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박종진의 과학 이야기- 외부 은하

1920대까지만 하더라도 우리는 은하와 우주라는 단어를 구별하여 사용하지 않았다. 그러던 어느 날 미국의 천문학자 에드윈 허블이 안드로메다 성운을 관찰하다가 이상한 점을 발견했다. 성운이란 하나의 별이 아니라 수많은 별이 무리 지어 뿌옇게 보이는 천체 집단인데 안드로메다 성운은 사실 우리은하 안에 있지 않고 바깥에 존재한다는 사실을 처음 알았다. 우주에는 우리은하만 있던 것이 아니었다. 우리은하 속에 있는 별의 수보다도 훨씬 많은 은하가 우주를 채우고 있었다. 외부 은하의 발견은 우리의 우주관을 송두리째 바꿔놓았다.     허블의 발견 직전에 안드로메다 성운이 우리은하 안에 있는지 밖에 있는지에 대한 대논쟁이 있었다. 하지만 곧이어 등장한 외부 은하 발견으로 논쟁은 종지부를 찍었다. 설명한 대로 허블은 안드로메다은하는 우리은하 바깥에 존재하는 수많은 은하 중 하나라는 사실을 밝혔고, 몇 년 후 그런 은하들끼리 서로 멀어지고 있다는 것도 알아냈다.   내 앞을 지나가는 구급차의 사이렌처럼 소리를 내는 물체가 관찰자에게 다가올 때와 멀어질 때는 그 소리가 다르게 들리는데 이를 도플러 효과라고 한다. 빛도 마찬가지여서 관측자에게 다가올 때는 붉은 색을 띠고 멀어질 때는 푸른색을 보인다. 빛에 있어서 그런 도플러 효과를 적색편이 현상이라고 한다. 허블은 자신이 관측하는 은하의 색이 붉은빛인 것에 착안해서 은하끼리는 서로 멀어지고 있다는 사실을 알았다.     한술 더 떠서 멀어지는 속도를 역으로 계산해서 비디오테이프를 되감듯이 거꾸로 돌렸더니 멀어지던 우주가 한 점으로 모이는 최초의 과거를 계산할 수 있었다. 바로 138억 년 전 빅뱅의 순간이었다.   밤하늘에는 엄청나게 많은 별이 빛난다. 그중에는 물론 우리의 형제 행성인 수성, 금성, 화성, 목성, 토성도 있지만 몇 개는 안드로메다은하와 같은 외부 은하인데 너무 멀어서 마치 하나의 별처럼 보인다. 우리 별 태양이 속한 은하수에는 약 2천억에서 4천억 개의 별이 바글거린다고 한다. 우리은하에서 가장 가까이 이웃한 은하가 바로 안드로메다은하다. 크기가 우리은하의 약 2배 정도 되며 약 1조 개 정도나 되는 별을 품고 있다고 한다. 은하수의 지름은 약 10만 광년이며 안드로메다은하까지의 거리는 약 250만 광년 정도라고 하니 상상할 수도 없이 먼 거리다. 과학적인 추산으로 소위 우리가 우주라고 일컫는 공간에 은하수나 안드로메다 같은 은하가 조 단위로 존재할 것이라고 한다. 다중우주를 주장하는 일부 학자들은 그런 우주도 한 개가 아니라 수없이 많을 수 있다고 한다.   우리은하의 모양은 가운데가 볼록한 호떡처럼 생겼다고 하는데 그 한복판에 초거대 질량 블랙홀이 있으며 중심으로 갈수록 별들이 빼곡히 자리하며 태양은 은하수 한쪽 귀퉁이에 있다. 가끔 과학이 발달한 미래에 은하와 은하 사이를 여행한다는 상상을 하지만 우리의 은하를 벗어나는 데만 빛의 속도로 5만 년 이상을 가야 한다니 절대로 불가능한 공상이다.   사실 우리은하에서 가장 가까운 은하는 마젤란은하다. 날씨가 좋은 밤에는 맨눈에 뿌옇게 보이기 때문에 아직도 마젤란성운이라고 부르는 사람이 있다. 그러나 우리은하의 영향권 안에 있으므로 위성 은하라고 부르며 안드로메다은하처럼 독립된 은하에 속하지 않는다. (작가)   박종진박종진 이야기 우리은하 바깥 사실 우리은하 외부 은하

