가모프에 따르면 빅뱅이후 우주는 점점 팽창해가면서 온도가 낮아졌고, 물질의 상태변화(상전이)를 겪었다.
빅뱅 38만년 이후 먼저 수소가 만들어지고 수소로부터 헬륨이 만들어진다. 이렇게 빅뱅으로 만들어진 원자들은 대부분 수소와 헬륨뿐 다른 원자들의 생성은 설명하지 못한다.
한스 베테
우주에 존재하는 , 특히 우리의 몸과 지구를 이루고 있는 물질들이 어떻게 만들어졌는지를 설명한다.
우리의 몸과 지구를 이루고 있는 물질들은 빅뱅 이후 만들어진 별에서 만들어졌다.
우주에 존재하는 수소들이 중력으로 인해 서로 당기기 시작한다.
한데 뭉치기 시작한 별들은 엄청난 양으로 모이게 되고, 충분히 많은 수소들이 모이게 되면 핵융합반응이 일어나게 된다.
이러한 일들은 엄청난 압력과 힘이 필요하기 때문에 태양(별) 깊숙한 곳에서 발생한다.
이 에너지가 바깥쪽으로 나와서 빛을 내는 것이다.
먼저 수소들이 융합해서 헬륨이 생성된다. 헬륨은 또 융합해서 그 다음 무거운 원자가 된다.
이 같은 과정이 별 내부에서 반복적으로 일어난다.
즉 별은 원자들을 만들어 내는 거대한 용광로라고 할 수 있다.
하지만, 이런식으로 만들어진 원자는 한계가 있다. 정확히말해, 철 원자까지 만들 수 있다.
원소와 원자
원소
더이상 분해가 되지 않는 한 종류의 원자로만 이루어진 물질 및 그 물질의 구성 성분을 원소라고 한다.
원소는 갯수를 셀 수 없다.
기본 성분의 종류를 의미한다.
원소 주기율표에 나오는 모든 원소들은 더이상 다른 물질로 분해 되지 않는다.
ex)
(수소) 원소, (산소) 원소
원자
물질을 구성하는 기본 입자이다.
원소 객체의 실제적인 인스턴스라고도 볼 수 있다.
갯수를 셀 수 있다.
원소이름 원자 n개 라고 표현한다.
ex)
수소원자 2개, 산소원자 1개
이그림은 원자의 모식도 인데, 너무 작기 때문에 실제로 볼수는 없다.
안쪽에 원자핵이 있고 원자핵은 양성자와 중성자로 되어있다.
이 주변에는 전자가 돌고 있다. 바로 이 양성자의 개수가 원자를 결정하는 것이다.
양성자가 하나이면 수소, 두 개 있으면 헬륨이 된다.
이러한 양성자의 개수가 적당한 양이 되었을 때 철이된다.
맨 윗줄에 있는 것은 빅뱅때 만들어진 것이고 그 다음 줄에서 철까지는 별 내부에서 만들어 진 것이다.
그 이후의 것들은 더 엄청난 압력으로 원자들을 밀어 붙여야 한다.
이것은 별이 폭발 할 때 , 초신성 같이 엄청난 압력을 통해서만 만들어 질 수 있다.
이런식으로도 원자 번호 92번인 우라늄까지 만들 수 있다. 그래서 자연상태에서 존재하는 가장 무거운 원자를 우라늄이라고 한다.
우라늄보다 무거운 원자들도 자연에 존재할 수 있는데 그것들은 인간이 인공핵합성을 통해서 만든 인공적인 원자들이다.
그런식으로 인간은 현재 118가지의 원자를 만들었고 그런것들은 대개 잠깐만 존재하고 불안정해서 금방 사라지게 된다.
결국, 우리 모두는 별의 자손이다라는 의미는 별에서 만들어진 원소들이 우리 몸을 이루고 있기 때문이다.
위 그래프의 세로축은 한 칸에 열배씩 바뀐다.
