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품목정보
| 발행일 | 2010년 04월 23일 |
|---|---|
| 쪽수, 무게, 크기 | 371쪽 | 508g | 148*210*30mm |
| ISBN13 | 9788981171193 |
| ISBN10 | 898117119X |
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저자 소개 (1명)
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역자 : 김소정
역사와 과학을 좋아하는 책벌레이자 번역가. 평생을 책과 함께 살아가고 싶다는 소망으로 『전략의 귀재들, 곤충』, 『뭐라고? 이게 다 유전자 때문이라고?』, 『내 DNA를 가지고 대체 뭘 하려는 거지?』, 『크기의 과학』, 『나는 한국에서 어른이 되었다』 등 책 40여 권을 번역했다. 언젠가는 꼭 『갈리아 연대기』를 라틴어로 읽어 보리라는 꿈을 갖고 있다.
감수 : 김웅태
서울대 천문학과를 졸업하고 미국 메릴랜드 주립대학교에서 이학박사 학위를 받았다. 미국 하버드 대학 천체물리연구소 연구원을 역임했으며 현재 서울대 물리천문학부 교수로 재직 중이다.
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비행기를 타고 계속 새벽인 채로 여행할 수 있을까?
적도를 중심으로 남쪽으로든 북쪽으로든 충분히 고위도인 지방에서 비행기를 타고 간다면 가능하다. 정확히 극점이 아니라면 지구상에 있는 모든 지역은 지구의 자전 때문에 끊임없이 동쪽으로 이동한다. 고체인 비행기의 속도는 날고 있는 위도에 따라 달라진다. 런던이나 베를린이라면 시속 1,000킬로미터로 날아야 하고 뉴욕이나 베이징이라면 시속 1,300킬로미터 정도로 날아야 한다. 적도와 가까운 시드니나 케이프타운이라면 시속 1,400킬로미터 정도로 날아야 할 것이다. 적도라면 어떨까? 정확히 시속 1,675킬로미터로 날아야 한다. 이 질문의 답을 알아보기 위해 여기 시속 1,000킬로미터로 날고 있는 여객기가 있다고 생각해 보자(실제로 여객기는 이 정도 속도로 난다). 이 여객기가 자전 속도가 시속 1,000킬로미터인 위도 위에서 서쪽으로 날아간다면 효과적으로 지구의 자전 현상을 사라지게 할 수 있다. 이 여객기가 새벽에 스코틀랜드에서 출발했다면 다섯 시간 내지 여섯 시간 후에 캐나다에 착륙할 때도 여전히 새벽일 것이다. 물론 이륙하고 착륙할 때는 속도가 줄어들겠지만 기본 이론에는 변함없다.
지구에 구멍을 뚫어 돌을 떨어뜨리면 어떻게 될까?
정말 어떻게 될까? 지구를 관통하는 구멍을 파고 그 속에 돌을 집어넣는 실험은 사실상 불가능하지만 물리학의 발전 덕분에 실제로 그런 구멍 속에 돌을 던져 넣었을 때 발생하는 일을 상상해 볼 수는 있다. 이때 한 가지 조건이 붙는다. 바로 지구에 공기가 없다는 가정이다. 구멍 속으로 집어 던진 돌의 낙하 속도는 높은 건물에서 돌을 떨어뜨렸을 때처럼 1초당 9.8m/s(시속 35킬로미터)가 증가할 것이다. 지구의 중심 방향으로 돌을 끌어당기는 중력은 중심과 돌 사이의 거리에 비례하므로 돌의 가속도는 계속해서 줄어든다. 돌의 가속도는 중심으로 갈수록 줄어들다가 중심에 도달하는 순간 ‘0’이 된다. 그러나 가속도가 줄었다 해도 이동 속도가 8km/s에 달하니 돌은 지구의 중심을 지나 반대편 지표면을 향해 계속해서 나아간다. 반대편 지표면을 향해 올라온 돌은 이제 막 지표면 밖으로 튀어나올 것 같은 위치에 도달한다. 그러나 누군가가 그 돌을 잡지 않는 한 돌은 지표면 밖으로 나오지 못하고 다시 지구 중심을 향해 떨어지게 된다. 공기의 저항 때문에 이동 속도가 줄어들지 않는 한 이 돌은 영원히 지구 반대편을 향해 오가게 될 것이다.
