우주인들이 우주복을 입고 공중에 둥둥 떠 다니는 것을 보고 참 신기했다. 또 초기 구소련의 우주정거장 미르호에서 장기간 체류하고 지구로 귀환한 우주인들이 지구에 도착했을 때 잘 걷지도 못할 정도로 신체의 근육이 많이 빠져있는 것을 보고 놀랐다. 지구의 대기권과는 완전히 다른 공간의 우주로 우주여행을 했을 때 우주공간에 어떤 특징들이 있고 우리 신체에는 어떤 변화가 오는 것인지 무척 궁금했다. 



우주공간의 특성에는 어떤 것들이 있나? 


우주선이나 우주정거장에서 일하는 우주인들의 모습을 영상으로 보면 허공을 헤엄치듯이 유영하는 모습을 종종 보는데 이것이 우주공간의 대표적 특징인 무중력 상태이기 때문이다. 무중력 상태라 하면 물체와 물체 사이에 작용하는 인력, 즉 서로 끌어당기는 힘이 전혀 없는 상태이다. 이는 실제로 중력이 제로 상태에 있다기보다 물체 자신의 무게가 제로인 무중량 상태를 말하기도 한다. 어쨋던 공중에 둥둥 떠서 생활한다니 기분 좋을 것 같다.


다음은 우주공간에서 소리는 잘 전달될까? 소리란 것이 음파라 하여 파도가 밀려오듯 파동으로 우리 귀의 고막을 진동시켜 소리를 듣게 하는데 우주공간에는 공기가 거의 없는 진공상태다. 우주는 산소나 질소 같은 기체든 물이든 물질의 입자가 존재해야 음파의 파동이 전달될 텐데 공기 입자가 아애 없으므로 소리가 전해질 수 없는 공간이다. 완전한 정적의 공간이 우주공간이다. 그러므로 우주 비행사들은 서로 말을 알아들기 위하여 헤드셋 등 특수한 장치를 착용해야 한다. 


공기와 중력이 없는 우주공간이지만 불청객으로 우주선을 위협하는 우주먼지란 게 있다. 이는 혜성이나 소행성에서 떨어져 나온 파편들로 광석이나 암석의 작은 입자들로 구성된 우주 뷰유물이다. 이 외에도 인간들이 쏘아올린 인공위성에서 발사체가 분리되면서 생기는 파편들, 수명이 다한 우주선의 잔해, 인공위성간 충돌로 생긴 우주쓰레도 역시 우주선에겐 위협적인 존재다. 초속 8-11km로 움직이는 우주쓰레기들은 총알보다 빠르다. 지구 주위를 떠도는 우주쓰레기가 지름 10cm 이상이 23,000개, 1cm 이상이 700,000여개 라니 이 정도면 지구궤도가 쓰레기 안개로 뒤덮인 꼴이다.


진공상태인 우주에는 태양에서 방출된 방사능과 전자기파가 전혀 방해받지 않고 지구 부근까지 도달한다. 지구 대기권을 통과하면서 이들 유해 방사선이나 자외선 같은 전자기파는 거의 대기에 흡수되고 일광욕해도 될만한 좋은 햇빛의 상태로 지상에 도착하는 것에 비하면 우주공간에서 맞이하는 햇빛은 거의 무방비로 쏱아진다. 가장 위험한 것은 우주방사능으로 인체나 인공위성의 전자장비에 치명적인 위해를 가할 수 있다. 그래서 태양의 활동이 활발 할 때는 우주유영이 금지되기도 한다. 


우주 공간에서는 어떤 신체 변화가 있을까? 


국제 우주정거장 같은 우주공간에서 생활하는 우주인들은 어떤 신체변화를 느낄까? 먼저 우리가 배멀미나 차벌미를 하듯이 우주인들은 우주멀미를 한다. 귓속의 전정기관에 있는 이석이나 림프액이 중력의 영향을 받아 우리 몸의 평행감각을 느끼게 하는데 중력이 없는 상태에서는 이석이나 림프액이 공중에 떠버리니 감각세포를 제대로 자극하지 못해 평행감각을 잃어버릴 수 있다. 이것이 우주멀미라 하여 지구상에서 격는 멀미와 같은 증상이지만 인간의 신체는 참으로 오묘하다. 우주인들은 2-3일 정도 우주의 무중력상태에 적응하면 우주멀미가 사라진다.


우리는 지구상에서 중력으로 인해 하체에 체액이 많이 모여들지만 우주에서는 무중력으로 인하여 체액이 신체의 각 부위에 고루 분포된다. 그에 따라 다리와 허리는 가늘어지고 얼굴 등 상체부위가 부어 오른다. 우주에선 키도 커진다는데 척추와 적추 사이가 벌어지기 때문이다. 키가 커져도 좋은 건 없다. 척추 사이가 벌어진 반면 이를 붙잡아 주는 근육은 강화되지 않아 허리통증이 올 수도 있기 때문이다.


우주에서 오랜기간 체류하다 보면 뼈 속의 칼슘이 혈액에 녹아 오줌으로 배출된다. 우주선의 한정된 공간에서 생활하므로 인해 지구에서 활동할 때보다 운동량이 현저히 줄고 무중력으로 인해 근육이 뼈를 실하게 잡아 주지 못한 연고이다. 우주에서 1년간 체류한 우주인의 몸에서 전체 1kg의 칼슘 중 30%인 30g의 칼슘이 빠진다. 칼슘의 손실로 뼈도 약해지고 근육양도 5-20%가 감소한다. 미르호에서 장기체류 후 귀환한 우주인들이 제대로 서지도 걷지도 못했던 장면이 이해가 간다. 


우리가 인체시계를 따라서 낮에는 깨어서 일하고 밤에는 수면을 취하며 휴식한다. 그런데 우주에서는 낮밤이 너무 자주 바뀌어 인체시계가 혼란을 가져온다. 그에 따라 체온을 조절하는 자율신경계와 호르몬도 인체시계의 일정한 리듬을 잃어 우주인들은 우울증이나 밤낮을 구별하지 못하는 우주시차병에 걸리기도 한다.




나는 무지개의 빛에 황홀해 했고 삼라만상에 존재하는 수많은 꽃들과 시시각각 변하는 자연 풍경의 색깔이 어디서 온 것인지 항상 궁금했다. 이제 세상과 우주에 존재하는 빛의 비밀을 찾아 여행을 떠나볼까 한다. 



스펙트럼을 통한 분광학

흔히 스펙트럼(Spectrum)이라 하면 프리즘을 통과한 빛을 색깔에 따라 여러갈래로 분산시켜 각각의 분해된 빛의 성질과 특징을 살펴보는 것을 말한다. 스펙트럼의 원조는 뉴턴으로 그는 여러가지 스펙트럼 실험을 했으며 물질을 태울 때 나오는 빛의 스펙트럼을 분석하여 물질의 성분과 성질을 알아내기도 했다. 이것이 보편화 되어 과학 연구의 한 방법으로 전수되고 있다. 이러한 스펙트럼에 관한 연구를 분광학이라 하며 이는 지금의 천문학에서 아주 중요한 분야를 점하고 있다. 스펙트럼은 파장에 따라 전자기파를 순서대로 배열한 소위 색깔의 띠를 말한다.  무지개가 바로 전형적인 스펙트럼 현상이다.

어떤 물체가 전자기파와 만날 때 생기는 스펙트럼선을 분석하면 그 물체에 대한 각종 정보를 얻을 수 있다. 이를 천체의 각종 별들에 적용하면 별들을 이루고 있는 각종 구성물질과 성분, 온도 및 운동형태 등의 구체적 정보를 알 수 있다. 

전자기 스펙트럼

 전자기 스펙트럼이라 하는 것은 전자기파를 파장에 따라 분해하고 질서있게 배열한 것이다. 일반적으로 스펙트럼이라 하면 가시광선 즉 햇빛 따위를 분해한 것을 말하나 여기 전자기 스펙트럼은 훨씬 폭이 넓은 영역이다. 가시광선은 물론 모든 전자기파의 스펙트럼을 총 망라한다. 짧은 파장(높은 진동수)의 전자기파에서 긴 파장의 파로 나열하면 감마선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 마이크로파, 라디오파 순으로 배열된다. 이제 이들 각각의 전자기파들의 성질과 특징을 알아보자.