2025-04-04

[박종진의 과학 이야기] 甲辰年 靑龍의 해를 맞아

2024년이 밝았다. 용은 12지신 중 단 하나뿐인 상상 속 동물인데 새해를 맞으며 이 세상의 시작도 상상해 본다.     우주론에서 빅뱅 이론은 이미 대세가 되었다. 빅뱅('꽝!')이란 말조차 라디오 대담프로에 나왔던 반대편의 조롱이었는데 오히려 그 이름으로 굳어졌다. 물은 섭씨 100도에서 끓는다는 것처럼 과학이란 관찰된 자연현상을 실험하여 그 결과를 도출할 수 있어야 하는데 빅뱅은 실험하고 증명할 수 없다.     어쭙잖은 과학 이야기를 시작한 지 벌써 2년이 흘렀다. 필자는 과학자도 아니고 그런 쪽 교육을 받은 사람도 아니지만, 그래도 관심을 두다 보니 나름대로 상식이 늘어서 전문적이고 어려워서 우리와는 아무런 상관없어 보이는 과학 이야기를 좀 더 쉽고 재미있게 소개하려고 칼럼을 시작했다.     만약 항성과 행성을 혼동하는 사람이나 은하와 우주를 구별하지 못하는 사람이 있다면 이 칼럼을 읽고 조금이라도 보탬이 되었으면 한다.    필자의 글에 부정확한 기술이나 다른 사람의 연구 결과를 그럴 듯이 옮긴 것이 있을지도 모른다. 필자도 그런 여러 문건을 찾아보던 과정에서 의도적이지는 않지만, 소화가 덜 된 덩어리가 나올 수도 있다는 말이다.   20세기 초 에드윈 허블이란 천문학자가 윌슨산 천문대에서 놀라운 발견을 했다. 파이프 담배를 물고 영국식 악센트의 훤하게 잘생긴 그는 우리가 속한 은하 말고도 우리 은하 바깥에 무수히 많은 은하가 있다는 외부 은하의 존재를 처음으로 알아냈다. 나중에, 그런 은하끼리 서로 멀어지고 있다는 사실도 알았고 그 속도까지 측정할 수 있어서 비디오테이프를 되감듯 반대 방향으로 돌렸더니 138억 년 전에 우주의 모든 것은 한 점에서 시작했다는 결론을 얻었다.     밀도가 무한대인 그 한 점이 알 수 없는 이유로 폭발(빅뱅)하여 오늘날에 이르기까지 사방으로 널리 퍼지고 있다는 것이 빅뱅 이론이다. 그러나 실험을 할 수 없으니 증명을 해낼 방법이 없다. 그래서 아직도 이론이란 꼬리표를 달고 있다.     언젠가 누가 이 우주에 지구 말고도 생명체가 살 수 있는 별이 또 있는지 물었다. 우선 별은 핵융합으로 빛과 열을 내는 천체이기 때문에 뜨거운 별 위에는 생명체가 존재할 수 없다.     하지만 우리 은하나 이 우주에는 생명체가 살 수 있는 행성이나 위성을 가진 별들은 무수히 많을 것이다.     '창백한 푸른 점'으로 유명한 칼 세이건은 만약 우주에 인간만이 유일한 생명체라면 하나님은 엄청난 공간을 낭비하신 것이라고 했다.     우리가 속한 별이 태양이고 태양이 속한 은하가 우리 은하수인데, 우리 은하에만 약 4천억 개의 태양(별)이 있다고 하며 그런 은하가 수조 개 이상이 모여서 비로소 우주가 된다고 하니 우주의 규모는 인간 기준으로 '무한' 그 자체다.     전문 교육을 받은 적이 없는 필자는 위에서 밝혔듯이 다른 사람이 평생 이룬 업적이나 이론을 마치 자기 것처럼 소개하고 있지만, 지금까지 기술한 모든 과학적 이론, 지식과 상식은 필자의 독창적인 것이 아니라 현재 주류를 이루고 있는 것을 독자 여러분께 소개한 것뿐이다. 혹여 부정확한 수치를 확인도 없이 퍼 나르거나 타인의 이론이나 업적을 제 맘대로 인용한 일이 있어도 크게 이해해주시기를 바란다. Happy New Year! (작가)   박종진박종진의 과학 이야기 청룡 외부 은하 과학적 이론 우리 은하

2024-01-05

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