생글생글

과학과 놀자

우주여행 시대가 다가오고 있어요

신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (12)상상 속에서나 가능했던 우주여행이 점점 현실로 다가오고 있습니다. 유리 가가린이 1961년 인류 최초로 우주 비행에 성공한 이후 우주는 선택받은 사람들만의 영역이었습니다. 여전히 우주여행은 개척 단계이고 천문학적인 비용이 들지만, 조금씩 가능성의 영역으로 접근하고 있습니다.올해 4월 미국 우주개발 기업 액시엄이 모집한 우주 여행객들이 국제우주정거장(ISS)에 다녀왔습니다. 이들은 스페이스X가 제작한 우주 발사체 팰컨9과 우주선 크루 드래건을 이용해 우주로 나갔다가 17일 만에 지구로 돌아왔습니다. 이들은 15일간 국제우주정거장(ISS)에 머물렀습니다.작년 7월에는 영국 버진그룹의 리처드 브랜슨 회장이 우주에 다녀왔습니다. 브랜슨 회장은 VSS 유니티라는 우주 여객기를 타고 지구를 벗어나 3~4분간 ‘무중력 체험’을 하고 돌아왔습니다. 본격적인 우주여행이라고 할 수는 없지만 우주 공간을 체험하고 왔다는 의미가 있습니다.아마존 창업자 제프 베이조스도 작년 7월 자신이 설립한 우주여행 기업 블루오리진의 로켓을 타고 지구와 우주의 경계선인 고도 100㎞ 상공까지 올라갔다 왔습니다. 블루오리진의 우주여행은 유인 캡슐과 결합한 로켓이 수직으로 올라간 뒤 내려오는 방식으로, 캡슐은 고도 75㎞에서 분리된 후 지구 대기권과 우주의 경계선인 고도 100㎞의 카르만 라인에서 낙하합니다. 비행 시간은 약 10분으로 캡슐에 설치된 3개의 대형 낙하산을 이용해 지구에 착륙합니다.우주여행은 아직 보통 사람이 접근하기는 어렵습니다. 무엇보다 비용이 너무 많이 드니까요. 액시엄의 우주여행에는 미국 부동산 투자 사업가와 캐

과학과 놀자

힘의 상호작용 속에서 입자에 의해 결정되는 우주

얼마 전 《사라진 중성미자를 찾아서》라는 책을 쓴 박인규 교수의 대중 강연을 들을 기회가 있었다. 유령 입자의 탄생에서 약력의 발견, 태양의 수수께끼, 정체를 바꾸는 입자, 중성미자에 대한 이야기였다. 강연을 들으며 우주를 이루고 있는 물질의 신기한 세계에 대한 호기심이 향수처럼 일어났다.중성미자 이야기를 시작하려면 물질을 구성하는 입자들에 대해 알아볼 필요가 있다. 대부분의 사람은 물질을 구성하는 기본 입자는 원자라고 답할 것이다. 실제로 원자의 어원도 그리스어로 ‘나눌 수 없는’이라는 뜻의 아토모스(atomos)에서 유래했다. 하지만 원자는 핵과 전자로 이뤄져 있고 다시 핵은 양성자와 중성자로 구성돼 있다.여기서 의문이 생긴다. 전자는 음전하(-)를 띠고, 양성자는 양전하(+)를 띠므로 둘 사이에는 인력이 작용해 핵 주위에 전자가 운동하고 있는 것은 지구가 중력에 의해 태양 주변을 돌고 있는 것과 비슷하게 이해할 수 있다. 그런데 같은 전하를 띤 양성자끼리 어떻게 핵에 단단하게 뭉쳐 있을 수 있을까. 흔히 원자의 구조를 이야기할 때 원자를 야구장 크기로 비유하면 핵은 야구공 크기 정도라고 표현한다. 수치로 표현하면 10만 분의 1 정도다. 그리고 이 핵에 원자 대부분의 질량이 모여 있다. 그렇다면 질량이 있는 물체 사이에 상호작용하는 중력이 전하를 띤 물체 사이에 작용하는 힘인 전기력보다 더 커서 그런 것일까. 계산해보면 두 양성자 사이에 작용하는 중력의 크기는 전기력의 크기보다 대략 1/10<윗첨자>36배다. 비교도 할 수 없이 약한 것이다.그렇다면 어떻게 핵이 만들어졌을까. 여기서 또 다른 힘의 존재를 유추할 수 있다. 그 정체는 바로 강력(강한

