오는 11일은 음력으로 1월 15일, 정월대보름이다. 이날 보름달이 뜨는 시간은 해가 지고 약 20분 정도가 지난 저녁 6시27분(서울기준)이다. 추석 한가위와 더불어 1년 중 달이 가장 친숙하게 느껴지는 날이 정월대보름이다.그런데 왜 1년 중 1월에만 대보름이라는 이름이 붙은 것일까. 정월대보름달이 다른 보름달에 비해 특별히 크게 보이지는 않는다. 달의 크기는 지구와 달의 거리에 따라 결정되는데 그 주기는 대략 14개월로 정월보름달의 크기는 매번 다르다. 정월대보름은 한 해의 첫 번째 보름달이 뜨는 날이기에 그만큼 달을 향한 바람이 많고 달이 크게 느껴져 대보름으로 불렸을 것이다.정월대보름은 청춘 남녀들이 밤새 데이트를 하면서 사랑을 고백할 수 있었던 날로도 유명하다. 조선시대에는 밤 10시부터 새벽 4시까지 한양 4대문 안의 통행을 금지하는 제도가 있었다. 1년에 딱 두 번, 통행금지가 해제되는 날이 있었는데 그날이 바로 정월대보름과 사월초파일이었다. 정월대보름은 1년 중 보름달과 관련된 세시풍속이 가장 많은 날이기도 하다. 그중 가장 많은 사람이 참여하는 것이 달을 보고 소원을 비는 ‘달맞이’ 풍속이다. 사람들은 남보다 먼저 달을 보고 소원을 빌기 위해 높은 산에 오르기도 했다. ‘달집태우기’는 보름달이 떠오를 때 솔가지와 나뭇더미로 만든 달집을 태우는 풍속이다. 여기에는 질병과 근심을 다 태워버리고 밝은 새해를 맞고자 하는 소망이 담겨 있다. 달집이 골고루 잘 타면 풍년이 온다고 믿었다. 보름달을 보며 점을 치는 ‘달점’이라는 풍속도 있었다. 달점은 달의 빛깔과 뜨는 위치, 뜨는 시간으로 한 해의 농사를 점치는 것이다. 달이 뜰 때 빛이 붉으면 가물고, 희면 장마가 질 징조로 보았다. 달이 남쪽으로 치우쳐 뜨면 해변에 풍년이 들고, 북쪽으로 치우쳐 뜨면 산촌에 풍년이 들 징조라고 해석했다. 또한 올해처럼 해가 지고 난 후에 달이 뜨면 풍년이 온다고 믿었다. 물론 이런 달점이 과학적으로 근거가 있는 것은 아니다. 지평선 근처에 안개나 먼지가 많을 때에는 뜨거나 지는 달이 붉게 보인다. 이것은 빛의 산란과 관련된 문제이다.달을 통해 삼신을 몸으로 받는 ‘삼신달받기’ 역시 정월대보름의 중요한 풍속이다. 삼신은 아이의 출산과 양육을 맡은 신으로 삼신할매라고도 한다. 달 모양의 변화주기(29.5일)가 여성의 월경주기와 비슷한 상징성이 있기 때문에 아이를 갖고 싶어하는 여인들은 정월대보름 밤에 은밀히 달받기를 했다. 달받기는 여인들이 보름달을 향해 호흡을 멈추고 치마폭으로 달의 기운을 받는 것이다. 대보름 전날 수수깡을 갈라 그 속에 12개(올해처럼 윤달이 있는 해에는 13개)의 콩을 나란히 넣고 우물 속에 넣었다가 대보름날 새벽에 콩이 불은 모양을 보고 일 년의 농사 운을 보는 ‘달불이’ 풍속도 있었다. 세 번째와 다섯 번째 콩이 불어 있으면 3월과 5월에 비가 많이 와서 농사에 도움이 된다는 뜻으로 해석한다.올해는 그 어느 때보다도 정월대보름달을 향해 소원을 빌고 싶은 해이다. 좋은 대통령을 뽑아서 살기 좋은 나라가 만들어지길 다함께 간절히 빌어보자.이태형 한국우주환경과학연구소장

요즘도 저녁 하늘에서 가장 밝고 아름답게 빛나는 행성이 금성이다. 하지만 겉보기와는 다르게 태양계의 행성 중 가장 생명체가 살기 힘든 곳이 금성이다. 섭씨 500도에 가까운 온도, 90기압이 넘는 압력으로 금성 표면은 마치 지옥과도 같은 곳이다. 그런데 그런 금성에서 생명체 탐사가 준비되고 있다. 미국과 러시아가 공동으로 추진하는 베네라-D 프로젝트. 생명체가 존재하기 위해서는 적당한 온도와 기압이 필요하다. 이런 환경을 갖춘 곳을 ‘골디락스 존’이라고 부른다. 금성에 존재하는 골디락스 존은 바로 금성의 대기 속이다.금성의 대류권은 표면으로부터 약 100㎞ 상공까지 이어진다. 그중 50~60㎞의 높이가 골디락스 존이다. 이곳의 온도는 30~60도, 기압은 약 1기압으로 지구의 환경과 매우 비슷하다. 자외선으로 촬영한 금성 사진 속에서 검은 줄무늬로 보이는 곳이 바로 50㎞ 상공의 구름층이다. 