어린 시절, 아니 어른이 된 지금도 생텍쥐페리의 <어린 왕자>를 읽을 때마다 가슴 찡한 여운이 남는 것은 저만의 느낌은 아닐 것입니다. 그건 아마도 어른들의 세계가 얼마나 메마르고 허세에 차있는지를 느끼게 하는 내용들로 가득 차있기 때문일 겁니다. 지금부터 하는 과학 이야기는, 독자들이 좀더 내용을 쉽게 이해할 수 있도록, <어린왕자> 이야기를 일부 각색하여 재구성한 것입니다…<필자 주>

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▲  우주에서 본 아름다운 지구의 모습입니다.
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어린왕자는 자신의 고향별을 떠나 여러 소혹성을 여행한 후 지구에 도착했습니다. 이 지구에서 얼마 간의 날들을 보내던 어느 날 사막에서 독사에 물리게 됩니다. 어린왕자는 자신이 키우던 장미꽃이 있는 고향별로 돌아가기를 간절히 원하던 어느날 사막에서 자취를 감추었습니다.

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▲  파란 하늘에 떠 있는 구름과 달. 지난 토요일(2008. 2. 16) 집 앞을 산책하다가 찍은 사진 입니다. 태양계행성 어느 곳에서도 이렇게 파란 하늘을 구경할 수는 없을 겁니다
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별이 유난히도 빛나던 밤에, 나는 지중해의 조그만 섬에 머물고 있는 비행기 조종사 생텍쥐페리 아저씨를 찾아가 사막 어딘가에서 신음하고 있을 어린왕자를 찾아 고향별로 보내주자고 부탁했습니다. 며칠 후 사막의 오아시스 옆에서 잠자고 있던 어린왕자를 찾아 가까스로 우주선에 태울 수 있었습니다. 

그게 꿈인지 생시인지는 모르겠으나 그것은 나에게 중요하지 않습니다. 중요한 것은 어린왕자를 고향별로 보내주는 것이니까요. 꿈속에서 한 마리 나비가 되어 꽃밭을 날아다니던 장자가, 꿈에서 깨어난 후 자신이 나비인지, 나비가 장자 자신인지 모른다고 했다지요(胡蝶之夢). '꿈이란 무엇인가?'라는 의문이 문득 드는군요.

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▲  미 우주선 아틀란티스호가 2008년 2월 7일 우주인 7명을 태우고 국제우주정거장을 향해 치솟아 오르고 있습니다. 유럽 첫 영구우주실험실인 콜럼버스를 국제우주정거장으로 이동시키는 임무를 맡은 아틀란티스는 발사 8분여 만에 지구궤도 진입에 성공했습니다.
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지구를 떠난 우주선, 9분 만에 우주정거장에 도착

우주로켓이 지구의 중력을 벗어나기 위해서는 최소한 초속 11.2㎞(1만 1200m)의 속력을 낼 수 있는 추진 장치가 있어야 합니다. 권총에서 발사되는 총알의 속도가 초속 400m이므로 우주선의 속도는 총알의 속도보다 무려 30배나 빨라야 한다는 셈입니다.

그러나 실제로 대기권 안에서는 공기의 마찰과 중력 때문에 그렇게 빨리 속력을 내지는 못합니다. 다만 우주선이 무중력 · 진공상태인 우주에 오르게 되면 그때부터는 실제로 초속 11km를 넘어 40km(파이오니아호)까지도 속력을 낼 수 있습니다.

10, 9, 8 … 우주선의 발사를 알리는 카운트다운이 끝나기가 무섭게, 어린왕자를 태운 우주선이 갑자기 천지를 진동시키는 굉음을 울리며 하늘을 향해 수직으로 치솟아 오릅니다. 빨리 움직이는 물체는 음속장벽을 깨뜨릴 경우 폭음을 냅니다. 또한 이륙 시 중력을 벗어나려는 로켓의 반작용으로 인해 우주선에 탑승한 사람의 몸은 근육이 뒤틀리고, 심장이 100㎏이상의 무거운 물체에 눌리는 것 같은 심한 고통을 경험하게 됩니다.

