SF가 현실이 되는 이 시대의 우주 이야기

지구인이라면 응당 우주를 공부해야 한다

SF 소설의 붐으로 우주 지식의 수요도 높아졌다. 한국의 대표적 과학 커뮤니케이터, 천문학자 이명현이 《지구인의 우주공부》에 최신의 우주 과학 지식을 한데 모았다. 초심자들을 위한 현대 천문학의 주요 쟁점과 개론도 빠뜨리지 않았다. 다년간의 대중 강의와 저술로 다져온 설명력이 돋보이는 이 책은 빅뱅 우주론과 태양계 형성 시나리오부터 격변하는 최근의 우주 지형까지 26꼭지의 글로 구성되었다. 네덜란드 흐로닝언 대학교에서 은하 연구로 박사 학위를 받은 저자는 외계 생명체를 찾는 전 세계 과학자들의 프로젝트, 세티의 명망 있는 한국 책임자이기도 하다. 저자는 우리가 지금 알아야 할 우주 지식들을 강조한다. 우주에 우리만 있는 것이 아니라면, 지구 이외의 세계가 엄연히 존재한다면, 그리고 이미 고군분투하는 이들이 있다면, 일상에 치여 사는 우리가 지구인으로서 마땅히 습득해야 할 상식이다. 또한 책은 ‘지구인’이라는 확장된 자아를 지니고 우주를 봐야 하는 태양계 시대가 이미 도래했음을 역설한다. 나아가 별빛을 보며 태양계 너머의 또 다른 태양을 상상하는 과학적 태도를 몸소 보여 준다. 크고 작은 ‘우주적 증거’들을 하나하나 짚어 주면서.

1장 빅뱅과 우주론
관측 가능한 최초의 빛
가변적인 우주의 나이
태양계의 탄생 시나리오

2장 은하와 태양계
우리 은하의 전체를 보는 법
안드로메다의 질량을 재는 이유
얼마나 많은 은하가 있을까?

