[2023] VII-1-01. 별과 우주 5 (完)

8. 대폭발 우주론(빅뱅 우주론)

위에서 허블의 관측에 의해 우주는 계속해서 팽창하고 있다고 했다. 그렇다면 시간을 뒤로 돌려 보자. 계속해서 우주가 커지고 있다면, 과거로 갈수록 우주는 어떻게 될까? 아마 계속 작아지게 될 것이다. 그러다 어느 시점으로 가면, 우주의 모든 요소들이 한 점에 모여있는 순간도 존재할 것이다. 이는 추정치로 약 138억년 전으로, 매우 뜨겁고 밀도가 큰 한 점에서 대폭발이 일어나 계속 팽창하여 현재와 같은 우주가 되었다고 설명하는 대폭발 우주론(빅뱅 우주론)이다(그림 19).

우주론에 대한 자세한 개념은 통합과학 첫 단원에서 다시 다루므로 잠시 제쳐두고, 빅뱅 우주론의 특징을 정리해 보도록 하자. 빅뱅 우주론은 모든 물질과 에너지가 모인 한 점에서 시작되었다는 이론으로, 우주가 커짐에 따라 우주의 온도는 낮아진다. 이는 우주가 팽창함에도 불구하고 새로운 물질이 형성되지는 않는다는 이론에 근거한 것으로, 다시 말해 우주의 밀도는 낮아진다.¹³⁾

 

9. 우주 탐사

광활한 우주를 이해하려는 시도는 인류 역사상 끊임 없이 있어왔다. 이렇듯 우주를 이해하고자 우주를 탐색하고 조사하는 활동을 우주 탐사라고 한다. 우주 탐사는 우주에 대한 이해의 폭을 넓힐 수 있고, 지적 호기심을 충족시킬 수 있다. 무엇보다도 지구 이외의 천체에 다른 생명체가 살고 있는지 알고자 하는 목적도 있을 것이다. 한편, 어떤 천체들은 우리가 사용하는 지하자원이 매우 풍부하므로, 고갈되어 가는 지하자원을 채취할 수도 있으며, 우주 탐사를 통해 습득된 정보로 지구 환경과 생명을 더 깊이 이용할 수 있다. 그리고 이러한 우주 탐사를 목표로 한 연구 및 개발들을 실생활에 이용할 수 있게 된다는 것이 가장 큰 의의가 될 수 있겠다.
우주 탐사 방법에는 인공위성, 우주 탐사선, 우주 정거장, 전파 망원경 등을 이용한다. 각각에 대해 간단히 살펴보도록 하자.

인공위성이란, 마치 지구 주위를 도는 위성인 달처럼 천체 주위를 일정한 궤도를 따라 공전하도록 만든 장치이다. 당연히 다양한 목적으로 발사되며, 90년대 이후 활발하게 발사하고 있는 우주 망원경도 인공위성의 한 종류가 된다. 인공위성은 다른 우주 탐사 방법보다 여러 산업 분야와 실생활에 많이 이용되고 있는 장치이다. 최초의 인공위성은 소련에서 발사한 스푸트니크 1호이며, 우주 경쟁의 서막을 열었다고 볼 수 있다(그림 20).

우주 탐사선이란, 지구 이외의 다른 천체를 탐사하기 위해 쏘아 올리는 물체이다. 천체 주위를 돌거나 천체 표면에 착륙하여 탐사하며, 최초로 표면 착륙에 성공한 탐사선은 미국의 매리너 2호이다(그림 21). 천체 표면에 착륙하는 것은 상당히 어렵기 때문에, 많은 탐사선들은 착륙보다는 천체 주위를 돌며 인공위성과 같은 역할을 하기도 한다.

우주 정거장이란, 사람들이 우주에 머무르면서 임무를 수행하도록 만든 인공 구조물이며, 지상에서 하기 어려운 실험이나 우주 환경 등을 연구한다. 현재 운영중인 우주 정거장은 국제 우주 정거장(ISS) 하나이며(그림 22), 이전에는 살류트 시리즈, 스카이랩, 미르, 톈궁 1호 등이 있었다.

전파 망원경이란, 지상에 설치하여 천체가 방출하는 전파를 관측하기 위한 장치이다. 우주에서 오는 전파를 집속하여 그 전파의 크기를 키우고, 이를 이용해 천체와의 거리 측정 등에 활용하게 된다.
우주 탐사는 1950년대 냉전과 함께 시작되었다. 1957년, 구소련에서 최초의 인공위성인 스푸트니크 1호를 발사하며 우주 경쟁을 개시하였다. 1960년대에는 달 탐사를 목표로 한 우주 경쟁이 시작되었으며, 1969년, 미국의 아폴로 11호는 인류 최초로 달에 착륙하는 쾌거를 맞이하게 된다. 1970년대 들어 달 탐사를 넘어 태양계 행성 탐사를 목표로 한 활동이 활발히 진행되었다. 1977년, 보이저 1호는 태양계 탐사를 목표로, 보이저 2호는 목성형 행성 탐사를 위해 각각 발사되었다. 1989년 보이저 2호는 해왕성을 통과하게 된다.
1990년대 이후로는 다양한 대상을 탐사하기 위한 위성이 발사되었다. 허블 우주 망원경의 경우 1990년 발사된 이래 현재까지도 다양한 천체 관측에 사용되고 있으며, 2006년 명왕성 탐사를 위해 발사된 뉴호라이즌스호는 2015년 명왕성을 통과하였다. 태양계 끝까지 도달하는 속도가 시간이 지남에 따라 점점 빨라지고 있다. 한편 목성 탐사를 위해 2011년 발사된 주노호는 2016년에 목성에 도착하였으며 현재 궤도를 공전하고 있으며, 화성 탐사를 위해 2011년 발사된 탐사 로봇인 큐리오시티는 2012년 화성에 착륙하였다. 가장 근래에는 2018년에 발사한 파커 탐사선이 태양 대기권에 진입하는 성과를 보이기도 하였다.
이러한 우주 탐사를 위해 개발된 첨단 기술들은 우리 생활에 많이 사용되어지고 있다. 정수기, 전자레인지, 컴퓨터 단층 촬영(CT), 및 위성 위치 확인 시스템(GPS) 등의 첨단 기술은 이미 우리 생활에 친근하게 다가오고 있다. 한편 이러한 우주 탐사는 부정적 영향도 있는데, 대표적으로는 우주 쓰레기가 있겠다. 인공위성의 발사나 폐기 과정 등에서 나온 파편들은 궤도가 일정하지 않고 속도가 매우 빠르므로, 다른 인공위성이나 우주 정거장 등에 피해를 줄 수 있다는 문제가 있다.
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13) 우주의 밀도가 낮아지지 않는다고 주장한 우주론을 ‘정상 우주론’이라 한다.
Edited 23.11.14
Edited by 푸른삿포로