지난 15일, 중국이 X선 우주망원경 후이옌(慧眼·지혜로운 눈)을 성공적으로 발사했다. 후이옌은 앞으로 4년 동안 지상 550㎞ 위를 돌면서 블랙홀이나 중성자별, 은하 핵 등을 관측할 예정이다. 이로써 중국은 미국과 유럽에 이어 세계적인 수준의 X선 우주망원경을 보유한 나라가 됐다.현재 인류의 과학기술로는 방대한 우주를 직접 탐험할 수는 없다. 단지 우주에서 날아오는 빛을 통해 우주의 정보를 얻을 수 있을 뿐이다. 빛은 전자기 파장으로 에너지에 따라 가장 강한 감마선부터 X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전파로 나뉜다. 그중 지상에서 볼 수 있는 빛은 가시광선과 전파뿐이다. 나머지 빛은 지구의 두터운 대기로 인해 땅에까지 도달하지 못한다. 우주를 제대로 알기 위해서는 모든 종류의 빛을 봐야 한다. 블랙홀이나 중성자별, 우주에서 일어나는 강한 폭발의 비밀을 알아내기 위해서는 X선이나 감마선으로 살펴야 한다. 물론 자외선이나 적외선도 필요하다. 우주에 망원경을 설치하는 이유가 바로 이 때문이다.미국항공우주국의 찬드라 망원경과 유럽우주국의 XMM-뉴턴 망원경은 1999년 발사돼 거의 수명이 끝나가고 있다. 그중 찬드라 망원경은 지금까지 100개가 넘는 블랙홀을 발견했다. 미국이 운영하는 또 다른 X선 망원경인 누스타는 2012년 발사된 것으로 후이옌과 비슷한 600㎞ 정도의 상공을 날고 있는데 예상 수명이 작년까지였다. 우주망원경은 지상에 가까울수록 대기 입자와의 마찰이 많기에 수명이 짧아진다. 일본은 지난해 2월 약 3000억원을 들여 X선 관측 위성 히토미를 발사했지만 본격적인 임무수행 전에 파괴되고 말았다. 따라서 현재 운영되고 있는 미국과 유럽의 X선 망원경이 조만간 폐기되면 당분간 중국의 후이옌이 X선으로 우주를 관측할 수 있는 유일한 우주망원경이 될 것이다.이번에 중국이 발사한 X선 망원경은 중국이 최초로 발사한 우주망원경이다. 중국은 이미 독자적인 우주정거장과 유인우주선을 개발하는 등 우주 개발에서 미국과 경쟁을 벌이고 있다. 하지만 단순히 기술적인 면에서만 접근하는 것이 아니다. 중국은 기초과학인 천문학에도 엄청난 투자를 하고 있다. 중국은 지난해 축구장 30배 규모의 지름 500m짜리 세계 최대의 전파망원경 톈옌(天眼·하늘 눈)을 구이저우성에 설치했다. 그리고 2030년까지 20기가 넘는 다양한 우주관측 위성을 발사할 계획도 발표했다. 우주 개발뿐만 아니라 천문학 분야에서도 세계에 우뚝 서겠다는 것이다.이제 우주산업은 세계의 초일류 기업까지 뛰어드는 황금알을 낳는 산업으로 부상하고 있다. 하지만 우주를 개발하기 위해서는 천문학이라는 기초과학의 발달이 필수적이다. 중국이 우주 개발과 더불어 천문학 연구에 막대한 예산을 쏟는 이유도 바로 여기에 있다. 우리나라도 매년 수천억원이나 되는 예산을 우주 개발에 투자하고 있다. 하지만 진정한 우주 선진국이 되기 위해서는 그에 버금가는 예산을 천문학 연구에도 투자해야 한다. 기초과학의 발달 없이는 결코 뛰어난 기술개발이 이뤄질 수 없다는 사실을 명심해야 한다.이태형 한국우주환경과학연구소장

지난 3일, 미국 플로리다에 위치한 케네디우주센터 39A 발사대에서는 역사적인 100번째 로켓 발사가 이뤄졌다. 이날 발사된 로켓은 민간우주기업 스페이스X의 팰컨9으로 로켓의 1단 엔진은 수분 후 근처 공군기지에 정확히 착륙했다. 1단 엔진이 회수된 것은 11번째였고, 이번 발사는 회수된 1단 엔진을 재사용한 두 번째 발사였다.로켓에서 가장 크고 무거운 부분이 1단 엔진이다. 1단 엔진을 재사용할 경우 발사 비용을 10분의 1까지 줄일 수 있다. 1회당 1000억원 가까이 드는 로켓 발사 비용을 100억원 미만으로 줄일 수 있다는 것이다. 이날 팰컨9에 탑재된 화물우주선 드래건은 발사 이틀 후 국제우주정거장에 무사히 도착했다. 