우주선이 지구를 벗어나 우주정거장까지 가는데 걸리는 시간은 9분 정도입니다. 우주정거장이 위치해 있는 지상 350km 지점은 중력도 없고, 공기도 없기 때문에 여기서부터 우주라고 할 수 있습니다. 한국 최초의 우주인 고산씨가 가는 우주정거장이 바로 이곳입니다. 고산씨는 즈베즈다(Zvezda) 모듈에서 우주생활을 체험하며 무중력상태에서 기초과학실험을 수행하게 됩니다.

우주가 엄청나게 먼 곳에 있다고 생각하는 분들은 아마도 실망이 클지도 모릅니다. 겨우 9분이면 도착할 거리인데 우주관광비용이 너무 비싸다고 불만을 토로하는 사람도 있을 것입니다(작년에 티토가 1회 우주여행경비로 지불한 돈은 약190억 원입니다).

그러나 일반 여객기의 고도가 10km안팎인 점을 고려할 때, 비행기 고도보다 35배나 높은 곳에 위치한 우주정거장의 거리가 결코 가깝다고만은 할 수 없지요. 우주는 무중력상태이므로 근육과 뼈가 쇠약해지고 몸의 면역력도 급격히 떨어진다고 합니다. 그래서 우주여행을 하기 위해서는 열심히 체력훈련도 받아야 합니다.

우주정거장에서 바라보는 지구는 빛나는 보석처럼 아름답습니다. 어린왕자는 한참동안 코를 유리창에 갖다 대고 넋을 잃고 바라봅니다. 지구가 파란색 구슬처럼 영롱하게 우주에 동동 떠있는 것이 신기하기만 합니다.

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▲  지구상공 350킬로미터 우주정거장에서 바라 본 지구의 모습. 대기권 덕분에 지구는 파란색으로 보이는 반면 공기가 없는 우주공간은 낮에도 하늘이 까맣게 보입니다.
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▲  달에서 본 지구의 아름다운 모습
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▲  우주공간의 아득한 어둠 속에 정겹게 떠 있는 지구와 달
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우주에서 본 지구, 가슴 설레도록 아름답다

우주에서 본 지구가 파란구슬처럼 아름다운 것은 공기가 있기 때문입니다. 그러고 보니 공기가 없는 달은 하얗게 얼어붙은 모습입니다. 지구에서는 파랗게 보이던 하늘이 이 곳 우주에서는 대기권이 없는 탓에 낮인데도 온통 까맣게 보입니다.

어린왕자를 태운 우주선이 우주정거장의 플랫폼을 빠져나와 고향별을 향해 질주하기 시작합니다. 푸른별 지구가 점점 더 멀어질수록 우주선 아래를 봐도 깜깜하고, 위를 올려다봐도 그저 깜깜하기만 합니다. 하늘에는 별들이 무수히 떠있긴 하지만 너무 외로워 보입니다.

진짜 별들(恒星: 태양 등 스스로 빛을 내는 천체)은 반짝반짝 빛을 내며 계속 그 자리에 있는 것 같습니다. 그러나 행성(항성의 빛을 받아 반사하는 천체)인 지구는 점점 더 멀어지며 가물가물 거릴 뿐입니다. 그렇게 오랜 시간이 흘렀습니다. 우주선은 어느새 토성, 천왕성, 해왕성을 지나 명왕성의 바깥 궤도에까지 와 있습니다.

여기서 잠시 타임머신을 타고 과거로 돌아가 보겠습니다. 왜냐하면 어린왕자를 태운 우주선이, 영원히 잊지 못할 아릿한 추억의 한 곳, 지구에서 60억km 떨어진 역사적인 한 공간을 지나고 있기 때문입니다.

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▲  '바로 여기다. 이곳이 우리의 고향이다'라고 칼세이건은 말했습니다. 보이저1호가 1990년 5월 태양의 가장 바깥쪽 명왕성 궤도에서 찍어 보낸 창백한 지구의 모습 입니다
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▲  보이저1호가 64억 킬로미터 밖에서 찍어 보낸 창백한 푸른 점(pale blue dot) 지구의 모습
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우리의 고향이 바로 여기다!

1977년 9월 5일 무인우주선 보이저1호가 태양계 행성을 탐사할 목적으로 발사되었습니다. 보이저호는 태양계 행성의 많은 사진들을 지구로 송신했습니다. 그 덕분에 우리는 토성의 고리가 얇은 얼음조각이란 사실도 알게 되었습니다.

