 않다. 단지 중국의 역사서에는 오성취루를 관측했다는 허위보고가 산재했고, 정치적인 목적으로 이용되기도 했다.
고대 천문학의 가장 위대한 업적은 연주 주기의 정확한 관측이라고 할 수 있다. 연주 주기의 관측은 별들의 위도상의 움직임과 관계가 된다. 인간이 유목민이었을 때는 떠나야 하는 계절을 알려줬고, 인간이 정착을 했을 때는 파종을 해야 하는 때를 알려줬다. 이렇게 실용적인 목적으로 관측했기 때문에 생명의 계절 주기와 다소 다르더라도 경작하는 작물에 따라서 1년이 260일이 되는 경우도 있었다.
이렇게 하늘에 고정된 패턴에 의해 파악되는 천체들의 움직임 중에서 일주, 월주 그리고 연주 주기는 지상의 생명과 하늘의 법칙을 하나로 연결해 주는 고리와도 같은 것으로 파악되었고, 지상의 삶이 하늘에 지배된다는 생각을 품게 만들었다. 하지만 고대의 천문학자들은 여기서 멈추지 않는다. 지상의 생명과 관련된 연주 주기보다 큰 대주기를 발견하려는 노력을 계속했다. 분명 하늘에는 지상의 삶과 관련된 또 다른 대주기가 있어, 인간은 알게 모르게 그 지배를 받으며 살고 있을 것이라고 믿었던 것이다.
마야와 현재 달력의 차이는 0.0002일
마야인이 만들어낸 달력은 경이로울 정도로 정밀했다. 마야인이 계산한 1년은 365.2420일인데, 현재 우리가 알고 있는 365.2422일과 차이가 거의 없다. 이러한 정밀성은 천체의 운동에 대한 높은 수준의 지식에 의해서 가능해진 것이다. 이러한 지식을 기반으로 마야인은 아주 긴 달력을 제작했다. 이 달력은 기원전 3114년 8월 13일부터 시작된다. 이 시점부터 5125.25년이 지나면 천체상의 황도가 은하의 중심에 놓이고, 태양은 반대쪽 영역에 진입하게 된다. 이 대주기가 끝나는 때가 바로 2012년 12월 21일이었기 때문에 마야인은 2012년까지 달력을 제작했다. 과연 이 대주기가 지상의 생명과 어떤 관련이 있는 것일까? 앞서 보았듯이 모든 천체운동이 지상의 생명과 연계돼 있는 것은 아니었다. 마야인은 자신들이 보유하고 있던 기술을 적용해 2012년 대주기의 끝까지 달력을 제작하기는 했지만, 이 때가 정말 세상의 종말이라고 생각하지는 않았을 것이다. 단지 뭔가 지상의 생명현상과 대주기가 관계돼 있다는 생각은 했지만, 그것이 무엇인지는 알 수가 없었다.
이러한 패턴과 움직임에 대한 연구는 17세기에 접어들면서 정점에 이르게 된다. 원양 항해를 위해 경도를 결정해야 할 필요 때문이었다. 배가 남북 방향으로 어디에 위치해 있는지는 어렵지 않게 찾을 수 있지만 배가 항구를 떠나 동서 방향으로 얼마만큼 왔는지를 아는 것은 쉬운 일이 아니다. 갈릴레오는 목성의 위성들이 연간 1000여 번의 규칙적인 식(蝕, eclipse) 현상을 일으킨다는 것을 발견했고, 이 위성들을 정밀하게 관측하면 천상의 시계로 쓸 수 있다는 것을 알았다. 즉 항구에서부터 항해한 거리를 정확히 측정할 수 있게 되는 것이다. 문제는 지상에서도 관측이 쉽지 않은데 흔들리는 배 위에서 위성들의 궤도 변화를 관측한다는 것이 거의 불가능에 가까왔다는 점이다. 이 아이디어는 실용화되지 않았지만 행성과 위성의 패턴 연구가 활발해진 계기가 됐다.
20세기 그 패턴의 게임은 중단되지 않고 계속 진행된다. 20세기에 들어서면 인류는 우리 은하에 있는 별을 넘어 또 다른 은하가 있다는 것을 알게 된다. 1920년 미국 스미소니언 자연사박물관에서 할로 새플리와 헤버 커티스는 관측된 성운을 놓고 역사적인 논쟁을 벌인다. 새플리는 우리 은하 밖에 다른 천체가 존재할 수 없다고 했다. 발견된 성운은 말 그대로 우리 은하 내부의 별들의 집합체라는 것이다. 반면에 커티스는 이 작은 성운에서 발견되는 초신성의 숫자가 우리 은하 전체에서 발견되는 수와 거의 같다는 것에 근거해 우리 은하 너머에 있는 또 다른 은하일 것 이라고 믿었다. 우리 은하의 크기는 빛이 10만 년을 여행해야 하는 거리이고, 지구에서 가장 가까운 안드로메다는 빛이 220만 년을 여행하면 도달할 수 있다. 그리고 30억 년이 지나면 우리 은하와 안드로메다는 충돌해 하나가 된다. 우리가 관측할 수 있는 우주의 크기는 대략 빛이 100억 년을 여행해야 도달할 수 있는 거리이고, 이 안에는 수 많은 은하들이 인간의 관측이 닿는 순간을 기다리고 있다.
은하의 패턴에 우주역사 기록돼 있을 수도
이렇게 패턴의 과학은 별에서 은하로 진화한다. 은하의 패턴에는 과연 어떤 비밀이 숨어 있을까? 또 그것은 인간과 어떻게 연관돼 있을까? 마야인들이 찾던 대주기가 이 은하 패턴 코드에 기록되어 있는 것일까?
밤하늘의 은하들이 미처 다 발견되기도 전에 프린스턴 대학의 제임스 피블(James Peebles)은 그 은하들에 거대한 구조가 숨어 있다는 논문을 발표한다. 마야인의 대주기는 5125.25년을 주기로 관측되지만, 이 은하의 거대 구조는 우주 초기부터 건설되기 시작해 지금까지도 계속 진화하고 있다. 제임스 피블은 이 우주공간에 주변보다 조금 더 중력이 큰 곳이 생겨나면 이곳으로 주변 물질이 집중되는 현상이 시작돼 거대한 중력원 헤일로(halo)로 성장한다는 사실을 알게 된다. 그런데 인간이 중력 자체를 볼 수 있는 것도 아니고, 그 안으로 빨려 들어가는 물질이 자체 발광하는 물질도 아니므로 관측이 불가능하다. 하지만 시간이 충분히 흐르고 나면 이 헤일로에서 은하가 탄생한다. 제임스 피블은 이 은하들의 패턴을 관측해 우주의 역사가 기록돼 있는 구조를 알 수 있다고 생각했다.
슬로언 디지털 스카이 서베이(Sloan Digital Sky Survey, SDSS)로 관측한 은하 지도를 보면 은하들이 여기저기 흐트러져 있는 것이 아니고 텅빈 공간을 둘러싸고 있는 필라멘트 형태의 지역, 특정 허브(hub)에 집중돼 있는 것을 알 수 있다. 이 허브망은 연결망이 상대적으로 적은 지역을 둘러싸고 거미줄처럼 발달돼 있는 형태를 보인다. 그리고 인간 뇌의 뉴런 구조를 보면 뉴런 세포가 모든 공간을 고르게 채우고 있다기보다는, 역시 텅 빈 공간을 감싸고 있는 듯한 필라멘트 구조선을 따라 발달돼 있다. 인터넷 연결망의 경우와 같은 허브가 여러 곳에 중심을 잡고 있고, 그 중심축을 따라 연결망을 구축하고 있다.
제임스 피블은 이러한 은하의 패턴을 읽어내는 방법과 그 구조에서 우리가 알 수 있는 정보들에 대한 이론을 1960년대에 완성한다. 하지만 그의 이론이 관측으로 검증되기까지는 20여년의 시간이 더 소요된다. 1980년대에 접어들어서야 인류는 고대 별의 패턴에서 은하의 패턴을 관측하는 시대에 들어서게 된다. 과연 이 새로운 천체의 패턴에 숨어있는 비밀은 무엇이고, 지상의 생명과 어떤 연관 관계를 가지고 있는 것일까? 마야인이 예측한 대주기가 끝나가는 무렵 인류는 이제 새로운 거대한 주기를 기록하기 위해 새로운 달력을 작성하는 작업을 시작했는지도 모른다.
… 중앙SUNDAY 제453호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.11.15
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‘생명 기원’ 우주에서 찾아낼까 … 성공 · 실패 기로에 선 인류
10월은 한국 과학자들에게는 마음이 편하지 않은 달이다. 자고 일어나 보면 신문에는 과학분야 노벨상 수상자들이 보도되지만, 한국인은 발견할 수 없다. 올해도 한국인 수상자는 없었다. 연구 현장에서는 향후 최소한 10여 년 안에는 한국인 수상자가 없을 것을 잘 알고 있다. 우리에게 없는 것이 무엇일까?
2015년은 과학사에서 참 특별한 해다. 아인슈타인이 상대성이론을 발표한 해가 1915년이었다. 올해가 상대성이론 100주년이다. 왠지 어렵고 멀게만 느껴지는 난해한 이론이지만, 우리는 알게 모르게 일상생활에서 상대성 이론을 접하고 있다. 차에 시동을 켜고 GPS를 작동하면, 내 위치가 10m 이내로 정확하게 인공위성에서 잡힌다. 특수 상대성 이론에 의하면 빠르게 움직이는 위성의 시계가 하루에 7㎲(마이크로초 · micro秒, 1㎲=100만 분의 1초)만큼 느리게 간다. 그런데 일반 상대성 이론에 의하면 중력이 조금 약한 곳에 있는 위성의 시계가 45㎲만큼 빠르게 가야 한다. 이 두 가지 효과가 동시에 일어나고 있으므로, 인공위성의 시계는 하루에 38㎲만큼 빨리 가게 된다. 이것을 보정해 주지 않으면 인공위성은 내 차의 위치를 정확하게 결정하지 못한다. 우리는 이렇게 상대성 이론을 매일 경험하고 있다.
마이클 J 폭스가 영화 ‘백 투 더 퓨처2’에서 미래로 간 날이 또한 2015년 10월 21일이었다. 영화에서 봤던 그 미래의 도시가 대부분 실현됐지만, 시카고 컵스는 월드시리즈 진출에 실패했고, 하늘을 나는 보드를 볼 수 있을 것 같지 않다. ‘백 투 더 퓨처’ 의 꿈을 실현하기 위해 많은 젊은이들이 도전하고 있지만, 하늘을 나는 후버 보드로 1분 이상을 공중에 머물렀다는 소식은 아직 들리지 않는다. 사람의 체중을 견딜 수 있는 드론을 이용해서 실제로 비행한 실험이 성공하기도 했지만, 영화에서 보던 날렵한 보드와는 사뭇 다르다.
우주배경복사 발견으로 빅뱅이론 인정
그리고 2015년은 인류가 빅뱅(Big Bang)을 믿기 시작한 지 50주년이 되는 해다. 빅뱅이론은 1965년 우주배경복사가 발견되면서 우주 표준 모형으로 받아들여졌다. 지난 8월 베트남에서는 이 업적을 기념하기 위해 우주배경복사 50주년 기념 학회가 개최됐다. 하지만 아쉽게도 미완의 기념식이 됐다. 지난 50년간 남극과 우주 공간에서 수많은 관측사업이 성공적으로 수행됐지만, 여전히 생명의 기원으로 알려져 있는 초기 급팽창의 증거가 발견되지 않았기 때문이다.
2015년 우리는 생명이 어디서 왔는지에 대한 해답을 우주에서 찾을 수 있을지를 가르는 기로(岐路)에 서 있다. 인간은 자연이 자신을 바라볼 수 있는 관측자의 자격을 부여했다는 자부심을 가지고 있다. 자연이 우주라는 무대를 먼저 준비하고, 그것을 바라볼 인간을 객석에 초대했다고 생각하고 있는 것이다. 그런데 인간에게 주어진 객석에서는 무대 전체를 볼 수 없을지도 모른다는 가능성이 제기되고 있다.
지난 글에서 우주 초기에 대한 인간의 이해가 어떻게 발전돼 왔는지 소개했다. 이 글에서는 그것을 증명하기 위한 노력이 어떻게 진행되고 있는지 소개하며 우주 초기에 대한 이야기를 갈무리하고자 한다.
日 JAXA, 우주 중력파 관측위성 발사 추진
우주배경복사 50주년을 1년 남겨둔 2014년 4월, 50주년 행사를 완성된 기념식으로 만들 뻔 했던 연구 결과가 하버드대학에서 발표됐다. 존 코박과 동료 연구자들이 남극에 있는 바이셉2(BICEP2) 망원경으로 초기 급팽창의 증거를 발견했다는 소식이었다. 우주 거대구조의 씨앗은 중력 흔들림에 의해서 만들어지는데, 이때 지진파의 횡파와 같은 중력파가 발생한다. 이 중력파는 우주배경복사에 편광현상을 남긴다. 존 코박은 이 중력파의 흔적을 발견했다고 발표한 것이다.
