| [탐사] 우리은하의 크기, 우주의 크기는?① (사진 +태양계, 보이저 호 영상) |
[탐사] 우리은하의 크기, 우주의 크기는?① (사진 +태양계, 보이저 호 영상) -SPn 서울포스트, 양기용 기자 (우주의 크기는, 너무 커서 상상할 수 없거나 아무리 커도 상상할 수 있다... 우주에 대해 정리한 며칠은, 술잔에 별이 떨어지지는 않았어도 꿈을 꾸면 방바닥에 별이 나뒹굴었다. 폴라리스, 장미성운, 안드로메다를 거쳐 우주끝까지 돌고왔다. 어지럽네.~~) 우주의 크기 과학적으로 인식하고 있는 우주는 1,000억개 은하를 포함하는 반경 200억 광년(=직경 400억 광년, 光年 ly=light year)의 공간적 범위를 가지며, 과거 빅뱅 이후 137억 년간에 걸친 시간의 범위내에서 현재까지 팽창(우주는 빛의 속도 이상 - 초속 50만km 또는 허블상수 71만km/s - 으로 팽창하고있다고 함)을 계속하고 있다. 천억개 중 하나인 우리은하에는 태양과 같은 별(항성)이 1,000억 개 있다,고 국제적으로 정의한다. [ ※ 우주의 크기와 나이는 '(정할 수) 없다' : 그러나 천문학적 지식이 전무한 채 본 기사를 쓴다고 우주를 들여다 본 필자 생각으로, 우주의 크기는 정할 수도 없고 상상할 수도 없는 무한대의 공간 이다. 우주의 나이(탄생)도 137억년 전 빅뱅 이라고 하지만, 이는 어디까지나 과학자들이 100년전에 가설 로 정해 놓고 검증해 가는 과정일 뿐이다. 과연 처음 뭔가가 빵 터져 137억년 동안 우주공간이 생겼을까. 아니올시다, 우주는 태초부터 무한 공간에서 이렇게 생성과 소멸을 계속하고 있을 것이다. 아인슈타인 은 팽창도, 수축도 없는 '정적 우주'라고 주장하기도 했으나, 1929년 미국의 천문학자 에드윈 '허블'이 제시한 팽창이론이 현재는 정설로 받아들여지고 있다. 따라서 객관적인 자료를 인용했으나 본 기사에 나온 숫자들은 모두가 '대략'이라고 보면 된다. 우주의 크기, 나이 등만 보더라도 과학적이라는 자료들에서조차 엄청난 차이가 있다. 즉, 우주의 나이 - Age of the universe는 빅뱅으로부터 지금까지 137억년, 우주의 크기도 직경 400억 광년(반경 200억 광년) 이라는 것이 대체적 시각. 이론과 상상과 계산상 관측 가능한 우주는 반경 465억광년(직경 930억광년, 137억년전 빅뱅이후 계속 팽창하고 있기에 465억광년이 됨)이라는 설이 있으니, 이론과 숫자 사이에는 모순과 모순만 확인될 뿐이다. 결정적인 모순은, 우주의 나이라는 137억년(137억 광년) 이상의 거리는 현재의 모든 과학과 가설을 동원하더라도 측정이 불가능하다. 우주가 빛의 속도 이상으로 팽창하기 때문. 태양계는 매일 태양이 뜨는 것처럼 질서정연할 것 같지만 우주적 긴 시간으로 보면 무질서하게 움직인다. 즉, 중심도 끝도 내부도 외부도 단정할 수 없는 비논리적인 공간임이다. 여러 자료들에 우주의 모양은 공처럼 둥글다고 하나, 이 역시 내 생각으로는 연기가 피어 흩어지는 모양 즉, '사과나무' 같을 것이다. 역시 개인적 생각이지만, 현재 과학계 정설인 불과 100년 전의 우주탄생 '빅뱅론(Big Bang theory)'도 틀렸다고 본다. 이 이론은, 구슬 크기의 물체가 137억년 전 빵 하고 폭발해 오늘날 농구공이 돼 있고 계속 팽창한다는 설 이다. 