▼ 인류의 희망, 우주 2019년에 시작된 코로나바이러스는 변종을 거듭하며 여전히 사라지지 않고 인류를 위협하고 있다. 하지만 그 와중에도 사소한 희망은 새록새록 생겨났고, 이제 엔데믹을 조심스레 기대하고 있다. 희망을 찾으려는 인류에게 용기를 준 것은 어쩌면 눈만 들면 쉽게 볼 수 있는 하늘이었는지도 모른다. 하늘은 언제나 그 자리에서 오랜 세월 희망의 상징처럼 있었기 때문이다. 하늘을 보고, 관찰하는 일은 수천 년 동안 인류에게 중요한 일이었다. 2021년 크리스마스에 천문학계에는 큰 사건이 있었다. 바로 제임스 웹 우주망원경이 발사되어 우주를 좀 더 섬세하게 볼 수 있게 된 것이다. 바이러스에 지친 지구인에게 미지의 세계인 우주를 보는 건 마치 선물 같았다. ▼ 과학, 우주를 들여다보다 아는 만큼 보인다는 말이 있다. 어떤 대상에 대해서 알고 있으면 그 대상에 대해서 무엇을 보아야 할지 알고 있기 때문에 그 대상을 잘 살펴볼 수 있다는 말이다. 하지만 천문학은 반대로 보이는 만큼 안다고 할 수 있다. 그래서 인류는 끊임없이 우주를 보려고 노력해왔다. 우주를 보려면 두 가지 방법이 있다. 지구에서 살펴보거나 직접 우주를 방문하는 것이다. 두 가지 모두 과학적 결과치가 없으면 불가능한 일이다. 그래서 인류는 우주를 볼 수 있도록 망원경의 크기를 계속 키워왔다. 지구에서 우주를 볼 수 있는 광학 망원경은 약 35년에 2배 정도씩 커졌다. 앞으로 2030년대가 되면 30m급 망원경이 만들어질 예정이다. 우주로 보내지는 망원경 역시 기술이 축적되면서 점점 선명하고 상세한 우주의 모습을 담을 수 있게 되었다. ▼ 태곳적부터 품어온 의문에 해답을 찾는 천문학 천문학은 인간이 궁극적으로 품어온 질문인 ‘지금’이 언제이며, ‘나는 어디에 있는지’를 알려주는 유일한 학문이라고 할 수 있다. 천문학으로 유명한 미국 칼텍의 시조이자 팔로마천문대를 건설한 천문학자 조지 엘러리 헤일은 ‘천문학자가 앞으로 무엇을 밝혀낼지 지금 말할 수 있다면, 그런 것들은 별로 중요한 발견에 속하지 않는다’고 말했다. 펜지아스와 윌슨이 하늘 전체에서 오는 전파 잡음을 제거하려고 망원경에 올라가 비둘기 배설물을 치웠을 때 그들이 빅뱅 이론의 결정적 증거를 발견해 우주와 인간의 기원을 말해 줄 것이라고는 누구도 상상하지 못했다. 지금까지의 천문학은 우리가 걸어온 길에 대해 답하려 했다. 이제는 우리 인류가 어디로 가야 하는지에 대한 길을 보여줄 차례다. 그에 대한 답이 저 광활한 우주에 있다. 과학재단 KAOS는 ‘과학, 지식, 나눔’을 모토로 대중이 과학을 좀 더 쉽게 이해하고 즐기게끔 노력하는 단체다. 매년 상반기와 하반기로 나누어 선정된 과학 주제로 10회에 걸쳐 강연한다. ‘렉처 사이언스 KAOS’ 열세 번째 주제는 《스페이스 오페라》이다. 