초기 급팽창 관측자들이 직면하고 있는 두려움은 불확실성이었다. 초기 중력파가 반드시 발견될 것이라는 확신이 없다는 것은 지난 10여 년간 그들이 직면했던 가장 큰 난관이었다. 그럼에도 불구하고, 미국은 우주 초기의 신비를 밝힌다는 연구 가치에 동의했고, 그들의 외로운 도전을 지지해 줬다.
그런데 결정적인 문제점이 지적되었다. 그들의 실험 장비에는 관측 채널이 하나밖에 없었다. 채널이 하나일 때는 우주먼지에서 기인한 편광과 우주 초기 중력파에 의한 편광현상을 구분할 수 없다. 따라서 그들은 우주먼지가 가장 적을 것으로 예상된 특별한 지역을 선택 해서 관측을 수행했다. 그들은 선택된 지역에서 관측된 편광현상이 순수하게 우주초기의 신호라고 생각했던 것이다. 하지만 유럽의 관측위성 플랑크는 다채널 자료를 이용해 우주먼지 오염 여부를 조사했고, 존 코박이 발견한 편광현상 대부분이 우주 초기가 아닌 우주먼지에 의한 편광현상이었음을 밝히게 된다.
존 코박은 자연이 인간에게 우주 초기를 볼 수 있는 특권을 줬다고 굳게 믿고 있다. 지난 9월 스페인 바르셀로나에서 있었던 학회에서 그를 만날 수 있었다. 그는 여전히 생명의 기원을 보고싶어 했고, 미국은 중단하지 않고 그의 꿈을 지원하고 있었다. 그 이유는 미국에 노벨상을 하나 더 가져오고 싶기 때문이 아니고, 우주 초기의 신비를 알고 싶기 때문일 것이다. 한 번의 실패에도 불구하고, 미국인들은 그 희망에 여전히 동의하고 있다고 볼 수 있다. 존 코박은 이번에는 다채널 방식을 선택해서 우주먼지 효과를 구분할 수 있는 새로운 장비를 남극에 건설 중이라고 설명했다. 연단에 선 그의 표정에서 도전을 포기하지 않겠다는 결기를 볼 수 있었다.
그런데 이번에는 아주 강력한 경쟁자가 생겼다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 우주 중력파를 관측할 수 있는 최적의 관측위성 라이트버드(LiteBIRD)를 발사할 계획이다. 이 관측위성은 검출기의 정밀도를 더 향상시키는 것이 의미가 없는 수준까지 끌어올리고 하늘에서 전천 탐사를 할 예정이다. 만일 이 관측위성이 급팽창의 흔적을 찾지 못한다면, 인류는 이 우주가 어떻게 기원했는지 알 수 없는 운명을 가지고 태어난 것으로 보면 된다. 기초과학 분야에서 선도적인 연구를 수행하고 있는 일본의 모든 프로젝트가 성공하고 있는 것이 아니다. 초기 중력파 검출 같은 불확실한 과제에도 일본인들은 그 연구 가치에 동의하는 일을 주저하지 않는다. 만일 인간이 우주 초기 중력파를 볼 수 있는 운명이라면, 아마도 일본의 라이트버드가 그것을 관측하게 될 가능성이 현재로서는 가장 높다.
한국, 거대구조 관측으로 초기 우주 연구
그렇다면 한국에서는 어떤 연구를 하고 있을까? 한국에는 2000년대 초부터 관측장비 개발의 외길을 걸어온 존 코박같은 사람이 없다. 그렇다고 관측위성 건설이라는 대형과제를 성사시킨 전설적인 일본의 연구자같은 이도 없다. 우주배경복사 연구가 한창 진행되던 지난 십여 년 간, 한국에서는 이 분야의 전문가를 육성하지 않았다. 따라서 이 분야에서 미래 비전을 제시할 수 있는 리더가 없다.
하지만 포기하지는 않고 있다. 비록 우주배경복사 실험으로 우주 초기 급팽창의 흔적을 찾는 연구를 리드할 수는 없지만, 제3의 길은 여전히 열려 있다. 한국에 우주배경복사 연구자는 많지 않지만 우주 거대구조 전문가들은 다수 있다. 초기 요동은 중력파를 생성하기도 하지만, 초기 요동의 비대칭 확률분포를 만들어 내기도 한다. 이것은 우주 배경복사보다는 우주 거대구조 관측에서 더 잘 관측된다. 한국에서는 이 비대칭 확률분포 관측을 통한 우주 초기 연구에 집중하고 있다.
관측을 통해서 성과를 내기 위해서는 기기를 설계하는 연구자와 이론 · 자료분석을 수행하는 연구자 사이의 긴밀한 협조가 요구된다. 추가로 관측사업이 대형화하면서 한 국가가 모든 비용을 담당하기 어렵기 때문에 국제적인 협력도 필요하다. 아직 성사되지는 않았지만, 미국과의 위성 관측사업처럼 가시화되고 있는 프로젝트도 하나둘씩 나오고 있다. 한국의 과학자들도 어려운 여건 속에서도 좋은 결과를 얻기 위해 보이지 않는 곳에서 최선을 다하고 있다.
2015년 10월 노벨상의 계절, 현장의 연구자들에게 필요한 것은 노벨상에 대한 염원이 아니다. 그것보다는 연구에 대한 가치에 국민이 동의해 주는 것이다. 연구는 상을 받기 위해서 하는 것이 아니고, 인간에게 주어진 관측자로서의 소명을 완수하기 위해 수행하는 것이다. 작은 연구도 있고, 대형 성과로 이어질 큰 연구도 있다. 그 크기에 상관없이 결과를 공유해 줄 관심이 필요한 것이다. 많은 사람이 한국의 첫 번째 과학 분야 노벨상을 원하고 있지만, 정작 자연이라는 무대 앞에 마련된 객석은 비어 있다. 그 자리를 채울 관객이 한국에 없는 것이다.
… 중앙SUNDAY 제450호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.10.25
7 回 인터스텔라 ㆍ NASA의 화성 탐사 50년 |
| ▲ 1 최근 미 항공우주국은 화성에서도 계절에 따라 물이 흐른다는 증거가 발견됐다고 밝혔다. 어두운 경사면이 계절에 따라 나타났다가 사라지는 것이 소금물이 흐른다는 증거다. | |
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인류의 화성 정착 꿈, 최대 난관은 ‘방사선과의 전쟁’
할리우드의 로드무비를 보면 서부 평원에 놓여져 있는 도로는 먼지 밑에 파묻힌 길의 흔적처럼 보인다. 그 길을 따라서 주인공은 돌아갈 수 없는 곳을 뒤로 하고, 잘 알지 못하는 희망을 향해서 속도를 낸다. 미국 항공우주국(NASA)이 제작하고 있는 화성 여행은 이 로드무비 형식을 많이 닮아 있다.
화성이라는 새로운 이정표를 미국인들의 가슴 속에 세운 사람은 퍼시벌 로웰 (Percival Lowell)이었다. 1883년 조미(朝美)수호통신사 홍영식이 만났던 그 젊은 미국인이다. 그는 미국 천문학의 뿌리가 된 로웰 천문대를 애리조나에 건설하고 행성 관측에 전념한다. 19세기에는 화성에 침식지형이 존재한다는 보고가 잇따르고 있었고, 로웰은 그가 건설한 망원경으로 그 물길을 보고 싶어했다.
하지만 지구와 화성 사이의 거리는 가깝지 않다. 물길로 추정되는 곳이 정말 침식 작용에 의해 형성된 것인지 확증을 얻기 위해서는 근접촬영을 해야 한다. 19세기에는 화성에 비행체를 근접시킬 기술이 없었다. 로웰이 할 수 있는 일은 주어진 지상 망원경을 가지고 최선을 다하는 것과 화성의 물길을 따라가는 여정의 사명을 다음 세대로 이어주는 것이었다.
미 · 러 경쟁으로 화성 탐사 가속화
혼자 달려가는 로드무비는 없다. 추격하는 경찰이 없었으면 ‘델마와 루이스(1991년 영화)’의 이야기는 극적으로 완성되지 못했을 것이다. 화성으로 궤도선을 먼저 쏘아 올린 것은 러시아였다. 여기에 자극받은 미국도 NASA를 중심으로 궤도선 탐사 연구 경쟁에 뛰어 든다.
1970년대 초 마침내 NASA의 마리너(Mariner) 3호가 화성 궤도에 진입해 근접촬영을 시도할 수 있었다. 지상에서는 상상하기 어려운 정밀한 화성 지표면 사진이 전송됐다. 아쉽게도 흔한 분화구 이외에 특별한 다른 지형지물을 발견하지는 못했다. 하지만 후속 탐사 궤도선 마리너 9호는 물이 흐른 흔적을 간직한 스캐멘더 계곡을 발견한다. 물에 의한 침식 작용이 아니고서는 설명할 수 없는 지형이었고, 모두가 결론을 먼저 말하는 것을 주저했지만 화성에는 물이 있었다. 이 때 부터 NASA의 화성을 향한 로드무비가 본격적으로 시작된다.
그렇다면 NASA가 화성의 물길을 따라 50여 년을 탐사한 이유는 무엇일까? 생명이라는 것이 무엇일까? 생각할 수 있는 것, 혹은 움직일 수 있는 것일까? 아니면 신진대사를 할 수 있는 유기체 정도면 될까? 우리가 화성에서 찾는 생명은 지구를 정복할 외계인이 아니다. 유기분자들이 물과 결합해 화학반응을 만들어 낼 수 있는 개체를 찾고 있다. 우주에서 유기분자는 흔하게 발견된다. 그런데 이 유기분자가 물과 공존할 수 있는 환경을 찾는 일은 지극히 어렵다. 온도가 낮으면 얼음이 되고, 온도가 높으면 수증기가 돼버리는 것이 물이다. 이 넓은 우주 공간에 물이 녹는점과 끓는 점 사이에서 물이 액체 상태로 존재할 수 있는 환경을 갖춘 곳은 거의 없다.
지구와 화성은 물이 존재할 수 있는 기적같은 그린존(Green Zone)에 위치하고 있다. 화성도 지구처럼 비스듬하게 누워서 태양을 돌고 있다. 따라서 화성에도 겨울이 있고 여름도 있다. 겨울에는 영하 50도 밑으로 기온이 떨어지지만, 여름이 오면 기온이 영상 30도까지 올라가는 지역도 생긴다. 이 때 물이 녹아 지금까지도 지표면 아래에서는 강이 흐르고 있을지도 모른다.
| ▲ 2012년 8월 화성에 착륙한 탐사 로버 큐리오시티. | |
외계 생명 발견은 지동설 맞먹는 사건
NASA가 찾고 있는 물길은 과거의 흔적도 아니고, 극지방에 얼어 있는 얼음도 아니다. 녹아서 흐르고 있는 물을 찾고 싶어하는 것이다. 그곳에 물에 용해돼 화학반응을 하는 유기분자 집합체, 즉 외계 생명이 있을 수 있기 때문이다. 지구에서 생명이 어떻게 탄생할 수 있었는가에 대한 담론은 과학의 영역을 넘어 종교 · 철학 분야로 확장된다. 외계생명의 존재는 생명에 대한 새로운 패러다임을 제시할 것이다. 코페르니쿠스의 지동설에 버금가는 위대한 발견임에 틀림이 없다. 그 일을 NASA가 하고 싶어하는 것이다.
아주 지루한 탐사가 20여년 간 지속됐다. 1990년대 중반에는 화성에 착륙한 로버(Rover)가 이동을 하면서 지형을 촬영하고 토양을 분석할 수 있는 기술력을 확보했다. 낮은 의자 정도 크기의 소저너(Sojourner)에서 사람 크기의 로버까지 다양한 착륙선들이 화성을 탐사했다. 수 십㎞ 정도만을 여행할 수 있는 착륙용 로버의 단점을 보완하기 위해서 정밀한 관측 장비를 실은 궤도선도 쏘아 올렸다. 과거에 물이 흐른 흔적이 있었고, 분명히 얼음도 존재했지만 흐르고 있는 물이 없었다.
지루한 탐사 작업과 자료 수집이 계속되고 있었던 2010년 조지아 공과대학에서 박사과정을 밟던 네팔 출신의 루젠드라 오자 (Lujendra Ojha)는 분화구 가장자리에 형성된 어두운 경사면(SLR)이 계절에 따라 변하는 것을 발견한다. 화성에 여름이 오고 영하 20도 정도로 기온이 올라갈 때 이 지역에는 나뭇잎 무늬처럼 100여 m에 걸쳐 검은 물길이 사방으로 뻗어 나갔다. 그리고 다시 겨울이 오고 기온이 영하 20도 이하로 내려가면 검은 물길은 사라져 버렸다.