그곳에 존재하는 어떤 물질이 태양으로부터 오는 자외선을 흡수해 검은 줄무늬를 만들고 있는 것이다. 과연 그 물질들이 무엇일까. 러시아는 1960년대 금성 탐사에서 박테리아 크기의 길고 작은 물질을 발견한 적이 있다. 당시에는 그 물질의 정체를 확인할 수 없었다.문제는 금성 구름층에 상당량의 황산이 존재한다는 것이다. 생명체가 존재한다면 황산으로부터 보호될 수 있는 방법이 있어야 한다. 과학자들은 금성 구름 속에서 발견된 8개의 황으로 이루어진 S8이라는 물질에 주목하고 있다. 이 물질은 자외선을 흡수하는 성질도 있다. 만약 이 물질이 금성 구름 속에 충분히 존재한다면 미생물이 존재할 수 있는 가능성도 그만큼 커진다. 미국과 러시아는 올해 중으로 금성 탐사에 대한 협의를 마칠 예정이다. 발사 예정 시점은 2025년. 금성에 생명체가 존재한다면 인류 역사상 최초의 지구 밖 생명체 발견이 될 것이다.사실 금성이 처음부터 생명체가 살 수 없었던 곳은 아니었다. 지금으로부터 약 30억년 전, 지구에 원시 생명체가 생겨날 무렵 금성도 지구와 비슷한 환경이었다. 깊이 2000m에 이르는 거대한 바다도 있었고, 표면의 온도는 평균 15도 정도로 온화했다.하지만 수십억 년의 세월이 흐르면서 금성의 환경은 변했다. 원인은 금성의 느린 자전과 대기 속의 이산화탄소 농도였다. 금성의 자전 주기는 243일로 태양계에서 가장 느리다. 그만큼 햇빛에 노출되는 시간이 길다는 뜻이다. 태양 활동이 활발해지면서 오랜 시간 햇빛에 노출된 바다는 증발하게 됐고, 금성은 점점 더 온실처럼 뜨거워졌다. 지금으로부터 10억년쯤 전 금성은 더 이상 생명체가 살 수 없는 지옥 같은 환경이 됐다. 물론 그 이전에 생명체가 존재했는지는 알 수 없다.행성들의 환경은 오랜 세월에 걸쳐 계속 변한다. 지금은 지구가 가장 좋은 환경이지만 그것이 영원하리라는 보장은 없다. 물론 변화의 속도가 느리기 때문에 충분히 준비할 수 있는 시간이 주어진다. 하지만 변화의 속도를 늦출 수는 있어도 변화를 막을 수는 없다. 지구에 오래 살기 위해서는 변화하는 환경에 적응하거나 변화를 늦추는 방법을 찾아야 한다.이태형 한국우주환경과학연구소장

요즘 저녁 하늘에서 가장 눈부시게 빛나는 천체가 금성이다. 금성은 1등성이라고 불리는 가장 밝은 별보다도 100배 이상 밝다. 금성이 가장 밝게 보이는 이유는 대기 때문이다. 금성의 대기는 지구의 90배 이상이다. 이 엄청난 대기의 영향으로 금성은 마치 거대한 구리거울처럼 햇빛을 반사한다.금성이나 수성은 해를 기준으로 지구보다 안쪽에 있기 때문에 내행성이라고 불린다. 내행성은 해가 진 다음 서쪽 하늘에 보이거나 해가 뜨기 전에 동쪽 하늘에 먼저 보인다. 오는 12일은 지구에서 볼 때 금성이 해에서 가장 멀리 떨어지는 날이다. 즉, 이날은 금성을 가장 오랫동안 저녁 하늘에서 볼 수 있는 날이다. 금성의 위치는 해의 왼쪽, 즉 동쪽이다. 이날 금성은 태양에서 동쪽으로 약 47도까지 멀어진다. 금성을 볼 수 있는 시간은 해가 지고 최대 3시간 이상이다.이날 이후 금성은 점점 더 해와 가까워진다. 3월 25일, 금성이 지구와 해 사이를 통과하는데 이 무렵에는 금성을 볼 수 없다. 금성은 4월 중순 이후에 새벽하늘에서 다시 볼 수 있다. 이때는 금성이 태양보다 오른쪽, 즉 서쪽에 있기 때문에 해가 뜨기 전에 금성이 먼저 뜬다. 금성이 해로부터 서쪽으로 가장 멀리 떨어지는 날은 6월 3일이다. 저녁 하늘에서 금성을 다시 보기 위해서는 2018년 봄까지 기다려야 한다.금성은 보이는 위치에 따라 그 이름이 다르다. 요즘처럼 저녁 하늘에 보이는 금성은 개밥바라기라고 한다. 개밥바라기는 ‘개의 밥그릇’이란 뜻으로, 개가 저녁밥을 기다릴 무렵에 보이는 별이라고 해서 붙여진 이름이다. 한자로 태백성(太白星) 혹은 장경성(長庚星)이란 이름도 저녁 하늘에 보이는 금성을 가리키는 말이다. 샛별은 새벽에 동쪽 하늘에 보이는 금성을 가리키는 말이다. 