[이광식의 천문학+] 광대한 우주 실감하기, ‘상상의 우주선’ 타고서

'태초에 하나님 말씀'은 바로 '수소'였다!

17세기의 독일 철학자 라이프니츠는 "세상에는 왜 아무것도 없지 않고 무엇인가가 있는가?"라는 원초적인 질문을 던졌다. 인류가 지구상에 나타나 5000년 넘게 문명을 일구어왔지만, 그때까지 이에 대한 답은 누구도 알지 못했다는 얘기다.

그런데 현대를 사는 우리는 과학에 힘입어 그 답을 알아냈다. 지금으로부터 138억 년 전에 '원시의 알'이 대폭발을 일으킨 빅뱅에서 우주가 탄생했고, 그 빅뱅 공간을 가득 채웠던 태초의 물질은 수소였으며, 이 수소로부터 세상 만물은 비롯되었다는 것이 그 답이다.
알다시피 수소는 양성자 하나와 전자 하나로 이루어진 가장 단순한 원자다.

그래서 천문학자들은 성서에 나오는 "태초에 하나님이 '말씀(logos)'으로 천지를 창조하셨다"는 성구의 그 '말씀'이 바로 수소였다고 주장한다. 수소가 중력으로 뭉쳐져 별을 만들고 은하를 만들어 오늘에 이르고 있는 것이다. 따라서 삼라만상은 이 수소란 물질의 소동에 지나지 않으며, 우주의 역사 역시 수소라는 물질의 진화의 역사라 해도 틀린 말은 아니다. 물론 인간인 우리도 예외는 아니다.

그러므로 우주를 아는 것은 곧 우리 자신을 아는 것이고, 우리 자신을 찾아가는 길이기도 하다. 우리가 별과 다른 천체들을 보면서 아련히 그리움과 신비를 느끼는 것은 우리 몸속의 DNA에 그러한 기억이 깊이 박혀 있기 때문이라고 믿는 천문학자들도 있다.

어쨌든 우리 인류는 지구 밤하늘 아득한 곳에서 빛나는 그런 별과 은하들을 관측하면서 우주의 기원을 생각하고 우주론을 만들면서 여기에까지 이르렀다. 그런데 별과 은하들이란 우리가 상상할 수 없을 정도로 먼 거리에 있다. 대체 우리에게 얼마나 멀리 떨어져 있는 것일까? 한마디로 어마어마하게 멀리 떨어져 있다. 우리가 가진 모든 상상력을 동원해도 실감하기 어려울 정도다.

흔히 천무학은 상상의 과학이라고 한다. 상상력이 없었더라면 지동설이든 빅뱅 이론이든 어떤 천문학적 이론도 태어나지 못했을 것이다. 그래서 아이뉴타인은 상상력은 지식보다 위대하다고 말했다.

우주 거리 실감하기​ '사고실험'

과학에는 '사고실험'이란 게 있다. 현실에서는 하기 힘든 실험을 상상력으로 하는 것을 말한다. 이 사고실험에 가장 능한 과학자가 바로 아인슈타이이었다. 그의 상대성 이론은 모두 그의 사고실험에서 나온 것들이다.

우리도 아인슈타인을 본받아 사고실험으로 우주의 거리를 실감해보도록 하자. 먼저, 가장 가까운 천체인 달까지의 거리는 약 38만km다. 지구의 지름이 약 1만 3000km이니까, 지구를 30개쯤 늘어놓는다면 얼추 달까지 이어지는 셈이다. 상상이 되는가? 빛으로는 1초 남짓 걸리지만, 시속 100km의 차를 타고 달린다면 158일, 다섯 달 남짓 걸린다.

그 다음 가까운 천체인 태양까지의 거리는 약 1억 5000만km다. 이건 꽤 멀다. 빛으로는 8분이면 주파하지만, 시속 100km의 차로 달리면 무려 170년이 더 걸린다. 그 먼 거리에서 내뿜는 별빛이 이리도 뜨겁다니 참 믿기지 않는 일이지만, 이것이 태양 표면온도 6000도의 위력이다. 태양이 만약 10%만 지구 가까이에 위치했다면 지구상에는 어떤 생명체도 살지 못했을 것이다. 우리는 부디 태양이 그 자리를 지켜주기를 기도해야 한다.

그 다음으로는 훌쩍 건너뛰어 태양계 끝자락에 있는 명왕성 께로 가보자. 여기에는 맞춤한 자료가 하나 있다. 바로 NASA 탐사선 보이저 1호가 1990년 2월 14일 지구로부터 61억km 떨어진 우주공간에서 찍은 지구 사진이다. 이 아이디어를 낸 칼 세이건이 '창백한 푸른 점(The Pale Blue Dot)'이라고 이름한 사진이다.