5년 간의 후속 연구 끝에 어두운 경사면에 소금물이 흐르고 있다는 결론에 이른다. 높은 염분 농도로 어는점이 낮아졌다는 것이다. 그곳으로 2020년에는 우주생물 탐사를 수행할 수 있는 로버를 보낼 것이다. 젖은 땅을 시추하고 표면 아래 토양 속에서 외계 생명체를 찾고자 할 것이다.
NASA의 프로젝트가 성공하는 여러가지 이유가 있지만 그 중에 중요한 요인은 자료 공개 원칙을 유지한다는 것이다. NASA의 도움을 받아 연구를 하고 싶으면 제안서에 반드시 어떤 방식으로 일반인들이 쉽게 접근할 수 있도록 자료를 제공할 것인지 밝혀야 한다. 이러한 공개 원칙은 탐사 자료 분석에 많은 연구자들이 참여할 수 있도록 유도하고, 이번 같은 뜻밖의 성과로도 이어질 수 있다.
| ▲ 3 화성의 소금물 개천은 폭이 5m 내외, 길이 100m 내외인 가느다란 줄 형태로 영하 20도 이상으로 온도가 올라가면 생겼다가 그 아래로 온도가 내려가면 사라지는 것으로 관측됐다. | |
소금물 흔적 확인은 자료공개원칙 덕분
그렇다면 화성의 그곳에 생명이 있을까? 새로운 생명이 발견되더라도 몇 가지 도전에 직면할 것이다. 지구는 무수히 많은 미생물들로 가득 차 있다. 아무리 철저하게 소독하더라도 사람 키 정도의 착륙선에 단 하나의 미생물도 섞여 있지 말라는 법은 없다. 화성에서 발견한 미생물이 지구의 것이 아니고 진정으로 외계의 생명체일까? 인류사적인 발견에 스캔들을 일으키지 않기 위해서는 철저한 검증이 필요할 것이다.
그런데 내가 생각하고 있는 NASA의 화성 로드무비는 여기까지다. 차세대 로버가 외계 생명을 발견한다면 영화의 훌륭한 엔딩이 될 것이다. 화성에서 발견한 소금물을 인간 정착에 필요한 자원으로 활용할 수 있다는 생각을 한다면 잠시 멈춰 볼 필요가 있다.
| ▲ 4 탐사 로버 오퍼튜니티가 촬영한 화성의 마라톤 계곡. | |
화성은 죽은 행성이다. 우주는 병원에서 노출되는 엑스레이보다 수만 배 정도 되는 방사선으로 가득 차 있다. 이것이 지구에 도달하지 않는 것은 내핵의 회전으로 만들어진 자기장 보호막이 지구를 감싸고 있기 때문이다. 그런데 화성의 내핵은 이미 회전을 멈췄고 방사선 피폭을 막아줄 보호막이 없다. 물론 이러한 문제는 해결될 수 있다. 단지 정착지를 보호하기 위해서는 천문학적인 비용이 소요된다. 그 외에도 수없이 많은 문제가 있지만 결국에는 해결할 것이다. 단지 문제는 기회 비용이다.
수 억 달러의 범위 내에서 수행되는 화성의 외계 생명을 찾는 무인 화성 탐사계획은 계속돼야 한다. 하지만 그 재원의 단위가 수십억 혹은 수백억 달러 대가 되는 유인 화성 탐사계획 혹은 정착플랜은 인류의 생존을 위한 기회비용 차원에서 논의돼야 한다. 난 NASA의 화성 로드무비 속도를 조금 줄여 주었으면 좋겠다는 생각을 한다. 그 순수한 도전에 상처를 남기지 않기 위해서는 우선 순위를 현명하게 설정하면서 우주 개발을 할 필요가 있다.
이번 주에는 NASA가 지원하는 ‘마션(The Martian)’이라는 영화가 개봉한다. 이제 화성에 깃발을 꽂기 위한 다음 로드무비가 본격적으로 시작되는 느낌이다. 과학에도 포퓰리즘이 있다. 지구의 기온을 0.1도 낮추는 일엔 열광하지 않는 우리가 화성에 인간의 발자국을 남기는 일에는 가슴이 뜨거워진다. 하지만 모든 일에는 우선 순위가 있다. 우리가 먼저 해야 할 일은 대체에너지 개발과 지구 온난화를 해결하는 것이다. 단언하건대, 지구처럼 살기 좋은 행성은 없다. 그리고 아직 늦지 않았다.
… 중앙SUNDAY 제447호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.10.04
앨프리드 화이트헤드(Alfred Whitehead, 1861-1947)는 『관념의 모험』에서 인권에 대한 사유가 세대를 걸쳐 진화해서 새로운 민주사회의 질서로 정착하게 되는 과정을 설명했다. 모든 새로운 것은 어느날 갑자기 생겨난 것이 아니다. 민주주의가 새로운 사회의 질서로 정착하게 된 계기를 만든 것은 바스티유 감옥에서 탈취된 무기가 아닌 1000여 년에 걸쳐 진행된 인권에 대한 관념의 진화였다.
그럼에도 불구하고 새로운 사회를 출현시키기 위해서는 기존의 질서에 저항하는 혁명적인 사건이 필요하다는 것을 부정할 수는 없다. 아무리 성숙한 사유라 할지라도 관념과 실재 사이에는 두터운 장벽이 있고, 새로운 생명이 탄생하기 위해서는 껍질을 깨야 하는 순간이 있게 마련이다.
빅뱅 이후 모든 새로운 것은 구질서에 대한 반란에서 잉태
빅뱅(Big Bang) 당시의 초기 우주는 생명이 탄생할 수 없는 균일한 우주였다.
137억년이 흐른 현재의 우주는 텅 빈 곳도 있지만 은하와 별들이 탄생하는, 밀도가 높은 곳도 함께 공존하는 비균질한 우주가 됐다. 초기 우주의 균일한 질서가 무너지고 생명이 존재할 수 있는 새로운 질서가 생기게 되는 우주의 역사도 인간의 역사와 크게 다르지 않다. 인권에 대한 관념이 생겨나 진화하는 것처럼 태초의 요동이 생겨나 진화했고, 한 순간의 혁명적인 사건에 의해 그 요동이 우주의 새로운 질서로 정착된 것이다. 이 우주 초기의 역사는 알란 구스가 1970년대 말에 제안했고, 폴 스타인하트, 안디 알브레흐트 그리고 안드레이 린데 등에 의해서 1980년대 초에 완성된다.
우주 역사도 인간 역사와 다르지 않아
먼저 인권에 대한 관념이 진화하듯이 균일한 우주에 균열을 만들 수 있는 밀도의 요동이 진화하는 과정부터 살펴보자. 모든 인간이 인권 앞에서 평등하다는 생각은, 그렇지 않다는 생각이 보편적이었던 때부터 이미 시작됐다. 노예 없이는 사회가 유지가 될 수 없던 당시에는 인권에 대한 사유가 생산과 분배의 균형을 잡아야 하는 질서를 붕괴시킬 수 있는 위험한 사유였을 것이다. 그럼에도 불구하고 인간이 가지고 있는 근원적인 존엄에 대한 관념이 진화하는 것을 막을 수는 없었다.
마찬가지로 우주의 역사에서도 초기의 균일한 우주에 균열을 낼 수 있는 요동 현상의 씨앗은 이미 새로운 우주가 탄생하기 이전부터 존재했다.
20세기에 우리는 미시세계(微視世界)를 이해할 수 있게 된다. 미시세계에서는 가장 낮은 에너지 준위가 영(0)이 아닐 수 있다는 것도 알게 된다. 더 이상 아래로 내려갈 수 없는 지점이지만 진공의 에너지 준위가 영이 아니기 때문에 공간은 여전히 그 무언가의 에너지로 가득 찰 수 있게 된다. 이 사실은 아주 흥미있는 미시세계의 현상과 연관된다.
솥에 물을 담아 놓는다. 물의 온도가 높고 낮음에 상관없이 물의 평균 수위는 변하지 않는다. 하지만 물에 끓는점에 가까운 에너지가 내재되어 있다면 수면 위에 요동이 생길 것이다. 평균 수면보다 위로 솟구치는 곳도 있고, 그 영향에 의해서 주변의 수면보다 더 낮아지는 지점도 있을 것이다. 단지 그 평균 수면의 높이가 변화하지 않을 뿐이다. 흔히 양자화된 영역이라고 불리우는 미시세계에서는 끓는 수면 위의 높낮이 현상과 같은 요동이 항상 일어난다.
균일한 우주 질서를 뒤흔든 양자요동그렇다면 초기의 균일한 우주에 이러한 양자요동이 존재한 이유가 무엇일까? 팽창하는 우주의 시간을 거슬러 올라가게 되면 물리적인 거리가 점점 좁혀지게 되고, 현재 우리가 관측할 수 있는 전 우주가 양자화된 미시세계의 영역 내부에 밀집되는 시기가 반드시 존재하게 된다. 전체적인 우주의 밀도가 균일하더라도 지역적으로 생겨나는 양자요동 현상을 피할 수가 없는 것이다. 이것이 인간의 역사에서 인권에 대한 관념이 기존의 질서 속에서 태동한 것처럼, 밀도의 요동의 균일한 우주의 질서 속에서 생겨나게 된 과정이다.
하지만 노예제 사회에서 인간이 현실적으로 평등할 수 없었던 것처럼, 균일한 초기 우주의 양자화된 영역에서의 요동은 인간이 경험할 수 있는 고전역학적인 영역으로 우주팽창이 진행되는 과정에서 관측될 수 없는 현상으로 사라져 버린다. 인권에 대한 관념의 진화가 새로운 민주주의 질서로 정착하기 위해서 필요했던 혁명처럼, 우주의 역사에서도 태초의 양자요동이 기존의 균일한 우주의 질서에 균열을 내기 위해서는 무언가 혁명적인 현상이 존재해야 했다.
이 현상이 일반적으로 알려져 있는 태초의 급팽창 현상(Inflation)이고, 나는 이것을 중력에 대한 반란이라고 부른다.
예를 들어서 끓는 물의 수면 상에 있는 요동을 있는 그대로 남기고 싶다면 어떤 방법이 있는지 생각해 보자. 만일 물의 온도를 서서히 낮추게 되면 수면 상의 요동이 사라지고 잔잔해진다. 그런데 만일 순간 냉각기가 있다면, 물이 끓고 있는 바로 그 순간에 솥을 냉각시킬 수 있을 것이다. 이렇게 되면 바로 그 순간에 존재했던 수면 위의 요동이 그대로 얼음의 형태로 남아 있을 수 있다.
이 우주에 냉각 장치가 있는 것은 아니지만 비슷한 현상을 팽창하는 우주에서 생각해 볼 수는 있다. 물리적인 작용이 일어날 수 있는 인과적인 지평선까지의 거리는 유한하다. 만일 그 지평선 내부에서 일어나고 있는 물리적인 현상을 순식간에 지평선 밖으로 밀어내 버릴 수 있다면, 끓는 물 위의 요동이 얼어버리는 것처럼 양자요동의 흔적도 지평선 밖에 남을 수 있게 될 것이다.
지평선 너머로 간 태초의 양자요동
그런데 문제는 중력은 항상 끌어 당기는 힘만 있다는 것이다. 팽창하는 우주의 내부에 있는 물질의 질량에서 생기는 중력의 방향은 팽창하는 우주의 반대 방향으로 끌어 당기는 작용만을 한다. 정상적인 우주에서는 양자요동을 지평선 밖으로 밀어낼 수 있는 급팽창이 생길 수가 없다. 따라서 중력 현상에 충실한 정상적인 팽창만을 했다면, 이 우주는 영원히 균일했을 것이고 생명이 탄생할 수 없었다.
알란 구스는 대략 빅뱅이후 10-32 초가 되는 시점에서 중력에 대한 반란이 있었을 것이라는 이론을 처음으로 제시한다. 인플라톤(inflaton)이라고 불리우는 이 물질은 빅뱅 당시에는 다른 물질처럼 중력현상을 따르는 물질이었지만, 우주가 냉각하는 과정에서 반중력 현상을 일으키는 물질로 전이하게 된다. 즉 팽창하는 우주를 방해하는 인력이 아닌, 오히려 팽창하는 우주의 속도를 가속시키는 역할을 할 수 있는 반중력 상태가 된다는 것이다. 이렇게 되면 태초의 양자요동이 순간적으로 인과론적인 지평선 너머로 확장되어 요동 현상이 지평선 밖에 그대로 남아 있을 수가 있다.
시간이 흘러 반중력 현상이 사라지면, 다시 우주는 정상적인 팽창을 하게 되고 지평선 밖에 얼어 있던 요동이 지평선 안으로 들어 오게 된다. 이 때 얼어 있던 양자요동의 계곡에 해당하는 곳으로 물이 고이듯이 주변의 물질들이 모여드는 것이다. 이렇게 미세한 고밀도 지역이 여기저기에서 성장해 오늘날 은하와 별들이 탄생할 수 있는 곳으로 진화한다.