한자로는 명성(明星) 또는 계명성(啓明星)으로 불렀는데 이는 옛 사람들이 금성을 새벽을 여는 별로 여겼기 때문이다. 서양에서는 금성을 미의 여신 비너스로 불렀다. 도시의 하늘에서도 금성은 눈이 부실 정도로 밝게 보인다.금성은 인류 최초의 외계 행성 탐사 목적지였다. 러시아는 1961년 최초의 행성 탐사 목적지로 금성을 선택했다. 미국 나사는 1962년 12월 인류 최초로 금성 탐사에 성공했다. 인류가 가장 먼저 금성을 선택한 이유는 그만큼 금성이 지구와 비슷하다고 생각했기 때문이다. 금성은 지름이 지구의 약 95%, 중력은 지구의 약 90% 정도로 겉보기에는 태양계에서 지구와 가장 비슷한 곳이다. 물론 다른 점도 많다. 금성은 공전보다 자전이 느린 유일한 행성이다. 그 결과 금성에서는 해가 서쪽에서 뜬다. 금성은 대기가 만드는 온실효과로 인해 표면온도가 500도에 이르는 태양계에서 가장 뜨거운 행성이다. 금성 표면에서 느끼는 기압은 지구의 바닷속 900m 지점에서 느끼는 압력과 비슷하다. 대기의 95%는 이산화탄소로 이루어졌고 황산 성분도 포함돼 있다. 결국 태양계에서 생명체가 살기에 가장 불가능한 환경이 금성이라는 것이 확인됐고, 그 후 인류의 탐사 목적지는 화성으로 변경됐다.보기에 아름다운 존재가 보이지 않는 부분까지도 아름다운 것은 아니다. 우리는 단지 금성이 빛나는 멋진 저녁 하늘을 즐기면 된다.이태형 한국우주환경과학연구소장

1년 중 어린이들이 가장 기다리는 날 중 하루가 바로 성탄절일 것이다. 나이가 들어 산타의 존재를 믿지 않는 사람도 밝고 정의로운 세상을 기대하며 예수가 탄생한 성탄절을 기념한다.예수의 탄생과 관련돼 가장 잘 알려진 것 중 하나가 바로 ‘베들레헴의 별’이다. 사실 ‘베들레헴의 별’이 실제로 존재했는지, 아니면 종교적인 상징물로 만들어졌는지는 정확하게 알 수 없다. 하지만 예수의 탄생 시기를 추정할 수 있는 몇 안 되는 단서 중의 하나가 베들레헴의 별이기 때문에 오랜 세월 동안 사람들은 이 별을 찾아내려고 노력했다. ‘베들레헴의 별’은 평소에 볼 수 없는 매우 특별하고 밝은 별일 것이라는 게 많은 사람들의 의견이다. 가장 가능성이 높은 것이 행성들이 모이는 현상이다. 최초로 이런 주장을 펼친 사람은 17세기 독일의 천문학자 요하네스 케플러였다. 그는 BC 7세기에 목성과 토성이 달 지름 두 배 정도로 가까이 접근한 현상을 ‘베들레헴의 별’이라고 주장했다. 현대의 천문학자들은 대부분 여기에 동의하지 않는다. 목성과 토성의 접근은 약 12년에 한 번씩 나타나는 일반적인 현상이기 때문이다.해와 달을 빼고 밤하늘에서 가장 밝게 빛나는 천체가 바로 금성이다. 금성의 밝기는 1등성이라고 불리는 가장 밝은 별보다도 무려 100배 이상 밝다. 그다음으로 밝은 천체는 목성이다. 목성도 1등성보다 10배 이상 밝다. 결국 금성과 목성이 같이 나란히 보인다면 그것만큼 더 화려하고 멋진 장관도 없을 것이다. 필자가 생각하는 가장 그럴듯한 ‘베들레헴의 별’ 후보도 바로 이 현상이다. BC 1년 6월 17일 저녁에 그런 일이 있었다. 이날 금성과 목성은 달 지름보다 가까이 접근했다. 그리고 그 두 행성이 보이는 위치는 바로 서쪽 하늘이었다. 동방 박사들이 페르시아 지역에서 두 행성이 모이는 것을 보고 출발했다면 당연히 서쪽으로 가야 했을 것이다.가장 그럴듯한 현상이 목성과 금성의 만남이지만, 이 현상이 맞다고 해도 결국 시간이 지나면서 두 별은 서로 멀어졌고, 결국 동방 박사가 따라 간 별은 더 밝은 금성일 수밖에 없다. 물론 이 경우에도 예루살렘에 도착한 후 그보다 남쪽으로 7㎞나 떨어진 베들레헴까지는 금성이 인도할 수 없다. 하지만 동방 박사들은 천문학에 조예가 깊은 전문가들이었다. 그해 가을 두 행성은 다시 새벽하늘에서 만나게 되고, 그 이후 목성은 새벽녘 남쪽 하늘에서 볼 수 있었다. 예루살렘에서 베들레헴까지 목성을 따라 갔다면 충분히 가능한 이야기이다.이외에 ‘베들레헴의 별’이 헬리혜성이라고 주장하는 사람도 있다. 