감마선

감마선은 아주 높은 에너지를 품고있는 전자기파로서 높은 수준의 광양자 에너지와 진동수를 포함하기에 입자성이 강하다. 감마선 분광기로 측정하면 감마선의 광양자 에너지의 양가지 정확하게 측정해 낸다. 방사성 핵은 수keV~10MeV에 이르는 에너지 수준을 가진 감마선을 오랜 기간 뿜어낸다. 감마선과 X선과의 경계는 희미하지만 감마선이 20keV 이하의 낮은 수준의 에너지를 방출하는 전자기파인데 반하여 X선은 보다 높은 수준의 에너지, 즉 100keV 이상의 원자에서 방출되는 높은 에너지의 전자기파에 해당한다.

방사선 물질의 대부분은 여러 계층의 에너지 수준과 강도로 감마선을 만들어 낸다. 이러한 감마선 방출은 감마선 분광기를 통해 분석되며 감마선 에너지 스펙트럼을 생성한다. 이들 스펙트럼을 여러 각도에서 분석해 보면 감마선을 방출한 물질의 성질과 특성을 알아낼 수 있게된다. 광분석법의 광스펙트럼이 어떤 물질에 대한 원자와 분자의 고유한 특성을 밝혀내듯이 감마스펙트럼은 감마선을 방출하는 방사선 핵을 품고있는 물질들의 고유한 특징을 보여준다. 이러한 감마선 분광법은 천체물리학에서 우주의 신비를 벗겨내는 중요한 도구가 된다.

X선

X선은 일반적으로 우리가 엑스레이라 부르는 병원에서 인체 내부 사진을 찍을 때 사용하는 전자기파다. X선 발견 덕으로 최초 노벨 물리학상을 탄 독일 과학자 뢴트겐의 이름을 따서 뢴트겐선이라고 불린다.  X선은 물체에 아무런 영향을 미치지 않고 투과할 수 있으므로 의료분야나 공항 등의 화물 검색기에 사용되고 있다. X선은 매우 빠르게 운동하는 전자가 무거운 원자에 부딪칠 때 발생하는데 가열된 음극 필라멘트에서 방출되는 전자는 양극으로 가속되며 질주한다. 이 때 전자의 운동에너지는 대부분 열도 전환되고 1% 미만만 X선으로 바꾼다. 이 원리로 X선을 발생시키는 진공관을 엑스선관이라 한다. X선과 우라늄의 방사선 발견으로 인하여 20세기 원자핵물리학이 비약적으로 발전하는 계기가 되었다.

자외선

빛의 스펙트럼에서 보라색 띠 넘어 보이지 않는 영역의 빛인데 750THz의 파장영역대이다. 자외선은 햇빛과 같은 자연광선에서 나오는데 긴 파장의 자외선은 원자를 분해시켜 이온으로 만들기에는 턱없이 에너지가 빈약하지만 물질에 화학반응을 일으켜 그 물체로 하여금 형광효과나 빛이 나게끔 할 수 있다. 이 말은 자외선은 생명체에 에너지를 공급해 가열시키기도 할 뿐 아니라 체내 분자의 화학적 상호작용을 유도하기도 한다.

주근깨나 피부화상 등이 과도한 자외선에 노출된 일광욕으로 인한 부작용이기도 하지만 인체에 비타민D를 합성해내는 중요한 일꾼이기도 하다. 에너지가 높은 전자기파는 생체조직을 파괴하기 때문에 지구가 생성된 초기 지구의 대기는 햇빛의 자외선을 거의 막아주지 못했기 때문에 초기 생명의 시원이 원시어류에서 비롯되었다고 과학자들은 추측한다.

시광선

사람이 볼 수 있는 영역의 전자기파다. 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라 등의 무지개 빛이 대표적인 가시광선 영역이다. 사람별로 다소의 차이는 있지만 보통 사람들은 400~700nm까지의 파장대의 범위를 볼 수 있다. 태양은 자외선, 가시광선, 적외선 중 가시광선을 가장 많이 방출하는데 사람의 눈은 가시광선의 녹색영역에서 최대 감도를 느끼고 편안해 한다. 가시광선은 대기층을 통과하면서 파장이 짧은 보라색 개통이 산란이 잘 되지만 인간의 빛 편향성 때문에 파란색으로 본다.  

적외선

적외선은 빵강색 너머의 광역대로 가시광선보다 파장이 길고 전자레인지에 쓰이는 마이크로파보다는 파장이 짧다. 적외선도 근적외선과 원적외선으로 분류된다. 적외선은 열을 방출하기 때문에 햇빛을 쬐면 따뜻함을 느끼는데 이는 적외선 때문이다. 적외선을 처음 발견한 사람은 천문학자인 윌리엄 허셜이다. 1800년 무렵 허셜은 수은온도계로 스펙트럼에서 분류되는 빛의 온도를 재는 실험을 했는데 이상하게도 가시광선 밖의 영역에서도 온도가 올라가는 것을 발견하고는 열이 눈에 보이지 않는 빛, 즉 적외선의 형태로 전달됨을 발견했다. 적외선이 강한 열을 방출하는 것은 주파수가 물질을 이루고 있는 분자의 고유진동수와 거의 비슷하기 때문이라 한다. 이것은 물체에 적외선이 충돌하면 전자기적 공진현상을 일으켜 적외선의 에너지인 열이 적외선이 와닿은 물체에 바로 흡수되기 때문이다. 적외선은 파장이 가시광선이나 자외선 보다 길어 대기 속 부유물의 산란효과가 적으므로 비교적 대기를 잘 투과한다. 적외선의 이런 투과성을 이용한 것들이 적외선 감시장치, 야간촬영, 우너거리 항공사진 등이 있으며, 적외선이 가시광선과는 다른 반사율을 가진다는 특성을 이용하여 적외선 사진으로 위조지폐를 감별하기도 한다. 적외선의 발열기능을 이용하여 농수산물의 건조장에서도 적외선의 사용 빈도가 많다. 의학쪽에서도 아픈 관절이나 뭉친 근육 치료에는 근적외선이 쓰이고 적외선 레이저빔은 내외과적 수술에 적극 쓰인다. 이렇듯 적외선은 우리 생활과 뗄래야 뗄 수 없을 정도로 유용한 도구가 되었다.

마이크로파

적외선과 라디오파 사이의 파장 1nm~1dm 영역대의 전자기파다. G, P, L, S, C, X, K, V, W밴드 등의 GHz로 표시되는 전파 대역을 나누어 군용 항공무선, 이동통신, TV방송, 휴대전화, 위성방송, 통신위성, 전파 천문학에 이르기까지 인간의 편의를 위하여 0.2~111GHz의 주파수를 나누어 쓰는 파장 영역이다. 

라디오파

무선주파수라고도 하는데 파장 1nm~100km, 주파수 3KHz~300GHz 영역의 전자기파이다. 이들 무선주파수라고 부르는 장파(LF, 장파 1~10km), 중파(MF, 파장 100~1000m), 단파(HF, 파장 10~100m), 초단파(VHF, 파장 1~10m), 극초단파(UHF, 파장 10cm~1m) 등으로 분류하여 사용한다.






  
   





빛, 공간, 시간, 그리고 중력에 따라 우리가 우주를 인지하는 방식이 어떻게 달라질까?

