뉴 코스모스

우주에 대해 가장 궁금한 17가지
“코스모스 이후 35년의 공백을 채우다!”

코스모스와 인간의 위대한 만남
다시 느끼는 우주의 깊은 울림

《뉴 코스모스》는 ‘코스모스 키즈’로 성장해 세계 최고 권위의 천문학 잡지 〈애스트로노미〉 편집장으로 활동 중인 저자의 칼 세이건 교수를 향한 오마주(hommage)이자, 《코스모스》 이후 35년의 시간이 흐르는 동안 마침내 밝혀졌거나 새롭게 확보된 천문학 지식을 충실히 소개하는 책이다. 일반 대중이 우주에 관해 가장 궁금해하고 관심 있어 하는 17가지 주제(질문)를 누구나 이해할 수 있도록 쉽게 설명한다. 행성, 항성, 태양계, 은하, 빅뱅, 암흑 물질, 암흑 에너지, 블랙홀 등 현대 천문학 및 천체물리학의 주요 쟁점은 물론 분자화학과 양자역학에 관한 이해도 돕고 있으며, 나아가 ‘우주’라는 광활한 공간 속 일부로서 인간과 생명체가 갖는 존재의 의미도 되새기고 있다. ‘초신성(超新星, supernova)’ 발견으로 유명한 UC버클리 천문학자 알렉스 필리펜코(Alex Filippenko) 교수가 “코스모스 이후 35년의 공백을 채우는 책”이라며 이 책을 추천했고, 필리펜코 교수를 포함한 17명의 학자들과 우주 전문가들이 감수했다. 케임브리지대학교 ‘2016 올해의 교양과학서’에도 선정된 바 있다.

―살아 숨 쉬는 코스모스
“우주는 어떻게 생겨났을까?”라는 질문에 대한 답변이면서, 앞으로 다룰 주제에 관해 개괄적으로 소개한다. 상상력에서 과학으로 각성한 천문학의 역사를 살피고, 우주를 향한 인류의 동경과 호기심이 낳은 기발한 발상과 그것을 입증한 과정을 돌아본다. 21세기에 들어서면서 비약적으로 발전한 천체 관측 기술을 설명하며, 아인슈타인의 사고실험(思考實驗)을 현실로 입증한 학자들의 노력들도 소개한다.

―태양의 피날레
“태양은 언제까지 타오를 수 있을까?”라는 두려움 어린 질문의 해답을 찾는다. 인류에게는 대단한 별이지만 우주 전체로 볼 때는 4,000억 개의 항성 가운데 지극히 평범한 별 태양의 탄생과 변화를 보여주고 ‘핵우주연대학(核宇宙年代學, nucleocosmochronology)’, ‘일진학(日振學, helioseismology)’, ‘H-R 도표(Hertzsprung-Russell diagram)’ 등의 접근방식을 설명한다. 또한 우리 은하 내에 존재하는 주요 항성들을 분석 데이터와 함께 소개하면서 항성의 ‘핵융합 반응’이 에너지를 생산하고 훗날 고갈되는 과정도 생생히 묘사하고 있다.

―푸른 행성의 미래
“지구는 언제 수명을 다할까?” 축복받은 행성 ‘지구’도 영원불멸의 존재는 아니다. 태어난 지 45억 4,000년 된 지구의 연대기와 생명체 탄생의 과정을 설명하면서 총 다섯 차례 일어난 대멸종 사건의 원인과 결과에 대해 서술한다. 자연철학, 진화론, 지질학, 분자화학 견해를 다루고, 지구 멸망의 양상을 여러 가지 과학적 예측을 사례로 설명한다. 아울러 그 즈음 지구를 둘러싸고 있는 우리 은하의 변화된 모습도 살핀다.

