“볼륨을 높여라! 오늘, 새로운 우주 소식이 전파를 탄다!” <별이 빛나는 밤에>보다 재미있는 <천문학 라디오 스타> 천문학자, 인기 라디오 DJ가 되다! 요즘처럼 일반인들이 과학을 이해하기 위해 노력하고, 과학자들이 일반인들에게 과학을 전달하기 위해 노력하는 때는 없었다. 과학 다큐멘터리, 과학 교양서, 과학 기사들이 쏟아지고 있으며, 그만큼 과학에 목말라하는 일반인들도 많아졌다. 하지만 여기에는 자연과학과 인문과학이라는 쉽게 넘을 수 없는 간극이 있다. 이 간극을 유쾌하게 넘나들며 활약하는 과학자가 있다. 바로 프레드 왓슨이다. 그는 쿠나바라브란에 있는 앵글로-오스트레일리안 천문대를 책임지고 있는 천문학자로, ABC 시드니 방송사의 <브렉퍼스트 쇼 Breakfast Show>에 출연해 천문학에 대한 시청자들의 질문에 답한 것을 계기로 인기를 얻어, ABC 라디오 방송에서 수년 동안 천문학 지식을 전달해왔다. 이 책은 그가 전화나 이메일로 보내온 청취자들의 질문 148가지에 대해 답변한 것들을 한데 엮은 것이다. 그러므로 이 책에 담긴 내용은 철저히 청취자(일반인)가 알고 싶어 한 것들이지, 결코 과학자들이 알려주고 싶어 하는 것들이 아니다. 저자 프레드 왓슨의 장점은 ‘우쭐대지 않고 말하는’ 능력에 있다. 그는 자신의 전문 지식을 과시하지 않으며, 자신이 대단한 학자라는 사실을 뽐내지 않는다. 아주 복잡한 질문에도 당황하는 법이 없으며, 아주 기본적인 질문에도 성심성의껏 답해준다. 자세하고도 명확한 설명, 유머, 현란한 말솜씨 등을 활용해 그의 설명을 듣는 순간 청취자들이 자신도 모르게 과학의 세계로 들어가도록 만든다. 그의 설명을 듣다 보면, 흐리멍덩하던 머릿속 안개가 어느새 걷히고 우리도 충분히 과학지식 사회의 일원이 될 수 있다는 자신감이 생긴다. 프레드 왓슨은 우리를 과학이라는 새로운 세상으로 건널 수 있게 도와주는 다리 역할을 해주는 과학자다. “어쩌면 천문학은 정말 미친 학문인지도 모른다. 우주에서 극히 미약한 존재인 인류가 우주에 대해 알아내겠다는 생각은 인류가 해온 어떠한 도전보다 대담하다.”-프레드 왓슨 ‘인간이 만들어낸 가장 대담한 학문, 천문학은 과연 우주의 비밀을 밝혀낼 수 있을까?’ 프레드 왓슨은 라디오라는 매력적인 매체를 통해 청취자들과 소통하면서 천문학이 왜 필요한 학문이며, 천문학을 통해 인류가 얻을 수 있는 것이 무엇인지를 상세히 설명한다. 또한 이를 통해 천문학이 복잡하고 어려운 물리학 이론의 집합체가 아니라, 감성과 영감이 넘치는 ‘친밀한’ 학문이 될 수 있음을 알려준다. 그의 설명을 하나하나 따라가다 보면 우리 생활 속에서 살아 숨쉬는 천문학의 존재를 느낄 수 있을 것이다. 천문학이 중요한 이유는 천문학이 우리를 둘러싼 광활한 환경에 대해서 이야기해준다는 데 있다. 천문학은 우리가 어디에서 왔으며, 앞으로 우리의 운명은 어떻게 될 것인지, 그리고 우주에 우리 말고 다른 생명체가 있는지와 같은 거대한 문제들에 초점을 맞춘다. 이를 통해 인간의 오감으로는 파악할 수 없는 저 너머의 세계, 즉 우주를 엿보게 해준다. 