우주는 모든 것입니다. 모든 공간과 그 공간에 담긴 모든 물질과 에너지를 포함합니다. 심지어 시간 자체도 포함하며, 물론 당신도 포함됩니다.
지구와 달은 우주의 일부이며, 다른 행성들과 그 안의 수십 개의 위성들도 마찬가지입니다. 행성들은 소행성과 혜성과 함께 태양 주위를 공전합니다. 태양은 우리 은하에 있는 수천억 개의 별 중 하나이며, 그 별들 대부분은 외계행성이라고 불리는 행성을 가지고 있습니다.
우리 은하계는 관측 가능한 우주에 있는 수십억 개의 은하 중 하나일 뿐입니다. 우리 은하계를 포함한 모든 은하계는 중심에 초대질량 블랙홀을 가지고 있는 것으로 알려져 있습니다. 모든 은하계의 모든 별과 천문학자들이 관측조차 할 수 없는 다른 모든 물질은 모두 우주의 일부입니다. 간단히 말해, 우주의 전부입니다.
별 형성 성운 W51은 우리 은하에서 가장 큰 “별 공장” 중 하나입니다. 이와 같은 “별 공장”은 수백만 년 동안 작동할 수 있습니다. W51 오른쪽의 동굴 같은 붉은색 영역은 더 오래되었는데, 이는 여러 세대에 걸쳐 거대한 별(태양 질량의 최소 10배 이상)에서 발생한 항성풍에 의해 이미 깎여 나간 모습에서 분명하게 드러납니다. 이 영역의 먼지와 가스는 별들이 죽어 초신성으로 폭발할 때 더욱 심하게 휩쓸려 나갑니다. 성운의 어린 왼쪽 영역에서는 많은 별들이 이제 막 가스와 먼지를 제거하기 시작하고 있습니다.NASA/JPL-칼텍
우주는 생소하게 보일지 모르지만, 결코 멀지 않습니다. 지금 당신이 어디에 있든, 우주는 단 62마일(100km) 거리에 있습니다. 낮이든 밤이든, 실내든 실외든, 잠을 자든, 점심을 먹든, 수업 시간에 졸든, 우주는 당신 머리 위 수십 마일에 있습니다. 그리고 당신 아래에도 있습니다. 지구 반대편, 당신 발 아래 약 8,000마일(12,800km)에는 무자비한 진공과 방사선이 도사리고 있습니다.
사실, 지금 당신은 엄밀히 말하면 우주에 있습니다. 사람들은 마치 우주가 거기에 있고 우리가 여기 있는 것처럼, 마치 지구가 우주의 나머지 부분과 분리된 것처럼 “우주에 있다”라고 말합니다. 하지만 지구는 행성이며, 다른 행성들과 마찬가지로 우주에 존재하며 우주의 일부입니다. 단지 이곳에 생명체가 살고 있고, 이 행성 표면 근처의 환경은 우리가 아는 생명체에게 적합한 환경일 뿐입니다. 지구는 우주에서 아주 작고 연약한 예외일 뿐입니다. 인간을 비롯한 지구에 사는 다른 생명체들에게는 사실상 우주 전체가 적대적이고 무자비한 환경입니다.
이 트루컬러 이미지는 지구 상공 22,000마일(35,000km) 상공의 우주에서 바라본 북미와 남미의 모습을 보여줍니다. 이 이미지는 두 위성의 데이터를 조합한 것입니다. NASA의 테라 위성에 탑재된 중간 해상도 영상 분광 복사계(MODIS)는 16일 동안 지표면 데이터를 수집했고, NOAA의 정지궤도 환경운용위성(GOES)은 지구 구름과 달의 스냅샷을 촬영했습니다.Reto Stöckli, Nazmi El Saleous, Marit Jentoft-Nilsen, NASA GSFC
지구의 나이는 몇 살입니까?
우리 행성 지구는 공간뿐만 아니라 시간적으로도 오아시스와 같습니다. 영원불멸한 것처럼 느껴질지 모르지만, 우주의 수명에 비하면 지구 전체는 덧없는 존재입니다. 우주가 시작된 이후 거의 3분의 2의 시간 동안 지구는 존재하지도 않았습니다. 현재 상태로 영원히 지속되지도 않을 것입니다. 수십억 년 후, 태양은 팽창하여 수성과 금성을 집어삼키고 지구의 하늘을 가득 채울 것입니다. 심지어 지구 자체를 집어삼킬 만큼 커질지도 모릅니다. 확신하기는 어렵습니다. 결국 인간은 이제 막 우주의 원리를 이해하기 시작했으니까요.
먼 미래는 정확하게 예측하기 어렵지만, 먼 과거는 그보다 조금 덜 예측하기 어렵습니다. 과학자들은 지구와 소행성에서 동위원소의 방사성 붕괴를 연구함으로써 지구와 태양계가 약 46억 년 전에 형성되었음을 밝혀냈습니다.
우주의 나이는 얼마입니까?
