Curiologist K

우리 은하 안에는 지금 이 순간에도 새로운 별이 탄생하고 있다. 태양만 한 별 하나가 만들어지려면 수백만 년이 걸리지만, 우주적 시간 척도로 보면 그건 눈 깜짝할 사이다. 더 놀라운 사실은, 별의 탄생 과정이 단순한 '수축'이 아니라 폭발과 충격파, 자기장이 뒤엉킨 격렬한 사건이라는 점이다. 우리가 밤하늘에서 보는 고요한 별빛 뒤에는 상상하기 어려운 혼돈이 숨어 있다. Photo by Pawel Czerwinski on Unsplash 별의 재료: 성간 가스와 먼지란 무엇인가? 우주는 텅 비어 있지 않다 별과 별 사이의 공간을 '성간 매질(interstellar medium)'이라고 부른다. 여기에는 주로 수소와 헬륨 가스, 그리고 아주 미세한 먼지 입자들이 퍼져 있다. 밀도는 지구 대기와 비교하면 거의 진공에 가깝지만, 우주 전체 부피를 고려하면 그 총량은 어마어마하다. 이 가스와 먼지가 특정 지역에 뭉쳐 있는 곳을 '분자운(molecular cloud)'이라고 한다. 분자운은 온도가 영하 260도에 가까울 만큼 극도로 차갑고, 내부에서는 수소 분자, 일산화탄소, 심지어 간단한 유기 분자들도 발견된다. 오리온자리 근처에 있는 오리온 분자운은 지구에서 약 1,300광년 떨어져 있으며, 현재도 활발하게 별을 만들어내고 있는 대표적인 사례다. 중력이 모든 것을 시작한다 분자운은 자체 중력으로 서서히 수축하려는 경향이 있다. 하지만 내부의 열 압력과 자기장이 이를 방해한다. 이 균형이 깨지는 순간, 즉 어떤 외부 충격이 가해지는 순간 수축이 시작된다. 근처 초신성 폭발의 충격파가 분자운을 압축하는 것이 가장 흔한 방아쇠 역할을 한다. AI Generated · Google Imagen 별이 만들어지는 과정: 원시별에서 주계열성까지 중력 수축과 원시별의 탄생 분자운의 일부가 중력 붕괴를 시작하면, 그 중심부는 점점 밀도가 높아지고 온도가...

2006년 8월 24일, 천문학자들은 투표 한 번으로 76년간 행성이었던 명왕성을 태양계 목록에서 지워버렸다. 그것도 전체 국제천문연맹(IAU) 회원 중 약 4%만 참석한 투표로. 이 결정은 과학적 논쟁이기도 했지만, 동시에 '우리가 무언가를 어떻게 정의하느냐'가 얼마나 큰 파장을 일으킬 수 있는지를 보여주는 사례이기도 하다. Photo by Sufyan on Unsplash 명왕성은 원래 어떻게 행성이 되었을까? 발견의 역사와 기대의 무게 명왕성은 1930년 미국의 젊은 천문학자 클라이드 톰보가 발견했다. 당시 천문학계는 해왕성 너머에 '행성 X'가 존재할 것이라는 가설을 오랫동안 품고 있었고, 톰보의 발견은 그 기대에 딱 맞아떨어지는 것처럼 보였다. 발견 직후 명왕성은 별다른 공식 기준 없이 곧바로 아홉 번째 행성으로 분류되었다. 문제는 처음부터 있었다. 초기 관측에서 명왕성의 질량은 지구와 비슷할 것으로 추정되었지만, 이후 관측 기술이 발전하면서 실제 질량이 지구의 0.2%에 불과하다는 사실이 드러났다. 달의 질량보다도 작다. 그럼에도 수십 년간 아무도 공식적으로 문제를 제기하지 않았다. 한번 붙은 이름은 쉽게 떼어내기 어렵다. AI Generated · Google Imagen 행성의 정의 — 왜 이게 그렇게 어려운 문제일까? IAU가 내린 세 가지 기준 2006년 IAU는 행성을 정의하는 세 가지 조건을 공식화했다. 첫째, 태양을 공전해야 한다. 둘째, 자체 중력으로 구형에 가까운 형태를 유지할 만큼 충분한 질량을 가져야 한다. 셋째, 그리고 이것이 핵심인데, 자신의 궤도 주변 공간을 '청소'해야 한다. 즉, 궤도 근처의 다른 천체들을 중력으로 끌어당기거나 밀어내어 지배적인 존재가 되어야 한다는 뜻이다. 명왕성은 첫 번째와 두 번째 조건은 통과한다. 태양을 공전하고, 구형에 가깝다. 하지만 세 번째 조건에서 탈...