지구를 떠난 지 13년이 흐른 뒤인 1990년 2월 초, 보이저호는 태양의 가장 바깥쪽 행성의 궤도를 넘어선 공간을 초속 18km의 속력으로 달리고 있었습니다. 과학자들은 혹시나 하는 마음에, 이미 배터리는 다 닳고 관성으로만 진행하고 있을 보이저호에 광속으로 신호를 보내 '카메라를 지구로 돌려 사진을 찍어 전송하라'는 명령을 내렸습니다. 이 신호는 5시간 후에 60억km 떨어져 있는 보이저호에 도달했습니다.

몇 달 후 기적 같은 일이 발생했습니다. 실현가능성이 없을 것 같은 이 명령에 따라 보이저호가 90년 3월부터 5월 사이에 태양계의 가족들과 우주공간에 외롭게 빛나는 '창백한 푸른점' 지구 등을 찍은 수 십장의 사진을 보내왔습니다.

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▲  55개국 언어로 된 인사말과 지구의 다양한 문화와 정보가 들어있는 타임캡슐. 보이저호에는 외계생명체와 만날 것에 대비해 ‘지구의 속삭임’이라는 타임캡슐 원판이 들어있습니다
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태양계 행성 탐사 임무를 마치고 아무런 에너지도 없이 관성으로 우주를 향해 나아가는 보이저호의 충실한 명령수행은 많은 과학자들의 가슴을 찡하게 했습니다.

보이저호는 이제 태양계를 완전히 벗어나 지금쯤 광대무변한 우주공간을 외롭게 질주하고 있을 겁니다. 이 외로운 우주여행은 앞으로도 200만년 동안은 계속 될 것입니다.

보이저가 보낸 이 한 장의 사진에 영감을 받아 칼 세이건은 자신이 쓴 <창백한 푸른점>(Pale Blue Dot)에서 이렇게 말합니다.

"우주공간에 외로이 떠있는 한 점을 보라. 우리는 여기 있다. 여기가 우리의 고향이다. 사랑하는 남녀, 어머니와 아버지, 성자와 죄인 등 모든 인류가 여기에, 이 햇빛 속에 떠도는 티끌과 같은 작은 천체에 살았던 것이다."

그렇습니다. 한 때 석가, 공자, 소크라테스, 예수가 살았던 곳이 바로 이 한 점, 지구입니다. 아름다운 시와 음악과 사랑이 있는가 하면, 다른 한편에서는 아직도 지독한 증오와 잔인한 행위가 그치지 않고 있습니다. 사람들은 이곳에서 영원히 살 것 같은 기세로 환경을 파괴하고 하늘을 찌를 듯한 콘크리트 건물로 아성을 쌓고, 우중충한 시멘트벽에 갇힌 채 불안한 삶을 살아가고 있습니다.

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▲  보이저호가 1982년 11월 3일 찍은 토성과 2개의 위성 테티스와 디오네 입니다. 토성은 고체행성(수성, 금성, 지구, 화성)이 아닌 기체행성이기 때문에 밀도가 너무 낮아 바다에 띄우면 가라앉지 않고 둥둥 뜰 정도로 가볍습니다
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태양계를 벗어나는 유인 우주여행은 사실상 불가능

생텍쥐페리 아저씨는, 어린왕자의 고향별이 해왕성 너머 명왕성이 속해있는 카이퍼벨트 또는 오르트 구름속의 소행성 중에 있을 것으로 생각하고 지금 우주선을 운행하고 있습니다. 이곳에는 수천억 개의 소행성들이 있기 때문에 어린왕자의 고향별을 찾기란 쉽지 않을 것입니다. 그러나 조종사 아저씨는 최선을 다해 어린왕자를 목적지까지 무사히 데려다줄 것입니다.

이 태양계의 끝자락을 벗어나면 아득한 어둠속 공간만이 우주를 지배합니다. 우주선으로 7만년을 달려야 겨우 별(恒星: 태양) 하나를 만날 수 있으니까요. 그 별 이름은 알파 센타우리입니다. 우리 태양계와는 가장 가까운 항성계이기도 합니다. 지구에서 빛으로 가면 4.3년이면 도달할 수 있지만, 우주선으로는 초속 18km의 속도로 달려도 7만 년이 걸리는 먼 거리입니다.

