은하의 모든 순간

안홍배 지음

위즈덤하우스 2024년 04월 03일 출간 종이책 : 2024년 04월 10일 출간

작품소개

책소개

우리나라에서 최초로 은하를 관측했고, 1993J 초신성 동정으로 전 세계에 이름을 알린 안홍배 교수의 은하 이야기. 그는 1970년대부터 현재까지 한순간도 연구를 쉬지 않고 논문을 쓰며 전 세계 학회지를 장식했다. 그의 은하 연구는 우주론 역사와 고스란히 맞닿아 있고, 이 책은 우리나라 학자가 경험을 살려 직접 쓴 우주론이다. 우리가 교과서에서 배운 이론들의 정립 과정과 꼬리에 꼬리를 무는 질문, 호기심을 해소하기 위한 천문학자들의 생생한 모습이 아름답게 그려진다. 세계적인 천문학자들 사이에서, 후발 주자임에도 두드러지는 우리 과학자의 활약상은 그야말로 한 편의 드라마라고 할 수 있다.

목차

화보_ 은하의 모든 순간
추천의 말
책머리에

1부 발견의 시대
최초의 은하 관측
우리은하를 넘어서
소백산천문대의 반사망원경

2부 은하의 기원
빅뱅과 원소
우주배경복사의 발견
기소천문대와 막대은하
전 세계 천문학자들의 모임

3부 아인슈타인의 고리
천체분광학의 전설
풀뿌리 회의와 관측 우주론 세미나
초신성을 관측하다

4부 우주론 논쟁
현대 우주론의 기초, 상대성이론의 증명
표준우주론
준정상우주론 토론
우주론의 새로운 시대

5부 천문대 관측 여행
보현산천문대의 건설
사이딩스프링천문대와 날씨
천문학의 메카 마우나케아

6부 은하의 역학
핵고리와 핵나선팔
초대질량블랙홀과 퀘이사
휘어 있는 원반

7부 천문학의 질문들
우주의 거대구조
학자들의 축제
나미비아의 사막에서
파리에서 만난 우주

나가며
부록_ 천문학의 기초 용어
참고 문헌 및 그림 출처

책 속으로

천문학은 우주가 어떻게 시작하여 오늘날의 모습으로 진화했는지를 밝히는 학문이다. 20세기 초에 우리은하는 우주 전체가 아니라 셀 수 없이 많은 은하 중 하나라는 것을 알게 되었고, 은하로 된 우주가 팽창하고 있음을 알았다. 팽창하는 우주는 특별한 중심이 없다. 지구중심설도 태양중심설도 다 의미가 없는 것이다. 인류 역사에서 인간만이 우주의 중심에 있다는 생각으로부터 나온 모든 사유는 의미가 사라진다. _17쪽

칸트는 우리은하는 우주에 있는 수많은 섬우주의 하나라고 추론했다. 그가 이러한 결론에 이른 것은 어찌 보면 당연한 일이다. 왜냐하면 밤하늘에 무수히 많은 별이 있고, 그 별들이 모두 성운이 수축해 만들어졌듯이, 우주에는 은하로 수축할 수 있는 큰 성운이 하나만 있다기보다는 무수히 많다고 생각하는 것이 더 합리적이기 때문이다. 그렇지 않으려면 우리은하가 특별한 천체여야 하는데 우리은하가 특별하다고 가정하는 것이 과연 합리적일까. _40쪽

천문학과 고고학은 유사성이 적지 않다. 과거를 해석한다는 점에서 그렇다. 천문학자들은 망원경에 측광기나 분광기 등 관측 장비를 달아 멀리 있는 천체를 관찰한다. 먼 천체의 경우 빛의 속도가 유한해 천체의 과거 모습을 보게 된다. 가까이 있는 천체라고 해서 과거의 흔적을 볼 수 없는 것은 아니다. 나이가 오래된 은하는 만들어질 당시의 우주 정보를 가지고 있기 때문이다. 이런 점에서 나이 많은 은하에 있는 별은 화석과도 같고, 이를 통해 우주의 과거를 캐는 작업은 고고학자들이 발굴을 통해 고대 문명의 유물과 잔재를 연구하는 것과 유사하다. 일종의 시간 여행인 셈이다. _69쪽

결국 우주의 화학조성은 초신성 폭발이 얼마나 많이 일어나느냐에 달려 있다. 태양은 은하가 만들어진 후 80억 년 이상이 지나고 생성되었으므로 중원소가 많고, 지구도 태양과 같은 성간 구름에서 만들어져 탄소나 산소, 철 등 각종 중원소가 많아 탄소를 기반으로 한 생명체가 발현될 수 있었다. 몸을 구성하는 원소도 결국 별의 내부에서 만들어졌으니 별이야말로 우리의 기원이 된다. _83쪽

