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과학(Science)/우주 (Universe) 75

'큐리오시티(Curiosity)'의 화성 탐사

0. 목차 화성에 생명이 존재할까? 큐리오시티의 착륙 큐리오시티에 탑재된 10개의 관측 장치 큐리오시티의 성과 1. 화성에 생명이 존재할까? 1-1. 38억 년 전의 화성 현재 화성에는 건조한 사막 같은 대지가 펼쳐져 있다. 평균 기온도 -50℃ 밖에 되지 않는 극한의 땅이다. 하지만 38억 년 전에 화성은 광대한 바다로 덮여 있었다. 화산 활동도 활발해서 대기 중의 이산화탄소가 높고, 온실 효과로 기후도 온난했다고 한다. 38억 년 전의 화성은 생명이 탄생할 무렵의 지구와 비슷한 환경이었다. 생명의 탄생에는 바다의 존재가 밀접하게 관련되어 있다고 생각된다. 그래서 지구와 마찬가지로 바다가 있었던 화성에도, 지구와 같은 식으로 생명이 탄생했다고 생각해도 이상할 것이 없다. NASA의 많은 과학자들은 지구..

우주의 역사

우주의 역사를 단 한 문장으로 표현하자면 '우주 속의 모든 것은 최초의 단순하던 것에서 점차 정교해진 것으로 바뀌어 왔다.'고 말할 수 있다. 갓 태어난 우주에는 가장 간단한 원소인 '수소(H)'와 '헬륨(He)'밖에 존재하지 않았다. 그리고 이것을 재료로 해 항성 속에서 더욱 복잡한 원소가 만들어지기 시작했다. 어느새 균일하던 우주의 물질에 농담(濃淡; 짙고 옅은 정도)이 생겨났고, 짙어진 곳이 더욱 짙어지면서 은하나 그 집단, 항성들이 생겨났다. 지구에서는 생명도 태어났다. 오랫동안 단세포 시대가 지속되었고, 다양하고 복잡한 생물종이 만들어졌으며, 그중 과학을 하는 지성인 '인류'도 탄생했다. 0. 목차 우주의 탄생 별의 일생 태양계 및 지구의 형성 1. 우주의 탄생 1-1. 우주의 탄생 '우주의 탄..

우주의 구조 (최신 우주관)

0. 목차 빛의 속도 상대성 이론 우주의 팽창 빅뱅 이론의 탄생 우주의 끝 우주의 모양 '암흑 물질'과 '암흑 에너지' 1. 빛의 속도 밤하늘을 보면 수많은 천체들이 들어온다. 그런데 우리가 '지금' 보고 있는 천체는 '지금'의 모습이 아니다. 밤하늘에 보이는 별은 '과거'의 우주다. 왜 그럴까? 그것은 '빛의 속도'가 유한'하기 때문이다. 지구에서 보는 달만 해도 약 1.28초 전의 모습이다. (빛은 1초에 약 30만 km을 날아가고 지구와 달은 약 38만 4000km 떨어져 있음) 빛의 속도와 빛이 여행한 거리를 생각하여 우주의 탄생에서부터 현재까지를 하나의 그림으로 그리면 다음과 같은 모양이 된다. 아랫부분이 '빅뱅(Big Bang)'의 시작이고 윗부분은 현재의 우주의 크기이다. 가운데에 물방울 모..

'우주관' 변천의 역사

인류가 우주를 어떻게 생각하는지를 '우주관'이라고 하고, 과거의 여러 시대에 우주를 나타낸 그림을 '우주도'라고 한다. '우주도'들은 각 시대의 '우주관'을 반영한 것이다. 고대부터 현재까지 우리 인류가 우주를 보는 눈이 어떻게 바뀌어 왔는지, 그 우주관의 변천을 따라가 보자. 0. 우주에 대한 의문은 오래전부터 시작되었다. 약 2300년 전의 옛날, 고대 중국 초나라에 '굴원(屈原)'이라는 사람이 있었다. 그가 썼다고 전해지는 '하늘에 묻습니다'라는 긴 시는 우주의 수수께끼에 대한 의문으로 시작한다. 아래는 당시 '굴원'의 원작 첫 부분 중, 우주에 대한 의문과 흐름이 맞는 내용 일부만을 발췌한 것이다. 태고의 처음을 누가 전해 주었는가? 아무것도 없었는데 어떻게 그것을 알았을까? 밝은 것과 어두운 것..

