우주와 생명 그 깨달음의 보고
11-3. 관계; 지구의 형제들 2
(이 글은 전체 열여덟 편 중 11번째 글의 세번째입니다. 이 글은 앞글의 결론의 연장이기 때문에 처음 읽으시는 분들은 첫 번 글부터 차례로 읽으시는 것이 전체의 맥락을 이해하는 데 도움이 될 것입니다.)
[동시(童詩)]
별에게 물어봐야지
허 명 희
내게
별빛 한 줄기 달려오는 데
140억 년이나 걸렸대
오직 내게로만 오는데.
오늘 밤,
별에게 물어봐야지
학교 갔다 오는 나처럼
놀다오지는 않았는지,
개울에 들러 가재를 잡았다던 가
장난감 가게 앞에서 쪼그리고 앉아
구경 조금,
하지는 않았는지,
거미줄에 맺힌 빗방울이랑
풀잎이 달고 있는 아침이슬,
보랏빛 작은 제비꽃을 보고도
정말, 그냥 지나쳤는지.
그래서
오랜 시간이 걸린 건 아니냐구
오늘 밤 별에게
꼭, 물어봐야지.
그래, 그것도 물어봐야겠다
나도 별처럼 빛이 되려면
얼마나 걸리는 지
그것도 꼭,
물어봐야겠다.
(허명희. 1956년~ .아동문학가)
[목성형 행성]
목성, 토성, 천왕성, 해왕성과 같이 암석이 아닌 가스로 이루어진 목성형 행성은 태양광선이 약해져 물, 메탄, 암모니아와 같은 수소화합물이 얼게 되는 동결선 바깥쪽에서 생겨났다. 목성형 행성을 만든 얼음 물질은 규산염 암석이나 금속보다 훨씬 더 흔하기 때문에 크게 자라났고, 질량이 커지면서 중력도 커져 주변의 수소와 헬륨을 더욱 잘 끌어당겨 더욱 커지게 된다. 현재 네 개의 목성형 가스 행성은 태양 주위를 공전하는 물질 총량의 99%에 약간 못 미치는 질량을 차지하고 있다.
이 중 목성이 가장 빨리 만들어졌으며 동결선 바로 바깥에 위치해 동결선에서 태양 쪽으로 끌려가는 얼음 물질로부터 증발한 많은 양의 물질을 기반으로, 약 지구 질량 10배 수준의 씨앗 행성으로 커진 후 궤도 주변에 있던 수소와 헬륨을 끌어당겨 현재 지구 질량의 약 318배까지 커지게 된다. 목성은 태어날 때부터 우량아로 태어났다.
(행성의 맞형인 목성의 늠름한 모습)
목성은 공식적인 위성만 63개이다. 이 중 가장 질량이 큰 가니메데, 칼리스토, 이오, 에우로파 등 네 개의 위성은 핵에서 나오는 내부의 열이 있고 화산 활동이 일어나는 등 지구형 암석 행성과 비슷한 면모를 보여준다. 이 중 가니메데는 태양계 위성 중 부피와 질량이 가장 크며, 심지어 수성보다도 부피가 크다. 목성의 위성과 토성의 위성 몇은 생명체가 있을 확률이 있기 때문에 과학자들의 지대한 관심을 두고 관찰하고 연구하고 있다.
목성은 또한 명왕성이 있는 카이퍼벨트나 혜성의 고향인 오르트구름에서 태양의 중력에 이끌려 들어가는 수많은 운석 조각과 얼음덩어리를 목성의 중력으로 막아 준다. 지구의 입장에서 보면 목성의 중력은 일종의 안전 우산인 셈이다.
금성과 더불어 목성의 중력은 지구의 자전축에도 어느 정도 영향을 끼칠 만큼 강력하다. 목성의 영어 이름이 그리스로마신화의 으뜸신인 제우스, 즉 주피터(Jupiter)인 것은 우연히 붙여진 것은 아니다.
토성은 지구의 형제들 중 가장 아름다운 행성으로 목성이 생겨난 지 수백만 년 후 형성되었고, 이 시기에는 남은 가스 물질이 적었기 때문에 목성보다 작은 질량을 지니게 되었다. 토성 역시 목성 다음으로 많은 위성을 거느리고 있다. 이름이 붙여진 위성만도 53개이다. 그중 타이탄과 엔셀라두스는 지질학적 활동을 하고 있는 것으로 보인다. 다만 지구와는 달리 이들 천체의 화산에서는 얼음 물질이 뿜어져 나온다. 이 위성 역시 생명체가 있을 수도 있는 관심이 큰 위성이다.