인간의 역사에서 아주 짧은 순간 벌어졌던 프랑스 혁명이 1000여 년간 진화해 오던 인권에 대한 관념을 새로운 민주사회의 질서로 전환한 것처럼 우주의 역사에서 아주 짧은 순간 벌어진 중력에 대한 반란이 태초의 양자요동을 생명이 탄생할 수 있는 비균질한 우주의 씨앗으로 전환한 것이다.
하지만 아직 이러한 중력에 대한 반란이 정말 태초에 있었는지는 알 수가 없다. 현재까지 관측된 모든 간접적인 증거들이 태초의 중력에 대한 반란을 증언하고 있지만 직접적인 증거를 찾지는 못했다. 지난 글에서 밝혔듯이 빅뱅 이후 30만년이 되는 시점까지는 태초의 안개가 모든 정보를 묻어 버린다고 했다. 바로 이 반중력 현상이 이 시기에 있었던 일인 것이다.
하지만 방법이 아주 없는 것은 아니다. 그 중에 한 가지가 중력파를 관측하는 것인데 2014년 4월 경 이 태초의 중력파를 관측했다는 보고가 미국 하버드대학에서 제기되어 세상을 놀라게 한 일이 있다. 하지만 곧 태초의 신호가 아닌 은하 성간물질에서 나오는 노이즈로 판명되었다. 과연 이 태초의 중력에 대한 반란이 정말 우주의 역사에 있었던 것일까? 그렇다면 인간이 그 흔적을 발견할 수 있는 가능성은 아직 열려있는 것일까? 이 질문에 대답하는 것은 아주 중요한 일이 됐다.
… 중앙SUNDAY 제444호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.09.13
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| ▲ COBE가 발견한 비등방 우주 배경복사 지도. 지도에서 붉은 곳은 주변보다 10만 분의 1도 정도 온도가 높은 곳이고, 파란 곳은 주변보다 10만 분의 1도 정도 온도가 낮은 곳이다. | |
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생명 탄생 가능한 조건은 전 우주에 공평하게 주어졌다
미 항공우주국(NASA)은 최근 생명이 거주할 가능성이 높은 행성을 발견했다. 이 발견에 대해 바티칸의 호세 후네스 신부는 “새롭게 발견된 행성들에 외계 생명체가 존재할 수도 있다는 생각에 대해 열려 있다. 가톨릭의 교리와 외계인의 존재에 대한 믿음 사이에는 어떠한 모순도 없으며, 인간은 절대 신의 창조적 자유에 대해 어떤 제한을 두어서는 안 된다.” 라는 입장을 밝혔다. 이미 수개월 전에 교황이 직접 빅뱅 우주와 성경이 서로 대립하지 않는다는 견해를 밝힌 것을 생각해 보면 그다지 이례적인 성명은 아닐 것이다.
아직 외계 생명체가 발견된 것은 아니지만 암석으로 이루어진 외계 행성이 하나 둘 발견되고 있고, 가까운 미래에는 그 행성 중에서 생명이 존재할 수 있는 조건도 확인할 수 있을 것이다. 이 글에서는 우리가 살고 있는 우주에 인간이 혼자가 아니라는 사실을 우주론적인 생명의 기원에 근거해 유추해 보고자 한다.
유인원과 인류를 연결하는 고리인 ‘루시’의 화석.
| | | ▲ 유인원과 인류를 연결하는 고리인 ‘루시’의 화석. | | 유인원과 현생인류의 연결고리 ‘루시’ 1974년 에티오피아 하다 유적지의 먼지로 뒤덮인 평원. 도널드 존슨과 톰 그레이는 인류의 기원을 찾기 위해 협곡을 더듬고 있었다. 이미 다른 탐사대원들이 두 차례 이상 탐사를 마치고 발견한 것이 없다고 보고한 지역이었다. 존슨은 한 번쯤 더 탐사할 필요가 있다고 생각했지만 쉬운 작업이 아니었다. 작업을 포기할 생각을 하고 있던 그는 협곡의 한쪽 벽에 무언가 이상한 물체가 놓여있는 것을 발견한다. 화석 번호 AL 288-1의 팔꿈치 뼛조각이었다.
인간이 원시 유인원에서 진화했을 것으로 추정할 수 있지만 그것을 증명할 수 있는 결정적인 화석이 발견된 적은 없었다. 인류 진화 이론에 의하면 원시 유인원 중 일부가 직립보행을 시작했고, 보호받기 시작한 두개골이 커지면서 현생 인류로 진화했다. 그렇다면 직립보행은 했지만 아직 두개골이 유인원의 것과 비슷한 화석이 존재할 것이다. 존슨은 탐사팀을 동원해 AL 288-1의 팔꿈치 뼛조각이 발견된 협곡벽 주변을 집중적으로 탐색하기 시작했다. 협곡벽의 하단부에서는 무릎과 골반의 일부를 포함한 AL 288-1의 다리 화석을 찾을 수 있었다. 발견된 다리 부분의 화석을 재구성해보니 명백한 직립보행 화석이었다. 그 다음 얼마 떨어지지 않은 장소에서 발굴된 두개골 일부 조각도 맞춰 나갔다. 화석의 일부로 추정할 수 있는 두개골의 크기는 오늘날 침팬지의 머리 크기와 비슷했다. AL 288-1의 두개골은 다른 화석과는 달리 현생 인류보다는 원시 유인원에 가까웠던 것이다. 이 화석이 인류의 조상으로 널리 알려져 있는 ‘루시’다.
균일한 우주에선 생명 탄생 불가능 하다 유적지의 연구자들이 원시 유인원과 현생 인류의 연결 고리를 찾고 있었던 시기에 천문학자들은 공허한 물리학적인 우주와 생명이 가득한 지구를 연결할 수 있는 고리를 찾고 있었다.
1965년 우주배경복사의 발견과 함께 승리를 쟁취한 빅뱅론자들의 기쁨은 오래가지 않았다. 여기저기서 답변하기 어려운 비판이 제기되기 시작한 것이다. 그 비판들 중에서 내가 보기에 가장 큰 문제는 빅뱅은 영혼이 없는 우주론이란 것이다. 빅뱅우주에서는 생명이 탄생하기 어렵다. 그 이유가 무엇일까?
빅뱅이 일어난 순간 이 우주는 균일했다. 그리고 우주 팽창을 시작한다. 이러한 우주 모형의 간접적인 증거는 우주 나이 30만 년에 방출된 복사에너지의 온도가 모든 방향에서 같다는 것이다. 만일 조금이라도 우주의 밀도가 높은 곳이 있었다면 복사 에너지는 조금 늦게 방출됐을 것이고, 그 방향에서 관측된 복사 에너지의 온도가 다르게 관측됐을 것이다.
아노 펜지어스와 로버트 윌슨이 관측한 우주배경복사 온도는 사방에서 모두 같았다. 즉 우주가 균일하다는 것이다. 그런데 하늘을 올려다보면 텅 빈 공간도 있지만 별들이 반짝이는 곳도 있다. 우리 눈에 보이는 하늘은 결코 균일하지 않다. 만일 정말 이 우주가 균일했다면 물질들이 밀집하는 공간이 생기지 않았을 것이다. 물질들이 한 곳으로 모여들지 않았다면 은하나 별이 탄생할 수 없었다. 따라서 생명도 탄생할 수 없었다. 빅뱅우주에 아무런 작용도 하지 않고 그대로 방치하면 이 우주는 영원히 균일한 팽창만을 하게 된다. 생명이 탄생할 수 없는 우주가 되는 것이다. 그렇다면 빅뱅우주에서 어떻게 생명이 탄생한 것일까? 1970년대 에드워드 해리슨과 야코프 젤도비치는 현재 관측되는 은하의 분포를 형성하기 위해서는 태초에 거시 구조의 씨앗이 우주 전 공간에 뿌려졌어야 한다는 이론을 제시했다. 이 태초의 작은 밀도 차이는 137억년간 진화해 오늘 밤 볼 수 있는 은하와 별을 생성하게 된다. 이러한 작은 밀도 차이가 정말 태초부터 있었던 것이면 우주배경복사가 시작한 30만 년에는 그 밀도차의 크기가 대략 10만 분의 1 정도여야 한다. 만일 1만 분의 1 정도 보다 컸다면 은하와 별들이 이미 오래전에 생성하고 소멸해 현재에 인간이 존재하지 못했을 것이다. 반대로 그 크기가 100만 분의 1 정도 보다 작았다면 이 우주에는 아직 은하와 별들이 생성되지 못했고 따라서 현생 인류도 존재할 수 없었다.
이 미세한 밀도차는 우주배경복사 온도 차이로 관측된다. 만일 10만 분의 1 정도의 밀도차가 정말로 있었다면 관측된 우주배경복사 온도에도 10만 분의 1도의 차이가 생겨나게 된다. 고밀도 지역과 저밀도 지역의 우주배경복사 온도는 밀도 차이만큼 다르기 때문이다.
그런데 10만 분의 1 정도 작은 차이는 1965년 펜지어스와 윌슨이 발견할 수 없던 것이었다. 이러한 정밀 관측은 남극이나 우주공간에서 수행할 수밖에 없다. NASA는 1990년경 우주 공간에 우주배경복사 관측위성(Cosmic Background Explorer, COBE)을 띄운다. COBE는 여러 가지 임무를 수행했지만 그 중에는 생명의 기원과 관련된 우주배경복사 온도의 차이를 관측하는 임무도 포함돼 있었다. 우주배경복사 지도는 천구의 지도로서 타원형으로 되어 있는 프레임은 마치 둥근 지구를 평면에 옮겨 놓은 것과 같다. COBE는 이 지도 위에 관측된 배경복사의 온도를 기록했다. 예상대로 관측된 배경복사 온도는 균일하지 않았다. 그리고 그 온도차이는 놀랍게도 해리슨과 젤도비치가 예측했듯이 10만 분의 1 단위에서 발견됐다. 그림에서 붉은 곳은 평균 온도보다 10만 분의 1도 정도 온도가 높은 곳이고, 파란 곳은 평균보다 10만 분의 1도 정도 온도가 낮은 곳이다.
| ▲ 1 미 항공우주국이 정밀 우주배경복사 관측을 위해 쏘아올린 WMAP. |
| | ▲ 2 구 소련의 우주 물리학자 야코프 젤도비치 기념 우표. |
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정밀 관측에서 미세한 밀도 차이 확인 생명이 탄생하는 과정은 다음과 같다. 우주배경복사 방출 당시 주변보다 10만 분의 1 정도 더 밀도가 높은 지역들이 있다. 이 미세한 고밀도 지역으로 주변의 물질들이 천천히 모여들기 시작하는데, 70억 년 정도의 시간이 흐르면 팽창하는 힘보다 내부의 중력이 더 커진 고밀도 지역들도 생겨난다. 이러한 곳은 우주팽창에서 분리돼 독자적인 중력계를 형성한다. 여기서 원시 은하가 생성되고, 시간이 더 흐르면 별과 행성이 탄생하며, 그 일부 행성에서는 생명이 탄생하게 되는 것이다.
한 가지 흥미로운 사실은 온도 차이 분포가 특정 지역에 한정돼 있지 않다는 것이다. 천구 전체에 그 온도 차이가 고르게 분포하고 있다는 것은 아주 중요한 사실이다. 그것은 생명이 탄생할 수 있는 조건이 전 우주에 걸쳐서 공평하게 주어졌다는 것이다. 인간이 살고 있는 태양계도 특별한 초기 조건에서 생겨난 지역이 아니고 수많은 가능성 중의 하나였을 뿐이다. 이 사실은 2000년 초와 2010년경에 각각 투입됐던 정밀 우주배경복사 관측 위성인 WMAP(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)와 플랑크(Planck)를 통해 재확인된다.
이런 의미에서 나는 COBE가 발견한 비등방(非等方) 우주배경복사 지도를 생명의 우주론적인 기원 ‘화석’으로 볼 수 있다고 생각한다. 특히 인류의 기원이라고 알려져 있는 루시의 화석과 COBE가 발견한 우주론적인 생명의 기원을 함께 놓고 보고 싶다. COBE의 비등방 지도는 우주에 인간이 혼자가 아니라는 사실을 기원론적으로 증명하고 있는 것이다.
그런데 무슨 이유로 태초에 생명의 씨앗이 뿌려진 것일까? 그리고 무슨 이유로 생명이 탄생할 수 있는 조건이 우주 전 공간을 걸쳐서 공평하게 부여된 것일까? 이러한 질문에 대한 해답을 찾기 위해 천문학자들은 오늘도 많은 노력을 기울이고 있다.
… 중앙SUNDAY 제441호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.08.23
| ▲ 1 명왕성을 배경으로 뉴호라이즌스 호가 탐사하는 장면을 묘사한 그림 | |
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뉴호라이즌스 명왕성 관측은 기술 아닌 문화 코드의 승리
인간의 눈은 우주 지평선 끝까지 탐험했다. 1965년에는 우주 태초에서 보내온 신호를 관측했고, 1980년대부터는 광시야 은하탐사관측을 통해 우주 지도를 만들고 있다. 구글 유니버스를 검색하면 지구상에서 지도를 보듯이 이웃한 은하들을 찾을 수 있다. 하지만 인간의 발길은 아직 태양계도 벗어나지 못했다. 인간은 달에 발자국을 남겼고 화성에 유인 우주선을 보낼 계획이지만 태양계의 경계까지 인간이 여행할 수 있는 방법은 없다.
