“우주에서 우리는 혼자인가?”
행성 추격자들의 끝없는 열망에 관한 이야기

국내에 최초로 소개되는 외계 행성 탐사의 역사. 미래 인류의 터전이 될 수도 있는 지구와 닮은 행성 ‘쌍둥이 지구’를 찾기 위한 그간의 노력들이 구체적으로 소개된다. 케플러 법칙과 같은 천체물리학 이론을 뒷받침해준 천체 관측 기술을 토대로 태양계 밖 행성을 추적해온 과학자들의 탐사 과정과 그 결과를 아낌없이 공개하고 있다. 제프리 마시, 폴 버틀러, 미헬 마이어, 디디에 켈로즈, 스티븐 보그트, 말콤 프리드룬드, 새러 시거를 비롯한 천문학자들의 행성 추적 이야기, 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)을 둘러싼 천문 강국들의 우주 각축전, 100년 전 후커 반사망원경에서부터 최첨단 제임스 웹 우주망원경에 이르기까지 천체 관측 기술의 발전사가 어우러져 흥미진진한 과학 다큐멘터리로 탄생했다. 저자 스튜어트 클라크 박사는 영국 대표 일간지 〈인디펜던트〉가 천재 물리학자 스티븐 호킹과 더불어 “천체물리학 분야의 스타”로 꼽은 인물로, 이 책이 아니면 어디에서도 접할 수 없는 고급 정보와 뒷이야기를 일반 대중의 눈높이에 맞춰 생생히 전달한다. 첫 장을 여는 순간 고향 행성 지구를 떠나 광활한 우주 저편 얼어붙은 황무지와 낯선 바다 그리고 불타는 화산을 지나, 드디어 어딘가 생명체를 품고 있을지 모를 쌍둥이 지구로의 여정을 경험하게 될 것이다. “우주에서 우리는 혼자인가”라는 인류의 근원적 질문과 《코스모스(Cosmos)》 칼 세이건 교수의 말 “우주에 우리밖에 없다면 그것은 엄청난 공간의 낭비다”에 공감하는 독자라면 꼭 읽어야 할 책이다.

“우주에서 우리는 혼자인가?”
행성 추격자들의 끝없는 열망에 관한 이야기

국내에 최초로 소개되는 외계 행성 탐사의 역사. 미래 인류의 터전이 될 수도 있는 지구와 닮은 행성 ‘쌍둥이 지구’를 찾기 위한 그간의 노력들이 구체적으로 소개된다. 케플러 법칙과 같은 천체물리학 이론을 뒷받침해준 천체 관측 기술을 토대로 태양계 밖 행성을 추적해온 과학자들의 탐사 과정과 그 결과를 아낌없이 공개하고 있다. 제프리 마시, 폴 버틀러, 미헬 마이어, 디디에 켈로즈, 스티븐 보그트, 말콤 프리드룬드, 새러 시거를 비롯한 천문학자들의 행성 추적 이야기, 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)을 둘러싼 천문 강국들의 우주 각축전, 100년 전 후커 반사망원경에서부터 최첨단 제임스 웹 우주망원경에 이르기까지 천체 관측 기술의 발전사가 어우러져 흥미진진한 과학 다큐멘터리로 탄생했다. 저자 스튜어트 클라크 박사는 영국 대표 일간지 〈인디펜던트〉가 천재 물리학자 스티븐 호킹과 더불어 “천체물리학 분야의 스타”로 꼽은 인물로, 이 책이 아니면 어디에서도 접할 수 없는 고급 정보와 뒷이야기를 일반 대중의 눈높이에 맞춰 생생히 전달한다. 첫 장을 여는 순간 고향 행성 지구를 떠나 광활한 우주 저편 얼어붙은 황무지와 낯선 바다 그리고 불타는 화산을 지나, 드디어 어딘가 생명체를 품고 있을지 모를 쌍둥이 지구로의 여정을 경험하게 될 것이다. “우주에서 우리는 혼자인가”라는 인류의 근원적 질문과 《코스모스(Cosmos)》 칼 세이건 교수의 말 “우주에 우리밖에 없다면 그것은 엄청난 공간의 낭비다”에 공감하는 독자라면 꼭 읽어야 할 책이다.