시사·교양 기타

우주 개발 어디까지 왔나

초·중생용 경제·논술신문 ‘주니어 생글생글’은 이번 주 커버스토리 주제로 우주를 다뤘습니다. 우주를 향한 구소련과 미국의 최초 대결부터 우주 개발의 주체가 국가에서 민간으로 넘어온 뉴 스페이스의 흐름까지…. 오는 15일 누리호 2차 발사를 앞둔 대한민국의 우주 개발사도 톺아봅니다. 이 밖에 성공한 기업가이자 투자가로 평가받는 손정의 전 소프트뱅크그룹 회장의 이야기를 실었습니다.

과학과 놀자

외계 생명체 찾아낼까? 제임스 웹 우주 망원경에 쏠리는 관심

국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (1)우주는 어떻게 탄생했으며, 초기 우주는 어떤 모습이었을까. 지구 밖 외계 생명체는 과연 존재할까. 수많은 과학자가 오랫동안 해 온 질문들이다. 이런 의문을 풀어 줄 것으로 기대를 모으고 있는 우주 망원경이 있다. 작년 12월 25일 발사에 성공한 ‘제임스 웹 우주 망원경(웹망원경)’이다.웹망원경은 1990년 인류가 최초로 우주에 발사한 허블 망원경의 뒤를 이을 우주 망원경이다. 인류가 지금껏 개발한 우주 망원경 중 가장 크고 성능도 우수하다. 미국 항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)이 22년간 10조원 넘는 연구비를 투자해 개발했다. 과학자들은 웹망원경이 별과 은하의 탄생과 진화, 블랙홀의 비밀 등에 관해 새로운 발견을 해낼 것으로 기대하고 있다. 외계 생명체의 존재 증거를 찾아낼 수 있을지도 관심사다.웹망원경은 18개의 육각형 거울로 우주를 관측한다. 거울의 지름은 6.5m로 허블 망원경(2.4m)의 2.7배 정도 된다. 사물을 눈으로 볼 때보다 100만 배 확대해서 볼 수 있다. 태양열과 빛으로부터 망원경을 보호하는 테니스 코트 크기의 차단막도 달려 있다. 지구에서 약 150만㎞ 떨어진 곳에서 행성과 별, 은하의 움직임을 관찰한다.현재 시험 가동 중인 웹망원경은 오는 6월부터 본격적인 활동에 들어가 앞으로 5년간 우주 관측 임무를 수행한다. 6월 말엔 웹망원경이 처음 관측한 ‘퍼스트 라이트(first light)’ 사진을 지구에 보내올 예정이다. 인류가 개발한 가장 우수한 우주 망원경에 비친 우주는 어떤 모습일지 벌써부터 기대된다.백창현 국립중앙과학관 기상연구관 

