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이번엔 History channel에서 방영한 The universe 시리즈 중 한편을 쓸께
오늘 쓸 내용은 제목처럼 우주는 과연 얼마 크고 빠르며 멀리있는지에 관한 내용이야
그럼 시작할께
우리가 우주와 관련된 책을 읽거나 TV를 보면
우리 태양계에서 가장 큰 목성의 무게는 지구의 300배가 넘는다느니
그리고 무게는 4뒤에 0이 27개 붙는 다느니
지구에서 관측 가능한 우주에만 1000억개의 은하가 존재하는데 각각의 은하에는 또 1000억개의 별이 있다는 얘길 하는데
이런 정보를 접하면 우린 그저 막연히 "와~~ ㅈㄹ 크고 많구나" 이런 느낌만 들뿐
실제로 피부에 와 닿는 이해를 하기가 힘든게 현실이야
왜냐하면 우주는 워낙 방대하고 그 우주를 구성하는 별이나 은하들을 설명하자면
천만배 몇억광년 처럼 숫자의 스케일이 상상을 초월하기 때문이지
그래서 쉽게 이해를 하려면 우리가 실제 보거나 만져볼 수 있는
일상 생활에서 이해 가능한 현실적인 비교 대상이 필요해
먼저 무게 부터 시작 해볼께
다시 목성으로 돌아와서
목성은 우리 태양계에서 가장 크고 무겁지만 태양은 목성보다 약 천배 정도 더 무거워
아줌마가 들고있는 자동차 모형 장난감이 목성이고 가정하면
장난감의 무게는 1.3kg 정도고 뒤에있는 차는 1.3톤 이니까
약 1000배의 차이가 나는 목성과 태양의 무게비율과 비슷해
태양계에서 가장 크다는 목성을 태양과 비교하면 많이 초라해 보여
그런데 태양보다 더 무거운 별은 우주에 셀 수 없이 많아
지구로 부터 75광년 떨어져있고 사자자리에 위치한 레굴루스라는 별은 태양보다 약 3.5배 정도 무거운 별이야
몬스터트럭은 자동차에 비해 세배 정도 무거우니까 태양과 레굴루스를 나란히 놓는다면 이럴게 보이겠지
이번엔 무게가 차원이 다른 별과 비교해볼께
이 별은 2010년에 발견됐고 우리 은하 바로 옆에 붙어있는 대마젤란은하에 위치한 R136a라는 나이가 백만년 밖에 안된 젊은 별이야
표면온도는 태양의 7배나 뜨거운 섭씨 4만도에 가까워
이 별이 발견되기 전에 과학자들은 별이 가질 수 있는 최대 무게는 태양의 150배를 넘길 수 없다고 주장했었어(에딩턴 한계)
하지만 R136a의 발견으로 그 주장은 무참히 뒤집어졌지
왜냐하면 R136a의 질량은 태양의 265배에 달하거든
덕분에 이제 별이 가질수 있는 최대의 무게는 기존의 두배인 태양의 300배까지 가능하다는 새로운 가설이 생겼어
태양보다 3.5배 무거운 레굴루스가 R136a 만큼 무거워지려면 아까 예로 들었던 몬스터 트럭이 사진 처럼 100배는 커져야해
볼링공의 크기는 풍선보다 부피는 작지만 무게는 더 무겁듯이
크기가 무게와 비례하는건 아니야
크기에 비해 가장 무거운 별은 중성자별인데
아까 태양보다 3.5배 무거운 레굴루스의 비교를 위해 예로 들었던 몬스터트럭이 중성자별과 같은 무게와 밀도를 가질려면
몬스터트럭 천만개를 주사위 처럼 쌓아놓은 후에
천만개 트럭의 무게는 그대로 간직한 상태로 각설탕의 크기로 압축을 시키고
동일한 조건의 각설탕 만한 물체를 25km^3 로 쌓으면 중성자 별이 탄생하고
중력은 지구의 50억배가 되는거지
이번엔 무게는 제외하고 단순히 크기가 큰 별들은 과연 얼마나 큰지 알아볼께
인터넷에서 별의 크기와 관련된 글에 자주 등장하는 자료 중 하나야
엄청난 크기의 별들과 비교해보면 태양의 크기가 작다는 느깜은 들지만 얼만큼 작은지 이해하긴 힘들어
태양의 크기가 직경 22센치의 볼링공이라고 가정하면
지구는 손에 들고있는 코딱지만한 파란색 구슬정도 된다고 볼 수 있어
볼링공이 태양이란 가정하에 그 크기의 차이를 비교를 해볼께
파란 풍선은 26광년 거리 거문고 자리의 Vega 직경은 60센치니까
태양의 약 세배
240광년 오리온자리에 있는 Bellatrix 풍선의 직경은 약 1.2m
태양의 약 5.5배
652광년 큰개자기의 Adhara 풍선의 직경은 3.6m
태양의 17배
그 밖에 더 큰 별들도 있는데 비행기 격납고 안에서 풍선을 만들 수 없을 정도로 공간이 모자라
베텔기우스는 직경이 태양의 1000배인데
만약 지금 태양의 자리에 베텔기우가 있다면 목성의 궤도를 지나 토성의 궤도에 조금 못미치는 자리에 위치하게 될거야
현재까지 발견된 별 중 크기의 끝판왕은 VY Canis Majoris인데
직경이 무려 태양의 2000배에 달해
제트여객기의 속도로 별을 완주하는데 1200년이 걸려
밤하늘에서 가장 밝은 물체인 달은 워낙 우리 눈에 친숙하고
거리도 지구와 가장 가깝기 때문에
실제 우리는 달이 지구로부터 383,000kkm나 떨어져 있다는 사실이 잘 와닿지 않아
그렇다면 지구와 달은 서로 얼마나 떨어져 있는걸까?
