[별별 이야기] 우주에서 길 찾아주는 상대성이론/손봉원 천문연 선임연구원

입력 : ㅣ 수정 : 2017-09-18 21:31

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우리가 흔히 ‘내비’라고 부르는 위성항법장치(GPS)를 상업적 용도로 널리 사용하게 된 것은 채 20년이 되지 않는다. 인공위성으로 위치를 확인하는 것은 옛날 범선이 하늘을 보고 망망대해에서 위치를 확인했던 방법과 같은 원리다. 해, 달, 별, 그리고 인공위성의 위치와 시간에서 관측자의 위치를 계산하는 것이다.
손봉원 한국천문연구원 선임연구원
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▲ 손봉원 한국천문연구원 선임연구원

차이점도 있다. GPS는 눈에 보이는 가시광선이 아니라 휴대전화나 라디오 등에서 쓰는 보이지 않는 전파를 이용한다. 전파를 보는 ‘눈’인 전파 안테나는 밤과 낮, 날씨에 상관없이 전파를 볼 수 있다. 낮에도 전파 안테나로 천체들이 잘 보이는 이유는 특별히 태양이 전파를 강하게 내지 않아 전파로 보면 낮도 하늘이 어둡기 때문이다. 날씨가 좋지 않아도 잘 보이는 이유는 전파는 구름을 잘 통과하기 때문이다. 전파로 본 하늘이 눈으로 본 하늘과 다르고 태양보다 밝은 천체도 여럿 있다는 것은 1930년대 칼 잰스키라는 전파공학자가 무선통신 연구 중에 처음 발견했다. 그의 발견에서 ‘전파천문학’이란 새로운 학문 분야가 탄생했고 그가 발견한 천체들은 지금도 중요한 연구 대상이다.

전파를 사용한다는 점 외에 GPS가 고전적인 방법과 다른 점은 인공위성이 높은 고도에서 빠른 속도로 지구 주위를 공전하며 발생하는 ‘상대성’ 문제 때문이다. 인공위성의 높은 고도와 빠른 속도 때문에 지표면에서 시간과 인공위성에서의 시간이 다르게 가는데, 아인슈타인의 일반 및 특수 상대성이론으로 이런 차이를 정밀하게 보정할 수 있다.


잰스키가 발견했던 초대형 블랙홀은 엄청난 중력과 그로 인해 만들어진 막대한 에너지로 상대성이론의 궁극적인 실험장이라 불린다. 이들은 이름과는 달리 엄청나게 밝아서 수십억 광년 혹은 그 이상 먼 곳에서도 잘 보인다. 이렇게 멀리 있으면서도 밝은 천체는 우주의 기준점으로 사용할 수 있다. 우주 저편에 있는 초대형 블랙홀을 기준으로 과학자들은 지구의 움직임과 변화를 정밀하게 측정하고 있다. 우주를 여행하는 우주선의 위치도 이런 블랙홀을 기준으로 ‘내비’하고 있다. 머지않아 인류는 화성에 발을 디디게 될 것이고 그보다 먼 심우주로의 여행도 우리에게 일상으로 다가오게 될 것이다. 그때는 지금의 GPS처럼 우주항법장치도 우리에게 익숙하고 ‘당연한’ 물건이 될 것이다.

인류의 삶을 더 나아지게 만든 큰 변화 중에는 이렇듯 물질과 우주의 근본을 이해하려는 노력에서 파생한 것들이 많다. 과학 그리고 과학자가 인류의 삶을 개선하고 인식을 확대하는 데 기여할 수 있도록 사회는 ‘격려’하고 ‘감시’할 권리와 의무가 있다.

그런 권리와 의무를 제대로 행사하지 못하는 사회에서 어떤 재앙이 일어날 수 있는지 우리는 역사에서 그리고 요즘도 보고 있다.
2017-09-19 29면
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