과학과 놀자

우주선이 지구 벗어나기 위한 탈출속도는 비행기의 80배

2022년 4월 7일 개봉한 넷플릭스의 다큐멘터리 영화 ‘리턴 투 스페이스’에서는 일론 머스크와 스페이스X 엔지니어들이 미국 항공우주국(NASA) 우주비행사를 국제우주정거장으로 돌려보내 우주여행에 혁명을 일으키는 이야기를 담고 있다.냉전 시대 이후 미국과 러시아는 치열한 우주경쟁을 했지만 천문학적 비용에 부담을 느낀 NASA는 유인우주선 운영을 중단하고, 2011년 이후부터는 러시아 우주선을 이용하고 있었다. 이렇게 정부 주도 우주산업이 침체기에 접어들자 민간기업인 테슬라의 일론 머스크와 스페이스X 엔지니어들이 힘을 합쳐 NASA와 파트너십을 따내는 데 성공한다. 오랜 기간 수많은 시행착오와 시도 끝에 2020년 5월 민간 우주선 크루드래건(Crew Dragon)에 우주인 2명을 태우고 3개월 동안 국제우주정거장에서 임무를 수행하고 되돌아오는 데 성공한다.우주선을 우주에 보내는 데는 섬세한 과학기술과 천문학적 비용이 발생한다. 그렇다면 우주선을 지구 밖으로 보내기 위해 우주선에 얼마만큼의 에너지가 필요할까. 가장 단순하게 계산하는 방법은 마찰력과 공기저항을 무시하고 역학적 에너지 보존 법칙을 이용하는 것이다. 지구는 우주선에 끊임없이 잡아당기는 인력을 작용한다. 이 힘은 중력으로 질량을 가진 물체 사이에 작용하는 인력이다. 중력은 각 질량의 곱에 비례하고, 거리의 제곱에 반비례한다. 지표면 근처 중력은 지표면 위에서의 높이가 지구 반지름에 비해 매우 작아서 두 물체 사이의 거리를 지구 반지름으로 근사하여 계산하지만, 우주로 쏘아 보내는 우주선은 그럴 수 없다.따라서 우주선이 무한대로 멀어지는 데 필요한 에너지는 무한대에 있는 우주선이 지구까지 오는

과학과 놀자

달과 화성 거주 위한 인류의 꿈 구체화되고 있지만…지구보다 중력 약해 방사선·먼지 등 해결 과제 많아

민간인이 지구 고도 80㎞ 이상 떨어진 ‘우주’를 재활용 민간 왕복선으로 여행했다거나 화성 탐사차 큐리오시티(Curiosity)와 탐사선 엑소마스(ExoMars)가 화성 지표면과 지표면 아래에서 물의 존재 가능성에 대한 증거를 보내왔다는 뉴스를 접하는 시대에 살고 있다.인류의 극소수가 우주여행을 즐기는 사이 수백t의 탄소가 배출되기도 하고, 우주자원을 특정 국가가 소유할 수 있다는 논리를 접하면 인류가 옳은 방향으로 진보하고 있는가에 대한 의구심이 들기도 한다.2027년에는 지구 중력 6분의 1의 인공중력으로 작동하는 우주정거장에 인류 최초 우주호텔 보이저 스테이션(Voyager Station)을 설치한다거나, 2024년 영화 촬영 스튜디오 모듈(SEE-1)을 국제우주정거장에 설치하겠다는 계획, 다른 행성에서 살기 위한 방법이 관련 전문 학회에서 논의되고 있다는 소식을 들으면 특정 행성에 여행 가거나 거주하겠다는 인류의 꿈이 구체화되고 있다는 게 실감된다.인류가 우주의 다른 행성을 탐험하거나 그곳에 거주하려면 몇 가지 문제점을 먼저 해결해야 한다. 인류가 새로운 행성을 문명화하기 위한 연구는 유인 우주선을 발사하던 1980년대부터 우주토목공학(SCE·Space Civil Engineering)이라고 정의되어 진행돼왔다. SCE는 인류가 우주에 문명을 펼치기 위해 필요한 것을 연구하는 학문 분야다. 토목공학이 지향하는 바와 크게 다르지 않다. SCE와 토목공학의 차이를 만드는 것은 자전주기, 공전주기, 태양과의 거리를 쉽게 떠올릴 수 있지만, 방법에서의 근본적 차이는 거주하고자 하는 달이나 화성의 중력이 지구보다 작은 데서 발생한다. 달과 화성의 중력은 지구 중력에 비해 각각 6분의 1과 3분의 1 수준이다.

