우주를 이해하는 전혀 새로운 방식!
100가지 물건에 담긴 과학의 즐거움
현재 추정하는 우주의 나이는 약 140억 년. 우주의 규모에 비하면 인간이 이를 탐구하고 이해하기 시작한 짧은 역사는 대단할 것도 없고 심지어 하찮아 보이기까지 한다. 지구 바깥의 대부분은 여전히 미지의 영역이기 때문이다. 하지만 인간은 관찰을 멈추지 않았다. 고고학적 증거에 따르면 인류는 수만 년 전, 혹은 그보다 더 오래전부터 호기심에 이끌려 물리적 세계 너머의 영역을 꿈꿔 왔고, 자신들의 발견을 기록해 왔다. 고대의 태음력 달력, 항성시계, 수정 렌즈 같은 선사시대 유물이 없었다면 오늘날의 우주여행은 존재하지 않았을 것이다.
《100가지 물건으로 보는 우주의 역사》는 우리가 우주를 이해하는 데 필요한 획기적이고 유용한 기술이 담긴 물건 100가지를 소개하는 책이다. NASA 과학자인 저자의 서문에 따르면 “우주탐사의 역사에서 가장 중요한 100개의 물건을 고르는 것은 쉽지 않았다. 알아야 할 가치가 있는 물건을 모두 싣는다면 1,000쪽은 족히 채울 수 있을 것이고, 중요성의 순위는 어떻게 매기든 주관적일 수밖에 없기 때문이다. 그래서 나는 과학자의 눈으로 우주의 원리에 대한 인간의 지식이 크게 도약하는 데 물리학과 공학이 기여한 방식의 흐름을 보여 주는 데 초점을 맞췄다”고 말한다. 책에 수록된 물건들 중 주요한 몇 가지를 살펴보면 다음과 같다.
★ 큐리오시티 탐사차(2021년)
가장 최근에 발사된 화성 임무용 탐사차. 주변 환경을 초고해상도로 촬영할 수 있고, 암석을 드릴로 파서 얻은 샘플을 화학 실험실에서 처리해 정확한 종류를 알아낼 수 있고, 이 데이터를 화성 궤도 위성으로 전송하는 이동식 화학 실험실이기도 하다. 약 20km를 이동했으며, 4년 동안은 ‘샤프 산’이라고 불리는 화성 중앙의 산기슭을 탐사하며 보냈다.
★ 케플러 우주 망원경(2009년)
지금까지 우주에 발사된 세계에서 가장 큰 디지털카메라. 장착된 42개의 CCD 이미지 장치로 보름달 면적의 약 150배에 달하는 영역에서 15만 개 이상의 별을 추적할 수 있다. 특히 2014년, 태양계에서 발견된 지구 크기의 행성 중 최초로 생명체 거주 가능 영역 안에 있는 것으로 확인된 케플러-186F를 발견했다. 2018년까지 케플러는 2,600개 이상의 외계 행성을 탐지하고 그 존재를 확인했다.
★ 레이저 지구역학 위성 LAGEOS(1976년)
아이작 뉴턴은 지구가 완벽한 구형이 아니라고 주장했고 이는 곧 사실로 밝혀졌다. 지구는 태양과 달의 중력에 의해 편구(扁救) 형태로 찌그러져 있다. 한마디로 공을 위아래로 압축한 모양이다. 위성 기술이 발달하면서 1976년, 지구 측량을 목적으로 하는 최초의 위성인 LAGEOS가 발사되었다. 그 결과 지구의 형태를 몇 센티미터 오차 내로 파악할 수 있었고, 그에 따라 지구의 극지방은 납작하고 적도 부분은 불룩한 형태라는 것을 증명할 수 있었다.
★ 스페이스 블랭킷(1964년)
우주에서 사용되는 기술은 현대인의 일상에도 발전을 가져온다. 그중 하나는 우주선의 온도나 우주비행사의 체온을 조절하는 데 쓰는, 열을 반사하는 금속 막을 입힌 플라스틱 시트인 스페이스 블랭킷이다. 우주선 외부가 파손되었을 때 임시 차단막이 되어 주기도 하고, 우주비행사가 열을 반사하는 막이 몸 쪽을 향하게 두르면 몸에서 빠져나가는 적외선 에너지의 최대 97%를 반사시켜 몸을 따뜻하게 유지시키고, 반대로 뒤집어서 반사막이 바깥쪽을 향하도록 두르면 거울처럼 적외선 에너지를 반사시켜 체온이 올라가지 않게 해 준다. 1979년 말, 뉴욕 마라톤 대회에서는 참가 선수들에게 스페이스 블랭킷을 지급했고, 지금도 세계 곳곳의 결승선에서 이 담요를 나눠 주고 있다.
