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박종진의 과학 이야기- 호모 사피엔스

사람이 언제 어떻게 생겨났는지에는 다양한 이론이 있는데 절대자에 의해서 창조되었다는 창조론도 그 중 하나다. 이 글에서는 창조론과 진화론 같은 포괄적인 논쟁을 떠나 그동안 우리가 이룬 분자생물학, 유전학, 진화인류학 등을 통해서 밝혀진 인류의 기원과 조상에 관해서 살펴보려고 한다.   사람의 먼 조상을 알기란 쉽지 않은 일이어서 현재 발견된 화석이나 뼈 등 잔존물과 과학을 바탕으로 추측할 따름이다. 아직 무엇인지 확실히 밝혀지지는 않은 어떤 유인원 조상으로부터 돌연변이에 의해 분리된 가장 첫 번째가 오랑우탄이고 그 다음은 고릴라, 침팬지, 그리고 700만 년 전에 비로소 사람이 갈라져 나왔다고 한다. 어쨌든 그런 계통으로 내려오다가 약 400만 년 전에는 오스트랄로피테쿠스 같은 유인원과 사람의 중간쯤 되는 인류의 조상이 살았다는 것이 일반적인 이론이다.     하지만 기후 변화 등 주변 환경 때문에 멸절하고, 운 좋게 생존한 것들도 또 멸절하는 과정을 되풀이하면서 오늘날에 이르렀다. 지구가 겪는 자연적인 기후 변화 말고도 소행성 충돌이나 화산 폭발 등도 결과적으로 기후에 영향을 주었다.   인간은 같은 크기의 다른 동물에 비해 잘 뛰지도 못하고 날카로운 이빨이나 발톱도 없어서 생존에 큰 어려움을 겪으면서 자주 멸종되었지만, 인류가 다른 유인원류와 크게 다른 점은 우선 두 발로 서서 걷는 것과 불을 사용하며, 말로 서로 소통한다는 것 등인데 먹을 것을 익혀 먹기 시작한 이후로 영양 상태가 좋아져서 특히 뇌(지능)가 발달했다.   만원 버스에 승객을 더 태우려면 타고 있던 사람 중 일부가 내려서 빈자리가 나야 한다. 마찬가지로 생태계에도 멸종이 있어야 새로운 종이 끼어들 수 있다. 공룡이 지구를 지배하다가 멸종된 후에 척추동물이 세상을 차지하게 되었고 급기야 인간이 출현했다.   인류의 조상은 아프리카에서 시작했다는 것이 거의 정설이 되었다. 물론 다른 견해도 있지만, 현생 인류(호모 사피엔스)는 약 40만 년 전 아프리카에서 출현하여 전 세계로 퍼졌다. 그전에도 수많은 고인류가 있기는 했지만 지금 우리 인류의 직계 조상은 아프리카에서 기원한 호모 사피엔스인데 라틴어로 '슬기로운 사람'이란 뜻이다.   우리의 직접 조상인 현생 인류는 지금으로부터 약 5만 년 전쯤 아프리카에서 유럽 쪽으로 이주했는데 당시 그곳에는 이미 네안데르탈인이 터 잡고 살고 있었다. 그 두 인류는 긴 세월을 함께 살면서 자연스럽게 혼혈이 이루어졌다. 그러다 어떤 이유인지 모르지만, 네안데르탈인 역시 멸절하고 말았으며 결과적으로 인류는 근연종, 아종 모두 멸종하고 유일한 조상인 호모 사피엔스만 남았다.   현재 지구상에는 약 80억이나 되는 사람이 바글거리며 살고 있는데 의학이 발달하고 먹거리가 좋아진 결과 지난 반세기 동안 인구가 딱 두 배로 증가했다. 앞으로는 당연히 물과 식량 등 지구상 자원이 부족할 것이고 다른 여러 이유로도 우리는 지구 바깥으로 눈을 돌리고 있다. 현재 이주 1순위는 화성인데 지구와는 중력부터 다르다. 미래 어느 날 화성으로 이주해서 살게 될 날이 올 것이고, 그렇게 몇 세대가 지나면서 거리상 왕래가 힘든 화성에 사는 인류는 나름 그곳 환경에 맞게 진화하게 된다. 중력이 작아서 뼈와 근육이 약해진 새로운 인류, 그러니까 우리와는 신체 구조나 생김새가 조금 다른 모습으로 변할 것이다. (작가)     박종진사피엔스 박종진 호모 사피엔스 과학 이야기 유인원 조상