즉, 태양계의 원자구성비는 수소와 헬륨이 99%이상을 차지하고 있고, 그중 수소가 75% 헬륨이 25%를 차지한다.
주기율 표에서 무거운 원자로 갈수록 태양계에는 굉장히 적은 양만 존재한다는 것을 알 수 있다.
2. 우주, 은하, 태양계 그리고 지구
우리 은하의 크기는 대략 10만 광년 이다.
이 안에는 천억개의 별이 있다. 그 별 가운데 하나가 태양이다.
즉, 태양은 정말 아무것도 아닌 것이다.
우리는 그 거대한 은하의 한 별에 불과한 태양, 태양 주변에 돌고 있는 행성가운데 하나인 지구에 살고 있다.
크기비교를하면, 반지름 기준으로 지구의 10배 크기가 목성이고, 목성의 10배 크기가 태양이다. 부피로 얘기하면 지구의 1000배가 목성, 목성의 1000배가 태양이다.
결국 태양은 지구 부피의 100만배인 것이다.
지구는 태양과 비교하면 정말 보잘것없는 암석덩어리같다.
Pale Blue Dot
보이저 1호가 찍은 지구는 푸른색 점으로 보인다.
이는물이 있기 때문에 그렇다. 이렇게 우주에서 보면 지구가 얼마나 보잘 것 없는지 알 수 있다.
우리 모두 겸손하게 살아야 한다는 이야기 이다.
지구와 다른 행성을 구분짓는 중요한 특성은 물이 있다는 것이다. 이로인해 지구는 푸른색으로 보인다.
물론 지구에만 물이 있는 것은 아니지만 액체상태에 물이 있다는 것이 중요하다.
지구의 물을 다 모아보면 오른쪽 그림처럼 한 줌밖에 되지 않는다. 표면의 70%를 덮고 있지만 다 모아보면 양이 얼마 되지 않는다.
목성 주위를 돌고 있는 오이로파라는 행성에도 물이 있는데 이곳의 물을 모으면 지구보다 더 많다 그래서 이곳에 생명체가 있을 것이라고 추정하기도 한다.
목성과 토성은 기체로 되어있어서 땅이 없다. 기체 행성이 자전을 하면 원심력 때문에 부풀어 오른다.
그래서 목성과 토성은 굉장히 큰 형태가 되어있다.
또한 고체로 되어있는 수성,금성,지구,화성과는 다른 특성을 지닌다.
수성
태양과 너무 가까워 생명체가 살 수 없을 정도로 뜨거운 행성이다.
금성
대기는 대부분 이산화탄소로 되어있다. 온실효과를 내는 기체이기 때문에 뜨겁다. 450도정도이고, 기압도 지구에 비해 100배 이상의 높다.
화성
붉게보이기 때문에 화성이라고 하는데 표면에 철이있어서 붉다. 표면의 철이 산화되어 녹이슬었기 때문이다. 공전주기는 지구보다 2배가까이 오래걸리는 687일, 자전주기는 지구와 비슷, 대기는 굉장히 희박해서 거의 없다고 할 수 있다. 대기가 없기 때문에 바람이 불지 않는다. 대기는 대부분 이산화탄소로 되어있다. 평균기온이 영하 46도로 차갑다. 뜨거운 것에 비해 차가운 곳에는 로봇이 탐사할 수 있다.
Opportunity
첫 번째로 화성에 간 탐사로봇
현재 여전히 미션 수행중이다.
Curiosity
두 번째로 화성에 간 탐사로봇
우리는 Curiosity가 보낸 사진을 통해 화성의 생생한 모습을 보고 있다.
화성의 노을
화성에서는 태양이 질 때 노일이 붉지 않고 파랗다.
노을이 생기는 이유는 태양광이 대기중을 통과하면서 많은 산란을 일으키기 때문인데,
지구에서는 태양 빛이 대기구간을 통과할 때 대부분 짧은 파장인 푸른색 성분이 더 많은 산란을 일으켜서 사람 눈에 도달하는 것은 더 긴 파장을 갖는 빨간색이다.