천문학은 태곳적부터 인류의 주 연구 분야였으며, 18세기에는 신대륙을 발견할 수 있는 항해로의 기준이 되었고, 그 후로 최첨단 과학 장비들을 개발시켜 로봇공학이나 소프트웨어 공학과 같은 다른 과학 분야의 발전에 긍정적인 영향을 미쳤다. 아직도 몇몇 사람들은 천문학의 유용성에 회의를 가지고 있지만, 천문학은 결국 인간에게 가장 유용한 학문으로 인정받게 될 것이다. 소행성 충돌 같은 극단적인 위험에서 인류 문명을 지켜낼 구원자 역할을 하게 될지도 모를 일이다. 이것이 바로 우리가 천문학에 관심을 가져야 할 이유다. 책속으로 추가 - 우주에서는 어떻게 길을 찾나? 우주에서 길 찾기는 사실 지구에서 길 찾기보다 쉽다. 이는 부딪칠 것이 거의 없기 때문이지만, 가야 할 길을 미리 정해 놓은 중력 때문이기도 하다. 중력이 눈에 보이지는 않지만 말이다. 지상에 있는 여러 관측국은 전파 신호를 이용해 우주선이 있는 3차원 위치를 찾아낸다. 우주선의 위치를 알고 있으며 속도와 진행 방향을 조절할 수 있다면 우주선이 목표 지점을 향해 나아갈 수 있도록 언제라도 조종할 수 있다. 이는 우주선이 직선 운동을 하기 때문이 아니라 우주의 특정 지점에서 작용하는 중력의 방향이 아주 정확하게 알려져 있기 때문이다. 지구 둘레를 도는 인공위성의 경우 중력의 방향은 중심부, 다시 말해서 지구의 중앙 쪽이다. 따라서 인공위성의 위치를 알고 인공위성의 속도를 알면 궤도의 성질을 알 수 있다. 그러니까 원 궤도인지 타원 궤도인지와 같은 특성을 알아낼 수 있다는 뜻이다. 궤도의 특성을 파악하면 인공위성이 언제 어떤 장소를 지나갈지 알 수 있다. - 핵폐기물을 태양에 버릴 수 있을까? 환경문제를 걱정하는 청취자의 멋진 의견이지만 애석하게도 지금 기술로는 거의 실행 불가능한 제안이다. 전 세계 원자로에서 해마다 쏟아내는, 처리되지 않은 고(高)레벨 방사성 폐기물의 양은 15,000톤 정도다. 우주선에 실어야 할 쓰레기의 양이 너무 많다는 것이 핵폐기물을 태양에 버리려고 할 때 발생하는 첫 번째 문제다. 게다가 아주 민감한 정치적인 사안도 있다. 핵폐기물을 실은 우주선이 지구 대기를 통과할 때 위험한 일이 발생할 수도 있다. 현재 명왕성을 향해 날아가고 있는 뉴호라이즌 호처럼 태양계 밖으로 나가는 몇 안 되는 우주선에 방사성 플루토늄 몇 킬로그램을 실은 원자력 발전기가 장착된다는 사실을 가지고도 격렬한 논쟁이 벌어지고 있는데 수 톤이 넘는 핵폐기물이라니, 환영받기 어렵지 않을까? 태양에 핵폐기물을 버리는 일을 곤란하게 하는 문제는 또 있다. 핵폐기물을 태양에 버리려면 우주선이 태양의 표면을 가로지르는 궤도 비행을 해야 하는데, 그러려면 막대한 양의 에너지가 필요하다. 지구 궤도를 박차고 나갈 때 우주선의 속도는 지구 궤도 비행 속도인 초속 30킬로미터보다 훨씬 줄어들게 된다. 그 말은 줄어든 속도를 보충하기 위해 최소한 한 곳 이상의 행성에서 중력 지원을 받기 위해 플라이바이를 해야 한다는 뜻이다. 핵폐기물을 태양에 버린다는 생각은 근사하기는 하지만 최상의 해답은 아니다. 핵폐기물을 가공처리한 후 땅에 묻는 것이 훨씬 더 쉽고도 안전한 방법이다.