물론 아주 밝은 혜성이 나타났다면 무척 장관이었고, 눈에 띄었을 것이다. 하지만 당시만 해도 혜성은 천체가 아니라 단순한 대기 현상으로 알려져 있었다. 또한 혜성의 등장은 매우 불길한 징조로 여겨졌기에 혜성을 예수의 탄생 징조로 보지는 않았을 것이다.지금 와서 예수의 탄생을 알렸던 ‘베들레헴의 별’이 어느 별이었는지를 정확히 확인할 수 있는 방법은 없다. 올 성탄절 저녁에는 서쪽 하늘에서 가장 밝게 빛나는 금성을 볼 수 있다. 세상을 밝히는 ‘베들레헴의 별’이 다시 뜨길 기대하는 마음으로 금성을 찾아보면 어떨까?이태형 한국우주환경과학연구소장

사람들은 밤하늘에 빛나는 별을 보며 잃어버린 동심을 떠올리기도 하고, 이루지 못한 꿈을 다시 되새겨 보기도 한다. 특히 요즘처럼 힘든 시절에는 밤하늘을 바라보며 기원하고 싶은 것이 더 많을 것이다.밤하늘에서 사람들이 가장 많이 소원을 비는 대상이 바로 둥근 보름달과 별똥별, 즉 유성이다. 다음주에는 둥근 보름달과 함께 멋진 별똥별을 볼 수 있는 기회가 있다. 13일 밤부터 14일 새벽까지 시간당 최대 100개 이상의 별똥별이 떨어지는 쌍둥이자리 유성우가 나타난다.별똥별은 대부분 혜성이나 소행성에서 떨어져 나온 부스러기가 태양 둘레를 돌다가 지구의 중력에 이끌려 대기 속으로 빨려 들어와 타는 현상이다. 별똥별이 타고 남아서 땅에 떨어지게 되면 운석이 된다. 지구가 태양을 공전하는 동안 가끔 혜성이 지나간 궤도와 만나게 된다. 이들 궤도에는 혜성에서 떨어져 나온 작은 부스러기가 넓게 분포돼 있다. 이에 지구가 이들 혜성 궤도와 만날 때는 평소보다 훨씬 많은 별똥별이 떨어지게 되는데 이것을 유성우, 즉 별똥별의 소나기라고 부른다.매년 수십 차례의 유성우가 나타나는데, 그중 한 시간에 100개 이상의 많은 별똥별이 떨어지는 세 개의 유성우를 특별히 3대 유성우라고 부른다. 1월 3일의 사분의자리 유성우, 8월 13일의 페르세우스자리 유성우, 마지막이 이번에 나타나는 12월 13일의 쌍둥이자리 유성우이다.유성우에 별자리 이름이 붙어 있는 이유는 지구가 혜성 궤도와 만나는 지점이 지구에서 볼 때 그 별자리가 위치하는 곳이기 때문이다. 별똥별이 마치 그 별자리를 중심으로 사방으로 떨어지는 것처럼 보인다.사실 쌍둥이자리 유성우를 만드는 천체는 파에톤이라고 불리는 소행성으로, 원래는 혜성이었을 것으로 추정된다. 소행성은 주로 암석으로 돼 있는 천체이고, 혜성은 얼음덩어리 천체이다. 파에톤은 태양에 가장 가까이 갈 때는 수성보다 더 가까워지고 멀어질 때는 화성보다 멀어진다. 파에톤이 태양에 가까이 갈 때마다 작은 부스러기와 휘발성 물질은 녹아서 떨어져 나갔고, 결국은 중심의 암석 부분만 남아 소행성이 됐을 것이다.13일 저녁, 해가 지기 전에 이미 동쪽 하늘에는 둥근 보름달이 떠오른다. 그리고 달이 뜨고 두 시간 정도가 지나면 쌍둥이자리도 모습을 나타낸다. 이때부터 쌍둥이자리 유성우가 본격적으로 시작된다. 하지만 별똥별이 가장 많이 나타나는 시간은 14일 새벽 해뜨기 직전이다.달이 밝으면 가려지는 별빛이 많다. 즉, 보름달이 뜬 날에는 흐린 별똥별은 보기 힘들다. 하지만 밝은 별똥별은 달빛 속에서도 충분히 볼 수 있다. 국제천문연맹에서 예상한 13일 밤 최대 별똥별의 수는 시간당 120개 정도이지만 실제로 확실하게 볼 수 있는 별똥별은 그보다 훨씬 적을 것이다.모두가 하나 되는 계기를 보름달과 별똥별이 가져다주길 기대해 본다. 이날만큼은 개인적인 소원보다는 나라를 위한 소원을 같이 빌어보면 어떨까 싶다. 아직도 많은 것을 숨기고 있는 사람들이 보름달과 별똥별을 보면서 순수한 마음을 되찾기 바란다. 그리고 밤하늘을 바라보며 우주에서는 모든 사람이 평등하다는 것을 느껴보기 바란다. 이태형 한국우주환경과학연구소장

