[공감신문] 우리가 사는 지구, 그 지구가 있는 곳이 바로 우주이다. 

우주의 나이는 약 137억9800만 년. 크기는 너무 광활해 가늠할 수 없다. 심지어 우주는 지금도 계속해서 팽창하고 있다고 한다. 우주는 존재 자체가 미스터리다. 현재 과학자들은 ‘관측 가능한 우주’만 연구하고 있기 때문에 우주의 영역을 신이라고 말한다.  

우주가 무한한지 유한한지, 정말 영화처럼 평행세계를 성립할 수 있는지 알 수는 없지만 확실하게 알 수 있는 것은 우리 눈에 보이는 우주, 밤하늘의 별을 좋아하지 않는 이는 없다는 것이다.

밤하늘을 보면서 모두가 한번쯤은 궁금해 했을 법한 가깝고도 먼 세계, 우주. 오늘 공감포스팅은 미스터리한 별들의 세계 ‘우주’에 대한 것이다.

■ 화성에서 ‘벽돌집’ 지을 수 있다?

지구와 가장 유사한 환경인 화성, 화성은 우주식민지 건설을 꿈꾸는 사람들에게 가장 인기 있는 행성이다. 최근 미국 캘리포니아 대학 연구진은 연구를 통해 화성의 토양을 이용해 벽돌을 만들 수 있는 방법을 찾았다.

기존의 벽돌은 흙을 뭉쳐 고온에 구워내는 방식으로 제작된다. 하지만 화성의 흙은 고온의 가마나 건축 장비가 없어도 벽돌을 만들 수 있다는 것이다. 

벽돌의 고분자 구조를 연구하던 연구진은 1m의 높이에서 망치를 이용해 일정한 압력을 강하면 화성의 흙이 콘크리트만큼 단단해진다는 것을 확인했다.

화성의 흙은 붉은색이다. 붉게 보이게 하는 주요 성분인 산화철이 있는데 이 성분이 흙을 서로 결합시키는 접착제 역할을 한다. 연구진은 산화철이 함유된 화성의 흙을 틀에 넣어 모양을 만들고, 망치와 같이 단단한 것으로 압력을 가하기만 하면 손쉽게 벽돌을 만들 수 있을 것이라고 말했다.

현재는 화성의 흙으로 철근 콘크리트보다 단단한 벽돌을 만드는 것에 성공했고 이제는 그 크기를 늘리는 방법을 실험하고 있다고 한다. 

미국항공우주국 NASA는 2030년쯤 화성에 유인 탐사선을 보내 500일간 머물게 하겠다는 ‘유인 화성탐사 계획’을 발표했다. 러시아도 2030년 화성에 기지를 건설할 예정이라고 말했다.

화성의 흙으로 단단한 벽돌을 만드는 것에 성공한 만큼, 누구든 화성에 정착하게 된다면 그들이 처음 짓게 되는 집은 벽돌집이 아닐까 싶다.

■ 우주에도 쓰나미가 있다. 거대한 충격파가 만든 파도, ‘우주 쓰나미’

최근 네덜란드의 레이던 천문대의 ‘앙드라 스트로에’와 ‘데이비드 소브랄’은 영국 왕립천문학회 월간 보고에서 거대한 우주 쓰나미(Giant cosmic tsunami)라고 불릴 현상을 발견했다고 말했다. 

이들은 아이작 뉴턴 및 윌리엄 허셜 망원경 등 다수의 관측 장비를 이용해 우주 쓰나미를 관측했다고 말했다. 지구에서 23억 광년 떨어진 은하단을 관측한 이들은 발견한 은하단과 은하단의 충돌 및 합체 과정에서 충격파가 발생해 우주 쓰나미가 나타났다고 말했다. 

수천 개 이상의 은하가 모인 ‘은하단’과 ‘은하단’의 충돌로 생성된 쓰나미. 우주에서 생성된 거대한 충격파가 만든 파도는 아마 우리의 상상을 초월할 것이다. 

우주에서 발생하는 은하나 은하단의 충돌은 어떤 결과를 초래할까? 우주의 쓰나미는 지구의 쓰나미처럼 그렇게 무시무시하진 않다. 은하단과 은하단의 충돌처럼 대규모의 충돌은 은하에게 새로운 활력을 부여한다.

우주 쓰나미는 새로운 별을 탄생하게 한다. 천문학자들은 망원경을 통해 은하단에 있는 은하가 수많은 새로운 별을 탄생시키는 모습을 관측했다고 한다. 

하지만 이 별 가운데 태양의 수십 배가 넘는 많은 질량을 가져가 짧은 시간 폭발을 일으켜 사라진 별들도 존재한다고 한다. 그리고 그 빈자리에는 블랙홀이 남기도 한다고 한다.

■ 명왕성 바깥에도 새로운 천체가 존재한다.
지난 4월 ‘space.com’에 따르면 미시간대 연구팀이 천체물리학 저널 레터지(The Astrophysical Journal Letters)에서 새로운 행성 '디디’(DeeDee)에 대한 연구보고서를 발표했다.

해왕성 바깥쪽에서 태양의 주위를 돌고 있는 천체들의 집합체를 카이퍼 벨트(Kuiper Belt)라고 한다. 이 벨트 근처에 명왕성이 있는데 이 명왕성보다 먼 곳에 다른 행성이 태양을 돌고 있는 것이 밝혀졌다.