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- 비행기를 타고 계속 새벽인 채로 여행할 수 있을까? 적도를 중심으로 남쪽으로든 북쪽으로든 충분히 고위도인 지방에서 비행기를 타고 간다면 가능하다. 정확히 극점이 아니라면 지구상에 있는 모든 지역은 지구의 자전 때문에 끊임없이 동쪽으로 이동한다. 고체인 비행기의 속도는 날고 있는 위도에 따라 달라진다. 런던이나 베를린이라면 시속 1,000킬로미터로 날아야 하고 뉴욕이나 베이징이라면 시속 1,300킬로미터 정도로 날아야 한다. 적도와 가까운 시드니나 케이프타운이라면 시속 1,400킬로미터 정도로 날아야 할 것이다. 적도라면 어떨까? 정확히 시속 1,675킬로미터로 날아야 한다. 이 질문의 답을 알아보기 위해 여기 시속 1,000킬로미터로 날고 있는 여객기가 있다고 생각해 보자(실제로 여객기는 이 정도 속도로 난다). 이 여객기가 자전 속도가 시속 1,000킬로미터인 위도 위에서 서쪽으로 날아간다면 효과 적으로 지구의 자전 현상을 사라지게 할 수 있다. 이 여객기가 새벽에 스코틀랜드에서 출발했다면 다섯 시간 내지 여섯 시간 후에 캐나다에 착륙할 때도 여전히 새벽일 것이다. 물론 이륙하고 착륙할 때는 속도가 줄어들겠지만 기 본 이론에는 변함없다. - 지구에 구멍을 뚫어 돌을 떨어뜨리면 어떻게 될까? 정말 어떻게 될까? 지구를 관통하는 구멍을 파고 그 속에 돌을 집어넣는 실험은 사실상 불가능하지만 물리학의 발전 덕분에 실제로 그런 구멍 속에 돌을 던져 넣었을 때 발생하는 일을 상상해 볼 수는 있다. 이때 한 가지 조건이 붙는다. 바로 지구에 공기가 없다는 가정이다. 구멍 속으로 집어 던진 돌의 낙하 속도는 높은 건물에서 돌을 떨어뜨렸을 때처럼 1초당 9.8m/s(시속 35킬로미터)가 증가할 것이다. 지구의 중심 방향으로 돌을 끌어당기는 중력은 중심과 돌 사이의 거리에 비례하므로 돌의 가속도는 계속해서 줄어든다. 돌의 가속도는 중심으로 갈수록 줄어들다가 중심에 도달하는 순간 ‘0’이 된다. 그러나 가속도가 줄었다 해도 이동 속도가 8km/s에 달하니 돌은 지구의 중심을 지나 반대편 지표면을 향해 계속해서 나아간다. 반대편 지표면을 향해 올라온 돌은 이제 막 지표면 밖으로 튀어나올 것 같은 위치에 도달한다. 그러나 누군가가 그 돌을 잡지 않는 한 돌은 지표면 밖으로 나오지 못하고 다시 지구 중심을 향해 떨어지게 된다. 공기의 저항 때문에 이동 속도가 줄어들지 않는 한 이 돌은 영원히 지구 반대편을 향해 오가게 될 것이다. - 인공위성이 땅에 떨어지지 않고 우주에 머물 수 있는 이유는? 지구상에 존재하는 대부분의 물체는 중력의 법칙을 충실히 따른다. 그런데 인공위성은 중력의 법칙에 면책 특권이라도 있는 것처럼 철저히 중력을 무시하고 공중에서 떨어지지 않는다. 모든 논리가 땅으로 떨어져야 한다고 말하는데도 말이다. 정말 신기한 일이지만, 사실을 말하자면 인공위성은 매순간 땅으로 떨어지고 있다. 단지 땅에 닿지 않을 뿐이다. 도대체 무슨 말일까? 인공위성이 앞으로 직진하는 속도는 굉장히 빠르고 지구의 표면은 곡선이다. 따라서 지구가 자전하는 동안 인공위성이 떨어진 거리만큼 지표면도 밑으로 내려간다. 그렇기 때문에 인공위성은 영원히 원 운동을 하게 된다. 인공위성처럼 궤도 비행을 하는 우주선의 또 한 가지 놀라운 점은 속도가 궤도 높이를 결정한다는 것이다. 점점 느려지는 속도는 중력이 약해지는 궤도 높이와 관계가 있다. 우주선을 더 높이 올려 보내려면 추가 에너지가 필요하다. 그 말은 인공위성의 엔진을 다시 점화하면 속도가 높아져 좀 더 높이 올라갈 수 있다는 뜻이다. 그런데 여기에는 한 가지 모순이 있다. 우주선에 아무리 추가 에너지를 더해도 평균 궤도 비행 속도는 줄어든다. 즉 높은 궤도로 올라갈수록 평균 속도는 낮아진다는 뜻이다.