이는 참으로 흥미로운 질문이다. 우리가 당연시 여기는 이런 자연의 존재들이 우주공간에서 서로 만나 인간은 전혀 상상하지 못한 세계를 만들어 내기 때문이다. 1802년 코스모스를 깊이 들여다 본 천문학자 윌리엄 허셜은 빛이 시간으로 마술을 부리는 것을 알아냈다. 모든 별은 태양과 같은 항성이며 지금은 사라지고 없을지도 모를 유령임을 알아냈다. 빛이 1초에 30만 km를 달린다. 지구에서 달까지의 거리가 대략 그쯤 되니 지구와 달까지의 거리는 1광초가 된다. 지구에서 태양까지는 8광분, 빛의 속도로 8분 걸리는 거리다. 그러니 지금 우리가 보는 해는 8분 전의 태양이 되는 셈이다.  지구에서 가장 먼 혹성 해왕성은 4광시 쯤 떨어져 있다. 끝으로 지구에서 가장 가까운 별도 그 빛이 지구에 도달하기까지 4년이나 걸린다 하니 무려 10조km나 떨어진 먼 거리다. 이는 시속 56,000km의 속도를 자랑하는 우주탐사선 보이저호로 간다고 해도 그 별에 도착하려면 무려 8만년이나 걸린다.  

게성운

게성운은 태양의 10배 가량의 질량을 가진 항성으로 초신성 폭발을 일으켰다. 펄스라 불리는 도시만한 붕괴된 별들이 초당 30회의 속도로 회전하며 소용돌이 자기장 속에서 광속으로 가속화 된다. 이들이 초신성의 가스층을 온통 푸른빛으로 물들이고 있다.  이 게성운은 지구에서 6,500 광년 떨어져 있는데 그것도 지구가 은하의 중심에서 3만 광년 떨어져 있는 것에 비기면 이웃이나 다름없다. 발견된 가장 오래 된 은하계 별빛은 허블 망원경이 포착한 134억년 된 별빛이다. 이 별빛이 출발했을 때는 지구는 물론 태양이나 우리 은하계도 수십억년 지난 후에야 생겨났다. 이보다 더 멀리 내다보려면 우주의 끝과 같은 곳에 부딪친다. 그곳은 시간의 시작과 같은 곳이다. 

빅뱅은 138억년 전 우주를 만든 대폭발이다. 이 폭발로 우주가 팽창하면서 코스모스는 더 웅장한 규모로 진화한다. 군데군데 밀도높은 가스들의 집단은 1세대 별들을 만들고, 수명을 다한 1세대 별들은 우주에 더 무거운 원소들의 씨를 뿌려 그 결과 행성이 형성되고 궁극적으로 생명이 출현하게 된다. 빅뱅은 물질과 에너지와 시간과 공간도 창초했다. 중력처럼 물질을 결속하는 힘들도 나타났다. 허셜은 중력의 보다 큰 법칙, 중력이 머나먼 별들까지 지배한다는 사실을 발견했다. 그는 보이지 않는 힘의 장이 파도처럼 빛의 속도로 이동하는 거대한 우주 양탄자의 비밀, 빛과 공간 그리고 중력으로 수놓인 화려한 무늬에 대해서는 물랐다. 

우주에서 운직이지 않는 무언가가 기준이 되어야 그것을 기준으로 다른 것들과의 상관관계를 계측할 수 있을 텐데 우주에서 움직이지 않는 것이 과연 있을까? 지구는 시속 1600km로 자전하면서 시속 108,000km로 태양 주위를 공전한다. 태양은 시속 70만km로 은하 속으로 이동하고, 은하는 시속 250만km로 우주 속을 이동한다. 코스모스에 고정된 장소는 없다. 이 사실은 아인시타인에게 좌절과 영감을 안겨 주기에 충분했다. 모든 상대 속도를 계측할 절대기준이 없었기 때문이다. 이때 아인시타인은 자신이 광속으로 이동하면 무슨 일이 일어날지를 상상했다. 오토바이를 타고 우주 속으로 여행한다고 상상해 보자. 오토바이가 아무리 빨리 달려도 오토바이 헤드라이터에서 나오는 빛은 여전히 광속이다. 자연은 명령한다. 광속에 나의 속도를 더하지 마라고. 어떤 물질도 빛의 속도와 같거나 빛보다 더 빨리 이동할 수 없다. 물리적으로 빛의 속도 99.9%까지는 가능하다. 그러나 아무리 애써도 빛의 속도에는 다다를 수가 없다. 

그렇다면 광속을 음속처럼 넘어설 수가 없는 이유가 무얼까?  단지 빛이 소리보다 100만배 쯤 빠르기 때문만은 아니다. 공학적인 문제 때문도 아니다. 오히려 광속의 장벽은 자연법칙이다. 고로 어떤 상대적 속도로 움직이든 거기서 나오는 빛의 속도는 늘 같다. 자연법칙은 문화나 시대에 따라 달라지지 않으며 코스모스 전체에 적용된다. 절대공간과 절대시간의 개념은 없다. 우리가 광속에 가까워지는 건 불로장생의 비결같은 것이다. 우리보다 느린 것들에 비해 생체시계가 느려지는 것이다. 인간의 수명이 100년도 안되지만 이를 이용하면 항성 여행이 가능할지도 모르겠다. 시공의 마법은 이렇듯 놀랍다.

존 미첼은 존재하지만 볼 수 없는 별을 암흑성이라 불렀는데 이는 아주 거대하고 무거워서 그 중력의 영향력에서 빛조차 벗어나지 못하는 별이라 상상했다. 우주를 관찰하다 보면 어떤 별들은 안쪽에 아무 것도 없는 데 궤도를 돈다. 보이진 않지만 궤도의 안쪽엔 질량이 큰 무언가가 있다. 암흑성, 오늘날의 블랙홀이다. 중력은 시공간을 왜곡한다. 중력의 세기에 따라 공간은 팽창, 수축하거나 휘어질 수 있다. 지구의 중력을 1G라고 한다면 수백만 G에서는 빛조차 중력에 굴복한다블랙홀이 될만큼 무거운 별은 천 개에 하나 꼴이다. 지구에서 가장 가까운 블랙홀은 100광년 쯤 떨어져 있다.  

블랙홀과 주위 원판

블랙홀은 어떻게 탄생했을까?

 거성이 핵연료를 다 소모하면 자신의 중력을 이겨낼 만큼의 열기를 유지할 수 없다. 거대한 별은 붕괴해 어둠 속에 모습을 감추고 중력만을 남겨 놓는다. 그 블랙홀이 수축한 초거성의 사체를 감춘다. 초거성 자체는 폭이 64km 밖에 안되는 블랙홀보다 훨씬 작게 움츠려 든다. 블랙홀 주위를 도는 주홍색의 가스 원판은 온도가 1억도에 이르는데 X선망원경에 포착되어 아주 밝게 빛난다. 블랙홀 주위를 돌던 별들은 안쪽으로 소용돌이 치는 뜨겁고 밝은 응축 원반으로 빨려 들어간다.  엄청난 중력이 죽음의 소용돌이를 가속화해 푸른 별의 가스는 시공의 경계 너머로 사라져간다. 블랙홀과 나머지 우주를 가르는 경계를 사건지평선이라 부른다. 만일 운이 좋아 죽지않고 원반에 올라탔다면 몇 초만에 사건지평선을 지나쳐 누구도 들어가 본 적이 없는 미지의 세계로 들어서게 된다. 시간과 공간 등이 전혀 다른 차원의 자연법칙이 존재하는 완전히 새로운 우주가 펼쳐질지도 모른다. 

 

우주여행에 필요한 우주선으로 상상의 우주선이 아주 적격이다. 이 우주선은 아무리 멀리 떨어져 있는 우주라도 순간이동을 할 수 있으며 아무리 작은 물체 속이라도 들어가서 탐험을 할 수 있다. 그 뿐만아니라 시간대도 자유롭다. 우주가 탄생하는 그 먼 시간대와 앞으로 도래할 미래까지 어떤 시간대라도 이 상상의 우주선이 못갈 곳은 없다.

현 시대를 살아가는데 가장 중요한 것이 상상하는 능력이라 말들 하는데 다행히도 우리에겐 상상의 우주선이 이미 준비되어 있으니 이제 이를 타고 나래를 펼치기만 하면 된다. 빌 게이츠가 수십년 전 생각한 것들이 지금은 거의다 이루어졌다고 하지 않던가. 그를 가만히 보면 우리가 생각에는 스스로 이루어 가는 물리적인 힘이 있는 것 같다. 상상은 현실이 된다는 말이 사실이다.  

