태양계 끝까지 가 보자

태양의 엄청난 크기와 질량 때문에 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 태양을 중심으로 공전을 하며 태양계를 형성했다. 지구에 살고 있는 우리는 태양계의 일원임이 분명하다. 가끔씩 집을 떠나 멀리 여행을 하는 것처럼, 우리는 지구를 떠나 태양계 끝까지 가 볼 수는 없을까?

이 여행의 목적을 달성하기 위해서는 일단 지구를 떠나는 것이 문제이다. 전 세계 70억 명이 넘는 사람들은 모두 지구 표면에 붙어살고 있다. 그만큼 지구 또한 엄청난 질량을 가지고 있기 때문에 지구와 우리 사이의 만유인력 또한 상당히 클 수밖에 없다. 지구를 떠나기 위해서는 일단 지구에 의한 만유인력을 벗어나지 않고서는 불가능하다.

예를 들어 내가 아주 센 힘으로 야구공을 지구에서 벗어나게 하기 위해 하늘 높이 던진다고 가정해 보자. 아무리 세게 던지더라도 그 야구공은 몇십 미터 정도 올라갔다가 다시 떨어진다. 지구의 인력 때문이다. 나보다 훨씬 힘이 센 사람이 던져도 마찬가지이다. 이런 지구의 만유인력을 벗어나지 않고서는 태양계의 끝은커녕 지구도 벗어날 수 없다.

지구로부터 벗어날 수 있는 방법은 그럼 무엇일까? 그건 간단하다. 슈퍼맨 같은 사람이 어마어마한 힘으로 야구공을 던져서 하늘 높이 계속 올라가게 하면 된다. 어느 정도의 힘으로 던지면 될까?

이것은 간단히 계산할 수 있다. 지구와 야구공의 만유인력은 지구 중심을 향하는 구심력과 마찬가지다. 이 구심력의 크기 이상으로만 던진다면 야구공은 간단히 지구의 인력을 벗어나 지구 밖으로 날아갈 수 있다. 이 최소한의 속력을 계산하기 위해 지구와 야구공의 만유인력과 구심력을 같다고 놓고 방정식을 만들어 풀면 답이 나온다. 즉 이 답은 지구를 벗어날 수 있는 최소한에 해당하기 때문에 이것보다 조금만 더 세게 던진다면 야구공은 지구를 벗어날 수 있다. 이 계산은 2~3분이면 바로 결과를 알 수 있다. 야구공을 초속 11,200km/s 정도의 힘으로 던지면 된다.

우리가 우주선을 타고 지구를 출발한다고 해도 우주선이 이 속력으로 발사되면 우리는 쉽게 지구를 벗어날 수 있다. 야구공이나 우주선이나 그 자체의 질량은 이 속도에 영향을 미치지는 않는다. 이 속력은 1초에 무려 11,200km 날아가야 하기 때문에 실로 엄청난 것이다. 하지만 우리 인류는 워낙 능력이 있어서 이러한 우주선을 이미 오래전에 개발했다. 1969년에 인류가 최초로 달에 착륙을 했는데 그때도 이 속력으로 우주선을 발사했던 것이다.

그러나 여기서 중요한 것이 하나 빠졌다. 초속 11,200km/s는 단순히 지구를 벗어날 수 있는 속력이다. 단지 지구를 벗어난다고 해서 우리가 태양계 끝에 도달할 수 있을까? 절대 그렇지 않다. 왜냐하면 지구를 벗어나더라도 태양이라는 엄청난 질량에 해당하는 만유인력이 우리 우주선을 끌어당기기 때문이다. 비록 태양에서 지구까지 거리가 1억 5천만 km가 떨어져 있기는 해도 그 만유인력이 워낙 크기 때문에 태양에 끌려갈 수밖에 없다. 그럼 어떻게 해야 할까? 우리가 지구의 만유인력을 벗어나기 위해 초속 11,200km/s로 우주선을 발사하듯이 태양의 인력을 벗어나기 위한 속력을 감안해야 한다. 태양으로부터 1억 5천만 km가 떨어진 지점으로부터 태양의 인력을 벗어나기 위해서는 어느 정도의 속력이 필요할까? 이것도 계산해보면 몇 분 만에 답이 나온다. 바로 무려 초속 42,500km/s가 된다. 즉 지구의 인력만을 벗어나기 위해서는 초속 11,200km/s로 충분했지만, 지구에서 지구의 인력뿐 아니라 태양의 인력까지 벗어나기 위한 속력은 42,500km/s로 쏘아 올려야 한다.