지구보다 크고 가스 행성보다 작은 행성이 우리 은하에서 가장 흔한 유형일 가능성이 높다. 천문학자들은 이 '슈퍼지구'를 수천 개 이상 발견했고, 그중 일부는 액체 물이 존재할 수 있는 거리에 위치한다. 문제는 크기가 비슷하다고 해서 지구와 같은 조건을 갖춘다는 보장이 전혀 없다는 점이다. Photo by Steve A Johnson on Unsplash 슈퍼지구란 정확히 어떤 행성인가? 크기와 질량으로 정의하는 슈퍼지구 슈퍼지구는 지구 질량의 약 1.5배에서 10배 사이에 해당하는 외계 행성을 가리키는 용어다. 태양계에는 이 범주에 딱 맞는 행성이 없다. 지구와 해왕성 사이의 크기 구간이 우리 태양계에서는 텅 비어 있는 셈인데, 다른 항성계에서는 이 크기가 오히려 가장 흔하게 발견된다. 이름에 '슈퍼'가 붙었다고 해서 반드시 지구와 비슷한 환경을 가진다는 의미는 아니다. 암석형일 수도 있고, 두꺼운 수소 대기를 가진 '미니 해왕성'에 가까울 수도 있다. 실제로 어떤 유형인지는 반지름과 질량의 비율, 즉 밀도를 통해 추정한다. 어떻게 발견하는가 대부분의 슈퍼지구는 '통과 측광법'으로 발견된다. 행성이 별 앞을 지나갈 때 별빛이 미세하게 어두워지는 현상을 포착하는 방식이다. NASA의 케플러 우주망원경은 이 방법으로 수천 개의 외계 행성 후보를 찾아냈고, 후속 임무인 TESS도 같은 원리로 관측을 이어가고 있다. AI Generated · Google Imagen 슈퍼지구의 대기와 표면은 어떤 모습일까? 중력이 모든 것을 바꾼다 슈퍼지구의 가장 결정적인 특성 중 하나는 강한 중력이다. 지구 질량의 5배인 행성이라면 표면 중력도 그에 비례해 훨씬 강해진다. 이 중력은 두꺼운 대기를 붙잡아 두는 데 유리하지만, 동시에 지각 활동 방식에도 영향을 미친다. 지구에서는 판 구조론이 탄소 순환을 조절하며 기후를 장기적으로...

우주가 탄생한 지 약 1억 년이 지났을 때, 완전한 어둠 속에서 최초의 별들이 켜지기 시작했다. 그 별들이 모여 만든 구조물이 바로 은하다. 우리가 밤하늘에서 희미하게 보는 은하수는 단순한 별의 집합이 아니라, 수백억 년에 걸친 충돌과 합병, 폭발과 냉각의 흔적이다. 그 과정이 생각보다 훨씬 폭력적이고 혼란스러웠다는 점이 놀랍다. Photo by Adrian Mag on Unsplash 은하란 정확히 무엇인가? 별의 도시를 이해하는 법 은하의 기본 정의와 규모 은하는 중력으로 묶인 별, 가스, 먼지, 암흑물질의 거대한 집합체다. 우리 은하인 '밀키웨이(Milky Way)'에는 추정치에 따라 약 1,000억 개에서 4,000억 개 사이의 별이 있다. 지름은 약 10만 광년이며, 태양은 그 중심에서 약 2만 6,000광년 떨어진 외곽 나선팔에 자리 잡고 있다. 규모를 실감하기 어렵다면 이렇게 생각해보자. 빛의 속도로 우리 은하를 가로지르려면 10만 년이 걸린다. 현생 인류가 지구에 등장한 시간이 약 30만 년 전이니, 우리 은하의 크기는 인류 역사의 3분의 1 수준에 해당하는 시간이 필요한 거리다. 은하의 주요 구성 요소 은하는 크게 네 가지 요소로 나뉜다. 별과 성단이 모인 '원반(disk)', 가장 오래된 별들이 밀집한 중심부 '팽대부(bulge)', 구형으로 은하를 감싸는 '헤일로(halo)', 그리고 직접 관측되지 않지만 중력으로 존재를 드러내는 '암흑물질 헤일로'다. 암흑물질은 은하 전체 질량의 약 85%를 차지한다고 추정되는데, 우리는 아직 그것이 무엇인지 정확히 모른다. AI Generated · Google Imagen 빅뱅 이후 은하는 어떻게 처음 만들어졌을까? 최초의 씨앗 — 밀도 요동 빅뱅 직후 우주는 거의 균일했지만, '거의'라는 단어가 핵심이다. 아주 미세한 밀...