3장 암흑 물질과 암흑 에너지
암흑 물질을 둘러싼 추측들
암흑 에너지와 조화 우주론
현대 천문학의 최대 난제

4장 중력파와 아인슈타인
아인슈타인을 검증하는 관측
중력파 천문학의 의미

5장 망원경과 탐사 시대
허블 상수 전쟁과 우주 망원경
오르트 구름과 오우무아무아
탐사 우주선의 미래 비전
새로운 망원경의 존재 이유

6장 별과 행성의 발견
원소를 생산하는 별의 기원
지구를 위협하는 천체들
새로 발견되는 외계 행성
지구를 닮은 프록시마b

7장 외계 생명체의 과학
외계인을 찾는 SETI의 과학
불가사의한 별빛의 패턴
생명체를 찾는 우주 생물학
화성에서 발견되는 것들

8장 격변의 우주과학
거주 가능한 위성의 가능성
달에 세워질 문빌리지
상업 우주 여행 패키지

에필로그 / 도판 / 주

137억 년과 138억 년 사이에서 벌어지고 있는 우주의 나이 토론은 그야말로 최후의 장식품 위치를 결정하는 마지막 터치라고도 할 수 있다. 하지만 이 작은 숫자의 차이가 가져올 우주론적 혁명이 어떤 결과를 초래할지는 아무도 알 수 없다. 역사가 증명하듯이 진리로 받아들이고 있는 이 조화로운 우주론 또한 한순간 무너질 수도 있다. 하지만 우리는 현재 우주론의 마지막 퍼즐을 조율하는 시점에 살고 있고 그 과정을 목격할 수 있는 행운을 얻었다. 고맙고 행복한 일이다. 우주의 나이 문제는 그 퍼즐을 완성하는 핵심이다.
_ 가변적인 우주의 나이 28쪽태양계의 형성과 진화는 천문학자들의 오랜 화두였다. 우리들 자신의 기원에 대한 문제이기도 했다. 태양계의 형성에 대한 여러 가지 이론들이 나오고, 새로운 관측 결과가 나오면 어떤 이론은 힘을 받고 어떤 이론은 위축되곤 했다. 지금은 태양계 내 천체들에 대한 관측뿐 아니라 태양계 밖 다른 행성계도 관측하면서 태양계만이 아닌 행성계의 보편적인 형성 이론을 이야기하는 시대로 진입하고 있다.
_ 태양계의 탄생 시나리오 29~30쪽암흑 에너지의 문제는 더 크다. 암흑 물질은 일부지만 그 정체가 드러난 경우도 있고 찾아야 할 후보를 특정하고 관측과 실험을 계속하고 있다. 반면에 암흑 에너지는 우주 구성원의 69퍼센트를 차지한다고 알려져 있음에도 불구하고 그 정체에 대해서는 확신할 수 있는 것이 전혀 없는 상태다. 이번 세기 천체 물리학의 최대 난제라고 할 수 있다.
_ 암흑 에너지와 조화 우주론 77쪽중력파의 존재는 100년 전에 아인슈타인에 의해서 이론적으로 제안되어 있었다. 킵 손을 비롯한 과학자들이 강한 중력파가 발생할 수 있는 천체 현상에 대한 연구를 많이 해 둔 덕분에 그런 현상을 지구에서 관측하기 위해서 어떤 감도와 정밀도를 갖고 있는 장비를 만들어야 하는지도 잘 알고 있었다. 문제는 이런 장비를 구현할 수 있는 기술력과 아이디어를 실현시킬 수 있는 돈이었다.
_ 중력파 천문학의 의미 106쪽우리는 운이 좋았다. 가장 가까운 항성계에서 거주 가능 지역에 존재하는 외계 행성을 발견했는데 알고 보니 그 행성이 지구와 비슷하기까지 하다. 프록시마b의 질량은 지구 질량의 1.27~1.3배, 크기는 최소한 지구의 1.1배 정도 될 것으로 추정되고 있다. 지구와 물리적인 조건이 비슷하다는 것은 지구와 마찬가지로 비슷한 경로를 거쳐서 생명체가 탄생하고 진화했을 가능성을 높여 주는 좋은 징후라고 할 수 있다. 프록시마b에 대한 관측은 이제 막 시작되었다.
_ 지구를 닮은 프록시마b 184쪽달에서 물로 된 얼음층을 발견했다는 것은 단순히 여러 문제 중 하나를 해결했다는 차원을 넘어선다. 생명 유지를 위한 가장 중요하고 가장 근원적인 문제의 해결책을 곧 손에 쥐게 되었다는 의미에서 이번 발견은 하나의 문제 해결이 아니라 얽히고설킨 문제들의 꼬인 매듭을 푼 셈이다. 이 발견 하나로 그다음 단계를 상상할 수 있게 되었고, 실제로 실행할 수 있다는 자신감을 얻게 되었다. 문 빌리지 같은 자급 가능한 달 기지를 꿈꾸는 것을 넘어 가능할 것 같지 않던 문 빌리지에서의 문화적인 발현, 그리고 더 나아가 그곳에서 태어날 달 사람들의 문화와 문명에 대한 SF적 상상이 가능하게 되었다.
_ 달에 세워질 문 빌리지 247쪽인류가 만든 탐사선이 (아니 그 어떤 인공적인 물체도) 혜성에 착륙한 적은 단 한 번도 없었다. 혜성 착륙은 여전히 ‘과학적 허구Science Fiction’였다. 그런데 이제 그 상상 속 SF가 ‘과학적 팩트Science Fact’가 되려고 하고 있었던 것이다. 상상이 과학적 현실이 되는 바로 그 순간이 다가오고 있었다.
_ 상업 우주 여행 패키지 250~251쪽

