하위헌스는 바다의 파도처럼, 빛이 진공을 지나가는 파동의 일종이라고 생각했다. 우리가 빛을 이야기할 때 파장과 주파수를 들먹이는 이유가 여기에 있다. 굴절 현상을 포함한 빛의 여러 가지 특징이 파동설로 자연스럽게 설명됐으므로, 하위헌스의 이론은 최근까지 정설로서 인정받아 왔다. - P289
그런데 1905년 아인슈타인이 광전 효과를 발견하면서 빛의 입자설이 다시 부활했다. 광전 효과란 금속 표면에 빛을 쏘였을 때 전자가 방출되는 현상이다. 현대의 양자 역학은 이 두 가지 이론을 모두 인정하여, 상황에 따라서 빛이 파동으로 행동하고 또 입자로서 존재한다고 생각한다. - P289
상식적으로는 ‘빛의 입자-파동 이중성‘을 언뜻 받아들이기 쉽지 않다. 하지만 실험에 드러나는 빛의 다양한 현상들을 보면 빛의 이중성을 받아들일 수밖에 없다. 결국 우리가 이러한 빛의 모순적이면서도 신비한 속성을 이해하게 된 데에는 뉴턴과 하위헌스 두 ‘독신자‘들의 공헌이 컸음을 인정하지 않을 수 없다. - P289
레벤후크의 현미경은 재단사들이 옷감의 품질을 자세히 살피기 위해 사용했던 확대경을 개량한 것이었다. 그는 그 현미경으로 물방울에서 하나의 소우주를 발견할 수 있었다. - P289
하위헌스는 충분히 끓여서 완전 소독한 물에서도 미생물이 서서히 증식하는 현상을 관찰하고, 미생물들은 충분히 작아서 공기 중에 떠다닐 수 있으며 떠다니다가 물에 내려 앉아 번식한다고 설명함으로써, 생명의 자연 발생설에 하나의 대안을 제시할 수 있었다. - P290
자연 발생설이란 생물은 기존의 생물과 아무 관계없이 발효 중인 포도나 썩은 고기 등에서 자연적으로 나타난다는 생각이었다. - P290
네덜란드에서 17세기 초에 개발된 현미경과 망원경은 인간의 가시한계를 아주 작은 것으로 그리고 아주 큰 영역으로 각각 확장시켰다. 현재 우리가 원자핵이나 은하를 관측할 수 있게 된 것도 따지고 보면 그 뿌리가 17세기 초 네덜란드에까지 닿아 있다고 하겠다. - P290
크리스티안 하위헌스는 유리를 직접 갈아서 천체 망원경 제작에 필요한 렌즈를 만들기 좋아했으며, 한 번은 5미터 길이의 굴절 망원경을 제작했다. 그 망원경으로 그가 이룩할 수 있었던 새로운 발견들은 인류사에서 하위헌스의 위치를 확고히 하기에 충분한 수준의 것이었다. - P291
그(하위헌스)는 에라토스테네스의 발자취를 따라서 지구 외의 다른 행성의 크기를 측정한 첫번째 인물이며 금성이 구름으로 완전히 뒤덮여 있다는 사실을 맨 처음으로 추측해 본 천문학자였다. 그리고 화성의 표면 특징을 지도로 그려 남겼을 뿐 아니라, 그러한 표면 특징이 나타났다 사라지는 현상을 관찰하여 화성의 자전 주기가 지구와 비슷하게 24시간 정도라는 것까지 측정했다. (그가 작성한 지도는 서티스 메이저Syrtis Major라고 불리는 지역으로 지상 망원경으로 볼 때 바람에 휩쓸린 것처럼 검게 보이는 넓은 경사지에 대한 것이다. 이 지역은 화성 북반구 적도 근방에 있다.) - P291
토성이 여러 겹의 고리로 둘러싸여 있고 특히 그 고리가 토성 표면과 접촉하지 않는다는 사실을 처음 확인한 것도 하위헌스였다. 타이탄도 그가 발견했다. 타이탄은 토성의 위성 중에서 가장 큰 위성이자 태양계에서는 둘째로 큰 것이다. 타이탄에서 흥미진진한 현상들을 많이 볼 수 있어서 앞으로 생명의 기원 연구와 관련해서 크게 기대되는 연구 대상 천체이다. - P292