두 번째 관측이 끝나자 우리가 관측한 천체가 초신성임을 확인할 수 있었고, 바로 IAU에 보고했다. 이후에도 우리는 밤을 지새우며 이 초신성의 스펙트럼을 관측하여 초신성이 폭발 후 어떻게 변해가는지를 밝힐 자료를 획득했다. 날이 밝아오자 마무리하고 천문대에 딸린 숙소로 가 잠시 잠을 잤다. 아침에 출근하니 복도에서 만나는 사람마다 축하한다며 악수를 청한다. 이미 우리가 초신성을 최초로 동정한 사실이 IAU 회람으로 전 세계로 퍼져나간 것이다. _148쪽

아인슈타인의 장방정식이 텐서라는 수학 언어로 표현되기 때문에 대부분의 사람들은 생소하게 느끼고, 이해하기 어려워하지만 우주적 규모에서 시공간의 진화를 기술하는 방정식이 이렇게 간단하게 표현될 수 있다는 것은 소름 끼치게 놀라운 일이다. _161쪽

막대은하의 역학이 흥미로운 것은 핵을 가로지르는 막대가 있어 구조의 변화를 일으키기 때문이다. 핵나선팔도 막대에 의해 생긴 구조 중 하나다. 그동안 핵고리 연구는 많이 이루어졌으나 핵나선팔의 연구는 드물어 핵나선팔이 생기는 원인이 분명하지 않았다. 다행히 내 계산에서 실마리를 찾을 수 있었다. 과거의 연구에서는 은하의 질량 모형에 초대질량블랙홀을 생각하지 않았으나, 이를 고려하면 적절한 조건에서는 핵나선팔이 형성된다는 것을 알 수 있었다. 이 결과는 중심부에 핵나선팔이 있는 은하는 중심부에 초대질량블랙홀이 있을 가능성을 암시해 흥미로웠다. _248쪽

2024년 1월 말로 예정된 탐사과학 워크숍 개최 직전, 반가운 소식을 들었다. 박창범 교수가 주도하는 고등과학원의 ‘시민과 함께 과학’ 프로젝트의 하나로 ‘모두의 은하 연구소’가 수행된다는 것이다. 이 과제에서는 고등과학원-한국천문연구원-서울대학교가 공동으로 진행하는 전천분광탐사인 A-SPEC에서 스펙트럼을 관측할 은하의 형태를 시민과 함께 분류하게 된다. _281쪽

천문학의 궁극적 목표는 우주의 기원을 이해하는 것이다. 지금 우리가 이해하고 있는 표준우주론이 맞다면 우주는 유한한 나이를 가지고 있고, 관측할 수 있는 우주의 크기는 유한하지만 우주 자체는 무한히 크다. 유한한 나이를 가진다는 이야기는 시작이 있다는 것이다. 그러나 시작이 있음을 알 뿐, 그 시작이 어떻게 작동했는지는 모른다. 우리가 모를 수밖에 없는 것은 이를 직접 관측할 수도 없지만 더 근본적으로는 이를 설명할 수 있는 물리학이 없기 때문이다. _306쪽

출판사 서평

우주를 구성하는 가장 작은 빛
은하로 밝혀내는 138억 년 우주의 진화

우리나라 최초의 은하천문학자가 우주의 역사에 삶으로 남긴 흔적을 읽다

★ 칼 세이건의 《코스모스》, 닐 디그래스 타이슨의 《오리진》을 잇는
세계적인 우리 천문학자의 아름다운 우주론 이야기 ★

이 책은 20세기에서 21세기에 이르는, 전 세계 표준우주론이 성립되던 역동적인 시대의 한가운데서 우리 은하천문학자가 이루어낸 치열한 연구 이야기다. 그리고 100여 년에 걸쳐 우주를 탐구한 인류의 여정을 상세히 소개한다. 난제에 거침없이 도전한 저자의 탐구 과정, 우주의 이해에 전환점을 만든 세계적인 천문학자들과의 학문적 교류 경험이 한데 얽혀 더없이 아름다운 우주론이 그려진다.
현존 최고 성능을 가진 제임스웹우주망원경의 주요 임무는 바로 ‘최초의 은하’가 탄생하는 순간을 목격해 빅뱅의 실마리를 찾는 것이다. 이처럼 은하 탐구는 천문학자들의 가장 중요한 목표다. 우주적 규모에서 태양 같은 하나의 별은 보이지 않고 항성, 성간물질, 블랙홀, 암흑물질 등이 중력으로 묶인 거대한 천체인 은하가 우주를 설명하는 가장 기본 단위가 된다. 즉, 은하의 다양한 특성과 공간 분포는 결국 우주의 형태를 파악하는 기초 도구라고 할 수 있다. 따라서 은하는 모든 천문학자가 던지는 첫 번째 질문인 동시에 우리 우주의 지도를 그리는 가장 중요한 단서인 것이다.
우리나라에도 이러한 흐름을 놓치지 않고 은하를 연구해온 안홍배 교수가 있다. 그가 《은하의 모든 순간》에 담은 끈질긴 탐구는 일반 독자들에게 밤하늘을 새로운 시각으로 보는 힘을 심어줄 것이고, 학생들에게는 아무도 가지 않은 길에 도전하는 마음을 심어주는 가이드 역할을 할 것이다.