이번 드래건호는 2014년 9월에 국제우주정거장을 방문한 후 회수된 우주선으로 국제우주정거장에 재사용 우주선이 도착한 것은 2011년 7월 우주왕복선 아틀란티스호 이래 거의 7년 만의 일이다.천문학적인 예산이 소요되던 우주사업에 민간기업이 참여하면서 훨씬 효율적이고 경제적인 로켓 개발이 이뤄지고 있다. 이달 초 미국 국방부는 민간기업인 보잉사 등과 함께 재사용이 가능한 발사체 XS-1의 가상도를 공개했다. 2020년 완성 예정인 XS-1은 연료통이 내장된 무인 우주왕복선으로 로켓의 1단 엔진 역할을 한다. 소규모 위성 발사에 주로 사용될 XS-1의 1회당 발사비용은 50억~60억원이며, 10일간 10회의 재발사가 가능할 정도로 견고하게 만들 것이라고 한다.지난달 31일에는 마이크로소프트의 공동 창업자 폴 앨런이 창업한 스트라토런치 시스템스가 모하비 사막의 비행장에서 초대형 로켓 수송기를 공개했다. 날개 길이가 117m에 달하고, 길이가 72.5m에 이르는 역사상 가장 큰 이 항공기는 2개의 동체 사이에 로켓을 실어 성층권까지 올라가 로켓을 발사하고 지상으로 돌아온다. ‘록(ROC)’이라는 별칭을 가진 이 비행기의 자체 중량은 250t이며, 최대이륙중량은 연료를 포함해 590t으로 중대형위성이나 유인우주선 발사도 가능하다. 앞으로 ‘우주 항공모함’ 역할을 하게 될 이 항공기는 연료 테스트와 지상 실험을 거쳐 2019년에 첫 시험 발사될 예정이다.3D 프린터를 이용해 로켓 엔진을 만드는 회사도 등장했다. 지난달 25일 뉴질랜드에서는 3D 프린터로 제작한 엔진을 탑재한 일명 ‘일렉트론 로켓’이 성공적으로 발사됐다. 이 로켓은 길이 17m의 2단 로켓으로 150kg 정도의 소형위성을 저궤도에 올리는 것을 목표로 하고 있다. 3D 프린터를 이용해 로켓을 제작할 경우, 1회당 발사 비용이 수십억원으로 저렴해질 것으로 예상된다.우리나라는 2020년을 목표로 국산 로켓을 개발하고 있다. 하지만 이제는 로켓을 만드는 것만이 전부가 아니다. 얼마나 저렴하게 만들 수 있느냐가 경쟁력이다. 앞으로 로켓 발사 비용이 줄어들면서 로켓을 이용한 위성 사업도 더욱 커질 전망이다. 관측이나 연구, 인터넷 통신 등과 관련된 일상 업무를 벗어나 우주장례 사업을 위한 위성, 시간당 수만 개의 별똥별을 뿌리는 우주 이벤트를 위한 위성까지 위성사업의 미래는 무궁무진하다. 이제 고개를 들어 하늘을 보고 살아야 할, 우주시대가 본격적으로 시작되고 있다. 우주시대에 낙오되지 않기 위해서는 국가 차원의 적극적인 지원과 투자가 필요하다.이태형 한국우주환경과학연구소장

우주만큼 인류에게 꿈과 희망을 주는 대상도 없다. 러시아가 열악한 경제 상황에서도 우주탐사를 계속하는 것도 국민에게 희망과 자부심을 주기 위함이었다. 아폴로호가 달에 착륙했을 때 감동한 것은 비록 미국인만이 아니었다.아폴로계획이 끝나고 동서냉전시대가 마감되면서 우주개발 예산은 대폭 삭감됐다. 1960년대 미국 전체 예산의 5% 정도였던 미국항공우주국(나사)의 현재 예산은 0.5%에 불과하다. 적은 예산으로 나사는 ‘선택과 집중’이란 방법을 사용할 수밖에 없었다. 그리고 2000년대 초반 선택한 곳은 달이었다. 2004년 조지 W 부시 대통령은 달을 목표로 하는 우주탐사계획을 발표한다. 전체 예산이 1000억달러 가까이 필요한 ‘컨스텔레이션 계획’이 그것이다. 우주정거장을 완성하고 2020년까지 ‘달로 돌아가서’ 궁극적으로는 화성에 사람을 보내는 것이 목적이었다.화성탐사용 우주선인 오리온 개발이 시작된 게 이때부터다. 하지만 부시에 이어 취임한 버락 오바마 대통령은 2010년 2월 컨스텔레이션 계획을 중지시켰다. 이후 미국은 달을 거치지 않고 바로 화성으로 가는 유인탐사계획을 발표했다. 나사는 화성으로 가는 전 단계로 화성탐사용 우주선을 이용해 작은 소행성을 달 궤도로 끌고 오는 소행성 포획 계획을 수립했다. 우주인 훈련과 함께 소행성을 자원화하겠다는 것이다. 2016년에는 화성궤도에 우주정거장을 세우는 계획이 발표되기도 했다.2017년 트럼프 행정부가 들어서면서 나사의 계획은 다시 변화를 겪게 된다. 