태양, 별, 행성, 위성: 하늘에서 밝게 빛나는 천체들

우주에 있는 행성, 별, 은하, 은하단과 같은 거대한 천체들이 우리가 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 물체들의 크기와 어떻게 비교될 수 있는지를 설명하기란 결코 쉬운 일이 아니다. 우주의 천체들이 과연 그 크기가 얼마나 되는가를 쉽게 이해하기 위해서 여기에서는 다양한 크기를 비교, 체험할 수 있도록 특수 제작된 가상의 승강기가 있다고 가정해보자. 다음 그림에서처럼 우선 이 승강기에 올라타면 그 안에 층을 표시하는 화면이 보인다. 현재 화면에는 숫자 0이 표시되어 있다. 그리고 화면 아래에는 다음과 같은 안내문이 적혀 있다. 우리는 여기서 크기의 정도만을 다룰 것이다. 즉, 우리의 키가 정확하게 1미터라고 가정하는 것이다. 이제 호기심으로 가득 찬 당신은 승강기에 올라타서 숫자 1이 적혀있는 버튼을 누르게 된다. 그리고 승강기 밖으로 나오면 당신의 키는 실제로 10미터가 되어 있다는 것을 알게 될 것이다. 그렇게 되면 다은 보통 사람들은 당신의 발목에도 못 미치는 아주 왜소한 모습으로 보일 것이고 주위의 나무들은 마치 가시덤불처럼 작게 보일 것이다. 이제 숫자 2를 누르면 당신의 키는 100미터에 이르게 된다. 오스트리아 빈에 있는 137미터 높이의 슈테판 성당과 맞먹는 셈이다. 이제 용기를 더 내서 숫자 4를 누르면 당신의 키는 무려 10x10x10x10=10,000킬로미터가 된다. 지구 지름인 12,735킬로미터에 육박하는 수치다. 이미 눈치 챘겠지만, 여기서 승강기 안에 있는 버튼은 누를수록 점점 커지는 10의 제곱들을 나타낸다. 물론 당신은 0보다 작은 음수를 선택해도 된다. 그렇게 되면 10, 100, 1000의 역수만큼 점점 작아지게 된다. 가령 당신의 숫자 -2를 누르면 당신의 몸은 원래의 크기보다 100분의 1로 줄어들어 거의 손톱만 하게 된다. 우리는 이 가상의 승강기를 이용해서 이 책에서 다루고 있는 우주의 천체들이 얼마나 큰지를 가늠해보고 또한 설명할 수가 있는 것이다. 천문학에서 천체들 간의 어마어마한 거리를 나타내기 위해서 사용하는 단위는 '광년' 이다. 이 용어는 얼핏 시간의 경과를 표현하는 것처럼 보인다. 하지만 여기서 광년이라는 개념은 빛이 1년 동안 진행한 거리를 말한다. 따라서 광년은 시간이 아니라 거리를 나타내는 단위로 쓰인다. 예를 들어 누군가가 "찰츠부르크는 빈에서 자동차로 약 세시간 걸리지!" 라고 말하면 우리는 그것이 무슨 의미인지 쉽게 이해할 수 있다. 여기서 자동차로 1시간 걸린다는 것은 시간의 경과를 나타내는 것이 아니고 자동차가 1시간 동안 이동한 거리를 나타내기 위해 방금 말한 자동차보다 훨씬 빠른 빛을 사용한다. 빛이 1시간 동안 이동한 거리를 1초로 환산하면 빛은 1초에 30만 킬로미터를 이동하는 셈이다. 광년은 빛이 1년 동안 이동한 거리이니 엄청난 거리일 수밖에 없다. 광년 이외에도 빛이 1시간, 1분, 1초 동안 이동한 거리를 각각 광시, 광분, 광초라는 단위로 나타낼 수 있다. 빛이 뉴욕에서 빈으로 이동하는 데 걸리는 시간은 불과 200분의 1초다. 그리고 달에서 지구까지는 1초가량이 소요되고, 태양에서 지구까지 빛이 이동하는 데 걸리는 시간은 약 8분이다. 만약 우리가 빛의 속도로 이동하는 것이 가능하다면 아마도 어머니들은 점심식사 전에 다음과 같이 말할 수도 있을까? "얘들 조금만 기다려! 옆에 금성 가서 수프 좀 데우고 올게. 한4분 정도면 충분할 거야!"

우리의 태양계는 태양과 총 8개의 행성으로 이루어져 있다. 그리고 태양계에는 행성의 주위를 공전하고 있는 위성들 그리고 소행성이나 혜성과 같은 작은 천체들도 있다. 우리 태양계의 중심은 태양이다. 태양은 수많은 별들 중 하나인데, 우리와 매우 가까이 있기 때문에 다른 별들에 비해서 더 크게 보이는 것뿐이다. 태양은 지구에서 8광분(빛이 8분 안에 도달하는 거리) 정도 떨어져 있는 반면에 우리 태양계에서 가장 가까운 별인 켄타우로스 자리 프록시마는 태양으로부터 4광년이나 떨어져 있다. 따라서 우리와 아주 멀리 떨어져 있는 켄타우로스 자리 프록시마와 같은 다른 별들이 우리 눈에는 태양처럼 커다란 원반이 아니라 단지 한 점의 작은 불빛으로 보이는 것은 전혀 놀랄 일이 아니다. 별은 우주에 존재하는 극도로 뜨거운 불덩어리이다. 우리가 육안으로 볼 수 있는 밤하늘의 천체는 대부분 별이다. 우리 태양계에 속한 행성, 달, 그리고 국제우주정거장 이나 기타 인공위성들은 별이 아니지만 육안으로도 볼 수 있다. 왜 그럴까? 태양이 이 물체들을 비추어서 밝게 빛나 보이기 때문이다. 그렇다면 태양과 별과 행성은 어떻게 구별될까? 태양과 별은 엄청나게 뜨거운 온도를 가진 가스로 이루어진 구체다. 별은 내부의 핵 연소에 의해서, 즉 원자핵의 연소를 통해서 에너지를 방출한다. 그래서 태양과 별은 하늘에서 밝게 빛날 수가 있다. 핵이 연소한다는 것은 우리가 캠프파이어에서 열을 얻는 것과는 전혀 다르다. 별 내부에서 원자핵은 연소를 통해서 에너지와 열을 방출하는데 그 양은 지구상의 화학적 연소보다 100만 배 이상이다. 별과는 다르게 행성은 태양보다 아주 작기 때문에 스스로 에너지를 생성하지 못하고 또 스스로 빛을 낼 수도 없다. 핵 연소가 일어나기 위해 필요한 온도와 밀도가 행성의 내부에 형성되지 못하는 것이다.