이 거리는 지구에서 해왕성의 거리보다 1만 배나 멀리 떨어진 곳이기도 합니다. 그러므로 태양계를 벗어난 우주여행은 아마도 되돌아올 수 없는 편도 여행이 될 것입니다. 그러면 빛에 가까운 속도로 달려 알파 센타우리 별까지 갈 수는 없을까요?

광속의 1/3까지 속도 낼 수 있다면…

지금까지 인간의 손에 의해 만들어진 가장 빠른 탐사선인 파이오니아10호(1972년 발사)는 오래 전에 이미 태양계를 벗어나 우주공간을 초당 40킬로미터 이상으로 돌진하고 있습니다. 그러나 이것은 여전히 광속보다 7500배 느린 속도입니다. 따라서 파이오니아10호가 태양계와 가장 가까운 별(알파 켄타우리)에 도달하는 것만 해도 거의 3만 년이 걸립니다. 그리고 가장 가까운 안드로메다은하까지는 150억년이 소요될 것입니다. 현재의 기술로 우리는 광속의 1%에도 도달할 수 없습니다. 그러나 광속의 1/3까지만 낼 수 있는 우주선을 개발하는 데 성공한다면 인간의 수명 내에서 17개의 별에 도달할 수 있다는 계산이 나옵니다. 우주공간에 무방비상태로 놓여있는 유해방사능을 어떻게 차단하느냐의 문제 또한 해결해야할 과제입니다. 참고서적: 코스모스, 창백한 푸른 점, 콘택트(이상 칼 세이건), 우주의 구멍(K. C. 콜), 시간여행(요하네스 V. 부트라)

물론 빛의 속도로 여행을 하면 그 시간을 대폭 단축시킬 수 있을 것입니다. 그러나 우주선을 빛의 속도로 가속을 한다는 건 불가능합니다. 전자를 입자가속기에서 빛에 가까운 속도로 가속시켜 160m정도 가도록 했더니 그 질량이 무려 5000배나 늘었습니다.

우주인의 몸무게가 70㎏인 상태에서 우주선을 가속시키면 그 무게가 5000배나 늘어 35만㎏이 된다는 얘깁니다. 우주선의 질량 또한 순식간에 5000배나 늘어나게 되는데 과연 이만한 중량을 움직일만한 추진에너지를 어디서 구하느냐가 문제입니다.

수소로 움직이는 핵융합 로켓이나 반물질(反物質: 물질과 합해지면 에너지를 발산하고 소멸하는 양전자 등의 미립자)을 이용한 에너지를 개발하지 않는 한 유인 우주선이 태양계를 벗어난다는 건 현재로선 불가능한 일입니다. 과학자들은 지금까지 아주 적은 양의 반물질을 생산하는데 성공했습니다. 반물질은 생산도 어렵지만 가격이 너무 비싼 게 흠입니다.

그러나 이런 에너지가 상용화 된다면 우리는 태양계의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지의 거리를 10년이 아니라 며칠 내에 갈 수 있을 것입니다. 우주에는 천억 개의 은하가 있고, 각 은하에는 천억 개의 별이 있습니다. 그리고 별에 딸린 행성의 수는 그 몇 배는 될 것입니다.

드레이크 방정식으로 계산하면 우리은하 안에만 해도 우리와 비슷한 문명이 1만개는 족히 된다고 합니다. 우리와 비슷한 외계문명을 만난다는 것은 신나는 일이 아닐 수 없습니다. 우리는 어린왕자처럼 꿈을 먹고 삽니다. 밤하늘의 빛나는 별을 보면서 공상에 잠기기도 하고, 밤에 잠을 자면서 별나라를 여행하는 꿈을 꾸기도 합니다.

미래의 어느 날, 꿈의 에너지가 개발되어 아름다운 별나라를 여행하는 날이 오기를 손꼽아 기다려 봅니다. 어린왕자를 태운 우주선이 무사히 고향별에 도달할 것을 기원하는 소박한 꿈도 함께 꾸면서 말입니다.

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▲  우주에는 1000억 개의 은하가 있습니다. 은하간의 거리는 너무 멀어서 우리은하와 가장 가까운 은하인 안드로메다은하만 하더라도 200만 광년이나 멀리 떨어져 있습니다
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