명왕성까지 날아간 뉴호라이즌스호의 성공은 ‘우주 개척’에 대한 발상의 전환 덕분이다. 인간의 발자국을 남기지는 못해도 인간이 만든 도구를 보내서 근접 촬영하고 관측자료를 송신하는 탐사를 택한 것이다. 사람들은 이를 통해 우주로 진출하고자 하는 욕망을 채울 수 있었다. 뉴호라이즌스의 명왕성은 사람들의 머릿속에 각인됐다. 이는 기술의 승리가 아닌, 탐사기술을 인간의 본성에 접합시킨 문화적인 코드의 승리라고 봐야 한다.
행성의 중력 이용해 추진력 얻어
| | | ▲ 2 2006년 발사되기 전의 뉴호라이즌스 호 [사진 미항공우주국] | | 토머스 제퍼슨이 미국 대통령이었던 1804년 메리웨더 루이스와 윌리엄 클라크는 탐험대를 조직해 서부를 탐험한다. 후발 개척회사들이 서부로 진출할 수 있는 길을 열기 위해서였다. 175년이 흐른 1979년에는 서부시대에는 없었던 새로운 개척의 개념을 도입해 우주를 탐험한다. 뉴호라이즌스나 그 전신인 보이저의 탐사 개념은 ‘플라이바이 (flyby, 근접 통과)’ 다. 인간이 탐사선에 승선하는 것도 아니고, 그렇다고 탐사선이 행성에 착륙을 시도하는 것도 아니다. 탐사선이 행성에 최대한 근접 비행하며 관측자료를 수집한 후에 멀어져 가는 것이다.
이렇게 뉴호라이즌스는 명왕성에 접근했고, 눈 앞에서 보는 것으로 착각할 정도의 선명한 사진을 보내왔다. 그것을 본 우리는 인간이 명왕성에 진출하는 교두보를 확보했다는 새로운 우주개척의 개념에 동의한 것이다. 이것이 뉴호라이즌스 미션의 본질이다.
50여 년에 걸친 새로운 개념의 우주개척 역사의 시작은 전혀 기대하지 않았던 사람의 손에서 시작한다. 1964년 캘리포니아 공대(칼텍) 학생이었던 게리 플란드로는 가까운 곳에 있던 JPL(제트 추진 연구소)의 여름 인턴 연구원이 됐다. 그에게 주어진 일은 행성의 운행궤도를 계산하는 것이었다. 그는 아주 흥미로운 사실을 발견하게 된다. 175년에 한 번씩 목성 · 토성 · 천왕성 · 해왕성이 정렬한다는 것이었다. 가장 최근에 네 행성이 정렬한 것은 우연히도 서부 개척이 시작된 1804년이었다. 그리고 다음 기회는 1979년이었다. 만일 탐사선을 1977년에 발사할 수 있다면 각 행성까지 날아간 탐사선이 그 중력을 이용하여 다음 행성으로 비행할 수 있는 추진력을 얻게 된다. 이 탐사가 실현될 수 있다면 목성부터 해왕성까지 근접 탐사가 가능하다. 플란드로는 또 2006년에 탐사선을 발사한다면 목성에서 건너뛰기를 해서 2015년 경 태양에 가장 근접하는 명왕성까지 탐사할 수 있다는 보고도 했다.
이 아이디어는 목성·토성·천왕성 그리고 해왕성을 탐험한 보이저 1호와 2호로 현실화된다. 미국항공우주국(NASA)은 보이저를 보내기 전에 사전 탐사선인 파이오니어 10호를 먼저 보낸다. 목성으로 가는 길목에 놓여져 있는 소행성을 빠져 나갈 수 있는 방법을 알아야 했고, 목성의 자기권으로부터 탐사선을 보호하기 위해서 방사선 효과를 관측해야 했다. 목성의 자기권은 지구에 비해 1만 배 정도 강했다. 그 당시 설계되던 관측장비는 탐사선이 목성에 도착한 순간 모두 작동이 정지될 것이다. 남은 시간이 별로 없었지만 모든 장비를 처음부터 다시 제작해야 했다. 탐사선 제작진의 입술이 말라갔다. 이번을 놓치면 2150년에야 기회가 오는 것이다. 그들은 어려움을 모두 극복하고 약속한 1977년 보이저 1호와 2호를 발사한다.
보이저 1호는 토성의 궤도까지만 근접 비행을 하고 여기서 얻은 추진력을 이용, 행성 궤도면을 이탈해 천구의 북쪽으로 방향을 잡고 태양계의 끝으로 날아간다. 보이저 2호는 토성에서 출발해 천왕성과 해왕성까지 모두 탐사를 마친다. 보이저 2호의 해왕성 탐사가 끝난 이후 궤도를 결정하기 위한 논의가 시작된다. 해왕성 너머에 있는 명왕성을 탐사할 수는 없었기 때문에 해왕성을 끝으로 보이저 1호처럼 행성 궤도면을 이탈해 이번에는 남쪽으로 방향을 잡고 태양계의 끝으로 날아간다. 이렇게 명왕성을 남겨 두고 미션을 종료할 것인가.
| | | ▲ 뉴호라이즌스호의 명왕성 탐사를 총괄한 앨런 스턴 미 항공우주국 선임연구원 | | 9년 6개월만에 명왕성 도달
2000년대에 명왕성을 탐사할 수 있는 기회가 찾아 온다. 명왕성이 태양의 근접점에 위치할 때 목성이 명왕성과 지구 사이에 놓이게 되는 것이다. 앨런 스턴은 이 시기를 놓치지 않기 위해 탐사선 뉴호라이즌스를 2006년에 발사할 계획을 세운다. 탐사선이 명왕성의 지표면을 볼 수 있으려면 명왕성 대기가 열려 시야가 확보되는 2015년 근접점 시기를 놓치면 안되는 것이다. 2006년 1월 발사된 뉴호라이즌스는 9시간 만에 달까지의 거리를 주파하고, 13개월 만에 목성에 도착한다. 2007년 스턴이 이끄는 관측팀의 손길이 바빠지기 시작한다. 목성에서는 두 가지 미션을 완수해야 했다. 하나는 보이저가 이미 경험한 것처럼 목성 중력을 이용해 추진력을 얻는 일이었고, 두 번 째는 각종 관측 장비들을 검증하는 일이었다.
관측팀은 목성의 이오 위성에 뉴호라이즌스의 촬영기구를 조준했다. 뉴호라이즌스 고유의 초고속 상하 스캔을 마친 후에 지상으로 보내온 자료를 분석하게 된다. 필터링을 하지 않은 초벌 사진에는 초생달 같은 이미지가 선명하게 들어 왔다. 콘트라스트와 색감 조절을 거쳐 이오가 어두운 표면까지 모습을 드러내었을 때 관측팀을 전율하게 만든 이미지가 나온다. 이오 표면의 화산 분출까지 촬영하는 데 성공한 것이다. 목성에서 성공적으로 성능 점검을 마친 뉴호라이즌스는 8년 동안의 긴 동면에 들어갔다. 약속한 2015년 7월 14일에 깨어나면 인류의 눈 앞에 명왕성의 선명한 모습을 전달해 줄 것이었다.
명왕성의 영문 이름 플루토는 지하세계의 신 하데스의 다른 이름이다. 삶에서 죽음으로 넘어가는 전이처럼 명왕성은 두 개의 서로 다른 세상의 경계선에 놓여져 있다. 생명이 숨 쉬는 태양계와 죽음과도 같은 텅 빈 공간이 펼쳐지는 인터스텔라다. 그 새로운 세계로 가는 입구에서 뉴호라이즌스는 긴 동면에서 깨어났다.
뉴호라이즌스가 눈을 떴을 때 태아의 상태와 같은 암석 행성을 만나게 된다. 행성 하단부에 하트처럼 보이는 얼음 평원은 인간과의 첫 만남을 명왕성이 반기는 것처럼 보였다. 태양과 근접점에 있는 명왕성은 민낯을 보여줬다. 이 만남은 채 하루도 안 돼 끝났지만 방대한 자료를 얻을 수 있었다. 이 관측자료는 행성의 형성 과정, 카이퍼 벨트(Kuiper Belt)에 존재하는 얼음 소행성의 역할, 더 나아가 생명의 기원에 이르기까지 많은 새로운 사실들을 인류에게 제공할 것이다.
클라이드 톰보가 발견한 행성에 플루토(Pluto)라는 이름이 붙은 것은 태양계의 경계로 가는 마지막 관문이라는 의미도 들어있지만 태양계는 그곳에서 끝나지 않는다. 명왕성을 넘어서면 카이퍼 벨트(Kuiper Belt)로 진입하게 되고 여기에는 아직 인간이 근접해 보지 못한 소천체들이 있다. 명왕성을 넘어선 뉴호라이즌스는 카이퍼벨트에 있는 얼음 암석으로 향해 날아갈 것이다. 이미 명왕성의 위성인 카론(Charon, 저승의 강 나룻배 사공, 왜소행성 명왕성의 위성)에게 다음 세상으로 가는 뱃삯을 지불했지만, 태양계의 다음 세상인 인터스텔라로 접어들기 까지는 긴 여정이 남아 있다.
| ▲ 1977년 발사돼 지금까지 데이터를 보내오고 있는 보이저 1호 | |
1977년 발사된 보이저 1호도 관측 계속
뉴호라이즌스가 명왕성에 근접한 이 순간 보이저 1호가 아직 살아 태양계의 끝을 향해 여행을 계속하고 있다. 1990년대에 접어들면 신호를 받을 수 없을 것으로 생각했지만, 놀랍게도 2015년 현재까지도 자료를 보내오고 있다. 지금은 주로 태양에서 오는 방사선과 바깥 우주에서 오는 우주선 입자를 관측하고 있다. 2013년은 보이저 1호가 보내오던 신호가 처음으로 역전된 해였다. 태양으로 향해있는 검출기 신호는 급감하고, 우주로 향한 검출기 신호는 증가한 것이다. 그 의미가 무엇일까? 태양계의 영향보다는 바깥 우주의 영향을 더 받는 인터스텔라에 가까워졌다는 의미다. 경이로운 보고였다. 드디어 인간이 만든 기구가 태양계를 벗어나기 시작했다는 것이다.
사전적으로는 태양풍의 영향에서 벗어나는 지역부터 인터스텔라 존이라고 할 수 있다. 하지만 그 외부에는 오르트 구름(Oort cloud)이라고 부르는 얼음조각의 집합체가 있다. 여기서 혜성이 발생한다고 알려져 있는데, 보이저 1호가 태양풍의 영향을 받지 않는 인터스텔라로 진입을 시작한 것은 사실이지만 아직 여전히 태양의 중력권에서 벗어났다고 할 수는 없을 것이다.
보이저 1호의 수명은 얼마 남지 않았다. 아마도 인간이 만든 기구가 완전히 태양의 중력권까지 벗어나는 것을 볼 수는 없겠지만, 최소한 이 탐사선들을 통해서 태양계가 아닌 인터스텔라에 발을 들여 놓는 것은 목격할 수 있을 것이다.
50여 년에 걸친 미국의 태양계 탐험의 역사를 재조명하면서 우리는 자신을 돌아보게 된다. 태양계 탐사가 성공한 요인 중에 가장 중요한 것은 이것을 가능하게 한 기술력보다도 ‘태양계 탐사’라는 미션에 가치를 부여할 수 있었던 그 사회의 인문학적인 능력이었다. 행성을 ‘플라이바이’ 란 개념으로 탐사하고, 태양계를 넘어 인간이 만든 기구를 인터스텔라에 들여 놓는다는 개념에 힘을 불어 넣을 수 있었던 문화의 힘인 것이다. 단순히 기술적인 소양만으로는 역사적 성과를 창출하기 어렵다는 것을 직시해야 한다. ‘태양계 탐사’라는 추상적인 가치에 기술력을 결합해내는 것처럼 무언가 문화적인 컨텐트를 중심으로 기술력을 결합할 수 있는 길을 찾아야 한다. 기초과학은 과학에서 과학으로 발전하는 것이 아니고, 존재에 대한 가치에서부터 출발해 기술의 힘으로 탄생하는 것이다.
… 중앙SUNDAY 제438호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.08.02
| ▲ 137억 년 전 초기 우주의 배경 복사를 보여주는 그림. 색깔 차이는 미세한 온도 차이를 나타낸다. | |
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안개 속으로 사라진 태초의 빛 우주기원 밝힐 빅뱅 흔적 못 찾아
21세기로 넘어가는 1999년 관측 우주론을 전공하고 싶었던 내가 지원할 수 있는 국내의 대학은 없었다. 1990년대에 접어들면서 세계의 유수한 모든 대학에서 빠르게 우주론 그룹을 결성하고 있었지만, 아직 국내 학계에서는 그런 움직임이 없었다. 어쩔 수 없이 두려운 마음으로 스승을 찾아 외국으로 떠난 것이 15년 전이었다.