우리 은하천문학자가 포착한 우주의 주요 장면들
“은하를 관측하는 것은 우주의 화석을 캐는 것이다”

‘즐거운 현장 천문학자’라 불리는 안홍배 교수는 우리나라에서 처음으로 ‘은하’를 관측하며 대한민국 천문학의 새로운 장을 열었다. 그뿐 아니라 새로운 초신성 1993J를 동정해 국내외에서 주목받았고, 전 세계 천문학자들이 주로 참고하는 ‘은하 분류 목록’을 만들어 많은 과학자의 존경과 관심을 받는다. 모든 천문학자, 천체물리학자가 우리 우주의 모습을 밝혀내고자 다채로운 이론을 펼치고 관측으로 증명하던 우주론 변혁기에, 우리나라는 망원경조차 없었던 천문학의 불모지였다. 이 시점에 본격적으로 한국 관측천문학의 기반을 다지며 발전을 주도한 1세대 은하 연구자인 그는 40년 이상, 지금까지 멈추지 않고 학문에 전념했다. 서울대학교 천문학과 1회 졸업생이자 1호 박사, 단 한순간도 현장에서 멀어진 적 없는 온통 은하뿐인 천문학자의 삶이 펼쳐진다.
《은하의 모든 순간》의 특징은 빅뱅에서 우주가속팽창까지, 우주론의 주요 장면을 상징하는 학술 자료는 물론 저자의 업적이 담긴 그래프, 초신성 관측 사진까지 수록했다는 점이다. 은하, 초신성, 퀘이사, 블랙홀 등 다양한 사진을 실었고 해당 천체 발견의 의미를 더했다. 그리고 수천억 개의 별, 성운, 성단이 가득한 은하가 태어났다가 죽고, 잔해로 흩어진 뒤 다시 탄생하는 모든 순간이 담긴 화보를 만날 수 있다.
또 한 가지 특별한 점은 천문학 용어를 고심하여 선택해 부록으로 실은 것이다. 안홍배 교수는 천문학 용어심의위원회 위원장을 맡기도 했는데, 우리가 인터넷에서 손쉽게 검색하는 천문학 백과사전은 그의 작업 중 하나다. 천문학에 익숙하지 않은 독자들을 위해, 정확하게 알면 이해에 도움이 되는 기초 용어를 구체적으로 담았다.

빅뱅부터 우주가속팽창까지, 우주의 모습을 밝혀낸 우주론의 진화
“은하는 우주 비밀의 문을 여는 마스터키다”

이 책은 천문학이 발전한 과정을 차례차례 읽는, 우리 학자가 쓴 우주론이다. 저자는 밤하늘을 맨눈으로 보았던 인류가 점차 더 좋은 도구를 사용해 지금까지 우주를 관찰해온 과정을 찬찬히 되짚는다. 또한 천문학의 역사와 현재 그리고 내일의 연구 과제까지 아우르며, 표준우주론을 도출하기 위해 천문학자들이 첨예하게 대립했던 논의들을 담았다. 인류의 지적 여정과 저자의 연구 궤적이 겹쳐지는 순간순간이 흥미롭게 전개된다.
지난 100여 년간 우리는 우주에 대한 인식이 전복되는 격변의 시기를 보냈다. 새로운 관측 기기가 탄생할 때면 반드시 놀라운 발견이 뒤따랐다. 그리고 과학은 그때마다 정립했던 우주의 형태를 수정해왔다. 태양이 우주의 중심이 아니라는 것을 알게 되었고, 우주는 은하로 이루어져 있으며, 팽창하고 있음을 보았다. 또한 팽창하는 우주는 비어 있고, 물질의 대부분은 암흑물질이며 우주는 시간이 지날수록 더욱 빠르게 팽창한다는 사실이 밝혀졌다. 불가능할 것 같았던 중력파 관측, 보이지 않는 블랙홀을 영상으로 남길 수 있게도 되었다. 그리고 이 모든 것은 ‘은하’ 연구를 통해 이루어졌다.
이처럼 주요 이론이 관측을 통해 확정되거나 뒤집히는 결정적 순간을 학회 현장에서 직접 보게 될 때 안홍배 교수는 “이 때문에 은하를 연구하며 숨 가쁘게 살 수 있었다”고 하며 늘 새로운 도전을 준비한다.