2025-02-21

박종진의 과학 이야기- 태양의 끝자락

밤하늘에 빼곡히 빛나는 별 사이로 은하수가 흐르는 것이 보인다. 하늘에 꽉 차 있는 별은 전부 우리 은하에 속한 별이다. 우리 은하의 이름은 은하수인데 태양과 같은 별 약 2~4천억 개가 모여있다고 추측한다. 은하수와 가장 가까운 이웃 은하는 안드로메다은하로 은하수의 약 2배 정도 크기다. 만약 안드로메다은하에 사는 친구가 그곳에서 은하수를 보면 두 은하 사이의 거리가 너무 멀어서 은하수는 마치 작은 별 하나처럼 반짝이고 있을 것이다. 지구의 밤하늘에 마치 별처럼 반짝이는 안드로메다은하의 모습이 그 증거다.     안드로메다은하는 우리가 맨눈으로 볼 수 있는 몇 안 되는 은하 중 하나다. 더 멀리 떨어진 은하는 망원경으로 봐야 흡사 하나의 별처럼 반짝이는 모습을 볼 수 있다. 은하수 은하에 산재한 수 많은 별 중 하나가 우리의 별인 태양이고 각각의 별은 그들만의 행성을 갖기도 하는데 태양이란 별에는 여덟 개의 행성이 그 주위를 공전한다.     태양에서 가장 멀리 떨어져 있는 행성인 해왕성은 중심성으로부터의 거리가 자그마치 45억km나 되는데 지구를 출발한 보이저 2호는 12년 걸려서 해왕성을 지났다. 한 달 늦게 떠난 형제 우주선 보이저 1호는 지금까지 47년 동안 날아서 태양에서 244억km 되는 곳을 비행하고 있는데 이는 빛이 22시간 걸리는 먼 곳이다. 현재 보이저 1호가 날고 있는 곳을 별과 별 사이의 공간이란 뜻에서 성간(星間)이라고 한다.     지금은 왜소행성으로 격하된 명왕성의 궤도부터 카이퍼벨트라고 부르는데 명왕성 같은 왜소행성뿐만 아니라 얼어붙은 암석 덩어리도 수없이 많이 떠다니는 곳으로 태양 빛조차 6시간 걸려야 도착한다. 대체로 얼음 덩어리나 운석이 주를 이루는데 태양계가 형성될 때 행성이 되지 못한 것들이 모여있는 곳이다. 얼음 조각 하나가 태양의 중력에 끌려 태양계 안쪽으로 들어온 것을 혜성이라고 하는데 지구에서 관찰할 때 긴 꼬리를 갖는 모습으로 보이는 천체다.     그 바깥은 오르트구름이라고 하며 태양 빛이 1년 정도 가는 먼 곳까지다. 대체로 얼음으로 된 작은 천체로 이루어졌으며 어쩌다 그중 하나가 태양에 끌려 안쪽으로 들어온 천체를 역시 혜성이라고 한다. 비교적 가까운 카이퍼벨트에서 떨어져 나온 천체를 단주기 혜성이라고 하고, 먼 오르트구름에서 시작한 것은 장주기 혜성이라고 구분한다. 75년에 한 번씩 찾아오는 핼리 혜성은 단주기 혜성이다. 그러므로 혜성은 태양의 끝자락에 있는 카이퍼벨트나 오르트구름에서 기원한 천체다. 이렇듯 태양은 대체로 1광년 정도까지 자신의 영향을 미친다.   태양계의 끝은 너무 멀어서 아직 정밀한 관측이 쉽지 않다. 왜소행성인 명왕성 궤도부터 카이퍼벨트가 시작한다고 말할 수 있는데 2006년 미국의 뉴허라이즌스호가 명왕성 탐사를 떠난 지 반년 후에 명왕성은 행성 지위를 잃었다. 그 후 수많은 난관을 극복하고 지구를 떠난 지 10년이 채 못 되어 명왕성 근접 비행에 성공했고 2030년경에야 카이퍼벨트를 지나 오르트구름에 이를 예정이다.   은하수에는 태양 같은 별이 수천억 개나 있다고 하는데 각각의 별을 자세히 들여다보면 우리 태양계처럼 어마어마한 세상이 그 속에 있다. 여기서 끝이 아니다 그런 은하 집단이 조 단위 이상 모여서 비로소 우리가 말하는 우주가 된다니 도저히 상상조차 되지 않는다. (작가)     박종진박종진 이야기 태양계 안쪽 우리 태양계 은하수 은하