반면 우주의 나이는 약 138억 년으로 추정됩니다. 과학자들은 가장 오래된 별들의 나이와 우주의 팽창 속도를 측정하여 이 수치를 도출했습니다. 또한 은하에서 나오는 빛의 도플러 효과를 관측하여 팽창을 측정했는데, 거의 모든 은하가 우리와 서로 멀어지고 있습니다. 은하가 멀리 있을수록 더 빨리 멀어지고 있습니다. 중력이 은하 간의 움직임을 늦출 것이라고 생각할 수 있지만, 오히려 속도가 빨라지고 있으며 과학자들은 그 이유를 알지 못합니다. 먼 미래에는 은하들이 너무 멀리 떨어져 지구에서 은하의 빛을 볼 수 없게 될 것입니다.
다시 말해, 물질, 에너지, 그리고 우주에 있는 모든 것(공간 자체 포함)은 지난 토요일이 오늘보다 더 압축되어 있었습니다.
다시 말해, 물질, 에너지, 그리고 우주의 모든 것(공간 자체 포함)은 지난 토요일이 오늘보다 더 압축되어 있었다는 것입니다. 이는 과거의 어느 순간에도 마찬가지입니다. 작년이든, 백만 년 전이든, 십억 년 전이든 말입니다. 하지만 과거는 영원히 지속되지 않습니다.
과학자들은 은하의 속도와 우리와의 거리를 측정함으로써, 은하가 형성되거나 별이 수소를 헬륨으로 융합하기 시작하기 전, 충분히 먼 과거로 거슬러 올라갈 수 있다면, 물질들이 너무 가깝고 뜨거워서 원자가 형성될 수 없었고 광자는 갈 곳이 없었을 것이라는 사실을 발견했습니다. 시간을 조금 더 거슬러 올라가면, 모든 것이 같은 지점에 있었습니다. 아니, 사실 우주 전체(물질만이 아니라)가 한 지점 에 있었던 것입니다 .
하지만 우주가 탄생한 지점을 방문하는 임무를 고려하는 데 너무 많은 시간을 허비하지 마세요. 빅뱅이 일어난 곳을 직접 방문할 수는 없으니까요. 우주가 어둡고 텅 빈 공간이었고, 그 안에서 폭발이 일어나 모든 물질이 생겨났다는 뜻은 아닙니다. 우주는 존재하지 않았습니다. 공간도 존재하지 않았습니다. 시간도 우주의 일부였기에 존재하지 않았습니다. 시간 또한 빅뱅과 함께 시작되었습니다. 우주가 시간이 흐르면서 팽창함에 따라 공간 자체가 하나의 점에서 거대한 우주로 확장되었습니다.
우주는 무엇으로 만들어졌나요?
우주는 존재하는 모든 에너지와 물질을 담고 있습니다. 우주에서 관측 가능한 물질의 대부분은 가장 단순한 원자 원소인 수소 원자의 형태를 띠고 있으며, 양성자와 전자로만 이루어져 있습니다(중성자도 포함되어 있으면 중수소라고 합니다). 두 개 이상의 원자가 전자를 공유하면 분자가 됩니다. 수조 개의 원자가 모이면 먼지 입자가 됩니다. 탄소, 이산화규소, 산소, 얼음, 그리고 몇몇 금속을 몇 톤이나 압축하면 소행성이 됩니다. 또는 지구 질량의 33만 3천 배에 해당하는 수소와 헬륨을 압축하면 태양과 같은 별이 됩니다.
실용성을 위해 인간은 물질 덩어리를 그 속성에 따라 분류합니다. 은하, 성단, 행성, 왜소행성, 떠돌이 행성, 위성, 고리, 소고리, 혜성, 운석, 너구리 등 모두 서로 다른 특성을 보이지만 동일한 자연 법칙을 따르는 물질들의 집합체입니다.
과학자들은 이 물질 덩어리들을 계산하기 시작했는데, 그 결과는 매우 놀랍습니다. 우리 은하인 우리 은하에는 최소 1,000억 개의 별이 있고, 관측 가능한 우주에는 최소 1,000억 개의 은하가 있습니다. 만약 은하의 크기가 모두 같다면, 관측 가능한 우주에는 10조 개의 별(10×10승)이 있을 것입니다.
하지만 우주에는 우리가 보거나 직접 관측할 수 없는 물질과 에너지 덩어리도 있는 듯합니다. 별, 행성, 혜성, 해달, 블랙홀, 쇠똥구리를 모두 합쳐도 우주 전체 물질의 5%에도 미치지 못합니다. 나머지 약 27%는 암흑 물질이고 68%는 암흑 에너지인데, 둘 다 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 우리가 이해하는 우주는 암흑 물질과 암흑 에너지가 존재하지 않는다면 존재할 수 없으며, 과학자들이 직접 관측할 수 없기 때문에 “암흑”이라는 이름이 붙습니다. 적어도 아직은 그렇습니다.
