손안의 우주

마이크 플린 지음 | 김충섭 옮김

작은책방 2017년 05월 27일 출간 종이책 : 2014년 05월 12일 출간

작품소개

책소개

누구나 쉽게 이해하는 우주이야기!

우주의 팽창과 끝 그리고 새로운 사실들『손안의 우주』. 태양계의 행성과 별, 지금까지 알려진 별에 관한 모든 것을 알기 쉽게 풀어낸 책이다. 암흑물질과 암흑에너지, 우주 그리고 은하… 새롭게 시도되는 우주 탐사 미션들까지 우주 전쟁의 역사와 업적, 새로운 우주탐험의 현주소를 들여다본다. 구체적인 설명에 다양한 그림과 사진을 더하여 독자들이 평소에 어렵게만 생각했던 우주에 좀 더 쉽게 접근할 수 있도록 안내한다. 글 중간 중간 ‘토막지식’코너를 마련하여 본문의 내용을 좀 더 보충하여 설명해준다.

목차

제1장 우주의 기원
우주의 크기 8 간략한 우주의 역사 11 태양 중심 우주 14 팽창하는 우주 16
빅뱅과 정상상태 17 다른 우주 19 우주의 종말 20

제2장 우주에 대한 연구
광학 망원경 24 전자기 스펙트럼 26 우주에서의 거리 측정 28
지구를 넘어서-다른 별들의 행성 32 SETI 35

제3장 태양계
태양계 38 태양계의 탄생 39 궤도 43 공전하는 천체들의 종류 46
별은 무엇으로 구성되는가? 50 행성은 무엇으로 구성되는가? 51
위성들은 무엇으로 구성되는가? 53 태양 54 달 60 달의 표면 62 식 64 혜성 65 태양계의 행성들 68 내 몸무게는 얼마…? 85

제4장 별과 별자리
별이란 무엇인가? 88 별의 일생 90 원소 공장 96 별까지의 거리 97 별자리 98 별의 등급 106 동반성 111 성운 115 별의 죽음 118 초신성 폭발 119

제5장 우주의 물질
우주는 무엇으로 이루어졌을까? 124 반물질 126 자연계의 기본힘 127
암흑물질을 찾아서 130

제6장 은하를 바라보며
은하란 무엇인가? 134 우리은하 138 이웃 은하 140 은하의 종류 145
은하들의 충돌 149

제7장 우주 탐험
로켓은 어떻게 작동하는가? 154 폰 브라운과 V2 157 코롤료프와 구소련 158 우주 개발 경쟁 163 우주정거장 178 우주왕복선 180 인공위성 181
탐사선 184 현재까지의 우주 탐사 미션들 188

찾아보기 190

책 속으로

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출판사 서평

태양계의 행성과 별, 지금까지 알려진 별에 관한 모든 것,
암흑물질과 암흑에너지, 우주 그리고 은하… 새롭게 시도되는 우주 탐사 미션들까지 우주 전쟁의 역사와 업적, 새로운 우주탐험의 현주소!!
우리은하를 찍은 사진은 언제쯤 가능할까? 현재까지 밝혀진 태양계에 대한 사실은? 암흑물질은 과연 무엇이며 허블우주망원경이 보여주는 다채로운 우주의 모습은 어떠한가? 드레이크 방정식대로 우리은하에는 적어도 40개의 행성이 우리와 교신 가능하다면 과연 언제쯤 가능할까?
눈으로 보던 우주에서 망원경을 통한 우주로 바뀐 뒤 우주에 대한 지식과 생각은 비약적으로 발전해왔다. 그리고 현재는 대기권에 망원경을 띄우고 우주 탐사선을 보낼 정도로 과학이 발달했다. 그럼에도 아직 우리는 우리은하의 사진을 찍을 수 없다. 또한 오랜 염원인 화성 기지 건설은 꿈도 꿀 수 없다.
인간은 왜 끊임없이 우주를 꿈꾸는 걸까? 우주야말로 인간의 시작과 끝이기 때문이다. 50억년을 산 태양이 앞으로 50억 년 후 소멸할 때 지구를 비롯한 태양계 역시 소멸한다. 지구는 우주의 티끌만한 구성원 그러나 생명이 살 수 있는 선택받은 구성원이고 그 안에서 우리는 살아가고 있는 만큼 우주에 대한 호기심은 당연한 것이 아닐까?
그런 의미에서 다양한 그림과 사진으로 우주를 좀 더 쉽게 접근할 수 있도록 구성된 손안의 우주는 즐거운 우주 이야기를 선물해줄 것이다.