2025-02-14

박종진의 과학 이야기- 달 탐사

1969년 아폴로 11호가 달에 착륙하여 인류가 달에 역사적인 첫발을 디딜 때만 하더라도 계수나무는 달 뒤편에 있어서 보이지 않았을 것으로 생각했다. 그런데 느닷없이 중국이 2019년에 달 뒤편 착륙에 성공했는데 거기에도 여전히 계수나무 숲은 없었다.   달은 지구의 강한 인력 때문에 자전과 공전 주기가 같아졌는데 이를 조석고정이라고 한다. 쉽게 얘기해서 우리는 항상 달의 한 면만 볼 수 있다는 말이다. 게다가 달의 반대쪽 면에서는 달 자체가 지구를 가로막고 있어서 지구와 교신이 안 되는 데다 분화구가 많아서 안전하게 착륙할 곳을 찾기 힘들었기 때문에 달의 뒷면은 자연스럽게 소원해졌다.     이런저런 이유로 아폴로 우주선의 달착륙 이후 달 탐사는 지지부진했다. 그런데 우주 식민지 0순위인 화성은 거리상 너무 멀어서 달을 개발하면 그 전초 기지로 활용할 수 있고, 달에는 핵융합의 원료가 되는 헬륨-3와 전자기기에 절대적으로 필요한 희토류도 상당량 매장되어 있다.   갈릴레이는 자신이 성능을 높인 망원경으로 달을 관찰했다. 그때까지만 하더라도 달 표면은 수정처럼 매끄러운 줄 알았는데 분화구가 널려 있는 울퉁불퉁한 표면이라는 사실을 알았다. 세계 대전이 끝나고 냉전 시대가 되면서 미국과 구소련은 달 탐사에서도 경쟁했는데 우주 개발은 구소련이 앞섰다. 1959년이 되자 구소련은 루나 1호를 발사하여 달 탐사를 시작했고 그해 가을에 루나 2호를 발사하여 달에 충돌시켰다. 바로 다음 달에는 루나 3호가 달 뒷면의 사진을 찍어서 지구로 보냈는데 그로서 인류는 달 뒷면의 모습을 처음으로 보게 되었다.    1966년 2월 구소련은 인류 최초로 달 표면에 우주선을 착륙시켰고 경쟁 관계에 있던 미국은 이에 자극을 받아 3년 후에 유인 우주선 아폴로 11호의 달 착륙에 성공하여 인류 최초로 달 표면을 걸었다.   중국은 2003년에 달 탐사 계획인 창어의 시동을 걸었다. 2007년에 창어 1호, 2010년에 창어 2호를 발사하여 달 궤도에서 탐사를 시작했고 드디어 2013년 창어 3호는 착륙선에 옥토끼라는 이름의 탐사선을 실어 달 표면에 성공적으로 내려놓았다. 2019년 중국은 인류 역사상 최초로 창어 4호를 달 뒷면에 착륙시켰다. 2020년 창어 5호는 달의 토양을 채취해서 지구로 무사히 귀환했다. 그리고 2024년 창어 6호는 달의 뒷면의 암석을 싣고 지구로 돌아오는 데 성공했다. 이로써 중국은 달 탐사에 있어 러시아, 그리고 미국과 어깨를 나란히 하게 되었다.   인도는 1962년 국가 기관에서 우주 연구가 시작돼서 2008년 최초의 달 탐사선 찬드라얀 1호가 10개월 동안 달 궤도를 돌며 탐사를 수행했다. 2019년에 달 착륙선을 실은 찬드라얀 2호를 발사했으나 정상적인 착륙에는 실패했다. 2023년 드디어 찬드라얀 3호는 달 착륙선과 탐사 차량을 싣고 지구를 떠나서 달의 남극에 착륙했다. 인류 최초의 달 남극 착륙이고 사흘 전에 소련의 루나 25호가 착륙에 실패하는 바람에 인도의 달 남극 착륙은 그 의미가 컸다.   달 탐사 대열에 끼어든 일본은 1990년 미국과 구소련에 이어 최초의 달 탐사 로켓을 발사한 후 2024년 달 착륙에 성공하여 구소련, 미국, 중국, 인도에 이어 세계 5번째 달 착륙 국가가 됐다. (작가)     박종진박종진 이야기 탐사 차량 남극 착륙 아폴로 우주선