요즘 들어 부쩍 밤이 길어진 것을 느낄 것이다. 1년 중 해 지는 시간이 가장 빠를 때가 바로 12월 초순이다. 야외에서 오후에 운동을 하는 사람은 이 현상을 확실히 느낄 수 있다. 대부분의 사람들은 동지(冬至)에 해가 가장 일찍 지는 것으로 알고 있다. 하지만 그것은 잘못된 상식이다. 낮이 가장 짧은 날은 동지가 맞지만, 일출이 가장 느리고 일몰이 가장 빠른 날은 동지가 아니다. 일출과 일몰 시간이 바뀌는 것은 두 가지 이유다. 하나는 태양의 고도가 변하기 때문이고, 또 하나는 지구의 공전 속도가 변하기 때문이다. 우선, 지구는 자전축이 23.4도 기울어진 상태로 태양을 공전한다. 북반구를 기준으로 여름에는 자전축이 태양 쪽으로 기울면서 태양의 고도가 높아지고, 반대로 겨울에는 자전축이 태양에서 멀어지면서 태양의 고도가 낮아진다. 태양의 고도가 낮아지면 해는 늦게 뜨고 일찍 지게 된다. 즉, 일출 시간은 느려지고, 일몰 시간은 빨라진다. 태양의 고도는 물결(∽, 사인 곡선) 모양으로 변하기 때문에 일몰 시간이 빨라지는 효과는 동지가 가까울수록 작아진다.또한, 지구는 타원 궤도를 따라 태양을 공전한다. 지구가 태양에 가장 가까이 접근할 때를 근일점이라고 하고, 가장 멀어질 때를 원일점이라고 한다. 지구가 궤도를 유지할 수 있는 이유는 태양의 중력과 같은 크기의 원심력이 작용하기 때문이다. 근일점 부근에서는 태양의 중력이 가장 크게 작용하기에 그만큼 공전 속도가 빨라지면서 원심력도 커진다. 지구의 근일점은 1월 초순이고, 원일점은 7월 초순이다. 이에 지구의 공전 속도는 1월 초순에 가장 빨라지고, 7월 초순에 가장 느려진다. 지구는 매일 1도 정도씩 태양둘레를 공전하기에 지구에서 볼 때 태양이 다시 원래의 위치에 오기 위해서는 1도 정도 더 자전을 해야 한다. 실제로 지구가 별을 기준으로 360도 자전하는 데 걸리는 시간(항성일)은 23시간 56분 4초이다. 그런데 지구가 태양에 가까이 가는 1월 초순에는 지구의 공전 속도가 빨라지기에 하루에 공전하는 각도가 1도를 넘어선다. 즉, 근일점 부근에서 지구의 공전 속도가 빨라지는 효과는 일출과 일몰 시간 모두를 느리게 한다. 결국 이 두 가지 효과가 합쳐져서 일몰 시간이 가장 빨라지는 때가 12월 초순이 되는 것이다.그리고 일출 시간의 변화를 보자. 태양의 고도가 낮아지는 것과 태양과의 거리가 가까워지는 것은 모두 일출 시간을 늦추는 효과가 있다. 동지가 지나면서 태양 고도가 높아지지만 그로 인해 일출 시간이 빨라지는 효과는 한동안 매우 작다. 태양과의 거리가 가까워지면서 일출이 늦어지는 효과는 1월 초순이 최대이다. 결국 두 가지 효과가 합쳐져 일출 시간은 1월 초순까지 계속 느려진다. 낮 시간은 일출부터 일몰까지의 시간이다. 일출 시간은 1월 초순이 가장 느리고, 일몰 시간은 12월 초순이 가장 빠르지만, 그 간격은 동지 때가 가장 작다. 결국 낮이 가장 짧은 동지에 해가 가장 일찍 지는 것은 아니다. 우주는 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 정교하고 규칙적으로 움직인다. 이런 우주의 규칙을 이해하고 예측 가능하게 만드는 것이 바로 과학의 힘이다. 밤이 지나면 새벽이 오지만, 그 새벽이 오는 시간을 예측하는 것은 과학이라는 것을 잊지 말아야 한다.이태형 한국우주환경과학연구소장

최근 인터넷 검색어에 가장 많이 등장한 단어 중 하나가 ‘우주의 기운’이다. 과연 우주에서 지구로 들어오는 기운이란 것이 있을까. 지구는 우주로부터 많은 힘과 에너지, 물질을 공급받는다. 가까이는 태양과 달, 멀리는 은하계, 더 나아가 우주가 지구와 관련돼 있다.지구가 우주로부터 받는 에너지 중 가장 큰 부분은 태양으로부터 오는 에너지이다. 빛의 형태로 지구로 들어오는 태양에너지는 1년 동안 전 세계 인류가 사용하는 에너지의 수십 배 이상이다. 그중 약 30%는 대기나 구름, 지표면에서 그대로 반사되고, 나머지 70%는 지구에 흡수되지만 결국 복사에너지의 형태로 다시 우주로 내보내진다.우주에서 지구로 들어오는 에너지 중에는 우주배경복사라는 것도 있다. 우주는 138억년 전 빅뱅, 즉 대폭발을 일으키며 탄생했다. 