우주관측, 태양계의 기원, 외계행성, 지구멸망, 별, 은하해부, 가상 우주, 외계생명체 그리고 21세기 천문학 등 인류가 꿈꾸는 우주를 함께 보는 특강이다. 1강 ‘보이는 만큼 안다’에서는 임명신 교수가 망원경의 대형화와 함께 한 천문학의 발전에 대해 알려준다. 2강 ‘태양계의 기원과 탐사’에서는 심채경 박사가 누구나 태양계 여행을 할 수 있는 뉴스페이스 시대가 도래했음을 알려준다. 3강 ‘외계행성: 태양계 너머의 세상’에서는 권우진 교수가 외계행성 관측의 중요한 의미 중 하나인 외계생명체의 가능성을 찾는 외계행성탐사를 안내한다. 4강 ‘지구멸망 시나리오’에서는 조중현 센터장이 공룡 멸종의 원인이 되었던 소행성 충돌 같은 사건이 현실에서는 일어나지 않을 거라 안심시키고 있다. 5강 ‘별, 그 위대한 삶의 이야기’에서 김용철 교수가 이야기해주는 별의 생애와 비밀을 이해하면 하늘의 별들이 더 특별해진다는 걸 느끼게 된다. 6강 ‘무거운 별: 초신성, 중성자별, 블랙홀의 모체’에서 윤성철 교수는 별 중에서도 무거운 별의 짧지만 위대한 일생을 들려준다. 7강 ‘은하해부학’은 정애리 교수가 말하는 은하의 정의부터 진화까지 현대인을 위한 은하 입문서다. 8강 ‘컴퓨터 시뮬레이션으로 구현한 가상 우주와 은하’에서는 신지혜 박사가 정교한 수치모형과 슈퍼컴퓨터를 통해서 밝혀내는 우주의 비밀에 대한 말한다. 9강 ‘외계생명체 미니 강연과 토론’에서는 이명현 박사와 이유경 박사 그리고 윤성철 교수가 외계 생명체를 각각 다른 탐구 방법으로 찾는 과정을 소개한다. 10강 ‘SPACE OPERA 에필로그 21세기 천문학’에서 이석영 교수는 137억 년 우주 역사와 그 400억 광년 역사를 통해 우리가 어떤 대답을 할 수 있는지를 말하고 있다.

머리말 004 LECTURE 01 보이는 만큼 안다 우주를 관측하는 첫 번째 방법, 안시관측 / 016 망원경으로 보게 된 우주 / 018 대형 망원경의 등장 / 022 다파장 천문학 / 024 보이는 만큼 알 수 있는 우주 / 027 우주를 보는 새로운 창, 다중신호 천문학 / 031 천문학이 밝혀준 것은 무엇일까? / 034 Q&A / 037 LECTURE 02 태양계의 기원과 탐사 우주 탄생의 신비를 품은 소행성 / 042 달의 탄생 / 046 태양계 탐사선 / 047 인류의 우주 탐사 / 050 대한민국, 우주 탐사에 동참하다 / 052 새로워진 태양계 탐사 / 054 Q&A / 059 LECTURE 03 외계행성: 태양계 너머의 세상 외계행성을 찾아내는 시선속도 측정법 / 064 두 번째 방법, 성면횡단 관측법 / 069 세 번째 방법, 미세중력렌즈 / 074 네 번째 방법, 직접 촬영법 / 075 현재까지 확인된 외계행성 / 077 외계행성의 과거 / 079 Q&A / 083 LECTURE 04 지구멸망 시나리오 다양한 지구멸망 시나리오 / 089 우주 위험 / 090 지구에 떨어진 우주 운석 / 093 지구를 지켜라 / 096 우리나라는 어떻게 대응하고 있는가 / 100 우주환경 감시기관은 무슨 일을 하나 / 102 Q&A / 105 LECTURE 05 별, 그 위대한 삶의 이야기 별 빛에 숨겨진 비밀 / 110 별의 색깔과 밝기가 알려주는 비밀 / 113 별은 어떻게 빛을 내는가 / 118 별의 특성 정리하기 / 122 별의 탄생, 성장 그리고 죽음 / 125 Q&A / 130 LECTURE 06 무거운 별: 초신성, 중성자별, 블랙홀의 모체 무거운 별의 정의와 성질 / 134 무거운 별과 은하의 성질 / 139 무거운 별의 진화 / 142 초신성 폭발 / 148 감마선 폭발체 / 152 무거운 별의 다양한 진화 경로 / 153 무거운 별과 원소의 기원 / 155 Q&A / 158 LECTURE 