우리 우주 이야기 - 태양계 편

 

오늘부터 연재식으로 우리가 한국말로는 우주, 영어로는 유니버스라고 부르는 현재까지 밝혀진 과학적 사실만으로 보면 우리가 속한 최종 단계의 가장 큰 조직에 대한 이야기를 시작해보겠다. 우린 살면서 생각보다 우주란 단어를 꽤나 자주 쓰지만 실제로 대부분의 사람들은 이 우주에 대한 기본적인 개념이나 혹은 그보다 훨씬 작은 단위인 은하에 대한 구체적인 상상도 못하고 살아간다.

 

딱히 우주에 대해 하늘에 대해 관심이 없이 살아온 사람이라면 아마도 학창시절에 배운 태양계에 대한 이야기가 우주에 대한 지식 중 거의 대부분을 차지할 것이다. 그래도 '수금지화목토천해명' 이라고 해서 배운 태양계에 속한 아홉개의 행성에 대해서는 기억을 할 것이다. 오늘 이야기는 그 우주 중에서도 범위를 아주 작게 좁혀서 우리가 살고 있는 지구가 속한 태양계에 대한 것으로 앞으로 쓰여질 글들의 시작을 해 볼 생각이다.

 

* 태양에 그 자체에 이야기는 별도의 글에 따로 설명해 둔 것이 있으니 그것을 참고하시기 바란다.

 

우리가 속한 태양계는 실제로 태양이라고 불리는 우리 지구 주변에서 가장 큰 항성이 그 영향을 미치는 범위로 규정된다. 그런데 이 영향을 미치는 범위란 말이 좀 애매해서 실제로 태양계란 말이 정의되는 크기는 상대적으로 여러개가 있을 수 있다. 예를 들자면 태양의 활동에 의해 발생된 태양풍이 정상적으로 영향을 미치는 범위가 될 수도 있고 태양의 중력이 영향을 미치는 범위를 말할 수도 있다. 하지만 이 역시도 특정한 구간을 딱 끊어서 여기까지다라고 말하기는 어렵다.

 

태양계는 많은 요소들로 구성되어 있다. 행성, 위성, 혜성, 소행성, 운석 등등. 어떤 것들은 존재감이 아주 크게 어떤 것들은 실제로 인식조차 안되는 것들로서 각자의 역할을 하고 있는데 오늘은 주로 존재감이 확실히 들어나는 행성들 위주로 설명을 해본다.

 

태양계에는 수성, 금성 이라고 불리는 내행성이 (지구 기준으로 안쪽) 있고 이들은 태양과 함께 뜨고 지기 때문에 보기가 좀 힘들다. 그리고 지구를 빼고 나머지 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 순서대로 나열되어 있으며 얼마전 행성의 지위를 박탈 당하고 왜소행성으로 정의된 명왕성이 있다.

 

수성은 태양과 가장 가깝지만 가장 작은 행성이기도 하다. 물론 명왕성이 속해 있을 무렵 수성은 두번째로 작은 크기였지만 이젠 막내가 되어 버렸다. 이 작은 행성은 우리 지구의 달보다 조금 큰 4,800km 정도의 지름을 가지고 있지만 불행하게도 태양에 너무 가까이 있어서 자전이 매우 느리며 이때 받은 엄청난 태양의 에너지로 인해 거의 죽음의 행성에 가깝다. 대기가 전혀 없어서 우리의 달처럼 표면에 많은 수의 크레이터가 보이고 실제로 언뜻 보면 우리 달과 매우 유사해 보인다.

 

금성은 지구와 가장 많이 닮은 행성이다. 그 크기도 그렇고 위치도 좋다. 그래서 인류는 오래전부터 이 금성에 생명체가 살고 있으리라 굳게 믿었는데 처음 이곳을 탐사한 소련의 무인 탐사선은 깜짝 놀랄 발견을 해 내었다. 그것은 바로 금성이 엄청나게 뜨겁다는 사실이다. 실제로 밝혀진 금성의 표면 온도는 500도가 넘는다. 금성은 한마디로 엄청난 지각활동에 의한 화산들이 뿜어대는 이산화탄소 등의 온실가스 효과로 인해 완전한 열기의 지옥이었던 것이다.

