흥미있는 관찰

“안녕하세요? 오늘 저녁에 초대해 주셔서 감사합니다. 이전부터 망원경으로 행성들을 보고 싶었어요.”
“환영합니다. 오늘 저녁은 매우 청명하군요.”
“저게 망원경인가요? 상당히 작은데요. 나는 큰 삼발이 위에 긴 통이 놓여 있을 것이라고 생각했어요.”
“물론 그렇죠. 그런데 이것은 반사 굴절 망원경이라고 하는 것입니다. 이것은 길이가 9인치 밖에 안 되지만, 광선이 통 내부에서 왕복하게 되어 있기 때문에 초점거리는 1미터 이상이나 된답니다.”


“아, 그런 거군요. ··· 이제 관찰을 시작할 수 있는 건가요?”

금성의 위상 변화

“하늘이 아주 어두워지기 전인 지금이 금성을 보기에는 가장 좋은 때지요. 저기 서쪽에 밝은 별이 보입니까?”


“아, 정말 밝은 별이네요.”
“그렇습니다. 태양과 달을 제외하고는 금성이 하늘에서 제일 밝은 천체입니다. 위치만 안다면 대낮에도 그것을 볼 수 있읍니다. 저기, 내 눈에는 보이는데요. 앉아서 보세요.”
“금성이 저렇게 생겼군요. 반달처럼 보이는데 왜 그렇죠?”



“금성은 지구 궤도의 안쪽에 있는 궤도를 따라 태양을 돌고 있습니다. 금성의 절반만 태양이 비치고, 바로 지금은 낮 부분의 절반 미만이 우리 눈에 보입니다. 그래서 우리가 볼 때에는 조각달 처럼 보이는 것입니다.”
“그러면 금성이 그 궤도를 돌 때에, 위치에 따라 달처럼 그 모습이 변하나요?”
“맞습니다. 지금의 위치에서는 금성이 지구와 태양을 잇는 선을 향해 접근하고 있어요. 그러니까 지금부터 한달 후쯤 보면 초승달처럼 보이게 됩니다. 그러나 동시에 그것이 지구에 가까이 오고 있기 때문에 망원경에는 더 크게 보일겁니다. 태양의 전면을 스쳐가기 직전에는 지금보다 거의 두배로 보이지만 모양은 극히 가늘게 보입니다.”
“참, 흥미있는데요. 금성에 관해서 이야기 좀 해 주시겠어요?”
“금성의 크기는 지구와 거의 같아요. 그렇지만 항상 짙은 구름으로 덮여 있기 때문에 그 표면을 본 사람이 없답니다. 그러나 인간들은 금성 표면에 착륙하면서 신호를 보낼 수 있는 장치를 갖춘 우주 탐사선을 금성에 보냈습니다. 금성은 섭씨 480도 이상으로 매우 뜨겁습니다. 그래서 금성에는 강도 호수도 바다도 있을 수가 없지요. 그 대기의 밀도는 지구의 100배나 되며 주로 이산화탄소로 이루어져 있습니다.”
“그렇다면 별로 기분 좋은 기후는 아닐 것 같군요.”
“그렇습니다. 오래 전에 어떤 과학자들은 금성에 생물이 있을지도 모른다고 생각했어요. 그러나 이제는 그것이 불 가능하다는 것을 잘 알게 되었지요.”

보기 어려운 수성

“이제 상당히 어두어졌는데 다음에는 무엇을 볼 수 있죠? 수성인가요?”
“오늘 저녁에는 볼 수가 없습니다. 수성은 금성보다 태양에 더 가까워요. 태양과 너무 가까이 있기 때문에 어두워진 후 지평선 위에 있는 경우가 거의 없습니다. 보통 일년에 한 두번 그 모습이 보입니다. 그러나 수성을 명확하게 볼 수 있는 특별한 경우가 두가지 있습니다. 그 한가지는 개기 일식으로 몇 분 동안 빛이 어두워졌을 때이고, 또 다른 경우는 수성이 태양면을 가로지를 때입니다.


“오랜 기간을 기다려야겠군요. 오늘 저녁에 볼 수 있는 행성은 또 어떤 것이 있나요?”

목성과 그 위성들

“망원경을 지구 궤도 밖의 행성에 돌려 볼께요. 먼저 목성을 보시지요. 목성은 태양계에서 가장 큰 행성입니다. 지구에서 약 8억킬로미터나 떨어져 있는데도 하늘에서 아주 또렷이 보입니다.”