천왕성과 해왕성은 거대한 얼음 행성이다. 메탄, 물 ,암모니아 등이 얼어 있는 얼음이 주성분이고 주변을 가스층이 둘러싸고 있다. 이 두 행성은 원래 목성과 토성 근처에서 태어났으나 목성의 중력에 밀려 지금의 위치로 물러났다. 해왕성 너머에 있는 카이퍼벨트도 이 두 별과 더불어 멀리 물러난다. 심지어 해왕성이 천왕성보다 태양에 더 가까이 있었다고 한다. 목성은 행성의 맞형으로 형제 위성들을 재정립하여 자기 자리를 잡게 한다.
(자전축이 98도 기울어진 천왕성과 해왕성의내부 모형)
[카이퍼 벨트(Kuiper Belt)]
해왕성 바깥쪽부터는 소행성대처럼 많지는 않지만 대략 35,000개 이상의 작은 천체들이 태양을 공전한다. 얼마 전에 행성의 지위를 잃고 134340 Pluto 라는 왜행성으로 분류된 명왕성도 여기에 속해있다.
대부분의 행성들이 타원형으로 돌지만 이곳의 천체들은 타원형이긴 해도 타원의 찌그러짐 정도인 이심률이 아주 커 명왕성의 경우 해왕성 안쪽 괘도로 들어왔다가 아주 멀리 벗어나기도 한다. 태양에 아주 가까울 때는 29AU, 가장 멀리 있을 때는 49AU이다. 해왕성의 괘도는 대략 30AU이다. 지름이 109cm인 큰 공굴리기 풍선을 태양이라 하면 지구는 1cm 땅콩이고, 이 크기에서 지구는 태양으로부터 약 100m 떨어져 돌고 있고, 해왕성은 3km, 명왕성은 3~5km의 괘도 운동을 한다. 카이퍼벨트의 대부분의 별들이 이 정도 거리에서 태양을 공전한다.
이곳의 별들은 대부분 얼음과 운석 덩어리이다. 카이퍼벨트까지는 별들의 위치가 대략 행성들과 비슷한 평면을 유지한다. 태양의 자전 회전력이 여기까지는 미친다고 볼 수 있다. 물론 명왕성은 황도면에서 약간 기울어 회전을 하고 있다. 명왕성은 애당초 조금 삐딱하게 자란 놈이긴 하다. 그렇다고 한 번 지구의 형제인 행성으로 놓았다가 졸지에 서자로 밀리는 것을 안타까워하는 명왕성을 사랑하는 친구들도 지구에는 많이 있다.
1951년 미국 천문학자 카이퍼(Gerard Peter Kuiper, 네덜란드 출신 미국 천문학자, 1905년 ~ 1973년)가 이 별들의 벨트를 예상하여 카이퍼벨트라는 이름을 얻게 되었다.
[오르트 구름 (Oort cloud)]
카이퍼벨트 너머로는 얼음 조각의 작은 소행성과 운석들이 듬성듬성 끝 간 데 없이 펼쳐진다. 여기부터는 태양의 회전력은 미치지 못하고 태양의 중력만이 영향을 미쳐 별의 분포는 평면이 아니라 태양계 전체를 공처럼 둥글게 감싼 형태이다. 오르트 구름의 끝은 태양으로부터 대략 1광년의 거리, 10조km까지이다. 빛의 속도로 1년을 달려가야 겨우 태양계의 끝과 만나는 것이다.
(카이퍼 벨트와 오르트 구름의 모형도. 오르트 구름의 크기에 비하면 카이퍼 벨트는 왜소하기 짝이없다)
오르트구름 이라는 명칭은 네덜란드의 천문학자 얀 오르트(Jan Hendrik Oort, 1900~1992)가 장주기혜성과 비주기혜성의 기원으로 발표하여 붙여진 이름이다. 천체 하나하나의 크기가 매우 작아 대부분 먼지나 얼음조각이라고 불릴 만하다. 당장 직경이 1km 정도면 큰 편인 천체라고 한다. 그 까닭에 바깥쪽의 오르트 구름에는 천체가 수 조(兆)개 정도 있는 것으로 추정되지만 질량을 모두 합해도 겨우 지구의 5배 정도 밖에 안 된다고 추정된다.