우린 찾을 것이다 늘 꿈꿔왔듯이
제2의 지구를 찾기 위한 불굴의 도전

이 책 《쌍둥이 지구를 찾아서》는 딱딱한 과학 이론서가 아니다. 눈이 휘둥그레질 만큼 변화 속도가 빠른 천문학 분야의 최신 지식으로 가득한 책이다. 첫 장을 여는 순간 우리는 고향 행성 지구를 떠나 광활한 우주 저편 얼어붙은 황무지와 낯선 바다 그리고 불타는 화산을 지나, 드디어 어딘가 생명체를 품고 있을지도 모를 ‘쌍둥이 지구’로의 여정을 경험하게 된다. 또한 이 책은 ‘제2의 지구 찾기’라는 메인 테마와 더불어 매우 다양하고 구체적인 천문 지식도 담고 있다. 케플러 법칙과 같은 천체물리학 이론을 뒷받침해준 천체 관측 기술을 토대로 태양계 외행성을 추적해온 과학자들의 탐사 과정과 그 결과를 생생히 풀어낸다.

―태양계 밖 숨겨진 보물을 찾아서
고대 문명이 최초로 밤하늘의 별을 관측하고 별자리를 부여한 이래 인류는 그 별(항성) 주위에 행성이 존재하는지 오래도록 질문을 던져왔다. 그리고 이는 자연스럽게 다음의 질문으로 이어졌다.
“우주에 지구와 같은 행성은 존재할까?”
그러나 스스로 빛을 내는 별이 아닌 행성을 관측하기란 과학 기술 발달 이전에는 요원한 일이었다. 얼마나 많은 행성이 은하계 별들 사이에 있는지, 그것이 지구와 얼마나 다르고 또 얼마나 비슷한지 알아내기 시작한 것은 놀랍고 당연하게도 불과 20여 년 전이다. 20세기 끝 무렵에 이르러서의 일이었다. 1995년 두 사람의 천문학자들이 우리 태양이 아닌 다른 별을 공전하는 행성을 최초로 발견한 뒤 우주에 대한 인류의 인식은 일대 전환을 맞게 된다. 그 전에는 온갖 추론과 예상만 있었을 뿐 증명할 도리가 없었다. 보이지도 않았고 볼 수도 없었다.
이론과학이라는 범주가 있긴 하지만 천문학은 기본적으로 ‘관측’에 기반을 둔 학문이다. 태양계 밖 행성은 육안으로 볼 수 없기 때문에, 외행성 탐색은 필연적으로 망원경과 같은 관측 도구의 성능 및 발전과 궤를 함께할 수밖에 없다. 물론 그마저도 아직까지는 충분치 않다. 상상을 초월하는 광활한 우주 공간에서 빛의 속도로 수억, 수십, 수백억 년을 가야 비로소 닿을 수 있는 외계 행성을 지구에서 제아무리 우수한 망원경으로 관측해봐야 작디작은 ‘점’으로만 보일 뿐이다. 얼마나 크고 무거운지, 어떻게 생겼으며 무엇으로 이뤄져 있는지, 어떤 속도로 자전하고 공전하는지 등은 눈으로 확인할 수 없다. 그래서 ‘도플러 기법(Doppler technique)’이니 ‘통과법(transit method)’이니 하는 과학적인 관측 기법을 병행하는 것이다. 이를 이용해 태양계 밖 숨겨진 보물을 찾을 수 있다.

