천체, 별자리의 탄생

 

별자리의 탄생

우리의 눈으로 볼 수 있는 별들은 실재하는 별의 극히 일부에 지나지 않습니다. 맑은 날 밤하늘에서 우리 눈에 보이는 별들은 가장 가까운 것들인데, 극히 일부에 불과합니다. 우주에는 우리의 상상 이상으로 셀 수 없을 정도로 무수히 많은 별들이 있습니다.

고대 천문학자와 점성술사 들은 하늘에 보이는 밝은 별들을 이 방법 저 방법을 써가며 여러 가지 모양을 만들어 냈는데요, 그것이 바로 우리가 잘 알 고 있는 별자리인 것입니다. 사실 별자리의 탄생은, 실제로 어둡지만 가까이 있어 밝게 보이는 별과 멀리 있지만 원래 밝아서 밝게 보이는 별들을 마음대로 무리 지어 만든 것에 불과합니다.

예를 들면, 러시아의 중앙아시아에서 본 밤하늘의 별자리나 미국 중서부에서 본 별자리나 그 모양에 있어서 아무런 차이를 발견할 수 없었습니다. 왜냐하면 별들까지의 거리가 워낙 멀었기 때문입니다. 결국 러시아와 미국은 천문학적 관점에서 동일한 지점이라고 할 수 있겠습니다. 관측자의 위치를 아무리 옮겨 본다고 해도, 별자리 하나를 이루고 있는 별들의 실제적인 3차원적 분포는 결코 알 길이 없습니다.

1광년이 거의 10 조 km에 이르는 엄청난 거리인데, 별들 사이의 평균 거리가 3~4광년이므로, 별자리의 모양은 몇 광년은 족히 움직여야 알아볼 수 있을 정도로 변할 것입니다. 

인간의 기술로는 별들의 적당한 시간을 찾기는 힘들지만, 컴퓨터에서는 가능합니다. 근처 별들의 3차원 분포에 관한 정보를 컴퓨터에 입력하면 관측자의 위치가 변함에 따라 그 별들이 만들어 내는 별자리의 모양이 어떻게 변하는지, 컴퓨터에서 자동 계산이 됩니다. 

별자리의 모양은 공간적으로만 변하는 것이 아니라 시간적으로도 바뀌게 됩니다. 즉, 별자리를 이루는 별들과 관측자의 상대 위치가 바뀌어도 주어진 별자리의 모양은 변하지만, 관측자가 한 장소에서 충분히 오랫동안 기다리기만 해도 별자리가 변하는 것을 볼 수 있습니다. 별들이 무리를 지어 한 덩어리로 함께 움직일 뿐 아니라, 때로는 어떤 별 하나가 주위 동료들보다 훨씬 빠르게 달아나기도 하기 때문입니다. 그런 별은 본래 있던 별자리를 떠나 결국 다른 별자리로 편입됩니다. 

더 재미있는 것은 별도 새로 태어나서 진화하다가 죽어 사라진다고 합니다. 그렇기 때문에 충분히 오랫동안 기다린다면 새로운 별들이 하늘에 나타나고 늙은 별이 시야에서 사라지는 것을 목격하게 될 것이라고 하는데요, 그래서 하늘에 그려진 별자리들의 모양은 아주 천천히 변하다가 결국엔 영영 사라지고 마는 것입니다. 겨우 몇 백만 년에 불과한 짧은 인류사에서도 별자리의 모양은 계속해서 바뀌어 왔습니다. 

 

공간과 시간은 서로 얽혀 있습니다. 시간적으로 과거를 보지 않으면 공간적으로 멀리 볼 수가 없다는 말이 있습니다. 지금 이 순간에 우리가 공간적으로 멀리 떨어져 있는 어떤 천체를 들여다보고 있다면, 시간적으로 그 천체의 과거 모습을 보고 있는 것입니다. 빛이 빠르게 움직이는 것은 틀림없이 맞지만, 그러나 별 사이는 텅 비어 있고 서로 아주 멀리 떨어져 있습니다. 75광년이라는 거리도 천문학적 척도에서 볼 때에는 매우 가까운 이웃까지의 거리에 불과합니다. 태양에서 우리 은하의 중심까지가 3만 년 광년이고 우리 은하에서 가장 가까운 나선 은하인 안드로메다 자리의 M 31 까지는 200만 광년이나 됩니다. 

지구에서 가장 멀리 떨어진 퀘이사(quasar)까지의 거리는 80억에서 100억 광년입니다. 오늘날 우리가 보는 지구의 모습은 사실 우주 먼지가 뭉쳐 지구가 되기 전, 심지어 우리 은하가 만들어지기도 전의 상황인 것입니다. 

천체들의 경우에만 시간과 공간이 얽혀 있는 것은 아니지만, 천체들 사이의 거리를 생각할 때 비로소 우리는 광속의 유한성을 실감하게 됩니다. 같은 방 안에서 나와 3m 정도 떨어진 곳에 앉아 있는 친구를 바라본다면, 그의  '지금' 모습이 아니라 1억 분의 1초, 즉 100분의 1 마이크로초 전의 '과거' 모습을 보고 있는 것입니다. 빛의 속도가 초속 30만 km이므로 3m를 움직이는 데 걸리는 시간은 이런 계산이 나오게 되는 것입니다. 그렇지만 사실 지금의 친구 모습과 이 전의 모습을 비교해보면 전혀 변화가 없습니다. 

그러나 수십억광년 떨어진 천체의 경우에는 상황이 좀 달라집니다. 예를 들어서 우리가 지금 80억 광년 떨어진 퀘이사를 보고 있다면 그것은 그 퀘이사의 현재 모습이 아니라 80역 년 전의 모습이라는 말인 것입니다. 

 

우주 여행은우주여행은 공간뿐 아니라 시간과도 밀접한 관계를 맺고 있기 때문에 우주여행은 시간과 공간을 가르는 여행이라고 말할 수 있습니다. 이제껏 존재하지 않았던 세계를 탐험한다는 것은 생각만으로도 가슴 설레는 일인데요, 그러한 곳을 찾아가 봐야지만 역사가 어떻게 만들어지는지를 진정으로 이해하게 될 것입니다. 이제 역사도 경험 과학의 영역이 되는 것입니다. 

외계에 얼마나 많은 행성계가 존재하는지 아직 확실하지는 않습니다. 하지만 상당히 많은 것이라는 추측에는 변함이 없습니다. 우리 주변에는 태양계뿐이라고 단순하게 생각할 수도 있지만, 조금 다르게 생각해 볼 필요가 있습니다. 목성, 토성, 천왕성도 주위에 위성들을 거느리며 태양계와 비슷한 구조를 하고 있다는 점에 주목한다면, 사실은 하나가 아니라 네 개의 생성계가 우리 주변에 있는 셈이 되는 것입니다. 목성형 행성들이 거느린 위성들의 상대적 크기며 그들 사이의 상대 간격 등을 보면, 목성, 토성, 천왕성도 각각 하나의 축소판 태양계를 이룬다고 할 수 있습니다. 질량이 뚜렷하게 서로 다른 별들로 구성된 쌍성계들의 다양한 자료를 통계적으로 분석해 보면, 우리의 태양같이 단독으로 존재하는 별들 주위에서 행성계가 형성될 가능성이 훨씬 높다는 결론에 이르게 됩니다.