트럼프 행정부는 올 3월 소행성탐사 예산을 전액 삭감했다. 그리고 이달 초 나사는 워싱턴에서 열린 화성탐사심포지엄에서 새로운 우주탐사계획을 발표했다.3단계로 이뤄진 트럼프 행정부의 우주탐사 최종 목표도 역시 화성이다. 1단계로 2026년까지 달에 전초기지인 우주정거장을 건설하겠다는 것이다. 2027년부터 시작되는 2단계는 이곳에 화성탐사용 우주선을 보내 1년 이상 훈련을 시킨다. 마지막 3단계로 2033년 이후 달 궤도 우주정거장에서 화성으로 유인탐사선을 보내겠다는 것이다. 트럼프 행정부가 추진하는 우주탐사계획이 다음 정부에서도 그대로 진행될지는 알 수 없다. 하지만 변하지 않는 것이 있다. 바로 화성에 인간이 간다는 사실이다.민간 차원의 화성탐사계획도 이미 진행되고 있다. 미국의 우주기업 스페이스X를 이끌고 있는 억만장자 사업가 앨런 머스크는 2022년에 화성에 유인탐사선을 보내고, 이번 세기 안에 100만명이 거주하는 화성식민지를 만들겠다고 공공연히 얘기하고 있다. 물론 지금까지 유인우주선을 한 번도 발사해 본 적 없는 그의 말을 그대로 믿는 과학자는 거의 없다.계획대로라면 최소한 2030년대에는 화성 땅을 밟는 최초의 마션, 화성인이 나올 것이다. 화성은 인류가 지구를 벗어나 생활터전을 만들 수 있는 가장 가능성이 큰 행성이다. 하지만 지구의 가장 험한 오지도 화성보다 못한 곳은 없다. 천문학적인 비용으로 우주를 개발하는 것도 중요하지만 지구를 가꾸고 보호하는 일에도 더 많은 관심과 비용을 들여야 하는 이유이다. 이태형 한국우주환경과학연구소장

인류에게 지구만큼 적당한 환경의 행성은 없다. 하지만 우주에서 지구만이 인류가 생존할 수 있는 유일한 곳은 아니다. 우리 은하계에만 지구와 같은 행성이 수백억 개 존재할 것으로 추정되고 있다. 지난 5월 초, 세계적인 천체물리학자 스티븐 호킹은 인류가 앞으로 100년 이내에 지구를 떠나 우주에서 새로운 터전을 잡아야 한다고 주장했다. 기후 변화와 소행성 충돌 등으로 지구에 큰 재앙이 올 수 있으며, 지구의 재앙으로부터 인류가 종말을 피하기 위해서는 우주에 새로운 생활 터전을 만들어야 한다는 것이다. 물론 현재의 과학으로는 인류가 태양계를 벗어나는 일은 쉬운 일이 아니다.지난 4월 말, 우리나라 천문학자들은 지구에서 1만3000광년(1광년은 빛이 1년 동안 날아가는 거리) 떨어진 우리 은하의 중심 방향에서 미시중력렌즈 현상을 이용해 지구 질량의 약 1.4배 되는 지구형 행성을 발견했다. 중력렌즈 현상은 20세기 초에 아인슈타인이 발견한 일반 상대성이론에서 증명된 현상이다. 중력이 빛을 휘게 한다는 것이 바로 일반 상대성이론이다. 볼록렌즈는 직진하는 빛을 중심으로 모아주는 역할을 한다. 중력이 렌즈처럼 빛을 휘게 하기 때문에 중력렌즈 현상으로 불린다. 중력이 센 별은 빛을 많이 휘게 하고, 약한 별은 적게 휘게 한다. 중력렌즈 현상으로 어떤 별 뒤에 있는 빛은 그 별 옆을 통과하면서 휘어져 보이게 된다.그런데 그 별에 행성이 돌고 있다면 어떤 일이 벌어질까? 지구에서 볼 때 행성은 별에서 멀어졌다 가까워졌다를 반복한다. 행성도 작지만 중력을 가지고 있다. 결국 이 행성의 질량에 의해 그 별 뒤에 있는 빛이 휘는 정도에 아주 조그만 변화가 생긴다. 행성에 의한 빛의 조그만 변화가 바로 미시중력렌즈 현상이다. 행성이 별을 공전하는 과정에서 별 뒤에 있는 빛의 세기가 행성의 중력으로 인해 미세한 렌즈를 통과하는 것처럼 조금씩 변한다. 이 변화의 크기를 측정하면 미시중력렌즈 현상을 만든 행성의 질량과 공전 주기를 알 수 있다. 결국 행성의 질량과 행성에서 별까지의 거리를 알 수 있다는 것이다. 이번에 우리 연구진은 은하 중심부를 약 9분 간격으로 관측했고, 미시중력렌즈 현상에 의한 약 2.5시간 동안 은하 중심부의 밝기가 일시적으로 변하는 현상을 발견한 것이다. 이 행성은 지금까지 발견된 지구형 행성 중에서 가장 거리가 멀다.