“목성의 크기는 얼마나 되지요?”
“그 직경이 약 140,000킬로미터로 지구의 약 11배이고 태양의 직경의 10분의 1쯤 됩니다. 저기 보입니다. 살펴 보시고 뭐가 있는지 말씀해 보시겠습니까?”
“보름달과 같이 밝고 둥글군요. 그런데 그 옆에 몇개의 밝은 별들이 있네요.”
“그것이 목성의 위성들입니다. 그중 넷은 작은 망원경으로도 볼 수 있을 만큼 밝습니다. 목성에는 훨씬 더 작은 달이 여럿 있읍니다. 열 세번째 것이 바로 작년에 발견되었읍니다. 그러나 보고 계시는 네개는 ‘갈릴레오’가 맨 처음 그의 망원경으로 목성을 보았을 때부터 알려져 왔지요. 그 네개의 별은 모두가 상당히 큰 것으로 하나는 수성보다도 더 크답니다.”


“내가 보기엔 그것들이 거의 일 직선상에 있는 것 같아요. 하나는 왼쪽에, 셋은 오른쪽에 있는데요.”
“내일 밤에 다시 보신다면 위치가 서로 달라집니다. 그것들은 목성과의 거리가 각각 다릅니다. 그래서 각각 공전 속도가 다르지요. 우리가 궤도의 측면에서 보고 있기 때문에 그것들이 항상 거의 일 직선상에 있는 것처럼 보이는 것입니다. 목성을 더 자세히 보기 위해서 배율을 80에서 160으로 증가시켜 보겠습니다. 아까는 보름달 같이 보인다고 하셨지요. 그런데 이제는 어떻습니까?”
“아, 달처럼 얼룩 투성이는 아닌데요. 그러나 그것을 가로지르고 있는 몇 개의 줄이 보이네요. 위성과 조화를 이루는 짙은 색깔의 띠라고나 할까요? 저게 뭐죠?”
“지구의 무역풍과 같은 강한 바람에 의해서 목성 주위를 도는 구름의 띠인 것 같습니다. 목성의 대기는 두텁고 밀도가 큽니다. 천문학자들은 목성의 대기 중에 ‘메탄’, ‘암모니아’ 그리고 수소가 있음을 밝혔습니다. 그 구름은 고체 ‘암모니아’ 결정체일지도 모르지요. 목성의 평균 밀도는 지구의 밀도의 사분의 일 밖에 되지 않기 때문에 목성의 태반이 가스로 되어 있음이 분명합니다.  표면에 또 다른 것이 보입니까?”
“붉은 점을 말씀하시는 건가요? 아랫 부분에 있네요.”
“그렇습니다. 그것이 바로 유명한 목성의 대적점(大赤點)이라는 것입니다.”


“그 붉은 점은 뭐죠? 연기 같은 것인가요?”
“구름 아래 화산이 있다고 생각하는 등 여러가지 이론이 있습니다. 그러나 때때로 그 점이 동쪽 서쪽으로 상당히 이동하는 것을 볼 때 그런 것 같지는 않습니다. 즉, 한 지점에 고착되어 있는 것이 아닌 것이지요. 아마 대적점은 목성의 대기 중의 거대한 폭풍우가 아닌가 생각됩니다. 그것은 거의 100년 전에 처음으로 발견되었어요. 크기나 모양이나 색깔이 상당히 변하기는 하지만 그것은 계속 남아 있습니다. 그 붉은 점이 실제 폭풍이라면 지구를 통채로 삼킬 만큼 광대하고 큰 폭풍일 것입니다.”
“목성을 왜 그렇게 흥미롭다고 생각하시는지 이제 알겠네요.... 남동쪽에 있는 붉으스레한 것은 무슨 별이죠? 화성인가요?”

너무 가혹한 화성의 기후

“맞습니다. 화성은 우주에서 가장 잘 알려진 이웃이에요. 금성이 더 가까운데도 화성이 가장 관심을 끄는 연구 대상이 되어왔죠. 그 이유는 화성이 지구에 접근할 때 태양광을 온전히 받으므로 관찰하고 연구하기가 아주 용이하기 때문입니다. 그러나 미리 말씀드립니다만 화성을 보시면 실망하실 수도 있어요. 이런 작은 망원경으로는 큰 행성만큼 볼 만한 것이 못되기 때문이지요. 그러나 이제 보시게 될 한가지 특징만은 그래도 볼 만한 가치가 있읍니다. 자, 보세요.”


