재난과 종말은 늘 인류를 매료시켜왔다. 성경 속 아마겟돈, 밀레니엄 버그, 세계대전과 핵폭탄 등 주제도 다양하다. 그 범위를 우주로 확대하면 우주에는 지구를 멸망시킬 방법이 수없이 많다. 소행성과 지구가 충돌한다면? 지구와 가까운 곳에서 초신성이 폭발한다면? 태양과 달이 사라진다면? 블랙홀이 지구를 집어삼킨다면? 

《불안한 사람들을 위한 천체물리학》에서는 13가지 우주 재난 시나리오를 소개한다. 리치아 트로이시는 이탈리아의 천체물리학자이자 판타지 소설 작가다. 저자는 천체물리학자가 가진 과학적 지식과 베스트셀러 작가로서의 이야기 솜씨를 결합해, 우주 재난을 재미있고 능숙하게 풀어낸다. 독자에게 겁을 주려는 게 아니다. 책에 나오는 대부분의 재난은 아주 먼 미래의 일이거나 발생할 확률이 거의 없다. 일어날 가능성이 있는 재난은 천문학자들이 지금도 연구하면서 해결책을 찾고 있다.

저자는 오히려 13가지 시나리오 가운데 당장 생존을 위협하는 재난은 지구 환경을 위기로 몰아가는 우리 자신이라고 말한다. 그러니 인류의 유일한 피난처인 지구를 우리 손으로 망가뜨리면 안 된다고 못 박는다.

감수자의 글 

프롤로그 

1 하늘이 머리 위로 떨어질 때

2 우물 속의 달, 중력 

3 햇빛 위를 걷다 

4 밤이 낮이 되었을 때 

5 복수 

6 대폭발 

7 유령 

8 암흑으로 돌아가다 

9 마이크로 위협 

10 우리는 타인이기도 아니기도 하다 

11 우주의 춤 

12 진보하는 무(無) 

13 적은 우리 자신이다 

에필로그 

신문에는 소행성이 접근해 지구를 파괴한다거나, 유럽입자물리연구소에서 개발하는 인공 블랙홀이 지구를 삼켜버리게 될 것이다와 같은, 사람을 놀라게 하는 제목의 기사가 자주 나온다. 그런 기사를 읽을 때마다(일반적으로 이런 기사들은 늘 정확한 근거가 없거나 과장돼 있다) 이런 의문이 생긴다. 왜 이렇게 좁게 생각하는 걸까? 우리가 두려워하는 게 파괴라면, 왜 소행성이나 마이크로 블랙홀처럼 통속적인 것만 생각하고 별의 폭발이나 은하의 충돌, 우주의 운명과 종말 같은 것은 돌아보지 않을까? 우주에는 우리를 멸망시킬 방법이 수없이 많다. -13쪽

재앙을 몰고 올 충돌로부터 지구를 지키기 위해 다양한 시스템을 고려했다. 영화 〈아마겟돈〉이나 〈돈 룩 업〉을 본 독자라면 알겠지만, 충돌 재난을 막는 방법 가운데 하나는 소행성 표면이나 그 아래에서 폭발이 일어나도록 원자폭탄을 사용하는 것이다. 충돌 위협이 이미 코앞에 닥쳤을 때 쓸 수 있는 비상조치다. 여기에는 여러 가지 변수가 있다. 한 가지만 말하면 소행성의 내부가 어떤 물질로 어떻게 이뤄졌는지 알아야 하는데, 소행성이 어떻게 쪼개지는지 미리 예측해야 하기 때문이다. 필요하다면 영화처럼 소행성 안에 핵폭탄을 집어넣어 터뜨리는 방법도 있다. 그런가 하면 벌써 시험이 완료돼 앞으로 활용 가능성이 높다고 생각되는 것도 있다. 소행성 궤도 변경이라고 부르는 방법이다. 실제로 이런 기술을 시험한 임무를 다트(Double Asteroid Redirection Test, DART), 즉 쌍소행성 궤도변경시험이라고 부른다. -30쪽