인공위성이 땅에 떨어지지 않고 우주에 머물 수 있는 이유는?
지구상에 존재하는 대부분의 물체는 중력의 법칙을 충실히 따른다. 그런데 인공위성은 중력의 법칙에 면책 특권이라도 있는 것처럼 철저히 중력을 무시하고 공중에서 떨어지지 않는다. 모든 논리가 땅으로 떨어져야 한다고 말하는데도 말이다. 정말 신기한 일이지만, 사실을 말하자면 인공위성은 매순간 땅으로 떨어지고 있다. 단지 땅에 닿지 않을 뿐이다. 도대체 무슨 말일까? 인공위성이 앞으로 직진하는 속도는 굉장히 빠르고 지구의 표면은 곡선이다. 따라서 지구가 자전하는 동안 인공위성이 떨어진 거리만큼 지표면도 밑으로 내려간다. 그렇기 때문에 인공위성은 영원히 원 운동을 하게 된다. 인공위성처럼 궤도 비행을 하는 우주선의 또 한 가지 놀라운 점은 속도가 궤도 높이를 결정한다는 것이다. 점점 느려지는 속도는 중력이 약해지는 궤도 높이와 관계가 있다. 우주선을 더 높이 올려 보내려면 추가 에너지가 필요하다. 그 말은 인공위성의 엔진을 다시 점화하면 속도가 높아져 좀 더 높이 올라갈 수 있다는 뜻이다. 그런데 여기에는 한 가지 모순이 있다. 우주선에 아무리 추가 에너지를 더해도 평균 궤도 비행 속도는 줄어든다. 즉 높은 궤도로 올라갈수록 평균 속도는 낮아진다는 뜻이다.
우주에서는 어떻게 길을 찾나?
우주에서 길 찾기는 사실 지구에서 길 찾기보다 쉽다. 이는 부딪칠 것이 거의 없기 때문이지만, 가야 할 길을 미리 정해 놓은 중력 때문이기도 하다. 중력이 눈에 보이지는 않지만 말이다. 지상에 있는 여러 관측국은 전파 신호를 이용해 우주선이 있는 3차원 위치를 찾아낸다. 우주선의 위치를 알고 있으며 속도와 진행 방향을 조절할 수 있다면 우주선이 목표 지점을 향해 나아갈 수 있도록 언제라도 조종할 수 있다. 이는 우주선이 직선 운동을 하기 때문이 아니라 우주의 특정 지점에서 작용하는 중력의 방향이 아주 정확하게 알려져 있기 때문이다. 지구 둘레를 도는 인공위성의 경우 중력의 방향은 중심부, 다시 말해서 지구의 중앙 쪽이다. 따라서 인공위성의 위치를 알고 인공위성의 속도를 알면 궤도의 성질을 알 수 있다. 그러니까 원 궤도인지 타원 궤도인지와 같은 특성을 알아낼 수 있다는 뜻이다. 궤도의 특성을 파악하면 인공위성이 언제 어떤 장소를 지나갈지 알 수 있다.
핵폐기물을 태양에 버릴 수 있을까?
환경문제를 걱정하는 청취자의 멋진 의견이지만 애석하게도 지금 기술로는 거의 실행 불가능한 제안이다. 전 세계 원자로에서 해마다 쏟아내는, 처리되지 않은 고(L)레벨 방사성 폐기물의 양은 15,000톤 정도다. 우주선에 실어야 할 쓰레기의 양이 너무 많다는 것이 핵폐기물을 태양에 버리려고 할 때 발생하는 첫 번째 문제다. 게다가 아주 민감한 정치적인 사안도 있다. 핵폐기물을 실은 우주선이 지구 대기를 통과할 때 위험한 일이 발생할 수도 있다. 현재 명왕성을 향해 날아가고 있는 뉴호라이즌 호처럼 태양계 밖으로 나가는 몇 안 되는 우주선에 방사성 플루토늄 몇 킬로그램을 실은 원자력 발전기가 장착된다는 사실을 가지고도 격렬한 논쟁이 벌어지고 있는데 수 톤이 넘는 핵폐기물이라니, 환영받기 어렵지 않을까? 태양에 핵폐기물을 버리는 일을 곤란하게 하는 문제는 또 있다. 핵폐기물을 태양에 버리려면 우주선이 태양의 표면을 가로지르는 궤도 비행을 해야 하는데, 그러려면 막대한 양의 에너지가 필요하다. 지구 궤도를 박차고 나갈 때 우주선의 속도는 지구 궤도 비행 속도인 초속 30킬로미터보다 훨씬 줄어들게 된다. 그 말은 줄어든 속도를 보충하기 위해 최소한 한 곳 이상의 행성에서 중력 지원을 받기 위해 플라이바이를 해야 한다는 뜻이다. 핵폐기물을 태양에 버린다는 생각은 근사하기는 하지만 최상의 해답은 아니다. 핵폐기물을 가공처리한 후 땅에 묻는 것이 훨씬 더 쉽고도 안전한 방법이다.