허블 망원경으로 촬영한 거대 은하단 Cl 0024+17(ZwCl 0024+1652)의 두 가지 모습이 나와 있습니다. 왼쪽은 가시광선 영역에서 촬영한 이미지로, 노란색 은하들 사이에 기묘하게 보이는 파란색 호가 나타납니다. 이는 은하단 뒤쪽 멀리 위치한 은하들을 확대하고 왜곡한 모습입니다. 은하단의 엄청난 중력에 의해 빛이 휘어지고 증폭되는데, 이를 중력 렌즈라고 합니다. 오른쪽에는 눈에 보이지 않는 물질인 암흑 물질의 위치를 나타내기 위해 파란색 음영이 추가되어 있는데, 이는 중력 렌즈 은하의 특성과 위치를 설명하는 데 수학적으로 필요한 요소입니다.NASA, ESA, MJ Jee 및 H. Ford(존스홉킨스 대학교)
시간이 지남에 따라 우리의 우주관은 어떻게 바뀌었는가?
우주의 본질, 작동 방식, 그리고 그 광대함에 대한 인간의 이해는 오랜 세월에 걸쳐 변화해 왔습니다. 셀 수 없이 많은 세월 동안 인간은 우주를 이해할 방법이 거의 없었습니다. 우리의 먼 조상들은 모든 것의 기원을 설명하기 위해 신화에 의존했습니다. 조상들이 직접 만들어낸 신화는 현실의 본질보다는 인간의 걱정, 희망, 열망, 또는 두려움을 반영합니다.
그러나 수 세기 전, 인간은 수학, 글쓰기, 그리고 새로운 탐구 원리를 지식 탐구에 적용하기 시작했습니다. 이러한 원리는 시간이 흐르면서 과학 도구와 마찬가지로 더욱 정교해졌고, 결국 우주의 본질에 대한 단서를 드러냈습니다. 불과 수백 년 전, 사람들이 사물의 본질을 체계적으로 탐구하기 시작했을 때만 해도 “과학자”라는 단어는 존재하지 않았습니다. (연구자들은 한동안 “자연 철학자”로 불렸습니다.) 그 이후로 우주에 대한 우리의 지식은 끊임없이 발전해 왔습니다. 천문학자들이 우리 은하 너머의 은하를 처음 관측한 것은 약 1세기 전이었고, 인간이 외계로 우주선을 보내기 시작한 것은 불과 반세기 전이었습니다.
인간의 단 한 번의 생애 동안, 우주 탐사선들은 태양계 외곽으로 이동하여 네 개의 거대한 행성과 그 안의 수많은 위성들을 최초로 근접 촬영한 이미지를 전송했습니다. 로버는 화성 표면을 최초로 선회했고, 인간은 영구적으로 유인 우주 정거장을 건설했으며, 최초의 대형 우주 망원경은 이전보다 훨씬 먼 우주의 놀라운 모습을 보여주었습니다. 21세기 초만 해도 천문학자들은 다른 별 주위를 도는 수천 개의 행성을 발견하고, 중력파를 최초로 감지했으며, 블랙홀의 첫 번째 이미지를 만들어냈습니다.
과학자들은 이벤트 호라이즌 망원경을 사용하여 은하 M87의 중심에 있는 블랙홀의 이미지를 얻었습니다.이벤트 호라이즌 망원경 협력 등
끊임없이 발전하는 기술과 지식, 그리고 넘치는 상상력으로 인간은 우주의 비밀을 끊임없이 밝혀내고 있습니다. 새로운 통찰과 영감 어린 개념들은 이러한 탐구에 도움을 주며, 또한 그로부터 생겨나기도 합니다 . 우리는 아직 은하계의 수십억 개의 다른 별들 중 가장 가까운 별에조차 우주 탐사선을 보내지 못했습니다. 인간은 태양계의 모든 세계를 탐험하지도 못했습니다 . 간단히 말해, 우리 가 알 수 있는 우주의 대부분은 아직 알려지지 않은 채 남아 있습니다 .
우주의 나이는 약 140억 년이고, 우리 태양계의 나이는 46억 년이며, 지구 생명체는 약 38억 년 동안 존재했고, 인간은 겨우 수십만 년밖에 되지 않았습니다. 다시 말해, 우주는 우리 종보다 약 5만 6천 배 더 오래 존재해 왔습니다. 이 기준으로 보면, 지금까지 일어난 거의 모든 일은 인간이 존재하기 전에 일어났습니다. 그러니 당연히 우리는 수많은 의문을 품고 있습니다. 우주적 관점에서 보면, 우리는 이제 막 여기까지 온 것입니다.
우리가 태양계를 탐험해 온 지난 수십 년은 단지 시작일 뿐입니다. 지금으로부터, 단 한 번의 인생 후, 우주에 대한 우리의 이해와 그 안에서 우리의 위치는 오늘날 우리가 상상할 수 있는 방식으로 의심할 여지 없이 성장하고 진화할 것입니다.