달은 분명히 지구에서 점점 더 멀어지고 있다. 기조력에 의한 영향 때문인데, 밀물과 썰물로 일어나는 마찰이 지구‒달 시스템의 에너지를 감소시킨다. 그 결과 한편으로는 앞서 말한 것처럼 지구 자전 속도를 늦추고, 그 여파로 달이 해마다 지구에서 3.8센티미터씩 멀어진다. 실제로 우리가 그토록 사랑하는 달을 잃어가고 있는 셈이다. 계산해보면 약 500억 년 뒤에 지구와달 사이의 거리는 최대가 된다. 우주의 나이가 140억 년 정도로 추정된다는 점을 생각하면 여러분은 안심해도 된다. 하지만 몇몇 수치 실험(시뮬레이션) 연구에 따르면 태양의 기조력 때문에 그때까지 일어났던 과정이 역전된다. 그 이후부터 500억 년 동안 달은 지구와 너무 가까워

지는 바람에 중력으로 달이 파괴되는 상황에 이른다. 그때가 되면 지구는 토성 같은 기체행성처럼 달이 파괴되어 조각난 잔해물로 이뤄진 고리를 두게 되리라. 이런 시나리오는 과학적으로 설득력이 있기는 하지만, 너무나 먼 미래이기 때문에 벌써부터 걱정할 필요는 없다. 하지만 달을 사라지게 하거나 지구와 충돌하게 만들 수 있는 다른 천체가 있다. -42~43쪽

과학자들은 몇 가지 대책을 마련했다. 태양 활동을 감시하는 일이 그 첫 단계다. 태양의 활동 주기는 11년이며, 11년 동안 태양이 가장 활발할 때와 저조할 때가 있다. 아주 심각한 재난은 태양 활동이 정점에 이를 때 일어난다. 우리는 태양이 지구로부터 빛의 이동시간으로 8분 20초 떨어져 있으며, 태양에서 나온 입자들이 빛보다 느린 속도로 움직인다는 것을 알고 있다. 그러니 태양폭풍이 일어났을 때 미리 알려주면 인공위성과 전력망을 끄기만 해도 피해를 최소화할 수 있다. 고압전선을 땅에 매립하는 것도 훌륭한 대책이다. 그렇다. 위협은 늘 도사리고 있지만 아직 멀리 있으며, 우리는 이에 대비하고 있다. -72쪽

초신성이 폭발하면 가시광선뿐 아니라 감마선과 X선, 그리고 모든 종류의 방사선이 나온다. 이러한 전자기파는 지구 대기와 상호작용을 일으키며, 이 가운데 감마선은 특별한 방식으로 상층대기에 있는 산소와 질소 분자를 질소산화물로 변환시킨다. 이는 크게 위험한 일이다. 세 개의 산소 원자로 된 오존으로 이뤄진 오존층을 감마선이 파괴할 수 있기 때문이다. 극지방에는 오존층에 얇은 두 개의 구멍, 즉 오존 구멍이 났다. 문제의 원인은 오랫동안 냉장고나 스프레이의 냉매로 사용했던 염화불화탄소라는 기체다. 좋은 소식은 염화불화탄소의 사용을 금지하고 대체 가스를 쓰도록 조치한 국제적 노력 덕분에 두 개의 구멍이 닫히고 있다는 것이다. 이처럼 인류가 다 함께 노력하면 뜻밖의 성과를 거둘 수 있다. -98쪽

물질의 가장 기본적인 요소를 조각 내려면 빛의 속도에 가까운 어마어마한 속도로 입자를 가속시켜 나오는 굉장히 높은 에너지가 있어야 한다. LHC는 지름이 27킬로미터나 되는 거대한 도넛 형태로, 안에서 초대형 자석을 이용해 입자들을 가속시켜 점점 더 속도를 높인다. 여기까지는 이상할 게 전혀 없다. 그런데 누군가 LHC를 작동시켜 실험을 시작하면 지구를 파괴할 수 있으며, 심지어 우주 전체가 파괴될 가능성이 있다고 말했다. 이 같은 경고를 한 사람은 영국 뉴캐슬대학교의 이안 모스지만, LHC를 분석한 과학자들도 보고서에 썼던 내용이다. 입자가속기가 어떻게 세상의 종말을 초래할 수 있을까? 여기서도 다시 블랙홀이 문제가 된다. -136~137쪽