★ 루나 3호(1959년)
소련이 발사한 이 우주선의 임무는 달 주변을 근접 비행하면서 달 뒷면의 사진을 최대한 많이 찍는 것이었다. 루나 3호에는 사진 현상 시스템과 간단한 스캐너가 있어서 사진을 팩스처럼 지구에 보낼 수 있었다. 저화질의 이미지였지만 이는 인류가 최초로 엿본 달의 뒷면이었다! 그리고 신기하게도 달의 뒷면에는 앞면과 달리 ‘달의 바다’라 불리는 부분이 거의 존재하지 않는다는 것을 알게 되었다.
★ 에니악(1943년)
펜실베이니아 대학에서 만든 메모리, 프로그램 저장 영역, 실행 모듈을 갖춘 최초의 현대식 컴퓨터. 전자식 숫자 적분 및 계산기, 줄여서 에니악(ENIAC)이라고 불렀다. 이 컴퓨터는 인간이 하면 20시간 이상 걸리는 복잡한 미사일 탄도 계산을 30초 안에 해냈다. 수명이 다할 무렵에는 진공관 수가 2만 개가 넘고, 납땜 된 부분이 500만 군데에 달했으며 무게는 30톤이나 나갔다. 초기 컴퓨터의 진공관은 온도가 너무 높아서 때때로 벌레가 꼬였으며, 컴퓨터나 프로그램에서 ‘버그(Bug, 벌레)’가 발견된다는 말은 여기에서 유래되었다.
★ 태양전지판(1839년)
1839년, 19세의 프랑스 물리학자 에드몽 베크렐은 염화은을 산성 용액과 섞어 햇빛에 노출시키면 전류가 생성된다는 사실을 발견했다. 훗날 ‘광전효과’라고 불리게 되는 현상이다. 1958년에 발사된 뱅가드 1호는 최초로 태양전지판을 사용한 우주선이 되었다. 오늘날에도 태양광 발전은 위성 시스템의 전기 생산과 우주선 내의 도구와 장비 작동, 추진에 사용된다. 보통 회전이 가능하게 만들어서 항상 빛을 직접 받을 수 있도록 한다. 우주 최대 규모의 태양전지는 국제 우주정거장에 있다. 이곳의 전지는 총 26만2,400개로 축구 경기장의 절반만 한 면적이다. 여기에서 최대 120킬로와트의 전기가 생산된다.
★ 윌리엄 허셜의 12m 망원경(1785년)
1770년대 초부터 천문학에 심취하기 시작한 영국의 윌리엄 허셜은 그 전까지 교향곡과 협주곡, 교회 오르간 음악을 만들던 음악가였다. 그러다 당대 최고 크기의 망원경을 만들면서 역사에 남을 발견을 시작했다. 허셜은 망원경으로 관측한 2만5,000개에 달하는 비항성 천체의 체계적인 목록을 만들고, 그중 2,400개 이상을 형태에 따라 분류했다. 허셜의 목록은 《성운의 일반 목록》이라는 제목으로 출판되었다가, 나중에 그의 여동생과 아들이 내용을 더 보충한 《신판 일반 목록(New General Catalogue)》으로 발표되었다. 이는 현재까지도 사용되는데, 오늘날 하늘에서 관측되는 거의 모든 밝은 성운과 은하에는 《신판 일반 목록》의 약자인 NGC 번호가 매겨져 있다. 예를 들면 오리온성운은 NGC1973으로 불린다.
★ 그을린 유리로 태양 관측하기(1706년)
연기에 그을린 유리를 사용해 태양을 관측하던 역사는 1706년 《런던 왕립학회 철학 회보》에 최초로 실려 있다. 관측 방법은 간단하다. 유리 조각을 촛불 위로 살짝 기울여서 연소할 때 나오는 그을음이 햇빛을 가릴 수 있을 만큼 넓고 진하게 덮이도록 만들면 된다. 그을린 유리는 19~20세기의 개기일식 기간에 대단히 큰 인기를 끌었다. 이 방법 덕분에 일식을 관찰하는 일이 대중적인 이벤트가 되면서 천문학에 대한 관심이 높아졌다.