2025-02-07

박종진의 과학 이야기- 온도 단위

미국에 살면서 가장 헷갈리는 것이 바로 도량형 단위인 것 같다. 한국에서 거리는 미터, 무게는 그램, 부피는 리터, 온도는 섭씨를 사용했는데 미국에서는 우리하고 다른 단위를 쓰는 바람에 처음에는 일일이 바꿔야 이해할 수 있었다. 가뜩이나 달러-원 계산에 머리가 아픈데 거기다 도량형 단위까지 애를 먹였다.   세계 모든 나라가 십진법을 기본으로 한 미터법을 쓰는데 미국만 자기 맘대로 파운드, 인치, 그리고 온도는 화씨를 사용한다. 달걀도 다른 나라에서는 열 개씩 포장해서 파는데 미국에서는 12개씩 담아 더즌으로 판매한다. 휘발유는 갤런을 사용하고, 무게는 파운드로 나와 있으며, 신발 크기도 유럽이나 우리와 달랐다. 이미 영어는 세계 공용어가 된 지 오래되었고 국제 결제 수단도 미국 돈 달러이니 아쉬우면 초강대국인 미국이 사용하는 도량형 단위를 쓰라는 것이다.     온도계를 이야기할 때 제일 먼저 등장하는 사람은 덴마크의 올레 뢰머다. 그는 인류 최초로 빛의 속도를 목성과 그의 위성 이오의 움직임을 통해 비슷하게라도 구한 사람이다. 갈릴레이 시절에도 온도는 물질의 부피를 변화시킨다는 것을 알고 있어서 온도계가 있긴 했지만 단지 온도의 오름이나 내림 정도를 알려주는 수준이었다. 18세기가 밝을 무렵 뢰머는 알코올을 넣은 유리관 양쪽을 막고 가운데에 작은 금을 그어서 마치 현대 온도계처럼 만들어 사용했다. 그는 물이 얼 때를 7.5도가 되게 하고 사람의 체온을 22.5도가 되게 표시한 온도계를 고안했다.     1720년 온도계에 관심이 많은 독일이 물리학자 다니엘 파렌하이트가 뢰머의 온도계를 보고 온도에 소수점 아래 숫자를 사용하는 것이 마음에 들지 않았다. 그는 숫자로 이것저것 해 보다가 뢰머의 온도 시스템에 어떤 수를 곱하여 사람의 체온을 98도가 되게 했더니 물이 얼 때는 32도, 그리고 물의 비등점이 212도가 되고 그 사이는 180등분 되었다. 서구권 사람들은 더욱 편리하고 수월한 파렌하이트의 온도 체계를 사용하기 시작했는데 중국에서 음차한 그의 이름 Fahrenheit를 우리 한자음으로 읽으면 '화륜해특'이어서 화氏(화씨)라고 칭했다.     1742년 스웨덴의 천문학자 안데르스 셀시우스는 물이 끓을 때를 0도로 정하고 얼 때를 100도로 하여 그 사이를 100등분 한 온도 체계를 소개했는데 나중에 물은 0도에서 얼고 100도에서 끓는 것으로 뒤집어서 사용했다. Celsius도 중국 음차를 우리 한자음으로 읽은 '섭이수사'이어서 섭氏(섭씨)라고 했다.   그런데 온도의 단위에는 절대온도라는 것도 있다. 섭씨를 C로, 화씨를 F로 표현하듯 절대온도는 K로 표시하는데 만든 사람의 이름인 Kelvin의 첫 글자로 국제단위계(SI)에서 사용하는 온도의 열역학적 단위다. 절대온도를 만든 영국의 수리물리학자 윌리엄 톰슨은 켈빈이란 이름으로 기사 작위를 받았는데 나중에 그는 영국 왕립학회 회장을 역임한 후 웨스트민스터 사원에 묻혔다. 이 우주에서 절대온도보다 낮은 것은 없다. 그러므로 세상의 모든 것은 0°K 이상인데 0°K는 -273.15°C와 같다. 섭씨 0도는 절대온도로 273.15°K가 되는데 섭씨온도가 올라가는 만큼 똑같이 켈빈 온도도 올라가게 만들어져서 섭씨 100도는 373.15°K다. (작가)     박종진박종진 이야기 현대 온도계 켈빈 온도 온도 체계