위도는 별자리를 통해서 정확히 알 수 있다. 남쪽으로 갈수록 위도가 낮은 곳의 별자리들을 볼 수 있으므로, 위도의 결정은 쉬운 일이었다. 그러나 경도의 결정은 시간의 흐름을 추적해야 하므로 위도의 측정보다 한층 더 어려운 작업이었다. - P292
태양 아닌 자신들만의 중심 별 주위를 각기 궤도 운동하는 행성들이 우주에 수없이 많을 것이라는 생각을 인류사에서 처음으로 한 사람은 아마 조르다노 브루노일 것이다. - P294
17세기 초에 로버트 머튼 Robert Merton은 귀류법歸謬法을 동원하여 태양 중심 우주관이 이미 그 자체로 다른 행성계의 존재를 의미하기 때문에, 태양 중심 우주관은 자체 모순이라고 주장했다. - P294
피타고라스학파가 2의 제곱근(루트2)이 무리수無理數 임을 증명하는데 원래 사용했던 논지는 일종의 귀류법歸謬法에 근거한 것이었다. - P686
귀류법이란 어떤 명제가 참임을 증명하기 위하여 그 명제의 역逆이 참이라고 일단 가정한 다음, 이 역명제가 성립할 때 초래될 수밖에 없는 모순을 지적함으로써 원래 명제가 참임을 간접적으로 밝히는 논증법이다. - P686
20세기의 위대한 물리학자 닐스 보어Niels Bohr가 던진 유명한 경구가 하나가 있다. "위대한 아이디어의 역逆은 반드시 위대한 아이디어이다." 보어의 이 주장이 참이라면 우리는 반드시 위험을 감수해야 할 것이다. - P686
예를 들어 성서의 황금률을 한 번 부정해 보라. 그 결과가 어떻겠는가? "거짓말을 하지 마라." 라든가 "살인하지 마라." 등의 역도 위험하기는 마찬가지이다. 여기에 예로 든 ‘위대한 생각‘ 들의 역은 함부로 주장할 수 없는 것이다. 그런 주장을 하려면 얻어맞을 각오부터 단단히 해야 하기 때문이다. 보어의 주장이 모순에 도달한 것이다. 따라서 보어의 경구는 독단일 뿐이다. 이제 그렇다면 보어의 주장의 역명제, 즉 "위대한 아이디어의 역은 반드시 위대한 아이디어가 아니다."는 참이라는 결론이 나온다. 이것이 귀류법의 핵심이다. - P686
√2를 무리수가 아니라 유리수有理數라고 가정해 보자. 유리수라면 두 개의 정수整數 p. q의 비율로 나타낼 수 있어야 한다. 따라서√2=p/q와 같이 주어질 수 있다. 정수 p, q의 크기는 그 어떤 제한도 둘 필요가 없지만, p와 q 사이에는 공약수가 없어야 한다. 공약수가 있다면 분자와 분모를 약분하여 더 이상 약분할수 없을 때의 값을 p와 q라고 하면 된다. - P687
수세기 전에는 탐험 여행에서 가져오는 ‘주요 상품‘들 중의 하나로 떼어놓을 수 없는 것이 바로 여행자들이 들려주는 먼 나라의 이야기였다. 낯선 땅과 그곳에 있는 특이한 동식물들에 대한 여행자들의 이야기는 듣는 이들의 호기심을 자극하여 다음 탐험으로 이어지게 하는 매우 중요한 ‘상품‘이었다. - P297
