지금 보는 별들은 모두 과거 모습이다. 태양도 8분19초 전 모습이며, 가장 가까운 별인 알파 켄타우리는 4.3년 전의 모습이다.
이는 빛의 속도로 달려도 그만큼 멀리 떨어져 있다는 얘기다. 또 현재 보이는 별 중 사라진 것도 있을 수 있다는 증거다. 인간의 우주 탐험 역사는 반세기도 안된다. 큰 돈을 들여가며 우주를 탐험하는 이유는 뭘까. 궁극적으로 우주와 생명 탄생의 비밀을 풀기 위함이다.
◇ 우주의 탄생
인간이 속한 가장 큰 구조가 우주다. 우주는 1천억개 정도의 은하로 구성돼 있다. 은하에는 약 1천억개의 별이 있다. 1백억~1백50억년 전 우주는 상상할 수 없을 만큼 초고온.초고밀도의 작은 물질이었다. 이 물질이 어느 순간 대폭발을 일으켰다.
폭발 후 팽창하며 온도와 밀도가 낮아져 물질이 만들어졌다. 마침내 그 속에서 별들이 탄생했다. 우주는 아직도 빛의 속도(1초에 30만㎞)로 팽창한다. ''빅뱅'' 으로 알려진 이 이론은 현재 유력한 우주 탄생 시나리오다.
◇ 우리 은하
크기는 지름 10만광년, 중심 두께 3천광년이다. 옆 모습은 납작한 렌즈 모양이며 위에서 보면 나선 구조다. 우리 은하에는 2천억개 정도의 별이 있다. 그 중 하나인 태양은 은하 중심에서 약 3만광년 떨어진 변두리에 있다.
◇ 태양계
태양계는 약 50억년 전 우주의 가스.먼지가 모인 성운에서 태어났다. 성운의 99%는 원시 태양을 형성했고, 그것이 수축해 스스로 빛을 내는 태양이 탄생했다. 나머지 물질은 원반을 형성했다. 원반의 물질들은 뭉쳐 무수한 미행성체를 만들었다. 미행성체는 합쳐져 지구와 같은 행성이 됐다. 태양계에는 태양과 우리가 사는 지구를 포함해 9개의 행성이 있다.
◇ 태양
지름은 1백40만㎞로 지구의 1백9배에 이르는 수소가스 덩어리다. 표면 온도는 6천도, 중심부는 1천5백만도다.
태양이 빛나는 이유는 원자 에너지 때문이다. 중심부에서 수소 원자가 빠른 속도로 움직이며 서로 부딪쳐 헬륨 원자로 변한다. 이때 만들어진 에너지가 태양을 뜨겁고 빛나게 한다. 생성된 에너지는 2백만년 이상 걸려야 표면으로 빠져나와 지구에 이른다. 태양은 인류가 2백만년 동안 사용할 에너지를 단 1초에 생산한다.
◇ 별의 진화
사람처럼 별도 태어나서 살다 죽는다. 질량이 태양과 비슷한 별의 수명은 1백억년쯤이며, 태양보다 10여배 큰 질량의 별은 수백만~수천만년이다. 질량이 큰만큼 에너지를 빨리 소모한다.
별은 일생 가운데 90% 이상을 주계열성으로 보낸다. 그 뒤 바깥층 대기가 급속히 분출하며 행성상 성운을 형성하고, 중심에는 백색 왜성이 남는다.
태양과 같은 별은 중심부의 수소가 모두 연소하면 바깥층이 부풀며 적색 거성이 된다.
태양보다 8배 이상 무거운 별은 적색 초거성이 되며, 초신성 폭발을 일으켜 중성자별로 남는다. 폭발 과정에서 많은 먼지를 우주에 뿌리며, 여기서 다시 새로운 별이 탄생한다. 중성자별은 밀도가 물의 1천14배에 이르는데, 이중 밀도가 무한대에 가까운 것을 블랙홀이라고 한다. 블랙홀은 밀도만큼 중력도 크다. 따라서 블랙홀 주변에서는 빛이나 소리마저도 흡수된다. 우리 은하에 알려진 블랙홀은 10개 정도다.
◇ 활동 주제
①표를 근거로 태양계 모형을 만든다.
②지구에서 태양까지 광속.소리의 속도.로켓(초속 7㎞).기차(시속 1백50㎞).도보(시속 4㎞)로 쉬지 않고 간다면 각각 얼마의 시간이 걸릴까.
③달에서 보면 별이 깜박이지 않지만 지구에선 깜박이는 이유는?
④사람이 블랙홀에 떨어지면 어떻게 될까.
⑤영화 ''아마게돈'' 과 ''딥 임팩트'' 를 비교해 과학적 오류가 없는지 찾아 보자.
⑥아인슈타인의 상대성이론에서 힌트를 얻은 것이 타임머신이다. 광속을 넘는 우주선이 나온다면 시간 여행이 가능하다. 타임머신은 우주 여행을 자유롭게 할 뿐만 아니라 과거와 미래를 넘나들 수 있게 한다.
그러나 아인슈타인은 타임머신의 가능성을 부정했다. 광속을 넘으면 물리량이 허수가 되고, 물리적으로 허수는 존재하지 않기 때문이다. 현재 타임머신을 대체할 수단이 많이 연구되고 있다. 타임머신을 타고 시간여행을 한다면 제일 하고 싶은 일을 발표한다.
⑧현재 시간은 미래로만 흐른다. 그러나 언젠가 우주가 팽창을 멈추고 수축하기 시작하면 시간이 거꾸로 흐른다. 영국의 과학자 스티븐 호킹의 얘기다. 팽창 상태의 우주에서 모든 반응은 엔트로피(무질서)가 증가하는 방향으로 일어난다. ''폭포가 아래로 떨어진다'' ''뜨거운 물과 찬물을 섞으면 미지근해진다'' 등이 엔트로피 증가의 예다. 반대로 우주가 수축하면 모든 반응은 엔트로피가 감소(질서가 증가)하는 쪽으로 일어날 것이다. 엔트로피 감소의 예를 다섯 가지만 들어본다.
※참고 사이트=한국천문연구원(http://www.issa.re.kr/).한국과학문화재단 (http://www.science.or.kr/)등.
이태종 기자