우리가 외계인에게 두려움을 갖는 데에는 나름 이유가 있다. 지구는 오래전부터 기술 문명이 지배했고, 그런 문명은 열등한 종족의 영토를 식민지화하기 위해 침략했다. 사실 외계 문명에 대한 두려움은 몇몇 과학자에서 시작됐다. 스티븐 호킹은 외계인이 보낼지도 모르는 신호에 응답하지 않는 편이 나을 뿐 아니라 우주에 무선 신호를 보내지 말아야 한다고 생각했다. 예컨대 그는 미국령 푸에르토리코 북쪽 연안 항구도시에 있는, 아레시보 전파망원경이 1974년 우주로 보낸 것 같은 메시지를 보내지 말아야 했다고 말했다. 아레시보 전파망원경은 지름 300미터의 거대 안테나로, 2020년 일부 구조물이 내려앉아 가동을 중단하고 시설을 폐쇄했다. 이 망원경이 보낸 신호는 73행, 23열의 직사각형으로 배열된 1,679개의 이진수로 구성돼 있다. 1부터 10까지의 숫자를 이진수로 나타낸 코드로, 인간의 DNA에 대한 화학 정보와 태양계, 전파망원경을 뜻하는 내용을 담았다. 이 신호는 지적 생명체가 보냈다는 것을 알 수 있게 만들었다. 누군가 지구와 인간에 관해 파악할 수 있는 신호였다. 호킹은 앞으로 어떤 일이 일어날지 모르는 상황에서 가능하다면 우리를 노출하지 말아야 한다고 생각했다. -151~152쪽

답은 쉽고 간단하다. 걱정할 필요가 없다. 그 이유는 간단하다. 지구에서 가장 큰 위협은 조금 과장하면 안드로메다은하의 충돌이 대표적이다. 지금 지구를 향해 다가오는 속도를 바탕으로 지구와 안드로메다은하의 거리(약 250만 광년)를 계산하면 두 은하 사이의 충돌은 40억 년 동안 일어나지 않는다. 3장에서 그때가 되면 태양에서 일어나는 변화로 지구는 이미 폐허가 되고 생명체도 없을 거라고 말했다. 만일 태양이 적색거성으로 변해 지구를 먹어 치운다면 지구는 존재하지 않을지도 모른다. 우리가 그때까지 지구에 살지 못하는 게 유감스러운 이유가 있다. 태양이 지구를 삼키는 광경은 정말 장관일 테니까. -180쪽

우리는 흔히 기후변화가 피할 수도, 돌이킬 수도 없다고 생각한다. 우리는 제동을 걸 수 없는 메커니즘을 가동했으며, 언젠가 모두를 무너뜨릴 것이라고 생각한다. 하지만 그렇지 않다. 그건 위험한 사고방식이다. 지금까지 우리가 선택한 것을 계속하기 위한, 어쩌면 더 악화시킬 수 있는 알리바이를 제공하는 섣부른 판단이 아닐까. 그렇다면 희망 자체가 사라져버리기 때문이다. 우리는 아직 무언가를, 그것도 아주 많은 것을 실행에 옮길 수 있다. 시간은 끝나지 않았다. ‘더 잘하려다가 일을 망친다’는 말이 지금 상황에 딱 들어맞는다. 지금 진행 중인 프로세스를 역전시킬 수는 없지만, 적어도 완화하거나 늦출 수 있다. 우리는 생명을 구하는 동시에 최악의 결과만은 피해야 한다. -208쪽

그는 책을 펼쳐든 독자들의 손을 붙잡고 그런 가상 시나리오가 정말 설득력 있는지, 걱정할 만큼 위협적인지 친근한 말로 이해를 돕는다. 십 대 딸을 둔 엄마처럼 이탈리아 사람답게 활기 넘치는, 쉬운 언어로 이야기를 술술 풀어가는 솜씨가 놀랍다. 그는 인류 생존을 위협하는 가장 심각한 존재는 바로 우리 자신이라고 못 박는다. 책을 덮은 뒤 환청처럼 남는 그의 외침에는 거부할 수 없는 힘이 있다. 리치아 트로이시는 말 그대로 타고난 이야기꾼이다.

- 감수자의 글 중에서(문홍규 한국천문연구원)

 우주가 지구를 멸망시킬 수도 있다?

재난과 종말은 늘 우리를 매료시켜왔다. 성경 속 인류의 종말과 천년왕국, 밀레니엄 버그, 노스트라다무스의 종말론, 제3차 세계대전과 핵폭탄 등 끊이지 않는다. 가장 최근인 2012년에 나온 종말론은 존재하지도 않았던 고대 마야의 예언을 근거로 나왔다.  