■■■ 본문 중에서

지구를 넘어서-다른 별들의 행성
지금까지 우리는 우주의 어디에 있고, 여기까지 오는데 얼마나 오래 걸렸는지에 대해서 살펴보았다. 하지만 우리가 왜 여기에 있는지에 대해서는 아직 모른다. 그렇다면 현 시점에서 과학자들이 불가피하게 관심을 쏟아야 할 것은 아마도 인류가 직면한 가장 중요한 질문, 즉 ‘우주에는 우리뿐인가?’가 될 것이다.
상식적으로 생각했을 때, 이렇게 드넓은 우주에 우리만이 유일한 지적 생명체라는 일은 상상할 수 없는 것처럼 보인다. 그렇다면 저명한 입자 물리학자이자 회의론자인 페르미의 말마따나, “모두들 어디에 있는가?”
1960년대부터 멀리 있는 별 주위를 공전하는 지구를 닮은 행성을 찾는 연구가 시작되었다. 당시 망원경의 성능은 태양계 밖에 존재하는 지구만한 크기의 행성을 찾기에는 턱없이 부족했다. 뿐만 아니라 별들이 발산하는 강한 빛으로 인해 다른 항성 주변의 행성들을 관측하는 것은 불가능한 일이었다. 물론 이와 같은 상황은 현재에도 별로 다를 바는 없다. 그렇다면 이러한 행성들을 어떻게 찾을 수 있을까?

드레이크 방정식
드레이크는 외계 지적생명체의 탐색 활동에 앞장섰던 인물로서 우리은하 내에 존재하는 지적생명체의 수를 어림잡을 수 있는 드레이크 방정식(그린뱅크 방정식이라고 불리기도 한다)을 도출한 인물로 유명하다. 드레이크의 방정식은 다음과 같다.
N=R×fp×ne×f1×fi×fc×L

이렇게 펼쳐 놓으면 매우 복잡해 보이는 방정식이지만 찬찬히 살펴보면 간단하다.
N은 우리와 교신할 수 있는 지적 문명체의 수를 의미한다. N의 값은 우리은하 내의 별의 수 곱하기 생명체가 존재하는 행성의 수 곱하기 지구와 같은 수준의 행성의 수곱하기 위 행성에서 생명이 존재할 확률 곱하기 생명이 존재한다면 이들이 교신하기에 충분한 기술을 갖추었을 확률 곱하기 이들이 우리와 교신을 원할 확률 곱하기 위 문명의 기대수명으로 나타낼 수 있다.
드레이크는 위의 방정식에 어림값을 적용하여 우리은하 내에 적어도 40개의 행성이 우리와 교신이 가능할 것으로 추정했다.