―달의 기억
“달은 어떻게 지구의 위성이 될 수 있었을까?” 달의 기억을 끄집어낸다. 지구와 가장 가까운 천체인 달이지만, 의외로 이 질문의 답에 가까이 가기까지는 매우 긴 시간이 걸렸다. 아폴로(Apollo) 계획과 같은 수차례의 달 탐사로 확보한 월석(月石) 등의 표본 분석으로도 실마리를 찾지 못했다. 달의 기원에 관한 학계의 여러 가설들을 소개하면서, 그동안 여러 이견을 거치며 최근 하나로 모아진 ‘거대충돌설(Giant Impact Hypothesis)’을 집중적으로 조명해본다. 2000년에 이르러서야 ‘테이아(Theia)’라고 이름 붙여진 약 45억 년 전 지구와 충돌한 화성 크기의 행성 이야기가 흥미롭게 펼쳐진다. 2001년 카네기 연구소(Carnegie Institution)와 2007년 캘리포니아공과대학(Caltech) 연구팀의 치열한 검증과 스피처(Spitzer) 우주망원경의 활약상도 공개된다.

―추억과 희망
“화성에 생명체가 살 수 있을까?” SF의 단골 소재인 이웃 행성 ‘화성’을 다룬다. 오래전 생명 활동이 있었을지 모르던 때의 추억과 아직도 버릴 수 없는 희망을 모색한다. 특히 화성은 현재 관측 위성 수준을 넘어 여러 기의 탐사 로버가 활동하고 있는 생생한 현장이다. 2000년대까지 시행된 미국과 유럽의 화성 탐사 상황을 시작으로, 2004년 화성 착륙에 성공한 NASA의 탐사 로버 스피릿(Spirit)과 오퍼튜니티(Opportunity)에서부터 2012년 큐리오시티(Curiosity), 그리고 2013년 발사돼 지금도 활동 중인 탐사선 MAVEN(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) 등이 보내온 엄청난 양의 데이터 분석을 정리해 지도를 그리듯 보여준다.

―페이스오프 비너스
“금성은 왜 얼굴을 바꿨을까?” 화성과 더불어 지구와 가장 가까운 자매 행성이지만, 달라도 너무 다른 ‘금성’을 살펴본다. 두꺼운 대기층 때문에 지표면을 볼 수 없어 이론과 추측만 난무했던 곳이었으나, 마찬가지로 최근 왕성한 탐사 활동으로 확보된 실측 데이터 덕분에 기존의 미스터리가 대부분 밝혀진 행성이다. 여기서는 《코스모스》에서 소개된 이후의 활동인 NASA의 마젤란(Magellan) 계획과 유럽우주국(ESA)의 비너스 익스프레스(Venus Express) 계획의 성과로 드러난 금성의 지질 및 판 구조 변화 등 관해 설명한다. 저자는 금성 탐사가 지구의 미래를 시뮬레이션해볼 수 있다는 점에서 무척 중요하다고 강조한다.

―되찾고 싶은 옛 형제
“명왕성은 행성이 아닌가?”라는 질문에 대해 “그렇다”와 “아니다”로 나누어 소개한다. 2006년 IAU(국제천문연맹)는 1930년 최초로 발견된 이래 76년 동안 태양계에서 어엿한 아홉 번째 행성이었던 명왕성을 ‘왜소행성(矮小行星, dwarf planet)’으로 강등시켰다. 저자는 IAU가 정의한 행성의 요건을 조목조목 따져서 최근의 관측 결과를 설명하고, 2006년 발사돼 2015년 명왕성을 통과한 ‘뉴 호라이즌스(New Horizons)’ 호의 방대한 실측 데이터 분석 결과를 기다리면서 이 ‘옛 형제’를 되찾을 수 있는 가능성을 타진한다.