인류는 낯선 땅을 마다하지 않았기에 살아 남았다. 항상 새로운 변화에 능동적으로 대응해왔다. 그들은 아프리카에서 시작해 유라시아 대륙을 섭렵하고 시베리아와 알래스카를 잇는 베링해를 건너 아메리카 대륙으로 건너갔다. 우리 조상들은 일상 자체가 모험이었다. 조상의 유전적 DNA, 즉 미지에 대한 호기심과 도전정신을 우리는 유업으로 고스란히 물려받았다. 그래서 이제는 우주로 상상의 나래를 펼칠 수 있게 된 것이다. 인류가 우주 개척을 시작할 때 그 불안과 공포는 컸을 것이다. 공기는 물론 중력조차도 없는 완전히 생소하고 차원이 다른 미지의 영역이기 때문이다. 그러나 인류는 이미 경험으로 알고 있었다. 계산된 위험으로 들어가는 것, 그리고 그 턱을 한번 넘는 것이 불안과 공포로부터 벗어나는 핵심이라는 것이다. 뉴턴이 포탄을 상상하며 엄청난 힘으로 그것을 발사한다면 지구의 중력을 벗어날 수도 있을 것이라는 생각이 현실로 나타난 것이 지금의 로켓 우주선이다. 우리 조상의 상상이 그 때에는 이루어지지 않았지라도 다음 세대의 어느 순간에 이루어지곤 했다. 이것이 인류가 살아온 방식이었다.

우주로 발진한 인류의 우주 개척의 역사 가운데 칼 세이건(Carl Sagan)은 우주를 대중에 알린 선구자다. "사랑에 빠지면 세상 사람들에게 알리고 싶은 법이다. 나는 과학과 사랑에 빠졌고 이를 세상 사람들에게 알리는 것은 자연스러운 일이다." 그는 이렇게 일부 과학자들에게만 알려져 있던 자연과 우주의 신비를 일반 사람들 앞에 풍성히 펼쳐 놓았다. 그는 휴머니스트였다. 인류의 잠재력을 확신하면서도 인류에게 무심한 우주의 변덕에 의해 언제라도 쓸려 없어질 수도 있는 작디작은 공동체에 불과한 인류의 취약성을 잘 알고 있었기에 끊임없이 고민하며 인류의 나아갈 길을 모색했다. 그의 필생의 작품 다큐드라마 코스모스가 2014년 부활하면서 닐 타이슨을 태우고 우주와 자연을 종횡무진한 이야기의 중심에 있는 것이 상상의 우주선이다. 인류가 상상을 통하여 문명과 역사를 발전시키며 우주시대를 열어온 사실을 생생하게 보여준다. 

"상상할 수 있는 능력이 인류의 미래를 결정할 것이다." 라고 상상의 우주선은 말한다.


인간은 우주에 특별한 의미를 갈망해왔으며 천체의 변화가 의미가 있다는 증거를 원했다. 혜성은 오랫동안 블길한 징조의 원조였다. 혜성에서 신의 경고를 찾으려 했다. 이제는 혜성의 기원이나 물질의 구성을 다 알지만 옛날 사람들은 모두 두려움에 떨었다. 


혜성은 어디서 오는 걸까?

 



얀 오르트는 직경 수광년의 구 형태의 뿌옇게 보이는 혜성 무리가 태양을 감싸고 있다고 보았다. 이것은 오르트 구름이라 불린다. 오르트는 태양이 은하계 중심에서 3만 광년 떨어져 있다는 것과 전자 망원경을 이용하여 은하계의 나선형 구조를 최초로 밝히기도 했다. 그는 은하계 중심에서 거대한 폭발이 있었다는 사실과 중심에 초질량 블랙홀이 있다는 단서도 포착했다.


태양이 공전하는 혜성을 달구면 혜성은 아름다운 변신이 일어나기 시작한다. 혜성 표면을 뒤덮고 있던 검고 황량하던 빙산이 녹으며 긴 꼬리가 생긴다. 지구가 4만 세대를 거치는 동안 혜성은 10만번 이상이나 출연했다. 그동안 인류는 경외감에 사로잡혀 하늘을 바라보는 수 밖에 없었다. 지구에 갖힌 우리에겐 죄책감과 두려움을 넘어서는 설명을 찾을 길이 없었기 때문이다. 



1664년 출연한 혜성이 유럽 전역을 두려움에 떨게 했다. 이를 정당화하듯 런던에 전염병이 발생하고 뒤이어 대화재가 일어났다. 붉고 긴 머리카락을 휘날리며 눈부시게 빛나는 별이 세상을 위협했던 것이다. 이때 어드먼드 헬리는 두려움에 떨기 보다는 호기심에 가득차서 혜성을 관찰하기 시작했다. 그즈음 런던에는 커피하우스가 유행했는데 이곳은 평등의 상징이었다. 왕과 귀족들에게 무조건 굽실거리는 것을 지양하고 자유토론이 충만한 민주주의의 산실이었다. 이곳에서 헬리와 훅 같은 과학자들이 모여 행성 움직임의 수수께끼를 풀려고 열심히 논의하곤 했다. 


아이작 뉴턴도 그 시대 1642년 크리스마스에 태어난 잉글랜드 출신이다. 뉴턴이 세상의 빛을 보기도 전에 그의 아버지는 이미 죽고 없었고 그의 어머니는 뉴턴의 나이 3살부터 11살까지 잠적했다가 새로운 가족을 이끌고 집으로 돌아왔다. 새 가족에 적응하지 못한 뉴턴은 홀로 지내면서 자연현상의 원리와 자연 자체를 이해하고자 열정을 솥았다. 고대철학과 연금술, 성경구절 속에 암호화된 신의 명령을 해독하려고 노력했다.  그러니 평생에 걸친 뉴턴의 연금술과 성서 연대 연구는 결실을 맺지 못했다.    


뉴턴의 필생의 역작, 프린키피아은 어떻게 세상에 빛을 보게 되었을까?


운명의 그날 헬리가 뉴턴을 찾아갔을 때 뉴턴은 사실상 은둔자로 살고 있었다. 13년 전 뉴턴은 세상을 등졌다. 로버트 훅이 빛과 색에 대한 자신의 연구업적을 뉴턴이 훔쳤다고 공개적으로 비난한 후였다. 사실 빛의 스펙트럼에 관한 수수께끼를 푼 건 훅이 아니었다. 헬리와 뉴턴은 행성운동의 수수께끼에 대해 토론했는데 뉴턴이 그 수수께끼를 이미 풀었다고 했다. 태양의 인력과 행성 운동에 대한 뉴턴의 자료를 받아 든 헬리는 놀라움을 금치 못했다. 그는 뉴턴에게 이 자료는 과학계의 중대하고 심오한 혁명이니 당장 책으로 출판하자고 했다. 그러나 그때 왕립학회에서는 뉴턴의 책을 발간할 돈이 없었다. 다른 책들을 발간하느라 자금이 고갈된 것이다. 



헬리는 뉴턴의 책을 편집하여 자비로 책을 출판했다. 핼리의 노력이 없었다면 뉴턴의 걸작은 세상에 빛을 보지 못했들 것이고  과학의 혁명은 불확실해 지고 말았을 것이다. 뉴턴은 완벽한 수학적 문장으로 자연의 법칙을 썼다. 사과부터 달, 행성까지 무수히 많은 것들에 적용되는 보편적인 공식, 태양이 어떻게 먼 세계를 붙들고 있는지를 명확하게 밝혔다. 그 책, 프린키피아에는 뉴턴이 발명한 미적분학과 우주여행을 위한 탄탄한 이론적 기반도 포함되어 있다. 뉴턴은 날아가는 포탄을 상상했다. 폭발적으로 추진력을 증가시키면, 속도만 충분하다면 포탄은 중력을 뿌리치고 지구궤도까지 날아갈 수 있을 것이라고 추론했다. 그 구상이 모든 걸 바꿔 놓았다. 우리가 오늘날 로켓 우주선을 타고 지구 밖 우주여행을 하게 된 것은 뉴턴 덕이라 아니할 수 없다.


