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오로라를 찾아 삼만리~!🙏 | 별별원정대

더운 여름날, 많은 분들이 시원한 음료나 카페를 찾지만, 때로는 색다른 경험을 위해 북극이나 남극 같은 극지방을 떠올리기도 합니다. 극지방에서는 오로라라는 신비로운 자연 현상을 볼 수 있기 때문입니다. 오로라는 태양에서 방출된 입자가 지구 대기와 만나면서 발생하는 빛의 향연으로, 많은 이들의 버킷리스트에 오르곤 합니다. 하지만 우리나라에서도 오로라를 볼 수 있는지 궁금해하는 분들이 많습니다. 국내에서 별을 관측하기 좋은 장소로는 원주의 치악산과 거돈사지가 있습니다. 이곳들은 빛공해가 적어 밤하늘의 별을 선명하게 볼 수 있는 곳으로 유명합니다. 실제로 지역 주민들은 가로등에 갓을 씌우는 등 불빛을 최소화하려는 노력을 기울이고 있습니다. 이러한 환경 덕분에 별뿐만 아니라 은하수도 관측할 수 있어 천문 애호가들에게 인기가 높습니다. 오로라를 실제로 관측하기 위해서는 태양 흑점폭발과 같은 강력한 태양 활동이 필요합니다. 이로 인해 발생하는 Kp 지수가 9에 가까워야 우리나라에서도 오로라를 볼 수 있습니다. 하지만 이런 조건이 맞는 날은 매우 드물기 때문에, 국내에서는 오로라를 직접 관측하는 것이 쉽지 않습니다. 대신, 천체투영관이나 예술 작품을 통해 오로라의 아름다움을 간접적으로 체험할 수 있습니다. 서울대학교 평창 캠퍼스의 KVN 전파망원경이나 국립과천과학관 천체투영관에서는 오로라를 주제로 한 다양한 체험이 가능합니다. 특히 천체투영관에서는 실제 오로라를 볼 수 없는 아쉬움을 달래줄 수 있는 프로그램이 마련되어 있습니다. 주말 11시 프로그램에 참여하면 오로라를 실감나게 감상할 수 있어 많은 이들이 찾고 있습니다. 이러한 체험은 과학적 호기심을 자극하고, 자연 현상에 대한 이해를 높이는 데 큰 도움이 됩니다. 이번 여행에서는 실제 오로라를 보지는 못했지만, 은하수와 별, 그리고 인공적으로 연출된 오로라를 감상하며 다양한 경험을 쌓을 수 있었습니다. 평창의 밤하늘은 탁 트여 있어 유성우나 다른 천문 현상도 관측하기에 좋은 장소임을 확인했습니다. 여행의 만족도는 별점 4.8점, 교통은 4점, 음식은 4.5점으로 평가되었으며, 앞으로도 별별원정대의 새로운 모험이 계속될 예정입니다.

국립과천과학관💫천문우주

지구환경과학
천문학

왜 우리는 아직 외계인을 만나지 못했을까?

광활한 우주에는 우리은하에만 1,000억 개 이상의 별이 존재하며, 우주 전체로는 1조 개가 넘는 은하가 펼쳐져 있습니다. 16세기 코페르니쿠스의 지동설 이후, 지오다노 브루노는 우주가 무한하며 수많은 외계인이 존재할 것이라는 파격적인 주장을 펼쳤습니다. 이후 17세기 하위헌스는 외계인의 신체 구조를 상상했고, 19세기 스키아파렐리는 화성의 지형을 외계 문명의 운하라고 믿기도 했습니다. 이러한 호기심은 인류가 우주를 바라보는 중요한 동력이 되었으며, 오늘날까지도 외계 생명체에 대한 탐구는 멈추지 않고 계속되고 있습니다. 현대 과학은 SETI(외계 지성체 탐색)를 통해 우주에서 오는 인공적인 신호를 포착하려 노력하고 있습니다. 1977년의 '와우 신호'나 최근의 'BLC1'처럼 정체를 알 수 없는 신호들이 발견되기도 했지만, 아직 외계 문명의 존재를 확증할 결정적인 증거는 나타나지 않았습니다. 우주의 나이와 크기를 고려할 때 외계인의 흔적이 발견되지 않는 현상을 '페르미 역설'이라 부릅니다. 외계인이 이미 멸망했거나 의도적으로 자신들을 숨기고 있다는 가설부터, 우리가 그들의 신호를 포착하기에는 기술적 한계가 명확하다는 분석까지 다양한 논의가 이어지고 있습니다. 외계 신호를 찾는 과정은 수많은 지문이 찍힌 방 안에서 낯선 이의 흔적을 찾는 것과 같습니다. 지구에서 발생하는 막대한 인공 신호들은 외계에서 온 미세한 전파를 가로막는 거대한 장벽이 됩니다. 또한 가장 가까운 별조차 빛의 속도로 수년이 걸릴 만큼 멀리 떨어져 있어 신호가 도달하며 급격히 약해지는 문제도 있습니다. 이를 극복하기 위해 과학자들은 지구의 전파 간섭이 없는 달 뒷면에 전파망원경을 설치하는 혁신적인 방안을 제안하고 있습니다. 인류의 끈기 있는 탐구와 국제적인 협력이 계속된다면, 언젠가 우주의 고독을 끝낼 신호를 마주하게 될 것입니다.

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생명과학
천문학

우린 모두 과학핑!🧪 특별한 과학 경험을 SF 미래과학축제에서🧡 l SF 미래과학축제 현장스케치

블랙홀은 현대 물리학이 직면한 가장 거대하고도 신비로운 수수께끼 중 하나로 꼽힙니다. 엄청난 질량이 좁은 공간에 압축되어 형성되는 이 천체는 중력이 너무나 강력한 나머지 빛조차 빠져나올 수 없는 영역을 만들어냅니다. 우리는 사건의 지평선이라 불리는 이 경계면을 통해 블랙홀의 존재를 간접적으로 확인하며, 우주의 극단적인 물리 법칙이 어떻게 작용하는지 연구합니다. 이는 단순히 먼 우주의 이야기가 아니라 시공간의 본질을 이해하는 핵심 열쇠입니다. 과거에는 블랙홀을 단순히 모든 것을 삼키는 파괴적인 존재로만 여겼으나, 최근의 연구들은 블랙홀이 은하의 형성과 진화에 결정적인 역할을 한다는 사실을 밝혀내고 있습니다. 대부분의 거대 은하 중심에는 초대질량 블랙홀이 자리 잡고 있으며, 이들이 방출하는 강력한 에너지는 주변 별들의 탄생 속도를 조절하거나 은하의 구조를 형성하는 데 기여합니다. 즉, 블랙홀은 우주의 파괴자인 동시에 거대한 질서를 만들어내는 창조자의 면모도 함께 지니고 있는 셈입니다. 블랙홀 관측 기술의 발전은 인류에게 역사적인 순간들을 선사해 왔습니다. 사건의 지평선 망원경 프로젝트를 통해 인류는 사상 처음으로 블랙홀의 그림자를 직접 촬영하는 데 성공했으며, 이는 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 다시 한번 입증하는 계기가 되었습니다. 전 세계에 흩어진 전파 망원경들을 연결해 지구 크기의 가상 망원경을 만듦으로써, 우리는 보이지 않는 존재를 시각화하는 놀라운 과학적 성취를 이루어냈습니다. 블랙홀 내부에서 벌어지는 현상은 여전히 현대 과학이 풀어야 할 거대한 숙제로 남아 있습니다. 양자 역학과 일반 상대성 이론이 충돌하는 지점인 블랙홀의 특이점은 우리가 알고 있는 물리 법칙이 붕괴되는 곳이기도 합니다. 이곳에서 정보가 사라지는지 혹은 보존되는지에 대한 정보 역설 문제는 전 세계 물리학자들 사이에서 뜨거운 논쟁의 대상입니다. 이러한 이론적 탐구는 우주를 구성하는 가장 근본적인 원리를 이해하려는 인류의 도전 정신을 보여줍니다. 블랙홀에 대한 탐구는 우리가 우주를 바라보는 시야를 넓혀줄 뿐만 아니라 인류 지식의 한계를 시험하게 합니다. 보이지 않는 어둠 속에서 우주의 비밀을 캐내는 과정은 과학이 가진 진정한 매력을 잘 보여주는 사례라 할 수 있습니다. 앞으로 더 정밀한 관측 장비와 새로운 이론들이 등장함에 따라, 우리는 블랙홀이라는 심연에 한 걸음 더 다가가게 될 것입니다. 이 끝없는 탐구의 여정은 결국 우리가 어디에서 왔고 우주가 어떻게 작동하는지에 대한 답으로 인도할 것입니다.