2025-01-24

박종진의 과학 이야기- 원소주기율표

취미로 무엇을 수집하다가 물건이 하나 둘 늘어나면 그것을 정리하기 위해서 서로 관계되는 것끼리 모은다. 19세기 중엽 러시아의 드미트리 멘델레예프는 혼자서 카드 게임을 하는 취미가 있었다. 그는 우리의 화투 떼기 같은 것을 했는데 그동안 발견된 원소들을 이리저리 살펴보다 원소에도 카드 게임처럼 어떤 규칙이 있는 것을 파악하고 원소의 질량이 가벼운 것에서 무거운 순으로 배열하다 보니 어떤 일정한 주기로 반복된다는 것을 알았다.     빙고! 비록 원소의 질량에 의한 분류였지만 멘델레예프는 최초로 원소주기율표를 만들었다. 군데군데 빈 자리가 있었는데 아직 발견되지 않은 원소 자리였고 그는 하나 둘 그 빈칸을 채우기 시작했다. 그런데 니켈과 코발트에 이르러 공식에 맞지 않게 되자 나중에 영국의 물리학자 모즐리가 원소의 핵 속에 들어있는 양성자 개수의 순서대로 늘어놓아 그 문제를 해결했다.     모즐리는 원자의 모형을 현대식으로 추측한 러더포드의 제자였는데 음극선을 각 원소의 핵에 쐈을 때 발생하는 X선 진동수의 제곱근이 원자번호와 관계가 있다는 사실을 알았다. 이쯤 되면 상당한 수학이다.     원래 모즐리는 생물학자였는데 수학을 잘하자 물리학으로 전공을 바꿨다. 그는 원자의 화학적 성질은 원자핵 속의 전하량, 즉 양성자의 수라는 사실을 발견하여 과학사에 큰 획을 그었지만, 지금은 멘델레예프의 그늘에 가려 누가 알아주는 사람이 없다. 이렇게 양성자 수에 의해서 지금 우리가 사용하는 새로운 원소주기율표가 완성되었는데 바로 영국의 헨리 모즐리의 업적이다. 드미트리 멘델레예프는 이 공로로 노벨상 후보에는 올랐으나 정작 상을 받지는 못했다.   사각형 모양의 주기율표에 원소는 번호순으로 나열되어 있는데 성질이 비슷한 것들이 주기적으로 배치되는 것을 볼 수 있다. 주기율표 사각형은 기본적으로 총 7열, 18행으로 구성되는데 열은 주기라고 하고 행은 족이라고 부른다. 원소는 기체, 액체, 고체의 상태로 존재하며 금속원소도 있고 금속이 아닌 비금속 원소도 있다.   여기서 원자와 원소의 뜻 차이를 살펴본다. 같은 것을 일컫는 말이지만 모양이나 개수를 말할 때는 원자라고 하고, 종류를 이야기할 때는 원소라고 한다. 현재까지 밝혀진 원소는 자연적으로 존재하는 기본 원소 92개를 포함해서 총 118개다.     전기의 성질상 같은 +전기와 +전기끼리는 서로 밀어내는 데 이를 척력이라고 한다. 예를 들어 양성자가 한 개인 수소 원자 두 개를 붙여서 양성자가 두 개인 헬륨 원소를 만든다고 가정하면, 각각의 수소 원자핵 속의 양성자는 서로 +전하를 갖기 때문에 반발하려는 척력이 생긴다. 이 척력을 이기고 억지로 여러 양성자를 하나의 핵 속에 묶으려면 엄청나게 높은 온도와 압력이 필요하므로 다른 원소가 만들어지려면 빅뱅 때나 초신성 폭발, 혹은 별의 내부와 같은 우주적인 요인이 주를 이룬다.     아직도 원소주기율표에 대한 논쟁거리는 남아있는데 화학으로 밥 먹고 살지 않는 불쌍한 수험생들이 총 118개나 되는 원소를 순서대로 다 외어야 하는가다. 혹자는 원자번호 1번 수소(H)에서 20번 칼슘(Ca)까지만 알면 된다고 한다. 어쨌든 한국에서 입학시험 공부를 했던 사람들에게 원소주기율표는 악몽이었다. (작가)         박종진원소주기율표 박종진 수소 원자핵 과학 이야기 비금속 원소

2025-01-17

박종진의 과학 이야기 - 우주 식민지

혹독한 일제 강점기를 겪은 우리 민족에게 식민지란 말은 거부감이 있다. 그래도 미래 어느 날 인류가 지구 밖 천체에 살게 되면 그곳은 자동으로 지구의 식민지가 된다. 지금 우리 눈에 들어온 우주 식민지 후보는 달과 화성인데 달까지는 로켓으로 3일이면 가지만, 화성은 최첨단 로켓으로 7달 정도 걸린다고 하니 아직은 넘보기 힘든 곳이다.   달이나 화성 같은 곳에 사람이 살기 위해서는 무엇보다도 숨 쉴 수 있는 공기가 필요한데 다행히 현재 과학기술 수준으로 대량은 아니더라도 그 정도는 만들 수 있다고 한다. 대기가 없으면 기온의 변화가 심해서 달에서 밤에는 섭씨 영하 200도 아래로 내려가고 낮에는 비등점을 웃돈다. 밤낮의 일교차가 섭씨로 300도가 넘는다는 말이다.     물론 현대 과학기술로 실내에 살기 알맞은 온도를 유지하는 것은 충분히 가능하지만, 장기적으로 거주하기 위해서는 일명 테라포밍(지구화)을 해야 하는데 오랜 기간이 걸리는 작업이다. 물은 달 남극에 있는 풍부한 얼음을 녹여 사용할 수 있고 그 물을 전기분해 해서 숨 쉴 수 있는 산소도 만들 수 있다.   달에 건물을 짓기 위해서 지구에서 건축자재를 가져가는 것은 일도 많고 전혀 경제적이지도 않다. 그곳 토양에서 건축에 쓸 수 있는 재료를 찾아 사용하는 방법을 연구 중인데 상당한 성과를 거두었다고 한다.     그런데 문제는 달과 화성은 지구처럼 자기장이 없어서 태양에서 날아오는 태양풍에 그냥 노출된다. 그런 해로운 방사성 물질에 피폭되지 않으려면 두꺼운 콘크리트로 지붕을 덮어야 하는데 쉽지 않은 일이다. 땅속에 굴을 파거나 혹시 있을지도 모르는 천연 지하 동굴을 이용하는 것도 좋은 방법이다. 달도 자기장이 없어서 태양풍이 걸러지지 않고 그냥 달 표면에 떨어져 쌓이다 보니 헬륨-3라는 물질이 곳곳에 널려있다. 헬륨-3는 중수소와 핵융합 반응을 하여 막대한 에너지를 내는 물질인데 중수소는 지구의 바닷물에 풍부하다. 어쩌면 우리의 에너지 위기를 한 방에 해결해 줄 수 있는 자원의 보고다. 게다가 첨단 전자기기에 꼭 필요한 희토류도 달에 많아서 지난 반세기 동안 관심 밖으로 밀려있던 달을 선점하는 것이 중요하게 되었다.     달의 남극 지방은 물을 구하기 쉽고 일교차도 훨씬 적어서 모두 탐내는 곳이 되었는데 놀랍게도 인도가 미국과 러시아 같은 선발 주자를 제치고 2023년 달 남극에 착륙하는 데 성공했다. 2019년 중국이 사상 최초로 달 뒷면에 착륙했고 여기에 일본까지 달에 착륙해서 지금까지 세계에서 그 다섯 나라가 달에 착륙하는 쾌거를 올렸다.   달의 중력은 지구의 1/6 정도밖에 되지 않아서 지구에서 몸무게가 60kg인 사람이 달에 가면 10kg밖에 나가지 않는다. 중력이 약하니까 달을 떠나는 로켓은 당연히 그만큼 연료 소모가 적기 때문에 우주로켓을 발사할 경우 지구에서 발사하는 것보다 달에서 발사는 편이 훨씬 쉽고 경제적이다.   미국은 1969년에 이미 달에 첫발을 디뎠지만, 너무 돈이 많이 들고 안전한 착륙 지점을 확보하는 일이 쉽지 않아서 달 탐사와 개발에 적극적이지 않다가 최근에 달의 중요성이 주목받으면서 다시 달에 관심을 두었지만, 아직 걸음마 단계에 머물러 있다. 오히려 후발 주자였던 중국과 인도가 어떤 부분에 있어서 앞서는 형편이다. (작가)       박종진박종진 이야기 우주 식민지 과학 이야기 현대 과학기술