행성이 별에 너무 가까우면 중력렌즈 현상을 따로 분리하기가 힘들다. 반대로 너무 멀면 행성의 움직임이 느리기 때문에 중력렌즈 현상을 감지하기가 어렵다. 미시중력렌즈 현상으로 행성을 발견하기 위해서는 별과 행성 사이의 거리가 태양에서 지구까지 거리의 1~10배는 돼야 한다. 지금까지 미시중력렌즈 현상으로 발견된 행성은 모두 56개다. 그중 우리나라가 이번에 발견한 행성이 가장 작다. 그만큼 미세한 빛의 변화를 측정했다는 뜻이다.평소에 느끼지 못하는 중력. 그 작은 변화를 통해 우주의 숨겨진 비밀이 발견되고 있다. 질량을 가진 물체가 움직이면 반드시 흔적이 남는다. 눈으로 볼 수 없는 작은 흔적까지 찾아내는 것이 바로 현대의 과학이다. 그리고 그 중심에 우리나라가 있다는 사실이 우리를 즐겁게 한다.이태형 한국우주환경과학연구소장

얼마 전 미국항공우주국(나사)은 토성의 위성인 엔켈라두스의 남극에서 심해수의 흔적을 발견했다고 발표했다. 엔켈라두스는 2005년 이래로 남극 근처에서 여러 차례 물기둥이 발견돼 목성의 위성인 유로파와 함께 액체 상태의 바다가 있을 가능성이 가장 큰 천체로 알려져 왔다.2015년 10월 28일, 토성을 탐사하고 있던 나사의 카시니 탐사선은 엔켈라두스의 남극 근처를 낮게 날면서 물기둥에서 분출되는 물질을 수집했다. 나사는 이 물질을 분석한 결과와 여러 가지 관측자료를 종합해 엔켈라두스 표면 아래에 액체 상태의 바다가 확실히 존재한다는 결론을 내린 것이다. 그리고 물기둥에 다량의 수소 분자가 포함된 사실로부터 엔켈라두스에 생명체가 존재할 가능성이 높다는 결론도 함께 발표했다.깊은 바닷속에서 고온·고압의 물이 암석 속에 포함된 금속과 반응하면 수소가 발생한다. 이것을 수열반응이라고 한다. 햇빛이 닿지 않는 깊은 바닷속에는 이 수소를 이용해 에너지를 얻는 아주 작은 미생물이 있다. 수소와 이산화탄소가 결합해 메탄이 만들어지는 과정에서 에너지를 얻는 메탄균과 같은 세균이 바로 그것이다.엔켈라두스는 지름이 약 500㎞로 토성의 가장 큰 위성인 타이탄에 비해 10분의 1밖에 되지 않는다. 태양으로부터의 거리는 15억㎞ 정도로 지구보다 열 배나 멀리 떨어져 있기 때문에 표면의 온도는 영하 200도 정도로 매우 낮다. 이렇게 낮은 온도의 위성 표면 아래에 어떻게 액체 상태의 바다가 있고, 뜨거운 물에 의해 수열반응이 일어날 수 있을까.엔켈라두스에는 지구처럼 뜨거운 마그마가 존재하지 않는다. 그 원인은 토성의 중력, 좀 더 정확히 말하면 토성의 기조력 때문이다. 기조력은 중력의 차이 때문에 나타나는 힘으로 밀물과 썰물을 만드는 힘이기도 하다. 엔켈라두스에 미치는 토성의 중력은 토성을 향한 쪽과 반대쪽에 차이가 난다. 중력은 거리가 가까울수록 크게 작용하기 때문이다.딱딱한 고체의 양쪽에 서로 다른 크기의 힘이 작용하면 어떻게 될까. 커다란 종이를 두 사람이 앞뒤에서 두 손으로 펼쳐 잡고 걸어간다고 생각해보자. 앞에 가는 사람이 빨리 가고, 뒤에 가는 사람이 천천히 가면 그 종이는 앞뒤로 찢어지고 말 것이다. 이것이 바로 기조력이다. 즉, 기조력은 양쪽에 미치는 중력의 차이 때문에 약한 힘이 작용하는 곳에서는 강한 힘이 작용하는 방향과 반대방향으로 힘을 받게 되는 현상이다. 엔켈라두스에 작용하는 기조력으로 인해 얼어 있는 내부에 균열이 생기고, 균열된 틈 사이에 마찰열이 발생하게 된다. 결국 이 열로 인해 엔켈라두스 내부에 바다가 만들어지고 갈라진 틈으로 물기둥이 솟구치게 되는 것이다. 목성의 위성인 유로파의 지하에 거대한 바다가 존재할 수 있는 것도 같은 이유이다.미국과 유럽은 2020년대에 각각 엔켈라두스를 향해 탐사선을 발사할 계획을 갖고 있다. 목성의 위성인 유로파를 조사하는 탐사선도 비슷한 시기에 발사될 예정이다. 머지않아 태양계 얼음 위성의 바닷속 비밀이 밝혀질 것이다. 지금까지 어떤 형태의 생명체도 지구 밖에서 발견된 적은 없다. 비록 세균과 같은 작은 미생물이라도 지구 밖에서 발견된다면 그것만으로도 지구 생명체의 역사를 다시 써야 할 엄청난 발견이 될 것이다.이태형 한국우주환경과학연구소장