국립과천과학관문화행사🎆

물리학
천문학

미지의 세계, 블랙홀🕳️(한국천문연구원 KVN그룹 정태현 박사)ㅣ국립과천과학관 브랜드 기획전 '보이지 않는 우주'

블랙홀은 우주에서 가장 신비로운 천체 중 하나로, 상상을 초월하는 거대한 질량을 가지고 있습니다. 이 막대한 질량은 주변의 모든 물질을 강력하게 끌어당기며, 심지어 빛조차 빠져나올 수 없는 강력한 중력장을 형성합니다. 빛이 탈출하지 못한다는 것은 우리가 블랙홀을 직접 눈으로 볼 수 없음을 의미합니다. 아주 좁은 공간에 엄청난 질량이 응축되어 있는 이 신비로운 존재는 현대 천문학이 풀어야 할 가장 거대한 수수께끼이자 우주의 극한 상태를 보여주는 상징적인 천체라고 할 수 있습니다. 빛조차 나오지 않는 블랙홀을 찾기 위해 천문학자들은 다양한 간접적인 방법을 동원합니다. 첫 번째는 블랙홀로 빨려 들어가는 물질들이 주변과 마찰하며 방출하는 강력한 X선을 포착하는 것입니다. 두 번째는 블랙홀의 중력에 영향을 받아 그 주변을 공전하는 별들의 움직임을 정밀하게 관측하는 방법입니다. 시공간의 왜곡을 따라 움직이는 천체들의 궤도를 장기간 추적하면, 보이지 않는 곳에 존재하는 블랙홀의 위치는 물론 그 질량까지도 매우 정확하게 계산해낼 수 있습니다. 2019년, 인류는 '사건 지평선 망원경(EHT)' 프로젝트를 통해 M87 은하 중심의 초대질량 블랙홀을 관측하는 데 성공하며 새로운 역사를 썼습니다. M87 블랙홀은 태양 질량의 무려 65억 배에 달하는 거대한 천체로, 지구 크기만 한 가상의 전파 망원경을 구현하여 그 주변의 휘어진 시공간을 도는 빛을 포착해냈습니다. 이 성과는 아인슈타인의 일반상대성이론이 태양 질량의 수십억 배에 이르는 극한의 환경에서도 완벽하게 성립한다는 사실을 직접적으로 증명했다는 점에서 과학적으로 매우 특별한 의미를 지닙니다. 블랙홀 관측의 성공은 단순히 천문학적 발견을 넘어 현대 과학 기술의 집약체라고 할 수 있습니다. 전 세계에 흩어진 망원경들을 연결해 지구 크기의 해상도를 구현하는 정밀 관측 기술과, 무려 4페타바이트에 달하는 방대한 데이터를 저장하고 분석하는 정보 처리 능력이 뒷받침되었습니다. 또한, 복잡한 전파 신호를 선명한 영상으로 변환하는 고도의 영상 알고리즘 개발은 보이지 않는 우주의 실체를 시각화하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 이러한 기술적 진보는 인류의 관측 한계를 한 단계 더 넓히는 계기가 되었습니다. 이제 과학계는 차세대 사건 지평선 망원경(ngEHT) 프로젝트를 통해 더 깊은 우주의 비밀을 탐구하려 합니다. 기존의 정지된 이미지를 넘어 블랙홀 주변의 가스와 물질들이 회전하는 모습을 담은 동영상을 촬영하는 것이 주요 목표입니다. 이를 위해 참여 망원경의 수를 늘리고 더 높은 주파수 대역을 활용하여 영상의 품질을 획기적으로 개선할 계획입니다. 이러한 시도는 블랙홀의 자전 여부나 다중 블랙홀의 존재 가능성 등 아직 밝혀지지 않은 물리적 현상들을 규명하고, 우주의 근원적인 작동 원리를 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것입니다.

국립과천과학관👉기획·특별전

물리학
천문학

볼 수 없는 블랙홀을 관측한다?!?!🧐 블랙홀 부착원반 최초 관측👍ㅣ요즘과학

알베르트 아인슈타인이 1915년 완성한 일반 상대성 이론은 현대 천문학의 근간을 이루는 위대한 업적입니다. 에너지와 질량이 존재하면 시공간이 휘어진다는 이 이론은 독일의 천문학자 카를 슈바르츠실트에 의해 수학적인 해로 정리되었으며, 이것이 바로 우리가 아는 블랙홀의 이론적 토대가 되었습니다. 블랙홀은 질량은 존재하지만 부피가 0에 수렴하여 밀도가 무한대가 되는 '특이점'을 가진 천체로 정의됩니다. 오랫동안 수학적 가설로만 존재했던 블랙홀은 이제 현대 과학의 정밀한 관측 기술을 통해 그 신비로운 베일을 하나씩 벗어던지며 실체를 드러내고 있습니다. 스스로 빛을 내지 않는 블랙홀을 직접 관측하는 것은 불가능에 가깝지만, 블랙홀은 주변 물질과의 상호작용을 통해 자신의 존재감을 강렬하게 드러냅니다. 블랙홀의 강력한 중력에 이끌린 주변 별의 물질들이 회전하며 형성하는 '강착 원반'과, 이 과정에서 수직 방향으로 강력하게 뿜어져 나오는 에너지의 흐름인 '제트'가 대표적인 증거입니다. 또한 우리 은하 중심부의 별들이 보이지 않는 특정 지점을 중심으로 매우 빠르게 공전하는 궤도를 추적함으로써, 그 중심에 초대질량 블랙홀이 실재함을 간접적으로 증명할 수 있으며 이는 노벨 물리학상 수상으로 이어지기도 했습니다. 블랙홀의 정밀한 이미지를 포착하기 위해서는 상상을 초월하는 거대한 망원경이 필요합니다. 전파 망원경은 파장이 길어 분해능이 낮다는 한계가 있지만, 천문학자들은 전 세계의 망원경을 연결하는 '초장기선 간섭계(VLBI)' 기술로 이를 극복했습니다. 여러 대의 망원경이 동시에 같은 천체를 관측하고 데이터를 합성함으로써, 마치 지구 크기만 한 거대한 가상의 망원경을 구현한 것입니다. 이러한 국제적 협력을 통해 탄생한 '사건의 지평선 망원경(EHT)'은 인류 역사상 최초로 블랙홀의 그림자를 촬영하는 쾌거를 이루어내며 우주 탐사의 새로운 지평을 열었습니다. 최근 한국천문연구원이 참여한 국제 공동 연구진은 M87 블랙홀의 강착 원반과 제트를 동시에 포착하는 데 성공하며 전 세계의 주목을 받았습니다. 기존 관측보다 조금 더 넓은 영역을 볼 수 있는 3.5mm 파장을 활용하여, 블랙홀 주변에서 물질이 빨려 들어가는 원반의 모습과 강력하게 분출되는 제트의 연결 고리를 선명하게 확인한 것입니다. 이는 정밀한 시뮬레이션 모델과의 비교를 통해 강착 원반의 존재를 확증한 세계 최초의 사례로 기록되었습니다. 이번 관측은 블랙홀이 주변 환경과 어떻게 에너지를 주고받으며 성장하는지 이해하는 데 결정적인 단서를 제공합니다. 블랙홀 연구는 이제 거대한 진실을 향한 시작 단계에 불과하며, 앞으로의 연구는 더욱 세밀한 물리적 특성을 규명하는 데 집중될 것입니다. 연구진은 향후 블랙홀의 밝기 변화 주기를 정밀하게 관측하여, 원반과 제트 중 어떤 요소가 블랙홀의 활동을 지배하는지 밝혀낼 계획을 세우고 있습니다. 특히 한국의 전파 간섭계(KVN)를 포함한 전 세계 망원경 네트워크의 지속적인 국제 협력은 우주의 근원적인 비밀을 풀어나가는 핵심 동력이 될 것입니다. 국경을 초월한 과학적 연대는 인류가 블랙홀이라는 거대한 수수께끼에 한 걸음 더 다가갈 수 있게 해주는 가장 강력한 도구입니다.

