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[박종진의 과학 이야기] 천체의 운행 속도

바람 한 점 없는 날 연못을 들여다보면 파란 하늘을 배경으로 보이는 자기 얼굴은 마치 거울에 비친 것처럼 또렷하다. 갑자기 온 세상이 멈춘 것 같다. 하지만 과학적으로 보면 우리가 발붙이고 사는 지구는 매 순간 엄청난 속도로 태양 주위를 돌고 있을 뿐만 아니라 스스로 자전하는 중인데도 전혀 그런 움직임을 느끼지 못한다. 달리는 기차 안의 모든 것이 제 자리에 있는 것과 같은 이유다.   이 세상에서 가장 빠른 것은 빛이다. 빛은 똑딱 하는 순간 지구를 일곱 바퀴 반이나 돈다. 모든 것이 상대적인 우주에서 절대적인 것이 단 하나 있다면 바로 빛의 속도인데 초속 약 30만km쯤 된다.     우리는 지구가 태양을 정확히 한 바퀴 도는 기간을 1년으로 삼았다. 지구는 태양을 중심으로 타원 궤도를 그리며 도는데 그 거리는 총 9억 4천만km나 된다. 지구가 태양 주위를 도는 공전 속도는 초속 약 30km쯤이다. 간단한 산수 계산을 하면 지구가 태양 주위를 공전하는 속도는 총알보다 무려 75배나 빠르다. 게다가 지구는 자전하면서 동시에 공전한다. 지구가 한 번 완전히 자전하는 시간을 하루라고 정했는데 적도 지방을 기준으로 지구는 총알의 속도와 맞먹는 초속 약 0.46km로 스스로 돌고 있다. 소리의 속도보다 조금 빠른 속도로 자전한다는 말이다. 그런 생각을 하니 갑자기 어지러워진다.   달도 지구를 중심으로 초속 약 1km의 속도로 돈다. 하늘에 걸려있는 희끄무레한 낮달이 비록 우리 눈에는 그냥 제자리에 있는 것처럼 보이지만 사실은 1초에 1km를 날고 있다. 지구는 그런 달을 품고 태양 주위를 1초에 30km씩 공전한다. 태양도 우리 은하 중심부를 기준으로 초속 약 230km의 속도로 공전하는데 완전히 한 바퀴 도는 데 대략 2억 5천만 년 정도 걸린다고 추측한다. 이를 은하 년이라고 한다. 정리하자면, 태양은 초속 230km로 움직이고, 지구의 속도는 초속 30km이며, 달은 초속 1km다.     최근 관측 결과에 따르면 우주는 한없이 팽창하며 그 속도가 점점 빨라진다고 하는데 이를 우주 가속 팽창이라고 한다. 아인슈타인에 의하면 우주에서 빛보다 빠른 것은 없지만, 우주의 어느 지점부터는 팽창 속도가 빛보다 빨라지므로 그 경계의 바깥쪽에 있는 은하를 떠난 빛은 결코 관찰점에 도달할 수 없다. 그래서 거기까지를 관측 가능한 우주라고 부른다. 사실 빛은 항상 같은 속도로 진행하는데 그 빛을 담고 있는 공간이 팽창하는 까닭에 결과적으로 빛보다 빠른 속도로 팽창하는 것처럼 보인다.   1977년 지구를 떠나서 지금까지 47년을 날아 태양계를 막 빠져나가고 있는 보이저 1호는 인간이 만든 물체 중에서 가장 먼 곳을 지나는 중인데 현재 속도는 초속 약 17km라고 한다. 우주 공간은 진공이어서 공기 저항이 없으므로 그런 속도가 가능하며, 연료 없이도 영원히 같은 속도로 날 수 있지만, 태양의 바로 이웃 별까지 가는 데도 수만 년 걸린다고 한다.     참고로, 미국 도시를 잇는 보잉 737 제트 여객기의 평균 속도는 시속 960km 정도니까 1초에 0.25km를 난다는 말이다. 또 미국 고속도로의 최고 속도 기준은 55마일이므로 이를 변환하면 초당 약 0.025km가 되니 천체의 움직임에는 비교할 수조차 없다. (작가)     박종진박종진의 과학 이야기 천체 운행 팽창 속도 운행 속도 공전 속도