SF가 현실이 되어 가는 시대,
내게 필요한 천문학 지식
“과학적 허구가 과학적 팩트가 되었다(Science Fiction became Science Fact)”(본문 251쪽) 로제타 탐사선의 개발에 참여했던 유럽 우주국의 대변인이 감격에 겨워 뱉은 말이다. 이 탐사선은 11년의 고독한 우주 비행 끝에 혜성에 가까이 갈 수 있었다. 불가능하다고 여겼던 일이 가능해진, 이 경이로운 순간에 과학자들은 SF가 현실이 되었다고 생각했다. 이 밖에도 《지구인의 우주공부》에는 SF라는 단어가 종종 등장한다. 유인 우주 탐사, 문 빌리지 등의 현장을 다룬 대목들이다. 이처럼 과학적 허구(Science Fiction)가 과학적 팩트(Science Fact)로 구현되는 그 매개 지점에 우주 과학의 최전선 지식들이 있다. 이 지식들은 다양한 우주 개발의 현황과 과학자들의 특별한 관측뿐만이 아니라 지식을 만들어 가는 교류와 소통 자체를 의미한다.
코로나19와 먹고사는 문제로 일상의 지각변동이 이는 와중에도 우주로 쏘아 올려질 다양한 우주선들이 세계 곳곳에서 대기하고 있다. 지금 이 시간에도 외계에서 온 천체들이 버젓이 우리 태양계를 돌아다니고 있으며 또 한 번 지구를 전멸시킬 수도 있는 소행성 충돌을 전 세계의 천문학자들이 감시하고 있다. 천문학자들은 호모 사피엔스와 달리 공룡들에겐 천문학자가 없어서 멸망했다는 농담을 주고받는다. SF 소설의 단골 소재였던 달 기지(문 빌리지)의 가능성도 현실적으로 점쳐지고 있다. 달에서 물이 발견된 것이다.(244쪽) 저자는 달에서 발견한 물로 산소를 공급해서 지어질 달 용암 동굴의 기지를 구체적으로 그리기 시작했다. 저자 또한 달에서 태어날 아이들이 만들어 나갈 새로운 문명과 문화를 예측한다. 냉전 시대 달 탐사 경쟁 이후, 다시 도래한 새로운 달 탐사의 시대의 목적은 경제적 이익과 순수한 과학 탐구이다. 제프 베이조스가 천명하고 일론 머스크가 뛰어드는 민간 우주 여행 산업의 지형은 하루가 다르게 새로운 이슈가 선점되고 있다. 2년 가까이 걸리는 화성 왕복 여행도 뜨거운 감자다. 아랍 에미리트 연합은 화성에 자국민 수십만 명을 이주시키겠다는 장기 플랜을 발표했고, 네덜란드 청년들이 차린 마스원이라는 회사는 미국의 NASA보다 먼저 화성 편도 여행을 이룩하겠다고 공언했다. 가서 돌아오지 않겠다는 것이다. 의심과 기대의 눈초리가 교차하고 있지만 본격적인 우주 개발에 뛰어든 이들의 격전지를 알리는 소식은 많은 생각에 잠기게 한다. 밤하늘의 별빛을 보며 먹먹한 감상에 젖지 않는 누군가는 그 별을 향해 직접 우주선을 쏘고 광물을 캐 오겠다는 스케일의 계획을 세우고 있다. 우리는 별빛에서 무엇을 보고 있을까?

