우주의 방랑객, 혜성도 태양계 가족이다

10, 뉴턴의 프린키피아, 우주의 방랑객, 혜성도 태양계 가족이다

Plato Won 作,모호하면 두렵다.우주를 유랑하는 우주의 방랑객, 모호한 형체를 지닌 헤성읕 옛사람이 두려워했던 이유다.지식의 모호함은 두려움이다.

태양계 행성 중에는 짧게는 몇십 년, 길게는 몇백 년,

몇십만 년을 주기로 태양 주위를 한 바퀴씩 포물선을

그리며 도는 행성도 있다. 이를 혜성이라 부르고,

혜성 중에서 76년을 주기로 도는 혜성을 과학자

핼리가 발견했다고 해서 핼리혜성이라 부른다.

뉴턴은 프린키피아에서 혜성도 태양계의 가족이고,

만유인력의 법칙에 따라 태양 주위를 공전한다는

사실을 수학적으로 밝히고 있다.

혜성은 태양이나 질량이 큰 행성에 대하여 타원

또는 포물선 궤도를 그리며 도는 작은 천체로,

태양계내에 속한다.

그러나 기다란 꼬리를 흩날리는 모양으로,

잊을 만하면 불쑥 나타나 며칠 또는 몇 주일씩 머물다가 갑자기 사라지는 혜성의 모습은 늘 정해진 길을 따라서 움직이는 여느 천체들과는 확연히 다른 모습을 보여,

옛사람들에게는 두려움과 공포의 대상이 되었다.

혜성을 뜻하는 영어 단어 'comet'이 긴 머리카락을

뜻하는 그리스어에서 유래된 것만 보아도 옛사람들이 혜성의 등장을 얼마나 불길한 암시로 받아들였는지를 알 수 있다.

아리스토텔레스는 이런 혜성을 지구 대기의 가장

꼭대기에 머물고 있는 가스가 빛을 내는 현상이다고

하였다.

뉴턴이 프린키피아에서 "혜성은 달보다 더 멀리

있으며 행성들의 영역에 있고, 따라서 태양을 향한

구심력을 받고 있는 게 확실하다."라고 하였다.

혜성이 태양을 향한 구심력을 받고 있다는 뜻은,

혜성이 태양의 만유인력을 받으면서 운동한다는

것을 의미하고, 혜성이 달보다 더 멀리 있다는 것은

아리스토텔레스의 주장이 틀렸다는 것을 강조한

것이다.

뉴턴은 혜성의 운동에 관해서 이렇게 설명하고 있다.

"혜성은 태양을 중심으로 하는 원뿔 곡선을 따라서

움직인다. 그리고 혜성에서 태양으로 그은 반지름은

시간에 비례하는 넓이를 그린다.

그리고 혜성이 그리는 원뿔 곡선은 포물선에 가까운

타원이다"

시간에 비례하는 넓이를 그린다는 것은 케플러의

2법칙을 따른다는 것으로 태양 주위를 공전한다는

것이고, 혜성이 원뿔모양으로 포물선에 가까운 타원

궤도를 그린다는 것은 그 궤도가 엄청나게 크다는

것을 말한다.

실제 혜성이 태양 주위를 한 바퀴 도는 주기는

짧게는 수십 년, 수백 년, 심지어는 수십만 년에

한 번씩 태양 주위를 도는 혜성도 있다.

뉴턴이 관측 자료를 수학적으로 분석해서

이론적으로 혜성의 존재와 운동을 입증하였다면,

뉴턴이 이론적으로 증명한 것을 실제 관측을 통해

입증한 사람은 과학자 헬리다.

뉴턴은 프린키피아에서 혜성의 궤도를 구하면

어디를 지나갈지, 얼마나 빠르게 움직일지, 궤도가

어떤 모양인지, 궤도를 한 바퀴 도는데 얼마나

걸릴지 정확히 알 수 있다고 기술하고 있다.

프린키피아를 읽은 핼리는 뉴턴의 주장이 맞을

것으로 굳게 믿고, 뉴턴이 주장한 방식에 따라

혜성의 궤도를 연구한 결과, 76년을 주기로 도는

해성이 1758년 다시 나타날 것이라고 예측했는데,

실제 그의 예측대로 혜성이 1758년 크리스마스날

나타났던 것이다.

이 혜성이 바로 핼리의 이름을 붙여 76년을 주기로

도는 핼리혜성이다. 그러나 아쉽게도 뉴턴과 핼리의

사후에 그들의 예측이 증명되었다.

결국 핼리는 그 위대한 순간을 직접 보지 못했지만

뉴턴의 만유인력의 법칙이 괴기한 모습을 한 혜성의

운동에도 적용된다는 것을 다시 한번 입증해 준

것이다.

태양계가 속해 있는 '우리 은하'는 지름이 약 10만

광년 정도이고, 두께는 만 5천 광년 되는 막대 나선

은하 모양을 하고 있다.