뉴스에서는 소행성이 접근해 지구를 파괴한다거나, 유럽입자물리연구소에서 개발하는 인공 블랙홀이 지구를 삼켜버리게 될 것이다와 같은, 우리를 놀라게 하는 기사가 종종 나온다. 그러나 이런 기사들은 정확한 근거가 없거나 과장돼 있다. 물론 우주에는 우리를 멸망시킬 방법이 수없이 많다. 우리가 무언가를 두려워한다면 먼저 원인을 찾은 다음 그에 맞는 해결 방법을 내놓아야 한다. 흥밋거리로만 소비되는 종말론, 근거 없는 확신, 무책임한 유언비어 등은 사람들의 불안만 더할 뿐이다. 

《불안한 사람들을 위한 천체물리학》은 우주 재난 시나리오를 소개하면서 그 우주 재난의 과학적 원리와 발생 가능성, 그리고 해결 방법까지 제시한다. 이 책의 감수에는 한국천문연구원 소속 연구원들이 참여했다. 문홍규 박사가 전체 감수를 맡았으며, 다섯 명의 연구원이 자신의 전공 분야에 해당하는 장을 맡아 2차 감수를 진행했다. 적확하지 못한 표현과 미세한 정보 오류 등을 수정해 과학적 내용의 정확도를 높였다.

엄밀한 과학적 원리와 재치 있는 이야기로 풀어낸

우주 재난 시나리오

리치아 트로이시는 이탈리아의 천체물리학자이자 유명 판타지 소설 작가다. 《불안한 사람들을 위한 천체물리학》에서 천체물리학자로서 가진 과학적 지식에 베스트셀러 작가로서의 이야기 솜씨를 결합해, 우주 재난에 관해 재미있으면서도 상세하게 풀어낸다. 

이 책에는 우주 재난에 관한 13가지 시나리오가 소개된다. 어느 날 6,600만 년 전 백악기 공룡을 멸종시킨 것 같은 소행성과 지구의 충돌일지도 모른다. 지구의 자전축을 움직이게 하고, 조류를 일으키는 달이 어떤 원인으로 갑자기 사라질 수도 있다. 달이 사라지면 달이 지구 자전축에 미치는 안정화 작용이 일어나지 않아 지구 자전축 기울기에 큰 변화가 생긴다. 그 결과 지구에는 역사상 최악의 기후변화가 나타나 우리가 아는 생명이 살아남기 어려운 조건이 된다. 또 태양에서 방대한 에너지가 급작스럽게 방출되는 태양폭풍이 몰아친다면 어떨까? 평소보다 더 많은 방사선에 노출되고, 통신 장애로 심각한 문제가 발생할 수 있다. 이밖에 블랙홀이 지구를 집어삼킨다거나 외계 생명체가 지구를 침공할 가능성에 관한 시나리오는 지금까지 꽤 많이 들어왔던 것들이다. 

일반인들은 그 존재를 잘 모르거나 추측으로 위기를 조장한 우주 재난 시나리오들도 있다. 양전하를 띤 전자와 음전하를 띤 양전자를 반입자라 하고, 이 반입자가 반물질을 구성한다. 만약 반물질 별이 존재하며, 지구 근처를 지나가거나 태양과 충돌하면 어떻게 될까? 우주는 대부분 텅 비어 있고, 아직 먼 거리에 있는 두 천체가 충돌할 가능성은 극도로 낮지만, 어쨌거나 그런 일이 일어날 수 있다고 생각하면 재난보다 훨씬 큰 사건이 될지도 모른다. 물질‒반물질 소멸로 방출되는 에너지는 엄청나다. 태양 질량 전체가 한순간에 소멸돼 감마선 소나기가 되어 태양계를 통째로 휩쓸어버릴 수도 있다.

2008년 유럽입자물리연구소에 대형강입자가속기가 건설되었다. 언론과 일부 물리학자들은 입자가속기를 작동시켜 실험을 시작하면 지구를 파괴할 수 있으며, 심지어 우주 전체가 파괴될 가능성이 있다고 말했다. 입자가속기가 마이크로 블랙홀을 만들어낼 수 있다는 것이다. 하지만 블랙홀을 만드는 데 필요한 에너지가 아무리 낮더라도 우리가 지금 가지고 있는 장비의 효율로는 어림도 없다. 즉 마이크로 블랙홀은 우리가 만들 수 있는 능력 밖에 있다.