국립과천과학관요즘과학👏

물리학
천문학

[국제천문연맹총회] 8/5 모두를 위한 천문학 by 셰퍼트 돌먼 교수(Prof. Sheperd S. Doeleman)

2022년 부산에서 열린 국제천문연맹 총회는 '모두를 위한 천문학'이라는 슬로건 아래 인류 역사상 가장 도전적인 프로젝트 중 하나인 사건의 지평선 망원경(EHT)을 조명했습니다. 블랙홀은 빛조차 빠져나올 수 없는 강력한 중력을 가진 천체로, 본질적으로 보이지 않으려는 속성을 지니고 있습니다. 하지만 전 세계의 과학자들은 지구 크기의 가상 망원경을 구축하여 5,500만 광년 떨어진 M87 은하 중심의 블랙홀을 포착하는 데 성공했습니다. 이는 단순한 사진 촬영을 넘어 우주의 근원적인 비밀을 밝히려는 인류의 거대한 여정이었습니다. 블랙홀의 존재는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 시작되었습니다. 그는 중력을 시공간의 왜곡으로 정의했으며, 이는 별빛이 태양 근처에서 휘어지는 현상을 통해 증명되었습니다. 이후 슈바르츠실트는 특정 질량이 아주 작은 영역에 응축될 때 빛조차 탈출할 수 없는 '사건의 지평선'이 형성됨을 수학적으로 밝혀냈습니다. 초기에는 수학적 호기심에 불과했던 이 개념은 현대 천문학을 통해 우주에서 가장 강력한 엔진인 블랙홀로 실체화되었습니다. EHT는 바로 이 이론적 경계인 사건의 지평선을 직접 관측하여 아인슈타인의 예견을 검증하고자 했습니다. 블랙홀은 모든 것을 삼키는 어둠의 존재처럼 보이지만, 역설적으로 우주에서 가장 밝은 천체 중 하나입니다. 블랙홀 주변으로 끌려 들어가는 물질은 엄청난 속도로 가속되며 수십억 도까지 가열되고, 이 과정에서 막대한 복사 에너지를 방출합니다. 핵융합의 효율이 1% 미만인 데 비해 블랙홀의 자기장은 물질의 에너지를 최대 40%까지 변환하는 놀라운 효율을 자랑합니다. 이러한 에너지는 은하 규모의 물질 재분배를 일으키며 밤하늘의 모습을 결정짓는 중요한 역할을 합니다. 우리가 본 고리 모양의 빛은 바로 이 거대한 우주 엔진이 내뿜는 마지막 광휘인 셈입니다. 지구 크기의 망원경을 만들기 위해 연구진은 초장기선 간섭계(VLBI) 기술을 활용했습니다. 하와이, 칠레, 남극 등 세계 각지의 전파 망원경을 연결하고 원자 시계를 이용해 데이터를 1,000만 년에 1초 오차 수준으로 정밀하게 기록했습니다. 이렇게 수집된 방대한 데이터는 물리적인 하드 드라이브에 담겨 슈퍼컴퓨터로 운송되었으며, 컴퓨터 알고리즘을 통해 하나의 거대한 가상 렌즈로 합성되었습니다. 이는 달 표면에 놓인 오렌지를 지구에서 식별할 수 있을 정도의 초고해상도를 구현한 것으로, 현대 과학 기술이 도달한 정밀함의 정점을 보여주는 사례입니다. 과학적 객관성을 유지하기 위해 EHT 팀은 인간의 편견을 배제하는 엄격한 과정을 거쳤습니다. 데이터를 분석할 때 연구진을 네 개의 독립된 팀으로 나누어 서로 소통하지 않은 채 각자의 방식으로 이미지를 재구성하도록 했습니다. 이는 마치 치와와와 머핀을 구별하는 것처럼, 인간의 뇌가 익숙한 형태를 찾으려는 성향을 경계하기 위함이었습니다. 2018년 여름, 네 팀이 한자리에 모여 각자 도출한 이미지를 공개했을 때 모두가 동일한 고리 구조를 확인하며 전율했습니다. 이러한 철저한 검증 과정은 블랙홀의 첫 사진이 단순한 우연이 아닌 확고한 과학적 사실임을 뒷받침합니다. 관측 결과는 놀라웠습니다. M87 블랙홀은 태양 질량의 65억 배에 달하는 거대함을 드러냈고, 우리 은하 중심의 궁수자리 A* 역시 태양 질량의 400만 배라는 사실이 확인되었습니다. 두 블랙홀은 질량 차이가 엄청남에도 불구하고 아인슈타인의 이론이 예측한 고리 모양을 정확히 유지하고 있었습니다. 특히 궁수자리 A*는 물질의 움직임이 매우 빨라 관측이 어려웠음에도 불구하고, 수많은 시뮬레이션과 데이터 처리를 통해 그 실체를 드러냈습니다. 이는 일반 상대성 이론이 우주의 서로 다른 규모에서도 변함없이 성립함을 보여주는 결정적인 증거가 되었습니다. 이제 인류는 블랙홀의 정지화면을 넘어 동영상을 촬영하려는 차세대 사건의 지평선 망원경(ngEHT) 프로젝트를 준비하고 있습니다. 더 많은 망원경을 지구 곳곳에 추가하고 우주 궤도에까지 관측망을 확장함으로써, 블랙홀에서 뿜어져 나오는 제트의 역동적인 변화를 실시간으로 관찰하려는 것입니다. 이 거대한 프로젝트의 성공은 20개국 300명이 넘는 과학자들이 국경과 장벽을 넘어 협력했기에 가능했습니다. 기초 과학에 대한 투자는 당장의 실용성을 넘어 인류의 지적 지평을 넓히는 가장 확실한 길이며, 100년 전 아인슈타인의 방정식과 오늘날의 관측 데이터가 만나는 경이로운 악수와도 같습니다.

Sheperd S. Doeleman(셰퍼트 돌먼)

카오스재단카오스크로스

천문학

[과학자가 쓴 과학책#16] 이명현_지구인의 우주공부 | KAOS X 공원생활 특집 | 김태훈의 게으른 책읽기

현대 과학의 핵심은 불확실성과 확률적 존재를 자각하는 데 있습니다. 상대성 이론과 양자 역학, 진화론은 우리가 세상을 바라보는 태도를 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 단순히 지식을 습득하는 '과학 소양'을 넘어, 비판적 사고와 과학적 태도를 갖추는 '과학적 소양'이 21세기 시민에게 필수적입니다. 천문학은 우리와 거리를 두고 존재하는 객관적인 대상을 다루기에, 복잡한 이해관계에서 벗어나 사고의 근력을 키우기에 최적의 학문입니다. 우주라는 거대한 샘플을 통해 우리는 세상을 더 객관적으로 바라보는 법을 배울 수 있습니다. 외계 생명체의 존재 여부는 인류의 오랜 호기심 중 하나입니다. SETI 과학자들은 우주에서 발생하는 자연적인 전파 신호들 사이에서 인위적인 흔적을 찾기 위해 노력합니다. 자연 전파와 지구상의 잡음을 모두 제거하고도 남는 불규칙한 신호가 있다면, 그것은 지적 생명체가 보낸 메시지일 가능성이 큽니다. 현재까지 의심되는 후보 신호는 수천 개에 달하지만, 과학적 신뢰도를 확보하기 위해서는 반복적인 관측과 막대한 자본이 필요합니다. 기술적 발전과 투자가 이어진다면 2040년경에는 외계 생명체에 대한 유의미한 답을 얻을 수 있을 것으로 기대됩니다. 과거 미국과 소련의 체제 경쟁으로 뜨거웠던 우주 탐사는 한동안 소강상태를 보이다가 최근 아시아 국가들을 중심으로 다시 활기를 띠고 있습니다. 중국은 '우주 굴기'를 통해 중화사상을 고취하고 세계적인 영향력을 확대하려 하며, 일본은 고도의 로켓 기술을 바탕으로 강대국으로서의 입지를 다지고자 합니다. 반면 인도는 가성비 높은 탐사 기술을 선보이며 경제적인 이유로 우주 탐사에 뛰어들고 있습니다. 이처럼 각국은 서로 다른 동상이몽을 꾸고 있지만, 달과 우주를 향한 인류의 도전은 그 어느 때보다 치열하게 전개되고 있습니다. 달을 넘어선 인류의 다음 목표는 화성입니다. 화성은 지구와 가장 가까울 때도 왕복에 500일 이상이 소요되는 험난한 여정입니다. 장기간의 생존을 위해서는 의식주를 포함한 완벽한 생명 유지 장치가 필수적이며, 이는 국가 기관인 NASA조차도 신중을 기하는 부분입니다. 최근에는 일론 머스크나 제프 베조스 같은 민간 기업가들이 화성 이주 계획을 발표하며 새로운 국면을 맞이하고 있습니다. 이들은 단순한 탐사를 넘어 화성에 자생적인 문화를 가진 정착촌을 건설하겠다는 거대한 꿈을 꾸며, 우주 탐사의 패러다임을 정부 주도에서 민간 주도로 바꾸어 놓고 있습니다. 도시의 밝은 불빛 아래에서 우리는 밤하늘의 별을 잊고 살아가곤 합니다. 하지만 보이지 않는다고 해서 우주가 사라진 것은 아닙니다. 광활한 우주는 인류가 던져온 가장 오래된 질문들에 대한 답을 품고 있는 거대한 저장소와 같습니다. 천문학을 공부한다는 것은 단순히 별의 위치를 익히는 것이 아니라, 우주의 변화를 수용하고 그 안에서 인간의 위치를 자각하는 진화적 태도를 배우는 과정입니다. 지구인으로서 우주를 공부하는 일은 결국 우리가 누구인지, 그리고 어디로 나아가야 하는지를 끊임없이 되묻는 가장 숭고한 지적 여정이 될 것입니다.