이 가설은 불꽃놀이 폭탄이 공중에서 폭발한 모양과 똑같고, 그 공간에서 각각의 우주는 원반모양(우리은하 나 안드로메다은하 모양 등)의 파편으로 비산해 날아간다. 파편은 폭탄처럼 우주 중심부에서는 속도가 빨랐기에 137억년 전 터진 우주반경이 200억광년 된다고 계산해 놨다. 이로 인해 우주가 둥글고 빅뱅이론이 신의 천지창조론을 뒷바침할지 모른다. 그러나 빅뱅 전 물체는 뭐였나,그 물체는 언제 어떻게 만들어졌나,왜 폭발했나,무슨 에너지로 팽창만 하나,등을 생각하고 하늘의 별자리를 올려다보면 신의 존재조차 사기에 불과하다는 것도 알 것이다. 또 우주에서 모든 공간의 거리 표기는 '반경'으로 해야 맞을 것=효과적일 것 같다. 비교적 객관적 새로운 자료(수치)는 계속 바꿔 쓸 것이다.] '우주'라는 말은 원래 '시간과 공간'이라는 뜻으로, 지구나 태양 전체를 싸고 있는 큰 공간의 호칭으로서 생긴 말이다. 이것이 공간과 물질의 모든 것을 포함하는 총체(universe)라는 뜻과, 지구밖의 공간(space)이라는 뜻의 2가지로 쓰이고 있다. '코스모스(Cosmos)'는 그리스어의 kosmos에서 유래한 것으로, 질서라는 뜻을 지니고 있다. 이것이 변하여 '완전한 질서를 가진 세계'라는 뜻으로도 통용된다. '우주(宇宙)'의 동양적 의미는 장자의 저서인 『장자』에서 처음 보였는데, 거기에서 그는 자연물의 시간ㆍ공간적으로 '무한함'을 가리켰다. 육안으로 셀 수 있는 별은 3,000개 '별'(항성 fixed star 恒星)이라고 말하는 것은 '태양'처럼 핵융합 반응을 해서 에너지를 자체 방출하는 천체들로, 사실은 움직이지만 지구에서 너무 멀어 천구상에 고정된 것처럼 보인다. 천문학상 수성,지구, 목성...소행성 따위는 별이라고 하지 않는다. 즉, 태양이라는 별(항성)과 가장 가까이 있는 별(항성)은 '알파 센타우리자리 α Centauri' (센타우루스자리 α별, αCentaurus, 알파켄타우루스)며, 거리는 4.3광년이다(알파 센타우리자리에 속하는 프록시마 Proxima(플록시마) 는 태양과 가장 가까운 별. 알파 센타우리 는 3중쌍성 - 태양과 같은 별이 3개 - 이며 그 중 프록시마 가 가장 우리와 가까이 있다). 이 셋을 ①알파센타우리자리 A별, ②알파센타우리자리 B별, ③알파센타우리자리 C별(센타우리자리 프록시마) 로 분류한다. '알파센타우리α Centauri 자리' 옆에 관측된 항성(별)이 '베타센타우리(β Centauri 켄타우루스 자리 베타 별)'다. 그러나 알파센타우리 가 태양으로부터 4.3광년 떨어져 있지만, 베타센타우리는 300광년(또는 455광년) 떨어져 있다. 이 둘을 합쳐 '센타우리 별자리' 라고 하니 도대체 얼마나 넓다는 말이냐. 4.3광년은 초속17km로 가는 우주선(보이저 1호)을 타고 약 7만 년 정도 가야한다. 태양에서 2번째로 가까운 별은 약 6광년의 거리에 있는 바너드 별(Barnard's star), 눈에 보이는 북극성(Pole star, North Star 北極星)은 800광년, 우리은하와 가장 가까이 있는 안드로메다 은하는 220만 광년 떨어져 있으며 모두 지구에서 육안으로 하나의 별로 관측된다. 특수망원경으로 관측가능한 우주가 전체의 5%정도. 퀘이사(Quasar, 준항성체準恒星)는 지구에서 관측 가능 가장 먼 거리 천체인 퀘이사은하 로서 수 십억광년(6억~280억광년에 분포) 떨어져 하나의 별로 보인다. 