[박종진의 과학 이야기] 탈출 속도

박종진

이 세상에 존재하는 4가지 힘 가운데 중력이 가장 약해서 그런지 우리는 일상생활에서 중력을 거의 느끼지 못하고 산다. 사실 그 이유는 우리가 지구 중력에 맞게 진화했기 때문이다. 만약 갑자기 중력이 없어진다면 그 즉시 지상의 모든 것은 하늘로 날아갈 것이고, 달도 지구를 떠날 것이며, 지구도 태양계를 벗어나 우주 공간으로 사라질 것이다.
 
나무에 달린 사과가 땅으로 떨어지는 것은 지구 중심부에서 잡아당기는 힘, 즉 중력 때문이다. 밀물과 썰물은 달의 중력이 지구상의 바닷물을 잡아당기는 증거다. 물론 달도 지구가 붙들고 있어서 항상 그 자리에서 지구 주위를 공전한다. 그렇다면 태양의 중력은 어디까지 미치는지 알아보자.  
 
태양이란 별에는 우리가 사는 지구를 포함해서 총 8개의 행성이 그 주위를 돌고 있다. 모두 태양의 강한 중력에 붙들려 있기 때문이다. 태양의 중력은 그 주위의 행성에만 국한되는 것이 아니라 소위 카이퍼 벨트라고 불리는 해왕성 바깥의 소행성 집단에도 작용한다. 더 나아가서는 태양 빛이 1년 정도 가야 나오는 오르트 구름까지 미친다. 어쩌다 그 중 작은 덩어리 하나가 태양의 중력에 끌려 안쪽으로 들어오기도 하는데 이런 천체를 혜성이라고 한다.
 
우리는 무엇이 빠르다는 것을 실감 나게 표현할 때 '쏜살같다'라고 한다. 쏘아놓은 화살 같다는 말인데 시위를 떠난 화살은 1초에 약 60m쯤 난다. 거기 비해 총알은 그 열 배나 빨라서 초속 약 600m 정도 된다. 참고로 소리는 공기 속을 1초에 약 340m 진행한다.  
 

지구의 중력을 이기고 우주 공간으로 날아가는 데 필요한 최소 속력을 탈출 속도라고 한다. 다시 말해서 우리가 하늘을 향해서 사과를 던졌을 때 그 사과가 다시 땅으로 떨어지지 않고 우주까지 가려면 적어도 탈출 속도만큼 속력을 높여 솟구쳐야 한다는 뜻이다. 지구를 떠나는 데 필요한 최소한의 속력은 초속 11.2km인데 이는 총알보다 약 20배나 빠른 속력으로 이것이 탈출 속도다.  
 
대한민국은 그동안 수많은 인공위성을 우주로 보냈는데 우리가 처음으로 만든 인공위성은 1992년에 연습 차원에서 띄운 우리별 1호였다. 그리고 3년 후 방송과 통신 목적으로 무궁화 1호를 궤도에 올렸고, 1999년에는 지상과 해양 관측을 위한 아리랑 1호, 그 후 2010년에는 통신과 기상 관측을 하기 위해서 천리안 위성을 띄웠다. 하지만 그런 위성을 지구 궤도까지 운반하기 위해서는 미국, 프랑스, 그리고 러시아의 발사체에 의존할 수밖에 없었다. 머리는 잘 돌아가는데 사지가 약해서 기동할 수 없는 꼴이었다. 우리가 약하다고 우습게 봤던 중력을 이기고 우주로 나가기가 그렇게 힘들었다.  
 
1993년 한국 최초의 발사체를 시작으로 2012년 러시아와 협력하여 제작한 발사체 나로호가 첫 시도에서 실패했다. 땅바닥에 떨어진 못 위에 자석을 대면 바로 튀어 올라붙는다. 전자기력이 중력보다 훨씬 세다는 증거다. 하지만 그렇게 허약한 중력 때문에 우리의 나로호가 애를 먹었다. 그러나 바로 다음 해 두 번째 발사에 성공했고 결국, 2022년 6월 이번에는 순 우리 기술로 제작한 한국형 우주발사체인 누리호가 성공했다. 그리고 2023년에 누리호는 우리 손으로 만든 인공위성을 싣고 성공적으로 발사되어 제 궤도에 인공위성을 올려놓았다. 이로써 대한민국은 세계 제7대 우주 강국의 대열에 끼었다. (작가)  
 

박종진