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Jun 01. 2020
골디락 행성을 찾아서
이글을 쓴지 벌써 10년이 되간다@toronto
10여년 전만 해도 과학자들과 엔지니어들이 그래도 국가적 지원과 대접을 받으며 먼 미래의 인류를 위해 온 인생을 바치곤 했다. 하지만 유권자들의 표만을 의식하는 지지율 정치가들의 포퓰리즘과 선전 선동만 가득한 오늘날의 정치 체제에서 장기적, 전략적 접근이 요구되는 과학계와 기초 연구 분야의 연구자들인 소위 전문가들은 죄다 찬밥 신세를 면치 못하고 있는것 같다. 과학에 근거한 상식이 묽어가는 사회에선 음모론이 횡횡하고 이념논리가 판을 치며, 유사종교가 독버섯 처럼 자라날 뿐이다.
골디락 Goldirocks 은 '골디락과 세마리의 곰' 이야기에 나오는 에피소드로 물건을 고르는 데 있어서 너무 크지도 작지도 않고, 너무 뜨겁지도 차갑지도 않은, 딱 적당한 것을 의미한다. 지구와 유사한, 지구와 크기나 밀도, 온도, 대기등이 유사한 행성을 찾아가는 여정. 골디락! 너 어디 있니이이이이~~~
골디락 읎다~... (영구)
엊그제 수요일, 2011년 2월 3일은 관련 과학자들과 천문학자들에겐 매우 뜻깊은 날이었는데, 나 같은 일반인들 즉 인류의 삶의 여정에 대한 조금이나마 관심이 있는 있는 사람들에게도 대단히 반가운 날이었다. 그것은 우여 곡절 끝에 2009년 NASA 에서 발사한 위성 망원경 시스템 케플러가 분석한 데이타에 대한 중대 발표가 있었는데, 많은 관련 과학자들이 기대한 이상의 분석 결과가 나온 것이었다. 한편 지구는 인간들이 벌여 가고 있는 암울한 정치, 종교, 사회적 대결 양상 속에서 상처받은 이 혹성의 한쪽은 소빙하기를 방불케 하고 그 반대편은 노아의 방주가 필요한 듯 보이는 생태계의 처참한 몸부림에 처해 있었다. 그러한 상황에서 예상되는 유자원, 광물 및 식량 자원의 고갈 상황등 인류의 불안한 미래가 오버랩 되는 가운데 나사의 이번 발표로 인해 아직 미미 하나마 한 줄기 희망의 빛이 보이기 시작했다는데 의미가 있는 것 같다. 나사의 발표는 간단하다. '위성 망원경 케플러가 관측한 바에 따르면 지구에서 2,000 광년 정도 떨어져 위치한 별 Kepler 11에 가스와 바위들로 이루어진 여섯개의 위성체가 발견되었는데, 이들 위성들은 믿을 수 없을 컴팩트하여 그 크기가 지구와 필적할 만 하고, 위성들의 공전면이 우리의 태양계와 같이 편평한(flat) 면을 이루고 있다. 또한 Kepler 11과 가장 외곽 행성과의 거리가 태양과 수성 및 금성 사이 정도의 거리를 유지하고 있다.' New York Times는 NASA 의 발표 전 과 발표 후 케플러 미션 관련 기사를 연이어 실었는데, 통상적으로는 사이언스 섹션등에 실어오던 과학기술 관련 기사들과 달리 예외적으로 계속해서 일면에 보도하며 매우 상세한 기사를 냈다. 아마도 뉴욕타임즈 편집장이 누구 보다도 먼저 지구를 떠나 별천지로 가고 싶은 모양이다. 전 세계에 깔려있는 특파원들이 보내오는 지구 레벨의 복마전 스토리를 시시각각 접해야 하는 입장이니 왜 그런 생각이 아니 들겠는가. Gazing Through the Cosmos for Other Earths, and Other Beings 이란 고무적이고도 거창한 타이틀을 단 채로 13번째 면을 통채로 할애 했다.
아침에 통화한 이 박사는 구정 휴일도 잊은 채 곧 쏘아 올려질 한국의 인공위성 광학체계를 완성하느라 마지막 혼신의 힘을 쏟고 있었다. 7~8년 전 방문했었던 그의 연구소에서의 연구원들은 모두 저런 방진복을 입고 프로젝트를 진행하고 있었다. 프로젝트 막바지 작업에 많이 지친 나의 절친 이박사는 내가 지나가는 소리로 전화 상에서 이야기 해준 이 골디락 행성에 관한 이야기를 더 듣고 싶어 했고 그래서 지금 후다닥 정리해 보고 있는 거다. 좌간.. 이런 뜬 구름 잡는 듯한 이야기에 다른 이들이 얼마나 관심이 있을 지는 내 알 바 아니고, 오직 우리 이 박사 힘내라고 이글을 쓴다. 화이팅~!