헬리는 모든 항성들도 움직이고 있다는 사실을 밝혔다. 항성들은 회전목마처럼 오르락 내리락 하며 서로를 지나쳐 흐르며 움직인다. 그러나 이 움직임은 워낙 더뎌서 짧은 기간으론 잘 관찰하기 어렵다. 그는 고대인들이 수세기 전에 관측한 별의 위치를 근거로 항성도 움직인다는 사실을 포착해 냈다. 우리 은하계와 가까운 안드로메다 은하계는 서로 점점 가까워 지고 있다. 먼 훗날에는 두 은하계가 서로 충돌하여 뒤섞이게 될 것이다.  상상해 보라. 5천억 개가 넘는 별무리가 추는 천상의 춤을.


혜성의 출몰도 밝혀졌다. 태양에서 50억km 떨어져서 태양을 타원형으로 공전하며 태양에 가까워지고 있는 헬리혜성은 공전주기가 76년이다. 1910, 1986년에 정확하게 나타났으니 앞으로 2061년이면 또 헬리혜성을 볼 수 있을 것이다. 이렇듯 인류는 과학이란 무기로 과거 두려움의 표상이었던 혜성의 생멸과정을 알게됨으로써 두려움을 벗어나 자유함을 얻었다. 우주의 보이지 않는 먼지와 같이 작은 인간이 이제 끝없는 탐구 정신으로 우주의 비밀을 하나씩 벗겨가고 있다.  

 


생명은 어디서 왔을까?

이것이 코스모스 2화의 주제다. 생명의 기원에 대해서는 창조론과 진화론이 첨예하게 맞선다. 생명의 원류를 찾아 우주를 뒤지고 다니던 과학자들은 우주 와 지구의 역사와 흔적 속에서 실증적 증거를 찾아 진화론은 명백한 사실이라고 주장하고 있다. 칼 세이건이 신의 존재를 증명해 보라. 그러면 내가 신을 믿겠다. 라고 말한 것이 과학자들의 입장을 대변한 말이다. 그에 반해 과학 너머의 존재가 신이니 과학적으로 풀수 없는 존재가 신이다. 신은 과학적 합리주의 너머에 존재하는 것이니 과학의 잣대로 신을 해석하려 해서는 안된다고 말한다. 그러나 몸이라는 실존하는 물질을 입고 살아가는 인간으로서 우리 몸을 움직이는 생명의 원류를 납득하기 쉬운 과학적 논리로 풀어보고 싶은 열망은 아주 강력하다.


임의선택과 자연선택

진행자 닐 카이슨은 재미있게도 개 이야기로 포문을 연다. 우리 주위에 수많은 종류의 개들이 존재하는데 그 많고 다양한 품종의 개들은 도데체 어디서 왔을까? 야생 늑대가 사람에게 길들여져 개가 된 것은 알겠는데 어떻게 그렇게 다양한 개의 품종이 생겼을까? 돌연변이로 생긴 어떤 늑대는 온순한 성질을 입고 사람과 가까워 진다. 사람에게 길들여지기를 선택한 것이다. 돌연변이 늑대는 자유를 포기함으로써 규칙적으로 먹을 것을 얻을 수 있었다. 사람에게 사랑 받으려면 귀여운 얼굴이 효과적이었다. 그래서 늑대에게선 찾아볼 수 없는 귀엽고 잘생긴 용모로 진화했다. 물론 일부는 사냥을 잘 함으로써 사람의 사랑을 받도록 진화한다. 이렇게 15,000년을 거치면서 애완견, 사냥개, 양치기개 등 개는 인간의 이용 목적에 따라 매우 다양하게 진화했다. 이러한 인간의 선택에 의해 이루어진 진화를 육종 또는 임의선택의한 진화라 부른다. 들풀이 밀과 옥수수로 진화한 것도 같은 맥락이다.


갈색 곰의 DNA 유전자가 오랜 세월 동안 후대에게 이어지다가 어느날 곰의 털 색깔 정보를 담당하는 DNA가 돌연변이를 일으켜 흰색 곰이 태어난다. 우연히도 하얀 곰은 주위 환경인 눈과 얼음의 색깔과 같아 사냥에 유리한 입장에 선다. 백곰은 더 많은 새끼들을 번식시킬 수 있게 된다. 대를 거치면서 백곰의 유전인자는 더 강화되어 널리 퍼지고, 갈색곰은 도태되거나 산속으로 들어가 백곰과는 다른 류의 곰으로 진화하게 된다. 환경이 개체를 자연선택한 결과이다. 다윈이 그 증거를 제시했다. 


우리 몸의 DNA 단일 분자내 원자의 갯수는 보통 은하계의 별의 숫자와 같다. 이; 점은 모든 생명체가 같다. 우리들 한 사람 한 사람은 각각 작은 우주인 셈이다.


화산폭발, 행성충돌, 빙하기 지구의 역사 40억년 가운데 집단 멸종을 초래한 대재앙을 5차례나 겪게 된다. 이중 생물의 90% 이상을 잃게 되는 전 지구적 화산폭발이 지구가 하나의 대륙이었을 때 일어난다. 그때 가열된 지구로 인하여 해류의 순환이 멈추고, 화산 분출물이 석탄층을 태우면서 발생한 온실가스 이산화탄소와 탄화수소 등이 대기를 뒤덮어 생명의 대부분이 질식사하게 된다. 이때 입은 피해가 워낙 컸던 탓에 지구가 회복하는 데만도 천만 년 이상이 걸렸다. 이후 나타난 공룡은 1억5천만 년을 생존하며 번성했지만 행성충돌이라는 또 하나의 범지구적 대재앙으로 멸종했다. 



그럼에도 불구하고 생명의 집요움이란 참으로 경이롭다. 완보동물은 꽁공 언 얼음 속에서도 살 수 있고, 물 한 모금 없이 10년을 견디기도 한다. 우주복도 안 입고 추운 진공 상태 우주에서 강렬한 방사선을 맞아도 아무 탈 없이 5억년을 생존해왔다. 완보동물이 증명하듯 생명체는 인간에겐 확실한 죽음을 초래할 상황을 견딜 수 있는 능력이 있다. 이렇게 생명은 DNA라는 유전암호 언어로 오늘날까지 면면이 이어져 왔다.


타이탄은 토성의 위성이다. 크기가 지구와 비슷하고 지구처럼 비도 오고 산과 계곡, 호수도 있고 강도 흐른다. 다만 대기를 구성하는 원소가 지구와는 아주 다르다. 전체 대기 중 질소가 98%로 지구의 질소 밀도의 4배에 달한다. 산소는 없으며 매우 추운 곳이다. 상기 사진의 비와 강의 물이 모두 메탄과 에탄이 냉각되어 변한 액체라고 한다. 지구에서는 이들이 기체 상태로 존재하지만 영하 수백도의 이곳에서는 모두 액화되어 차디찬 비처럼 내린다. 이곳의 강과 호수 속에 혹 생명체가 존재한다면 산소 대신 메탄과 에탄을 주로 호흡하며 살지도 모를 일이다.


그러면 수억년 동안의 자연선택의 결과로 어떤 변화를 초래했을까? DNA로 보면 나무와 우린 사촌지간이다. 나무만이 아니다. 기본적 DNA는 생존본능만 존재하기에 다른 다양한 형태로 분화하기 전의 원형이기에 DNA 형태가 모두 같다. 이것은 지구상 모든 생명체가 뿌리가 같은, 본디 하나라는 사실을 증명해 준다. 생명의 복잡 다양성은 지적기획자가 수백만종을 각각 다르게 창조했다고 믿었다. 진화라는 건 오랜 세월에 걸쳐 존재해온 생명체의 구조를 바꾸는 과정이다. 조금씩 바꾸어 가며 적응을 돕는 과정이다. 진화론은 중력이론 처럼 명백한 과학적 사실이다. 실제로 일어났던 사건인 것이다.