2024-09-20

[박종진의 과학 이야기] 2024년은 윤년

갑진년 올해 2월은 29일까지 있다. 2024년은 윤년이기 때문이다. 보통 2월은 28일까지지만 4년마다 한 번씩 돌아오는 윤년의 2월은 하루가 더 있어서 29일이 있다. 만약 윤년 2월 29일에 태어나면 생일이 4년에 한 번씩 돌아오게 된다.   우주에는 조 단위가 넘는 은하가 있다고 한다. 그리고 각각의 은하에는 수천억 개나 되는 별이 반짝인다. 우리에게 잘 알려진 은하는 안드로메다은하와 은하수다.     우리 태양이 속한 은하가 바로 은하수인데 은하수에는 약 4천억 개나 되는 태양과 같은 별들이 바글거린다고 한다. 태양은 은하수의 한쪽 귀퉁이에 자리 잡고 있었기에 은하 중심에 가까인 있는 별처럼 은하 활동의 영향을 덜 받아서 지금까지 별 일 없었다고 추측한다.     게다가 태양은 크기가 비교적 작은 별이어서 그 수명이 길었기 때문에 태양 주위를 공전하는 행성에 생명체가 발현해서 고도의 지능을 가질 만큼 진화할 충분한 시간이 있었다. 태양이란 이름의 별 주위를 공전하는 지구라는 행성 위에 사는 우리 인간 이야기다.     하지만 과학 기술이 발달하지 않았을 때 인간은 모든 것을 자연 현상에 의존할 수밖에 없었다. 시간을 정하고 관리하는 과정에서 인간은 우리가 속한 태양계 천체의 규칙적인 움직임을 기준으로 삼았다.   지구는 스스로 자전하면서 여느 행성처럼 태양 주위를 공전한다. 우리 선조는 지구가 한 바퀴 완전히 자전하는 기간을 하루라고 정했다. 그렇게 365번이 조금 넘게 자전하면 태양 주위를 정확하게 한 바퀴 공전한다는 것도 알았다. 그래서 지구가 한 번 자전하는 것을 하루라고 정했고, 365번이 조금 넘게 자전하면서 태양 주위를 한 바퀴 도는 기간을 1년이라고 정했다.     그런데 문제는 태양 주위를 한 바퀴 도는데 딱 365일이 아니라 정확하게 따지면 365.2422일 걸렸다. 그래서 0.2422라는 자투리를 4번 모았더니 대충 하루가 되는 것에 착안하여 4년마다 하루씩 억지로 넣어서 맞게 했는데 그것이 율리우스력이라고 불리는 달력 체계다.     하지만 자투리를 모아서 억지로 맞춘 율리우스력도 128년마다 하루씩 오차가 생기자 1582년에 조금 더 수정하여 우리가 지금까지 쓰고 있는 그레고리력을 만들었다. 그레고리력이란 1592년 당시 교황이던 그레고리오 13세가 그때까지 사용하던 율리우스력을 조금 더 손봐서 만든 태양력이다. 여기서 말한 율리우스력이란 기원전 4세기경에 로마 제국 일대를 평정하고 제왕이 되려는 야심을 가진 율리우스 카이사르, 영어 표현으로는 줄리어스 시저가 제정한 달력 체계다.     흔히 윤년이 되면 윤달에 윤일을 추가하여 365일이던 1년이 366일이 되는 줄 알고 있다. 하지만 윤년과 윤일은 양력의 개념이지만, 윤달은 음력을 따질 때 쓰는 전혀 관계가 없는 말이니 절대로 같이 사용하면 안 된다. 2024년은 윤년이어서 2월이 28일로 끝나지 않고 윤일을 넣어 29일까지 있다. 그래서 많은 사람이 2월이 윤달이라고 생각하는데 그렇지 않다는 말이다.     매일 변하는 달은 같은 모양이 되는데, 그러니까 음력의 한 달은 29.53일이므로 음력의 1년은 354일이고 양력은 365일이어서 1년에 약 11일 차이가 난다. 그래서 음력에서 양력과의 날짜가 한 달 이상 차이 나지 않도록 19년에 7번 끼워 넣는 달을 윤달이라고 한다. 작년 2023년은 윤달의 해였다. (작가)     박종진박종진의 과학 이야기 윤년 태양 주위 태양계 천체 우리 태양