―첨단 장비로 날개를 단 행성 추격자들
한편으로 외행성 탐색이 과학 기술의 발전과 궤를 함께한다는 것은 “시간이 흐르면 흐를수록 더 자세하고 정확하게 관측할 수 있다”는 뜻이기도 하다. 기술이 계속해서 더 빠르게 발달하고 있는 덕분이다. 천체 관측의 신기원을 이룬 ‘허블(Hubble)’ 우주망원경이 발사된 해는 1990년이다. 2003년에는 적외선 우주망원경 ‘스피처(Spitzer)’를, 2009년에는 본격적인 외행성 탐색을 위한 ‘케플러(Kepler)’ 우주망원경을 우주로 쏘아 올렸다. 케플러가 촬영한 데이터는 아직도 후반 작업을 다 마치지 못했다. 근래에 발표되는 외행성 발견 뉴스는 기존의 데이터를 분석하고 확증해 나온 결과물이다. 더 놀라운 사실은 케플러가 초점을 맞춰 관측한 구역이 우리 은하 내에서도 극히 일부분이라는 것이다. 그런데도 케플러 혼자서 1,000여 개의 행성을 찾아냈다.
물론 아직 지구와 같은 ‘쌍둥이 지구’를 발견하지는 못했다. 하지만 말 그대로 ‘아직’일 뿐 본게임은 지금부터라고 할 수 있다. 케플러를 능가하는 과학 기술의 집약체가 속속 대기 중이다. 2018년 이후 발사 예정인 ‘제임스 웹(James Webb)’ 우주망원경은 지구 지름의 100배가 넘는 150만 킬로미터 떨어진 궤도에서 태양을 공전하며 외행성을 관측한다. 2024년 발사를 앞두고 있는 ‘플라톤(PLATO)’ 우주망원경은 가시 범위가 케플러보다 20배 이상 넓으며 정밀도도 10배 가까이 높다.
더군다나 망원경은 우주에만 있는 게 아니다. 지상의 관측 기술과 규모도 그동안 비약적으로 발전했다. 2025년 완공을 목표로 칠레 라스 캄파나스(Las Campanas) 천문대에 추가로 건설 중인 거대 ‘거대 마젤란 망원경(GMT)’은 반사경 직경이 25.4미터에 이른다. 이는 현존하는 최대 규모의 하와이 켁(Keck) 반사망원경의 직경 10미터 반사경보다 집광력이 6배나 높다. 특히 이 망원경 건설에는 한국천문연구원(KASI)도 참여해 완공 뒤 이용할 수 있어서 대한민국 천문학 발전에 이바지할 것으로 기대된다. 그뿐만 아니라 2024년 초도 관측을 목표로 칠레의 세로 아마조네스(Cerro Armazones)에 ‘유럽 초대형 망원경(E-ELT)’이라는, 지금까지와는 차원이 다른 망원경이 세워지고 있다. 반사경 직경만 무려 39미터이며 전체 크기는 로마의 콜로세움을 능가한다.
따라서 “본게임은 이제부터”라는 말이 허언은 아닐 것이다. 그런데 이 모든 결과가 그냥 이뤄졌을까? 물 흐르듯이 자연스럽게 여기까지 온 것은 결코 아니다. ‘행성 추격자’라 불린 전세계 여러 천문학자들의 끝없는 열망과 지칠 줄 모르는 끈기가 밑바탕이 됐기에 가능한 일이었다. 제프리 마시(Geoffrey Marcy), 폴 버틀러(Paul Butler), 미헬 마이어(Michel Mayor), 디디에 켈로즈(Didier Queloz), 스티븐 보그트(Steven Vogt), 말콤 프리드룬드(Malcolm Fridlund), 새러 시거(Sara Seager)를 비롯한 천문학자들의 행성 추적 이야기는 그 자체로 드라마틱하며 감동적이기까지 하다. 또한 미국항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA)을 중심으로 펼쳐지는 천문 강국들의 우주 각축전을 보고 있으면 우주 계획도 어쩔 수 없는 비즈니스라는 사실을 새삼 느끼게 된다. 단, 인류의 미래와 연결된 거대한 사명의 사업이다.