과학은 지식과 무지 사이의 신대륙을 개척하는 활동이다. 모르는 걸 인정하는 걸 두려워 해서는 안된다. 모르는 건 부끄러운 일이 아니기 때문이다. 허나 모든 해답을 다 가진 척 하는 것은 부끄러운 일이다.

다큐 드라마 코스모스(COSMOS): A Spacetime Odyssay의 '1부 은하수에 서서' 파일을 어렵사리 구해서 본 소감은 한마디로 "와~ 세상에 이런 세계가 있었다니!"였다. 충격이었다. 얼마나 내가 우물안 개구리였는지, 얼마나 인간이, 지구가 우주 속에 작은 존재인지 알았다. 하지만 이 작은 존재가 이렇게 엄청난 우주의 미스테리를 하나씩 밝혀내고 있는 것 또한 경의였다. 그토록 아름답고 경이로운 코스모스를 천체물리학은 물론 그에 얽힌 역사, 사람, 생물, 그 모든 것에 대한 이야기를 물 흐르듯 풀어주는 닐 타이슨의 탁월한 이야꾼의 능력에 나도 모르게 빨려들어 시간의 흐름을 잊었다. 화려한 컴퓨터 그래픽과 삽화 애니메이션은 한층 재미를 더해 주었다. 


오랫동안 인류는 자신이 우주의 중심이라고 생각하고 싶어 했다. 그러나 밝혀진 사실에 의하면 지구가 속한 무한한 우주 마저도 수많은 우주 중 하나일 수도 있다는 가능성에 봉착했다. 이제 신이 이 우주를 창조했다는 생각을 받아들이지 않는다면 우주적 관점에서 인류의 존재의미를 찾는 것이 너무 어려워 보인다. 우주적 관점에서 보면 지구는, 나란 존재는 티끌의 티끌도 아닌 그저 없는 존재나 다름없다는 자기 성찰에 다다른 까닭이다. 


하지만 우리를 만들고 있는 원소들은 태초부터 코스모스를 이뤄온 별들의 탄생과 죽음에 의하여 만들어졌고, 그래서 우리들은 모두 별들로부터 왔으며 우리 안에 우주가 있다는 말은 시적 상상적 은유가 아니라 엄연한 사실이다. 거대한 코스모스에 참여하여 그 일부가 되는 인식은 우리의 존재 의미를 일깨워 우리의 작은 가슴에 무한한 우주를 품을 자유를 허락해 준다. 우리의 발견은 언제든 새로운 발견으로 뒤집어 질 수 있다는 사실 인식으로 언제나 겸손하게 새로운 생각과 발견에 마음을 열어놓아야 한다는 코스모스적 세계관을 마음에 품고 살아간다면 세상이 보다 아름다워질 수 있을것 같다.


우주의 시원을 찾아서 - 우리가 아는 최대 규모의 코스모스(우주)는 어떤 모습일까?


우리 은하계는 수십 억 개의 다양한 행성들로 이루어져 있다. 우리의 눈은 우주의 빛 중 극히 일부만 볼 수 있지만 과학기술 덕분에 적외선 망원경 갗은 것으로 보면 은하계에 모항성을 잃어버리고 떠도는 수십 억 개의 떠돌이 별들이 있다. 그외 무수히 많은 행성과 항성들이 무수히 많은 태양계 같은 세계가 존재하는 은하계, 거대한 나선형 모양의 이웃 은하, 안드로메다. 우리 은하가 속한 수천 은하들로 이루어진 처녀자리 초은하단, 하지만 그 초은하단 조차도 우주의 아주 작은 일부분일 뿐이다. 그러면 과연 최대 규모의 코스모스는 어떤 모양일까?


다중우주 - 우주 위의 또 다른 우주


상상의 우주선을 타고 있어도 우리가 볼 수 있는 시공간에는 한계가 있다. 우주의 지평선 너머에는 펼쳐진 우주는 너무 멀다. 138억 년이란 우주의 역사에서 그곳의빛은 아직까지 우리에게 도달하지도 못했다. 그래서 이런 가설도 가능하다. 관측 가능한 우주 속의 무한한 세계, 그 모든 태양계와 은하와 은하단이 수많은 우주로 이루어진 무한한 바다의 작은 거품에 불과하다는 가설이다. 우주 위의 또 다른 우주, 바로 '다중우주론'이다.



우주달력 -우주의 나이를 1년짜리 달력으로 압축한다면 바로 이 달력이다


100년도 못사는 인간에 비해 우주의 나이는 무려 138억 살이다. 이 아득한 코스모스 역사의 시간을 알기쉽게 1년짜리 달력으로 압축해 보자. 우주달력은 1월 1일 우주의 탄생과 함께 시작된다. 여태껏 일어난 모든 일이 담겨있는 달력이다. 이달력의 한달은 약 10억년, 하루는 약 4천만 년에 해당한다. 그러면 최대한 먼 과거 우주의 시작점으로 가보자.

1월1일 빅뱅이 일어났다. 그때가 우리가 아는 가장 먼 과거다. 우리는 우주의 가장 작은 원자에서 시작되었다. 그 점이 대폭발을 일으켜 우주의 평창이 시작되었고 그로부터 우리가 아는 모든 에너지와 물질이 발생했다.1월 10일 중력에 의해 뭉치고 가열된가스 덩어리들에서 최초의 별들이 탄생한다. 1.13일 그 별들이 모여 최초의 은하를 형성한다. 작은 은하들이 모여 큰 은하를 만들고 우리 은하도 그렇게 탄생했다. 우리 은하가 만들어진건 약 110억년 전 우주달력으론 3월 15일이다. 수천 억개의 태양이 생겼다. 우리 태양은 아직 만들어지기 전이다. 태양계와 생명체는 훨씬 훗날 생성되는데 우주달력에서 인류의 시작은 과연 몇월 몇일 일까요?




"인도 무굴제국의 황제가 죽은 아내를 추모하며 지은 것이 타지마할이지요. 이 '코스모스'는 남편 칼 세이건을 위한 저의 타지마할이에요."


세계 과학 대중화의 대부 칼 세이건(1934~1996)의 아내 앤 드루얀(Ann Druyan)은 남편의 이야기가 나오자 감회에 젖은 눈빛으로 위와 같이 말했다. 칼 세이건을 세계적인 과학 스타가 되게 한 과학 다큐 '?COSMOS'(1980)가 34년 만인 2014년 21세기 새로운 버전으로 업그레이드 되었다. 국내에선 내셔널지오그래픽 채널(NGC)에서 13부작 다큐 '코스모스: 스페이스타임 오디세이'로 방영되었다.


지구와 우주의 생성원리를 일반인들도 알아듣기 쉽게 안내한 원작 다큐는 세계 7억 5천만명이나 시청했고 동시 집필한 동명의 저서도 과학계의 고전이 되었다. '코스모스' 다큐 대본을 함께 쓴 게 인연이 되어 결혼한 두 사람은 배우자 일뿐아니라 사상적 동지로서 서로 너무 사랑한 결과 칼은 코스모스 책을 얀에게 헌정하고, 얀은 먼저 간 칼을 그리며 이렇게 타지마할 연가를 부르고 있다.


드루얀은 시청자들 각자가 우주여행을 다룬 이 영화의 주인공이 된 듯 느끼기를 바란다고 했다. 2009년 다큐 제작사 '코스모스 스튜디오'를 설립하고 본 작품의 작가와 프로듀서를 맡았다. 제작비 460억을 기부를 통해 마련할 만큼 세상의 지대한 관심과 응원을 받았다. "인류는 큰 뜻을 품고 멀리 나아가는데 두려움이 없었다. 바로 칼 세이건의 '코스모스'에서 비롯된 탐구의 정신이다. 우리는 현재 우리가 느꼈던 가능성을 후대에 전해주기 위해 최선을 다할 것이다. 세상에는 탐험해야할 새로운 세상이 있고 우리는 이에 열정을 바칠 사람이 필요하다. 한계는 없다. 상상력을 펼치라."라는 말로 TV 방영 전에 오바마 대통령이 시청을 권할 정도 였다니 대단한 작품임에 틀림없다. 