적도를 중심으로 남쪽으로든 북쪽으로든 충분히 고위도인 지방에서 비행기를 타고 간다면 가능하다. 정확히 극점이 아니라면 지구상에 있는 모든 지역은 지구의 자전 때문에 끊임없이 동쪽으로 이동한다. 고체인 비행기의 속도는 날고 있는 위도에 따라 달라진다. 런던이나 베를린이라면 시속 1,000킬로미터로 날아야 하고 뉴욕이나 베이징이라면 시속 1,300킬로미터 정도로 날아야 한다. 적도와 가까운 시드니나 케이프타운이라면 시속 1,400킬로미터 정도로 날아야 할 것이다. 적도라면 어떨까? 정확히 시속 1,675킬로미터로 날아야 한다. 이 질문의 답을 알아보기 위해 여기 시속 1,000킬로미터로 날고 있는 여객기가 있다고 생각해 보자(실제로 여객기는 이 정도 속도로 난다). 이 여객기가 자전 속도가 시속 1,000킬로미터인 위도 위에서 서쪽으로 날아간다면 효과적으로 지구의 자전 현상을 사라지게 할 수 있다. 이 여객기가 새벽에 스코틀랜드에서 출발했다면 다섯 시간 내지 여섯 시간 후에 캐나다에 착륙할 때도 여전히 새벽일 것이다. 물론 이륙하고 착륙할 때는 속도가 줄어들겠지만 기본 이론에는 변함없다.
지구에 구멍을 뚫어 돌을 떨어뜨리면 어떻게 될까?
정말 어떻게 될까? 지구를 관통하는 구멍을 파고 그 속에 돌을 집어넣는 실험은 사실상 불가능하지만 물리학의 발전 덕분에 실제로 그런 구멍 속에 돌을 던져 넣었을 때 발생하는 일을 상상해 볼 수는 있다. 이때 한 가지 조건이 붙는다. 바로 지구에 공기가 없다는 가정이다. 구멍 속으로 집어 던진 돌의 낙하 속도는 높은 건물에서 돌을 떨어뜨렸을 때처럼 1초당 9.8m/s(시속 35킬로미터)가 증가할 것이다. 지구의 중심 방향으로 돌을 끌어당기는 중력은 중심과 돌 사이의 거리에 비례하므로 돌의 가속도는 계속해서 줄어든다. 돌의 가속도는 중심으로 갈수록 줄어들다가 중심에 도달하는 순간 ‘0’이 된다. 그러나 가속도가 줄었다 해도 이동 속도가 8km/s에 달하니 돌은 지구의 중심을 지나 반대편 지표면을 향해 계속해서 나아간다. 반대편 지표면을 향해 올라온 돌은 이제 막 지표면 밖으로 튀어나올 것 같은 위치에 도달한다. 그러나 누군가가 그 돌을 잡지 않는 한 돌은 지표면 밖으로 나오지 못하고 다시 지구 중심을 향해 떨어지게 된다. 공기의 저항 때문에 이동 속도가 줄어들지 않는 한 이 돌은 영원히 지구 반대편을 향해 오가게 될 것이다.
인공위성이 땅에 떨어지지 않고 우주에 머물 수 있는 이유는?