탄생 순간 우주는 작열하는 고온의 불덩어리였다. 그러나 팽창하며 서서히 식어갔고, 초기에 퍼져나간 빛이 오늘날에는 마이크로파 형태로 관측된다. 이외에 은하의 충돌이나 초신성 폭발과 같은 여러 가지 천문현상에 의한 다양한 빛들도 지구로 들어온다. 지구가 우주로부터 받는 것에는 물질도 있다. 약 45억년 전 지구가 처음 만들어졌을 때 지구는 지금처럼 딱딱하게 굳어 있지 않았다. 매우 높은 온도로 녹아 있던 지구가 서서히 식어가면서 철과 같이 무거운 물질은 지구 중심으로 가라앉았고 가벼운 물질이 지각을 만들었다. 물론 대부분의 물은 뜨거운 온도 때문에 증발해 우주로 날아갔다. 그 후 지구가 식으면서 우주로부터 날아온 소행성이나 혜성이 지구 표면에 광물 자원과 물을 전해 줬다.시간이 흐르고 커다란 소행성이나 혜성이 제 궤도를 찾아가면서 지구와 충돌하는 빈도는 많이 줄었다. 하지만 지금도 매년 수만톤 정도의 물질이 지구로 들어온다. 이 물질은 대부분 먼지 크기로 대기를 통과하면서 타버리고 땅에 떨어지는 것은 극히 일부이다. 이외에도 원자 크기보다 작은 고에너지 입자도 있다. 초신성 폭발 등에서 나오는 고에너지 우주 입자나 태양으로부터 나오는 태양풍 입자가 바로 그것이다. 우주로부터 오는 입자는 매우 높은 에너지를 가지고 있지만 대부분 지구 자기장에 막히기 때문에 직접적으로 우리에게 영향을 주는 경우는 거의 없다.지구가 만들어지고 수십억년 동안 우주로부터 많은 물질과 에너지를 받았다. 지역에 따라, 계절에 따라 다소 차이가 있지만 이들은 지구 역사 동안 큰 변화 없이 지구 전체에 고루 영향을 주고 있다.에너지나 물질 이외에도 지구는 우주와 중력으로 연결돼 있다. 달의 중력은 밀물과 썰물 현상을 만들고, 태양의 중력은 일년이라는 시간을 만들었다. 태양계의 나머지 행성이나 다른 먼 천체도 미약하게나마 지구에 중력을 미치고 있다. 우주를 의미하는 단어 중에 조화를 뜻하는 ‘코스모스(Cosmos)’가 있다. 예로부터 사람들은 우주를 가장 아름답고 조화로운 곳으로 생각했다. 조화롭지 못하고 예측 불가능한 것은 사람이 아닐까. 우주의 기운을 찾기 전에 우주에서 조화로움을 먼저 배워야 할 것이다.이태형 한국우주환경과학연구소장

9월 말 미국 테슬러사 최고경영자 일론 머스크는 2024년쯤 화성에 식민지를 건설하겠다는 계획을 발표했다. 이보다 앞서 네덜란드의 마스원은 2020년쯤 화성에 정착촌을 만들겠다고 발표했고 여기에는 20만명이 넘는 희망자가 응모했다. 미국 버락 오바마 대통령은 한 기고문에서 “미국의 다음 목표는 화성 유인기지 건설이고, 2030년까지 유인탐사선을 보내겠다”고 밝혔다. 과연 10년, 혹은 20년 내에 인간이 화성에 갈 수 있을까.화성까지의 여행 중 우주인은 엄청난 우주 방사선에 노출된다. 지구는 자기장이 막아줘 안전하지만 우주공간은 그렇지 못하다. 우주에서 인체에 위험이 되는 방사선은 태양(태양풍)과 태양계 밖(은하우주선)에서 오는 고에너지 입자이다. 방사선 피폭량은 시버트(Sv)라는 단위로 측정하는데 오랜 기간 1시버트(1Sv=1000mSv)의 방사선에 피폭되면 암 발생률이 5% 정도 증가하는 것으로 알려져 있다.미국항공우주국(NASA)은 2012년에 화성 탐사로봇 큐리오시티 로버의 항해기간 동안 방사선 피폭량을 측정했다. 결과는 하루 평균 1.84mSv 정도였다. 1년이면 약 670mSv에 해당한다. 이것은 우주선의 보호막을 뚫고 내부까지 침투한 방사선량이다. 그중 태양에서 온 건 5% 정도고, 대부분은 태양계 밖에서 온 것이다. 이 정도의 피폭량은 5~6일에 한 번씩 CT촬영을 하는 것과 같다. 태양풍에 비해 태양계 밖에서 오는 입자는 에너지가 훨씬 높기에 일반적인 우주선의 보호막으로는 막을 수가 없다. 큐리오시티는 화성 표면에서의 방사선량도 측정했다. 하루 피폭량은 약 0.64mSv로 항해 때의 약 3분의 1이다. 500일 정도 화성에 머물면 0.32Sv의 양이다. 지구와 화성은 약 2년 2개월마다 가까워지는데, 이 때문에 우주인은 1년 이상을 화성에 머물러야 한다. 