페르미 역설(Fermi Paradox)

0. 목차 페르미 역설 드레이크 방정식 지구와 비슷한 행성의 수 생명친화적 행성, 지구 SETI 프로젝트 '드레이크 방정식'에 대한 재고찰 1. 페르미 역설 우주는 상상을 초월할 정도로 크다. 우리 은하에만 해도 적어도 2000억 개 이상의 항성계가 있고, 우주에는 이러한 은하들이 수없이 많이 존재한다. 외계인이 있는 것보다 우주에 우리만 있다는 것이 오히려 이상하게 느껴질 정도이다. 지구 밖에도 다른 문명들이 많이 존재할 것 같다. 하지만 이상하게도 우리 인류는 외계 문명 존재의 증거를 전혀 찾지 못했다. 도대체 외계인들은 어디에 있을까? 문명을 이룩한 외계인들이 진짜 있기나 있는 걸까? 물리학자 '엔리코 페르미(Enrico Fermi, 1901~1954)'는 1950년에, 이 광대한 우주의 크기에도 ..

올베르스의 역설(Olber's Paradox)

광대한 우주는 언제나 인류에게 수수께끼 같은 존재였다. 이에 따라 우주에 관한 '역설(Paradox)'도 여러 가지가 만들어졌는데, 천문학이 발전하면서 해결된 것들도 있지만 아직 미스터리로 남아있는 역설도 존재한다. 이번에 소개할 '우주에 대한 패러독스'는 '올베르스의 역설(Olber's Paradox)'이다. 만약에 우주에 무한한 수의 별이 존재한다면 우리가 어느 곳을 보아도 반드시 빛을 내뿜는 별이 있을 것이다. 그런데 현실은 밤하늘은 우리의 생각보다 훨씬 어둡고, 별로 가득 차 있다고 생각한 경우의 '10조 분의 1' 정도의 밝기밖에 되지 않는다. 별이 가득차 있다면 우주는 찬란하게 밝아야 하는 거 아닐까? 우주는 왜 이렇게 어두울까? 이것이 바로 '올베르스의 역설(Olber's paradox)'이..

'태양'의 과학

0. 목차 '태양' 기본 데이터 '태양'의 구조 지구에 도달하는 태양광 흑점(Sunspot) 플레어(Flare) 은하 우주선 태양의 일생 1. '태양' 기본 데이터 질량: 1.988×1030kg (지구의 약 33만 2946배, 태양계 전 질량의 99.86%를 차지) 밀도: 1.41g/cm3 적도반지름: 69만 6000km (지구의 109배) 적도 중력: 약 274.5m/s2 (지구의 약 28.01배) 2. '태양'의 구조 태양은 전체 질량의 73%가 '수소(H)'고, 25%가 수소 핵융합의 산물인 '헬륨(He)'으로 이루어져 있는 거대한 구체이다. 태양은 극도의 고온이기 때문에, 수소 등의 원자핵과 전자가 제멋대로 뿔뿔이 흩어진 상태인 '플라스마(Plasma)'의 상태로 되어 있다. 태양의 내부는 '중심..

