저는 왜 ‘우주 이야기’를 퍼뜨리지 못해 안달이 난 걸까요? 그것은 체험의 강렬함 때문입니다. 내가 살고 있는 이 동네 바깥으로 광대하고 놀라운 세계가 펼쳐져 있다는 것을 아는 순간, 우리의 삶은 그 이전과는 어떤 의미로든 같지 않다는 것을 저는 강렬하게 체험했기 때문입니다.
그만큼 우주를 알기 전의 나와 그 후의 나는 분명 다릅니다.
하지만 모든 지혜의 문은 지식의 터널을 건너는 곳에 자리합니다. 무지한 상태에서 지혜를 얻을 순 없습니다. 저는 우주가 주는 한량없는 지혜를 얻기 위해서는 지식의 터널을 기꺼이 건너가야 한다고 생각합니다.
이 책은 저와 같이 ‘우주 덕후’의 길을 가고 싶은 사람들을 위해 준비되었습니다. 우리가 사는 태양계, 우리은하, 별과 성운, 빅뱅과 블랙홀, 우주의 생과 종말 등, 우주에 관한 가장 핵심적인 사항인 ‘우주 에센스 200개’를 엄선해 질문도 하고 대답도 합니다.
책은 쉽습니다. 제가 어려운 이야기를 싫어하기 때문입니다. 사실 아무리 좋은 이야기라도 어려운 이야기를 듣는 것은 고역입니다.
--- p.8~9


중력은 물체를 위치 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 움직이게 만들므로 물질들은 위치 에너지가 낮은 곳에서부터 쌓이기 시작한다. 따라서 높낮이가 심한 표면의 울퉁불퉁함이 점차 매끈하게 변형된다. 덩치가 큰 행성의 중력은 중심을 향해 구형 대칭으로 작용하기 때문에 물질이 구형으로 쌓이게 되면서 공 같은 구형을 이루게 된다. 이는 지구뿐 아니라 별이나 큰 행성, 위성들도 마찬가지다.
천체의 지름이 700km가 넘으면 중력의 힘이 압도적이 되어 제 몸을 둥글게 주물러 구형으로 만드는 것이다. 이에 비해 작은 소행성들이 감자처럼 울퉁불퉁하게 생긴 것은 덩치가 작아 제 몸을 둥글게 주무를 만한 중력이 없기 때문이다.
--- p.79


현재 인류가 가진 자원과 로켓으로 태양의 중력을 뿌리치고 나아갈 수 있는 한계는 목성 정도까지다. 그럼 무슨 힘으로 보이저나 뉴호라이즌스는 명왕성 너머까지 그처럼 빠른 속도로 날아갈 수 있었을까? 답은 중력도움(gravity assist)이다. 중력보조라고도 하는데, 영어로는 스윙바이(swing-by), 또는 플라이바이(fly-by)라고 하며, 한마디로 ‘행성궤도 근접 통과’로 행성의 중력을 슬쩍 훔쳐내는 일이다.
그랜드피아노만 한 크기에 무게는 478kg인 뉴호라이즌스가 발사될 때의 탈출속도는 지구 탈출속도인 11.2km를 훨씬 넘는 초속 16.26km로, 지금까지 인간이 만들어낸 물체 중 가장 빠르게 지구를 탈출한 것으로 기록되었다. 그런데 탐사선이 1년을 날아가 목성에 근접해서는 이 중력도움 항법으로 초속 4km의 속도를 공짜로 얻었다. 이로 인해 명왕성으로 가는 시간을 약 3년 단축할 수 있었다.
중력도움을 간단히 설명하자면, 탐사선의 속도를 높이기 위해 천체의 중력을 이용한 슬링숏 기법으로, 행성의 중력을 이용해 우주선의 가속을 얻는 기술이다. 탐사선이 행성의 중력을 받아 미끄러지듯 가속을 얻으며 낙하하다가 어느 지점에서 적절히 진행 각도를 바꾸면 그 가속을 보유한 채 새총알처럼 튕기듯이 탈출하게 된다. 행성의 각운동량을 훔쳐서 달아나는 셈이다. 말하자면 우주의 당구공치기쯤 되는 기술이다. 행성의 입장에서 본다면 우주선의 엉덩이를 걷어차서 가속시키는 셈으로, 이론상으로는 행성 궤도속도의 2배에 이르는 속도까지 얻을 수 있다.
현재까지 인류가 개발한 로켓의 힘으로는 겨우 목성까지 날아가는 게 한계지만, 이 스윙바이 항법으로 우리는 전 태양계를 탐험할 수 있게 된 것이다.
--- p.73