07 은하해부학 수천 억 개의 은하가 존재하는 우주 / 165 관측으로 살펴본 은하의 특성 및 구성 / 166 은하의 역학적인 특성과 은하 저울 / 172 은하, 너의 이름은? / 173 은하의 나이 / 175 은하의 특성 변화를 유도하는 다양한 요인들 / 177 먼 거리의 은하 그리고 향후 은하 연구 / 180 Q&A / 184 LECTURE 08 컴퓨터 시뮬레이션으로 구현한 가상 우주와 은하 은하와 우주를 이해하기 위한 노력 / 190 거대한 우주 속 다양한 은하 / 193 우주배경복사 / 195 시뮬레이션이란 / 197 암흑물질 / 200 우주론적 중력진화 시뮬레이션 / 203 우주론적 유체역학 시뮬레이션-바리온 물리학 / 206 현대우주론과의 관계 / 209 Q&A / 211 LECTURE 09 외계생명체 미니 강연과 토론 1 외계지적생명체 탐색 외계지적생명체의 흔적을 찾는 과학적인 방식 / 217 브레이크스루 프로젝트 / 219 태비의 별 / 221 외계생명체를 찾는 끊임없는 노력 / 224 2 외계생명체의 가능성 극한생명체 화성에는 정말 외계인이 있을까? / 226 정말 화성에는 생명체가 없을까? / 228 3 내가 외계인을 상상하는 이유 상상 가능한 외계생명 / 236 자연법칙에 따른 제한조건들 / 240 지적인 외계인은 어떤 모습일까? / 243 끝나지 않은 코페르니쿠스 혁명 / 247 Q&A / 249 LECTURE 10 SPACE OPERA 에필로그 21세기 천문학 인류, 우주로 가다 / 252 우주 팽창의 역사 / 255 조화 모형 / 261 은하의 형성 / 265 별의 최후 / 268 천문학, 궁극의 질문 / 269 Q&A / 273 그림출처 / 276 찾아보기 / 281

2019년, 사건지평선 망원경이 5천만 광년 떨어져 있는 은하의 중심부에 있는 블랙홀 모습을 촬영한 결과가 발표되었습니다. 이는 블랙홀이 실제로 존재한다는 것을 직접적으로 보여주는 역사적인 관측이었습니다. -30p 끊임없는 충돌과 용융, 증발 등이 계속 반복되면서 차츰 지금의 태양계에 가까운 모습을 갖추게 됩니다. 행성들이 생겨났고, 우리가 타임캡슐이라고 부르는 수많은 소행성과 혜성들이 존재하게 되었습니다. -45p 인류는 달보다 더 멀리 더 새로운 곳으로 눈을 돌린 것입니다. 그래서 화성과 금성에 많은 탐사선을 보냈고, 목성과 토성을 탐사했습니다. 천왕성과 해왕성 근처에서 근접 사진도 찍고, 카이퍼 벨트 천체도 탐사했습니다. 그렇게 인류는 태양계에 대해 점점 많은 지식을 얻게 된 것입니다. -52p 인류는 오랫동안 과연 우주에 우리 혼자인지, 아니면 다른 생명체가 존재하는 또 다른 행성이 있는지에 대한 물음에 답하기 위해 노력해왔습니다. 그러던 중 1995년에 천문학자 미셸 마요르Michel Mayor와 디디에 쿠엘로Didier Queloz가 최초로 외계행성을 발견합니다. -64p 우리나라 역시 외계행성 탐색을 진행하고 있는데, 한국천문연구 원에서 운영 중인 한국외계행성탐색시스템KMTNet이라는 천문대를 이용해 활발하게 연구하고 있습니다. -75p 지구멸망을 추정하는 데는 여러 단계가 있습니다. 첫째, 지구가 완전히 폭파되는 것입니다. 지구가 어떤 큰 외력에 의해 완전히 쪼개지는 것입니다. 