태양계(Solar System)

0. 태양계 '태양계(Solar System)'는 태양과, 태양을 중심으로 도는 8개의 행성, 그 행성을 도는 위성, 5개의 왜소행성, 그밖에 많은 소천체 등으로 구성되어 있다. 태양계에서는 현재까지 8개의 '행성(planet)'이 발견되었다. 그 행성은 태양에 가까이 있는 천체부터 '수성(Mercury)', '금성(Venus)', '지구(Earth)', '화성(Mars)', '목성(Jupiter)', '토성(Saturn)', '천왕성(Uranus)', '해왕성(Neptune)'이다. 그러면 천체가 행성으로 인정 받으려면, 어떤 조건에 부합해야 할까? 행성으로 분류되기 위해서는 다음 세 가지 조건에 부합해야 한다. 항성을 중심으로 공전해야 한다. 스스로 안정적인 형태를 유지할 수 있을 만큼의 중력을 가지..

암흑 물질(Dark Matter)

NASA의 관측 위성 'WMAP'의 관측에 의하면 '보이는 물질'을 모두 합쳐도 우주를 구성하는 전체 질량의 4%밖에 되지 않는다고 한다. 나머지 96%를 차지하는 것이 바로 '암흑 물질(23%)'과 '암흑 에너지(73%)'이다. 암흑 물질과 암흑 에너지는 현재 어떤 망원경이나 관측 위성을 사용해도 그 모습을 발견하지 못했다. 그야말로 정체불명의 물질과 에너지인 셈이다. 도대체 암흑 물질과 암흑 에너지의 정체는 무엇일까? 양성자와 중성자 등 3개의 쿼크로 이루어지는 입자를 '중입자(baryon)'라고 한다. 항성이나 은하 등 우주에서 우리 눈에 보이는 대부분의 물질은 양성자와 중성자, 즉 바리온을 바탕으로 만들어져 있다. 연구에 의해 우주 전체에서 바리온이 차지하는 비율이 대략 4~5%에 불과하다는 사실..

암흑 에너지(Dark Energy)

NASA의 관측 위성 'WMAP'의 관측에 의하면 '보이는 물질'을 모두 합쳐도 우주를 구성하는 전체 질량의 4%밖에 되지 않는다고 한다. 나머지 96%를 차지하는 것이 바로 '암흑 물질(약 23%)'과 '암흑 에너지(약 73%)'이다. 암흑 물질과 암흑 에너지는 현재 어떤 망원경이나 관측 위성을 사용해도 그 모습을 발견하지 못했다. 과연 '암흑 에너지'의 정체는 무엇일까? 0. 목차 우주의 가속 팽창 가속 팽창의 관측 암흑 에너지 존재의 간접적 증거 아인슈타인의 '우주항' 암흑 에너지의 성질 암흑 에너지의 후보 '진공 에너지' 우주 가속 팽창을 설명하는 다른 견해 1. 우주의 가속 팽창 1929년, 미국의 천문학자 '에드윈 허블(Edwin Hubble, 1889~1953)'은 망원경으로 은하를 관측하다..

화성 테라포밍(Terraforming Mars)

0. 목차 화성 테라포밍을 제안하기까지 화성 유인 탐사 화성에 거주하기 화성 테라포밍하기 테라포밍은 계속 유지될 것인가? 화성을 식민지로 만듦으로써 얻는 '경제적 이득'은 있는가? 1. 화성 테라포밍을 제안하기까지 1-1. 금성 테라포밍을 제안하다. '테라포밍(Terraforming)'은 지구가 아닌 다른 천체를 지구화해서 인간이 살 수 있도록 만드는 작업을 말한다. 원래 테라포밍이라는 개념은 공상과학소설에서만 등장하는 개념이었다. 하지만 1961년에 세계적인 천문학자 '칼 세이건(Carl Sagan, 1934~1996)'이 'The Planet Venus'라는 논문을 통해 금성의 테라포밍에 대한 의견을 진지하게 제안하였다. 금성에 '조류(Algae)'를 심어 대기의 이산화탄소를 유기물로 합성하자는 내용..

