+ [IF] 태양 사라진 날… 상대성이론, 다시 빛을 보다 - 미국 전역이 들썩인다

 

 

 

[IF] 태양 사라진 날… 상대성이론, 다시 빛을 보다

입력 : 2017.08.12 07:20 

미국 전역이 들썩인다

99년 만에 개기일식 . 오는 21일, 북미 관통해

이미지 크게보기태양이 달에 가려지는 개기일식이 벌어지고 있는 하늘 아래 상대성이론을 만든 물리학자 아인슈타인(왼쪽)과 천문학자 에딩턴이 만났다. 에딩턴은 1919년 5월 아프리카에서 벌어진 개기일식 때 태양 주변의 빛이 휘어지는 것을 관측해 앞서 아인슈타인이 1915년 발표한 일반상대성이론을 입증했다. 사진은 두 사람이 1930년 영국 케임브리지대에서 만난 모습이다. /한국천문연구원·영국왕립천문학회·그래픽=김충민 기자

"하늘에서 빛이 휘었다(Light All Askew in the Heavens)."

1919년 11월 10일 미국 뉴욕타임스지에 새로운 우주 시대를 예고하는 짧은 기사가 실렸다. 아인슈타인은 1915년 발표한 일반상대성이론에서 엄청난 중력을 가진 천체가 시공간(時空間)을 뒤틀어 주변의 빛마저 휘어진다고 주장했다. 영국의 천문학자 아서 에딩턴은 1919년 5월 29일 아프리카에서 태양빛이 완전히 사라지는 개기일식(皆旣日蝕)이 일어났을 때 태양 주변 빛이 아인슈타인이 예측한 대로 휜다는 사실을 처음으로 확인했다. 뉴욕타임스 기사는 바로 그 발견을 보도한 것이었다.

아인슈타인은 이론상 태양 주변의 수성 위치가 원래 있어야 할 위치보다 1.75초(0.00049도)만큼 달라져야 한다고 예견했다. 개기일식 때는 태양이 완전히 가려지기 때문에 태양 주변 빛을 쉽게 관측할 수 있다. 에딩턴은 1919년 개기일식 때 태양 주변 빛이 1.61초 휘는 것을 관측했다. 이로써 고대 그리스의 철학자 아리스토텔레스 이래 유지돼 온 정적(靜的)인 우주가 뒤틀리고 팽창하고 붕괴하는 아인슈타인의 동적(動的) 우주 이미지로 탈바꿈했다.

◇동적 우주 시대 연 에딩턴의 개기일식 관측

오는 21일 북미(北美) 대륙에서는 에딩턴이 관측했던 개기일식이 다시 일어난다. 서부 해안에서 동부 해안까지 대륙을 가로질러 개기일식이 관측되기는 1918년 이후 99년 만에 처음 있는 일이어서 미국 전역이 흥분하고 있다. 미국 서부의 오리건주 링컨시에서 오전 10시 19분(현지 시각)에 시작한 개기일식은 동부 해안인 사우스 캐롤라이나주 조지타운에서 마지막으로 오후 2시 41분부터 약 2분간 펼쳐지는 것으로 마무리된다.

과학자들은 북미 대륙에서 약 90분간 펼쳐질 이번 개기일식을 아인슈타인의 상대성이론을 재검증하는 것은 물론, 태양과 지구의 에너지 손익 관계와 태양이 동식물에게 미치는 영향 등을 살펴볼 절호의 과학 연구 기회로 고대하고 있다. 지상의 천체망원경은 물론이고 국제우주정거장과 인공위성, 항공기, 기구(氣球) 수십 대도 하늘에서 북미 대륙에 달의 지름만큼 113㎞ 폭으로 드리워질 어둠의 커튼을 추적할 계획이다.

일식은 태양과 지구, 달이 빚어내는 절묘한 천문 현상이다. 지구에서 태양까지는 약 1억5000만㎞이고 지구에서 달까지는 약 38만㎞다. 태양의 지름은 약 140만㎞이고, 달은 지름이 약 3500㎞이다. 별로 상관없어 보이는 이 숫자들의 공통점은 '400'이라는 숫자다, 태양은 달보다 거의 400배 멀리 떨어져 있지만, 태양은 달보다 역시 400배 크다. 이런 비율 때문에 하늘에서는 지구에 오는 태양 빛을 달이 완벽히 가리는 개기일식이 일어난다.

지구가 태양을 도는 지구의 공전궤도와 달이 지구를 도는 달의 공전궤도는 5도 정도 기울어져 있다. 이런 기울기 때문에 매번 일식이 일어나지는 않는다. 더욱이 개기일식은 태양의 중심과 달의 중심이 정확히 일직선상에 위치해야 하기 때문에 지구의 특정 지역에서만 관측이 가능하다. 우리나라는 이번 개기일식 시점이 밤이어서 관측을 할 수 없다.

개기일식은 3분을 넘지 않는다. 일리노이주 카본데일의 개기일식이 2분40.2초로 최장 기록을 세울 예정이다. 지구의 자전과 달의 공전으로 지표면에 비치는 달의 그림자가 시속 2400㎞로 계속 움직이기 때문이다. 이 시간 동안 천문학자들은 미국 전역에서 에딩턴이 했던 것처럼 태양의 중력에 빛이 휘는 것을 관측할 예정이다.

◇일반인도 스마트폰으로 과학 연구 동참

개기일식은 태양뿐만 아니라 지구를 연구하는 데에도 좋은 조건을 제공한다. 평상시 태양빛이 지구 전체를 비추는 것과 대조적으로, 개기일식은 달의 그림자가 드리워지는 좁은 영역에서 지표면과 지구 대기가 받는 에너지를 급격하게 변화시킨다. 이런 국부적인 태양에너지의 차단은 지구 대기에 대한 태양의 효과를 평가하는 데 유용하다. 특히 태양 빛은 전기를 띤 대기 입자의 생성에 중요한 역할을 하므로 개기일식은 태양이 지구 고층 대기에 미치는 영향을 연구하는 데에도 중요하다.

일반인들도 스마트폰 앱(app·응용프로그램)으로 개기일식 과학 연구에 동참할 수 있다. 미국 항공우주국(NASA) 고다드 우주비행센터는 개기일식이 일어나는 곳의 기온·풍속·기압 등을 입력할 수 있는 '글로브(GLOBE)' 앱을 개발했다. 일반인들이 입력한 정보를 모으면 지구가 태양으로부터 받는 에너지와 우주로 반사하는 에너지 사이의 대차대조표를 작성할 수 있을 것으로 기대된다.

하늘이 완전히 어두워지면 야생동물이나 가축들이 불안한 행동을 보인다. 캘리포니아 과학 아카데미는 개기일식 때 동식물의 이상반응을 수집하는 '아이내추럴리스트(iNaturalist)' 앱을 개발했다. 각지에서 스마트폰으로 촬영한 개기일식 사진들을 모아 90분간 북미 대륙에서 펼쳐질 개기일식을 하나의 영상으로 만드는 '이클립스 메가무비(Eclipse MegaMovie)' 앱도 나왔다.

조선일보 •  이서구 한국천문연구원 글로벌협력실장 •  이영완 과학전문기자 
출처 : http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2017/08/11/2017081101572.html