지구상에 존재하는 대부분의 물체는 중력의 법칙을 충실히 따른다. 그런데 인공위성은 중력의 법칙에 면책 특권이라도 있는 것처럼 철저히 중력을 무시하고 공중에서 떨어지지 않는다. 모든 논리가 땅으로 떨어져야 한다고 말하는데도 말이다. 정말 신기한 일이지만, 사실을 말하자면 인공위성은 매순간 땅으로 떨어지고 있다. 단지 땅에 닿지 않을 뿐이다. 도대체 무슨 말일까? 인공위성이 앞으로 직진하는 속도는 굉장히 빠르고 지구의 표면은 곡선이다. 따라서 지구가 자전하는 동안 인공위성이 떨어진 거리만큼 지표면도 밑으로 내려간다. 그렇기 때문에 인공위성은 영원히 원 운동을 하게 된다. 인공위성처럼 궤도 비행을 하는 우주선의 또 한 가지 놀라운 점은 속도가 궤도 높이를 결정한다는 것이다. 점점 느려지는 속도는 중력이 약해지는 궤도 높이와 관계가 있다. 우주선을 더 높이 올려 보내려면 추가 에너지가 필요하다. 그 말은 인공위성의 엔진을 다시 점화하면 속도가 높아져 좀 더 높이 올라갈 수 있다는 뜻이다. 그런데 여기에는 한 가지 모순이 있다. 우주선에 아무리 추가 에너지를 더해도 평균 궤도 비행 속도는 줄어든다. 즉 높은 궤도로 올라갈수록 평균 속도는 낮아진다는 뜻이다.
우주에서는 어떻게 길을 찾나?
우주에서 길 찾기는 사실 지구에서 길 찾기보다 쉽다. 이는 부딪칠 것이 거의 없기 때문이지만, 가야 할 길을 미리 정해 놓은 중력 때문이기도 하다. 중력이 눈에 보이지는 않지만 말이다. 지상에 있는 여러 관측국은 전파 신호를 이용해 우주선이 있는 3차원 위치를 찾아낸다. 우주선의 위치를 알고 있으며 속도와 진행 방향을 조절할 수 있다면 우주선이 목표 지점을 향해 나아갈 수 있도록 언제라도 조종할 수 있다. 이는 우주선이 직선 운동을 하기 때문이 아니라 우주의 특정 지점에서 작용하는 중력의 방향이 아주 정확하게 알려져 있기 때문이다. 지구 둘레를 도는 인공위성의 경우 중력의 방향은 중심부, 다시 말해서 지구의 중앙 쪽이다. 따라서 인공위성의 위치를 알고 인공위성의 속도를 알면 궤도의 성질을 알 수 있다. 그러니까 원 궤도인지 타원 궤도인지와 같은 특성을 알아낼 수 있다는 뜻이다. 궤도의 특성을 파악하면 인공위성이 언제 어떤 장소를 지나갈지 알 수 있다.
핵폐기물을 태양에 버릴 수 있을까?
환경문제를 걱정하는 청취자의 멋진 의견이지만 애석하게도 지금 기술로는 거의 실행 불가능한 제안이다. 전 세계 원자로에서 해마다 쏟아내는, 처리되지 않은 고(L)레벨 방사성 폐기물의 양은 15,000톤 정도다. 우주선에 실어야 할 쓰레기의 양이 너무 많다는 것이 핵폐기물을 태양에 버리려고 할 때 발생하는 첫 번째 문제다. 게다가 아주 민감한 정치적인 사안도 있다. 핵폐기물을 실은 우주선이 지구 대기를 통과할 때 위험한 일이 발생할 수도 있다. 현재 명왕성을 향해 날아가고 있는 뉴호라이즌 호처럼 태양계 밖으로 나가는 몇 안 되는 우주선에 방사성 플루토늄 몇 킬로그램을 실은 원자력 발전기가 장착된다는 사실을 가지고도 격렬한 논쟁이 벌어지고 있는데 수 톤이 넘는 핵폐기물이라니, 환영받기 어렵지 않을까? 태양에 핵폐기물을 버리는 일을 곤란하게 하는 문제는 또 있다. 핵폐기물을 태양에 버리려면 우주선이 태양의 표면을 가로지르는 궤도 비행을 해야 하는데, 그러려면 막대한 양의 에너지가 필요하다. 지구 궤도를 박차고 나갈 때 우주선의 속도는 지구 궤도 비행 속도인 초속 30킬로미터보다 훨씬 줄어들게 된다. 그 말은 줄어든 속도를 보충하기 위해 최소한 한 곳 이상의 행성에서 중력 지원을 받기 위해 플라이바이를 해야 한다는 뜻이다. 핵폐기물을 태양에 버린다는 생각은 근사하기는 하지만 최상의 해답은 아니다. 핵폐기물을 가공처리한 후 땅에 묻는 것이 훨씬 더 쉽고도 안전한 방법이다.
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