우주의 정보

우주의 정보

어떤 연구를 할 때 가장 좋은 방법은 직접 가서 보고 경험하는 것이라 생각한다.

우주 연구도 마찬가지로 직접 가서 보면 좋겠지만, 우리의 수명으로는 직접 우주로 나가서 경험하기란 쉽지 않다.

그렇다고 외면할 것인가?

우리들은 우주를 관찰하면 우주가 보내는 여러 가지 정보를 알 수 있다.

그렇다면 우주에서 우리에게 오는 정보들은 어떤 것들이 있을까?

우주 복사선 이미지

1. 우주의 빛

1900년대에 들어와서도 한동안 우리가 우주의 별에서 받을 수 있는 유일한 정보는 빛뿐이었다.

이 빛의 정보로 위치를 측정하고 그 운동과 밝기, 온도, 화학적 성분을 연구하였다.

심지어 별들 간에 미치는 중력 효과까지 조사할 수 있었다.

그러나 별은 우리에게 빛 이외에도 다른 종류의 정보도 제공해 준다.

2. 복사선(우주선)

1896년 방사성 물질이 발견된 이후, 과학자들은 방사선 물질에서 나오는 복사선을 검출할 수 있는 검출기를 개발했다.

이러한 검출기들은 복사선을 흡수하는 납 상자에 보관되었다.

따라서 복사선을 완전히 차단할 수 있는 납의 두께를 알면 복사선의 에너지를 충분히 측정할 수 있었다.

그러나 과학자들에게 아무리 생각해도 이해할 수 없는 한 가지 문제가 생겼다.

이 방사능 물질에서 나오는 복사선을 아무리 납으로 차단해도 검출기에는 여전히 강력한 에너지를 가진 복사선이 일정하게 검출되어 과학자들을 괴롭혔던 것이다.

1911년 오스트리아 출신의 미국인 물리학자 빅터 프란츠 헤스는 복사선의 정체가 무엇이든 지구 어느 곳에서 나온 것이라고 믿었다.

그러던 중 그는 하늘에 뛰우는 기계로 검출기를 운반하다가 그 복사선의 출처를 알게 되었다.

헤스는 10번이나 기구를 타고 검출기를 운반했는데, 기구가 하늘 높이 올라갈수록 검출기에 더 강한 복사선이 나타났다.

그가 가장 높이 올라갔을 때가 지상으로부터 8.5킬로였는데 이때 복사선의 강도는 지상보다 8배가 강하게 나타났다.

결국 그는 복사선이 지구가 아닌 우주에서 오고 있다는 결론을 내릴 수밖에 없었다.

그 후로 많은 사람들이 이 복사선을 연구하기 시작했고, 마침내 1925년 미국 물리학자 로버트 앤드루스 밀리컨이 이 복사선에 "우주선"이라는 이름을 붙였다.

우주에서 오는 복사선이라는 뜻이다.

우리에게 도달하는 태양계 밖의 우주선은 태양보다 훨씬 강력한 에너지를 가지고 있다.

태양의 플레어 보다 훨씬 강력한 에너지원, 예컨대 초신성 폭발로 생기는 에너지원 같은 데서 나오는 것 같다.

(플레어에 대해서)

태양의 온도, 코로나, 플레어

(초신성에 대해서)

초신성(Supernova)

우주선은 자기장에 의해 경로가 계속해서 바뀐다.

그때마다 속도가 빨라지며 점점 더 강한 에너지를 얻는다.

우주선은 과학의 여러 분야에서 귀중한 연구 대상이다.

생물의 진화에 미치는 영향은 물론 우주의 일반적인 화학적 성분에 대해서도 알려준다.

하지만 우주선의 발생원인에 대해서는 확실하지 않다.

우주선의 경로가 자기장의 영향으로 너무 쉽게 휘기 때문에, 그것이 어디에서 어떻게 만들어졌는지 알아내기란 사실상 불가능하다.

3. 중성미자

우주에서 오는 물체 가운데 우주선 말고도 "중성미자"라는 것이 있다.

중성미자(neutrino)란 이탈리아어로 중성의 작은 입자라는 뜻이다.

전기적으로 중성인 중성미자는 질량이 없는 대신 빛과 같은 속도로 우주 공간을 날아다니는 아원자 입자이다.

중성미자는 질량이 제로이고 전기적으로 중성이기 때문에 보통 입자들과 충돌하는 일은 거의 없다.

이론적으로만 예견하던 중성미자를 실제 확인한 것은 1956년 미국 물리학자 프레더릭 레인스에 의해서였다.

우주선과 달리 중성미자는 자기장의 영향을 받지 않으며, 빛과 마찬가지로 그 경로가 거의 휘지 않는다.

단, 중력장의 영향을 극히 미미하게 받을 뿐이다.

중성미자는 태양과 별에서 매 순간 엄청난 양으로 쏟아져 나온다.

그러므로 우주에는 일반적인 다른 아원자 입자의 10억 배나 되는 중성미자가 있을 것으로 추정된다.

레인스는 태양의 중성미자를 10여 년 동안 검출하는 작업을 했다.

하지만 이론적으로 검출할 수 있는 양의 3분의 1밖에 찾지 못했다.

그 이유는 아직 아무도 모르며, 단지 "잃어버린 중성미자의 신비"로 알려져 있을 뿐이다.

1987년 대마젤란 성운에서 초신성이 나타났고, 근래 우리에게 가장 가까운 곳에 나타난 것으로, 거리는 15만 광년이었다.

이 사건을 알려준 것은 알프스 산맥 속에 설치된 중성미자 망원경에 갑자기 나타난 7개의 중성미자였다.

4. 중력자

우주에서 오는 또 다른 입자에 "중력자(graviton)"라는 것이 있다.

중력자는 중성미자와 마찬가지로 전기적으로 중성이고 질량이 없으며 빛과 같은 속도로 움직이는 소립자이다.

중력자는 우리가 아는 한 가장 적은 에너지를 가지고 있는 소립자여서 그것을 검출하기란 거의 불가능하다.

1916년 알베르트 아인슈타인이 처음으로 이 중력자의 존재를 주장하였다.

많은 과학자들이 중력자를 찾기 위해 여러 가지 시도를 했지만 현재까지 모두 실패했다.

그러나 물리학자들은 중력자의 존재를 의심하지 많으며, 중력자가 검출된다면 우리는 우주의 여러 사건들에 대해 더 많은 정보를 얻게 될 것이다.

마치며

빛 또는 빛과 비슷한 복사선은 입자의 모습을 지닌 파동으로서 우주 공간을 여행한다.

모든 파동은 입자의 성질을 가지고 있고 모든 입자는 파동의 성질을 가지고 있다.

1905년 아인슈타인은 빛을 구성하는 입자에 "광자(photon)"라는 이름을 붙였다.

그리스 말로 "빛"이라는 뜻이다.

지금까지 우리가 우주에서 받은 정보의 대부분은 이 광자를 통해서였다.

하지만 광자는 가시 광선하고만 연관된 것은 아니다.

광자에도 여러 종류가 있는데, 그중 어떤 것은 가시광선 보다 크거나 작은 에너지를 가지고 있다.

위에서 알아본 여러 물질들로 우리는 우주에 관한 여러 가지 사건들을 유추해 볼 수 있다.

인류가 우주에 대한 연구를 멈추지 않는 한, 언젠가는 우주의 신비를 풀 수 있을 것이다.