이명현

카오스재단읽다과학

천문학

[강연] 외계지적생명체 탐색 ㅣ 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA' 9강 미니강연 1 | 9강 ①

외계 지적 생명체를 찾는 여정은 상상 속의 이야기가 아닌 정밀한 과학적 탐구의 영역입니다. 최근 가장 주목받는 연구 대상은 태양계에서 가장 가까운 이웃인 알파 센타우리 항성계입니다. 이곳의 프록시마 b 행성은 지구와 크기 및 환경 조건이 유사하여 생명체 존재 가능성이 높게 점쳐지고 있습니다. 특히 이 지역에서 포착된 강력하고 이상한 전파 신호는 과학계에 큰 파장을 일으켰습니다. 비록 자연 현상일 가능성도 배제할 수 없지만, 가장 가까운 곳에서 발견된 인공 신호 후보라는 점에서 인류의 우주 탐사 의지를 자극하고 있습니다. 지구에 앉아 외계인의 흔적을 찾는 전략적 방법론은 1959년 코코니와 모리슨의 기념비적인 논문에서 시작되었습니다. 이들은 전파 망원경을 통해 자연적인 신호를 제외한 인공적 전파를 포착하자는 혁신적인 제안을 했습니다. 이를 바탕으로 1960년 프랭크 드레이크 박사는 고래자리 타우 별 등을 대상으로 최초의 SETI 관측인 '오즈마 프로젝트'를 수행했습니다. 비록 초기 시도는 지구상의 전파 간섭으로 인해 실패로 돌아갔지만, 이는 지난 60여 년간 이어진 외계 지적 생명체 탐색의 패러다임을 구축하는 중요한 효시가 되었습니다. 2016년은 SETI 역사에서 획기적인 전환점이 된 해입니다. 억만장자 유리 밀너가 1억 달러를 기부하며 시작된 '브레이크스루 리슨' 프로젝트 덕분에 과거와는 비교할 수 없는 대규모 관측이 가능해졌기 때문입니다. 이 프로젝트는 버클리 대학교를 중심으로 지난 수십 년간 수행된 것보다 훨씬 방대한 데이터를 수집하고 분석합니다. 또한 '브레이크스루 스타샷'을 통해 알파 센타우리 항성계에 초소형 우주돛을 보내 직접 사진을 찍어오려는 야심 찬 계획도 추진 중입니다. 이는 전파 수신을 넘어 직접 탐사로 나아가는 새로운 시대를 예고합니다. 전파 신호 외에도 별의 밝기 변화를 통해 지적 문명의 흔적을 찾으려는 시도가 있습니다. '태비의 별'이라 불리는 천체는 자연적인 메커니즘으로는 설명하기 힘들 정도로 급격하고 불규칙하게 어두워지는 현상을 보였습니다. 이에 과학자들은 프리먼 다이슨이 제안한 '다이슨 구'라는 거대 인공 구조물의 가능성을 검토했습니다. 고도화된 문명이 별의 에너지를 활용하기 위해 별 전체를 감싸는 구조물을 만들었을지도 모른다는 가설입니다. 비록 아직 명확한 증거는 발견되지 않았으나, 이는 우주를 바라보는 우리의 시야를 거시적인 기술 문명의 관점으로 확장해주었습니다. 현대 SETI 과학은 생명의 흔적인 '바이오 시그니처'를 넘어 기술 문명의 흔적인 '테크노 시그니처'를 찾는 방향으로 진화하고 있습니다. 지적 생명체 자체가 사라졌더라도 그들이 남긴 인공물이나 대기 오염 물질을 통해 존재를 증명하려는 노력입니다. 외계 지적 생명체 탐색은 아직 실질적인 대상을 찾지 못한 '경계 과학'의 영역에 머물러 있습니다. 하지만 우리가 시도하지 않는다면 발견 확률은 영원히 0%에 머물 것입니다. 미지의 세계를 향한 끊임없는 도전과 과학적 탐구 정신이야말로 인류가 우주에서 자신의 위치를 확인하는 가장 확실한 방법입니다.

이명현

카오스재단카오스강연

천문학

[과학원리체험콘텐츠@HOME] 쌍곡선 2부

쌍곡선은 두 초점으로부터의 거리의 차가 일정한 점들의 집합으로 정의되는 곡선입니다. 이러한 수학적 원리는 현대의 GPS 기술이 등장하기 전, 항해 중인 배의 위치를 파악하는 데 매우 유용하게 활용되었습니다. 세 곳의 기지에서 보내는 신호의 시간 차이를 계산하면 거리의 차를 알 수 있고, 이를 통해 배가 위치한 쌍곡선 궤적을 그려낼 수 있습니다. 여러 기지의 신호를 종합하여 교차점을 정확히 찾아내면 광활한 바다 위에서도 자신의 위치를 확인하는 것이 가능해집니다. 포물선은 한 초점과 준선이라는 직선으로부터 같은 거리에 있는 점들을 연결하여 만들어지는 독특한 곡선입니다. 초점의 위치에 따라 포물선의 굴곡진 모양이 결정되며, 이는 단순한 기하학적 형태 이상의 중요한 물리적 성질을 내포하고 있습니다. 특히 포물선은 외부에서 평행하게 들어오는 빛이나 전파를 한 점으로 모으거나, 반대로 한 점에서 나가는 빛을 일정한 방향으로 나란히 뻗어 나가게 하는 성질이 있어 다양한 공학적 설계의 기초가 됩니다. 포물선의 성질을 실생활에 응용한 대표적인 사례로는 자동차의 헤드라이트와 거대한 전파 망원경을 들 수 있습니다. 헤드라이트는 초점 위치에 광원을 두어 반사된 빛이 직진성을 갖게 함으로써 어두운 도로를 효과적으로 밝히는 원리를 이용합니다. 반대로 전파 망원경은 우주 먼 곳에서 오는 미세한 신호를 포물면 접시로 받아 초점에 집중시킴으로써 해상도 높은 데이터를 수집합니다. 이처럼 포물선은 에너지를 효율적으로 집중시키거나 멀리 전달하는 데 핵심적인 역할을 수행합니다. 타원은 두 초점으로부터의 거리의 합이 일정한 점들의 궤적으로 정의됩니다. 타원형으로 설계된 공간에서는 한쪽 초점에서 발생한 소리나 빛이 벽면에 반사되어 반드시 반대편 초점으로 모이는 흥미로운 현상이 발생합니다. 이러한 성질을 이용하면 넓은 공간에서도 특정 지점에서 속삭이는 소리를 반대편 초점에서 선명하게 들을 수 있는 구조를 만들 수 있습니다. 이는 건축 음향 설계나 정밀한 정보 전달이 필요한 특수 환경에서 수학적 원리가 어떻게 물리적 현상으로 구현되는지를 잘 보여줍니다. 수학 교과서에서 접하는 이차곡선들은 단순한 문제 풀이의 대상을 넘어 우리 일상과 첨단 기술 속에 깊숙이 자리 잡고 있습니다. 쌍곡선을 이용한 위치 추적부터 포물선을 활용한 통신 기술, 그리고 타원의 성질을 이용한 음향 설계까지 그 활용 범위는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 넓습니다. 추상적인 공식 뒤에 숨겨진 이러한 실용적인 가치와 원리를 이해한다면, 어렵게만 느껴졌던 수학이 세상을 이해하고 설계하는 데 있어 얼마나 흥미롭고 강력한 도구인지 새롭게 깨닫게 될 것입니다.