제2의 지구와 새로운 외계 행성의 발견,
우리가 관여해야 할 우주 과학의 격전지
우리는 운이 좋았다. 가장 가까운 항성계에서 거주 가능 지역에 존재하는 외계 행성을 발견했는데 알고 보니 그 행성이 지구와 비슷하기까지 하다. 태양계에서 가장 가까운 항성계에 있는 프록시마b에 대한 이야기다.(184쪽) 더군다나 저자는 태양계 내에 거주 가능한 행성의 후보로 무려 7곳을 제시한다.(214쪽) 세티 연구소의 쇼스탁 박사와 나눈 대화를 소개한 대목이다. 쇼스탁 박사는 외계 지적 생명체에게 우리가 신호를 보내기 전에 전 세계적으로 과학적, 정치적 토론을 거쳐야 하며, 이 프로젝트가 과학자들의 전유물이 아니라 전 인류의 문제라는 인식을 표출하기도 했다.(202쪽) 흥미로운 단신으로 지나치는 우주의 뉴스들에는 이처럼 우리가 직접 토론에 나서야 하는 것들이 의외로 있다. 해외에서는 시민 과학자와 천문학자들이 함께 미스터리한 별빛을 관측하며 과학적으로 해명하는 프로젝트도 시행되고 있다.(205쪽) 좀처럼 설명이 되지 않는 일명 ‘태비의 별’의 밝기 변화를 둘러싼 연구였다. 새로운 발견 또한 계속된다. 빈 공간이라고 생각되었던 시커먼 우주에 새로운 망원경을 들이대자 수천 개의 은하가 발견되었다. 허블 딥 필드였다.(54쪽) 우리로부터 100억 광년 이상 떨어져 있는 심우주는 더 이상 SF영화의 소재에 머물지 않는다. 다른 태양계에서 온 성간 소행성 오무무아무아를 두고 외계에서 온 무인 우주선일 가설을 세운 과학자도 있었다. 우주 생물학을 필두로 다양한 분야의 과학자들이 모여 외계 생명체 탐색 작업에도 나서고 있다. 모두의 교양으로서의 우주
진리를 받아들이는 태도에 대하여
지은이는 새로 수립되고 전복되는 지식들에서 우리는 우리가 갖춰야 할 과학적 소양을 강조한다.(256쪽) 우주배경복사나 중력파 등 우주론을 뒷받침하는 새로운 관측 결과들은 지난한 논증의 세월을 거쳐 하나의 진리로 서서히 세워진다. 과학적 소양은 이 과정을 만들어 나가는 모두에게 필요한 태도이다. 패러다임은 과거의 진리가 틀렸음을 다 같이 확인하고 새로운 진리를 받아들이는 공동체의 한시적 앎이다. 이것은 비단 과학자들에게만 필요한 덕목은 아니다. 책은 과거의 우주론과 현재의 우주론을 대비함으로써 독자들에게 이 과정을 오롯이 경험하게 한다.
우주배경복사가 관측되기 전 1959년, 우주론을 연구하는 천문학자들을 대상으로 한 앙케트에서는 대폭발 우주론과 정상 상태 우주론을 지지하는 비율이 33 대 24였다. 하지만 우주 배경 복사가 관측된 이후 1980년, 이 비율은 69 대 2로 벌어졌다.(16~17쪽) 이처럼 빅뱅, 즉 대폭발 우주론은 20여 년의 시간에서 근거를 갖추며 정착했다. 이는 뉴턴의 중력 이론을 뒤집은 아인슈타인을 검증하려는 과학자들의 100년에 걸친 노력에서도 엿볼 수 있다. 시간과 공간을 독립적으로 봤던 뉴턴과 달리 아인슈타인은 상대성 이론을 통해 시간과 공간은 상호작용하며 공간이 질량을 가진 물체에 의해 휘어진다고 보았다. 저자는 이를 다양한 관점에서 검증해 온 과학자들의 중력 렌즈 효과 등의 실험을, 초심자의 눈높이에서 알기 쉽게 설명한다. 우주의 팽창률과 나이를 정확하게 가늠하려는 ‘허블 상수 논쟁’도 비슷한 경로를 밟는다. 이는 현재 137억~138억 년 사이로 추정되는 우주의 나이에 관한 논쟁이다. 1970년대에는 우주의 나이를 100억 년으로 보는 팀과 200억 년으로 보는 팀 사이에 치열한 논쟁이 있었다. 지금은 정밀한 관측으로 그 오차가 좁혀지며 독립적인 관측 결과들이 양립하는 새로운 토론으로 나아가고 있다. 저자는 한발 더 나아가 완전히 새로운 관측 결과로 지금의 진리가 뒤집어지면 어땠을지, 그 설렘을 독자들에게 토로한다. 영원하고 절대적인 지식은 없다. 우리는 이 책을 읽으면서 현재 과학 지식이 성립하는 과정을 같이 경험할 수 있다.(258쪽)
《지구인의 우주공부》는 단지 스펙터클한 서사로서 우주의 이미지를 소비하는 것을 넘어 천체를 발견하고 검증하는 우주 과학계의 한 일원으로서 독자를 초대한다. 우주의 이슈를 선점하는 개발의 관점과 별개로, 순수한 앎으로서 밤하늘을 다시 바라볼 때 우리의 인식의 장은 한층 더 넓어진다. 지구인 중심적으로 보면 생명체란 오로지 산소 호흡에 적응하며 진화한 존재지만, 우리에게 죽음의 상징인 일산화탄소로 호흡하며 적응한 외계 생명체도 존재할 수 있다.(181쪽) 지구인이라는 확장된 자아를 지니고 우주를 바라본다면, 지구와 지구인 중심적인 시선은 자연스럽게 거둬진다. 현대 물리학의 쾌거였던 중력파 검출과 이제 막 비밀을 벗기 시작한 블랙홀(103쪽), 그리고 여전히 정체가 모호한 현대 천문학의 최대 난제 암흑물질까지, ‘지구인의 우주공부’는 이제 막 첫발을 떼고 있다.