우주론 변혁의 한가운데 선, 천문학자의 전 은하적 삶과 연구
“발견의 시대와 함께 호흡할 수 있었던 것은 축복이었다”

《은하의 모든 순간》은 새로운 지식 앞에서 스스로를 진화시키는 과학자의 사고방식을 보여주는 탐구 일지이기도 하다. 우주를 바라보는 시각을 뒤바꿔버린 토론이 진행되던 바로 그 시공간에, 세계적인 학자로 거듭난 우리 은하천문학자의 도전적인 연구와 삶이 촘촘하게 엮인다. 만난 적 없는 이들이 서로 논문을 발표하는 행위로써 대화하는 우아한 지식의 전파 과정이 생생하게 그려지고, 특이한 은하 사진을 보고 천문학자들이 달려들어 합동 연구를 하게 되는 상황 전개 또한 재미있게 서술된다.
정상우주론이 아닌 빅뱅우주론의 손을 들어준 역사적 토론 현장, 명왕성을 퇴출시킨 학회에 한국 대표로 참여한 이야기, 노벨상 수상자들과의 오랜 인연 등 저자의 경험이 진솔하게 드러난다. 그 사이사이에 천문학의 주요 키워드를 설명해 배경지식도 자연스럽게 쌓인다. 이렇게 저자가 마주한 상황을 따라가면 현대 우주론이 어떠한 과정을 거쳐 표준으로 자리 잡았는지 쉽게 습득하게 된다. 결국 안홍배 교수의 은하 연구가 우주론의 변곡점과 맞닿아 있고, 여기에 온몸으로 부딪히며 탐구를 멈추지 않았기에 가능한 일이라고 할 수 있다.
우리나라는 이론에서 시뮬레이션까지 전 세계적으로 인정받는 천문학자들을 배출했다. 국내 천문학이 지금처럼 성장하는 데는 많은 이의 노력이 있었다. 망원경과 컴퓨터가 없던 시절부터 소백산과 보현산에 국립 천문대가 설립되고 관측 연구가 시행되기까지, 기억하고 기록한 일은 국내 관측천문학의 태동과 함께한 저자가 가장 고심한 작업이다. 척박한 천문학 환경에 싹을 틔워낸 그는 은하 연구가 고스란히 자신의 삶이 되었다고 말한다. 그리고 국내 최고의 천문학자들은 입을 모아 ‘앞으로 다시 없을 아름다운 학자의 모습’이라고 안홍배 교수를 묘사한다.
과학적 발견은 나와는 관계없이, 막연하게 먼 곳에서 이루어지는 일이라고 느껴지기 쉽다. 그래서 더욱, 우리나라 천문학자가 세계적 학문의 흐름 안에서 직접 경험한 일을 바탕으로 쓴 책은 의미가 크다. 아무도 가지 않은 길을 흔쾌히 걸은 안홍배 교수의 열정 가득한, 새로운 형태의 우주론을 만난다.

작가정보

저자(글) 안홍배

은하 관측천문학자. 서울대학교 천문학과 1회 졸업생이자 천문학과 1호 이학박사이며, 현재 부산대학교 명예교수로 연구를 이어가고 있다. 우리나라에서 처음으로 외부은하를 관측했으며, 초신성 1993J를 최초로 동정했다. 2015년, 6,000개의 은하를 육안으로 분류한 ‘은하의 형태 분류 목록’을 작성했고 이는 전 세계 연구자들이 참조한다. 주요 연구 분야는 막대은하의 구조와 진화, 위성은하계, 은하의 형태 분류, 왜소은하의 별 생성 역사 등이다.
도쿄대학교 기소천문대 및 캐나다 도미니언천문대에서 객원연구원으로 있었고, 부산대학교에서 총장 직무 대리를 역임했다. 정년 후 동부산대학교 총장을 지냈으며 한국천문학회에서 회장 및 초대 광학분과위원장을 맡았다. 또한 천문올림피아드위원장, 용어심의위원회 위원장을 했다.
지은 책으로 《MT 천문학》 《태양계와 우주》(공저) 《구형 항성계의 진화》(공저) 등이 있으며, 옮긴 책으로 《과학의 역사》(공역) 《천문학: 한눈에 보는 우주》(공역) 등이 있다.