사진을 보면 황도대의 희미한 빛줄기 위에 떠 있는 한 점 티끌이 바로 지구다. 아침 햇살 속에 떠도는 창 앞의 먼지 한 점과 다를 게 없이 보인다. 그 티끌 표면적 위에 70억 인류와 수백만 종의 생물들이 살아가고 있는 것이다. 이 정도의 거리만 나가도 지구는 거의 존재를 찾아보기 힘든 것이다.

지금 40년째 비행을 계속하고 있는 보이저 1호는 2년 전 태양계를 벗어나 성간 공간으로 진입했다. 그야말로 태양과 다른 별 사이의 우주공간을 날고 있다는 얘기다. 인간의 모든 신화와 문명에서 절대적 중심이었던 태양, 그 영향권으로부터 최초로 벗어난 722kg짜리 인간의 피조물이 지금 호수와도 같이 고요한 성간공간을 주행하고 있다. 총알 속도의 17배인 초속 17km의 속도로 날아가고 있는 보이저 1호는 인간이 만든 물건으로는 가장 우주 멀리 날아가는 기록을 세우고 있는 중이다.

거리로는 지구에서 약 210억 km. 이제 고성능 카메라로 지구를 찍어봐도 티끌 한 점 나타나지 않는 거리다. 이 거리는 초속 30만km인 빛이 달리더라도 20시간이 걸리며, 지구-태양 간 거리의 140배(140AU)가 넘는다. 자, 그럼 시속 100km인 차로 달린다면 얼마나 걸릴까? 놀라지 마시라. 무려 2만 4000년이 걸리는 거리다. 하지만 이처럼 광대한 태양계도 은하 규모에 갖다대면, 조그만 물 웅덩이에 지나지 않는다.

​가장 가까운 별까지 가려면 6만 년​ 걸린다

은하까지 가기 이전에 태양에서 가장 가까운 별인 센타우리 프록시마란 별부터 방문해보도록 하자. 거리가 4.2광년이다. 가장 가까운 이웃 별인 이 별까지 빛이 마실갔다 온다면 8년이 넘게 걸린다. 그 빠른 빛도 우주 크기에 비한다면 달팽이 걸음에 지나지 않는 셈이다.

그렇다면 인간이 가장 빠른 로켓을 타고 간다면 얼마나 걸릴까. 현재 인류가 끌어낼 수 있는 최대 속도는 초속 23km다. 이는 2015년 명왕성을 근접비행한 NASA 탐험선 뉴호라이즌스가 목성의 중력보조를 받아 만들어낸 속도로 지구 탈출속도의 2배가 넘는다. 대략 총알보다 23배가 빠르다고 생각하면 된다.

뉴호라이즌스에 올라타 프록시마 별까지 신나게 달려보기로 하자. 얼마나 달려야 할까? 1광년이 약 10조km니까, 4.2광년은 약 42조km다. 이 거리를 뉴호라이즌스가 밤낮없이 달린다 해도 무려 6만 년을 달려야 한다. 왕복이면 12만 년이다. 가장 가까운 별까지 가는 데도 이렇게 걸린다는 얘기다. 이것이 바로 인류가 외계행성으로 진출할 수 없는 가장 큰 이유다. 우리는 이처럼 우주 속에서 엄청난 공간이란 장벽으로 차단되어 있는 것이다.

남은 과제가 하나 더 있다. 뉴호라이즌스를 타고 우리 은하 끝에서 끝까지 한번 가보는 거다. 우리 은하는 지름이 약 10만 광년이다. 자, 얼마나 걸릴까? 프록시마까지 간 자료가 있으니까 비례계산을 하면 답은 금방 나온다. 14억 년! 우주 역사의 약 10분의 1에 해당하는 시간이다. 이는 인류에게 거의 영겁이라 할 만하다.

이런 은하가 우주공간에 약 2000억 개가 있고, 은하간 공간의 평균거리는 수백만 광년이다. 그리고 우주의 크기는 약 940억 광년이라는 계산서가 나와 있다. 940억 광년이란 인간의 모든 상상력을 동원해도 실감하기 어려운 크기다. 빛의 속도로 지금도 팽창하고 있는 우주는 앞으로도 얼마나 더 커질지는 아무도 모른다.

이처럼 우주는 광대하다. 터무니없이 광대하다. 광대무변한 우주의 거리, 조금 실감이 됐을까? 여전히 안됐을 수도 있다. 그래서 어떤 천문학자는 이런 푸념을 하기도 했다.
"신이 만약 인간만을 위해 우주를 창조했다면 엄청난 공간을 낭비한 것이다."

이광식 통신원 joand999@naver.com