내가 우주론 공부를 시작한 1999년은 기존의 우주 표준모형이 종말을 고하고 새로운 가능성에 대한 논쟁이 시작된 해이기도 했다. 그 새로운 가능성은 1999년 우주 가속팽창의 발견에 의해서 열리게 되었다. 이 우주 가속팽창의 발견으로 노벨상을 수상한 솔 펄머터 교수의 세미나를 들었던 것도 같은 해였다. 아직 기존의 우주 표준모형이 무엇인지도 배우기 전에 이제 기존의 관념을 버리고 새로운 생각을 해야 한다는 강의부터 접한 세대가 된 것이다. 모든 학습은 검증된 것만을 최소한으로 남겨둔 채 알고 있지 못한 것은 분리하며 진행됐다.
이런 관점에서 바라보면 우리가 알고 있는 빅뱅(Big Bang) 우주론에 사실 빅뱅이 없다.
인간에게 주어진 우주가 유한하고 인간이 관측할 수 있는 우주의 지평선이 있다고 지난 글에 밝혔다. 그렇다면 빅뱅의 신호가 인간의 우주 지평선 너머에 있을 경우에는 인간은 영원히 우주의 기원을 알 수가 없을 것이다.
바닷가에서 수평선을 바라본다고 가정하자. 그 수평선에 있는 배가 내게 빛으로 신호를 보낸다. 그런데 빛이 이동하는 데 걸리는 시간이 있으므로 난 항상 과거만을 관측할 수 있다. 만일 수평선까지의 거리가 멀어진다면 난 현재로부터 더 멀리 떨어진 과거를 관측하게 된다. 만일 인간에게 주어진 우주의 지평선이 우주의 기원을 볼 수 없을 만큼 짧다면 인간은 영원히 우주의 기원을 알 수 없게 된다. 하지만 다행히도 인간에게 주어진 유한한 우주는 충분히 커서 그 태초의 신호를 받을 수 있다.
1920년대 후반 빅뱅 우주론 등장
그런데 아직 그 누구도 빅뱅을 보았다고 증언하지 않았다. 그 이유가 무엇일까? 우리가 빅뱅을 볼 수 없는 이유는 다른 곳에 있다.
1920년대 후반은 우주팽창에 대한 논쟁이 한창이었다. 허블이 발견한 우주가 팽창한다는 사실을 반론하는 것은 쉽지 않았다. 하지만 그러한 팽창이 과거에도 지속되어 모든 우주가 하나의 점으로 수렴하는 순간을 의미하는 빅뱅이 있었을 것이라는 이론은 쉽게 받아들여지지 않았다.
1940년대 대부분의 이론 우주론자들은 우주가 공간적으로도 균일하지만 시간적으로도 균일하다는 정상 우주론을 생각했다. 공간이 팽창하면 부피가 커져서 밀도가 작아진다. 만일 미지의 물질이 끊임없이 생산된다면 질량도 함께 커져서 우주의 밀도가 시간적으로도 균일하게 된다. 이렇게 되면 우주가 팽창한다고 해도 태초에 빅뱅을 도입해야 하는 이유가 없는 것이다.
놀랍게도 이러한 정상우주론자들이 대다수였고, 빅뱅 우주론을 주장하는 우주론자들은 소수였다. 하지만 과학적 진실이라는 것이 과반수 찬성으로 인정받을 수 있는 것은 아니다. 정상 우주론이 틀렸다는 것을 증명하기 위해서는 증거가 필요했다. 밤이든 혹은 한낮이든 하늘을 올려다 보면 비록 작지만 인간에게 주어진 우주의 지평선이 충분히 크기 때문에 그 무언가 우주 태초의 신호가 끊임없이 우리 눈에 들어오고 있다. 바로 그것을 찾아야 했다.
| | | ▲ 1960년대 미국 프린스턴 대학에서 우주배경복사의 빛을 연구했던 로버트 디키. | | 그 신호를 찾기 위해서 랠프 앨퍼와 로버트 허만은 인간이 알고 있는 물리학을 태초의 우주에 적용해 풀어나갔다. 그들은 태초의 안개를 알게 된다. 일교차가 커지는 계절, 아침에는 강을 따라 흘러가는 듯한 아름다운 안개를 볼 수 있다. 공기 중에 물방울이 밀집되면 빛이 쉽게 빠져나오지 못한다. 안개가 내린 수면을 볼 수가 없게 되는 것이다.
공기 중의 물방울처럼 태초에는 전자가 우주에 밀집돼 있었다. 빛의 흐름을 방해하는 물방울처럼 이 전자는 빛을 산란시켜 태초의 우주를 안개로 가득 채우게 된다. 빅뱅 초기에 출발한 빛은 이 전자의 안개를 헤쳐나오지 못하고 안개 속으로 사라져버렸던 것이다. 그렇다면 빅뱅이론은 증명될 수 없는 것인가?
1960년대 프린스턴 대학의 로버트 디키는 빅뱅의 존재 여부를 검증할 수 있는 방법을 연구했다. 그 증거는 바로 안개에 있었다.
빅뱅을 가정하고 이론적으로 계산하게 되면 우주의 안개는 대략 30만 년이 되면 걷히게 된다. 이 안개가 걷힘과 동시에 갇혀있던 빛이 탈출한다. 이 탈출은 우주 전(全) 공간에 걸쳐서 동시 다발적으로 생긴 것이므로, 하늘의 모든 방향에서 같은 태초의 빛이 관측되어야 한다. 디키의 관심은 이 빛의 온도가 당시의 관측기기로 관측 가능한 것인가 하는 것이었다.
| ▲ 1 우주 배경복사 탐사 인공위성(COBE). |
| | ▲ 2 우주 배경 복사를 발견해낸 미국 벨 연구소의 혼 안테나. |
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벨 연구소 안테나로 우주배경복사 관측
우리는 거대한 전자레인지 안에서 살고 있다.
이 우주에서 가장 낮은 절대온도 0도는 섭씨로 영하 273도이다. 인간이 견딜 수 있는 최저 온도가 대략 영하 50도 정도라고 하면, 거기서 123도를 더 내려가는 것이 어떤 느낌일지는 알 수가 없다. 디키는 태초의 안개에서 탈출한 빛이 인간의 눈에 들어온다면 대략 절대온도 3도가 돼 있을 것으로 추정했다. 이 온도 영역에서 빛은 전자레인지의 파장대인 마이크로 파장대가 된다. 디키의 밤하늘은 이 전자레인지 빛으로 가득 차 있었다.
1960년대는 2차 세계대전을 거치면서 발전한 라디오 전파기술을 보유하고 있었다. 충분히 큰 검출기를 만들 수 있다면 이 온도 영역의 빛의 존재를 확인할 수 있다. 즉 관측이 된다면 빅뱅이론이 맞는 것이고, 관측되지 않는다면 빅뱅은 없었던 것이다. 프린스턴의 연구실은 바빠졌다. 그 누구보다 먼저 이 우주배경복사 빛을 발견하고 싶었던 디키의 마음은 진정이 되지 않았다.
지금도 벨 연구소에 가면 15m 정도 되는 거대한 혼 안테나가 전시되어 있다. 1960년대 아노 펜지어스와 로버트 윌슨이 세운 안테나이다. 그들은 위성과의 교신을 완벽하게 실현하기 위해 이 거대 안테나를 설계했다. 하지만 그들이 기대한 교신에 성공할 수가 없었다. 안테나 검증단계에서 알 수 없는 노이즈가 사방에서 검출돼 구조적인 성능을 의심하게 된 것이다. 좌절에 빠진 그들에게 누군가가 안테나 상단에 쌓여있는 비둘기 배설물을 치워볼 것을 제안했다. 열심히 15m를 올라가서 깨끗이 청소했지만 대략 절대온도 5도 정도의 복사에너지 빛 신호가 감지되는 것을 해결할 수 없었다.
이 사실은 벨 연구소에 보고가 되었고, 안테나 설치 실패에 대한 사유서라도 작성해야 했을 것이다. 그런데 이 사실을 접한 디키는 본능적으로 자신의 위대한 발견이 도둑 맞았다는 사실을 알 수 있었다. 그가 이 순간 연구에 전념하고 있던 짐 피블스 등 학생들에게 할 수 있었던 말은 “제군들 우리는 도둑맞았네(Boys, we’ve been scooped.)” 가 전부였다. 디키와 벨 연구소의 연구자들은 각자의 논문을 ‘천체물리학 저널(ApJ)’에 나란히 게재했다. 하지만 노벨상은 우연히 우주배경복사를 발견한 펜지어스와 윌슨에게 돌아갔다.
이 논문이 발표되면서 정상 우주론이 사라지고 빅뱅 우주론이 표준모형으로 인정받게 된다. 이것이 우리가 알고 있는 빅뱅 우주론의 시작인 것이다.
검증되지 않은 우주론에 대한 주의 필요
우주배경복사의 발견이 빅뱅 우주론을 옹호하고 있는 것은 사실이지만, 이것은 빅뱅의 직접적인 증거로 볼 수는 없다. 우리의 공간을 가득 채우고 있는 태초의 빛은 빅뱅 당시의 빛이 아니고, 빅뱅 30만 년 후의 것이다. 여전히 안개 속에 숨어있는 빅뱅 자체의 모습은 알 수가 없다.
관측으로도 알 수가 없지만 사실 빅뱅이론이라는 것도 없다고 보아야 한다. 빅뱅의 시점까지 과거로 올라가 상상할 수도 없는 에너지가 작은 공간에 밀집되게 되면, 빅뱅을 만나기 전에 시공간이 양자화되는 지점을 통과해야 한다. 만일 빅뱅이 정말 존재했다면 바로 이 시공간이 양자화된 조건에서 발생한 것이다.
그런데 시공간이 양자화된다는 것이 무엇을 의미하는 것일까? 우리가 알고 있는 양자역학은 고전적인 시공간에서 전자 등의 입자들이 확률적인 현상을 보인다는 것인데, 그런 현상이 기반하고 있는 시공간까지 양자화가 된다면 어떤 것을 기대할 수 있는 것일까?
아직 알 수가 없다. 따라서 빅뱅이 무엇인지에 대한 설명도 할 수가 없다. 직접적인 관측 증거가 없고 이론적으로도 설명할 수 없으므로 사실 빅뱅 우주론에서 ‘빅뱅’이 의미하는 것은 ‘알고 있지 못함’으로 보는 것이 옳은 것이다.
인간이 예측하지 못한 현상들이 최근 우주에서 발견이 되면서, 섣불리 표준모형이라는 애매한 문구로 포장된, 아직 검증되지 않은 영역들에 대해 주의할 필요가 생겼다. 확실한 것은, 빅뱅이 실제로 있었는지 혹은 없었는지는 알 수가 없지만 우주 나이 30만 년이 되면서 우주 전 공간에서 동시다발적으로 태초의 안개가 걷히고 태초의 빛이 방출됐다는 사실뿐이다. 그 빛이 놀랍게도 137억 년 동안 아무런 방해도 받지 않고 여행하다가 내 눈에 들어올 수도 있다는 것이다.
1990년대 우주배경복사 탐사위성(COBE)이 다파장대에서 이 복사에너지의 스펙트럼을 측정했고, 2015년에는 그 정밀성을 높여 정말 완전한 흑체복사인지 관측하고자 하는 제안이 시작되고 있다. 즉, 정말 믿을 수 없을 정도로 한 순간에 태초의 안개가 걷힌 것인지 알고자 하는 것이다.
그 안개 속에서는 우주론자들의 상상의 세계가 펼쳐지고 있다. 생명의 기원이 되는 급팽창도 그 안개 속에서 있었던 현상이다. 태초의 폭발보다는 불교의 윤회설과 같은 반복되는 우주론과 단일 우주가 아닌 무한히 많은 다중우주의 존재 등도 제안됐다.
여기까지가 일반에게 알려져 있는 빅뱅 우주론의 진실이다. 우리가 할 수 있는 이야기는 우주의 기원을 알기까지는 여전히 먼 여정이 남아 있다는 것이다. 그리고 그 알 수 없는 태초의 안개 속에서 우리들의 상상은 무한한 자유가 있다.