지구는 24시간에 한 바퀴 도니까, 지구 둘레 4만km를 달리는 셈이다. 적도지방에 사는 사람이라면 1초에 500m씩 이동당하고, 북위 38도쯤에 사는 서울 사람들은 초속 400m로 이동당하는 셈이다. 이는 음속을 넘는 수치로, 시속 1,500km에 달하는 맹렬한 속도이다. 그런데도 우리가 못 느끼는 이유는 우리가 지구라는 우주선을 타고 같이 움직이고 있기 때문이다.
그뿐 아니다. 지구는 지금 이 순간에도 당신을 싣고 태양 둘레를 쉼없이 달리고 있는 중이다. 반지름이 1억 5천만km인 원둘레를 1년에 한 바퀴 도는데, 이것이 무려 초속 30km의 속도다.
또 있다. 우리 태양계 자체가 은하 중심을 초점으로 하여 돌고 있다. 시속 70만km라니까, 초속으로 따지면 약 200km다. 이처럼 맹렬한 속도로 달리더라도 은하를 한 바퀴 도는 데 걸리는 시간은 무려 2억 3천만 년이나 된다.
어쨌든 이 정도만 해도 멀미가 날 것 같은데, 이게 아직 끝이 아니다. 우리은하 역시 맹렬한 속도로 우주공간을 주파하고 있는 중이다. 우리은하가 속해 있는 국부 은하군 전체가 처녀자리 은하단의 중력에 이끌려 초속 600km로 달려가고 있는 중이다.
마지막 결정적으로, 우주 공간 자체가 지금 이 순간에도 빛의 속도로 무한팽창을 계속해가고 있으며, 무수한 은하들 중에 한 모래알인 우리은하 속, 태양계의 지구 행성 위에서 우리가 살고 있는 것이다. 이는 실제 상황이다. 하지만 우주는 너무나 조화로워, 우리는 바람 한 줄기에 흔들리는 잎을 바라보며 평온 속에 살아가고 있는 것이다.
--- p.82~84


페르미는 1950년 4명의 물리학자들과 식사를 하던 중 우연히 외계인에 대한 얘기를 하게 되었고, 그들은 우주의 나이와 크기에 비추어볼 때 외계인이 존재할 것이라는 데 의견 일치를 보았다. 그러자 페르미는 그 자리에서 방정식을 계산해 무려 100만 개의 문명이 우주에 존재해야 한다는 계산서를 내놓았다. 그런데 수많은 외계문명이 존재한다면 어째서 인류 앞에 외계인이 나타나지 않았는가라면서 “대체 그들은 어디 있는 거야?”라는 질문을 던졌는데, 이를 ‘페르미 역설’이라 한다.
관측 가능한 우주에만도 수천억 개의 은하들이 존재한다. 또 은하마다 수천억 개의 별들이 있으니, 생명이 서식할 수 있는 행성의 수는 그야말로 수십, 수백조 개가 있을 거란 계산이 금방 나온다. 그런데도 우리는 왜 아직까지 외계인들을 한 번도 본 적이 없을까?
우주에는 우리 외에도 다른 문명이 있을 거라는 데 많은 과학자들은 동의한다. 그런데도 우리는 왜 외계인들을 한번도 본 적이 없는가? 그 이유는 항성간 거리가 너무나 멀어 어떤 문명도 그만한 거리를 여행할 수 있는 기술을 확보하지 못한 때문이라고 과학자들은 생각하고 있다.
장애의 또 하나는 통신수단의 문제다. 비록 외계문명이 존재한다 하더라도 그들과 교신하기에는 우리의 통신수단이 너무나 원시적이라 외계인들이 신호를 보내온다 하더라도 우리 기술로는 그것을 포착하지 못할 수도 있다는 것이다.
또 다른 장애로는 시간의 문제가 있다. 우리 인류가 문명을 일구어온 지는 1만 년도 채 안된다. 우주의 긴 역사에 비하면 거의 찰나다. 다른 문명도 만약 그렇다면, 이 오랜 우주의 시간 속에서 두 찰나가 동시에 존재할 확률은 거의 0에 가깝다는 말이 된다. 이러한 것들이 바로 외계인을 만나기 힘든 가장 근본적인 장애들이다.
--- p.104~105