 

수성과 금성은 지구의 달과 같은 위성이 없다. 그리고 화성은 데이모스와 포보스 라고 불리우는 아주 작은 크기의(지름이 겨우 20km 정도 밖에 안된다) 위성을 가지고 있는데 모양도 달처럼 둥글지 못하고 납작한 조약돌처럼 생겼다. 지구의 달은 이에 비해서 지름이 3,400km에 다다른다. 화성의 위성에 비하면 엄청난 크기인 것이다. 그래도 화성은 현재까지는 지구를 떠난 인류가 정착 가능하다고 여기는 첫번째 대상이다. 일단 수성이나 금성처럼 뜨겁지 않고 미세하게나마 대기가 있으며 물도 있다고 밝혀졌다. 나사는 몇차례 탐사 로봇을 통해 오랜시간 화성을 관찰해 왔으며 실제로 몇 십년 내로 이주민이 나올 것 같기도 하다.

 

화성엔 그동안 몇차례 무인 탐사 로봇이 보내어졌다. 패스파인더, 오퍼튜티티, 스피릿 그리고 가장 최근에 도착한 녀석이 바로 큐리오시티이다. 그리고 우린 가끔 이 녀석이 보내온 멋진 고해상도의 화성의 지표면 사진을 구경하기도 한다. 전생의 신 마스로 이름지어진 이 붉은 행성은 이웃 행성인 인간에게는 오랫동안 두려움과 호기심의 대상이 되어 왔었다.

 

화성을 지나 한참을 이동하면 태양계 행성 중 가장 커다란 목성를 볼 수 있다. 목성은 그 크기답게 거대한 위성 네개를 거느리고 있는데 지구에서도 위성들까지 쌍안경만으로도 관측이 가능하다. 이 위성의 이름은 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토로 칭해지며 이 중 유로파는 두꺼운 얼음층이 있어서 깊은 바다에 생명체가 살고 있을지도 모른다고 가정되고 있다. 그리고 가니메데는 태양계에서 가장 큰 위성이다. 목성은 앞에 설명한 네개의 작은 행성들과 달리 가스로 이루어진 행성이다. 행성은 크게 가스형과 암석형으로 나뉘는데 앞선 네개의 작은 행성은 모두 표면이 단단한 암석으로 이루어졌고 목성 이후의 행성들은 모두 가스 행성이다. 가스행성은 기본적으로 생명체가 살기 힘든 구조라서 아마도 우리 인류가 목성에 가서 살고자 한다면 유로파등이 좋은 후보지가 될 것이다. (그 얼음 속 생명체 탐사를 하는 유로파란 이름의 영화가 개봉되기도 했다)

 

목성은 태양계의 안전 지킴이이다. 그 거대한 크기에 맞게 태양계 안쪽으로 오는 수 많은 작은 크기의 운석등을 흡수하거나 궤도를 변경시켜 외부로 보내버리는 역할을 한다. 그 덕에 지구는 대규모 운석 충돌의 비운으로부터 훨씬 자유롭게 되는 것이다. 그리고 이 목성을 지나면 거대하고 아름다운 얼음 띠를 가진 토성이 있다. 토성의 띠는 지구에서도 망원경을 사용하면 관측 가능하다. 그리고 토성은 타이탄이라고 이름 지어진 메탄이 흐르는 거대한 위성을 가지고 있다. 타이탄은 가니메데에 이어 태양계에서 두번째로 큰 위성이며 생명체에 대한 희망을 지니고 있는 곳이다. 실제로 나사에서는 이곳에 무인 탐사선을 보내기도 했다. 물론 하성에 보낸 로봇 탐사선처럼 이동 가능한 형태은 아니였지만.

 

토성을 지나 천왕성, 해왕성은 아직도 비밀이 많은 행성이다. 우리 인간은 미국 나사에서 발사한 보이저호를 통해 그 부근을 지나기만 했을 뿐 아직도 이들에 대해서는 거의 알려진 지식이 없다. 단 이 두 행성 모두 토성처럼 고리를 가지고 있다고 밝혀졌는데 언젠가 시간이 많이 흐르면 아마도 우리 인간은 그 행성에 대한 자세한 사진을 얻을 수 있을 것이라고 생각한다.