“정말 작군요. 그렇지만 그 붉은 빛깔은 아름답네요. 한쪽에 하얀 점이 뚜렷이 있는데요. 저게 빙원(氷原)이란 건가요?”
“그렇습니다. 현재 위치에서는 화성의 남극이 우리를 향하고 있어서 남극의 빙원이 보이는 것입니다. 화성은 직경이 약 6,400킬로미터로 지구보다 훨씬 작지만 몇가지 점에 있어서 비슷합니다. 그 축이 궤도 면에서 24도 기울어 있는 점도 지구와 거의 같아요. 따라서 지구와 마찬가지로 화성이 태양 주위를 돌 때 계절 변화가 일어납니다. 24시간 조금 더 걸려 한번씩 자전하는 점도 비슷하지요.”
“그래서 어떤 사람들은 화성에 생물이 있을지 모른다고 생각했던 거군요?”
“그렇습니다. 하지만 다른 여러 가지 면으로 화성은 지구와 아주 달라요. 화성의 대기 밀도는 지구의 백분의 일도 못되며 그나마 대부분이 이산화 탄소입니다. 화성에는 물이 거의 혹은 전혀 없지요. 그러므로 보이는 빙원은 보통 얼음이 아니라 고체 이산화탄소 곧 보통 드라이 아이스라고 하는 것입니다. 현재 화성의 남반구는 여름이기 때문에 빙원이 줄어들고 있습니다. 하루 24시간 내내 햇볕이 비치는 상태에서는 몇주일 지나면 전부 없어지겠죠.”
“드라이 아이스가 형성될 수 있다면 매우 춥겠군요. 그러나 화성의 온대 지방은 더 따뜻하겠지요?”
“그렇습니다. 우주 탐사선이 보고한 화성 적도의 최고 기온은 섭씨 약 15도 입니다. 그러나 밤중에는 한 여름이라도 영하 70도 이하로 급강하합니다.”


“정말 최악의 기후로군요! 행성들은 정말 알수록 흥미롭네요. 다음은 어떤 것을 볼수 있나요?”

‘에로스’—우주 속의 작은 섬

“태양계에는 매혹적인 것들이 많이 있답니다. 저기 저 밝은 두 개의 별이 보이지요? 쌍둥이 자리의 ‘카스토르’와 ‘폴룩스’입니다.
아래쪽 별의 오른편으로 내려가면 다른 별이 또 있는데 그리 밝지 않습니다. 천문학자들은 그것을 ‘카파제미노룸’이라고 부릅니다. 어제 저녁 망원경을 통해서 희미한 다른 두 별과 함께 그것을 보았는데 두 별 중 하나는 그 별의 왼쪽에 다른 하나는 그 별의 아래에 위치하여 ‘카파’에서 직각을 이루는 직 삼각형을 형성하고 있었습니다. 이제 그것을 보시고 뭐가 보이는지 말씀해 보십시오.”
“말씀하신 대로 그 밝은 별과 또 다른 두 별이 보입니다. 그런데 그 두 희미한 별을 잇는 선상에 네번째 별이 있어요.”
“맞습니다. 어제 저녁에는 그것이 거기에 없었어요. 그렇다면 그것은 행성임에 틀림없지요. 항성과 행성의 근본적인 차이는 항성은 언제나 하늘에서의 위치가 고정되어 있는 반면 행성은 움직인다는 사실입니다.”
“와... 그럼 그것은 무슨 행성인가요?”
“그것은 에로스라고 불리우는 것으로 소행성 가운데 하나입니다.


그것은 지구에 가까이 올 수도 있고 하늘에서 움직이는 속도가 빠르다는 점에서 아주 특이합니다. 말씀하신 바와 같이 바로 지금은 두 별을 잇는 직선상에 있어요. 그러나 그것이 아주 빨리 움직이기 때문에 한 시간 후에는 상당히 떨어질 것입니다.”
“다른 행성들처럼 둥글지 않군요. 만약 그것이 움직이지 않는다면 항성과 구별할 수 없을 것 같아요.”
“그것은 매우 작으며 둥글지도 않습니다. 에로스는 길이가 35킬로미터 폭이 16킬로미터로 추산됩니다. 다섯 시간에 한번 자전을 하는 동안에 두 시간 반마다 한번씩 규칙적으로 밝았다 희미했다 합니다. 사실상 에로스는 우주 속의 섬이며, 크기는 카리브 해상에 있는 섬만 합니다.”
“에로스가 지구에 자주 접근하나요?”
“아닙니다. 사실 그렇게 조그마한 행성을 볼 수 있다는 것이 그리 흔한 일은 아닙니다. 에로스가 대부분의 소행성이 자리잡고 있는 화성과 목성 사이에만 있게 되었다면 우리는 그것을 결코 보지 못했을 겁니다. 그러나 그것이 궤도를 돌다가 근일점(近日點) 즉 태양에 가장 가까운 위치에 오게 되는데, 그 때에 지구 궤도에서 매우 가까와 지게 됩니다. 이달에 바로 그런 현상이 있게 되어 지구와의 거리가 2,200만킬로미터 밖에 되지 않습니다. 그렇지만 다시 그렇게 가까와지려면 81년을 기다려야 합니다.”
“천문학자는 참을성이 많아야겠네요. 하지만 오늘 저녁은 정말 시간이 너무 빨리 가네요. 또 어떤 것을 볼 수 있죠?”