달이 매순간 지구로부터 조금씩 멀어지고 있다는 건 사실이다. 얼마나? 1년에 3.8cm씩. 벼룩 꽁지만한 길이를 어떻게 쟀냐고? 달 탐사선이 달에다 설치해놓은 레이저 반사거울이 그 답이다. 모두 5개의 반사거울을 달 표면에다 세워뒀는데, 여기로 지구에서 쏘는 레이저빔이 갔다가 되돌아오는 시간이 약 2.5초다. 밀리미터 단위까지 잴 수 있다.
이처럼 달이 멀어져가는 이유는 달이 만드는 지구의 밀물, 썰물 때문이다. 풀이하자면, 만조가 될 때 이 만조의 꼭짓점은 지구 자전의 영향으로 지구와 달의 중력 일직선상에서 약간 앞쪽에 형성되는데, 이 부분의 중력이 달의 공전에 힘을 실어주게 된다. 원운동하는 물체를 앞으로 밀면 그 물체는 더 높은 궤도, 더 큰 원을 그리게 된다. 달이 지구로부터 조금씩 멀어지는 것은 바로 달이 만들고 있는 만조 때문인 것이다.
이 3.8cm의 뜻은 심오하다. 티끌 모아 태산이라고, 이것이 차곡차곡 쌓이다 보면 10억 년 후에는 3만 8천km가 되고(이 정도로도 달이 떨어져나갈지 모른다), 100억 년 후에는 지금 달까지 거리인 38만km가 된다. 달이 지구에서 2배나 멀어지게 되는 셈이다. 그러면 어떻게 되는가?
확실한 것은 언제가 되든 달이 결국은 지구와 이별할 거란 점이다. 그후 태양 쪽으로 날아가 태양에 부딪쳐 장렬한 최후를 맞을 것인지, 아니면 외부행성 쪽으로 날아가 광대한 우주 바깥을 헤맬 것인지, 그 행로야 알 수 없지만. 문제는 45억 년이란 장구한 세월 동안 지구와 같이 껴안고 돌던 달도 언제까지나 그렇게 있을 존재는 아니라는 얘기다. 제행무상(諸行無常)은 우주의 속성이다.
오늘밤이라도 바깥에 나가 하늘의 달을 봐보라. 우리 지구의 동생인 저 달도 언젠가는 형과 작별을 고할 것이다. 회자정리(會者定離)다. 그런 생각으로 달을 바라보면 더 유정하고 더 아름답게 느껴질 것이다.
--- p.122


태양계의 ‘큰형님’인 목성이 지구에 보디가드 노릇을 톡톡히 해주고 있다는 건 사실이다. 태양계의 5번째 궤도를 돌고 있는 목성은 태양계에서 가장 거대한 행성으로, 태양계 8개 행성을 모두 합쳐 놓은 질량의 2/3 이상을 차지한다. 또한 지름이 약 14만 3,000km로 지구의 약 11배에 이른다. 탁구공과 수박만큼이나 차이가 난다.
그런데 이 목성이 지구의 보디가드라는 사실을 모르는 사람들이 적지 않다. 시도 때도 없이 태양계 내부로 날아드는 소행성, 혜성 등등을 1차로 목성이 막아주고, 2차로 달이 또 막아준다. 이 둘이 없었더라면 지구는 소행성 포격으로 오래 전에 거덜이 났을지도 모른다.
인류는 약 30년 전에 목성이 실제로 지구를 지켜준 장면을 목격했는데, 그것은 슈메이커-레비9 혜성이 목성에 충돌한 사건이었다. 때마침 목성 탐사선 갈릴레오가 목성으로 가던 중 이 장면을 목격하게 되어 지구 행성인들에게 쏘아주었다. 덕분에 우리는 혜성 조각들이 목성에 충돌하는 생생한 장면을 볼 수 있었다.
--- p.185~186


매일 100톤씩 지구에 떨어지는 운석. 생각해보면 이 우주 안에서 100% 안전한 곳은 하나도 없다. 그 확률이 희박할 뿐이지, 운석은 지금 이 순간도 내 뒤통수를 후려칠 수 있는 것이다. 실제로 우주에서 날아온 운석이 지붕을 뚫거나 차를 찌그러뜨리는 일들이 심심찮게 일어난다.
하지만 당신이 크게 다치거나 목숨을 잃지만 않는다면, 그건 횡액이 아니라 엄청난 행운이다. 운석이 지붕 수리비나 찻값보다 적어도 10배 이상의 값어치가 나가기 때문이다. 오염되지 않은 희귀 운석은 이처럼 ‘우주의 로또’가 되기도 한다. 화성에서 온 운석이나 지구 물질에 오염되지 않은 운석 등은 1g당 1천만 원을 호가한다. 운석이 떨어질 확률은 언제나 있기 때문에 오늘밤 우리 집 마당에 떨어지지 말란 법이 없다. 그리고 운석은 법적으로 무주물(無主物)이기 때문에 먼저 발견하는 사람이 임자다.
운석이 떨어진 걸 발견했을 때 처리 매뉴얼을 공개하자면, 가장 먼저 주방으로 뛰어가 재빨리 비닐 장갑을 찾아 끼고 랩 뭉치를 들고 운석에게 달려간다. 먼저 운석 낙하 현장을 사진으로 담은 후 랩으로 돌돌 말아 밀봉해서는 반드시 냉동고에 집어넣는다. 지구 물질에 오염되면 그만큼 가치가 떨어지기 때문이다.