2003년 발견되어 명왕성의 행성 지위 박탈에 직접적인 영향을 미쳤던 세드나가 오르트 구름에 속하는 별일 가능성이 높다. 가까이 접근할 태는 명왕성의 괘도 근처까지 왔다가 멀어질 때는 오르트구름의 경계 끝까지 멀어진다.
(세드나 모형과 괘도. 보라색이 명왕성의 괘도이고 빨간색이 세드나의 괘도이다. 가장 먼 괘도의 끝이오르트구름의 경계일 것이라 추측된다)
태양계는 우리가 생각하는 것보다 훨씬 크다. 태양은 이 거대한 식구들을 거느리고 초속 217km의 속력으로 은하를 누비며 여행하는 것이다.
우리는 세 개의 우주선을 타고 있다. 제일 큰 우주선은 은하계이다. 우리 은하계는 수천억 개의 태양과 그 가족을 싣고 우주를 여행한다. 은하계 우주선 안에는 태양계라는 작은 우주선이 있어 은하를 공전한다. 태양계 안에는 지구계라는 초미니 우주선이 있어 태양 주위를 공전하고 있는 것이다. 지구의 모든 생명과 인류는 지구계에 승선해있는 여행객들이다. 놀이동산의 회전 놀이 기구처럼 은하의 별들은 돌고 돈다.
(놀이동산의 회전 놀이기구 처럼 은하계 안에 태양계, 태양계 안에 지구가 돌고 있다)
[혜성(彗星, 살별)]
카이퍼벨트나 오르트구름같이 지구에서 어마어마하게 멀리 떨어진 천체들이 우리 지구와 무슨 연관이 있을까 생각할 수도 있다.
그러나 혜성 등 여기에 속한 천체가 태양으로 근접하여 지구 생명의 탄생과 멸종에 큰 영향을 미쳤다고 생각하면 이야기가 달라진다.
(지구의 하늘을 가로지르는 혜성, 자세히보면 꼬리가 둘이다. 파란 꼬리는 이온 꼬리, 하얀꼬리는 먼지꼬리라 불린다)
혜성은 주기혜성과 비주기혜성이 있는데, 주기혜성은 76년마다 태양에 접근하는 핼리혜성과 같이 일정한 주기마다 계속 태양 근처로 다가오는 혜성이며 타원 궤적인데 반해, 비주기혜성은 태양 가까이 왔다가 영영 태양으로 돌아오지 않는 혜성으로 포물선이나 쌍곡선 궤적을 그리며 운동한다. 도형을 그려보아도 타원은 제자리로 다시 돌아오지만, 포물선이나 쌍곡선은 다시 만나는 일이 없다.
(핼리혜성의 괘도. 1986년 태양에 접근했다 멀어진 후 2024년 가장 멀어지고 2061년 다시 지구에 모습을 드러내게 된다)
주기혜성은 또 다시 단주기혜성과 장주기혜성으로 나눠지는데 단주기혜성은 비교적 주기가 짧은 혜성으로 카이퍼벨트에서 출발하므로 황도면을 따라 움직이는데 반하여, 주기가 비교적 긴 장주기혜성이나 비주기 혜성은 태양에서 약 1광년 정도 떨어진 오르트 구름에서 오므로 황도면과 관계없이 움직인다. 오르트 구름의 형태가 황도상의 평면이 아니라 구형이라는 반증이기도 하다.
혜성들은 태양으로 자유낙하를 하다 태양 가까이에 오면 마치 장난감 요요처럼 중력반동을 일으켜 태양을 돌아 튕겨져 나가는 운동을 한다. 대부분 얼음으로 이루어져 있어 태양에 근접하면서 녹은 얼음들에 의해 긴 꼬리를 가지고, 이때 혜성에서 떨어져 나온 조각들이 태양풍에 밀려 지구로 떨어지면 유성우가 된다.