오는 19일 오후 9시24분(한국시간), 커다란 소행성 하나가 지구에 가장 가까이 접근한다. 2014 JO25로 알려진 이 소행성은 이날 지구로부터 약 180만㎞, 지구에서 달까지 거리의 4.5배 정도까지 접근한다. 이 소행성의 지름은 약 650m로 롯데월드타워보다도 100m 정도 더 크다. 2004년 9월 지구에 약 150만㎞까지 접근했던 지름 5㎞ 정도의 투타티스 소행성 이래 지구에 근접하는 가장 큰 소행성이다.이 소행성이 지구에 충돌하거나 특별한 영향을 미칠 가능성은 거의 없다. 미국항공우주국(NASA)의 발표에 따르면 앞으로 400년 이내에 이 소행성이 지구에 더 가까이 접근할 가능성은 없다고 한다. 이 소행성에 대해 알려진 것은 달보다 표면 반사율이 2배 정도 크다는 것이 거의 전부이다. 나사에서는 캘리포니아 사막의 70m 전파망원경과 푸에르토리코의 305m 아레시보 전파망원경을 이용해 이 소행성 표면을 정밀 관측할 예정이다. 2000년 이후 지구에 접근하는 소행성이 많이 늘어났다. 하지만 실제로 지구를 위협하는 천체가 늘어난 것은 아니다. 단지 소행성이나 혜성의 위협에서 지구를 보호해야 한다는 공감대가 확산되면서 그동안 눈에 띄지 않았던 작은 천체가 발견되고 있을 뿐이다.지구에서 태양까지 거리의 1.3배 이내에 들어오는 천체를 지구근접천체(NEO)라고 부른다. 약 1만4000개의 소행성과 100개 이상의 혜성이 여기에 포함된다. 이들 중 지구와 충돌했을 때 상당한 피해를 줄 수 있는 천체는 ‘잠재적 위협이 되는 천체(PHO)’로 따로 분류해 감시하고 있다. 2017년 3월 기준으로 1786개의 소행성이 여기에 속하는데 이 중 157개 정도는 지름이 1㎞ 이상으로 알려져 있다. 나사는 2016년 1월에 지구 근접천체를 감시하는 지구방위국을 설치해 운영하고 있다. 이곳에서는 적외선 우주망원경을 이용해 지구와 충돌할 가능성이 있는 지름 30~50m 이상의 소행성이나 혜성의 목록을 만들고 추적하는 일을 한다.소행성 충돌은 미래에 일어날 수 있는 사건으로, 미리 연구하고 대비해야 할 인류의 중요한 과제이다. 나사는 현재까지 알려진 소행성이나 혜성 중에 최소한 앞으로 100년 이내에 지구와 충돌할 가능성이 있는 천체는 없다고 밝혔다. 지구와 충돌할 가능성이 있는 천체를 파괴하거나 궤도를 바꾸게 하는 연구도 꾸준히 진행되고 있다. 소행성이나 혜성 충돌로 인류가 지구에서 사라질 일은 없을 것이다. 소행성은 다양한 광물로 이뤄져 있다. 철이나 금을 포함해 인류가 사용하는 대부분의 광물 자원은 소행성이 지구와 충돌하면서 가져온 것이다. 백금이 풍부한 것으로 알려진 지름 500m 정도 크기의 소행성 가치는 우리나라 돈으로 약 3경원이나 된다.현재 나사와 여러 우주벤처기업이 소행성을 포획해 그 자원을 지구로 가져오는 연구를 진행하고 있다. 지구에 근접하는 소행성이 인류에 위협을 주는 존재가 아닌 횡재를 가져오는 존재로 여겨질 날이 머지않았다. 기술의 진보는 세상을 보는 눈을 바꾸게 해준다. 인류는 이번 세기가 지나기 전에 4차 산업혁명 시대를 넘어 우주로 진출하는 5차 산업혁명 시대를 열 것이다.이태형 한국우주환경과학연구소장

일상생활에서 접하기 힘든 자연현상 중 가장 신비로운 것이 오로라다. 위도 60도 이상의 고위도 지방에서만 볼 수 있는 오로라 현상은 하늘이 인간에게 줄 수 있는 최고의 감동이다. 많은 사람이 평생의 버킷 리스트로 뽑고 있는 오로라 현상이 요즘도 극지방의 하늘을 화려하게 물들이고 있다.실제로 오로라를 보고도 큰 감동을 느끼지 못하는 사람도 많다. 그것은 바로 오로라의 정수인 ‘오로라 폭풍’을 보지 못했기 때문일 것이다. 오로라는 보는 것이 아니라 느끼는 것이다. 서서히 움직이던 오로라가 갑자기 온 하늘을 뒤덮으며 빠르게 확산한다. 