별이란 무엇인가?
표준별이라는 것은 존재하지 않는다. 별은 크고, 뜨거우며, 밝게 빛나는 구체로 자신이 가진 질량, 온도, 색깔부터 밝기와 생애주기에 따라 저마다 다양한 특징을 갖는다. 심지어 겉으로 보았을 때 비슷한 별인 것 같을지라도, 별의 생애 동안 나타나는 내부 변화에 따라 다른 성질이 존재한다.
우주 내에서 눈으로 관찰할 수 있는 천체는 별들이 대부분으로, 여태까지 알려진 바로는 엄청난 개수의 별들이 존재한다. 우리의 은하계만 해도 이미 수십억 개의 별들이 존재한다. 지구와 가장 가까운 별은 (물론, 태양은 제외했을 때) 지구로부터 약 4광년 떨어져 있는 켄타우르스자리의 프록시마이다. 지구에서 가장 먼 별은 다른 은하들 중에 속해 있으며, 현재 기술로는 이를 관찰하는 데 한계가 있다. 그러나 분명한 것은 이 별들로부터 오는 빛이 도달하는 데는 수십억 년이 걸리기 때문에 이 빛을 보는 것은 수십억 년 전 과거를 보는 것과 같다는 것이다. 따라서 이 별들은 원래의 위치에 더는 존재하지 않을 가능성이 높은 만큼 우리가 현재 보고 있는 우주는 빛이 지구에 도달하기까지 보존된 역사의 단편을 보고 있는 것과 마찬가지이다.
이 중 태양은 특이하게도 혼자 떨어져 있는 별이다. 대다수의 별들은 짝을 지어 있거나, 여럿 또는 무리로 존재하며 성운 등을 구성해 보통 대부분의 별들의 중력 영향권 밖에 있는 무게중심점무게중심점을 중심으로 공전한다. 쌍성계는 종종 하나의 별이 너무 어두워 지구에서는 관측이 불가능하기도 하다. 이 경우 천문학자들은 별의 공전 움직임을 측정한다거나, 혹은 대상으로부터 오는 빛이 일부 막히는 현상 등을 관찰하여 쌍성계를 밝혀내고 있다.

원소 공장
1932년, 독일 물리학자 베르너 하이젠베르크는 양자 물리학에 대한 업적으로 노벨상을 받았다. 하이젠베르크의 이론은 모든 원소가 양자와 전자로 구성될 수 있다는 내용으로, 이는 모든 원소가 별의 주요 연료인 수소로부터 생성될 수 있다는 것과 다름없는 주장이었다.
1938년, 또 다른 독일 물리학자 한스 베테는 한 원소가 얼마나 무거운 원소로 바뀔 수 있는지를 밝혀냈다. 그는 붕괴하는 별이 원소 공장이나 다름없으며, 별의 중심부에서 양자와 전자로부터 생겨난다고 주장했다.
이후 인도 태생의 천체물리학자 찬드라세카르는 이와 같은 이론에 근거하여 초거성의 생애 마지막 단계를 관찰하였다. 그는 초대질량 별의 죽음은 맹렬한 초신성 폭발로 이어지며, 이런 폭발은 탄소, 철, 금 같은 무거운 원소를 먼 우주로 날려 보낸다고 주장했다. 그리고 먼 곳으로 날아온 원소들은 또 다시 새로운 별과 행성들을 이루는 밑바탕이 되어 동식물들이 생겨나는 데 주요 재료로 활용된다는 것이다.
탄소를 기반으로 하는 생명은 초신성 폭발로 날아온 물질들로 신체의 일부를 구성하게 된다. 결국 우리는 한때 한줌의 재였고, 죽게 되면 또 다시 한줌의 흙으로 돌아가게 되는 것이다.

구상 성단
구상 성단의 별들은 우리은하가 아직 가스와 먼지로 이루어진 구형의 성운일 때 이미 형성된 성단으로, 은하 중심부 혹은 그 주변에서 주로 발견된다. 지금까지 약 150개의 구상 성단이 발견되었으며, 대부분 약 100억 년 이상 나이 먹은 별들로 구성되어 있다

작가정보

저자(글) 마이크 플린

저자 마이크 플린은 영국 과학박물관의 과학자이자 수학자로, 옥스퍼드 사전 편찬 작업에 컨설턴트로 참여했다. 테크놀로지, 우주 등 다양한 과학 분야에서 일반인을 위한 작품을 집필 중에 있다.

번역 김충섭