태양보다 수 조 배 밝고 매우 멀어 천구좌표에 고정된 것처럼 보이기 때문에 우주공간 다른 천체의 위치측정 기준점이 되었다. 지구에서 눈으로 관측 가능한 별은 6,000 정도(지평선 위를 기준으로 하면 3,000개). 우주 속 별의 수는 1,000억*1,000억 개. 이는 수학적으로 표기는 할 수 있어도, 정의할 수 없고, 셀 수도 없다. 당장 1,000까지 세 보거나 써 본 사람도 많지 않을 것이며, 2,000까지 써 보거나 세 본 사람은 거의 없을 것이다. ○ 비교 자료 ㅇ보이저 1호(17km/sec=6만km/h 로 비행)는 2010년12월 현재 33년간 174억km를 날아가고 있다. 174억km는 빛이 17시간 간 거리. ㅇ태양과 지구와의 거리는 1억5천만km(=1AU=1천문단위,Astronomical Unit)다. 태양과 태양계 끝 해왕성과의 거리는 30AU(45억km) (토성까지는 15억,명왕성까지는 60억km) ㅇ지구 지름: 13,000km(반경 6,400km) ㅇ지구 자전속도: 초속 460m(시속 1,600km) ㅇ지구 공전속도: 초속 30km(시속 110,000km) ㅇ(우리은하 안에서) 태양계 공전 속도: 초속 250km ㅇ1은하년: 2억5천만 년 (태양계는 20은하년=50억년전에 생김) ㅇ우리은하계 크기(지름): 10만 광년(반경 5만 광년) ㅇ우리은하계 나이: 136억년 ㅇ우주의 크기: 지름 400억 광년(반경 200억 광년) ㅇ우주의 나이: 137억년 ㅇ1광년=10조km=빛이 1년간 간 거리(빛의 속도: 30만km/s) 우리은하계 은하(Milky way galaxy, The Milky way, The Galaxy)는 보통 'Galaxy'라고 적으며 우리은하는 'our galaxy'라고 부른다. 우리 은하의 나이가 136억년으로 우주 탄생(137억년 전)과 비슷해 '우주시계'로 사용될 수 있다. 최근 스페이스 닷컴은, 우리은하에 (태양과 같은 항성은 수 천억개, 일반적으로 1,000억개로 알려졌음) 행성(수성, 금성,지구,토성,해왕성처럼, 중심별-항성 주위를 공전하는 별)은 500억개며(Cosmic census finds 50 billion planets in our galaxy), 이 중 지구형 행성(중심별-항성 가까이서 공전하기에 대기가 존재하는 행성)은 20억개. 이 중 생물이 살 수 있는 것은 5억개로 추정 된다,고 보도했다. 우리은하는 나선은하의 전형적인 모양으로, 중심 팽창부에 둘러싸인 중심핵과 이 중심핵 주위로 휘말린 나선팔을 가지고 있다. 거대한 바람개비를 닮은 나선팔은 은하원반을 구성하며 지름은 10만 광년(우리은하 반지름은 5만 광년), 중심핵은 직경 10,000광년,두께는 15,000광년,가장자리 얇은 곳 두께는 1,000~2천 광년으로 원반,UFO물체같은 모양이다. 태양계는 우리은하 오리온 팔(Orion, Local Spur)에 위치한다. 이상에서 우주의 크기를 가늠해 봤다. 정말 가늠이 되기나 한 건가? 우주를 크게 본 사람의 마음이 클까, 우주를 작게 본 사람의 마음이 클까? 지구가 넓다고 말하는 사람의 시야가 넓을까, 지구가 작다고 말하는 사람의 시야가 넓을까? 여전히 의문이 남는다. 그러나 우주적인 시각으로 사물을 바라보다가는 현실에서는 바보가 될 수 있다. 