2025-01-03

박종진의 과학 이야기- 스타샷 프로젝트

1865년 프랑스의 쥘 베른은 '지구에서 달까지'란 소설을 발표했다. 대포알에 사람을 태워서 달까지 보낸다는 내용이었는데, 백 년 후 미국의 아폴로 11호는 비슷한 원리의 로켓을 이용하여 달 착륙에 성공하였고 인류 최초로 달을 밟았다.     2016년 소련의 대부호 유리 밀너와 페이스북을 만든 마크 저커버그, 그리고 스티븐 호킹 박사가 만나서 엄청난 일을 구상했는데 그 이름도 거창한 Breakthrough Starshot Project(스타샷 프로젝트)다.   이제까지 밝혀진 바 태양계 안에 지적 생명체는 우리 인류밖에 없고, 이주해서 살 만한 행성이나 위성도 마땅히 없는 편이다. 그래서 태양계 밖으로 눈을 돌려 보지만 거리상 현재의 과학 기술 수준으로는 불가능하다. 우리 은하에는 약 4천억 개의 별이 있는데 그 중 우리 별인 태양과 가장 가까운 별까지 최첨단 우주선으로 수만 년이나 걸리기 때문이다. 현재 태양의 끝자락을 지나는 보이저 1호는 발사된 지 벌써 반백 년이나 되었다. 그런 속도로 가장 가까운 이웃 별인 알파 센타우리까지 가는 데 7만 년이나 걸릴 것이라고 한다.     그런데 스타샷 프로젝트는 은하수 은하의 많고 많은 별 중 왜 알파 센타우리를 택했을까? 태양계에서 가장 가깝기 때문이다. 그래도 빛의 속도로 4년 4개월이나 걸린다.   17세기의 위대한 천문학자 케플러는 갈릴레이에게 편지를 쓰면서 빛을 받아 움직이는 우주 범선 이야기를 한 적이 있다. 마치 대항해 시절 바람을 받아 큰 돛을 펄럭이며 대양을 누비던 그런 모습이다. 코스모스라는 TV 프로그램으로 일반에 널리 알려진 칼 세이건도 생전에 빛의 힘으로 움직이는 우주 범선 이야기를 여러 번 했다. 전자기학에 따르면 빛에도 운동량이 있어서 저항이 없는 우주 공간에서는 마치 지상의 바람처럼 물체를 움직일 수 있다고 한다. 그런 바탕에서 8년 전 뉴욕에서 만난 그 세 사람은 소위 스타샷 프로젝트라는 조금 공상과학적인 계획을 세웠다.     * 스타칩이라고 불리는 강낭콩 정도 되는 크기의 소형 우주선을 약 1,000개 정도 만든다.   * 각 우주선 안에 컴퓨터, 항법 장치, 전원, 통신 장비, 탐사 장비 등을 구겨 넣는다.   * 4m x 4m 크기의 돛을 만든다.   * 준비한 것을 로켓에 실어 우주 공간으로 옮긴다.   * 우주 공간에서 돛을 펼치고 그 위에 1,000개나 되는 스타칩 우주선을 고정한다.   * 지상에 설치한 레이저빔을 돛에 정조준하고 빛을 쏜다.   레이저빔을 이용하려면 미국 하루 전력 소비량의 10% 정도 필요한데 그렇게 하면 저항이 없는 우주 공간에서 광속의 약 20%까지 가속할 수 있고 알파 센타우리까지 20년에 갈 수 있다. 극소형 우주선을 1,000개씩이나 만들어야 하는 이유는 그 정도 속도면 먼지와 부딪혀도 대파되기 때문이다. 예를 들어 990개가 부서지고 10개만 목적지에 도착해도 성공이다.   근접 비행을 하면서 사진을 찍고 각종 탐사를 한 후 자료를 지구로 보내는데 빛이 4년 4개월 걸리는 거리여서 전파도 똑같은 기간이 걸린다. 스타샷 프로젝트는 발사로부터 시작해서 결과를 손에 넣기까지 대충 30년이나 걸리는 엄청난 계획인데 발사 일정이 연기되었다고 한다. (작가)   박종진프로젝트 박종진 스타샷 프로젝트 스타칩 우주선 최첨단 우주선