로켓이 발사대를 떠나는 순간, 그 아래에서 벌어지는 일은 단순한 '불꽃'이 아니다. 수백 톤의 추진제가 통제된 폭발을 일으키며 중력을 거스르는 그 과정은, 연료의 종류에 따라 완전히 다른 방식으로 작동한다. 고체 연료와 액체 연료 — 이 두 가지 선택지는 로켓 공학의 역사만큼이나 오래된 논쟁이다. AI Generated · Google Imagen 빠른 비교: 고체 vs 액체 연료 한눈에 보기 항목 고체 연료 액체 연료 구조 복잡도 단순 복잡 보관 및 준비 장기 보관 용이 발사 직전 주입 필요 추력 조절 거의 불가능 실시간 조절 가능 비추력(Isp) 상대적으로 낮음 상대적으로 높음 주요 용도 군사 미사일, 부스터 우주 발사체 주엔진 대표 사례 스페이스 셔틀 SRB 팰컨 9 멀린 엔진 고체 연료 로켓이란? — 단순함의 힘 고체 연료의 기본 원리 고체 연료 로켓은 연료와 산화제가 이미 혼합된 고체 덩어리를 연소실 안에 채워 넣은 구조다. 점화하는 순간부터 연료가 다 탈 때까지 멈출 수 없다. 마치 불붙은 폭죽처럼 — 일단 시작하면 끝까지 간다. 이 '멈출 수 없다'는 특성이 단점처럼 들리지만, 군사적 관점에서는 오히려 장점이다. 수십 년간 사일로에 보관했다가 수분 안에 발사할 수 있는 대륙간탄도미사일(ICBM)이 고체 연료를 선택하는 이유가 바로 여기에 있다. 미국의 미니트맨 III 미사일이 대표적인 사례다. 연료 혼합물은 보통 알루미늄 분말(연료...

로켓은 공기를 밀어내는 것이 아니다. 진공 속에서 오히려 더 잘 작동한다. 이 사실 하나만으로도 로켓 엔진이 우리가 직관적으로 생각하는 '추진'과 얼마나 다른지 알 수 있다. 비행기 엔진은 주변 공기를 빨아들여야 하지만, 로켓은 스스로 산화제를 싣고 다니며 연료를 태운다. 그 결과 대기권 밖에서도, 달 표면에서도, 심지어 화성 궤도에서도 점화가 가능하다. Photo by Andrew Wilson on Unsplash 로켓 엔진이란 무엇인가 — 뉴턴의 법칙을 불로 구현하다 작용-반작용의 원리 로켓 엔진의 핵심은 뉴턴의 제3법칙이다. 무언가를 한 방향으로 빠르게 밀어내면, 그 반작용으로 반대 방향의 힘이 생긴다. 로켓은 연소 가스를 엄청난 속도로 뒤쪽으로 내뿜고, 그 반작용으로 앞으로 나아간다. 공기가 없어도 된다. 밀어낼 '가스'는 로켓 자신이 만들어낸다. 여기서 중요한 개념이 '비추력(Specific Impulse, Isp)'이다. 연료 1킬로그램을 태워 얼마나 오래 추력을 낼 수 있는지를 초 단위로 표현한 값이다. 비추력이 높을수록 연료 효율이 좋다는 뜻이다. 케로신과 액체산소를 쓰는 엔진의 비추력은 대략 300초 안팎이고, 수소와 액체산소를 쓰면 450초 이상까지 올라간다. 이 숫자 하나가 로켓 설계자들이 밤새 싸우는 전쟁터다. 연소실과 노즐 — 압력을 속도로 바꾸는 장치 연료와 산화제가 연소실에서 만나 폭발적으로 연소되면 고온·고압의 가스가 생긴다. 이 가스를 그냥 내보내면 낭비다. 노즐이 그 압력을 방향성 있는 속도로 변환한다. 로켓 노즐의 독특한 형태 — 좁아졌다가 다시 넓어지는 '드 라발 노즐(de Laval nozzle)' — 은 가스를 음속 이상으로 가속시키는 데 필수적이다. 19세기 스웨덴 엔지니어 구스타프 드 라발이 증기 터빈을 위해 개발한 이 형태가 지금도 모든 로켓 엔진에 그대로 쓰인다는 점은 꽤 ...