그래서 지구에서 대기가 부유물이 많거나 아침과 저녁같은 경우에는 붉은색으로 노을이 보이게 된다.
화성에서는 대기를 이루는 입자들이 태양 빛을 다른 형태로 산란을 일으키기 때문에 오히려 붉은색이 더많은 산란을 일으키고 푸른색이 그냥 지나가서 푸른색의 노을을 보게 된다.
화성의 생명체
둥그런 돌은 물에 의해 풍화작용이 일어 났기 때문에 생긴다.
지구처럼 화성에서도 둥근 돌들이 관측된다. 이는 화성에 옛날 언젠가 물이 흘렀다는 증거이다.
지금은 없지만 땅속 깊은 곳어딘가에는 물이 있을지도 모른다.
땅으로 들어 갈수록 온도가 올라가기 때문에 액체상태의 물이 있을지도 모른다.
물이 있다면 화성 땅속 어딘가에는 생명이 있지 않을까 추정해볼 수 있다.
교훈
일상에서 얻어진 많은 경험, 상식들은 지구라는 특별한 조건에서 얻어진 것이다.
즉, 하루가 24시간인 것도 당연하지 않고 아무리 더워도 100도이상 올라가지 않는 등 이런 행성들의 조건들은 당연하지 않다는 것이다.
그래서 우주에 대한 공부를 하면 할수록 우리가 알고 있는 상식이 얼마나 옳은 것인지 다시 생각해 보게 된다.
우주를 공부하다보면 언제나 겸손해진다.
3. 외계인은 존재할까?
이 우주에 지구외의 다른 행성에도 생명체가 살고 있을까 하는 질문이다.
이 질문은 지구상의 생명체가 얼마나 보편적인 형태인 것인지,
생명의 본질에 대한 우리 자신의 존재에 대한 답을 얻을 수 있다고 믿는 것이다.
지적인 생명체가 있을것인가?
SETI 프로젝트(Search for Extra-Terrestrial Intelligence)
지적 생명체가 있다면 우주에서 지속적으로 신호를 보낼 것이다.
이 신호를 분석하고자 하는 프로젝트
우주에서 가장 빠른 것은 빛이기 때문에 그들도 빛을 통해서 신호를 보낼 것이라고 추정
1GHz이하의 작은 전자기파는 은하 내의 잡음 때문에 묻혀버린다.
10GHz이상에서도 잡음이 존재한다.
이러한 주파수 대를 제외하고 나면 1.42~1.64GHz가 남는다.
지적인 생명체가 사용할 수 있는 유일한 전자기파의 대역이다.
SETI 프로젝트의 성과는 지금까지 아무것도 없었다.
외계에 우리의 신호를 보낸 사건
아레시보 메시지
1974년 푸에르토리코 아레시보 라디오 천문대에서 우주를 향해서 Globular Culster M13이라는 별에 신호를 보냄.
이 신호는 1679bit로 되어있는데 1679라는 숫자는 23*73으로 쪼개지고 소수이다.
지적인 생명체라면 소수를 이해하고 23*73으로 배열하여 그림과 같은 패턴을 파악할 것이라는 추정
파이어니어 10호
파이어니어 10호가 우주를 향해 떠날 때 지구인의 메시지를 실어서 보냈다.
여기에 그림과 같은 정보를 담은 동판을 탑재하여 보냄
외계에 정말 생명체가 있을까?
지구상의 생명체가 살고 있는 조건과 유사한 조건의 행성이 있는지 찾는 것이 중요
즉, 지구형 행성을 찾는 것이 첫 번째 과학적으로 할 수 있는 일일 것이다.
그런데, 별이 너무 밝아 그 주위를 도는 행성은 눈으로 볼 수 없을 것
다음과 같은 논리로 행성의 존재를 추론할 수 있다.