두 번째는 지구상에 있는 생명체가 완전히 멸절되는 멸망입니다. 세 번째는 다른 생명이나 지구는 그대로인데 인류만 멸망하는 것입니다. -89p 사람들은 도시에서는 별이 보이지 않을 것이라고 생각합니다. 하지만 고개를 들어 밤하늘을 보면 별은 항상 그 자리에서 그렇게 빛을 내고 있기 때문에, 거의 어디서든 별을 볼 수 있습니다. -110p 별과 별 사이의 공간에 있는 구름이 뭉쳐 별이 되고, 별로 빛을 발하며 살다가 에너지를 다 소진하고 나면 다시 우주 공간으로 흩어집니다. 우주 속에서 무한히 반복되는 현상입니다. -129p 나선 은하에서 밝고 뜨거운 푸른 별인 무거운 별이 발견된다는 것은 비교적 최근에 별이 만들어졌다는 걸 뜻합니다. 즉 별 탄생이 지금도 진행되고 있다는 의미입니다. 반면 타원 은하에서 무거운 별이 발견되지 않는다는 사실은 더 이상 그곳에서 새로운 별들이 탄생하지 않는다는 것을 암시합니다. -141p 우주에 존재하는 수천 억 개의 은하가 처음부터 거대한 중력계로 인식되었던 것은 아닙니다. 1900년대 초만 하더라도 성운과 은하의 모습을 잘 구분할 수 없었습니다. 태양과 달의 물리적인 크기는 매우 다르지만 거리 차이로 인해 두 천체는 하늘에서 비슷한 크기로 인식됩니다. -165p 우주의 역사를 통해 은하가 별을 형성하는 효율은 시간에 따라 변해왔습니다. 따라서 은하들의 특성 변화와 더불어 우주의 진화를 파악하기 위해서는 거리가 먼 은하에 대한 연구가 중요합니다. -180p 과학자들은 우주와 은하를 이해하기 위한 노력의 일환으로 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하고 있습니다. 인류는 오랜 시간 자연스레 밤하늘을 올려다보면서 만물의 근원에 대해 궁금해왔습니다. 인류가 세계와 우주를 바라보는 시각은 다양한 방식으로 성찰되어 왔는데, 이제는 과학이라는 지식 체계로 그런 질문에 답하는 시점에 도달했습니다. 하지만 밤하늘에 보이는 은하수가 우리 지구가 속한 우리은하라는 사실을 알게 된 것은 그리 오래되지 않았습니다. -190p 인류가 현재 갈 수 있는 달이나 가까운 시일 내에 갈 수 있을 것으로 예상되는 화성과 가장 가까운 환경이 바로 극지입니다. 그래서 극지에서 살고 있는 생명체가 어떻게 보면 외계에 생명체가 살고 있다는 실마리 또는 희망이 될 수 있다고 생각합니다. -216p 극한 환경을 견디는 다양한 생물이 있지만 화성에서 생존할 수 있는 제1호 생물을 꼽으라고 하면 곰벌레로 알려진 완보동물을 선택하겠습니다. 완보동물은 하나의 종이 아니라 1,300종 이상 많은 종으로 이루어진 거대한 생물군입니다. -232p 진화라는 현상을 그저 무작위적인 우연이 지배하는 현상이라고 오해하는 경우가 많은데, 생명의 진화 역시 자연법칙에 지배를 받습니다. 이러한 근거에서 우리는 외계인이 어떠한 모습을 하고 있을지 상상해볼 수 있습니다. -238p 우주는 138억 년이라는 광대한 역사를 통해 꾸준히 환경을 만들고, 그중 극히 일부의 환경에서 생명이 태어나고, 또 그중 극히 일부가 지적생명체가 되어 이 모든 내용을 이해하고 감탄합니다. 생명의 기본 원소 중 수소는 우주 초기 3분 동안 모두 만들어졌고, 나머지 5개의 원소는 모두 수많은 이름 모를 별들이 탄생하고 소멸하며 제공한 것입니다. -269p