신기한 토성의 고리

“마지막으로 볼 것이 또 하나 있습니다. 하늘에서 가장 아름다운 것으로 생각되는 것을 보여 드릴께요. 그것은 토성입니다. 배율 80으로 토성에 초점을 맞춰 놓겠읍니다. 자, 토성의 고리들이 감탄스럽게 펼쳐 있습니다.”


“와! 정말 기가 막힌 광경이에요. 정말 아름다워요! 하지만 제 눈에는 하나의 고리밖에 안보이는데 고리들이라고 말씀하셨지요?”
“그렇습니다. 배율을 두배로 해서.... 자, 다시 보세요. 그리고 안쪽 고리와 바깥쪽 고리 그리고 그 사이에 검고 좁은 공간이 있는지 살펴 보세오.


“아... 이제 두개의 고리가 보여요. 안쪽 고리가 더 밝은데요. 그 고리들은 엄청나게 크겠죠?”
“크지요, 사실상 태양계에 있는 어떤 혹성보다도 더 큽니다. 토성 자체는 목성보다 조금 더 작지만 그 고리들은 직경이 272,000킬로미터나 됩니다. 그리고 더 큰 만원경으로 보면 지금 보이는 고리의 안쪽에 훨씬 더 희미한 세번째 고리가 보입니다.”
“정말 장관이군요!”
“토성의 고리는 눈에 보이는 천체 중에서 아주 독특한 것입니다. 토성은 30년에 한번씩 태양 주위를 도는데 지구에서 그 고리들이 보이는 각도는 그 위상 변화에 따라 다릅니다. 15년 동안은 남쪽이 보이고 그 다음 15년간은 북쪽이 보입니다. 1회 공전 때 두번은 그 고리들이 측면에서 보입니다. 그 때에는 그 고리가 사라진 것처럼 보입니다. 얼마전에 바로 그런 일이 있었지요. 그 고리들은 두께가 15킬로미터도 못되는 아주 얇은 것입니다. 그리고 큰 망원경으로 보아도 그것들은 완전히 둥글며 납작하고 균일한 모양입니다.”
“고리들은 무엇으로 이루어져 있어요?”
“고형체는아니에요. 만약 고형체라면 바깥 가장자리가 안쪽 보다 더 빨리 움직일 것입니다. 그러나 사실은 고리의 안쪽이 더 빨리 움직입니다. 그러기 때문에 토성의 주위를 도는 위성들이 아닌가 생각되는 것입니다. 그러므로 토성의 고리는 자기 궤도에 따라 토성 주위를 돌고 있는 수 십 수 천억의 작은 입자들로 구성되어 있음이 분명합니다. 그 질량과 반사력으로 판단해 볼 때 그것들은 미립자들, 아마도 먼지같이 고운 입자들임이 분명합니다.”
“그러나 그러한 무수한 입자들이 어떻게 그처럼 형체를 이루게 되었을까요? 어떻게 그 고리들이 서로 충돌하여 혼란이 일어나지 않고 안정된 궤도를 계속 유지할 수 있지요?”
“고리가 어떻게 형성되었는지의 생성 원인에 대해서 아직 명확한 답은 없습니다. 그러나 유력한 가설로는 토성이 형성될 때 남은 물질이 위성이 되지 못하고 고리로 남았거나 또는 위성으로까지 진화는 하였지만 성장과정에서 충돌한 위성의 잔해가 고리를 형성하였다는 것입니다.
이러한 현상에서 토성의 중력권에 포획된 바위나 얼음 덩어리가 오랜 세월에 걸쳐 토성의 적도면에 모여 토성의 고리를 만드는데 협조하였을지도 모릅니다. 하지만 유독 토성의 고리만이 다른 행성의 고리보다 폭이 넓고 잘 보이는지 많은 천문학자들은 아직 이에 대해 변변한 대답들을 못하고 있답니다.”
“아직도 우리는 태양계의 행성들조차도 제대로 알지 못하고 있군요.”
“맞아요. 사람이 눈으로 볼 수 있는 별은 천억개가 넘지만 인간이 그 하나하나의 별을 다 파악하기란 쉽지 않습니다. 이렇게 밤이 되서 별들을 관찰하다보면 저 하늘의 광대함과 놀라울만큼 망사처럼 잘 짜여진 우주의 구성에 감탄하게 됩니다.”


“그렇군요..... 아..벌써 시간이 이렇게 흘렀네요.... 초대도 해주시고 좋은 구경도 할수 있게 해주셔서 감사합니다. 구경 하다보니 이제 가야할 시간이군요. 다음에도 또 다른 별들을 구경할 수 있었으면 하네요....”
“저도 좋은 시간이었습니다. 안녕히 가세요.”
“네 안녕히 계세요.”
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