… 중앙SUNDAY 제435호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.07.12
| ▲ 우주가 빅뱅 후 빠르게 팽창하는 상황을 묘사한 모습. | |
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우주 지평선까지 100억 광년 그 너머엔 관측할 수 없는 신세계
‘나 없는 내 인생’은 2003년 제작된 이자벨 코이제트(Isabel Coixet) 감독의 영화다. 주인공 앤은 너바나의 마지막 콘서트에서 만난 남편과 어린 나이에 결혼을 한다. 너무 빨리 찾아 온 결혼생활은 앤에게 너무나도 많은 희생을 요구했다. 아직 20대 초반의 앤은 두 아이의 엄마가 됐고, 직장이 없는 남편을 대신해서 밤 늦게까지 일해야 했다. 남편을 만난 너바나 콘서트의 여운을 길게 가져가지 않았다면 인생을 지탱할 수 있는 힘을 찾는 것은 쉽지 않았을 것이다. 그런 앤에게 인생은 단 한 달의 시간만을 남겨둔 채, 사랑하는 모든 것과의 이별을 강요한다. 자궁암 말기 판정을 받은 것이다.
손님이 적은 늦은 저녁, 식당에 앉은 앤은 탁자 위에 놓인 종이에 남은 한 달을 가득 채울 ‘해야 할 일 목록(to do list)’을 적어 내려간다. 감옥에 있는 친부 면회하기, 앤이 없는 생일을 맞을 아이들을 위해 생일 축하 메시지 녹음해 두기, 남편을 지탱해 줄 다른 여인 찾기, 그리고 남편 이외의 다른 남자를 사랑해 보기….
그 종이 위에 적힌 메모는 앤의 남은 한 달을 모두 채우게 된다. 앤이 없어도 그가 사랑한 모든 것들이 서로를 의지하고 지탱할 수 있도록 돕는 것이다. 앤은 아버지 마음 깊이 자리 잡은 딸에 대한 죄책감을 지워버린다. 두 딸은 스무 살이 되는 해까지 매년 어머니의 따뜻한 생일 축하 메시지와 함께할 것이다. 이웃에 새로 이사 온 또 다른 앤은 사랑하는 남편의 새로운 동반자가 될 것이다. 끝으로, 앤이 마지막 정열을 쏟아 부었던 리는 마음 속의 상처를 치유하고 사랑을 받아들일 수 있는 사람이 될 것이다. 앤이 없지만 그가 사랑하는 모든 인생이 완성된 것이다.
확장된 ‘나’ 찾아 우주 탐구하는 인간
인상적인 것은 사실 영화의 내용보다는 이 영화의 짧은 제목이었다. 같은 ‘나’이지만 서로 갈등하고 공존할 수 없는 서로 다른 ‘나’를 아무렇지도 않게 던져 놓은 것이 매력적이었다. 앤에게는 앤이 마주치는 삶 자체가 ‘나’였던 것이다. 앤이 ‘나’를 사랑한 만큼 그 ‘나’를 둘러싸고 있는 모든 것의 생명도 ‘나’의 인생의 일부분일 수가 있는 것이다.
인간에게 주어진 ‘나’의 진정한 범위는 어디까지일까.
꿀벌은 침입자를 향해서 가장 먼저 날아간다. 침입자를 막기 위해 사용한 침은 내장을 노출시켜 꿀벌을 죽음으로 이끈다. 꿀벌에게 ‘나’는 공동체 자체이기 때문이다. 그것을 ‘나’라고 인지하지 않는다면 쉽게 그런 희생이 나올 수 없다. 반면에 호주나 남아프리카에서 서식하는 황제펭귄은 사냥이 필요한 시간이 되면 언덕의 가장자리에서 서성거린다. 물 속에는 황제펭귄의 천적인 물개가 있는데 그 물개가 자신이 아닌 다른 동료를 사냥하는 틈을 이용해서 먹이를 찾으려고 하는 것이다. 기다리다 지치면 서로를 물 속으로 밀어내 가장 약한 동료를 희생양으로 삼는다. 황제펭귄은 자신이 아니 다른 동료를 자신의 연장으로 받아들이지 못한다고 생각할 수 있다.
인간이 꿀벌인지 혹은 황제펭귄인지에 대한 답은 없다. 단지 인간이 우주가 무엇이고, ‘나’가 어떤 존재인지에 대한 근원적인 질문을 품고 있다는 사실에서 희망을 유추해 볼 수 있을 뿐이다. 경제적인 생활에 하등 도움이 될 리 없는 지구 너머 우주 공간을 끊임없이 탐구하는 열정은 어쩌면 자신을 넘어선 확장된 ‘나’를 찾고 있는 본능에서 비롯되었는 지도 모른다. 앤이나 꿀벌이 될 수 있는 능력을 모든 인간이 가지고 있다고 가정했을 때, 이 우주에서 ‘나’는 어디까지일까.
지구상에서 인간이 경험하고 있는 공간은 고정불변하는 절대적인 기준처럼 보인다. 이러한 공간의 개념을 우주에 적용하게 되면 두 가지 가능성이 생긴다. 우주가 무한하고 인간에게 주어진 우주도 무한한 경우, 그리고 우주 자체가 유한하고 인간에게 주어진 우주도 유한한 경우.
최초의 우주론은 무한한 우주에서 시작이 됐다. 그런데 이런 우주론은 철학적으로도 관측적으로도 받아들여지기 어려웠다. 공간을 고정불변한 절대 변수로 두게 되면 무한한 우주 공간에 놓여져 있는 인간이 경험할 수 있는 우주도 무한해 질 수 있다.
그러나 철학적으로 범신론에 접근한 스피노자의 비판에 직면하게 된다. 자연에 신의 속성을 부여하게 되면 우주가 무한하다는 가정에 큰 무리는 없다. 하지만 유한한 존재인 인간에게 그 무한한 우주의 속성이 인지된다는 것은 있을 수 없는 일이다. 존재는 자신에게 없는 것을 인지할 수 없기 때문이다.
| ▲ 시간에 따라 구분되는 우주의 영역. 장구한 시간을 통해 아무 것도 없었던 우주에 은하들이 생겨났다. | |
기후 덕에 유럽 앞선 아시아 문명
관측적인 도전은 밤하늘이 어둡다는 것이다. 흔히 올베르스의 역설로 알려져 있는 이 비판은 다음과 같다. 만일 이 우주가 무한하고 이 우주에 태양과 같은 별들이 고르게 분포하고 있다고 가정해 보자. 이렇게 되면 사방에서 지구에 도착한 빛들의 총합에 의해서 밤하늘도 대낮처럼 밝게 보여야 한다. 하지만 저녁에 해가 지고 나면 분명 하늘은 어둡게 보인다.
우리가 알고 있는 은하(Milky Way) 우주론은 여기서 나오게 된다. 우주가 무한한 것이 아니고, 경계 너머에는 아무것도 존재하지 않는다는 이론이었다. 놀랍게도 이 우주론은 20세기 초까지만 해도 정설로 받아들여 졌다. 우주가 유한하다는 받아들이기 힘든 가정에서 출발했지만, 결과적으로 인간에게 주어진 우주도 유한할 수밖에 없기 때문에 밤하늘의 역설과 같은 문제를 피해갈 수 있었던 것이다.
하지만 여기에서 또 다른 문제점에 봉착하게 된다. 유한한 공간에 모든 물질들이 모여 있는 것이면 종국적으로는 이 우주는 중력에 의한 대충돌로 종말을 맞을 것이다. 그런데 문제는 이러한 대충돌의 징후가 관측된 적이 없었다는 것이다. 오히려 광학의 분광 기술을 우주에 적용한 천문학자들은 대충돌과 정반대인 거대 팽창의 증거를 발견하게 된다. 세상의 공간은 고정불변하는 것이 아니다. 인간의 문명이 시작된 이후 수천 년 동안 매일 밤 바라보던 하늘을 이해하기 어려웠던 이유는 단 한가지였다. 지구 위에서 경험한 공간의 고정 불변성을 버리지 못했기 때문이다. 내가 경작하고 있는 토지가 어느 날 갑자기 두 배로 늘어나 있다거나, 혹은 반으로 줄어드는 비상식적인 일은 지구에서는 일어나지 않는다.
빛보다 더 빨리 팽창하는 우주
1910년대 수도사이자 천문학자였던 슬리퍼는 관측한 성단의 90% 이상이 지구에서 멀어지고 있다는 것을 발견한다. 지구가 우주에서 특수한 위치에 있는 것이 아니기 때문에 대략 절반 정도는 지구를 향해 움직이고 다른 절반 정도는 지구로부터 멀어지는 것이 맞는데, 무슨 이유로 거의 모든 성단들이 지구로부터 멀어지는 것일까.
프리드만은 공간이 동적일 수 있다는 가정을 하고 아인슈타인의 상대성이론을 적용한다. 이렇게 되면 공간은 고정불변하는 것이 아니고 고르게 늘어나는 고무판처럼 팽창할 수 있게 된다. 그 팽창하는 공간에 슬리퍼가 관측한 성단을 놓게 되면 자연스럽게 무슨 이유로 모두 지구로부터 멀어져 가는지 설명이 된다.
팽창하는 바둑판을 생각해 보면 가까이 있는 은하보다 더 멀리 있는 은하가 더 빠른 속도로 멀어지고 있다는 것을 어렵지 않게 이해할 수 있다. 1920년대 허블은 은하의 속도와 지구로부터 떨어진 거리를 동시에 측정해서 먼 거리에 있는 은하들이 더 빨리 멀어진다는 프리드만의 예측을 증명하게 된다. 즉 공간은 고정불변하는 것이 아니고 공간에 주어진 물질에 반응해서 동적으로 변화할 수 있다는 믿기 힘든 사실을 알게 된 것이다.
우주는 무한하고 인간에게 주어진 우주는 유한하다. 그리고 동시에 이러한 동적인 공간은 인간의 오래된 난제였던 무한한 우주와 유한한 인간 간의 관계를 설명할 수 있게 된다. 우주는 무한하다, 혹은 그 끝을 알 수 없을 정도로 거대하다. 그렇지 않다면 경계가 이루어져 있는 곳을 중심으로 중력 쏠림 현상이 일어날 것이고, 어떤 형태로든 그 징후는 관측되었을 것이다. 하지만 그런 징후는 발견되지 않았다. 이런 무한한 우주에 팽창하는 공간을 놓게 되면 인간에게 주어진 우주가 유한하다는 결론을 어렵지 않게 얻게 된다.
허블이 증명했듯이 관측자로부터 멀리 있는 곳은 더 빠르게 팽창한다. 그런데 이 거리가 충분히 멀어지게 되면 그 팽창 속도가 빛의 속도보다 더 빨라진다. 항구를 떠난 배가 수평선 너머로 사라지듯이 인간의 관측 시야에서 모든 정보가 사라지게 된다. 빛보다 빨리 전파될 수 있는 정보는 없기 때문이다.
인간에게 주어진 우주는 유한
이렇게 되면 인간에게 주어진 우주는 유한하게 되고, 우주가 무한하더라도 우리들의 밤하늘은 어두울 수 있다. 인간이 우주 공간에서 ‘나’를 찾고 있었던 것이면 바로 이러한 관측 가능한 유한한 우주일 것이고, 그 거리는 대략 빛이 100억 년을 여행해야 도달할 수 있는 거리에 해당 된다. 그곳에 인간에게 주어진 우주의 경계가 되는 우주의 지평선이 놓여져 있는 것이다.
영화 속 앤의 인생은 그가 사랑한 사람들로 이루어져 있지만, 인간에게는 궁극적으로 그보다 더 큰 ‘나’가 주어져 있다. ‘나’가 세상에 태어날 때, 단순히 내 몸만 우리에게 주어진 것이 아니고 우주 지평선 안의 거대한 공간이 함께 공존을 시작한 것이다. 그렇다면 우리가 진정한 의미에서 에고(ego)의 영역을 확장할 수 있는 능력을 가지고 있는지 알고 싶어진다. 과연 인간은 이 거대한 공간을 ‘나’의 영역 안에 품을 수 있는 능력을 가지고 있을까.
앤의 인생은 그의 죽음으로도 끝나지 않았다. 사랑하는 모든 것이 행복해질 수 있도록 남은 시간 동안 헌신한 것도, 결국에는 앤이 없는 앤의 인생을 더 풍요롭게 만드는 것이다. 우리가 인간에게 주어진 유한한 우주 안에 살면서 남기는 모든 정보는 영원히 그 안에 남게 된다. 과연 우리들은 ‘나’가 없는 우주를 버려둘 것인가 혹은 여전히 ‘나’로 인지할 수 있을 것인가.
최근 우리 사회가 여러 가지 어려운 상황을 겪으면서, 우리의 공동체가 아주 깊은 곳에서부터 붕괴돼 있다는 것을 알게 되었다. 2015년 한국은 꿀벌들이 사라지고 황제펭귄들만이 남은 사회가 된 것일까. 우리들 중에 그 누가 과연 ‘나’ 없는 ‘나’의 우주의 가치를 소중하게 생각하고 있는지 생각하게 되는 주말이다.
… 중앙SUNDAY 제432호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.06.22
| ▲ 호주의 환경단체 활동가가 더위에 얼음 조각상이 녹아내리는 퍼포먼스를 하면서 교토의정서 이행을 촉구하고 있다. | |
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빅뱅시대까지 담은 빅히스토리 탄생 이면엔 미래의 환경전쟁
송용선 한국천문연구원 선임연구원의 칼럼 ‘인터스텔라’가 새로 게재됩니다. 천문학과 물리학을 전공한 우주론자 송 박사는 이 칼럼에서 우주천문현상을 중심으로 다양한 과학분야의 화제와 이슈를 소개합니다.