디디가 태양을 한 바퀴 돌기 위해서는 1100년이 걸린다고 한다. 연구팀의 거리 측정결과, 태양과 디디간의 최장 거리는 약 1350억km로 추정되며 디디에서 발산한 빛이 지구에 도달하기 위해서는 약 13시간이 걸린다고 밝혔다.

새로운 행성 디디는 태양계 연구에 큰 변화를 가져왔다. 과학자들은 그동안 태양계의 범위를 명왕성 부근에 한정해왔다. 디디의 발견으로 명왕성 바깥에 우리가 알지 못하는 천체들이 존재한다는 사실을 추정할 수 있게 됐다.

미시건 대학 연구팀장인 데이비드 게르데스 교수는 “태양계 행성 시스템 과정에서 생겨난 또 다른 행성”이라며 “그동안 풀리지 않았던 태양계의 비밀을 밝혀낼 수 있을 것”이라고 말했다.

과학자들은 어두운 행성들은 잘 보이지 않지만 디디보다 더 먼 우주에서 비슷한 행성들이 있을 것으로 추정하고 있다. 또한 디디의 발견으로 9번째 행성이 있을 가능성도 배제할 수 없다고 말했다. 

■ 지구는 2개의 행성이 융합된 행성이다?
‘거대충돌 가설’(Giant Impact Hypothesis)을 들어본 적이 있는가? 

지구가 만들어지고 난 1억 년 후 ‘테이아’라는 미행성이 지구와 충돌했고, 이 충돌로 테이아 본체는 산산조각이 났으며 두 행성의 맨틀 상당량은 우주 공간으로 분출되었다고 한다. 이 분출된 테이아의 질량이 100년의 기간에 걸쳐 현재의 달을 형성했다는 설이다.

나사가 지원한 연구에 따르면 테이아가 정확하게 지구와 충돌을 했고, 그러면서 테이아의 많은 부분을 흡수했다는 가능성을 제기했다. 

연구를 지휘한 캘리포니아 대학의 에드워드 영은 “테이아는 지구와 달에 모두 뒤섞였다. 그리고 둘 사이에 골고루 퍼졌다.”고 논문에 밝혔다. 이 연구는 많은 이들이 믿고 있는 ‘거대충돌 가설’에 힘을 실어주고 있다.

테이아 이론을 믿는 이들은 달이 어떻게 생겨났는지에 대한 여러 과학적 가설 중에 가장 유력한 것이 ‘거대충돌 가설’이라고 주장하고 있다. 또 “테이아의 핵과 맨틀이 지구의 핵과 맨틀과 합쳐지면서 지구의 크기에 비해 핵이 큰 이유를 설명할 수 있다”고 말했다. 

■ 우주에서 가장 강력한 힘 블랙홀, 블랙홀에 출구가 있다?

블랙홀은 매우 큰 별이 수명을 다해서 폭발하고 난 후에 생긴다. 질량이 큰 별은 죽을 때가 되면 스스로 타게 되는데 그중 남은 핵이 급속히 수축하다 작아지면서 블랙홀이 형성된다.

1975년 영국의 물리학자 스티븐 호킹이 ‘호킹 복사 이론’을 발표했다. 그는 블랙홀이 서서히 입자를 방출하다 결국 증발해버리고, 이때 블랙홀이 빨아들인 물질의 정보는 나오지 못한 채 블랙홀과 함께 사라진다고 주장했다. 

이후 2004년 호킹 박사는 “블랙홀에 빨려 들어간 정보가 방출될 수 있다고 믿는다”라고 자신의 이론을 뒤집었고 2016년에는 블랙홀에 관련된 새로운 이론을 제시했다. 

스티븐 호킹 박사는 강연에서 “블랙홀에 물체가 빨려 들어갈 때 물체의 정보는 블랙홀 내부가 아니라 경계선인 ‘사건의 지평선’에 저장되는 것”이라고 말했다.

또한, 그는 블랙홀은 생각만큼 검지 않으며 영원한 감옥도 아니라고 표현했다. 블랙홀에 들어간 물체는 블랙홀 밖으로나 어쩌면 다른 우주로 나올 수 있다며 블랙홀에 출구가 있다고 말했다.

다만 블랙홀을 통과한 정보는 혼란스럽고 쓸모없는 상태로 변했을 것이라고 말했다.

호킹 박사의 이론에 따르면 블랙홀의 출구는 없는 것이 아닐까? 그는 “블랙홀에 빠졌다고 생각해도 포기하지 마세요. 나갈 방법이 있습니다.”라고 말했지만 이미 정보의 기능이 사라져버린 정보는 무슨 소용일까 싶다.

현재 우리가 관측할 수 있는 우주는 전부 과거의 우주라는 설이 있다. 우리 느끼는 햇빛은 8분 20초 전의 빛이다. 태양의 빛이 우주에서 지구까지 오는데 약 8분이 걸리기 때문이다.

우리가 보는 별 또한 그렇다. 그 빛은 우리가 태어나기도 전일지도 모르는 과거의 모습일 것이다. 머나먼 별에서 출발한 빛이 이제야 지구에 도착해 우리의 눈에 들어오는 것이다.

우주의 미스터리를 해결한다고 해도 그것은 이미 과거 우주일지도 모른다. 하지만 그럼에도 우주가 풀고 싶은 수수께끼이고 신비한 이유는 우주가 사라지면 지구가 사라지기 때문일 것이다.

우리도 우주의 일부이기에 모든 수수께끼가 풀리기 전까지 우주는 항상 과학자의 주요 연구 대상일 것이다.