2024-12-13

박종진의 과학 이야기 - 삼체문제

얼마 전에 넷플릭스에서 공상과학 드라마 '삼체'를 방송했다. 여기서는 TV 드라마를 소개하려는 것이 아니라 단어 자체가 생소한 삼체가 무엇인지 알아보려고 한다. 삼체란 글자 그대로 세 개의 천체를 뜻한다. 천체란 태양, 화성, 소행성, 달, 별 같은 하늘에 떠있는 물체를 말하는데 그런 천체의 삼각관계라고 생각하면 쉽다. 그러므로 삼체의 좋은 예로는 우선 태양과 지구, 그리고 달을 들 수 있다.     삼체문제를 처음으로 고민한 사람은 아이작 뉴턴이다. 사실 뉴턴이 밝혀낸 만유인력은 두 물체 간에 성립되는 법칙이다. 태양과 지구, 혹은 지구와 달 사이에 작용하는 인력에 관한 법칙이다. 쉽게 얘기해서 질량을 가진 두 물체는 서로 당기는 인력이란 힘이 있는데 이 힘은 두 물체 질량의 곱에 비례하고 두 물체 간 거리의 제곱에 반비례한다는 것이다. 이것이 바로 그 유명한 만유인력의 법칙이다.   그런데 문제는 이 우주에는 엄청나게 많은 천체가 있어서 만약 천체 하나가 더 추가되어 두 천체의 관계가 아니라 세 개 이상의 천체 사이에서의 만유인력은 어떻게 작용하는가 하는 것이다. 심지어 뉴턴은 만유인력의 법칙을 발표한 책 ‘자연철학의 수학적 원리’에 삼체문제를 소개했지만, 결국 '전능하신 하나님이 태양계를 굽어살피시고 있다'라는 말로 꼬리를 내렸다고 한다. 삼체문제는 아직도 해결되지 않은 난제 중의 난제다.   지구가 속한 항성계인 태양계에는 중심성이 딱 한 개 있다. 태양이란 이름의 홑별 주위를 여덟 개의 행성이 공전하는 것이 우리 태양계다. 그래서 우리는 은하의 모든 항성계에는 중심성이 하나일 것으로 생각하지만, 사실 태양계를 제외한 항성계에는 두 개의 별 주위를 여러 행성이 공전하는 쌍성계도 많고, 세 개의 별이 중심이 되어 그 주위에 행성을 거느린 삼중성계도 있으며, 그 이상의 별로 이루어진 다중성계도 있다. 태양에서 가장 가까운 이웃 별인 알파 센타우리가 바로 삼중성계다. 우리 태양계에서 약 4.3광년 떨어진 그곳에는 세 개의 중심성 주위를 행성들이 공전하고 있으므로 그중 아무 행성에서 하늘을 봐도 세 개의 태양을 볼 수 있다는 말이다.   TV 드라마에 등장하는 외계인은 우리 태양계 바깥 저 멀리서 문명을 이루었는데 그곳에는 태양이 세 개나 있다는 설정이다. 그러므로 세 개의 태양과 그들이 사는 행성의 얘기니까 사체가 맞는 말이지만, 중심에 있는 세 개의 항성에 비해 그들이 사는 행성이 상대적으로 무시할 만큼 작아서 그냥 삼체라고 한 것 같다. 세 개의 태양에 영향을 받는 행성 위의 삶이 불안정해서 어딘가 안전하게 살 수 있는 곳을 찾던 그들이 지구를 발견했지만, 그들이 지구까지 날아오는 수백 년 동안 이곳의 과학 기술이 더는 발달하지 못하게 해서 자기네가 정복하기 유리하게 만든다는 내용이다.   수소 원자는 원자핵 주위에 딱 한 개의 전자가 공전하고 있어서 핵과 전자 하나뿐인 단둘만의 관계이기 때문에 그 모형을 쉽게 추측할 수 있다고 한다. 그런데 그 다음 원소인 원자 번호 2번 헬륨은 원자핵 주위를 전자 두 개가 공전하므로 당연히 삼체문제가 생긴다. 하물며 전자가 세 개 이상인 원소들은 말할 나위도 없다. 그런 삼체문제는 여전히 해결 불가능하다. (작가)     박종진박종진 이야기 과학 이야기 공상과학 드라마 우리 태양계