―낯설고 신비로운 외계 행성의 세계
《쌍둥이 지구를 찾아서》는 이렇듯 흥미진진한 이야기로 꽉 채워져 있다. 외행성 탐사 분야의 배경에서부터 최신의 우주 계획까지 일목요연하게 정리하고 있다. 여기저기에서 얻은 자료를 짜깁기한 얕은 지식이 아니라, 이 책이 아니면 얻을 수 없는 귀하고 전문적인 정보를 일반 대중의 눈높이에 맞춰 생생히 전달한다. 저자 스튜어트 클라크 박사는 영국 대표 일간지 〈인디펜던트(Independent)〉가 천재 물리학자 스티븐 호킹(Stephen Hawking)과 더불어 “천체물리학 분야의 스타”로 꼽은 인물이다.
최초의 외행성 발견으로부터 20여 년이 지난 현재까지 인류가 찾아낸 행성은 천 개가 넘는다. 뜨거운 액체 용암 속에 둘러싸여 있거나 끊임없는 거대 폭풍으로 소용돌이치는 행성도 있고, 하나의 태양이 아닌 두 개의 태양 주위를 공전하는 행성도 있으며, 표면 전체를 뒤덮은 대양 속에 영원히 잠겨 있는 행성도 있다.
그러나 행성 추격자들은 이처럼 생명체가 살 수 없는 낯설고 두려운 행성뿐 아니라 우리 태양과 비슷한 별을 돌고 있는 행성들에 대해서도 알아냈다. 지구와 닮은 행성, 쌍둥이 지구를 발견할 날이 다가올 듯 말 듯 저 모퉁이에 서 있다. 그렇기 때문에 쌍둥이 지구를 찾는 여정은 이제 막 그 서막을 끝냈을 뿐이다. 본게임은 지금부터다. 우린 찾을 것이다. 늘 꿈꿔왔듯이.
살면서 누구나 한 번쯤 떠올리는 “우주에서 우리는 혼자인가?”라는 근원적인 질문과 “우주에 우리밖에 없다면 그것은 엄청난 공간의 낭비”라던 《코스모스(Cosmos)》 칼 세이건(Carl Sagan) 교수의 말에 공감하는 독자라면 이 책을 읽는 시간이 아깝지 않을 것이다.


“학자로서의 전문성, 두터운 인맥, 집요한 취재를 바탕으로 마침내 ‘외행성 탐사 역사’라는 분야를 정립했다. 이런 글쓰기를 할 수 있는 천체물리학자가 있다는 것은 우리 세대의 커다란 행운이 아닐 수 없다.”
_네이처(Nature)

“스튜어트 클라크는 매년 ‘올해의 천문학 저널리스트’가 될 수밖에 없다. 그보다 쉽고 재미있게 우주를 설명하는 작가를 찾기란 현재로서는 불가능하다.”
_뉴사이언티스트(New Scientist)

“두말할 필요가 없는 책. 최신의 천문학 지식도 모자라 드라마틱한 재미와 감동까지 전해준다. 탄탄한 구성의 소설을 읽는 느낌이다.”
_가디언(Guardian)

2년 동안 망원경을 붙잡고 씨름한 끝에 마침내 마시는 무엇이 문제인지 알아냈다. 망원경에는 아무런 문제가 없었다. 그것으로도 훨씬 더 정밀한 측정이 가능했다. 문제는 지구의 ‘대기(大氣)’였다. 맑은 하늘을 올려다보면 별들이 깜박깜박 반짝이는 듯 보인다. 별빛이 지구 대기의 난기류를 통과하다가 까딱거리기 때문에 나타나는 현상이다. 육안으로 보는 별의 반짝임은 아름답지만 천문학자들은 그 때문에 혼란스러웠던 것이다. 반짝이는 별들을 확대해서 보면 이리저리 쏜살같이 움직이는 듯 보인다.
마시는 다름 아닌 지구의 대기 때문에 흡수선들이 흐려져 정확히 측정하기 어렵다는 점이 망원경·분광기 관측의 주요 제약 요소라는 것을 발견했다. 달콤했지만 동시에 쓰디쓴 발견이었다. 분광기의 성능만 개선해
서는 더 나은 관측을 보장하기 어렵다는 뜻이었기 때문이다. 오히려 정말로 필요한 것은 지구 대기층을 제거해 별들의 요동을 멈추게 하는 일이었다. 물론 불가능했다.
---pp.32-33 「제1장: 지구와 같은 행성」 중에서