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수학
융합

[천문우주 별별톡톡] 과천과학관에 전파망원경이 있다고?

국립과천과학관 천체관측소 뒤편에는 국내 과학관 중 유일하게 운영되는 특별한 장비가 있습니다. 바로 직경 7.2m 크기를 자랑하는 거대한 전파망원경입니다. 이는 국내 과학관이 보유한 망원경 중 가장 큰 규모이며, 해외에서도 과학관이 전파망원경을 직접 운용하는 사례는 매우 드뭅니다. 2008년 개관 당시 설치된 이후 여러 차례의 보수와 시스템 교체를 거쳐 현재는 최신식 구동부와 수신기를 갖추고 우주의 신호를 포착하고 있습니다. 새롭게 장착된 수신기는 1.4GHz와 2.4GHz 대역의 전파를 수신할 수 있도록 설계되었습니다. 이 주파수 대역의 가장 큰 장점은 기상 조건에 구애받지 않는다는 점입니다. 구름이 짙게 끼거나 비가 내리는 날에도 전파는 대기를 통과하기 때문에 언제든 관측이 가능합니다. 과거에는 낙뢰로 인해 장비가 고장 나는 아픔을 겪기도 했으나, 현재는 철저한 대비책을 마련하여 안정적인 운영 환경을 구축했습니다. 이제는 날씨와 상관없이 우주의 신비를 탐구할 수 있게 된 것입니다. 전파망원경은 눈에 보이지 않는 신호를 포착하기 때문에 정밀한 관측 기법이 필요합니다. 대표적인 방법 중 하나인 '투 포인트 관측'은 대상 천체와 그 옆의 빈 하늘을 번갈아 측정하는 방식입니다. 태양을 직접 겨냥했을 때와 5도 정도 떨어진 허공을 바라볼 때의 신호 세기를 비교하면, 우리가 포착한 전파가 실제 천체로부터 온 것인지 명확히 구분할 수 있습니다. 이러한 과정을 통해 실시간으로 변화하는 전파 신호의 강도를 그래프로 확인하며 천체의 존재를 과학적으로 증명합니다. 더욱 정밀한 데이터를 얻기 위해 '매핑 관측' 기법을 활용하기도 합니다. 이는 관측 대상을 바둑판 모양의 격자로 나누어 구역별로 순차적으로 스캔하는 방식입니다. 예를 들어 11x11 규격으로 태양 주변을 촘촘하게 관측하면, 각 지점에서 수신된 전파의 세기에 따라 색깔이 변하는 모습을 볼 수 있습니다. 중심부로 갈수록 신호가 강해지며 시각화되는 이 과정은 보이지 않는 전파를 하나의 이미지로 형상화하는 중요한 단계입니다. 관측된 데이터를 분석 소프트웨어로 처리하면 가시광선으로 보는 것과는 다른 태양의 모습을 발견하게 됩니다. 전파로 관측한 태양은 우리가 눈으로 보는 0.5도 크기의 태양보다 훨씬 크게 나타납니다. 이는 태양의 외곽 대기층인 코로나에서도 강한 전파가 방출되기 때문입니다. 전파망원경은 이처럼 인간의 시각적 한계를 넘어 우주의 숨겨진 구조를 드러내 줍니다. 과학관의 전파망원경 프로그램을 통해 많은 이들이 이러한 우주의 경이로움을 직접 체험할 수 있기를 기대합니다.

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천문학

[별난이야기] 밥쌤이 들려주는 '2020 천문이슈 TOP5'

2020년은 전 세계적인 위기 속에서도 천문학 분야에서 눈부신 성과가 잇따른 한 해였습니다. 그중에서도 민간 우주 산업의 새로운 지평을 연 스페이스X의 유인 우주선 발사 성공은 단연 돋보이는 소식이었습니다. 민간 기업이 최초로 우주인을 태워 국제우주정거장에 도킹시킨 이 사건은 우주여행이 대중화될 수 있다는 희망을 심어주었습니다. 팰컨 9 로켓과 크루 드래곤 캡슐의 활약은 인류가 지구 궤도를 넘어 더 먼 우주로 나아가는 중요한 도약점이 되었습니다. 반면 오랜 시간 인류의 눈이 되어주었던 아레시보 전파망원경의 붕괴는 많은 이들에게 아쉬움을 남겼습니다. 푸에르토리코에 건설된 이 거대 망원경은 57년 동안 외계 지적 생명체를 탐색하고 우주로 메시지를 보내는 등 천문학 역사에 큰 족적을 남겼습니다. 1974년에는 지구의 위치와 인류의 정보를 담은 이진법 메시지를 우주로 송출하며 미지의 존재와의 소통을 꿈꾸기도 했습니다. 비록 노후화로 인해 스스로 생을 마감했지만, 그가 남긴 데이터와 열정은 여전히 우리 곁에 남아 있습니다. 밤하늘을 수놓은 아름다운 천문 현상들도 빼놓을 수 없습니다. 약 6,800년 만에 태양계를 다시 찾아온 니오와이즈 혜성은 긴 꼬리를 드리우며 전 세계 관측자들에게 감동을 선사했습니다. 또한 하짓날이었던 6월 21일에는 태양의 일부가 달에 가려지는 부분일식이 일어나 많은 이들이 하늘을 우러러보게 만들었습니다. 특히 대만 등 일부 지역에서는 태양이 반지 모양으로 빛나는 금환일식이 관측되어 우주의 신비로움을 다시 한번 일깨워주었습니다. 2020년 천문 이슈의 정점은 목성과 토성의 대접근이 차지했습니다. 두 행성이 하늘에서 거의 하나로 겹쳐 보일 만큼 가까워진 이 현상은 1623년 이후 약 400년 만의 일이었으며, 실제로 관측이 가능했던 사례로는 약 800년 만의 대사건이었습니다. 우리 생애 단 한 번뿐일지도 모르는 이 특별한 만남은 천문학자들뿐만 아니라 일반 대중에게도 큰 행운과 같은 순간이었습니다. 망원경 너머로 두 거대 행성이 한 시야에 들어오는 모습은 경이로움 그 자체였습니다. 이러한 성과들에 힘입어 노벨 물리학상 또한 2년 연속 천체물리학 분야에서 수상자가 배출되는 쾌거를 이루었습니다. 이는 인류가 우주를 이해하려는 노력이 얼마나 가치 있는지를 증명하는 결과이기도 합니다. 비록 힘든 시기를 지나왔지만, 밤하늘의 별들은 변함없이 우리를 비추며 새로운 꿈을 꾸게 합니다. 광활한 우주를 탐구하는 여정은 앞으로도 계속될 것이며, 우리는 그 속에서 인류의 위치와 존재의 의미를 끊임없이 되새기게 될 것입니다.

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천문학

[그림으로 보는 과학뉴스] 금성에서 생명체 흔적 발견했다.

