천문학 콘서트

머리말_우주를 보면 세상과 인생이 보인다
글을 시작하며_우리가 우주를 사색하는 이유

제1부 사람들은 우주에 대해 어떤 생각들을 해왔을까?_ 인물과 사고의 흐름으로 보는 우주론 이야기

제1장 우주의 이정표
허공을 날아다니는 땅덩이 / 인간은 우주의 중심이 아니다 / 최초로 천상세계의 문을 열다 / 우주의 이정표를 세운 천문학자

제2장 우주를 측량하다
하늘과 땅을 통합하다 / 쉼터: 벤틀리의 역설 / “항성도 움직인다!” / 과학 발전에 기여한 유쾌한 괴짜들 / 쉼터: 광행차란 무엇인가 /

제3장 진화하는 우주
우주는 진화한다 / 천왕성 발견, 태양계를 두 배로 넓히다 / 별까지의 거리를 잰 상인 견습생 / 쉼터: 올베르스의 역설 / 해왕성 발견에 얽힌 미담과 추문

제4장 태초와 종말에 관한 이야기
태양을 해부하다 / 별들의 생로병사 / 아인슈타인의 구부러진 우주 / 은하들이 달아나고 있다 / 우주는 팽창하고 있다 /

제2부 주제로 보는 천문학 산책

제5장 사물에 대한 견해
사물의 크기 / 물질의 궁극 / 빛이란 무엇인가 / 별의 일생 / 1만2천 년 뒤엔 북극성이 바뀐다 / 하늘의 번지수 별자리 이야기

제6장 태양계 이야기
푸른 하늘 은하수 / 태양의 역사 / 태양계 가족들 / 태양계의 끝을 향하여 / 쉼터: 보이저 1, 2호

제7장 암흑물질을 찾아서
혜성, 우주의 방랑자 / 암흑물질을 찾아서 / 떠나가는 달

137억 년 전 ‘원시의 알’에서 태어난 우주는 지금 이 순간에도 엄청난 속도로 팽창을 계속하고 있다. 태초의 우주에서 원시 수소구름들이 수억, 수십억 년을 서로 뭉친 끝에 천억 개 넘는 은하를 만들어내고, 그 천억의 은하들이 지금 광막한 우주공간을 어지러이 비산하고 있는 것이다.
하늘의 수많은 별들 역시 어버이 되는 수소구름에서 태어난 것들이다. 그리고 우리 인간은 그 별의 일부로 몸을 만들고 생명을 얻어 태어났다. 별이 없었으면 인류도 없었을 것이다. 별과 인간의 관계는 그처럼 밀접하다.
우리가 현재 살고 있는 이 태양계는 약 50억 년 전에 형성되었고, 태양은 우리 은하에 속해 있는 2천억 개의 별 중 평범한 한 개의 별에 지나지 않는다. 일생의 거의 절반을 지나고 있는 태양도 50억 년 후에는 종말을 맞는다. 별도 인간처럼 태어나고, 살고, 죽는 일생이 있는 것이다. 수명이 인간하고는 비교도 안 되는 수십억, 수백억 년이나 되긴 하지만.
이런 생각들을 하다 보면, 조그만 행성 위에서 아옹다옹하며 살고 있는 우리 인류도 알고 보면 우주 속에서 참으로 외로운 존재라는 생각이 든다. 그리고 우리네 삶이란 게 얼마나 찰나의 티끌 같은 것인가를 절실히 느끼게 된다.
<글을 시작하며> 중에서, 우리가 우주를 사색하는 이유