이 책에 나오는 대부분의 재난은 일어날 가능성이 아주 낮고, 일어날 확률이 거의 없는 것도 있다. 설령 가능성이 있다고 해도 수천만 년 혹은 수억 년 뒤의 일이다. 그러니 우주에서 발생할 수 있는 어떤 재난 때문에 불안해하지 않아도 된다.

지구가 멸망할까 봐 불안한 사람들에게

《불안한 사람들을 위한 천체물리학》은 독자들에게 겁을 주려고 쓴 게 아니다. 독자들이 안전한 상황에서 재난의 미래를 상상하도록 돕고, 관심을 가지도록 재미를 불어넣으려는 것이다. 혹여라도 일어날 가능성이 있는 재난은 지금도 천문학자들이 연구하면서 해결책을 찾고 있다.

1장에는 소행성과 지구가 충돌하는 시나리오가 나온다. 2021년 NASA에서 소행성의 궤도를 수정하는 쌍소행성 궤도변경시험(Double Asteroid Redirection Test, DART)을 수행했다. 같은 해, 다트 탐사선이 소행성 65803 디디모스와 그 주위를 공전하는 위성 디모포스로 구성된 쌍소행성계 가운데 디모포스와 충돌해 디모포스의 공전궤도를 바꾸었다. 인공적으로 소행성과 충돌을 일으켜 소행성의 운동 방향을 바꾸는 일이 가능하다는 사실을 입증한 임무였다.

4장에 나오는 태양폭풍에 대한 대책도 마련하고 있다. 지구의 태양 활동을 감시하는 일이 그 첫 단계다. 아주 심각한 재난은 태양 활동이 정점에 이를 때 일어난다. 태양폭풍이 발생했을 때 과학자들이 미리 알려주면 인공위성의 전원과 전력망을 잠시 끄기만 해도 피해를 최소화할 수 있다. 

우리나라의 한국천문연구원에서도 지구로 다가오는 자연 우주물체 감시, 우주물체의 충돌과 추락에 대응하는 우주위험감시센터를 운영하고 있다. 

코앞에 닥친 제일 위험한 재난은  

바로 우리 자신이다!

《불안한 사람들을 위한 천체물리학》 마지막 장의 제목은 ‘적은 우리 자신이다’다. 제목에서 알 수 있듯 재난은 바로 코앞에 닥쳤으며, 원인 제공자는 인간이다. 그 재난은 바로 지구온난화와 기후변화다. 

우리는 흔히 기후변화가 피할 수도, 돌이킬 수도 없다고 생각한다. 이제는 지겹다고 생각할 수도 있다. 하지만 그건 희망 자체를 지우는 위험한 사고방식이다. 지금 진행 중인 프로세스를 역전시킬 수는 없지만, 적어도 완화하거나 늦출 수 있다. 우리는 생명을 구하는 동시에 최악의 결과만은 피해야 한다. 걱정하거나 냉소할 시간에 행동해야 한다.

온실가스 배출을 줄이는 일이 시작이다. 제27차 유엔기후변화협약 당사국총회에서 경제 강국들이 기후변화로 피해를 당한 극빈자들에게 보상하도록 했다. 작은 움직임인 데다 협의 내용도 모호하지만, 어쨌든 출발점에 선 셈이다. 브라질에서는 룰라 대통령이 당선되면서 아마존 삼림 보호에 대한 희망이 생겼으며. 아이슬란드에서는 매년 최대 4,000톤의 이산화탄소를 저장할 수 있는 세계 최대 규모의 이산화탄소 포집 시설이 가동된다. 작은 규모로는 친환경 이동 수단(지속 가능한 교통)과 나무 심기를 장려하는 일을 할 수 있다.

지구는 인류의 안전을 지켜주는 유일한 피난처다. 그러니 먼 미래에 현실이 될지도 모르는 그 많은 위협 속에서 지구를 우리 손으로 망가뜨리면 안 된다. 이것이 《불안한 사람들을 위한 천체물리학》이 전하고 싶은 진짜 이야기이다.