2024-08-16

[박종진의 과학 이야기] 허셜 남매

헨델이 그랬던 것처럼 독일에서 태어나 영국으로 이주한 윌리엄 허셜은 모차르트가 활동하던 시절 유명한 작곡가 중 한 사람이었다. 그는 총 24곡의 교향곡을 작곡했으며 바이올린 협주곡도 무려 7곡이나 작곡하여 명실공히 서양음악 대가의 반열에 오른 사람이다. 그뿐만 아니라 악기 연주에도 능통하여 오보, 첼로, 그리고 오르간 연주자로도 명성을 날렸다.     천체물리학 이야기를 하다가 뜬금없이 음악가 이야기를 하는 이유는 그가 인생 후반부에서 천체물리학에 큰 업적을 남겼기 때문이다. 그는 자신이 직접 만든 천체망원경으로 밤하늘을 관찰했는데 그의 업적 중 가장 대표적인 것은 바로 망원경을 이용해서 태양계의 일곱 번째 행성인 천왕성을 찾아낸 것이다. 사실 천왕성도 자세히 살피면 맨눈에 보이기는 하지만 너무 어두워서 그때까지 우리의 관심을 끌지 못했다. 천왕성을 발견한 허셜 자신도 처음에는 배경별이거나 꼬리가 없는 혜성일지도 모른다고 생각했지만 결국 태양계의 행성으로 밝혀졌다.   그는 망원경을 만드는 일에도 일가견이 있어서 자신이 직접 제작한 망원경으로 천왕성을 발견한 것은 물론이고 평생 총 400여 대의 망원경을 만들어 그 중 60대나 유럽의 여러 천문학자에게 팔았다.     윌리엄 허셜에게는 띠동갑인 여동생 캐롤라인이 있었는데 그녀도 천문학자였으며 오빠의 작업을 많이 도왔다. 윌리엄이 망원경으로 천체를 관찰하면 캐롤라인은 오빠가 구술하는 것을 곁에서 받아 적는 일을 했다. 사실 천왕성도 윌리엄 혼자서 찾은 것이 아니었다. 남매가 함께 하늘 구석구석을 뒤지다 발견했기 때문에 윌리엄은 누이동생과 함께 발견했다고 발표했지만, 그때만 하더라도 여자들의 사회 참여가 극히 제한되어 있어서 주위 사람들이 캐롤라인의 이름을 빼버린 까닭에 윌리엄 허셜 이름만 남게 되었다. 윌리엄이 죽자 캐롤라인은 다시 독일로 건너가서 이번에는 오빠의 아들을 도왔다. 조카도 천문학자였는데 캐롤라인 고모와 함께 아버지가 남긴 자료를 정리하고 세상에 알리는 일을 했다.   허셜은 태양계도 한 곳에 고정되어 있지 않고 움직인다는 사실을 인류 최초로 알아냈으며 은하의 모양이 디스크처럼 생겼을 것으로 추측했다. 그는 토성의 위성을 두 개 찾아냈고 자기가 발견한 천왕성에서도 위성을 두 개 찾았다. 무엇보다도 허셜의 또 다른 업적은 자연광에서 적외선을 발견한 것이다. 허셜은 82세가 되던 해에 영국 왕립천문학회의 초대 회장이 되었지만, 이듬해에 죽었다.   천왕성은 윌리엄과 캐롤라인 허셜 남매가 공동으로 발견했다. 영국 국왕은 그 공로로 윌리엄에게는 기사 작위를 수여했고 캐롤라인에게는 여성으로는 최초로 연봉을 받는 천문학자로 임명했다. 열 살 때 심하게 아픈 후유증으로 한쪽 눈을 실명하더니 성장도 멈춰서 평생 초등학생 키로 살았던 불우한 여성이었던 캐롤라인은 어머니의 반대로 교육을 받지 못했는데 오빠 윌리엄이 영국으로 데리고 가서 성악과 수학을 가르쳤다. 오빠가 오르간을 연주하는 성가대에서 소프라노 독창을 맡기도 했다. 캐롤라인은 수많은 혜성과 성운(나중에 외부 은하로 밝혀짐)을 발견하여 그녀가 85세가 되던 해 여성으로는 최초로 왕립천문학회 명예 회원으로 임명되었다.     윌리엄 허셜이 천문학과 음악 역사에 한 획을 그은 천재라면 그녀는 여성 사회 참여의 선구자였다. (작가)       박종진박종진 이야기 캐롤라인 허셜 윌리엄 허셜 천체물리학 이야기

2023-08-11

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