별이 빛나는 우주의 과학자들 - 지구 너머를 꿈꾼 우주 발견의 역사(방과 후 인물 탐구 12)

우주여행을 꿈꾼 로켓 덕후, 허블 우주 망원경의 어머니…

몽상가에서 개척자가 된 8명의 무한 도전

"세상을 넓힌 우주 대스타들이 온다"

 

인류는 오랫동안 우주를 꿈꿔 왔다. 별이 얼마나 멀리 떨어져 있는지, 우주의 끝은 어디인지를 궁금해하며 우주를 직접 확인할 날을 기다려 왔다. 오늘날 우리는 우주 망원경으로 지구 대기권의 방해 없이 천체를 관찰하고, 별과의 거리를 계산해 우주 왕복선을 하늘로 올려 보내고 있다. 바야흐로 우주 탐사 시대에 이르러 이 책은 광활한 우주의 신비를 파헤친 과학자들의 이야기를 다룬다.

아무도 가본 적 없는 길을 걷는다는 것은 때로는 비난을 감수해야 하는 일이기도 하다. 이 책의 나오는 인물들 역시 과학자의 삶에 찬란한 빛만이 가득했던 것은 아니다. 허블 우주 망원경 계획을 이끌었던 낸시 그레이스 로먼은 우주에 망원경을 띄우는 건 돈 낭비라는 소리를 숱하게 들어야 했다. 로켓 공학의 기틀을 마련한 콘스탄틴 치올콥스키는 금속으로 만든 우주선을 생각해 냈지만 너무 무거워서 절대 하늘에 뜰 수 없을 거라는 비난에 부닥쳐야 했다.

불가능을 꿈꾸는 사람은 흔히 몽상가 취급을 받는다. 그러나 새로운 발견은 언제나 불가능을 두려워하지 않고 꿈꾼 자들의 몫이었다. 인류에게 우주여행이라는 미래를 활짝 열어 준 과학자들의 삶을 한 명씩 따라가 보자. 과학이란 어두컴컴한 밤하늘 속에서도 별을 찾는 사람의 마음과 크게 다르지 않다는 것을 알게 될 것이다.

[목 차]

 

1. 별은 기체로 이루어져 있다 _ 세실리아 페인

남몰래 플라톤을 읽던 외골수 소녀 | 번개 내리치듯 찾아온 천문학자의 꿈 | 별빛의 재료를 최초로 확인하다 | 페인의 눈으로 바라보는 별들의 세상

[놀라운 우주 이야기 - 스펙트럼 관측으로 외계 생명체 추적하기]

 

2. 별과의 거리를 가늠하다 _ 헨리에타 스완 레빗

하버드 천문대의 컴퓨터가 되다 | 변광성과의 운명적 만남 | 우주의 지도를 그릴 수 있게 한 레빗의 법칙 | 무시당하던 컴퓨터, 천문학의 역사를 이끌다

[놀라운 우주 이야기 - 제임스 웹 우주 망원경이 검증한 레빗의 법칙]

 

3. 우주는 거대하고 끊임없이 팽창한다 _ 에드윈 허블

어린 시절의 꿈을 잃지 않은 덩치 큰 소년 | 천문학의 ‘대논쟁’을 끝내다 | 우주 공간은 계속 팽창한다 | 묘비 대신 우주 망원경에 이름을 남긴 천문학자

[놀라운 우주 이야기 - 우주 팽창의 미스터리, 허블 텐션]

 

4. 별의 최후를 상상해 내다 _ 수브라마니안 찬드라세카르

사랑하는 어머니를 떠나 영국으로 | 배 안에서 홀로 상상해 낸 별의 최후 | 외로운 유학생에서 노벨상 수상자로 | 우주는 점점 더 빨리 팽창한다

[놀라운 우주 이야기 - 중성자별 너머를 고민한 오펜하이머]

 

5. 블랙홀의 존재를 증명하다 _ 스티븐 호킹

당돌하고 호기로웠던 청년 | 블랙홀은 태초의 우주를 닮았다 | 백조자리 X-1에 건 장난스러운 내기 | 대통합 이론으로 한 발짝 나아가다

[놀라운 우주 이야기 - 블랙홀이 에너지를 방출한다고?]

 

6. 암흑 물질의 증거를 발견하다 _ 베라 루빈

학회를 떠들썩하게 만든 젊은 엄마 | 은하 외곽 별들의 빠른 회전을 포착하다 | 암흑 물질의 존재를 확신케 한 루빈의 연구 | 우주의 보이지 않는 손, 암흑 물질

[놀라운 우주 이야기 - 암흑 물질의 새로운 증거, 총알 은하단]

 

7. 우주여행의 과학적 기초를 세우다 _ 콘스탄틴 치올콥스키

마을 도서관에서 우주를 꿈꾸다 | 로켓 과학의 기초를 세우다 | 지구 바깥을 꿈꾼 최초의 과학 연구 | 소련이 사랑한 과학자 | 지구라는 안락한 요람 바깥을 향해

[놀라운 우주 이야기 - 태양 빛으로 나아가는 새로운 우주선]

 