거절당한 과거의 오명을 떨쳐버릴 목적으로 보루키 팀은 프로젝트 이름까지 바꿨다. 별 의미도 없고 냉담한 기운만 풍기던 ‘프레십(FRESIP)’ 대신 ‘케플러(Kepler)’라는 이름이 채택됐다. 17세기 독일의 위대한 천문학자, 행성 운행의 수학 법칙을 만들어 외행성 데이터를 분석하게 해준 케플러를 기리기 위해서였다. 그러나 또 통하지 않았다. 1998년 이들의 프로젝트는 또 한 번 좌절의 고배를 마셔야 했다.
심사위원단은 마치 자신들의 프로젝트를 퇴짜 놓을 이유를 찾고자 안달이 난 것만 같았다. 이번에 지적당한 문제는 쌍둥이 지구를 찾아내는 데 필요한 정밀도의 분광기를 제작하더라도 막상 우주선에서 제대로 작동한다는 보장이 없다는 것이었다. 가령 우주선은 목표로 하는 별 무리를 가리킬 때 불가피하게 약간씩 흔들린다. 이 경우 분광기는 이 흔들림 때문에 데이터에 각인될 잡신호(noise)를 처리할 수 있을까 아니면 이 잡신호 때문에 신호가 사라져버릴까?
---p.105 「제4장: 우주 진입의 꿈」 중에서


지구돋이 사진은 1968년 크리스마스 전날 아폴로 8호 사령선에서 찍은 것이다. 당시 사령선에는 프랭크 보먼(Frank Borman)과 짐 러벨(Jim Lovell) 그리고 윌리엄 앤더스(William Anders)가 탑승하고 있었다. 이들은 네 번째로 달 주변 궤도를 비행하던 중이었고, 앤더스가 카메라를 들고 분화구 모양의 구덩이 크레이터(crater)가 있는 달 표면 사진을 찍고 있었다.
보먼이 “좋아, 이제 우주선 좀 돌려볼까” 하며 늘 하던 훈련의 시작을 알렸다. 우주선에 탑재된 녹음기가 갑작스러운 한숨처럼 훅 내뱉는 추진기의 분사 소리를 담아내는 동시에 사령선이 부드럽게 회전하기 시작했다. 비로 그때 앤더스가 외마디 소리를 질렀다.
“오 맙소사, 저기 좀 봐!”
바로 직전에 앤더스는 달 표면의 크레이터가 실제로 화산 활동을 했는지 궁금해하던 참이었다. 그런데 우주선이 돌기 시작하면서 카메라 앵글이 지구로 향하자 숨 막히게 아름다운 광경이 들어온 것이다.
“지구가 떠오르고 있어!”
---p.123 「제5장: 무한 경쟁」 중에서


부시 대통령이 미국항공우주국이 미래에 담당해야 하는 역할을 규정하는 연설이 있던 2004년 1월, 먹구름이 한꺼번에 몰려들었다. 대통령은 유인 우주선 프로젝트에만 집중하는 정책을 선택했고, 미국항공우주국에 3가지 목표에 모든 역량을 기울이라고 요구했다. 그 목표는 “국제우주정거장 건설을 완료할 것”, “우주왕복선을 대신할 새로운 유인 우주선을 개발할 것”, “2020년까지 달 표면으로 우주비행사들을 다시 보낼 것”이었다. 그런 다음 미국항공우주국은 그렇게 쌓인 관련 기술로 인간을 화성으로 보내는 프로젝트를 고려할 예정이었다.
부시 대통령은 연설 내내 쌍둥이 지구를 찾는 일과 관련한 언급은 일언반구도 하지 않았다. 쌍둥이 지구 탐색은 다음과 같은 지시 사항과 함께 20여 가지 후속 목표 중 하나로 밀려났다.
“지구와 유사한 행성들 및 다른 항성 주변의 생명체 서식 가능 영역을 찾는 망원경을 개선할 것.”
---pp.190-191 「제7장: 분열과 정복」 중에서