 

이 두 행성을 지나면 이제 왜소행성이 되어 버린 명왕성이 나온다. 한때 명왕성이 행성이 지위를 잃을 때 사람들이 이것을 항의하기도 했는데 실제로 명왕성의 크기를 생각하면 천문학자들의 결정이 옳다고 밖에 말할 수 없다. 명왕성은 그 지름이 2,300km에 불과해 우리 달보다도 작은 것이다. 거기에 그 크기가 너무 작으면서 또 너무도 멀리 떨어져 있어서 현재의 지구에서 관측가능한 가장 광학적 성능이 좋은 망원경으로 촬영을 해도 겨우 그 형체나 알아볼 수 있을 지경이다.

 

 

그림 1) 태양계의 행성 크기 비교 그리고 태양과 전체 비교 사진

위로부터 지구,금성,화성,수성,명왕성,목성,토성,해왕성,천왕성,태양이다.

 

우린 보통 태양계 행성에 대해 학창시절 배운 지식을 가지고 평생을 기억하기 때문에 마치 이런 행성에 대한 정보들이 완전히 고정된 것이라고 믿기 쉽지만 실제로 지금도 새로운 행성을 찾기 위한 노력은 계속되고 있다. 그리고 명왕성이 행성의 지위를 잃은 사건도 역시 새로운 명왕성 크기의 행성을(명칭 : 에리스) 발견함과 동시에 행성의 지위에 대한 새로운 해석과 표준을 정하는 과정에서 일어나게 된 것이다. 인간의 관측기술은 아직도 이 태양계조차 제대로 보지 못하고 있는 것이 현실이다. 그래서 우리의 아이들은 이제 우리와는 좀 다른 태양계의 행성에 대해 배우게 될지도 모른다.

 

명왕성은 태양의 중력이 영향을 미치는 카이퍼대라고 불리는 곳에 위치한다. 카이퍼대는 엄청나게 많은 울퉁불퉁한 운석, 소행성, 파편 조각들들로 이루어진 곳으로 가끔 그곳에 있던 운석들이 중력의 변화로 인해 튕겨나와 지구쪽으로 오는 경우도 있다. 그리고 그것이 커다란 위험 요소로 작동하기도 한다.

 

이 카이퍼대를 벗어나면 거의 태양계를 벗어난 것이라고 말할 수 있는데 그후로는 아주 거대한 오르트 성운이라고 이름 지어진 공간을 볼 수 있다. 오르트 성운은 얼음과 같은 구성물질로 이루어진 엄청나게 많은 성간 물질로 이루어진 곳으로 태양으로부터 거의 1광년 이상 떨어져 있고 그후로도 1광년 정도 펼쳐져 있다. 실제로 해석에 따라서는 이 오르트성운까지를 태양의 영향권에 두기도 하기 때문에 태양의 영향은 실제로 2광년 정도의 크기를 가진 것이다. 하지만 이 영역은 거의 관측이나 연구가 되지 않은 완전히 미지의 영역이다. 그야말로 어둠속의 공간인 것이다.

 

얼마전 나사에서는 보이저 1호가 태양계를 벗어났다고 공식적인 발표를 했다. 1977년인가 발사된 무인 우주선이 최초로 태양의 범위를 벗어난 것이다. 물론 중력장을 완전히 벗어난 것은 아닌 것 같다. 아무튼 지구와 통신만 17시간이 걸린다니 참으로 먼 거리에 있는 듯 보인다. 하지만 이 보이저호도 지구와 가장 가까운 다른 항성에 가려면 수만년이 걸릴 것이다. 그런데 문제는 이 보이저호가 사용하는 핵연료가 20년 정도 밖에 남지 않았다는 것이다.

 

인간의 우주에 대한 탐사는 우리 스스로는 대단하다고 느낄지 모르지만 정말로 어린아이 첫 걸음 수준도 되지 못한다. 하지만 지금까지 인류가 걸어온 길을 생각하면 우리의 미래에는 정말로 많은 변화가 있을 것 같다. 단지 그것이 현재가 아닌 것이 가끔은 많이 안타깝다. 한 500년 후쯤 태어났다면 적어도 화성 정도는 쉽게 왔다 갔다 하지 않을까 싶은데. 살아 생전에 단 한번이라도 지구의 대기를 벗어나 우주를 바라보고 싶다는 희망을 갖는 것이 많이 힘들어 보인다.