이야기의 주요 주제에는, 하늘 높이 치솟은 산, 용과 바다 괴물, 아침저녁으로 황금 식기를 쓰는 나라, 코 대신 팔이 달린 짐승에 관한 것 등이었다. 어디 그것뿐인가, 개신교, 가톨릭, 유대교, 이슬람 등의 교리 논쟁이 참으로 한심하다고 생각하는 사람들, 불에 타는 검은 돌, 머리는 없고 입이 가슴에 달린 사람들, 나무에서 자라는 양 등등 별별 해괴한 것들이 그들의 이야기에 포함되어 있었다. 그중에는 사실도 있었고 거짓도 있었다. 어떤 것들은 사실은 사실이되 어느 정도 과장되고 왜곡되어 전해지기도 했다. - P298
이런 이야기들은 볼테르Voltaire 나 조너선 스위프트 Jonathan Swift 같은 작가들의 손을 통해 다양하게 각색되어 유럽 사회로 하여금 새로운 안목을 갖게 하는 자극제로 작용했으며, 동시에 외부와 고립된 세상과 사회에도 관심을 갖게 하는 계기를 제공했다. - P298
목성 주변에 있는 갈릴레오의 위성들은 그 크기가 거의 수성과 맞먹을 정도로 큰데, 우리는 그들의 크기와 질량으로부터 밀도를 계산하고, 밀도에서부터 각 위성의 구성 성분을 추정할 수 있다. - P299
가장 안쪽에서 돌고 있는 이오Io와 유로파 Europa는 주로 암석 성분의 위성이며, 바깥쪽의 가니메데 Ganymede와 칼리스토Callisto는 이보다 훨씬 낮은ㅡ얼음과 바위의 중간 정도의ㅡ밀도의 물질로 이루어진 위성임이 밝혀졌다. - P299
얼음과 바위로 된 바깥쪽의 위성도 지구의 바위들처럼 열을 발생시키는 방사능 물질을 함유할 수밖에 없을 것이다. 그런데 그 위성들에는 방사능 붕괴 과정에서 발생되어 수십억 년 동안 내부에 축적된 열에너지가 표면으로 이동하여 외부로 방출될 수 있는 효율적인 냉각 메커니즘이 없다. 그러므로 가니메데와 칼리스토 내부의 얼음은 대부분 액체 상태의 물로 존재할 것이다. - P299
보이저 2호는 지구로 영원히 되돌아오지 않을 것이다. 하지만 보이저 2호의 과학적 탐사 결과와 역사에 길이 남을 보이저의 발견들은 여행자의 이야기로서 결국 전파를 타고 우리에게 전해질 것이다. - P299
어떻게 태양계 먼 곳에서 관측된 영상이 우리 지구에까지 전송될 수 있는 것일까? 먼저 태양 광선이 목성 주위를 궤도 운동하는 위성 유로파에 떨어지고, 유로파는 입사된 빛의 일부를 반사하여 우주공간으로 다시 내보낸다. 이렇게 반사된 빛의 일부가 보이저에 실려있는 텔레비전 카메라의 형광 물질을 자극함으로써 유로파의 이미지가 만들어지는 것이다. 이렇게 만들어진 이미지를 보이저의 컴퓨터가 읽어서 숫자 신호로 변환한 다음, 10억 킬로미터나 떨어져 있는 지구상의 전파 망원경으로 송출한다. - P301
이미지 한 장을 만드는 데 밝기가 다른 약 100만 개의 회색 점들이 쓰인다. 점이 매우 작은 데다가 서로 가까이 붙어 있어서 약간 멀리 떨어져서 보면 점들은 하나하나 구별돼 보이지 않고 밝기가 연속적으로 변하는 하나의 이미지로 나타난다. 우리 눈에 회색 점들이 하나씩 따로 보이는 것이 아니라 많은 점들의 누적된 효과가 연속적인 화상으로 느껴지는 것이다. - P302
우주선이 보내 주는 정보는 점 개개의 밝기이며, 이 밝기를 나타내는 숫자는 레코드판과 같은 역할을 하는 자기 디스크에 저장된다. - P302
놀라운 발견의 배후에는 항시 첨단 기술이 뒷짐을 진 채 우리에게 미소 짓고 있지만 발견된 사실의 분석은 결국 인간 두뇌의 몫이다. - P303