자, 이제 본론으로 들어가 보기로 하자. 아래의 비디오는 케플러 우주 망원경 임무에 대한 상세한 소개가 되겠다.
케플러가처음 발견한 행성들에 대한 예술적 에니메이션 도 보자. 그런데 이들은 우리의 목성 보다도 큰 아주 거대한 것들이었다.
위 애니메이션에서 잘 나타내고 있는 바와 같이 케플러가 별 주위를 도는 행성을 찾아내는 과정은 Transit 방식 이라 불리는데 이는 행성이 관측하고 있는 케플러 망원경과 별 사이를 지날 때(transit), 행성의 크기에 따라 별의 밝기가 매우 미세하나마 낮아지기 때문이다.
케플러의 과학적 임무를 잠시 살펴보면,
- 여러 분광적 특성을 지니는 많은 별들의 행성들 중 지구와 유사하거나 큰 크기의 행성들을 고르고, 그 중 얼마나 많은 행성들이 지구와 거주 환경이 유사한 골디락 행성인가를 결정하기.
- 이들이 찾아졌다면 이들의 크기와 공전 궤도에 대한 레인지 결정하기.
- 다중 별 시스템에서 존재하는 행성들 찾아 보기.
- 짧은 주기로 도는 거대 행성의 공전 궤도 사이즈, 밝기, 크기, 질량 및 밀도 알아내기 등이 되겠다.
케플러 우주 망원 체계를 개발한 윌리엄 보루키는 소위 다이 하드(die hard). 절대 굴하지 않고 끝까지 달라 붙는 사람 이었다. 위스컨신에서 물리학 석사를 마치고 아폴로 달 착륙 프로그램에 참여했던 그는 이 후 광측정에 관련한 전문가가 되는데, 위에서 언급한 Transit Method 를 가지고 NASA와 한판 붙게 된거다. 즉 행성이 별 앞으로 지나갈 때, 별빛은 행성의 크기에 비례해 부분적으로 가려지게 되고 관측하는 입장에서는 별빛의 세기는 지극히 미세하나마 그 크기가 줄어 들게 되는데, 이런 상식적 물리 이론을 토대로 그는 1993년 NASA에 이러한 관측 시스템을 꾸미기 위한 지원을 요청 한다. 하지만 NASA는 "If doable, it's fabulous." .. 그게 가능하기만 하면 무쟈게 대단할텐데 말이지.. 라고 비꼬며 제안을 일축했다. 그리고 일년 뒤 같은 요청을 하는 윌리엄을 다시 퇴짜를 놓는다.그리고 또 2년이 지난 뒤 또 같은 요청을 반복하자 NASA는, 누군가가 우리 대신해서 당신한테 당신의 실험과 관련된 모든 것들이 잘못됐다는 사실을 계속해서 말해 준다면 좋겠군.. 라고 다시 염장을 지른다. 그러다 1998년 이윽고 NASA는 이 지겨운 위스컨신 대학 팀의 불굴의 의지에 질렸는지 아님 이거 먹고 떨어져라 라는 심정이었는지, 오십만불의 돈을 쥐어주며 실험에 쓰도록 했다. 이 후 뭔가가 결론이 났는 지, 2001년 NASA는 윌리엄의 위스컨신 연구팀의 Kepler Mission에 대한 approval이 드디어 떨어져 NASA의 에이미 연구소의 과업 중 하나로 추진하게 되는데 그래도 미심쩍었는지라 이 프로젝트는 NASA가 나름 확실히 신뢰하는 캘리포니아의 제트추진 연구소 JPL의 엄격한 프로젝트 관리 하에 두게 했다. 하지만 지금은 보기 좋게 역전되어 Ames 연구소의 위상이 확 높아졌다. ㅎ
위의 그림에서 달걀 노른자는 우리의 태양과 같은 별이 되겠고 작은 검은 점은 그 별 앞을 공전해 지나가는 행성이 되겠다. NASA가 이와 같은 measure 방법을 계속해서 무시했었던 이유는 이토록 정밀하게 빛 세기의 변화량을 측정해 낼 수 있느냐 하는 것이었는데, 우리의 끈질긴 과학자는 보기 좋게 성공한 것이었다. 이번에 찾아진 6개의 행성들은 2010년에 찾은 다섯개의 거대한 행성들 보다 보다 지구적 조건에 부합하는 것들이라 과학자들을 흥분의 도가니로 넣기에 충분한 것이다. NASA의 이번 수요일 발표는 우리의 태양과 같은 별의 주위를 돌고 있는 1,235개의 행성을 발견했다고 발표했는데 이 중 새로 찾아진 별 Kepler 11과 그의 6섯개의 행성에 관한 것이 하이라이트가 되겠다. 이는 Kepler 11 별과 그 주위를 도는 행성들의 크기나 별과의 거리들이 우리 지구의 경우와 많이 흡사해 거주 가능성에 대한 이른 기대와 함께 매우 주목을 받고 있다. 이전에 찾아진 별들은 너무나 크거나 혹은 별과의 거리가 너무 가까워 표면 온도가 너무 높은 등 지구인들의 서식 조건에 부합하지 못하는 경우가 대부분 이었다.