혜성은 동양에서나 서양에서나 불길한 징조로 받아들여졌다. 어느 날 갑자기 하늘에 나타나 어마어마한 속도로 지구를 위협하는 혜성이 좋은 징조로 비춰지기는 어려울 것이다. 인간은 알지 못하는 것에 대한 두려움이 있다.
그리스의 위대한 철학자 아리스토텔레스는 우주를 질서정연한 운행법칙에 따라 움직이는 불변하는 공간으로 인식했다. 고전역학적인 과학 인식 방법이다. 하지만 혜성은 제멋대로 나타났다가 어느 순간 사라지는 특성을 지녔기에 그는 혜성을 우주의 천체라기보다 천둥 번개나 오로라처럼 대기권 현상의 하나로 간주했다. 심지어 근대 과학의 새로운 지평을 열었던 갈릴레이마저도 혜성을 대기권 현상이라 믿었다고 한다. 잘못된 고정관념이 얼마나 고치기 힘든지 보여주는 좋은 예라고 할 수 있겠다. 우리의 관념은 칸트의 말처럼 믿고 싶은 것을 믿으려고 한다. 위대한 철학자와 과학자도 한 번 잘못 생각한 것을 뒤집기는 짜장 쉽지 않다. 하물며 일반인들이야 어찌하겠는가? 잘못된 신념. 그것이 종교적인 것이든, 학문적인 것이든 그 신념은 우리를 눈을 멀게 한다. 가끔은 우리가 믿고 있는 것을 되돌아 3자적 입장에서 의심할 필요가 있다. 그대가 믿고 있는 것을 의심하라. 그러면 더 많은 것이 보이게 될 것이다.
혜성에 대한 오해는 아이작 뉴턴의 동료이자 든든한 후원자였던 천문학자 에드먼드 핼리(Edmond Halley, 영국, 1656년 ~ 1742년)가 혜성이 우주 마녀의 등불이 아니라 우리가 알지 못하는 괘도를 도는 천체이고 이 중 어떤 것은 주기적으로 되돌아온다는 것을 알고 핼리 혜성을 예언한 후, 혜성은 비로소 태양계의 식구이며 지구의 형제로 인정받게 되었다. 과학이 마녀를 이긴 사건이었다.
(에드먼드 핼리, 그의 도움이 없었더라면 어쩌면 뉴턴도 인정받지 못하고 묻혔을 지도 모른다)
이 혜성들이 지구의 생명 창조와 멸종에 어떤 영향을 미쳤는지에 대해서는 지구편에서 다루도록 하겠다.
이상에서와 같이 우리는 간단하게나마 지구의 형제들인 태양의 행성들과 작은 천체들에 대해서 알아보았다. 태양을 서울의 중심인 광화문이라 하면 지구는 남대문쯤에 있는 것이고 오르트구름의 끝은 제주도 남쪽 마라도쯤에 위치한다. 우리의 태양계는 생각보다 크다. 태양계 전체물질의 99%는 태양이며, 나머지 1%의 99%는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 목성형 행성이 차지하고 있고 그 나머지가 지구형 행성 및 소형성대, 카이퍼벨트, 오르트구름의 작은 천체와 혜성들이다. 우리의 전부인 지구는 태양계 내에서도 이렇게 작은 부분이다. 하물며 은하계, 우주계의 입장에서의 지구는 그 존재 자체가 미미하기 그지없다. 그러나 지구에는 생명이 있다. 지구는 프로그래머의 의지가 강력하게 영향을 미치는 아주 특별한 행성이다.
생명에게 있어 태양이 아버지의 역할이라면 지구는 어머니의 역할이다. 그리고 지구의 형제들과는 어떤 관계를 갖는지 구체적으로 살펴 볼 차례이다.
원문; 2014년 3월 6일
수정; 2014년 5월 25일
참고자료 : 위키백과, 엔하위키 미러 등
1. 이글의 목적은 보다 많은 사람들이 함께 읽고 깨달아 우리 사회가 진일보 하는데 도움을 주고자 하는 글입니다. 상업적 목적으로 이용하시지만 않는다면 저작권 주장을 하지 않겠습니다.
2. 외국어 번역이 가능하신 분은 번역을 하셔서 원문에 답 글로 달아 주시기를 부탁드립니다. 외국 친구들에게도 알려 주었으면 좋겠습니다.
2014년 5월 25일 하늘바다 여운종