최근 금성의 구름층에서 생명체의 흔적일 수 있는 포스핀이 다량 발견되었다는 소식이 전해졌습니다. 포스핀은 인과 수소의 화합물로, 주로 산소가 부족한 환경에서 미생물에 의해 생성되는 물질입니다. 지구에서는 호수 밑바닥이나 동물의 내장 등에서 발견되곤 합니다. 이러한 물질이 금성에서 포착되었다는 사실은 그동안 생명체가 존재하기 어려울 것이라고 여겨졌던 금성에 대한 인류의 시각을 완전히 뒤바꿔 놓는 계기가 되었습니다. 이번 발견은 영국 카디프 대학 연구진의 분석을 통해 세상에 알려지게 되었습니다. 그동안 인류의 탐사 노력은 주로 화성에 집중되어 왔습니다. 하지만 과거 냉전 시대 소련은 '베네라 프로젝트'를 통해 금성 탐사에 주력하며 수많은 탐사선을 보낸 바 있습니다. 당시 탐사선들은 금성의 가혹한 환경 때문에 착륙 후 불과 수십 분 만에 작동을 멈추기도 했습니다. 화성이 미국 주도의 탐사로 익숙한 곳이라면, 금성은 인류가 일찍이 도전했으나 그 척박함으로 인해 한동안 관심에서 멀어졌던 미지의 영역이라 할 수 있습니다. 1960년대부터 80년대까지 이어진 끈질긴 탐사 역사가 이를 증명합니다. 금성은 이산화탄소가 대기의 90% 이상을 차지하여 강력한 온실효과가 발생하는 곳입니다. 표면 온도는 460도가 넘고, 대기 중에는 물 대신 황산 비가 내리는 지옥과 같은 환경을 갖추고 있습니다. 자전 속도가 공전보다 느려 낮과 밤의 구분이 모호하며, 두꺼운 구름층이 열을 가두어 행성 전체가 거대한 보온막에 싸여 있는 형국입니다. 이러한 고온 고압의 환경은 지구 기준의 생명체가 생존하기에는 불가능에 가까운 조건으로 보입니다. 수증기 함유량도 극히 적어 생명체의 필수 요소인 물을 찾기란 매우 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 포스핀의 발견이 열광적인 반응을 이끌어내는 이유는 이 물질이 강력한 '생명 표지자'이기 때문입니다. 포스핀은 자연적인 화학 공정만으로는 금성과 같은 환경에서 생성되기 매우 어렵습니다. 따라서 이 가스가 존재한다는 것은 우리가 알지 못하는 미생물의 활동이 대기 중에서 일어나고 있을 가능성을 시사합니다. 극한의 환경에서도 생명 활동이 이어질 수 있다는 가설은 외계 생명체 탐사의 범위를 획기적으로 넓혀줍니다. 이는 단순한 가스 검출을 넘어 생명 존재의 가능성을 타진하는 중요한 지표가 됩니다. 흥미로운 점은 이번 발견이 외계 행성의 생명 흔적을 찾기 위한 기술 테스트 과정에서 우연히 이루어졌다는 것입니다. 연구진은 전파 망원경의 성능을 확인하기 위해 가장 가까운 이웃 행성인 금성을 관측 대상으로 삼았고, 예상치 못한 결과를 얻었습니다. 이는 과학적 발견이 때로는 철저한 계획보다 호기심 어린 시도와 우연을 통해 찾아온다는 사실을 보여줍니다. 이번 발견을 기점으로 금성은 다시금 우주 생물학의 중심지로 떠오르고 있으며, 향후 더 정밀한 탐사가 이어질 것으로 기대됩니다.

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생명과학
지구환경과학
천문학

[과학책수다] 우리는 모두 외계인이다

'우리는 모두 외계인이다'라는 책은 생물물리학적 관점에서 지구의 탄생부터 생명의 진화, 그리고 문명의 발전까지 우주의 거대한 여정을 담고 있습니다. 저자는 현재 지구의 문명을 더 나은 단계로 나아가기 위한 '사춘기' 상태로 정의하며, 인류가 가진 겸손함과 진지한 성찰을 촉구합니다. 이 책은 단순한 과학 지식의 전달을 넘어 철학적 사유를 이끌어내는 융합 과학서로서, 우리가 우주 안에서 어떤 존재인지를 다시금 생각하게 만듭니다. 외계 생명체를 찾는 여정은 결국 우리 자신을 이해하는 과정과 맞닿아 있습니다. 외계 지적 생명체를 탐사하는 세티(SETI)는 과학적인 근거를 바탕으로 우주의 신호를 추적합니다. 인류가 전파 통신을 시작한 지 약 90년이 흐른 지금, 우주 어딘가에 우리와 비슷한 수준의 문명이 있다면 그들 역시 자신의 존재를 알리기 위해 전파를 보내고 있을 것이라는 가설에서 출발합니다. 국립과천과학관에 설치된 전파망원경 또한 이러한 탐사의 연장선에 있으며, 대중들에게 우주를 향한 상상력을 현실적인 과학의 영역으로 끌어오는 역할을 합니다. 비과학적인 음모론을 배제하고 철저히 확률과 증거를 통해 외계 존재의 가능성을 탐구하는 것이 중요합니다. 외계 지적 생명체와 소통하기 위해 가장 필수적인 도구는 바로 수학입니다. 영화 '콘택트'에서 묘사된 것처럼, 언어와 문화가 전혀 다른 존재들 사이에서 공통의 법칙을 찾을 수 있는 유일한 수단은 수의 체계이기 때문입니다. 특히 1과 자기 자신으로만 나누어지는 '소수'와 같은 수학적 원리는 우주 어디에서나 변하지 않는 절대적인 규칙입니다. 고도의 문명을 이룩한 외계 존재라면 이러한 수학적 원리를 이해하고 활용할 가능성이 매우 높으며, 이는 우리가 우주 공통의 언어를 준비하는 데 있어 수학이 왜 중요한지를 잘 보여줍니다. 드레이크 방정식은 우리 은하 내에 존재할 수 있는 통신 가능한 외계 문명의 수를 추정하는 도구입니다. 별의 탄생률부터 행성의 존재 확률, 생명체의 출현과 지적 문명으로의 진화 가능성 등 여러 변수를 곱하여 결과를 도출합니다. 저자는 적당한 환경을 가진 행성이 우주에 수없이 많으며, 생명이 탄생하고 진화할 확률이 생각보다 높다고 주장합니다. 비록 정확한 수치를 확정할 수는 없지만, 광활한 우주 공간에서 지구만이 유일한 생명의 요람이라고 단정 짓는 것은 오히려 비논리적일 수 있다는 점을 시사합니다. 외계 문명과의 만남을 위해 가장 결정적인 요소는 바로 문명의 존속 기간입니다. 드레이크 방정식의 마지막 변수가 상징하듯, 우리가 외계 신호를 포착하기 위해서는 그 문명이 멸망하지 않고 현재까지 유지되어야 합니다. 이는 곧 우리 인류에게 주어진 과제이기도 합니다. 기후 변화와 같은 전 지구적 위기를 극복하고 문명을 건강하게 보존하는 것이야말로 언젠가 마주할 외계 존재와의 연결을 위한 필수 조건입니다. 지구라는 행성을 잘 가꾸고 유지하는 일은 단순히 생존을 넘어, 우주적 동료를 만나기 위한 인류의 가장 숭고한 준비 과정이라 할 수 있습니다.

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[술술과학] 외계생명체와 기필코 교신하려는 지구인들 | 카오스 첨단기술 시리즈(4)