만약 별 주위에 행성이 있다면 행성이 별을 도는 동안 별빛을 약간 약하게 만들 것이다.
지구에서 엄청난 정확도로 별빛의 세기를 측정해서 별빛의 세기가 작아지는 구간을 통해 행성의 공전 주기를 알 수 있다.
실제로 실험을 통해 별빛의 세기가 작아지는 것을 측정했고, 이것을 통해 행성이 있다는 사실과, 행성의 공전 주기와 거리등을 알아냈다.
또다른 방법
별 주위를 도는 행성이 있다면 중력법칙에 의해 별도 조금 그 자리를 돌게 될 것이다.
이처럼 별이 아주 조금 움직인다면 도플러 효과로 인해 지구에 도달하는 별빛의 주파수가 변할 것이다.
이러한 주파수 변화를 통해 행성의 존재를 추론할 수 있다.
이러한 이론의 정밀 측정을 위해 Spitzer라는 위성을 띄웠다.
그 결과 Gilese 581이라는 별에 지구와 유사한 조건의 행성을 관측했다.
케플러 위성
케플러 위성 역시 지구와 대단히 유사한 조건에 있는 행성을 찾기위한 위성
TECH
지구형 행성을 찾기 위해 띄운 또다른 위성
4. 소행성을 포획하라
우주선에서 충돌체를 발사해 혜성과 부딪치게 한 뒤, 충돌로 인해 생긴 물질을 분석해 우주 생성의 비밀과 생명의 기원에 대한 실마리를 얻기 위해 미국항공우주국(NASA)이 추진한 계획이다.
소행성이 갖고 있는 경제적 가치 때문에 수많은 기업가가 투자하고 있다.
희토류 원소들은 지구상의 한 지점에 한 지역에 중점적으로 모여있다.
이러한 분포는 희토류가 원래 지구상에 없던 것이란 것을 의미한다. 즉, 지구밖에서 왔다는 의미이다.
이는 소행성이 지구상에 존재하지 않는 많은 원소들을 가지고 왔다는 추측
Itokawa & Hayabusa
일본은 소행성을 연구하는 위성들을 지속적으로 보내고 있는데 현재 세계적으로 기술력이 1위이다.
itokawa라는 소행성을 일본사람이 발견해서 붙인 이름이다.
인공위성 Hayabusa는 2005년 성공적으로 itokawa에 착륙하고 소행성의 일부를 채취해서 돌아왔다.
소행성의 물질을 채취해 온 나라는 일본밖에 없다.
현재 전 세계국가들은 소행성이 가지고 있는 경제적 가치를 위해 위성들을 띄우고 있다.
요약
1. 우리 모두는 별의 후손이다.
우리 모두는 초신성의 후예다.
우리는 모두 별의 후예다.
우선 우주는 한점에서 폭발하듯이 만들어졌다.
빅뱅으로 만들어진 우주는 처음에는 굉장히 높은 온도와 압력으로 되어있었다.
그것이 점점 커지면서 온도가 낮아지고 물질이 만들어지기 시작한다.
가모프라는 과학자가 계산했듯이 이렇게 빅뱅을 통해서 만들어질 수 있는 물질은 수소와 헬륨이다.
수소와 헬륨이 중력으로 서로 당기기 시작하여 엄청나게 많은양의 수소와 헬륨이 모인다.
중앙에서 핵융합반응이 일어나고 엄청난 고열과 빛을 내는데, 이를 우리는 별이라고 부른다.
별 내부에서는 계속해서 원자들의 합성이 이뤄진다. 이런식으로 점점더 원자번호가 큰 더 무거운 원자들을 생성해간다. 별은 원자들의 용광로라고 할 수 있는 것이다.
이런 방식으로 철까지 만들어 질 수 있다.
철보다 무거운 원자는 훨씬 높은 압력을 필요로 한다.