2024-05-24

[살며 생각하며] 이 가을에 필요한 부모님 보약

“지금도 기억하고 있어요. 시월의 마지막 밤을, 뜻 모를 이야기만 남긴 채 우리는 헤어졌지요. 그날의 쓸쓸했던 표정이 그대의 진실인가요. 한마디 변명도 못 하고잊혀져야하는 건가요. 언제나 돌아오는 계절은 나에게 꿈을 주지만, 이룰 수 없는 꿈은 슬퍼요. 나를 울려요….” 이용의 ‘잊혀진 계절’이 생각나는 10월 첫날이다.   엊그제까지만 해도 불볕더위가 기승을 부렸는데, 아! 어느새 새벽의 스산함이 긴바지, 긴소매로 손이 가게 한다. 하기야 입추가 8월 7일, 더위가 한풀 꺾인다는 처서가 23일, 이슬이 맺히기 시작하는 백로가 9월 8일, 추분이 9월 23일이었으니 변하는 계절의 수레 앞에 더위 신도 어쩔 수 없었을 것이다.   어릴 적 자연 시간에 배운 기억력을 소집해보면, 계절변화의 요체는 지구의 축이 23.5도 기울어진 채 자전하며 1년에 한 번 태양 주위를 돌도록 섭리하신 하나님의 지혜 때문이다. 따라서 북반부 중반에 위치한 한국과 미국은 때로는 태양의 광원을 직각으로 오랜 시간 받기도 하고 때로는 짧은 시간 비스듬하게 받으므로 여름에는 해수욕을, 겨울은 눈 덮인 산을 스키로 오르내리고 봄에는 꽃망울의 신비한 개함을, 가을에는 오색찬란한 단풍을 구경하는 등 같은 장소 다른 분위기 속에서 폭넓은 삶을 구가할 수 있다.   고대에도 이런 천체 운행을 암시하는 흥미로운 대목이 있었음을 본다. 가나안 정복 전쟁 때 모세의 후계자 여호수아가 지는 태양을 향해 ‘태양아 너는 기브온 위에, 달아 너도 아일론 골짜기에 머물러라고 명하자 천체 운행의 주재자 하나님이 해의 운행을 하루 동안 정지시키므로 전쟁에 승리케 하셨고, 또 히스기야 왕 때 아하스의 해 그림자를 10도 물러나게 했다 함 같은 것이다.   사람들은 가을을 남자와 연관시킨다. 아마 가수 이용의 노래처럼 남자들이 가을을 많이 타는 데서 비롯된 것 같다. 그렇다. 가을, 그중 10월은 남자들을 한없이 쓸쓸하고 외롭게 하되 특히 홀로 사시는 어른들에게 말이다.   사회성이 좋기로 알려진 붉은털원숭이 가운데 항상 무리에서 떨어져 외롭게 생활하는 놈을 대상으로 백혈구를 조사해 보니 놀랍게도 외로움을 잘 타는 노인들과 비슷한 수치를 나타냈다고 한다. 그들을 대상으로 한껏 스트레스를 준 뒤 피검사를 하니 노르에피네프린이란 호르몬의 수치가 높게 나왔다. 이 호르몬은 미성숙 단핵구가 많아 항바이러스 유전자의 생성을 저해하는 물질이란다. 그 후 원숭이에게 바이러스성 질병을 주입하자 뇌와 혈액에 넓게 퍼졌다고 한다. 외로움이 질병에 취약할 수도 있음을 보여주는 흥미로운 연구다.   필자의 부친은 72세를 사셨다. 동갑이셨던 어머니는 그보다 5년 일찍 67세에 돌아가셨다. 젊어서 지켜본 아버지는 물 한 그릇도 손수 해결하시는 법이 없으셨다. 모두가 어머니가 대신하셨다. 그렇게 수족처럼 받들며 사시던 어머니가 돌아가신 뒤 아버지의 건강은 쉽게 무너져 내렸고 종래는 허리, 무릎, 뼈의 기능이 현저히 저하되어 앉고 일어서심이 불편한 채 어머니 곁으로 가셨다. 지금 생각하니 어머니 없는 외로움과 쓸쓸함이 가져다준 항바이러스 결여로 생명 단축현상을 빚은 것 아닌가 싶어 안타깝다.   이 시간 한쪽 부모님을 먼저 하늘나라로 떠나보낸 자녀들 계시면, 보약보다 귀한 보약, 외롭고 쓸쓸함에 맞는 처방을 통해 부모님의 건강을 지켜드리길 권면한다. 김도수 / 자유기고가살며 생각하며 가을 부모 부모님 보약 천체 운행 항바이러스 유전자