인류는 아주 오래전부터 광활한 우주 어딘가에 우리와 같은 외계 지적 생명체가 존재할 것이라는 믿음을 품어왔습니다. 이러한 호기심을 과학적으로 구체화한 것이 바로 드레이크 방정식입니다. 이 방정식은 우리 은하 내에서 인간과 교신이 가능한 문명의 수를 계산하기 위해 고안되었습니다. 하지만 각 변수에 대한 예상치가 학자마다 천차만별이라, 최종 결괏값인 N은 수백만에 달하기도 하고 때로는 거의 0에 수렴하기도 합니다. 결국 이 식은 우주라는 거대한 바다에서 우리가 얼마나 고독한 존재인지, 혹은 얼마나 많은 이웃이 있을지를 가늠해보려는 인류의 처절한 노력을 상징합니다. 우주를 향한 인류의 첫 번째 구체적인 시도는 마치 유리병에 편지를 담아 바다에 띄우는 것과 같았습니다. 1970년대 파이어니어 호와 보이저 호는 인류의 메시지를 담은 금속판과 골든 레코드를 싣고 태양계 너머로 떠났습니다. 특히 보이저 1호가 촬영한 '창백한 푸른 점'은 우리가 사는 지구가 우주 속에서 얼마나 작고 소중한지를 일깨워 주었습니다. 비록 이 편지들이 외계 지적 생명체에게 전달될 확률은 극히 희박하지만, 이는 인류의 존재를 우주라는 시간의 바다에 기록하려는 타임캡슐이자 우리 스스로의 정체성을 확인하려는 상징적인 행위이기도 합니다. 물리적인 메시지 전달의 한계를 극복하기 위해 인류는 빛보다 빠른 전파를 이용하기 시작했습니다. 1974년 아레시보 천문대에서 쏘아 올린 메시지는 2만 5천 광년 떨어진 성단을 향해 지금도 나아가고 있습니다. 또한 알타이르(견우성)에 보낸 메시지는 이미 그곳에 도착했을 것으로 추정되며, 우리는 여전히 그들의 답신을 기다리고 있습니다. 전파를 이용한 교신은 광대한 거리와 시간이라는 장벽에 가로막혀 있지만, 특정 지점을 향해 인류의 목소리를 송출한다는 점에서 우주를 향한 가장 적극적인 구애라고 할 수 있습니다. 우리가 메시지를 보내는 것만큼이나 중요한 것은 외계에서 오는 신호를 포착하는 일입니다. 1984년 설립된 SETI 연구소는 전 세계의 전파 망원경을 동원해 우주의 소리에 귀를 기울여 왔습니다. 영화 '콘택트'에서 묘사된 것처럼, 외계 지적 생명체가 보낸 신호를 수신하는 것은 인류 과학 기술의 정점이 될 것입니다. 한때 수백만 명의 시민들이 자신의 컴퓨터 자원을 공유하며 'SETI@home' 프로젝트에 참여했던 열기는 외계 지적 생명체 탐사가 단순히 과학자들만의 전유물이 아니라, 인류 전체의 공통된 염원임을 보여주는 증거이기도 합니다. 성공 확률이 거의 제로에 가까운 이 게임에 인류가 막대한 자본과 시간을 투자하는 이유는 그 기댓값이 상상을 초월하기 때문입니다. 외계 지적 생명체와의 교신은 인류 역사상 최대의 발견이 될 것이며, 우리의 편협한 관점을 우주적 차원으로 확장해 줄 것입니다. 스티븐 호킹의 말처럼 우주에서 지구를 바라볼 때 우리는 비로소 개인이 아닌 하나의 통합된 인류로 존재하게 됩니다. 우주 탐사는 결국 타자를 찾는 여정인 동시에, 우리 자신을 이해하고 하나로 묶어주는 거대한 거울과도 같습니다.

카오스재단술술과학

물리학
천문학

[석학인터뷰] 이정은_ 원시별 더 파헤쳐 봅시다 (GMT 거대 마젤란 망원경도 곧 가동!) | 2020 서울대 자연과학대 공개강연 '과학으로 살아남기'

물리학을 향한 순수한 열정으로 시작된 학문적 여정은 입시라는 현실 속에서 예상치 못한 방향으로 흘러갔습니다. 성적에 맞춰 선택한 지구과학교육과에서의 생활은 처음에는 낯설게 느껴졌지만, 대학에서의 자유로운 과목 선택권은 오히려 새로운 가능성을 열어주는 계기가 되었습니다. 물리학과 수학 등 평소 갈망하던 과목들을 스스로 선택해 깊이 있게 공부하며, 학부 전공의 틀에 얽매이지 않고 대학원에서 진정으로 하고 싶은 연구를 이어갈 수 있다는 확신을 얻게 되었습니다. 사범대학에서의 독특한 경험은 교육에 대한 깊은 성찰의 기회를 제공하며 현재의 전문 연구자로서 성장하는 데 소중한 밑거름이 되었습니다. 현재 집중하고 있는 주된 연구 분야는 우주의 신비 중 하나인 별과 행성계가 탄생하는 역동적인 과정을 밝혀내는 것입니다. 우리 태양계의 기원을 완벽히 이해하기 위해서는 수십억 년 전의 과거로 돌아가야 하지만, 이는 현실적으로 불가능한 일입니다. 따라서 연구자들은 태양과 유사한 환경에서 새롭게 태어나는 젊은 별들을 정밀하게 관측함으로써 그 해답을 찾고자 노력합니다. 원시 행성계 원반을 세밀하게 관찰하고 그 속에 담긴 물질의 성분을 분석하는 과정은, 마치 우주의 타임머신을 타고 우리 태양계의 초기 모습을 직접 엿보는 것과 같은 학술적으로 매우 중요한 의미를 지니고 있습니다. 원시 행성계 원반에서는 행성 형성과 직접적으로 연관된 다양한 유기 분자들이 지속적으로 발견되고 있습니다. 특히 주목할 만한 점은 이러한 유기 분자들이 발견되는 위치가 우리 태양계의 혜성이 만들어지는 지점과 정확히 일치한다는 사실입니다. 관측을 통해 확인된 유기 분자의 종류와 함량은 실제 태양계 혜성에서 측정되는 수치와 매우 유사한 양상을 보입니다. 이는 먼 우주의 별 형성 지역에서 일어나는 복잡한 화학적 공정이 우리 태양계의 탄생 과정과 밀접하게 연결되어 있음을 시사하며, 나아가 지구 생명의 기원을 추적하는 데 있어 결정적인 단서를 제공하는 핵심 연구로 평가받습니다. 우주의 극도로 차가운 환경에서 유기 분자들이 내뿜는 미세한 신호를 포착하기 위해서는 최첨단 관측 기술이 뒷받침되어야 합니다. 유기 분자들은 주로 전파 영역에서 고유한 스펙트럼을 방출하는데, 그 신호의 세기가 매우 약하기 때문에 정밀한 분해능과 높은 감도를 갖춘 망원경이 필수적입니다. 이를 위해 여러 개의 안테나를 정교하게 결합하여 거대한 하나의 망원경처럼 작동시키는 간섭계 기술이 현장에서 널리 활용됩니다. 세계 최고의 성능을 자랑하는 전파 간섭계인 ALMA는 인류가 우주의 복잡한 유기 분자를 발견하고 그 공간적 분포를 상세히 파악할 수 있도록 돕는 결정적인 역할을 수행합니다. 앞으로의 연구는 거대 마젤란 망원경(GMT)과 같은 차세대 관측 장비의 가동과 함께 더욱 넓은 영역으로 확장될 전망입니다. 멀리 떨어진 외계 행성의 대기를 직접 조사하고 행성 형성의 구체적인 시기와 과정을 규명하는 작업은 우주에 대한 인류의 이해를 한 단계 높여줄 것입니다. 이러한 과학적 탐구의 여정은 단순히 지식을 쌓는 행위를 넘어, 세상을 바라보는 근본적인 관점을 변화시킵니다. 고전 물리학의 결정론적 세계관에서 벗어나 현대 물리학의 불확정성과 전체론적 시각을 수용하며, 과학이 세상과 어떻게 유기적으로 연결되는지 고민하는 과정은 연구자에게 끊임없는 지적 영감과 동기를 부여합니다.