유럽사람들과 펍에 가서 술 마시며 대화할 때마다 경험하는 일이 있다. 그들의 얼굴에 홍조가 시작되기도 전에 술에 약한 아시아인인 나는 ‘여기서 그만’ 이라고 선을 그어야 한다. 그렇다고 해서 아시아인들이 상대적으로 술에 약한 것을 두고 아쉽게 생각할 필요는 없다. 유럽인들보다 더 오래된 문명을 우리의 몸이 기억하고 있는 것으로 보면 된다.
술을 마시면 일차적으로 항이뇨호르몬 분비 과정이 일어난다. 여기서 파생된 호르몬과 알코올이 만나 신경독성 물질인 아세트알데히드가 생겨나는 이차 과정이 뒤따른다. 술을 마신 후에 일어나는 모든 민폐의 주범은 이 이차 과정의 산물이라고 할 수 있다. 이러한 독성을 해독할 수 있는 탈수소효소를 유럽인들이 더 많이 보유하고 있기 때문에, 펍에 함께 앉아 같은 양의 음주를 하면서도 아시아인인 나의 한계가 먼저 드러나게 되는 것이다.
| ▲ 빙하에 뒤덮인 남극대륙. 지구 역사상 마지막 빙하기는 1만 년 전에 끝이 났다. | |
기후 덕에 유럽 앞선 아시아 문명
왜 그렇게 됐을까. 지구의 역사에서 반복되는 빙하기와 간빙기 주기에서, 현재 지구는 간빙기에 놓여져 있다. 가장 최근에 있었던 빙하기는 대략 1만여 년 전이라고 추정되지만 지역에 따라서 빙하의 역사는 많이 차이가 난다. 아시아는 유럽에 비해서 빙하의 영향을 적게 받은 지역이다. 유럽에서는 혹독한 겨울을 나기 위해서 저장해 둔 식량의 대부분이 발효되었고, 이 과정에서 파생되는 아세트알데히드의 독성을 해독할 수 있는 유럽인들만이 생존할 수 있었다.
하지만 아시아인들은 그러한 생존 조건을 경험하지 않았다. 아시아의 대부분 지역은 빙하에 덮혀 있지 않았기 때문에 유럽보다도 문명이 먼저 탄생할 수 있는 기후적인 환경이 주어졌고, 아시아인들은 이 기회를 낭비하지 않았다. 거의 모든 지역에서 이미 기원전 3000년 즈음에는 완숙한 청동기 문화가 태동하게 됐다. 문자로 기록되지 않았으나 과학적으로 추정할 수 있는 증거 자료까지 포함하게 되면 그 시기는 8000년에서 1만년까지도 거슬러 올라갈 수가 있다. 석기를 사용했다고 해서 국가를 형성하지 못하고 원시사회로 남아 있었던 것은 아니기 때문이다.
한국도 이러한 천혜의 조건에서 시작한 축복받은 지역이었다. 우리 친구들이 상대적으로 유럽인에 비해 술에 약한 것도 한국의 오랜 문명 전통과 무관하지 않은 것이다. 그런데 우리는 아직 제대로 된 시작을 하지 못하고 있다. 단군왕검이 고조선을 연 것이 기원전 2333년이라고 한다. 전 세계적인 평균으로는 상당히 앞선 기록이지만 빙하기의 조건에 따른 지역적인 특성을 고려했을 때 그다지 앞선 문명이라고 볼 수는 없는 것이다. 사실 그마저도 신화의 영역인지 혹은 역사의 영역인지 모호하게 정의되어 있기도 하다.
| ▲ 지구상에서 사라진 네안데르탈인 여성의 모습. 화석과 유전자 분석을 통해 추정한 것이다. | |
역사의 시작점을 어디에 놓을 것인가
과학이 발달하여 발굴과 추정에 의한 복원이 가능한 현재에는 사실상 문서로 남아 있는 것을 시발점으로 하는 역사의 정의 자체가 모호해 진다. 비록 문헌에 남아 있지 않더라도 수 만년 전 미국 대륙 인류의 이동 역사도 유추할 수 있는 기술까지 보유하고 있다. 그렇다면 기원전 5000년에서 1만년 정도의 선사시대를 추정한 결과를 무조건 불신할 수만도 없는 것이다. 아시아에는 청동기시대 이전 석기시대에도 국가의 형태를 가진 집단이 존재했다. 현대 문명이 오늘날 가능하게 된 것은, 이 지역의 축적된 문명의 결과라고 해도 큰 무리는 없을 것이다.
한국은 이러한 고대 문명의 중심지에서 탄생했다. 그런데도 빙하의 영향을 받지 않았던 5000여 년의 시간을 허비하고, 기원전 2333년에 가서야 문명이 탄생할 수 있는 기반을 마련했다는 것은 이해하기 힘든 일이다. 그 역사마저 신화로 기술되어 있는 것은 슬픈 일이기도 하다.
역사에서 시작을 어디에 놓는가 하는 것은 매우 중요한 일이다. 유럽이 확장 정책을 펴지 않고 주어진 땅에만 머물렀다면, 유럽의 역사는 성문화된 기록이 처음 발견된 연대까지 갈 필요도 없었을 것이다. 하지만 교역에 기반한 식민지 정책은 문서의 기록이 없는 지역까지 영역의 범위를 넓혀나가게 된다. 역사를 문서의 기록으로 제한하게 된다면 아프리카 중남부의 문화와 폴리네시아의 문명권에 속하는 인류는 아예 역사에서 사라지게 된다. 자신이 경략하고 있는 새로운 세계를 자신들의 문명권 역사 속에 흡수하기 위해서는, 역사의 시작을 문서의 시대 이전까지 거슬러 올라가지 않으면 안 되는 것이다. 발굴과 추정의 역사가 시작된 시점과 유럽의 식민지 정책의 정점이 일치하고 있는 것은 우연이 아니다.
이제 그들은 크로마뇽인과 네안데르탈인의 공존과 갈등의 역사까지 유추하고 있으며, 여기까지 가게 되면 유럽인들이 마주친 모든 현생 인류와의 관계 설정 문제는 사라지게 된다. 경계가 명확했던 아시아의 민족 개념이 모호해지면서 거대 중화와 탈중화의 갈등이 표출될 가능성이 커진 지역에 사는 한국으로써는 기원을 재정의하는 노력을 기울여야 하는 시점에 있는지도 모른다. 흡수하지 못하면 흡수될 위험에 놓여져 있다는 진단을 하는 국내 역사학자들의 견해는 어렵지 않게 접할 수 있다.
환경기술 축적 국가만 생존할 미래
우리는 이미 유럽에서는 오래 전에 해결하고 넘어간 과제조차 해결하지 못하고 있다. 이런 가운데 우리는 이제 차세대의 도전까지 안고 가야 할 상황에 처해 있다.
환경보호를 ‘오염되지 않은 강과 산을 인간에게 돌려주기 위한 노력’으로 생각하는 경향이 있다. 하지만 이는 환경산업과 관련된 미래의 전쟁이라고 봐야 옳을 것이다. 자신감이 다소 부족했던 미국이 교토의정서를 거부하면서 기획한 소기의 목적을 달성하지는 못했지만, 이 의정서를 출발점으로 해서 세계적인 환경규약의 권위가 부여되기 시작한 것은 주목해야 할 일이다. 일단 출발점에서는 개도국으로 분류된 한국과 같은 나라는 제외되었다. 하지만 그 기준은 점차 강화될 것이고 환경오염 방지라는 명분하에 보다 많은 국가의 참여가 요구될 것이다.
이렇게 되면 환경오염 방지와 관련된 기술을 축적한 국가만이 살아남게 된다. 앞서가는 나라들이 전기차와 관련된 기술을 축적하면서, 클린에너지에 기반한 수송 인프라 건설에 주력하고 있는 현재까지 아직 구체적인 개발 계획조차 세우지 않고 있는 한국을 생각하면 등골에 식은 땀이 흐른다.
이제 그들은 새로운 역사관을 생각하고 있다. 인간과 자연을 하나로 묶은 역사책을 발간하는 것이다. 지난 세기 유럽인들은 식민지 정책을 펼치는 과정에 마주친 다른 지역의 원주민들과의 관계 설정을 위한 문명사관에 주력했다. 지금 그들이 환경문제에 대한 규약 이행을 보다 자연스럽게 요구할 수 있는 새로운 논리를 내놓고, 인간과 자연의 관계를 역사적으로 재해석하는 것은 미래를 위한 작업이다.
아직 성공을 장담하기에는 이른 감이 없지않은 데이비스 크리스찬의 빅히스토리도 그러한 노력의 일환이라고 볼 수 있다. 빅히스토리는 역사의 시점을 크로마뇽인의 출현이 아닌 인간 혹은 태양계조차 존재하지 않았던 빅뱅까지 끌어올려 놓는다. 우주가 탄생한 순간에 역사의 시작점을 끌어다 놓고, 인류가 탄생한 조건을 재조명하는 일이다. 현재는 이 시기를 전체 역사서의 대략 10%도 안 되는 첫 장에서 다루고 끝내고 있다. 하지만 이것을 배우게 될 학생들이 성장했을 때 자연을 바라보는 관점이 우리 세대와는 달라질 수 있을 것이다. 이러한 세대가 사회의 주축이 되었을 때보다 강화된 교토의정서를 규약한다면, 개도국의 저항이 지금과 같을 것인가, 혹은 약화될 것인가.
천문학과 생물학의 본격 결합 시대
지난 세기에는 천문학과 물리학이 결합해 우주론을 탄생시키면서, 인류 탄생의 기원을 과학적으로 이해하게 되었다. 비록 문헌이 남아 있지는 않지만, 우리가 인류의 역사에 네안데르탈인을 등장시킨다거나, 석기 국가 문명의 존재를 역사의 일부분으로 받아 들일 수 있다면, 과학적으로 재현한 인류의 등장 이전까지의 자연의 역사를 제외할 이유는 없는 것이다. 그리고 그 가치는 빅히스토리가 명시하듯이, 자연이 인간을 탄생시킨 과정에서 기술할 수 있는 자연과 인간의 연결고리를 준다는 것이다.
현대 우주론에 의하면 빅뱅 이후에 급팽창 과정을 통해서 인간이 현대에 탄생할 수밖에 없는 ‘극단적으로 정밀한 비균질성’이 시작된다. 이러한 비균질성은 기가 막히게 조율된 물질의 구성비를 통해서 기적처럼 생명의 고향인 은하를 만들었고, 그 안에서 지구 같은 행성이 가능하게 될 별이 만들어졌다. 역사의 시작점을 인류의 기원에서 자연의 기원으로 옮겨 놓게 되면, 우리는 환경의 보전과 관련된 의제에 저항할 수 있는 힘을 잃게 된다. 개도국의 경제적인 낙후라는 당위성이 언제까지 먹힐 수 있을지는 아무도 모른다.
빅히스토리라는 학문이 정립되기도 전에 빌 게이츠의 성급한 전폭적인 지원이 파생시킨 교육 현장의 저항이 있기는 하지만, 이제 서구의 인문학은 아주 치밀하게 인간과 자연의 관계를 재정립하면서, 향후 전개될 환경산업 경쟁에 대비하고 있다는 점을 눈여겨봐야 한다.
우리는 역시 손을 놓고 있다. 미국과 유럽이 우주를 이해하기 위한 많은 노력을 기울이고, 이제 차세대에 본격적으로 천문학과 생물학의 결합을 예고하고 있는 것이 단순하게 인간의 기원을 알고자 하는 의도만은 아니다. 그 안에 미래에 다가올 경쟁에서 우리가 우위를 점할 수 있는 방법이 있기 때문이다. 환경산업의 최종 목표는 단순하게 부가가치를 다른 형태로 변형시키는 방식이 아닌, 인간이 보유하고 있는 산업의 기반 자체를 근본적으로 혁신시키는 것일 수도 있다. 이렇게 거대한 과제를 수행하기 위해, 자연과 인간과의 관계를 재정립하기 위해, 인간의 역사를 재조명하는 것은 당연한 일인지도 모른다.
우리는 아직 고조선이 어디에 위치해 있는지도 결론을 내고 있지 못하고 있는데, 이미 한국의 미래를 위해 자연과 인간의 기원을 어떻게 해석해 내야 하느냐는 도전에 직면해 있는 것이다.
… 중앙SUNDAY 제429호 | 송용선 한국천문연구원 선임연구원 | 2015.05.31
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송용선 · 한국천문연구원 선임연구원(우주 거대구조 연구를 통한 우주 초기조건, 우주 가속팽창 원인 규명. 상대성이론의 우주론적 검증). 미국 UC Davis 박사. 시카고대 선임연구원. |
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