순간 무수히 많은 빛줄기가 하늘 저편으로부터 쏟아져 내린다. 하늘이 온통 환해지며 푸른 빛 아래로 흰 빛과 분홍빛 덩어리가 휘몰이장단으로 출렁거린다. 짧게는 수분, 길게는 수십분, 오로라의 광풍이 온 하늘을 뒤덮는다. 인간이라면 누구라도 비명을 지르지 않을 수 없는 광경이 계속된다.오로라는 극지방 상층의 공기입자가 태양에서 날아오는 고에너지 입자와 부딪쳐 빛을 내는 현상이다. 이에 태양으로부터 날아오는 입자가 많을수록 오로라는 더 화려하게 나타난다. 태양 활동은 11년을 주기로 활발해진다. 태양 활동이 활발해지면 표면에 흑점이 늘어나고 흑점 주변에서 대규모의 폭발이 자주 일어난다.태양 활동은 2012년과 2013년을 정점으로 점차 약해지고 있다. 올해엔 태양에 흑점이 보이지 않는 날이 3분의 1이나 될 정도로 태양 활동이 매우 약해졌다. 그런데 실제로 오로라 폭풍이 관측되는 정도는 수년 전에 비해 크게 다르지 않다. 일반적으로 알고 있던 태양 활동 주기와 오로라 폭풍 현상이 큰 연관이 없다는 것이다.오로라가 잘 보인다는 것은 지구의 보호막이 잘 작동하고 있다는 증거이다. 지구는 눈에 보이지 않는 거대한 자기장으로 덮여 있다. 지구 자기장은 지구의 핵에서 만들어져 극지방을 뚫고 도넛 모양으로 지구를 덮고 있다. 지구 자기장이 지면을 뚫고 나와 100㎞ 정도 상공에서 대기와 만나는 곳이 바로 오로라가 발생하는 곳이다. 태양은 거대한 수소폭탄으로, 태양에서 날아오는 입자들은 높은 에너지를 가진 방사성물질이다. 이 방사능 입자를 막아주는 것이 지구의 자기장이다. 만약 자기장이 없었다면 지구는 방사능으로 오염된 죽음의 공간이 됐을 것이다.우리는 아직 태양에 대해 아는 것이 많지 않다. 태양 표면에서 초음속의 입자가 어떤 과정을 거쳐 방출되고 있는지 정확히 모른다. 또한 태양 활동이 약해진 시기에도 오로라 폭풍이 지속적으로 나타나는 이유도 정확히 알지 못한다. 미국 항공우주국(NASA)은 태양을 좀 더 정밀하게 관측하기 위해 내년에 탐사선을 발사할 계획이다. 이 탐사선은 태양에 600만㎞ 정도(태양 지름의 약 5.5배 거리)까지 접근해 태양 표면의 비밀을 밝힐 예정이다.오로라 현상은 자연에 대해 인간이 얼마나 겸손해야 하는지를 깨닫게 해준다. 꼭 한번은 오로라 폭풍을 직접 보기 바란다. 그리고 자연 앞에서 우리가 무엇을 얼마나 열심히 하고 살아야 할지 한 번쯤 생각해 보기 바란다.이태형 한국우주환경과학연구소장

오는 20일은 낮과 밤의 길이가 같은 날로 알려진 춘분이다. 낮과 밤의 기준은 일출과 일몰 시각이다. 즉, 낮은 해가 지평선 위에 떠 있는 시간을 말한다. 춘분날 서울을 기준으로 해가 뜨는 시각은 오전 6시 36분이고, 해가 지는 시각은 오후 6시 44분이다. 이에 춘분날 낮의 길이는 12시간 8분으로 밤보다 길다. 실제 낮과 밤의 길이가 같은 날은 춘분보다 며칠 빠른 17일이다.춘분의 정확한 의미는 태양의 중심이 하늘의 적도와 만나는 날이다. 하늘의 적도는 정확히 동쪽에서부터 서쪽까지 180도의 반원을 이룬다. 지구의 공전으로 인해 태양은 황도라고 불리는 하늘의 길을 따라 별 사이를 움직이는 것처럼 보인다. 태양이 황도의 남쪽을 움직일 때가 겨울이고, 북쪽으로 올라와 있을 때가 여름이다. 겨우내 하늘의 남쪽에서 움직이던 해가 하늘의 북쪽으로 들어서는 날이 바로 춘분이다. 이날 이후 해가 뜨는 위치는 북쪽으로 조금씩 올라간다. 이런 의미에서 고대에는 많은 나라에서 춘분을 한해의 시작으로 여기기도 했다.춘분에 태양이 있는 하늘의 지점을 춘분점이라고 부른다. 춘분점은 하늘의 그리니치 천문대로 불리기도 하는데, 천문학자들이 춘분점을 기준으로 별의 위치를 재기 때문이다. 춘분은 종교적으로도 매우 중요한 날이다. 기독교의 가장 중요한 축제인 부활절이 춘분을 기준으로 정해지기 때문이다. 부활절은 춘분 이후 첫 번째 보름달이 뜬 다음 일요일이다. 올해는 춘분이 3월 20일이고, 4월 11일 화요일이 음력 15일이기에 4월 16일이 부활절이다. 