그러나, 진짜 그러나 각박한 현실에서 가끔 우주적인 시각은 극기복례의 수단이 될 수도 있다. 지금 매 순간에도 각자의 미시적 거시적 세계관은 시계추처럼 흔들린다. 이 흔들림의 오류를 수정하라고 두 개의 눈이 생겨있을 것이다. 장자가 그랬나? 우주는 각자 마음의 크기라고... 기타 메모: 우주의 탄생이라는 빅뱅설은 바뀔 가능성이 있다? 우주의 모양이 둥근 공 형태가 아니다? 외계 생명체가 존재할 가능성은 있으나 지구에 나타날 가능성은 전혀 없다? 장미성운 (자료사진 사용은 상업성이 없습니다.) 생긴 모양에서 상상할 수 있듯 장미성운이라는 이름을 가진 아름다운 발광성운이다. 이 지역은 네 개의 성운(NGC 2237, 2238, 2239, 2246)과 한 개의 산개성단(NGC 2244)이 어우러져 한 송이 아름다운 장미꽃 모습을 하고 있다. 장미성운은 5,500광년 떨어진 곳에 위치하며, 우리 태양계의 약 65,000배(90광년)에 달한다. 안드로메다 은하 위치 (요즘엔 아마추어 동호회에서 우주의 사진을 완벽하게 잡아낸다.) 페가수스 별자리 뒷다리, 베타별 미라크에서 카시오페이아 자리쪽에 위치. 카시오페아에서 직진하면 작은곰자리(Ursa Minor) 꼬리에 있는 α별(Polaris)이 북극성(North Star 北極星 - 2,000년 동안 북극에 가장 가까운 휘성輝星으로 크기는 태양의 50배, 밝기는 2,000배). 거기서 더 직진하면 북두칠성이 나온다. 안드로메다 갤럭시(Andromeda Galaxy) 안드로메다 은하는 지구가 속한 우리은하와 모양이 같은 나선은하에 속하는 외계 은하로, M31 혹은 NGC 224라고도 부른다. '안드로메다'는 그리스 신화에 나오는 에티오피아왕 케페우스와 왕비 카시오페이아(Cassiopeia 카시오페아)의 딸 이름이다. 카시오페아 별자리와 가까이 있으며 가을 초저녁 북동쪽 하늘에 보이는 별자리로 우리은하와 가까워 맨눈으로 볼 수 있다. 안드로메다 은하가 천문학자들의 각광을 받게 된 것은 1920년대 초기였다. 그 당시 태양계를 포함하는 우리의 '은하계'가 우주의 전부인가, 아니면 은하계 밖에도 천체가 존재하는가에 대한 논쟁이 있었으며, '안드로메다 성운'이 은하계와 마찬가지의 '은하'인지 아닌지가 쟁점의 하나였다. 성운이란 문자 그대로 구름처럼 희미하게 퍼진 천체이다. 또 은하란 우리 은하계 밖에 있는 수천억 개 정도의 별의 대집단을 가리킨다. 논쟁에 종지부를 찍은 것은 미국의 천문학자인 허블(E. Hubble 1889~1953)이었다. 허블은 1924년에 안드로메다 성운의 가장자리 바깥 부분을 포착한 사진 속에서 세페이드 변광성을 발견하였다. 허블은 변광 주기에서 본래의 밝기(절대 광도)를 추측하고, 이것을 관측된 겉보기의 밝기와 비교하여 안드로메다 은하까지의 거리를 구하였다. 그 결과 안드로메다 은하가 은하계 밖의 천체로서, 우리 은하계와 같은 규모를 지니고 있으며, 약 100만 광년 떨어진 곳에 있다고 결론을 내렸다. 그후 1944년 독일의 천문학자 바데(W. Baade 1893~1960)에 의하여 변광성에는 두 종류가 있다는 것이 알려졌고, 1950년대 초기에는 허블 등이 산출한 은하까지의 거리를 2배로 늘렸다. 현재는 세페이드 변광성을 이용하는 거리 측정 방법이 정밀해져 안드로메다 은하까지의 거리는 220~230만 광년이 되었다. 