화성까지 6개월, 화성에서 500일, 지구 귀환에 6개월, 이 모든 기간에 약 1.0Sv의 방사선에 노출된다. NASA는 이 자료를 토대로 우주여행 중 방사선 노출 한계를 정하고, 피폭을 막는 방법을 연구 중이다.문제는 화성에 안전하게 착륙하는 것이다. 화성 대기는 지구의 1%밖에 안 된다. 아폴로 우주선의 지구 귀환 때처럼 낙하산만으로는 우주선을 충분히 감속시킬 수 없다. 역추진로켓을 사용해야 하는데 걸림돌이 연료의 무게다. 2명이 탑승했던 달착륙선이 약 15톤이었는데, 그중 무려 10톤이 연료였다. 화성의 중력은 지구의 38%로 달보다 2배 이상 크다. 즉 달착륙선보다 강한 로켓과 더 많은 연료가 필요하다. 화성에서 우주선을 발사할 때도 마찬가지다. 장기간 화성 탐사에 필요한 수십 톤의 식량도 가지고 가야 한다.현재 인류는 1톤 이상의 우주선을 화성에 안전하게 착륙시킨 경험이 없다. 지난 19일에도 600kg짜리 탐사선이 화성에 착륙하는 과정에서 표면과 충돌해 실패했다. 사람이 탄 수십 톤의 탐사선을 화성에 안착시키는 일은 결코 쉬운 일이 아니다. NASA는 화성 궤도에 100톤 이상의 우주정거장을 건설하고, 여기에서 비축한 연료와 물자를 먼저 내려 보내려 하고 있다. 2028년 화성 우주정거장을 완성하고, 그 10년 후쯤 인간을 화성에 착륙시킨다는 것이다. 현재로서는 가장 안전하고 확실한 방법이다.이태형 한국우주환경과학연구소장

지난 8일 중국의 한 언론은 “중국이 2024년이 되면 세계에서 유일한 우주정거장을 보유한 나라가 될 것”이라고 보도했다. 우주정거장은 사람이 거주하는 유일한 지구 밖 구조물로 지구 저궤도를 돌면서 여러 가지 실험을 하고 지구와 우주를 관측할 수 있는 곳이다. 현재 지구 궤도 위에는 미국과 러시아를 비롯해 16개국이 공동으로 운영하는 국제우주정거장(ISS)이 돌고 있다. 1998년부터 건설되기 시작한 ISS에는 러시아인 3명, 미국인 2명, 기타 국가 1명 등 총 6명으로 구성된 우주인이 한 팀이 돼 여러 가지 실험과 관측을 수행하고 있다. 건설 당시의 예상 운영기간은 약 20년이었으나 현재 2024년까지 연장된 상태다.중국은 2011년 천궁 1호라는 무인우주정거장을 발사했고, 지난달에는 천궁 2호를 발사했다. 그리고 2018년부터 유인 우주정거장 건설을 시작해 2022년까지 3명의 우주인이 상주할 수 있게 완성할 계획이다. 중국이 건설하는 유인 우주정거장은 무게가 20t 정도로, 무게가 400t이 넘는 ISS와 비교해서는 매우 작은 시설이다. 2022년 중국의 유인 우주정거장이 완성되고 ISS의 임무가 끝나는 2024년이 되면 세계 유일의 우주정거장 보유국이 될 수 있다는 것이 중국인의 생각이다.하지만 그럴 가능성은 거의 없어 보인다. ISS의 임무 수행기간이 2024년으로 정해진 가장 큰 이유가 안전이 아닌 예산 문제이기 때문이다. 미국항공우주국(NASA)은 매년 ISS 전체 운영 예산의 절반 이상인 40억달러를 쓰고 있다. 이 금액은 나사 예산의 20%에 해당한다. 현재 나사는 2025년 이후 더 이상 ISS에 예산지원을 하지 않겠다고 밝히고 있다. 나사는 ISS 대신 2028년까지 화성궤도에 새로운 우주정거장을 건설하려고 준비하고 있다. ‘마스 베이스캠프’로 이름 붙여진 이 우주정거장은 ISS의 3분의1 정도 규모로 화성의 저궤도를 돌면서 화성의 유인탐사를 지원하게 될 것이다. 지난 8월 나사는 ISS의 미국 지분을 민간에 매각할 의사가 있다고 밝혔는데 미국이 ISS의 운영에서 손을 떼겠다는 것은 거의 확실해 보인다.물론 러시아의 입장은 다르다. 러시아는 2024년 이후 ISS의 러시아 쪽 시설물을 분리해 새로운 우주정거장(OPSEK)을 건설하겠다는 계획이 있다. 러시아는 새로운 우주정거장에서 유인우주선을 조립해 달이나 화성, 더 먼 우주로 나가겠다는 포부를 밝힌 바 있다. 그러나 러시아가 독자적으로 그 정도 우주정거장을 만들고 운영할 예산을 마련하기는 힘들다. 