1980년판에서는 칼 세이건이 출연해 다큐 드라마의 진행을 맡았지만 2014년 판에서는 후배 천문학자 닐 타이슨 박사가 호스트로 출연해 진행을 맡았다. 


시공을 초월한 우주 히스토리 <코스모스>에서는 상상의 우주선을 타고 시간과 공간을 여행한다. <코스모스>의 진행자인 닐 타이슨 박사와 함께 시간과 공간을 여행하게 된다. 타이슨 박사는 원작에도 등장했던 '상상의 우주선(SOTI, Ship of the Imagination)'를 타고 생명의기원과 자연의 법칙을 찾아 광막한 우주 공간과 137억년의 시간을 자유롭게 여행한다.  지구와 자연의 아름다움을 보여주는 영상미뿐만 아니라 우주의 신비로움을 표현한 그래픽, 역사속 사건들을 재현한 애니메이션 등 새롭고 다양한 표현방식에 보는 이는 누구든 매료될 것이다.


칼 세이건은 30여년 전 우리를 우주로 안내했다. 그는 대중에게 과학을 알리는 과학 전도사였지만 무엇보다 훌륭한 과학자였다. 그는 토성의 위성인 타이탄에 메탄 호수가 있음을 예측했고, 지구 초기의 대기에 강력한 온실 가스가 있엇다는 것도 입증했다. 화성의 계절 변화가 흩날리는 먼지 때문임을 가장 먼저 예견한 과학자도 그였다. 


이렇게 휼륭한 과학자 칼 세이건과 19개의 명예 박사 학위를 가진 저명한 천체물리학자 닐 타이슨과의 인연은 1975년 타이슨이 17세였던 때로 거슬러 올라 간다. 당시 과학자의 꿈을 가지고 공부하던 닐 타이슨의 싹을 알아본 성공한 저명한 천문학자 세이건이 어느 추운 토요일 그를 이타카의 자신의 집으로 초대한다.  "미래의 천문학자 닐에게 칼로부터"란 글귀와 함께 직접 싸인한 책을 칼은 닐에게 선물했다. 시간이 흘러 칼이 닐을 정류장까지 바래다줄 때  눈이 아주 많이 내렸다. 칼은 쪽지에 자기 집 전화번호를 적어주며 집에서 재워줄 테니 버스가 가다가 멈추면 전화하라고 했다. 닐은 이 사건으로 그가 어떤 사람이 되어야 할지는 그 날 깨달았다고 했다. 칼 세이건에게 큰 영향을 받은 건 물론이다. 이것이 인연이 되어 훗날 훌륭한 과학자가 된 닐 타이슨은 스승 칼 세이건의 코스모스를 부활시키는 작업을 맡게 된다.



이렇게 스승과의 감동적인 만남을 간직한 닐 타이슨은 이렇게 말했다.


"과학은 몇 세대에 걸쳐 협력을 요하는 장기 프로젝터이다. 스승이 제자에게, 제자가 다시 스승에게 햇불을 전달하는 일이다. 고대의 기록부터 별들의 기록까지 아우르는 생각의 교류다."

보이저호에서 찍은 한장의 지구 사진 Pale Blue Dot를 보고 감명을 받은 칼 세이건이 동명의 책을 저술했다는 이야기에 감동을 받아 칼 세이건이 어떤 사람인지 파헤쳐 보았다. 


칼 세이건 Carl Edward Sagan (1934.11.9 ~ 1996.12.20)


뉴욕 브루클린 태생으로 주로 시카고 대학에서 학업을 닦고 코넬대학 석좌교수이며 행성연구소 소장이다. 미국 천문학의 상징과도 같은 천문학자이며 작가요 자연과학 대중화 운동가이기도 하다. 인류학이나 생물학에도 조애가 깊었다. 20대인 1950년부터 NASA의 기술고문으로 재직했으며, 파이오니어, 보이저, 바이킹, 갈릴레오, 패스파인더 화성 탐사선 등 갖은 우주 탐사선 계획에 참여했다. 그는 다른 과학자들에게 아이디어를 제공하고 전문어 대신 일반인이 알아듣기 쉬운 말로 과학을 설파한 대중과학의 선구자였다.


남긴 저서가 30권 가량 있는데 그중 천문학의 고전같은 책 <COSMOS>가 유명하다. COSMOS는 저서이면서 동시에 TV방송구용으로 제작된 13부작 과학다큐 드라마이기도 하다. 코스모스 방영 당신 우연히도 다른 드라마 작가들이 파업을 일으켜 불만한 시리즈로는 유일한 드라마였던 탓에 여러번 재방송 되면서 최고의 인기를 누리게 된다. 당시 칼 세이건이 직접 방송에 출연해 내레이션을 했는데 그는 멋있고 학자다운 스마티한 매력으로 미국 주부들에게 대인기였다고 한다. 그 밖에 저서로는 죽기 직전에 쓴 <에필로그>, 인간의 뇌를 다룬 <에덴의 용>은 퓰리쳐 상을 받았다. 그는 미신이나 비과학적 사고를 무척 싫어하여 <악령이 출몰하는 세상>이라는 책도 썼다. 그는 죽을 때 신을 믿으라는 가족의 권유에 신의 존재를 입증해 달라. 그러면 믿겠다고 끝까지 신을 받아 들이길 거부했다. 과학자가 신을 믿기 어렵다더니 그는 뼈속까지 과학자였다. 그리고 1985년에 <CONTACT>란 SF소설도 썼는데 이는 그에게는 유일한 소설로 영화화 되어 흥행에 성공하기도 했다.  영화 CONTACT는 1997.11.15일 개봉되었는데 그의 사후였다. 그가 그렇게 영화 나오기를 기다렸는데 안타까운 일이다.. 섬세한 심리묘사와 우주에 대한 동경으로 가득찬 이 영화의 명대사 한구절, "우주에 만약 우리만 있다면 엄청난 공간의 낭비겠죠."


칼 세이건은 외계 생명체 탐사에 매우 관심이 많았다. 생물학적 사회적 관점에서 심도있게 파고 들었다. 그의 발의로 보이저 우주 탐사선에 골든 레코더를 탑재했다. 여기에 지구의 존재를 외계인에게 알릴 목적으로 지구의 위치, 남녀의 모습, 수십개 언어로 된 인사말, 지구풍경 사진들, 여러가지 음향 등을 기록했다. 또한 그는 외계 지적 생명체를 찾는 SETI(Serch for Extra-Terrestrial Intelligence) 프로그램을 주도하기도 했다. 소설도 SETI에서 출발하는데 충분히 이해가 가는 대목이다.


세이건은 인기 뇌섹남답게 결혼도 3번이나 했다. 앤은 보이저호의 골든레코드 제작 책임자로 세이건을 만나 결혼하여 그의 아내이자 사상적 동지로서 여러 사회운동을 같이 하기도 한다. 세이건은 마지막 반려자 앤 드류얀 여사를 가장 사랑하여 그의 명저 <COSMOS>를 그녀에게 헌정하는데 헌정문이 강동적이다.


"앤 드루얀을 위하여...

광막한 우주 그리고 무한한 시간 이 속에서 같은 행성, 같은 시대를 앤과 함께 살아가는 것을 기뻐하면서..... "


<COSMOS>다큐드라마에선 세이건이 직접 출연하여 아름다운 영상과 천문학을 이해하기 쉽게 설명하고 우주와 인간의 관계를 과학적으로 이야기한다. 유므러스하게 우주법칙과 역사적 사실을 재현하기도 한다. 불확실한 현상을 만나면 알고자 하는 인류의 노력과 그것을 알 수 있다는 가능성을 보여주며 진지한 모습으로 여운을 남긴다.


처음 80는대 방송에서 세이건은  생명의 신비를 이야기하면서 나무와 사람은 DNA는 같지만 에너지를 얻는 방식이 다르다. 왜 그런지 이유는 DNA 외에 다른 요소가 있다는 것은 확실하지만 연구 중이다. 미래에는 그 이유가 확실히 밝혀질 것이다. 그후 10년이 흐른 뒤 90년대에 버전으로 이 장면을 업데이트했다. 머리가 하얗게 센 칼 세이건이 직접 나와서 말한다. 그동안 연구를 통해 RNA 존재가 밝혀졌는데... 하면서 RNA의 역할을 설명하는데 참으로 감동적이었다.

