비가 오는 날의 우주
우리는 살아있는 행성에서 살고 있습니다.
비 오는 날이 있습니다. 로컬 관측소에서는 당연히 관측이 취소되고, 숙소에 앉아 빗소리를 듣는 날. 처음에는 허탈합니다. 몇 달을 기다려 온 관측이었는데...
이 빗방울들이 어디서 왔을까요? © Getty Images하지만, 창문을 타고 흘러내리는 빗방울을 멍하니 바라보다 보면 어느 순간부터 다른 생각이 들기 시작합니다. 이 빗방울들이 어디서 왔을까요?
거슬러 올라가 보면 대충 이런 모습일 것 같습니다. 빗방울은 구름에서 왔고, 구름은 바다에서 증발한 수증기가 응결된 것이고, 바다의 물은 소행성과 혜성이 수십억 년 전에 실어온 것입니다. 지구 탄생 초기에는 지표 온도가 너무 높아 물이 액체 상태로 존재할 수 없었습니다. 태양계 초기의 격렬한 충돌이 어느 정도 잦아든 이후 소행성과 혜성이 물을 가져왔고, 그것이 바다가 되었습니다. 그 물을 이루는 수소 원자는 138억 년 전 우주 탄생 직후에 만들어진 것이고, 산소 원자는 어느 별의 핵융합로 안에서 탄생해 초신성 폭발로 우주 공간에 흩어진 것입니다. 창문을 두드리는 빗방울 하나 안에 우주의 역사가 압축되어 있습니다.
이 연결을 한 번 알게 되면 그냥 아무 생각 없이 비를 보기가 어려워집니다. © Getty Images이 연결을 한 번 알게 되면 그냥 아무 생각 없이 비를 보기가 어려워집니다.
물방울이 구름에서 떨어져 빗방울이 되는 과정은 앞서 이야기한 구름 이야기와 이어집니다. 구름 안의 작은 물방울들은 처음에는 너무 작아서 떨어지지 못합니다. 전형적인 구름 물방울의 직경은 약 10에서 20마이크로미터인데, 이 크기에서는 중력보다 공기 저항과 상승 기류가 더 크기 때문입니다. 이 물방울들이 서로 충돌하고 합쳐지면서 점점 커지고, 직경이 약 0.1밀리미터를 넘어서면 가라앉는 속도가 빨라지기 시작합니다. 가라앉으면서 더 작은 물방울들과 충돌해 더 빠르게 성장하고, 결국 공기 저항을 이기고 지표를 향해 떨어집니다. 그것이 바로 우리가 보는 비입니다. 우리가 흔히 그리는 눈물 모양의 빗방울은 실제 형태가 아닙니다. 작은 빗방울은 표면장력에 의해 거의 완전한 구형이고, 클수록 아랫면이 공기압력에 눌려 납작해지며, 너무 커지면 결국 쪼개집니다. 그 형태 변화의 전 과정이 중력, 표면장력, 공기저항이라는 서로 다른 힘들이 균형을 이루는 결과입니다.
빗소리에 대해서도 이야기하고 싶습니다. 빗소리가 어디서 나는지 생각해 본 적이 있으신가요? 연구에 따르면 우리가 듣는 빗소리의 상당 부분은 빗방울이 수면에 닿을 때 생기는 작은 공기 기포가 물속에서 진동하는 소리입니다. 빗방울이 수면에 닿으면 작은 물기둥이 솟구치고, 그 물기둥이 수면으로 돌아오면서 공기 기포를 가둡니다. 이 기포가 압축되고 팽창하면서 진동하는 소리가 물과 공기를 통해 우리 귀에 들립니다. 낮고 높은 소리가 뒤섞인 빗소리의 복잡한 질감은 기포들의 크기가 다양하기 때문입니다. 빗방울이 직접 충돌하는 소리와 이 기포의 진동 소리가 겹쳐져 우리가 빗소리라고 인식하는 것이 만들어집니다.
수없이 많은 작은 진동들이 겹쳐 만들어지는 그 소리가 왜 그렇게 편안하게 느껴지는지... © Getty Images수없이 많은 작은 진동들이 겹쳐 만들어지는 그 소리가 왜 그렇게 편안하게 느껴지는지, 과학적으로 완전히 설명하기는 어렵습니다만, 오랜 진화의 역사 속에서 비 소리가 물의 존재를, 생명의 조건을 알리는 신호였다는 사실과 무관하지 않을 것입니다.
비가 오면 흙냄새가 납니다. 이 냄새를 페트리코르라고 합니다. 토양 속 박테리아가 만들어낸 지오스민이라는 유기화합물이 빗방울이 땅에 닿는 순간 에어로졸 형태로 공기 중에 퍼지는 것입니다. 흥미로운 점은 인간이 이 냄새에 긍정적으로 반응하도록 진화했을 가능성이 있다는 점입니다. 바로, 건조기 끝에 비가 오면 식물이 자라고 먹을 것이 생긴다는 것을 수만 년에 걸쳐 학습한 조상들의 기억이 이 냄새에 대한 반응으로 남아 있다는 것인데, 비 냄새가 왠지 설레는 것이 단순한 취향이 아닐 수 있습니다.
비는 에너지도 운반합니다. © Getty Images비는 에너지도 운반합니다. 물이 증발할 때 주변에서 열을 흡수하고, 구름이 되어 응결할 때 그 열을 방출합니다. 이것을 잠열이라고 합니다. 적도에서 바다가 증발하면서 열을 흡수하고, 그 수증기가 대기를 타고 중위도나 고위도로 이동해 비가 되면서 열을 방출합니다. 비는 물만 내리는 것이 아니라 적도의 열을 극지방으로 운반하는 과정이기도 합니다. 지구의 기후 시스템이 이 열과 물의 순환을 통해 에너지를 고르게 분배하는 거대한 엔진이라는 것, 비 한 줄기가 그 엔진의 작동 증거라는 것을 생각하면 비 오는 날이 조금 다르게 느껴집니다.
비 오는 날은 관측하는 입장에서는 잃는 날이지만 꼭 그것만은 아닐겁니다. 바로, 우리가 살펴본 대로 지구가 살아 있다는 증거가 창 밖에서 내리고 있는 것이기도 할 테니까요. 화성을 생각해 봅니다.
한때 강과 바다가 있었던 그 행성에는 지금 비가 내리지 않습니다. © Getty Images한때 강과 바다가 있었던 그 행성에는 지금 비가 내리지 않습니다. 자기장을 잃고 대기가 벗겨지면서 물이 사라졌습니다. 지구에 지금도 비가 내린다는 것은 이 행성이 아직 살아 있다는 것입니다.
우리는 살아 있는 행성에서 살고 있습니다.