★ 스키디 포니 성도(1700년)
18세기 초에 그 수가 6만 명이 넘었던 포니족은 북아메리카의 대평원 그레이트플레인스에서 가장 규모가 크고 강력한 부족에 속했다. 그중에서도 ‘스키디(늑대) 포니’는 밤하늘에 관한 지식이 풍부했으며 가족과 마을을 이루게 해 준 것도, 생활 방식과 의식을 가르쳐 준 것도 모두 별들이라고 믿었다. 마을의 배치조차 하늘에 떠 있는 중요한 별들의 위치를 따랐다. 이들은 가로 56cm, 세로 38cm 크기의 부드러운 벅스킨 조각에 주요한 별과 별자리들의 위치를 그려 놓았다. 이것은 인간의 놀라운 관측 능력을 증언하는 유물인 동시에 아름다운 예술 작품이다.
★ 계산자(1622년)
천문학자 존 네이피어는 수학에서 곱셈과 나눗셈에 사용되는 함수인 로그(log)를 발명했다. 얼마 후 영국의 성직자 에드먼드 건터가 로그와 2개의 컴퍼스를 사용해 삼각법 계산을 할 수 있는 자를 발명했다. 그리고 1632년, 영국의 수학자 윌리엄 오트레드가 2개의 눈금자를 밀어서 이동시키면서 곱셈과 나눗셈을 할 수 있는 도구를 고안함으로써 계산자의 형태가 완성됐다. 1800년대에는 공학자들이 계산자를 흔하게 사용했기에 일반인의 눈에는 외과 의사의 청진기와 같은 도구로 보였다. 미국의 우주 계획을 이끈 공학자와 과학자 모두 이 수동 계산기를 사용해 문제를 해결하고 인류를 달에 착륙시켰다.
★ 엔시스하임 운석(1492년)
프랑스 북동부 지역의 엔시스하임에서 1492년 약 130kg짜리 운석이 땅에 떨어졌다. 1m 정도의 구멍이 생겼으며, 도시에서 150km 이상 떨어진 곳에서도 눈부신 불덩이가 보이고 굉음이 들릴 정도였다. 주민들은 운석에서 45kg 이상을 잘라 내 기념품으로 나눠 가졌다. 그리고 이를 교회 안에 쇠줄로 묶어 놓았다. 밤에 밖에 나와 돌아다닐지도 몰랐기 때문이다. 이 돌은 하늘에서 떨어진 정확한 날짜와 시간을 기억하는 목격자가 있고, 그 파편이 현재까지 보존된 가장 오래된 운석이다.
★ 아스트롤라베(서기 375년)
고대의 스마트폰이었던 아스트롤라베는 시간과 위치를 한꺼번에 알려 주는 장치다. 회전하는 원형의 성도로 이루어진 이 측정 도구는 특정 위도에서 볼 수 있는 별을 알려 주었으며, 움직이는 원판과 바늘로 하늘의 가장 밝은 별과 일식, 월식을 표시했다. 또한 관측 장치가 붙어 있어 지평선 위로 떠오른 별의 고도를 측정하는 용도로도 사용할 수 있었다.
★ 네브라 하늘 원반(기원전 1600년)
청동으로 만들어진 네브라 하늘 원반은 지름 30cm, 무게 2kg 정도로 그 형태가 워낙 독특해서 처음에는 위조품으로 여겨졌다. 그러나 원반에 덮인 녹청을 면밀하게 연구해 보니 대단히 오래된 유물이었다. 발굴 장소 근처에서 발견된 자작나무 껍질 조각으로 방사성 탄소 연대 측정을 해 본 결과 매장 시기는 기원전 1,600~1,560년 사이로 추정되지만, 엄밀히 따지면 이 원반은 땅속에 묻히기 몇십 년 전 혹은 몇백 년 전에 제작되었을 수도 있다. 정교하게 만들어진 이 원반은 태양, 달, 별의 형태를 사실적으로 묘사한 가장 오래된 유물이다.