한편 미항공우주국(NASA)이 기획하고 연세대 자외선 우주망원경연구단이 개발에 참여한 자외선 우주망원경 '갤렉스(GALEX)'가 지난 2004년 6월 안드로메다 은하의 자외선 영상을 세계 최초로 촬영하는 데 성공했다. 촬영 결과 안드로메다 은하는 지구와 같은 시기(120억~140억년전)에 형성됐다는 것을 밝혀냈다. 우주에서 우리은하와 흡사한 나선형의 안드로메다은하는 우리은하와 함께 30여개의 은하들로 중력적으로 묶여있는 국부은하군에 속하며, 이 중 우리은하의 1.5배 크기(직경)의 안드로메다은하가 가장 크다. 시속 50만km로 우리은하에 접근중이며 30억년 뒤에 충돌이 예상된다. 태양계(太陽系, Solar System) 46억 년 전 거대 분자 구름의 중력 붕괴로 형성된 태양과, 태양과 함께 태어나 태양의 중력에 붙잡혀 있는 주변 천체가 이루는 체계를 말한다. 해왕성까지는 45억km, 태양의 영향이 미치는 광범위한 태양계는 반지름 2광년(태양에서 센타우리 별자리까지는 4.3광년=약 43조km)이라고 추정하나, 오르트 구름의 반지름을 낮게 잡는 학설에 따르면 태양계의 범위는 반경 5만 천문단위(약 7.5조km, 1광년=10조km)를 넘지 않는다. 태양계를 넘어야 또 다른 별인 '센타우루스자리 α별'의 영역에 진입한다. 태양계에는 항성인 태양과 그 가까이로부터 수성, 금성, 지구, 화성, 즉 지구형 행성이 순서대로 나열되어 있으며 그 다음에 유성대(asteroid belt)가 존재한다. 이후 목성, 토성, 천왕성, 해왕성으로 구성된 목성형 행성이 나열되어서 총 8개의 행성이 존재한다. 그 바깥에는 얼음덩어리들과 미행성들로 구성된 카이퍼 띠(Kuiper belt), 원반대역(scattered disk)이 있으며, 가장 바깥쪽에는 오르트구름(Oort cloud)이 있다. 유성체, 혜성과 성간 물질 등은 SSSB(small solar system bodies)로 분류된다. 태양계 전체 질량 중 태양은 99.86%에 해당하며, 목성과 토성이 나머지 질량의 대부분을 차지하고 있다. 2006년 8월 국제천문연맹은 왜소행성을 정의하고 3개의 천체를 왜소행성으로 분류하였다. 화성과 목성 사이의 유성대(asteroid belt)에 있는 세레스(Ceres), 카이퍼 띠에 위치한 에리스(Eris, 혹은 Xena, 2003UB313의 명칭을 가지고 있음)와 역시 카이퍼 띠 근처에 있으며 이전에는 행성으로 불리던 명왕성이 왜소행성으로 분류되었다. A Brief History of Voyager 1 and Voyager 2 보이저계획 (Voyager Project): 미국의 우주 탐사계획 보이저 1호는 2010년12월 현재 33년간 174억km를 날아가고 있다. 보이저계획(1호는 원래 매리너 계획의 일부인 매리너 11호로 계획됐다.)은 목성 ·토성 ·천왕성 ·해왕성 등 태양계의 외곽에 위치한 거대한 목성형행성(木星型行星)을 탐사하기 위한 계획으로, 보이저 1호는 목성과 토성을, 보이저 2호는 목성 ·토성 ·천왕성 ·해왕성 등을 탐사하기 위해 발사되었다. 10면으로 이루어진 몸체와 주발 모양의 안테나를 가진 보이저 1,2호는 지름 3.66m, 무게 825kg이다. 보이저 2호가 1977년 8월 20일, 보이저 1호가 9월 5일에 각각 발사되었으나, 보이저 1호는 발사 18개월 후인 1979년 3월에 지름길로 앞서 발사된 보이저 2호를 앞질러 6억 4000만km의 비행 끝에 목성에 27만 8000km까지 접근했다. 