[하정열의 시·그림과 함께 떠나는 우주여행](40) 태양계의 식구들

인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 우리는 지금 태양계의 행성인 목성과 그 위성인 가니메데를 여행하고 있다. 이제 가니메데를 떠나 토성을 향해 가는 여정에서 태양계의 식구들에 대해 좀더 구체적으로 알아볼 필요가 있다.

태양계는 나선 은하인 우리은하의 나선의 팔 부분에 위치하고 있으며, 태양을 중심으로 돌고 있는 수성, 금성, 지구, 화성, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성의 여덟개의 행성과 명왕성, 세레스, 에리스 등의 ‘왜소행성(Dwarf Planet)’ 및 각 행성의 주위를 돌고 있는 위성과 소행성, 그리고 혜성 및 유성 등으로 이루어져 있다. 태양계 질량 중 약 99.85%를 태양이 차지하고 있으며, 행성들이 차지하는 질량은 단지 약 0.135%밖에 되지 않는다. 그 외 질량은 위성, 소행성, 혜성 등이 채우고 있다.

우리가 맨눈으로 밤하늘을 바라보면, 수많은 별들 사이에서 행성들을 찾기는 쉽지 않다. 하지만 자주 보다보면 금성과 화성처럼 몇몇 눈에 띄는 천체들을 볼 수 있다. 이 천체들은 다른 별들에 비해 밝은 편이며 조금씩 이동을 하고 있다. 그리고 이동하는 길은 태양이 지나가는 길과 비슷하다. 이들이 바로 태양계의 행성이다. 이러한 현상은 행성들의 공전 궤도면이 지구 공전궤도면과 거의 일치하기 때문에 일어난다. 그래서 행성들은 선사시대부터 사람들에게 알려졌다.

그러면 옛날 사람들이 생각했던 태양계는 어떠했을까? 그리스 시대에는 지구를 중심으로 천체가 돌고 있다는 천동설이 확립되었다. 하지만 천동설은 행성의 역행과 같은 특이한 현상을 설명할 수 없었고, 17세기가 되어서야 코페르니쿠스의 태양 중심설이 나왔다. 그리고 비슷한 시기에 케플러와 갈릴레이가 태양계의 중심은 지구가 아니며, ‘지구는 태양의 주위를 돈다’는 지동설을 주장하기 시작했다.

이 지동설이 나오면서 지금까지 설명할 수 없었던 많은 천체 현상들을 설명할 수 있게 되었다. 갈릴레이는 우리 태양계의 중심이 지구가 아니라 태양임을 믿었기에, 당시 기독교사회는 그의 연구 성과에 대하여 반대가 많았다. 그는 교황청을 방문하여 그의 이론을 설명하였으나, 결국 종교재판에 회부되어 지동설의 포기와 철회를 판결받았다. 종교재판소에서 풀려나자마자 갈릴레이는 하늘을 올려다보며, ‘그래도 지구는 돈다(eppur si muove)’라고 말했다.

태양계의 형성에 대해서는 수많은 가설이 존재한다. 대표적인 가설로는 성운설, 와동설, 조석설, 미행성 응집설 등이 있다. 성운설은 성운이 수축되어 태양계가 형성되었다고 설명한다. 그러나 이 가설은 오늘날 태양의 느린 자전을 설명할 수 없다는 문제점이 있다. 한편 와동설과 조석설은 모두 태양에서 떨어져나온 물질이 태양계를 형성한 것으로 설명한다. 그러나 두 가설 모두 태양에서 떨어져 나온 물질은 행성으로 성장하기 전에 증발하므로 행성이 만들어지기 어렵다는 문제점을 안고 있다.

현재까지 밝혀진 태양계의 여러 특징을 비교적 잘 설명해 주는 가설은 미행성 응집설이다. 미행성 응집설이 성운설과 다른 점은 성운설은 성운을 이루는 물질 전체가 원반처럼 회전하지 않고 각각의 중심을 향해 모여들어 태양과 행성을 형성한 것으로 설명하고 있지만, 미행성 응집설은 성운을 이루는 물질이 원반모양으로 회전하며 뭉쳐져 태양과 행성을 형성한 것으로 설명한다.