그런 압력은 별이 폭발을 할 때, 초신성으로 터질때의 무거운 원자들이 만들어진다.
이와 같이 우주에 존재하는 92번까지의 원자들은 별과 별의 폭발, 빅뱅으로부터 만들어졌다는 것이다.
즉 주변의 물질들은 모두 우주의 후손들인 것이다.
2. 우주, 은하, 태양계, 그리고 지구
은하는 태양과 같은 별들이 천억개 모인 것이다.
우리 은하에서 태양은 외곽에 위치하고 있는데 천억개에 달하는 별 가운데 하나에 불과하다.
지구와 태양을 비교했을 때 크기가 너무커서 외부에서 지구는 거의 볼 수 없고 태양만 보일 것이다.
따라서 태양계 내에서 지구의 위치는 보잘 것 없는 암석덩어리 행성같다.
우리 태양계에는 지구 말고도 여러 가지 행성이 있다. 그 행성들은 다 나름의 특성이 있다.
이 중에 지구가 갖고 있는 가장 중요한 특성은 물이 액체상태로 존재한다는 것이다.
이 뿐만 아니라 지구에는 생명체가 있다.
물론 지구에만 물이 있는 것은 아니다. 목성의 오이로파라는 위성에도 물이있다고 알려져 있다.
3. 외계인은 존재할까?
생명의 근원은 무엇일까와 가장 맞닿아있는 질문이다.
우주에 생명체가 만약있다면, 더군다나 지적인 생명체라면 자신의 존재를 외부에 알리고 있을 것이다.
이러한 추론에서 세티프로젝트가 시작된다. 프로젝트는 우주에서 가장 그럴듯한 전자기파의 주파수로 신호를 보내고 받는 것이다. 전파 망원경으로 전 우주를 훓어서 특별한 종류 의 신호를 찾고 있다. 현재까지는 관측한 바로는 어떠한 신호도 없다.
우리가 직접 외계인에게 전파신호를 보내기도 했다. 신호를 써서 우주선에 실어서 보내기도 했다.
이러한 작업들은 사실 과학적으로 의미가 거의 없다. 실제 과학적으로 의미가 있는 작업들은 지구형 행성을 찾는 것이다.
지구형 행성은 지구와 비슷한 조건에 있는 행성이다. 즉 별과 적절한 거리에 있는 그런 행성을 찾는다면 거기에는 지구와 같은 생명체가 있지 않을까 상상할 수 있다.
행성은 별에 비하면 너무나 작고 스스로 빛을 내지 않기 때문에 보이지 않는다. 따라서 이 행성을 찾는 문제는 정밀 측정이라는 물리학의 주제가 된다.
현재 우리는 별의 주위를 돌고 있는 행성이 별빛을 살짝 가릴 때 , 또는 행성이 있을 때 그 별의 살짝 흔들리는 운동을 도플러효과를 이용해서 측정할 수 있는 기술이 있다.
이런 기술들을 통해서 많은 행성들을 찾았고 그 중 일부는 지구형 행성이라는 것을 밝혔다.
이것은 단순히 생명체를 찾는 그런 미션에 불과한 것이 아닌 지구에서 측정할 수 있는 외계별빛의 측정 정밀도를 높이는 물리적인 문제와 직결되어 있는 것이다.
4. 소행성을 포획하라 !
소행성은 지구상 생명체의 운명을 뒤바꾸었던 중요한 존재중 하나이다.
소행성은 지구 밖에서 왔기 때문에 지구상에 존재하지 않는 원자들을 많이 가지고 있을 수 있다.
그런 것들을 우리가 우주로 나가서 포획할 수있다면 우리에게 큰 도움이 될 것이다.
우리 주위를 날아다니는 굉장히 작은 소행성에 중요한 경제적 운용이 있을지 모른다.
아마 빠른 미래에 우리가 외계로부터 무언가 얻을 것이 있다면 그것은 아마 소행성의 탐사, 소행성의 채굴로부터가 아닐까