―보물찾기
“우주에 지구와 같은 행성은 존재할까?”라는 궁금증을 풀어본다. 보물 중의 보물인 쌍둥이 지구를 찾기 위한 그간의 노력들을 이야기한다. 현재까지의 우리 은하에 속한 태양계 밖의 행성(태양계 외행성) 관측 진행 상황을 설명하고, 케플러(Kepler) 우주망원경의 놀라운 업적과 ‘측성학(測星學, astrometry)’, ‘도플러 기법(Doppler technique)’, ‘통과법(通過法, transit method)’, ‘중력 렌즈(gravitational lensing)’ 등을 통해 밝혀낸 사실들을 흥미롭게 서술한다. 2013년 발표된 자료에 따르면 우리 은하에만 지구와 비슷한 행성이 약 400억 개 있으며, 현대의 기술로 관측 가능한 우주 전체에서 생명체가 서식 가능한 행성 수는 여기에 1,000억을 곱한 값이다. 그리고 이 장에서는 2017~2018년 발사 예정인 차세대 관측 장비 CHEOPS(CHaracterizing ExOPlanets Satellite), TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite), 제임스 웹(James Webb) 우주망원경과 2024년 착수를 앞둔 PLATO(Planetary Transits and Oscillations of stars) 계획을 통한 ‘슈퍼지구(super-Earths, 생명체가 존재할 가능성이 있는 지구보다 큰 지구형 행성)’ 찾기 프로젝트 정보도 공개하고 있다.

―우리 은하의 참모습
“은하수는 어떤 모양일까?” 그동안 ‘나선 은하(spiral galaxy)’로만 알려져 있던 우리 은하가 2008년 ‘막대 나선 은하(barred spiral galaxy)’라는 최종 결론에 이르기까지의 과정을 구체적으로 설명한다. 스피처 우주망원경으로 촬영한 사진의 파노라마 구현에 성공한 GLIMPSE(Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire) 프로젝트 결과를 상세히 소개하면서 우리 은하의 진짜 모습을 낱낱이 파헤치고 있다.

―우주의 운명과 외계 생명체
이 밖에도 《뉴 코스모스》에서는 우리 은하와 안드로메다(Andromeda)의 합병으로 탄생할 ‘밀코메다(Milkomeda)’ 이야기, ‘빅뱅(Big Bang)’의 순간을 탐험하는 시간 여행, 도저히 알 수 없을 것 같았던 ‘우주의 역사’와 그 끝을 향할수록 ‘과거’가 드러나는 우주 관측의 딜레마, 2013년 플랑크(Planck) 위성이 밝혀낸 ‘우주 나이’ 137억 9,800±3700만 년의 진실, 우주 질량 에너지의 26.8퍼센트를 차지하는 ‘암흑 물질’과 68.3퍼센트인 ‘암흑 에너지’, 21세기가 되어서야 확실해진 ‘블랙홀(Black Hole)’의 실체를 다루며, “우주에서 우리는 혼자인가?”라는 질문으로 대표되는 ‘외계 생명체’ 존재에 관한 여러 학자들의 견해를 소개하면서 ‘생명체’의 의미란 과연 무엇인지에 대한 화두를 던지고 있다.

《뉴 코스모스》는 칼 세이건 교수의 명저 《코스모스》를 대신할 수 있는 책은 아니다. 그렇다고 《코스모스》의 아류작도 아니다. 저자가 ‘들어가며’에서 자세히 묘사하고 있듯이, 이 책은 칼 세이건 교수에 대한 그리움과 존경심으로 가득 차 있지만 35년 전 《코스모스》에서 다루지 못한 이후의 지식을 전달하는 역할을 훌륭히 수행하고 있다. 《코스모스》를 읽은 독자라면 그때로부터 지금까지 업데이트된 천문학 지식을 얻을 수 있을 것이다. 《코스모스》보다 이 책을 먼저 읽어도 크게 문제될 것은 없다. 35년의 공백만을 다루고 있지는 않기 때문이다. 우주에서의 시간은 과거, 현재, 미래를 구분하지 않는다. 칼 세이건 교수가 말했듯 “코스모스는 과거에도 있었고 현재에도 있으며 미래에도 있을 그 모든 것”이다. 관측 기술이 발달해 더 먼 우주를 바라볼수록 그곳은 더 이전의 과거가 된다. 미래에서 보게 될 별이 과거에 본 별보다 훨씬 더 과거의 존재라는 역설에 가슴이 두근거리는 순간 코스모스와의 위대한 만남은 시작된다