지구가 파란색 농구공이고 달이 노란 테니스 공이라고 가정한다면
둘 사이의 거리는 6.4m 정도 떨어져있어
인터넷에서 흔히 볼 수 있는 태양계를 나타내는 사진이지만 행성들의 위치는 정확하지 않아
그렇다면 우리 태양계의 행성들은 태양으로부터 얼마나 먼 곳에 위치하는 걸까
139만km의 태양이 직경 22센치의 볼링공이라고 가정하면
태양에서 5,800,000km 떨어져 있고 가장 가까운 거리에 위치한 수성은
볼링공으로 부터 약 10m 떨어진 곳에 위치해
금성은 태양으로 부터 108,000,000km 니까
21미터 떨어져있고
우리가 살고있는 지구는 150,000,000km
22센치 짜리 볼링공으로 부터 29미터 떨어진 곳에 위치하고 있어
태양계 전체를 동일한 비율로 계산하면
파란 구슬(지구)에서 달은 약 2.5센치 거리에 위치
저 2.5센치의 거리가 인류가 지구 밖으로 유인 우주탐사를 가장 멀리 보낸 거리야
동일한 비율로 지구보다 멀리 떨어진 거리의 행성들을 계산해보면
화성 43m 목성 148m 토성 270m 천왕성 550m 해왕성 853m 거리에 있어
태양을 22cm로 크기를 줄여놔도 태양계의 마지막 행성까지의 거리는 어마어마해
그래서 해왕성이 태양을 완전히 한바퀴 공전하려면 165년이 걸려
이번에는 우주에서 거리와 속도에 대해 얘기할때 흔히 나오는 빛에 대해서 알아볼께
우리가 우주에서 거리를 계산할 때 많이 쓰는 단위가 광년이야
빛은 1초에 약 30만km의 거리를 갈 수 있고 1광년은 약 9조4600km인데
광속이 얼마나 빠른건지 또 1광년은 얼마나 먼 거리인지 감 잡기가 쉽지않아
빛은 1초에 뉴욕과 L.A를 38번 왔다갔다 할 수 있어
볼링공으로 태양계의 스케일을 비교했듯 이번엔 총알의 속도로 빛의 속도를 비교해볼께
인간이 지상에서 가장 빨리 움직이게 할 수 있는 물체는 총알이야
이 총알은 204 루거인데 가장 빨리 발사되는 총알 중 하나야
크로노그래프로 측정한 총알의 속도는 초속 1.3km, 시속 4700km, 마하 3.8 정도야
총과 오렌지색 타겟과의 거리는 275m 정도인데
총구에서 발사된 총알이 타겟까지 날라가는 시간 동안
빛은 L.A 부터 파리까지 왕복 할 수 있어
그렃다면 이번엔 빛의 속도가 위에 소개한 총알의 속도(시속 4700km)라는 가정을 하고
우리 주위에서 흔히 볼 수 있는 것들을 동일한 비율로 속도를 계산한다면
시속 960km로 비행하는 여객기는
1분에 불과 7.5센치를 이동하고
최고속도 마하 2,5, 시속 3,060km 비행 가능한 F-15는
1분에 18센치 밖에 못가고
제일 빠르다는 총알도 1분에 33센치만 갈 수 있어
그렇다면 별과 행성 그리고 은하는 얼마나 빨리 움직이는걸까
지구는 태양을 마하 87의 속도로 돌고있는데
이 속도는 1시간에 지구를 두바퀴 돌 수 있어
우리 태양 역시 은하계를 돌고있는데
속도는 무려 마하 635야
그리고 우리 은하는 안드로메다은하를 향해 마하 17,092의 속도로 다가가고 있어
마하 17,092는 엄청난 속도이지만 광속은 아직도 600배나 더 빨라