신문은 선생님

"미국항공우주국이 3년 후 타임머신 망원경을 가동할 계획이라고 합니다."

최근 미국항공우주국(NASA)이 '타임머신 망원경'이라 불리는 고성능 망원경 JWST(제임스 웹 스페이스 망원경)에 대한 추진 계획을 발표해 큰 이슈가 됐어요. '타임머신' 하면 시간의 흐름을 거슬러 과거와 미래로 이동할 수 있는 장치가 떠오르지요? 그래서 이름만 듣고서는 시간 여행을 할 수 있는 장치가 등장한 것으로 여길 수 있겠지만, 사실 이것은 그런 종류의 타임머신과는 달라요. 망원경이란 멀리 있는 물체를 가까이 볼 수 있게 하는 기구죠. 그런데 왜 타임머신이란 말이 붙은 것일까요? 그것은 아주 오래전의 모습을 볼 수 있기 때문이에요. 그것도 135억 년 전의 모습을 말이에요.

과거의 모습을 본다는 것은 사실 어려운 일만은 아니에요. 사실 우리는 과거를 보며 살아간다고 할 수도 있어요. 무슨 뚱딴지 같은 소리냐고요? 우선, 우리가 물체를 볼 수 있는 이유에 대해 알아봅시다. 본다는 것은 물체에 반사된 빛이 눈으로 들어와 시신경을 자극하고 그 신호가 뇌에 전달되는 것을 의미하기 때문이에요. 즉, 물체에 반사된 빛이 우리 눈으로 들어오기까지는 빛의 속도만큼 시간 차이가 생길 수밖에 없죠. 이것은 편지를 보내는 것에 비유할 수 있어요. A란 사람이 오늘 벌어진 일에 대해 기록한 편지를 B란 사람에게 보내고 이틀 뒤에 그 편지가 전달됐다면, B란 사람은 2일 전의 일에 대한 이야기를 읽게 되죠. 빛에 속도가 있는 한 아무리 가까운 거리에 있는 물체라도 우리 눈에 보이기까지 시간이 걸리기 때문에 우리는 과거의 모습을 볼 수밖에 없죠.

하지만 빛은 매우 빠르기 때문에 우리는 생활 속에서 그런 차이를 전혀 느끼지 못하고 살고 있어요. 그렇다면 빛은 얼마나 빠를까요? 빛은 '절대속도'로 불려요. '절대'라는 비교될 것이 없다는 의미가 담겨 있는 만큼 빠른 속도를 의미하지요. 빛은 1초에 30만㎞를 이동하는데, 이것은 1초에 지구 둘레를 7바퀴 반이나 도는 엄청난 속도지요. 이것은 30㎞ 떨어져 있는 산에 반사된 빛이 우리 눈에 들어오기까지 0.0001초밖에 걸리지 않는다는 것을 의미해요. 이렇게 지구에서는 순간적으로 느낄 만큼 빠른 속도를 가진 빛이지만 우주에서는 상황이 달라요.

태양에서 지구까지 거리는 약 1억5000만 ㎞라고 해요. 이는 일반적인 성인이 1시간에 4㎞를 걷는다고 했을 때, 3750만 시간을 걸어야 하는 거리예요. 이것은 156만2500일이며 1년으로 나눈다면 4280년이지요. 정말 엄청난 거리지요? 그렇다면 태양에서 반사된 빛은 얼마 만에 지구에 도착할까요? 약 8분 20초가 걸려요. 이것은 우리가 보는 태양의 모습이 8분 20초 전의 모습이라는 것을 의미해요. 그런데 놀라운 사실은 태양계와 가장 가까운 별(항성)까지 거리가 4.3광년이나 된다는 거예요. 광년이란 빛이 1년 동안 나아간 거리를 의미하는데, 지구에서 태양까지 8분 20초 만에 가는 빛이 4.3년이나 가야 하는 거리라니 엄청나지요? 그런데 여기서 놀라기엔 아직 일러요. 우리가 속한 은하의 크기가 약 10만 광년이고, 우주에는 이러한 은하가 1000억 개 이상 있다고 추정되고 있으니까요.

▲ /그림=정서용

앞서 이야기했듯이 우리가 물체를 볼 수 있는 것은 물체에서 반사되거나 물체 자체에서 나온 빛이 우리 눈에 도달하기 때문이에요. 즉, 10광년 떨어진 천체는 10년 전의 모습이고, 10만 광년 떨어진 천체는 10만 년 전의 모습이지요. 이것은 거꾸로 10광년 떨어진 천체에서 우리 지구를 관찰하면 10년 전의 모습이 보인다는 것을 의미해요. 만약 열 살인 학생이 10광년 떨어진 곳으로 순간 이동할 수 있다면, 자신이 태어나는 모습도 볼 수 있다는 것이지요. 이것은 다시 말해 빛의 속도보다 빠르게 날아가면 지구에 반사된 빛을 따라잡게 되고, 거꾸로 지구가 움직이는 모습을 볼 수 있게 된다는 것을 의미해요. 하지만 안타깝게도 우리는 빛보다 빨리 갈 수 없기 때문에 우리의 과거 모습은 볼 수 없고, 다른 천체의 과거 모습만을 볼 수 있죠.

그래도 먼 천체를 볼 수 있는 망원경을 타임머신이라고 부를 수 있는 것은 지구 또한 우주 속에 있는 수많은 천체 중 하나이기 때문에 다른 천체들의 탄생 모습을 보면 지구의 탄생 장면도 미뤄 짐작할 수 있기 때문이에요. 이번에 만들어진 고성능 우주 망원경은 기존에 있던 허블 우주 망원경보다 성능이 100배나 뛰어나다고 해요. 그동안 허블 우주 망원경이 밝혀낸 성과를 생각하면 정말 기대가 클 수밖에 없죠. 앞으로 NASA는 약135억 광년 떨어진 천체에서 빅뱅 후, 최초의 별(항성)과 은하가 초기 우주의 암흑으로부터 태어나는 모습을 이번 우주망원경을 통해 볼 수 있을 것으로 기대한다고 하네요.


[관련 교과] 5학년 2학기 '태양계와 별'


[함께 생각해봐요]

우주 망원경은 우주에 설치하는 망원경을 의미해요. 그렇다면 우주에 설치하는 이유에 대해 생각해보세요.

풀이: 지구에서는 아무리 성능 좋은 망원경을 설치하더라도 지구의 대기층 때문에 우주에서 오는 빛을 제대로 모을 수 없어요. 대기는 빛을 완전히 통과시키지 않고 흔들리게 하기 때문이에요. 따라서 우주에 설치하면 방해되는 것이 없기 때문에 우주에서 오는 가시광선은 물론 적외선, 자외선, X선 영역까지 수집하는 것이 가능하지요.