현재 Ames 연구소의 케플러 프로젝트 팀의 컴퓨터들은 케플러 망원경에서 보내오는 156,000 별의 밝기를 30분에 한 차례씩 관측하며 분석하고 있는데, 밝기가 어두어 지는 dip, 즉 행성이 지날 수 있는 가능성을 서치해 가는 것이다.
이는 사백오십만개의 별을 가진 Cygnus 와 Lyra 성운의 북쪽 단면 중에 위 그림에서와 같이 격지(grid)로 나누어 십오만여개의 별들을 동시에 관측하고 있는 것이다. 케플러 프로젝트들의 과학자들은 이미 300개 별에 대한 관측 데이타를 릴리즈 했으며 또 다른 400여개의 별들에 대한 추가 정보를 공개하기로 되어 있고 이를 많은 관련 과학자들이 고대하고 있다. 그런데 이렇게 발견된 행성까지의 거리를 생각해 보자. 수요일 발표된 케플러 11 별까지의 거리는 2,000 광년이다. 좀 줄여서 태양계와 가장 가까운 별이 가지고 있는 행성까지의 거리는 대략 20광년이 되는데 이는 잘 알다시피 빛 속도로 20년을 가야 하는 거리다. 거리감이 잘 안온다.
오래 전 NASA는 우리 태양계 탐사들 위해 보이저 1호를 보냈는데 이제 천왕성을 넘고 명왕성을 넘어 태양계 밖으로 아직도 늠름하게 날아가고 있다. 이 보이저 우주선의 속도는 시간당 39,000 마일, 즉 한시간에 서울에서 뉴욕을 두세번 왕복할 속도다. 그런데 20광년이라는 거리는 이러한 보이저의 속도로 날아 삼십만년을 날아가야 하는 거리다. 즉 30년을 한 세대로 계산해 볼때, 건강한 커플들이 절대 고장나지 않는 우주선을 타고 사랑을 해 가며 아이들을 낳고, 그 아이들이 다시 아이들을 낳고.. 이렇게 一萬 세대가 무사히 우주선을 타고 가야 도달할 수 있는 거리가 된다. 그런데 하물며 2,000광년 이라.. 즉 현재 인류의 테크놀로지 수준으로는 2,000 광년은 고사하고 20 광년 떨어진 어느 행성에 탐사선을 보내는 것도 300,000 년이 걸린다. 참고로 우리의 현생 인류가 지구상에 태동한 지 아직 채 10만년도 지나지 않았다. 그런데 30만년을 날아가야 한다고?그리고 그 곳에 무사히 도달한 탐사선이 첫 전파를 보내오는 것도 20년이 지난 다음에야 받아 볼 수 있다. 거주 가능 !!!??? 참 멀고도 먼 이야기다. 하지만 우리의 지구를 닮은, 그래서 만일 우리의 지구가 행성 차원의 문제로 더 이상 평화로운 공간일 수 없을 때 그 대안 행성으로 삼을 수 있는 곳들이 존재할 수 있다는 그 가능성을 열였다는 소식 만으로도 대단하다. 그러한 희망 하나로 우직하고, 기발하고 또 스마트한 우리 과학자들은 연구에 연구들 거듭할 것이다. 또 그러한 작은 희망에 인류의 미래가 담보되어 있음을 잘 아는 좋은 나라의 좋은 지도자는 그러한 과학자들의 연구를 지원할 것이고 그들의 업적이 대대로 이어져 언젠가는 이루어질 수 있도록 할 것이다. 일생을 바쳐 우리의 미래를 밝혀가는 수많은 과학자들의 노고와 헌신에 삼가 깊은 존경을 전해 드린다. 우리 이박사에게도 물론.. ㅎ