러시아연방우주청이 매년 ISS 운영에 쓰는 예산은 약 3억3000만달러, 우리 돈으로 4000억원을 넘지 않는다. 새로운 우주정거장 건설에는 최소한 수십조원의 예산이 소요될 것이다. 러시아는 미국이 새로운 우주정거장 건설에 참여해 줄 것을 희망하고 있지만 미국은 아직까지 특별한 관심을 보이지 않고 있다. 하지만 미국과 러시아가 100조원 이상 투자한 ISS를 포기하고 중국의 우주정거장이 지구 위에서 유일하게 활동하는 것을 용인할 가능성은 별로 없다. 결국 미국의 선택은 ISS의 지분을 민간에 매각하든가 러시아의 새 우주정거장 건설을 지원해 주는 쪽으로 방향을 잡을 가능성이 크다.이태형 한국우주환경과학연구소장

9월 27일 새벽(한국시간) 미국항공우주국(NASA)은 목성의 위성인 유로파에서 바다의 존재 가능성을 입증할 중요한 단서를 발견했다고 발표했다. 허블우주망원경을 이용해 유로파의 남극 근처에서 200km까지 솟구치는 물기둥, 정확히는 수증기 기둥을 세 차례에 걸쳐 발견했다는 것이다. 유로파는 목성의 위성 중 네 번째로 큰 위성이다. 그 위성에 액체 상태의 바다가 존재한다는 것이 어떤 의미일까. 유로파에서 수증기가 발산하는 가상 이미지 [NASA 제공]유로파에서 수증기가 발산하는 가상 이미지 [NASA 제공]생명체가 살 수 있는 곳이 바로 액체 상태의 물이 존재하는 곳이다. 물이 존재한다는 것은 생명체가 생존하기에 적당한 온도와 압력을 갖춘 환경이기 때문이다. 지구에 존재하는 물질이 우주 다른 곳의 물질들과 다르지 않다. 다만 온도만 적당하다고 액체 상태의 물이 존재하는 건 아니다. 화성의 경우, 여름철에는 0도 이상으로 온도가 올라갈 때가 있다. 하지만 화성 표면에서는 액체 상태의 물이 존재할 수 없다. 대기가 거의 없기 때문이다. 물이 0도에서 녹고 100도에서 끓는다는 것은 지구와 같은 1기압의 압력이 있는 환경에서다. 높은 산에 올라가 물을 끓이면 100도보다 낮은 온도에서 끓는다. 압력이 낮기 때문이다.화성의 기압은 지구의 1% 정도밖에 되지 않는다. 이 정도 기압이면 물은 0도에서 녹자마자 바로 끓어 기체로 변한다. 즉, 액체 상태로 존재하기가 어렵다. 작년에 화성에서 액체 상태의 물이 흐른 흔적이 발견됐다는 뉴스가 있었다. 하지만 이 물은 소금기가 섞여 있는 물이다. 소금물은 0도보다 낮은 온도에서 녹고, 액체로 존재하는 온도 범위가 순수한 물보다 넓다. 겨울에 염화칼슘이나 소금을 뿌리면 눈이 녹는 것은 이 때문이다. 만약 화성에 생명체가 존재한다면 표면이 아닌 그 아래 어딘가가 될 것이다.유로파 표면에서는 액체 상태의 물기둥이 솟구칠 수 없다. 대기가 없기에 표면에 노출되는 순간 물은 바로 수증기로 변하기 때문이다. 유로파의 표면 아래라면 그곳에는 압력이 존재하고 표면보다 온도가 높기에 액체 상태의 바다가 존재할 수 있다. 지구의 바다에서는 10m 밑으로 내려갈 때마다 1기압씩 압력이 올라간다. 이때의 압력은 대기의 압력이 아니라 물이 내려누르는 수압이다. 결국 유로파 표면 아래에 액체 상태의 물이 있고, 그 물이 표면의 갈라진 틈으로 뿜어져 나오면서 수증기 물기둥을 만들었다는 것이다.지구의 생명체는 지금으로부터 대략 35억년 전 바다에서 시작됐다고 알려져 있다. 유로파에 액체 상태의 바다가 있다면 그곳에 생명체가 존재할 가능성이 높다고 보는 이유이다. 물론 지구처럼 다양한 생명체가 존재하기는 어려울 것이다. 만약 유로파에 원시 생명체라도 존재한다면 이 우주에 지구 말고 다른 곳에도 생명체가 존재한다는 것이 증명되는 것이다. NASA는 2020년대에 유로파를 탐사하기 위한 우주선을 발사할 예정이다. 이미 의회의 예산 승인이 이뤄졌고, 탐사선을 보내기 위한 사전 준비 작업이 진행되고 있다. 과연 지구 밖에도 생명체가 존재하는 곳이 있을까. 만일 생명체가 발견된다면 인류 역사를 통틀어 가장 놀라운 사건이 될 것이고, 사회, 문화, 종교 등 각 분야에서 커다란 논란을 불러 올 것이다.이태형 한국우주환경과학연구소장