8. 허블 우주 망원경 계획을 이끌다 _ 낸시 그레이스 로먼

새로운 차원의 천문학을 꿈꾸다 | 허블 우주 망원경의 어머니 | 우주 망원경 수리 대작전 | 허블 우주 망원경이 열어젖힌 세계

[놀라운 우주 이야기 - 차세대 우주 망원경, 칼 세이건 천문대]

 

교과 연계

참고 자료

 

[본 문]

 

모두가 별도 지구처럼 주변에서 흔하게 볼 수 있는 마그네슘, 철과 같은 무거운 원소로 이루어져 있을 것으로 생각했거든. 이러한 이론을 ‘균일성 가설’이라고 해. 천문학자 에딩턴이 강하게 주장했던 가설이지. 페인에게 천문학자라는 새로운 꿈을 심어 주었던 그 천문학자 말이야. 그런데 에딩턴을 보고 천문학자가 된 페인은 첫 번째 연구에서부터 에딩턴의 가설을 정면으로 반박하는 충격적인 증거를 발견한 거야. 뜨겁게 달궈진 채 밝게 빛나고 있는 금속 덩어리인 줄 알았던 별이 사실은 수소와 헬륨으로 채워진 가스 덩어리였다는 것을 말이야! 페인은 별이 대체 어떻게 빛나고 있는 건지, 그 재료가 무엇인지를 처음으로 확인한 거지.

- 〈별은 기체로 이루어져 있다 _ 세실리아 페인〉 21쪽

 

밝기가 변화한다는 것 자체는 겉보기 밝기만 봐도 알 수 있어. 굳이 절대 밝기로 비교할 필요가 없지. 그리고 밝기가 변하는 주기 역시 겉보기 밝기의 변화만으로도 파악할 수 있어. 이렇게 관측으로 파악한 변광 주기를 레빗의 법칙에 대입만 하면, 변광 주기에 비례해서 밝아지는 별의 실제 밝기를 알아낼 수 있는 거지! 그러면 하늘에서 보이는 겉보기 밝기와 절대 밝기를 비교해서 별까지의 거리를 쉽게 구할 수 있어. 즉 레빗의 법칙은 거리를 알지 못하는 별의 절대 밝기를 따로 구할 수 있게 해 주는 중요한 단서야.

- 〈별과의 거리를 가늠하다 _ 헨리에타 스완 레빗〉 39~40쪽

 

우주가 계속해서 팽창한다면 과거의 우주는 어땠을까? 시간을 거꾸로 거슬러 올라간다면 우주는 덜 팽창했고, 지금보다 더 작은 상태였을 거야. 과거로 갈수록 우주는 더 수축된 상태일 거고. 그렇다면 언젠가 우주의 모든 물질과 에너지가 한데 모여서 더 이상 수축시킬 수 없는 시점도 있었겠지. 천문학자들은 바로 이때가 우주가 탄생한 최초의 순간, ‘빅뱅’이라는 생각을 하게 되었어. 허블이 발견한 은하들의 후퇴 현상 그리고 우주 시공간의 균일한 팽창은 바로 오늘날 우주의 탄생을 이야기하는 빅뱅 이론의 첫 단추가 되었던 거야.

- 〈우주는 거대하고 끊임없이 팽창한다 _ 에드윈 허블〉 59쪽

 

치올콥스키는 미사일이 날아가는 원리를 활용하면 로켓을 우주로 날릴 수 있다고 생각했어. 미사일은 그 안에 들어 있는 연료가 타면서 뒤로 가스를 배출해. 연료가 배출되는 반대 방향으로 미사일은 빠르게 힘을 얻지. 모든 물체는 힘을 가하면 정반대 방향으로 같은 힘을 받게 된다는 ‘작용 반작용의 법칙’을 활용한 거야. 치올콥스키는 미사일처럼 기다란 통 안에 연료를 넣고 빠르게 태우면서 뒤로 에너지를 내뿜게 할 수만 있다면 충분히 빠른 속도로 힘을 얻어 하늘로 올라갈 수 있다고 생각했어. 정확하게 오늘날에도 쓰이고 있는 로켓의 가장 기본적인 원리야!

- 〈우주여행의 과학적 기초를 세우다 _ 콘스탄틴 치올콥스키〉 126쪽

 

하지만 아폴로 계획에 이미 거금을 투자한 NASA와 미국 의회는 한동안 예산을 아끼려고 했어. 우주 망원경의 지름을 1.5미터로 확 줄여 버리려 했지. 로먼은 여기저기를 바쁘게 오가며 여러 과학자와 엔지니어, 의원들을 설득했어. 결국 허블 우주 망원경에 들어갈 거울의 지름을 2.5미터로 정하기로 타협을 봤지. 당시 의회에서 로먼은 이렇게 이야기했다고 해.

“모든 미국인이 하룻밤 영화관에서 쓸 돈만 낸다면, 미국인 모두가 15년간 환상적인 발견을 볼 수 있을 겁니다.”

하지만 로먼의 당찬 약속은 틀렸어. 허블 우주 망원경은 15년이 아니라 30년 넘도록 놀라운 발견을 계속 보여 주고 있으니까 말이야.

- 〈허블 우주 망원경 계획을 이끌다 _ 낸시 그레이스 로먼〉 147쪽