일론 머스크는 2002년 SpaceX를 설립하여 행성간 우주여행의 꿈을 키워오다가 얼마전 화성이주계획을 발표했다. 그것도 인구 백만명의 화성 이주 도시를 건설하겠다는 다소 터무니 없어 보이는 계획이었다. 그러나 그가 15년 간의 SpaceX에서 해온 일들을 하나하나 설명하면서 그의 전략을 조목조목 짚어줄 때는 아주 설득력이 있었다.

 제가 진정으로 추구하는 것은 화성 진출을 가능하게 하는 것입니다 _ 일론 머스크

궁극적으로 인류를 다행성 종으로 만드는 것이 SpaceX의 설립이념이란다. 태양계의 행성 중 가장 지구를 닮아 있고 가까운 행성이 화성이다. 그래서 SpaceX는 화성을 1차 타겟으로 삼아 이주계획을 세웠다. 그럼 우선 왜 화성에 가야만 할까? 우리에겐 2가지 대안이 있다. 먼저 지구상에 영원히 머무르다 결국 피할 수 없는 멸종 위기에 처는 것이다. 이게 아니라면 대안은 우주에 진출한 문명이 되어 다행성 종이 되는 것이다. 즉 지구 외의 또다른 행성에 인간이 살 수 있는 도시를 건설하는 것이다. 

SpaceX의 우주선 계발 역사

이 일을 위하여 2002년 설립 후부터 SpaceX가 해온 일들은 나열하면 우선 국제 우주 정거장으로 화물을 운송하는 최초의 민간회사가 되었다. 또한 궤도 부스터를 지상과 선상에 안전하게 착륙시켰다. 이것이 15년간 한 업적으로 보잘것없어 보일 수 있으나 누구나 원한다면 화성에 갈 수 있게 하는 방법을 향한 로드맵을 착실이 걸어가고 있다고 자부한다. 

자체로 화성에서 유지될 수 있는 자립 도시를 만드는 방법은 가능할까 화성은 하루가 24시간 40분으로 충분한 햇빛이 존재하며 CO2가 97%, 질소가 2% 존재한다. 이산화탄소와 질소, 식물에 필수적인 원소다. 대기를 압축하면 화성은 식물재배에 아주 적합한 환경이 된다. 또한 사람들이 화성에 살면 매우 재미있을 것이다. 지구 중력의 37% 밖에 되지 않기 때문에 무거운 물건도 쉽게 들어올릴 것이고 점핑보드 위를 뛰는 것처럼 여기저기에서 쉽게 점프도 할 수 있을 것이다. 화성에는 엄청난 얼음 덩어리가 있어 물도 쉽게 구할 수 있다. 

그러면 어떻게 화성에 사람들을 데려가나? 일인당 화성행 우주선 승선권이 미국에서 중간 정도의 집값인  $200,000과 같게 하거나 더 싸게 할 수 있다면 화성에 자급자족의 문명이 만들어질 확률이 매우 높다고 생각한다. 물론 가고 싶어 하지않는 사람들도 많을 것이다. 오히려 상대적으로 적은 수의 사람들이 화성에 가고 싶어 할 것이다. 만약 이 화성이주계획이 현실로 이루어진다면 충분히 많은 사람들이 가고싶어 할 것이다. 화성은 장기간에 걸쳐 노동력 부족을 겪게 될 것이기 때문에 실직에 대한 걱정을 없을 것이다.

화성이주계획이 현실이 되게 하려면 우선적으로 풀어야 할 핵심 문제가 4가지 있다.

1. 우주선의 완전 재활용; 궤도에서 분리된 부스터는 지구의 발사지로 되돌려 회수하고 탱크와 우주선 본체까지 할 수 있는 한 오래 되풀이 해서 사용하는 방법을 찾아야 한다. 그렇게 하지 않으면 천문학적인 비용을 감축시킬 수 없다. 

2. 궤도에서 재충전; 우주정거장에서 연료를 재충전하여 화성으로 떠나게 한다. 우주 주유소 개념으로 여러 우주정거장을 거치면서 연료를 충전한다면 우주선의 연료탱크의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다.

3. 화성에서 우주선 연료 생산; 화성에는 연료 생산 공장, 철주물 공장, 피자가게 등등 필요한 모든 시설들이 화성 시민들을 위해 건설 될 것이다.

4. 적절한 우주선 연료; 화성에는 이산화탄소 대기가 있고 토양에서 물을 얻을 수 있으므로 이들을 분해하여 메탄 및 산소를 만들 수 있다. 이들을 극저온 상태에서 액화시켜 연료로 쓰기로 결정했다.

4가지 핵심요소를 적용시킨 지구-화성간 우주왕복선 마스타플랜

상기와 같이 핵심 요소들의 해결법을 찾았으니 이제 하나하나 시행하면 전체 비용을 최소한 4.5배나 절감시킬 수 있게 된다. 화성에서 필요한 에너지는 광막한 들판에 태양광 패널을 설치하면 해결할 수 있다. 화성에 자립도시 문명을 만들려면 적어도 인구가 100만명은 되어야 한다. 우주선 탐승인원을 100명이라 한다면 우주선 1,000대를 제작하여 각각 10회의 항해를 하면 된다. 그러려면 우주선도 끊임없이 개선하여 안정적 흐름을 만들어 마치 기차가 출발하는 것처럼 항상 우주선이 떠나는 시스템을 만들 것이다.

그럼 이 거대한 사업에 드는 막대한 재원은 어떻게 조달할 것인가? 이 프로젝트는 거대한 민관 합작의 파트너쉽이 될 것이다. 이것이 미국이 건국된 방식이다. 전 세계 각국에서도 동반자 관계로 제휴가 들어 올 것이다. 이 모든 유입이 우리가 이 프로젝트가 가능하다는 것을 보여줄 때 지원이 눈덩이 처럼 늘어날 것이라고 확신한다. 우리가 발전시켜온 우주산업 기술도 그렇다. 기술이 저절로 제가 알아서 발전되지는 않았다. 그것은 정말로 강력한 설계능력이 그것을 개선시킬 수 있는 문제에 접목될 때 엄청나게 개선될 수 있었다. 지금 우리의 주 수입원은 우주선을 띄워 우주정거장간 퀵서비스로 돈벌이를 하고 있다. 이것이 주는 아니지만 원용한다면 해안가에 발사대를 띄워놓고 지구상 어떤 곳이라도 45분 안에 화물을 도달시킬 수 있다. 뉴욕과 도쿄 사이는 25분, 대서양 건너는 10분이면 족할 것이다.

우리가 개발한 우주 착륙선 드래곤호는 추진형 착륙선으로 적어도 2-3톤의 화물을 화성으로 실어 나를 수 있다. 이런 추진 착륙선을 이용하면 충전 가능한 우주정거장이나 행선이나 위성을 호핑(hopping)함으로써 태양계의 행성 어디든 갈 수 있을 것이다.

참으로 원대한 계획이다. 일론 머스크는 화성이주계획의 브리핑을 마친 후 누군가 질문하기를, 만약 일론 머스크가 불의의 사고로 죽게되면 이 계획도 물거품이 되는 게 아니냐고 물었다. 그에 대한 머스크의 대답이 걸작이다. 자기가 유고시에 대를 이어 이 사업을 추진시킬 사람은 이미 명문화 되어 있다. 또한 SpaceX의 존재 이유와 사업 목적이 '인류를 다행성 종으로 만드는 것'이니 자기가 죽어도 SpaceX는 제 갈 것이란다. 다만 후계자로 지정된 사람이 딴 맘 먹고 사업을 철회할 것이 유일한 두려움이라고 했다. 일론 머스크 같은 꿈돌이가 이 세상을 발전시키는 진정한 선구자가 아닐까.

참조: 일론 머스크의 화성이주계획 강연


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