춘분은 평년에 3월 21일이 많은데 올해처럼 20일인 경우도 있다.춘분날 낮의 길이가 긴 원인은 무엇일까. 첫 번째는 일출과 일몰 시각을 해의 중심이 아닌 가장 윗부분이 지평선에 닿는 순간을 기준으로 계산하기 때문이다. 해의 지름을 각도로 나타내면 약 0.5도이다. 해는 24시간 동안 약 360도를 움직이기에 1시간에 15도, 4분에 1도를 움직인다. 춘분날 해는 중심을 기준으로 동쪽 지평선에서 서쪽 지평선까지 180도를 움직이지만 가장자리를 기준으로 하면 해의 지름에 해당하는 0.5도 정도를 더 움직인다. 그러므로 춘분에는 낮이 밤보다 길 수밖에 없다. 태양이 0.5도를 더 움직이는 데 걸리는 시간은 2분 정도다. 그런데 실제로 춘분에는 12시간보다 8분 정도 낮이 더 길다.해가 지평선에 닿을 때까지 속도와 지평선에 닿은 해가 완전히 사라질 때의 속도는 다르다. 지평선 아래로 사라질 때는 닿을 때보다 속도가 절반밖에 안 된다. 지름이 약 0.5도인 해가 지평선에 닿아서 아래로 넘어가는 데는 2분이면 충분하지만 실제로는 4분 정도나 걸린다. 왜 해는 지평선에 닿았을 때 움직임이 느려지는 것일까.지평선 아래의 해는 대기의 굴절 효과로 인해 0.5도 정도 위로 떠올라 보인다. 따라서 해가 지평선 아래로 0.5도만큼 더 내려가야 우리는 해가 완전히 진 것을 알게 된다. 일출이나 일몰 시각도 이 효과를 고려해 실제 지평선보다 0.5도 정도 아래의 가상 지평선을 기준으로 계산해 발표한다. 일상에서 우리에게 중요한 것은 해가 실제로 ‘어디에 있느냐’가 아니라 ‘어디에서 보이느냐’이기 때문이다.이태형 한국우주환경과학연구소장

지난 2월 말 미국항공우주국(NASA)은 지구에서 약 39광년(1광년은 빛이 1년 동안 날아가는 거리) 떨어진 작은 별에서 지구와 비슷한 일곱 개의 행성을 발견했다고 발표했다. 하나의 별에 제2의 지구가 될 가능성이 있는 행성이 일곱 개나 존재한다는 것은 천문학 역사상 유래를 찾기 힘든 대단한 발견이었다. 지구 지름은 태양의 100분의 1도 되지 않는다. 수십광년 떨어진 곳에서 어떻게 지구 크기의 행성을 일곱 개나 발견할 수 있었을까. 그리고 그 행성이 지구와 비슷한 환경이라는 것을 어떻게 알 수 있었을까. 태양계 밖에서 지구 크기의 외계 행성을 직접 관측할 수 있는 망원경은 아직 없다. 이번에 발견된 행성은 트라피스트-1이라고 불리는 작고 희미한 별의 둘레를 돌고 있다. 트라피스트-1은 태양 질량의 약 8%밖에 안 되는 붉은색의 작은 별로, 태양보다는 목성 크기에 더 가깝다. 지구에서 볼 때 행성이 별의 앞을 지나게 되면 별빛을 살짝 가리게 된다. 이때 별빛이 흐려지는 정도를 분석하면 행성의 겉보기 크기를 알 수 있다. 그리고 별빛이 흐려지는 주기를 측정하면 행성의 공전 주기를 알 수 있다.별에 가까운 행성일수록 공전주기가 빠르기 때문에 공전주기를 알면 별과 행성의 거리를 계산할 수 있다. 행성의 실제 크기는 행성의 겉보기 크기와 별까지의 거리를 통해 알게 된다. 행성이 움직이는 동안 중심의 별도 행성의 영향을 받아 조금씩 흔들린다. 달이 지구를 공전하는 동안 지구가 달의 영향을 받아 조금씩 흔들리는 것과 같은 현상이다. 행성의 질량이 클수록 별이 흔들리는 정도는 더 커진다. 결국 행성의 질량은 별이 흔들리는 정도를 정확히 분석해 알아내게 된다.이렇게 밝혀낸 행성의 질량과 크기를 통해 행성의 밀도를 계산하고, 그 밀도를 기초로 행성의 상태를 알아낼 수 있다. 이번에 발견된 행성은 모두 이런 과정을 거쳐 지구처럼 딱딱한 암석으로 이뤄져 있고, 별로부터의 거리로 봤을 때 생명체가 존재할 수 있는 온도 조건을 갖추고 있다는 것이다. 행성은 별에 가까운 순서로 b, c, d, e, f, g, h의 알파벳 이름이 붙여진다. 트라피스트-1b가 가장 안쪽의 행성이고 트라피스트-1h가 가장 바깥 행성이다. 그렇다면 이 일곱 개의 행성이 모두 지구처럼 생명체가 살 수 있는 곳일까. 아직까지 밝혀진 것은 없다. 