광년은 천문학에서 사용하는 거리단위로, 빛의 속도

로 1년을 날아간 거리를 말한다. 빛은 1초에 지구를

일곱 바퀴 반을 도니, 대략 1광년은 10조 km의

거리를 말한다. 태양계가 속하는 우리 은하의 크기가

얼마나 광활한지 짐작만 할 뿐이다. 우리 은하에는

수천 억 개가 넘는 별들이 있고, 우주에는 다시

은하계가 수천 억 개 이상이 존재한다고 한다.

그 우주에서 '우리은하계'에 그 '우리은하'에서

지구라는 행성에 인간이 살고 있으니, 인간이 밟고

있는 땅덩어리는 우주의 한 점 먼지도 안 되지만

인간의 상상력과 호기심으로 인간은 끝없이 펼쳐

진 우주 전체를 내다보고 있는 것이다.

우리 은하의 가운데 부분은 오래된 별들이 공처럼

모여 있는 중심핵이 있고, 구 주위를 상대적으로

젊은 별과 가스, 먼지 등으로 이루어진 나선들이

원판 디스크 모양으로 회전하고 있다.

태양계는 중심부에서 약 2만 6천 광년 떨어진

오리온 자리에 있으며, 2억 3천만 주기로 우리 은하

중심을 공전하고 있습니다.

우리 은하의 나이는 우주 나이인 137억 년에 매우

근접한 것으로 여겨지고. 4000억 개의 별이 있는

것으로 추정하고 있다.

은하 안에 별들은 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀

주위로 공전하고, 우리 은하 주위에는 20~30여 개의

은하가 모여 있는데 이를 '국부 은하군'이라 한다.

그중에 비교적 큰 은하는 '우리 은하'와 '안드로메다

은하', '삼각형자리 은하'가 있다. 각각의 지름은 22만 광년, 6만 광년 정도이다.

삼각형자리 은하는 이웃하는 안드로메다 은하에

중력적으로 속박되어 아주 긴 궤도를 따라 천천히

공전하고 있으며, 이미 안드로메다 은하 쪽으로 별과

가스의 유출 현상이 나타나고 있어 장차 안드로메다에 흡수, 합병될 가능성이 큰 것으로 여겨진다.

우리 은하와 안드로메다 은하는 비슷한 시기에 태어나 비슷한 발달 과정을 거쳐온 형제 은하일 것으로 추측되고 있고. 현재 두 은하는 서로 간의 중력의 영향으로 점점 가까워지고 있으며, 향후 30~40억 년 이내에 충돌하여 결국에는 하나의 초거대 타원 은하로 새로 태어날 것으로 예상되고 있다.

중세 시대 천동설과 지동설로 논쟁했을 때 인간의

시야는 행성이 태양 주위를 도는지 태양이 지구 주위를 도는지를 따지던 단계에서, 현재는 태양계 외의 세상이 있고, 그 태양을 포함하는 우리 은하, 그보다 더 큰 은하들, 그보다 더 큰 은하단들까지 파악, 연구하는 단계까지 비약적인 발전을 하게 된 데에는 뉴턴이 그 시발점이라고 할 수 있다.

인간은 뉴턴의 상상력과 호기심으로 생각열기 확장

을 한 결과, 괴물체 같았던 우주의 방랑객 혜성도

태양계의 가족으로 뉴턴의 만유인력의 법칙하에 포물선을 그리며 태양 주위를 돈다는 사실도 알았고, 장차 태양계 너머에 또 다른 수많은 은하계와 무한한 우주가 펼쳐져 있음을 알게 되었다.

"나는 바닷가 모래에서 조그마한 조약돌 하나를

가지고 놀았을 뿐. 저 깊은 심연의 바다에 무엇이

있는지는 알지 못한다."

뉴턴의 마지막에 남긴 유명한 이 말처럼

뉴턴이 상상력과 호기심으로 진리의 바닷가에서

조그마한 조약돌 하나를 가지고 놀았을 뿐인데,

인류는 뉴턴의 생각열기로 뉴턴 자신도 알지 못했던

저 심연의 바닷속에 꽁꽁 숨어 있는 우주의 비밀을

하나둘씩 캐내어 가고 있는 것이다.

우주속에서 먼지보다도 작은 땅을 밟고 사는 인간은

육체의 몸집은 키울 수 없으니,상상력과 호기심으로

생각의 몸집을 키워,패럴랙스가 제작한 생각열기

우주선을 타고 우주 끝으로 날아가, 언젠가는 신을

알현할 날을 맞을 것이라 믿는다.

신이 인간을 창조하면서 실수로 인간에게

호기심과 지루함을 동시에 선물하였으니,

인간은 지루함을 참지못하는 조급함으로 실수를

연발하다가도,호기심의 발동으로 끊임없는 상상의

나래를 펼쳐 신의 영역에 도전하고 있으니,

신은 자신의 실수로 머지않아 인간과 대면할 날이

멀지 않았음을 직감하고 있는 것이다.

인간은 상상력과 호기심이라는 에너지로

혜성보다 훨씬 더 큰 포물선을 그리며 우주를

여행하는 또다른 천체다.

Plato Won