보이저 2호도 4개월 후인 같은해 7월에 목성 근처를 통과했다. 토성에는 보이저 1호가 1980년 11월에, 2호가 1981년 8월에 각각 접근하여 근접촬영을 했다. 보이저 1호가 바로 태양계 끝으로 날아간 사이 보이저 2호가 1986년 1월 천왕성에 접근하였으며, 1989년 8월 24일에는 해왕성에 도착, 해왕성에 대한 탐사자료와 그 모습을 지구로 전송해왔다. 지금까지 천왕성과 해왕성을 방문한 탐사선은 보이저 2호가 유일하다. 이 쌍둥이 우주선 보이저 1·2호는 지구 바깥쪽 행성(목성형 행성)의 탐사를 모두 마치고 태양계의 끝자락을 향해 항해 중이다. 2005년 5월 헬리오시스에 진입한 1호는 2015년께 태양권계면을 통과할 예정이며 이 두 우주선은 현재 헬리오시스(heliosheath: 태양계와 외부 우주 공간의 경계 영역)에 머물고 있다. 지구로부터 174억㎞, 지구∼태양 간 거리의 116배 떨어진 곳이다. 빛이 17시간 달린 거리다. 거기서 태양계 내에서 태양풍(태양에서 쏟아져 나오는 고에너지 입자의 흐름)이 미치는 한계인 헬리오스피어(heliospere), 헬리오시스(Heliosheath), 그 경계면인 헬리오포즈(Heliopause:태양권계면) 공간을 탐사하고 있다. 앞서 보이저 1호는 1980년 토성 중력을 이용한 슬링숏 방식으로 태양계의 황도에서 벗어났으며 보이저 2호도 해왕성 중력을 같은 방식으로 이용했다. 보이저 위성들이 헬리오시스에서 벗어나 성간공간에 진입하기까지 얼마나 긴 여행을 해야 할지는 아직 모르지만 과학자들은 헬리오시스의 두께가 약 48억~64억㎞로 추정되기 때문에 그 시기는 앞으로 5년 안이 될 것이라고 예측했다. NASA의 스톤 박사는 플루토늄 238을 연료로 사용하는 두 탐사 위성에 아직도 연료가 많이 남아 있어 최소한 2020년까지는 여행을 계속할 수 있을 것이며 "별들에 파견된 지구의 대사 역할을 할 것"이라고 말했다. 두 탐사선에는 각기 지구 사진 118장, 90분 분량의 세계 최고의 음악, 부글거리는 진흙 연못에서부터 개 짖는 소리, 새턴 5호의 발사 장면 소리 등 온갖 지구의 소리가 들어 있어 '지구의 소리'라고 불리며, 55개의 사람 언어 인사말, 고래의 언어 1개, 사랑에 빠진 젊은 여성의 뇌파, 유엔사무총장의 인사말 그리고 인간의 모습을 그린 그림과 수학공식, 미국 아이다호주(州)에 있는 스네이크강(江)의 사진들과 거리의 소음, 아기가 태어날 때의 울음소리, 현악사중주의 소리, 지미 카터 대통령의 인사말 등을 싣고 있다. 이런 녹음 내용은 천체물리학자 칼 세이건의 연구팀이 수집한 것이다. 보이저 1호는 33년 동안 현재 태양에서 174억km 떨어진 우주 공간에서 시속 6만km(17km/sec)으로 운항 중이다. 보이저 2호는 태양에서 140억km 떨어진 곳에서 시속 5만6천km로 여행하고 있다. (2010.12월 현재) [수집·정리·편집]= ▣ 본지 발행인 (양기용 기자) [NEWStory makes History - 서울포스트.seoulpost.co.kr] Copyright ⓒ2006 서울포스트 - 무단전재,복사,재배포 금지 |
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