이 엄청난 속력이 가능할까? 다른 방법은 없을까? 목성의 인력을 이용하면 된다. 목성은 화성 다음의 위치에서 공전하고 있어서 지구를 기준으로 하면 태양과 반대편에 있다. 그런데 이 목성의 크기와 질량 또한 엄청나다. 목성 쪽을 향해 지구에서 우주선을 발사하면 목성의 중력에 의해 태양의 반대편으로 우주선이 끌려갈 수 있다. 즉 우리는 이 목성의 질량을 이용한다면 굳이 42,500km/s라는 속력으로 발사할 필요가 없다. 목성의 질량을 넣어 계산을 해보면 우리의 우주선은 약 초속 15,000km/s의 속력으로 목성을 향하는 방향으로 우주선을 발사하면 태양계의 끝까지 갈 수 있게 되는 것이다.

자, 이제 본격적으로 태양계 끝까지 가는 여행을 시작해 보자. 우리는 멋있게 생긴 우주선에 탑승을 했다. 우주선의 이름을 “한국호”라고 이름을 짓자. 그러고 나서 우리나라 전라남도 고흥에 있는 나로 우주 센터에서 우리가 타고 있는 우주선이 초속 15,000km/s로 발사된다. 태양과 반대 방향인 태양계 끝을 향하는 쪽으로 방향을 잡고 엄청난 속력으로 수직 발사된 우리의 우주선은 하늘로 치솟기 시작해서 쭉쭉 올라간다. 그리고 얼마 지나지 않아 지구의 중력을 완전히 벗어나게 된다. 지구를 벗어난 우리의 우주선은 비록 엄청난 태양의 인력을 받기는 하지만 목성의 인력의 도움을 받아 태양으로부터 서서히 멀어져 갈 수 있다. 지구를 벗어나면 우주 공간에는 지구에서의 공기와 같은 것이 없기에 저항력도 거의 존재하지 않아 우주선의 속력이 줄어들지는 않는다. 또한 태양계 끝을 향한 방향으로 우주선이 발사되면 지구를 벗어난 우리의 우주선이 관성을 유지할 수 있어 계속해서 그 속력으로 여행을 할 수 있게 된다.

목성의 도움으로 우리의 우주선은 지구를 떠나 화성을 통과해서 목성 쪽으로 갈 수 있고, 목성과 토성, 천왕성, 해왕성과 충돌하지 않는 방향으로 그리고 우리가 이러한 행성들의 인력으로 인해 끌려가지 않는 경로를 잘 계산하여 간다면 우리의 우주선은 목성을 지나 토성의 고리를 관찰하고, 천왕성과 해왕성을 지나 태양계 끝까지 도달할 수 있다.

만약 태양계 끝을 지나면 어떻게 될까? 태양계란 태양의 인력이 미치는 공간을 말한다. 이 경계를 넘어서면 태양의 인력이 전혀 영향을 미치지 않게 된다. 따라서 태양계 끝까지 가고 나서 태양계를 아주 벗어나서 더 여행할지, 아니면 다시 지구로 돌아올지는 우리가 결정만 하면 된다. 하지만 중요한 것은 이 태양계 끝을 벗어나는 순간 태양의 인력을 받지 못하므로 다시 우리의 고향인 지구로 돌아오기는 힘들다. 만약 태양계 밖으로 갔다가 되돌아오려 한다면 그 우주선 자체의 추진력을 만들 수 있는 방법을 마련해 놓고 가야 한다. 그렇지 않다면 우리는 영원한 우주의 미아로 살아가야만 한다.

태양계 끝까지 가는 것이 상당히 어려울 것이라 생각했지만, 생각을 해보니 그다지 어려운 것도 아니었다. 우리의 인생도 마찬가지이다. 우리의 목표가 무엇인지는 나름대로 다르지만, 끝까지 가기 위해서는 어느 정도의 추진력과 방향을 잘 잡고 중간에 마주치게 되는 것들을 잘 극복하고 이용한다면 나름대로 멋진 인생의 여행을 할 수 있을 것이다. 삶이 엄청난 것 같아도 살아보면 별것도 없다.