버틀러는 이것이 우주선을 쏘아 올리는 프로젝트에 비해 저렴하게 행성을 찾는 방법이라는 점을 지적했다. ‘생명체 서식 가능성’이 현재 생명체가 서식하고 있다는 뜻이냐는 기자들의 질문에 버틀러는 어디까지나 추정임을 인정하면서도 물이 존재하는 곳이면 어디에나 생명이 있다는 사실을 환기시켰다. 따라서 질문은 “글리제 581g에 생명체가 존재하지 않을 가능성도 있느냐”로 바꿔야 한다는 것이었다. 보그트는 지구에서 생명 활동은 꽤 빨리 시작됐다는 점, 그래서 자신은 생명의 기원이 조건만 맞으면 그리 어려운 과정이 아니라는 확신이 들었다고 말함으로써 글리제 581g의 생명체 서식 가능성을 긍정적으로 보는 시각을 보충했다. 그는 결정적으로 이렇게 말했다.
“이 행성에 물이 없다고 생각하기란 매우 어렵습니다.”
하지만 생명체 서식 가능성을 정확한 수치로 말해보라는 질문에 버틀러는 난색을 표했다.
“저는 생물학자도 아니고 텔레비전에 나와 생물학자인 척하고 싶지도 않습니다.”
버틀러는 이렇게 말해놓고 곧바로 다음과 같이 확신했다.
“이 행성의 생명체 서식 가능성은 100퍼센트입니다.”
그리고 그는 이 발견이 전세계 언론의 헤드라인을 장식하게 되리라고 장담했다.
---pp.232-233 「제8장: 헤드라인 전쟁」 중에서


그때부터 새러 시거는 뇌리를 떠나지 않는 한 가지 생각에 사로잡혔다. 자신이 살아있는 동안 지금의 연구를 검증할 수 있다는 생각이었다. 그러나 40대 초반이 될 무렵 그녀는 다윈 계획과 지구형 행성 탐사기(TPF) 프로젝트가 폐기되는 모습을 지켜보면서, 자신의 연구를 검증하는 데 필요한 프로젝트가 생겨나리라는 보장이 없음을 깨닫게 됐다. 자칫하면 진실인지 거짓인지 결코 증명할 수 없는 연구에 평생을 바칠 수도 있었다. ‘더 이상 시간이 없다’는 초조감, 뭐라도 일을 만들어내야 한다는 간절함이 그녀가 2011년 “외행성의 향후 40년”이라는 워크숍을 개최하게 만든 동기였다.
그때 시거는 구슬픈 목소리로 이렇게 말했다.
“저는 외행성을 발견한 과학자들의 일원이 되고 싶습니다. 그래서 앞으로 수천 년 뒤에라도 사람들이 그 행성으로 여행하면서 과거를 추억할 때 지구와 같은 행성을 발견했던 우리를 기억해줄 수 있도록 말입니다.”
---p.271 「제9장: 닥쳐오는 재앙」 중에서


코로와 케플러 우주망원경이 경험했듯이 쌍둥이 지구 찾기의 최대 훼방꾼은 ‘항성’이다.
켈로즈는 에스프레소 분광기를 일정에 맞춰 가동시킬 만반의 준비를 마치기 위해 항성 표면의 안정성 연구를 지휘하고 있다. 그의 팀은 태양을 매일매일 모니터링하는 일에 착수했다. 가까이에서 볼 수 있는 유일한 항성이 태양이기 때문에 아주 미약하게나마 태양의 광도 변화와 별 표면의 움직임 변화가 어떤 관련을 맺고 있는지 알게 되기를 희망하고 있다.
에스프레소가 장착될 유럽 남방 천문대 소유의 초거대 망원경은 칠레의 세로파라날(Cerro Paranal) 정상에 우뚝 서 있다. 켈로즈는 종종 농담을 하곤 했다. 쌍둥이 지구를 찾아내는 날이 바로 자신이 퇴임하는 날이라고 말이다.
하지만 어쩔 수 없이 우리는 이 질문을 던질 수밖에 없다. 지구와 같은 행성은 살아있는 행성일까? 생명체 서식을 넘어 먼 훗날 인류가 이동해 살 수 있는 제2의 지구가 될 수 있을까? 이 질문에 답하려면 최첨단 분광기는 물론 전혀 다른 망원경이 필요하다. 그런 망원경은 어떤 것일까? 전혀 새로운 망원경이 어떤 모습이 될지 상상하기 어렵지만, 어쨌거나 그런 망원경이 지금 건설되고 있다.
---p.298 「제10장: 서막의 끝」 중

 

01_지구와 같은 행성
02_불가능한 행성
03_행성 추격자들
04_우주 진입의 꿈
05_무한 경쟁
06_낯선 신세계
07_분열과 정복
08_헤드라인 전쟁
09_닥쳐오는 재앙
10_서막의 끝

주
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