우주 타임라인 ('우주 탄생'부터 '블랙홀 증발'까지)

0. 목차우주의 탄생천체의 탄생우주의 미래1. 우주의 탄생1-1. 우주 탄생 0초 후1-1-1. 우주가 '무(無)'에서 탄생 1982년, 미국의 물리학자 '알렉산더 빌렌킨(Alexander Vilenkin, 1949~)' 박사는 우주가 '무(無)'에서 태어났다는 논문을 발표하였다. 여기에서 말하는 '무(無)'는 물질이 없는 것은 물론, 공간도 없는 것을 가리킨다. 다만, 무에서의 우주 탄생론은 증명된 것이 아니며, 가설에 지나지 않는다. 우주 탄생에 대한 확실한 내용은 아직 밝혀지지 않았다. 하지만 '일반 상대성 이론'과 '양자론'을 이용해 이 결론을 유도한 것이지, '알렉산더 빌렌킨' 박사가 근거가 없는 주장을 한 것은 아니다.1-2. 우주 탄생 10-361-2-1. 인플레이션(inflation) 태어..

'국부 은하군'과 그 바깥

0. 목차 국부 은하군 국부 은하군의 주요 은하 국부 은하군 바깥 우주의 대규모 구조 우주 배경 복사 1. 국부 은하군 '은하군(Group of Galaxies)'이란 수십 또는 수백 개의 은하가 모여있는 은하 집단이다. 그중 '국부 은하군(Local Group of Galaxies)'은 '우리 은하'가 속해있는 은하군으로, 대략 1000만 광년 정도의 영역에 모여있는 은하군이다. '우리 은하(Milky Way Galaxy)'는 '태양계'(Solar System)'가 속해있는 은하이다. 1-1. 이중핵 구조 지름 약 500만 광년의 크기의 원반 모양인 '국부 은하군'에는 은하가 최소 40개 이상 흩어져 있다. 하지만 '국부 은하군'에서 충분히 크다고 말할 수 있는 은하는 '안드로메다 은하(Andromed..

우리 은하(Milky way galaxy)

우리가 사는 지구는 '태양계(Solar System)'에 속해 있고, 태양계는 '우리 은하(Milky way galaxy)'라고 불리는 별들의 무리에 속해 있다. '우리 은하'에 대해 알아보자. 0. 목차 우리 은하(Milky way Galaxy) 태양계(Solar System) 태양계 밖의 항성 성운(Nebula) 성단(Star cluster) '성운과 성단'의 카탈로그 주요 성운과 성단 대표적인 성운, 성단 살펴보기 1. 우리 은하(Milky way Galaxy) 1-1. 은하의 발견 '은하수'가 사실은 막대한 별들의 모임이라는 것을 처음으로 밝혀낸 사람은 이탈리아의 과학자 '갈릴레오 갈릴레이(Galileo Galilei, 1563~1642)'였다. '갈릴레오 갈릴레이'는 1609년 당시 막 개발되었..

인플레이션 이론(Inflation Theory)

지금으로부터 약 138억 년 전, 우주가 탄생했다. 1940년대 후반 이후에는 우주가 '빅뱅(Big Bang)'이라는 '불덩이 사태'에서 비롯되었다고 알려졌다. 이 무렵의 우주는 초고온이었고, 원자나 원자핵도 없이 '전자(Electron), '양성자(Proton)', '중성자(Neutron)'가 자유로이 날아다니고 있는 '불덩이 상태'였다. 우주는 그 후 팽창을 계속했고, 현재의 광대한 우주가 되었다. 그런데 1980년대가 되자, 물리학자들은 빅뱅 이전에 그'전(前)'이 있다고 생각하게 되었다. 빅뱅 이전의 시대는 우주의 초급팽창 '인플레이션(Inflation)'의 시대이다. 공간의 팽창 속도가 광속보다 빨랐다고 하니, 도저히 상상할 수 없을 정도이다. 팽창의 정도는 '이론 모델'에 따라서 수십 자릿수나..

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