이정은

카오스재단석학인터뷰

천문학

[강연] 지구탈출계획 : 화성에서 살아남기 (1) _ by이정은 | 2017 가을 카오스 강연 '미래과학' 8강 | 8강 ①

지구 온난화가 가속화되면서 극지방의 빙하가 녹고 해수면이 상승하는 등 인류의 터전이 위협받고 있습니다. 이러한 환경 변화는 사막화를 초래하여 식량 생산을 어렵게 만들고, 결국 인류는 지구를 대체할 새로운 행성을 찾아야 한다는 절박한 과제에 직면하게 되었습니다. 영화 '인터스텔라'나 '마션'에서 묘사된 것처럼, 황폐해진 지구를 떠나 우주로 이주하려는 상상은 이제 단순한 공상을 넘어 과학적 탐구의 대상이 되었습니다. 인류의 지속 가능한 미래를 위해 우리는 이웃 행성으로 눈을 돌리고 있습니다. 화성은 지구와 가장 유사한 물리적 조건을 갖춘 이주 후보지입니다. 비록 대기압이 지구의 1%에 불과하고 산소가 없으며 기온 변화가 극심하지만, 암석 지표와 사계절의 존재는 매력적인 요소입니다. 반면 금성은 지구와 크기가 비슷함에도 불구하고 90기압이 넘는 고압과 500도에 육박하는 고온 때문에 생명체가 살기에 부적합합니다. 따라서 화성 지표 아래에 존재하는 얼음 상태의 물은 인류가 화성을 주목하는 결정적인 이유가 됩니다. 우리는 극한의 환경 속에서도 생존의 가능성을 화성에서 찾고 있습니다. 행성들의 운명을 이해하기 위해서는 태양계 전체의 탄생 과정을 살펴봐야 합니다. 우주의 성간 구름이 자기 중력으로 수축하며 중심부 온도가 1,000만 도에 이르면 수소 핵융합을 통해 별이 탄생합니다. 이때 회전하는 원반이 형성되는데, 최근 알마(ALMA) 전파 망원경을 통해 아기 별 주위의 원반에서 행성들이 만들어지는 생생한 증거가 포착되었습니다. 이 원반 속 먼지 티끌들이 서로 부딪히고 뭉쳐지면서 거대한 행성계의 기틀이 마련되는 것입니다. 이는 별과 행성이 별개의 존재가 아니라 하나의 시스템임을 보여줍니다. 원반 내의 온도 분포는 행성의 크기와 성질을 결정하는 핵심 요소입니다. 중심 별에서 멀어질수록 온도가 낮아지는데, 물 분자가 얼음 상태로 존재할 수 있는 경계선을 '스노우 라인'이라 부릅니다. 이 라인 바깥쪽은 얼음 입자가 아교 역할을 하여 암석 덩어리가 크게 자랄 수 있어 목성 같은 거대 행성이 형성됩니다. 반면 안쪽은 얼음이 없어 지구처럼 작은 암석형 행성들만 만들어지게 됩니다. 이는 태양계 행성 배치의 비밀을 푸는 열쇠가 되며, 왜 지구와 같은 암석형 행성이 태양 가까이 위치하는지를 설명해 줍니다. 약 45억 년 전 초기 지구는 수많은 미행성과의 충돌로 인해 암석이 모두 녹아버린 마그마 상태였습니다. 이후 충돌이 잦아들며 지구가 식어가는 과정에서 무거운 철과 니켈은 중심으로 가라앉아 핵을 형성하고, 가벼운 물질들은 지표로 떠올라 지각이 되었습니다. 이러한 분화 작용 덕분에 지구는 현재의 층상 구조를 갖게 되었으며, 내부의 잔여 열과 방사성 원소의 붕괴 에너지는 외핵을 액체 상태로 유지하며 지구의 자기장을 형성하는 원동력이 되었습니다. 이러한 내부 구조는 행성이 생명체를 보호하는 방패를 갖추는 과정이기도 합니다. 생명체가 번성하기 위해서는 지표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 '생명 서식 지대'가 확보되어야 합니다. 중심 별로부터 너무 가까우면 물이 증발하고, 너무 멀면 얼어붙기 때문에 적당한 거리를 유지하는 것이 필수적입니다. 이 지대의 위치는 별의 온도와 밝기에 따라 달라지는데, 뜨거운 별일수록 서식 지대는 멀리 형성됩니다. 따라서 외계 생명체를 탐사할 때는 단순히 행성의 위치뿐만 아니라 그 중심 별이 내뿜는 에너지의 특성을 면밀히 분석해야 합니다. 액체 상태의 물은 생명 현상을 촉발하는 가장 중요한 매개체이기 때문입니다. 별의 질량은 그 수명을 결정하며, 이는 지적 생명체의 탄생과 직결됩니다. 질량이 큰 별은 밝고 뜨겁지만 연료를 빠르게 소모하여 수명이 매우 짧습니다. 반면 태양과 같은 별은 약 100억 년의 수명을 가지며 생명체가 진화할 충분한 시간을 제공합니다. 지구에서 인류 문명이 탄생하기까지 약 40억 년이 걸렸다는 점을 고려하면, 수명이 짧은 거대 별 주위에서는 고등 지능을 가진 생명체를 기대하기 어렵습니다. 결국 우주 이주는 별과 행성의 조화로운 조건을 찾는 여정이며, 우리는 그 속에서 인류의 새로운 고향을 찾기 위한 탐사를 계속하고 있습니다.

이정은

카오스재단카오스강연

천문학

[강연] 빛과 함께하는 시간여행 (2) _이명균 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 6강 | 6강 ②

망원경의 역사는 1608년 네덜란드에서 시작되었습니다. 한스 리페르스헤이가 처음 발명한 이 도구는 이탈리아의 갈릴레오 갈릴레이에 의해 천문학적 도구로 거듭났습니다. 갈릴레오는 지름 5cm의 작은 망원경으로 하늘을 관측하며 인류 역사에 남을 놀라운 발견들을 해냈습니다. 흥미로운 점은 망원경을 처음 만든 리페르스헤이보다 이를 활용해 우주를 본 갈릴레오가 훨씬 더 유명해졌다는 사실입니다. 갈릴레오는 호기심을 바탕으로 하늘을 관측함으로써 명성뿐만 아니라 경제적 안정까지 얻게 되었습니다. 이는 도구의 발명만큼이나 그것을 어떻게 활용하느냐가 중요하다는 점을 시사합니다. 오늘날 망원경의 개념은 과거보다 훨씬 넓어졌습니다. 단순히 가시광선을 보는 것을 넘어 우주에서 오는 모든 종류의 빛과 입자를 포착하는 기기를 통칭합니다. 현대 천문학자들은 눈 대신 CCD 카메라와 같은 정밀 관측 기기를 사용하여 데이터를 기록하고 분석합니다. 망원경의 종류도 전파, 적외선, 자외선, X선, 감마선 등 전자기파의 영역에 따라 다양하며, 최근에는 중력파나 입자를 관측하는 망원경도 등장했습니다. 특히 물리학자와 천문학자를 구분하는 기준 중 하나가 망원경의 위치라는 점도 흥미롭습니다. 물리학자는 주로 지하에서, 천문학자는 지상이나 우주에서 망원경을 사용합니다. 세계 곳곳에는 거대한 거울을 가진 광학 망원경들이 우주를 향해 있습니다. 스페인에는 지름 10m에 달하는 세계 최대 규모의 GTC(그란 텔레스코피오 카나리아스)가 있으며, 하와이와 칠레에는 쌍둥이 망원경이라 불리는 8m급 제미니 망원경이 설치되어 있습니다. 우리나라도 보현산 천문대에 1.8m 크기의 반사 망원경을 운영하며 우주 연구에 힘쓰고 있습니다. 유럽 연합은 칠레의 맑은 하늘 아래 '거대 망원경'이라는 뜻의 VLT를 건설하여 여러 나라가 공동으로 연구를 수행합니다. 이러한 대형 망원경들은 거대한 구조물과 정밀한 가대 시스템을 갖추고 인류의 시야를 우주 깊숙한 곳까지 확장하고 있습니다. 전파 망원경과 우주 망원경은 우리가 볼 수 없는 우주의 이면을 보여줍니다. 지름 305m에 달하는 아레시보 망원경은 외계 지성체와의 교신을 시도하는 무대가 되기도 했으며, 해발 5,000m 고지에 위치한 알마(ALMA) 망원경은 전 세계 학자들이 원격으로 조정하며 정밀한 자료를 얻습니다. 한편, 지구 대기의 방해를 받지 않는 허블 우주 망원경은 1990년 발사 이후 25년 넘게 환상적인 우주의 모습을 전해주고 있습니다. 우주 망원경은 지상 망원경이 가진 한계를 극복하고 성운과 은하의 세밀한 구조를 포착함으로써 현대 천문학의 비약적인 발전을 이끌어낸 일등 공신이라 할 수 있습니다. 우주를 관측할 때 가장 중요한 원칙 중 하나는 '아는 만큼 보인다'는 것입니다. 밤하늘의 별들은 무심코 보면 모두 비슷해 보이지만, 관심을 가지고 응시하면 붉은색이나 푸른색 등 고유의 색깔을 드러냅니다. 또한 가시광선으로는 어둡게만 보이던 암흑 성운도 적외선으로 관측하면 그 속에서 새로 태어나는 아기 별들의 모습을 확인할 수 있습니다. 안드로메다 은하나 소용돌이 은하(M51)처럼 거대한 천체들도 관측 파장에 따라 전혀 다른 모습으로 나타납니다. 이처럼 우주는 우리가 어떤 시각과 도구로 바라보느냐에 따라 다채로운 얼굴을 보여주는 조화로운 코스모스의 세계입니다.

이명균

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