커버스토리

희망 쏜 누리호

국내 기술로 제작한 첫 한국형 발사체(KSLV-Ⅱ) 누리호가 지난달 21일 오후 5시 전남 고흥 나로우주센터에서 발사됐습니다. 지구 상공 700㎞ 지점까지는 성공적으로 올라갔는데 마지막 단계에서 1.5t짜리 위성 모사체를 궤도에 올려놓지 못했습니다.2010년 개발을 시작한 3단 발사체 누리호는 설계와 제작부터 시험, 인증, 발사에 이르기까지 전 과정을 국내 독자 기술로 수행했습니다. 한화에어로스페이스 현대중공업 등 300여 개 기업이 참여했죠. 1단 로켓은 추력(推力) 75t급 액체 연료 엔진 4기(300t)를 묶어(클러스터링) 한 치의 오차도 없이 작동했습니다. 75t급 액체 엔진 1기로 이뤄진 2단도 성공적으로 작동했죠. 7t급 액체 엔진 1기를 탑재한 3단은 계획된 521초보다 짧은 475초만 연소한 뒤 꺼져 위성 모사체가 궤도에 안착하는 데 필요한 속도(초속 7.5㎞)를 내지 못했습니다. 궤도에 진입하지 못한 위성 모사체는 지구로 떨어졌습니다.하지만 가장 어려운 과제인 1단 로켓이 지상 59㎞까지 날아올랐고 1·2·3단 로켓 및 위성 분리, 페어링(발사체 맨 윗부분 덮개) 분리까지 완벽하게 이뤄지면서 발사체의 비행 성능은 확보한 것으로 평가됩니다. 앞서 2013년 발사에 성공한 2단 발사체 나로호는 170t급 1단 엔진을 통째로 러시아에서 들여왔고, 우리는 2단만 개발했습니다. 나로호는 2009년과 2010년 두 차례 실패를 겪은 뒤 100㎏ 과학위성을 지상 300㎞ 궤도에 올려놓을 수 있었습니다. 나로호와 비교한다면 순수 국내 기술로 개발한 누리호는 첫 발사가 비교적 성공적이라고 봐도 되겠습니다.지금까지 1t급 위성을 자력으로 쏘아올린 나라는 러시아(1957년) 미국(1958년) 유럽(1965년) 중국(1970년) 일본(1970년) 인도(1980년)

커버스토리

사람을 대포로 쏴서 달에 보낸다는 상상이 로켓이 됐죠

쥘 베른(1828~1905)은 우주여행과 미래 과학기술을 테마로 글을 많이 쓴 소설가입니다. 그를 빼놓고 과학소설(SciFi)의 계보를 말할 수 없죠. 과학소설의 개척자였으니까요.그가 쓴 《지구에서 달까지》는 우주적 상상력과 작가적 역량이 빚어낸 기념비적 작품입니다. 소설은 사람을 대포로 쏘아서 달나라로 보내자는 사업을 둘러싸고 전개됩니다. 현재 시각에서 보면 멍청한 소리 같지만 당시엔 멋진 상상이었습니다. 지금과 다른 게 있다면 대포가 로켓으로 고급화됐다는 것뿐이죠. 지난달 21일 전남 고흥 나로우주센터에서 발사된 누리호(KSLV-Ⅱ)는 ‘고급 대포’나 마찬가지죠. “쥘 베른은 우주적인 상상력을 지니고 있다. 이것은 매우 드물고 아름다운 능력이다. 그는 시인이자 놀라운 예언자이며 능력 있는 창조자였음을 어느 누가 감히 부인할 것인가?” 아나톨 르브라즈라는 사람은 그를 이렇게 극찬했습니다. 쥘 베른의 생각이 미국의 아폴로 11호의 달 착륙보다 1세기나 앞서서 나왔다니, 놀라울 따름입니다.쥘 베른은 ‘대포 인간’ 외에 다른 상상도 소설에 펼쳐보였습니다. 잠수함, 입체영상, 해상도시, 텔레비전, 먼 우주 여행, 투명인간 개념들이었죠. 그의 소설은 《반지의 제왕》 같은 판타지가 아니었습니다. 과학소설은 물리와 과학의 법칙이 성립되는 세상을 경이로움과 버무립니다. 반면 판타지는 현실과 완전히 다른 시공간을 창조하고 물리 법칙이 전혀 적용되지 않는 이야기를 다룹니다. 쥘 베른은 미래에 등장할법한 것들을 철저한 자료조사를 통해 창조하고 묘사했습니다.쥘 베른보다 한 세대 늦게 태어난 치올코프스키(Konstantin Eduardovich Tsiolkovskii: 1857~1935)라는 소련 과