2022-09-30

[박종진의 과학이야기] 지동설

지금부터 2,300년 전 그리스의 아리스타르코스는 자신이 관측한 결과를 토대로 태양 중심의 지구를 상상했다. 그는 행성을 관찰했는데 아주 밝다가 어두워지기도 하고, 심지어는 반대 방향으로 움직이기도 했다. 만약 행성이 지구의 주위를 돈다면 밝기도 어느 정도 일정해야 하고 그 움직임도 항상 같은 방향이어야 한다는 점에 착안해서 행성은 지구가 아니라 다른 천체 주위를 공전할 것으로 추측했다.     아리스타르코스는 반달일 때 태양-달-지구가 정확히 직각삼각형의 꼭짓점에 놓인다는 것을 알았고, 그때 달과 태양이 이루는 각을 측정했다. 그보다 300년 전에 같은 섬에서 살던 피타고라스가 삼각형에 대해서 큰 업적을 남겨 놓았기 때문에 그는 선배가 남긴 삼각법을 이용해 지구에서 태양까지의 거리가 달까지의 거리보다 20배 정도 멀다는 답을 얻었다. 지구에서 보는 태양과 달의 겉보기 크기는 비슷하므로 태양이 달보다 20배쯤 크다고 어림잡았다.     또 아리스타르코스는 보름달이 지구의 그림자 속으로 들어와 월식이 진행되는 시간을 측정하고, 이를 이용해 지구가 달보다 약 3배 정도 클 것으로 추정했다. 태양이 달보다 20배 크고, 지구가 달보다 3배 크다면, 태양은 지구보다 약 7배 크다는 결론에 도달한 아리스타르코스는 지구보다 큰 태양이 자기보다 훨씬 작은 지구 주위를 돈다는 것은 이치에 맞지 않는다고 생각했다.   천문학은 그 후 1,500년 동안 아리스토텔레스(기원전 350년경 활동)가 확립하고 프톨레마이오스(기원후 100년경 활동)가 집대성한 천동설에 기반을 두고 있었다. 우주의 중심은 지구이고 그 주위를 달, 수성, 금성, 태양, 화성, 목성, 토성이 공전하고 있으며 하늘의 별은 모두 회전하는 항성구에 박혀서 움직이지 않고 빛을 내고 있다는 지구 중심설이다.     그러다 16세기에 천문학의 패러다임이 바뀌는 일이 벌어졌다. 가톨릭 사제였던 코페르니쿠스가 혜성처럼 나타나서 프톨레마이오스의 천체 모형에서 지구와 태양의 위치를 서로 바꿔놓았다. 드디어 지구 중심에서 태양 중심으로 넘어가려는 전야에 이르렀고 그 동안 수군거리던 지동설이 바야흐로 수면 위로 떠 올랐다.     1609년 갈릴레이는 자신이 직접 만든 성능 좋은 망원경으로 달과 목성을 관측했다. 그는 달 표면이 수정처럼 매끈하지 않고 울퉁불퉁하다는 것을 처음으로 알았으며, 목성 주변에서 4개의 위성을 찾아냈다. 모든 것이 지구를 중심으로 공전하는 줄 알았는데 목성 주위를 도는 위성의 존재는 지구 중심의 우주에 큰 파문을 일으켰다. 드디어 로마 교황청은 그를 종교 재판에 넘겼다. 갈릴레이는 자기주장을 철회하고 용서를 빌어 간신히 종신 가택 연금형으로 감형되었다.   갈릴레이와 동시대 사람인 조르다노 브루노는 태양조차 하늘에 떠 있는 수많은 별 중 하나라고 생각했다. 유사 이래 지구가 우주의 중심이라는 고정관념을 깨고 코페르니쿠스와 갈릴레이는 태양이 중심이라고 했다. 브루노는 지구가 회전하기 때문에 그 위에 사는 우리 눈에는 천체가 회전하는 것으로 보이는 것이며, 한술 더 떠서 태양조차도 우주의 중심이 아니라고 했다. 우주는 무한하며 그 어딘가에 다른 생명체가 살지 모른다고 했다가 결국 신성 모독죄로 화형당했다. (작가)   박종진박종진의 과학이야기 지동설 지구 주위 목성 주위 천체 주위

2022-02-11

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