만약 이들 행성에 대기가 있다면 별빛이 대기를 통과할 때 대기 성분에 의해 빛의 일부가 흡수된다. 따라서 대기를 통과한 별빛의 아주 작은 변화를 분석할 수 있다면 행성 대기 속의 수증기와 산소, 메탄가스 등의 존재를 확인할 수 있다. 허블 우주망원경을 포함한 거대한 망원경이 이 작업을 수행하고 있다. 물론 이들 행성에 물과 적당한 대기가 있다고 해도 현재의 과학기술로는 그곳을 찾아갈 수 있는 방법은 없다. 하지만 나사의 이번 발표를 통해 우주에 지구와 비슷한 행성이 무수히 많고, 그 어딘가에 어떤 형태로든 생명체가 존재할 것이라는 것은 충분히 예상할 수 있다.먼 훗날 인류는 태양계를 벗어나 더 먼 우주로 나아갈 과학기술을 개발할 수 있을 것이다. 문제는 시간이다. 그 시간 동안 우리는 지구에 살아야 하고, 따라서 지구를 최대한 잘 가꾸고 보존해야 한다. 이태형 한국우주환경과학연구소장

우주에서 가장 신비로운 대상 중 하나가 바로 블랙홀이다. 영화 속에서는 우주의 다른 세계로 들어가는 통로가 되기도 하고, 주위의 모든 물질을 빨아들이는 괴물이 되기도 하는 블랙홀, 과연 블랙홀의 정체는 무엇일까. 지난 9일 세계적인 과학 학술지 네이처에는 새로운 형태의 블랙홀을 찾았다는 연구 결과가 발표됐다. 지구에서 약 1만3000광년 떨어진 곳에서 태양 질량의 2200배 정도 되는 블랙홀이 발견됐다는 것이다. 이 블랙홀이 발견된 곳은 수만 개의 별이 공처럼 모여 있는 구상성단 속이었다.블랙홀은 크게 두 가지 형태로 나눠진다. 가장 흔한 블랙홀은 태양보다 질량이 수십 배 되는 별이 죽은 다음 그 중심 부분이 압축돼 만들어지는 ‘항성질량 블랙홀’이다. 항성질량 블랙홀의 질량은 태양의 서너 배에서 수십 배이다. 두 번째 형태는 은하계 중심에 있는 거대질량 블랙홀이다. 대부분의 은하계 중심에는 태양 질량의 수십만 배에서 수십억 배에 해당하는 엄청난 질량의 블랙홀이 존재한다. 하지만 거대질량 블랙홀이 만들어지는 과정에 대해서는 정확히 알려진 것이 없다. 블랙홀이 서로 합쳐지거나, 주변의 별이나 물질을 흡수해 거대질량 블랙홀을 형성할 수 있다고 여겨질 뿐이다. 블랙홀은 좁은 공간에 많은 물질이 압축돼 있는 곳이다.블랙홀이 되기 위해서는 물질을 압축할 수 있는 엄청나게 큰 중력이 있어야 한다. 그리고 그런 중력을 갖기 위해서는 상당히 많은 질량이 한곳에 모여 있어야 한다. 결국 별 중에서 블랙홀이 되는 것은 최소한 태양 질량의 수십 배 되는 큰 별들이다. 질량이 크면 클수록 중력은 커지고, 어느 정도 한계 이상의 중력이 되면 블랙홀이 만들어진다. 물론 별이 빛나는 단계에서는 블랙홀이 만들어질 수 없다. 블랙홀은 검은 구멍으로 번역되지만 통로는 아니다. 따라서 만화 속에 등장하는 화이트홀은 실제로는 존재하지 않는다. 블랙홀로 빨려 들어간 물질은 중심으로 모일 뿐이다.주변의 별이나 물질을 빨아들이면 더 큰 블랙홀이 된다. 항성질량 블랙홀이 중간질량 블랙홀 단계를 거쳐 거대질량 블랙홀이 되는 것일 수도 있다. 결국 이번에 발견된 중간질량 블랙홀을 연구하면 거대질량 블랙홀의 생성 비밀을 알아낼 수도 있을 것이다.블랙홀과 블랙홀이 연결되면 웜홀이라는 통로가 생길 수 있다. 하지만 웜홀은 이론적으로 가능할 뿐 실제로 존재하는지는 확인되지 않았다. 공상과학(SF) 영화에서는 웜홀을 통해 우주의 다른 공간으로 여행하는 장면이 자주 나온다. 이것을 워프라고 부른다. 하지만 웜홀로 들어가기 위해서는 블랙홀을 통과해야 하고, 결국 도착하는 곳도 블랙홀이다. 들어갈 수도 없고, 빠져나갈 방법도 없다.이론적으로 웜홀을 통과하게 되면 지구는 쌀알만 해진다. 우주선이나 그 속의 모든 물질은 눈에 보이지 않을 정도로 압축된다. 결코 살아남을 수 없다. 전자같이 아주 작은 물질은 확률적으로 블랙홀을 빠져 나갈 수도 있다고 한다. 하지만 우리가 볼 수 있는 보통의 세계에서는 불가능한 일이다. 영화는 영화일 뿐이다.이태형 한국우주환경과학연구소장