여하튼 태양계는 우리 은하 중심에서 약 2만 6천 광년 떨어져 있으며, 나선팔 중 하나인 오리온자리 팔에 은하 중심 방향으로 약간 치우쳐 위치해 있다. 우리 은하의 지름이 약 10만 광년이니, 은하 전체적으로는 중심과 가장자리의 대략 중간 지점에 위치한 셈이다. 태양계는 은하 중심을 한 번 공전하는 데 약 2억 5천만 년이 걸리는 것으로 알려져 있다. 우리는 이를 ‘은하년(Galactic Year)’이라 부른다.

수성부터 화성까지의 4개 행성은 암석형행성으로 가까운 거리에 모여있지만, 가스형행성인 목성부터 거리 차이가 급격하게 커진다. 참고로 화성과 목성 사이에 있는 띠는 소행성들이 모여있는 소행성대다. 과학자들의 꾸준한 노력으로 1801년에 소행성 세레스(Ceres)가 처음 발견되었다. 그 후로 비슷한 궤도 위치에서 소행성들이 지속적으로 발견되었고, 이것들이 주로 발견된 화성과 목성사이의 지역을 ‘소행성대(Astroid belt)’라 한다.

태양계의 해왕성궤도보다 바깥에 있는 ‘카이퍼 벨트(Kuiper Belt)’는 황도면부근에 천체가 도넛모양으로 밀집한 영역이다. 바깥쪽의 경계는 애매하나 바로 오르트구름과 이어져있으리라 추정된다. 약 30~50AU 정도에 분포한 카이퍼 벨트는 보통 단주기혜성의 기원으로 보고 있다. 카이퍼 벨트에 있는 천체를 ‘카이퍼 벨트 천체(KBO)’라고 한다. 주로 물과 얼음으로 된 작은 천체들로 보통 소행성으로 취급된다.

가장 외곽의 ‘오르트구름(Oort cloud)’은 장주기혜성의 기원으로 알려져 있다. 태양계를 껍질처럼 둘러싸고 있다고 생각되는 가상적인 천체집단을 말한다. 오르트구름은 일반적으로 태양의 중력이 다른 항성이나 은하계의 중력과 같아지는 약 10만AU 안에 둥근 껍질처럼 펼쳐져 있다고 추정된다. 이는 빛으로도 약 1.6년을 가야하는 어마어마한 거리이다. 이렇게 본다면 태양계의 크기는 태양에서 가장 가까이 떨어져 있는 프록시마 센타우리 등 인근 별의 오르트 구름과도 겹쳐질 수도 있을 것이다.

태양에서 지구까지의 거리는 약 1억5천만km이다. 이 거리는 빛으로도 8분이 넘는 시간 동안 달려야 도착할 수 있는 거리이기도하다. 그럼 태양계의 크기는 얼마나 될까? 해왕성이 태양계의 마지막 행성이다. 따라서 태양과 해왕성의 거리 약 46억km가 태양계의 반지름이라고 생각할 수 있다. 하지만 그보다 멀리 위치한 카이퍼벨트와 오르트구름의 발견으로 인하여 태양계는 우리의 생각보다 훨씬 거대하다. 따라서 지금 우리가 여행하고 있는 행성과 그 위성들은 태양계의 극히 일부분에 불과하다.

그림 ‘태양계 식구들235001S’은 그러한 태양계의 모습을 형상화한 것이다. 화성과 목성 사이에는 소행성대를 그렸고, 해왕성의 외곽에는 카이퍼벨트와 오르트구름을 형상화 했다. 시 ‘태양계의 식구들’은 그러한 태양계 속에 더불어 존재하면서, 꿈을 꾸고 도전하는 인간의 모습을 표현한 것이다.

우리은하의 한 모퉁이에서 
카이펴벨트와 오르트 구름으로 
넓디넓은 울타리를 치고
햇님을 아버님으로 모시는 곳

여넓 명의 자식과 수백 명의 손자들이
미리내의 대식구가 되어  
오순도순 정을 주고 받으며
신화같은 이야기를 만들어 가는 곳

우주의 지적생명체인 현존인류의
무한한 꿈과 상상력으로 
연인들의 사랑을 꽃피우게 하고
끝모를 모험심을 자극하여
희망과 도전의지를 북돋아주는 곳

고귀한 생명의 보금자리인 행성 하나가
곱디고운 달녀부인을 얻어
의 좋은 일곱 형제와 
정답게 손에 손을 잡고
강강술래 강강수월래