20세기를 대표하던 두 우주론 중 먼저 정상 우주론에 대해 알아보자.
반세기 동안 대폭발 우주론과 선의의 경쟁을 벌인 정상 우주론은 영국의 호일, 본디 등이 내세운 이론으로, 우주는 넓게 보았을 때 어느 쪽으로나 등방, 균일한 것처럼 시간적으로도 예나 이제나 앞으로나 변함없이 같다는 주장이다. 우주는 시작도 끝도 없으며, 따라서 진화도 없고 이대로 영원하다는 것이다. 하지만 이들의 주장은 허블의 발견으로 난관에 부딪혔다. 허블이 관측한 바로는 우주가 팽창한다는 사실은 명백하므로 받아들이지 않을 수 없었다. 우주가 계속 팽창하면 어떻게 되는가? 우주의 물질밀도는 시간이 갈수록 낮아져가고, 마침내는 무無에 수렴될 것이 아닌가? 따라서 진화하면서도 변화하지 않는 우주가 되려면 어떻게 해야 하나? 물질이 계속 생겨나는 길밖에 없다. 그리하여 토머스 골드는 우주가 팽창함에 따라 은하 사이의 공간에서 새로운 물질이 생겨난다는 착상을 했다.
정상 우주론의 맞은편에서 강한 경쟁을 보이는 다른 우주론이 빅뱅 우주론이다. 팽창하는 대우주의 의미를 담고 있는 이 우주론은 현재 팽창 일로에 있는 우주는 사실 먼 과거 어느 한 시점에 실제로 있었던 대폭발의 결과물이라는 것이다. 1931년, 벨기에 천문학자이자 예수회 사제인 조르주 르메트르 신부는 대우주는 극단적으로 높은 밀도와 온도를 가진 물질의 응축된 방울에서 시작했다고 제안했다. ‘원시의 알’이라 할 만한 이 ‘원시원자(primeval atom)’는 대우주의 모든 물질과 복사를 포함한 것으로, 내부 압력으로 말미암아 대폭발을 일으켜 급격히 팽창하기 시작했다.
시간이 흘러감에 따라 우주의 물질은 더욱 냉각되고 은하로 응축되었으며, 은하 내부에서는 항성으로 응축되었다. 그리하여 몇 십억 년이 흐른 후 대우주는 계속된 팽창과 함께 오늘 존재하는 것과 같은 상태에 도달하기에 이른 것이다. 그러므로 이러한 팽창을 거슬러 올라가면 우주의 기원, 즉 르메트르가 ‘어제가 없는 오늘(the day without yesterday)’이라고 불렀던 태초의 시공간에 도달한다는 것이다.
<1부_사람들은 우주에 대해 어떤 생각들을 해왔을까?> 중에서, 우주는 팽창하고 있다

1781년은 천문학사에 굵은 선 하나가 그어진 해다. 태양계의 크기가 갑자기 2배로 확장되었기 때문이다. 한 아마추어 천문학자가 태양계의 제7행성, 천왕성을 발견했던 것이다. 그 행성은 토성 궤도의 거의 2배나 되는 아득한 변두리를 천천히 돌고 있었다.
천왕성 발견의 주인공은 전직 오르간 연주자로 윌리엄 허셜이라는 무명의 아마추어 천문가였다. 이 사람은 천왕성의 발견 하나로 문자 그대로 팔자를 고쳤다. 하루아침에 유명인사가 되었을 뿐 아니라, 왕립협회 회원으로 가입하고, 영국왕 조지 3세의 부름으로 궁정에서 왕을 알현하고 연봉 200파운드의 왕실 천문관에 임명되었던 것이다. 이로써 허셜은 음악가라는 직업을 벗어던지고 명실공히 프로 천문학자의 길에 들어서게 되었다. 천문학상의 발견으로 이처럼 신분의 수직상승을 이룬 예는 전무후무한 일이었다.
허셜은 처음엔 혜성이 아닐까 생각했다. 사실 혜성 발견이라 해도 천문가에겐 커다란 영예이자 대단한 쾌거가 아닐 수 없었다. 행성 발견이란 꿈에도 생각지 못한 일이었다. 당시 사람들은 태양계에는 지구를 포함해 6개의 행성밖에 없다고 굳게 믿고 있었던 터이다. 그러나 관측을 진행해감에 따라 혜성이 아님이 분명해졌다. 무엇보다 꼬리가 없었다. 그리고 천체의 운동이 원에 가까운 행성의 궤도에 따르고 있는 듯이 보였다. 혜성이라면 길쭉한 타원궤도를 따라 움직인다. 허셜은 그리니치 천문대에 이 사실을 보고했다.
<1부_사람들은 우주에 대해 어떤 생각들을 해왔을까?> 중에서, 천왕성 발견, 태양계를 두 배로 넓히다