인상적이고 멋들어진 구름 무늬다. 고흐의 「별이 빛나는 밤」이나 블레이크나 뭉크의 작품들이 연상된다. 그러나 연상은 실제 상황에 미치지 못하는 법, 어떤 예술가도 이런 장관을 그리지 못했다. 그것은 아무도 우리 행성을 벗어나 보지 못했기 때문이다. 지구에 발이 묶인 화가가 어떻게 이토록 신비롭고 아름다운 세계를 상상이나 하겠는가. - P306
목성의 다채로운 빛깔을 띤 띠들을 근접 관측할 수 있었는데, 흰색을 띨수록 암모니아 가스를 포함한 높은 층의 구름으로 생각되며, 갈색을 띨수록 더 깊고 더 뜨거운 지역으로 추정된다. 푸른색을 띠는 지역은 구름 사이를 가로지르는 깊은 구멍처럼 보인다. - P306
우리는 아직 목성이 왜 적갈색을 띠는지 그 이유를 알지 못한다. 황이나 인과 관련된 화학 반응의 결과가 아닐까? 또는 태양으로부터의 자외선이 목성 대기에 있는 메탄, 암모니아, 수중기 또는 여러 종류의 분자 조각들과 반응하여 어떤 유기 분자들을 형성했기 때문은 아닐까 하는 추측만 할수 있을 뿐이다. 그럴 경우 목성의 색깔은 40억 년 전 지구에서 있었던 생명의 탄생에 관한 하나의 실마리를 제공해 줄 수도 있을 것이다. - P306
대적반이다. 주변의 구름들 위로 치솟아 오른 가스 기둥인데 지구가 대여섯 개는 들어갈 정도로 엄청나게 거대하다. 대기의 깊은 곳에서 합성되었거나 축적되어 있던 고분자들이 상층부로 끌려 올라와 우리 눈에 붉게 비치는 것이라 추측해 본다. 이렇게 거대한 구름의 폭풍은 태어난 지 아마 100만 년은 족히 지났을 것이다. - P307
복사 벨트 중심부에 있는 붉은 색깔의 작고 길쭉한 위성 아말테아Amalthea의 모습, 색색이 찬연한 이오, 선형 망상 구조의 유로파, 거미줄처럼 얼기설기 얽힌 가니메데, 여러 겹의 동심원 파문이 선명한 칼리스토의 표면 구조들. - P307
바다에서 밤하늘의 별자리가 항해하는 배들의 길잡이가 되듯이, 우주에서도 별이 길잡이의 역할을 한다. - P308
이오는 갈릴레오의 4대 위성들 중 목성 가장 가까이에서 공전하는 위성이다. - P308
사실 이오는 무척 붉었다. 화성보다 더 붉다고 알려졌으며 태양계에서 가장 붉은 천체로 지목되고 있었다. - P308
그들(스탠턴 필Stanton Peale과 그의 동료들)은 이오 내부의 암석이 방사능 붕괴가 아니라 강한 조석력의 작용으로 용융 상태에 놓이게 됨을 알 수 있었고, 그렇기 때문에 이오의 내부 거의 대부분이 액체 상태에 있어야 한다는 결론에 도달했던 것이다. - P311
지하에 있는 액체 상태의 유황이 이오의 화산 활동으로 지상으로 계속 올라오게 된다. 고체 상태의 유황은 물의 끓는점보다 약간 높은 섭씨 115도 정도로 가열되면 색깔이 변하면서 액체 상태의 유황으로 변한다. 온도가 높아질수록 색깔이 짙게 변하며, 일단 녹았던 유황을 갑자기 냉각시키면 액체 상태의 색깔을 그대로 유지한다. - P311
이오 표면의 색깔 분포의 패턴에서부터 중요한 사실을 유추할 수 있었다. 그 패턴은 화산의 분화구에서 마구 쏟아져 나온 액화 유황이 여울져 흐르는 강물이나 흙탕물의 급류와 같이 얇은 층을 이루며 흐르는 모습을 닮아 있었다. 즉 검정색, 그러니까 제일 뜨거운 유황이 화산 분화구 근처에서 보이고, 주황색의 황이 분화구에 비교적 가까운 곳에서 강을 이루고, 노란색의 상대적으로 저온 상태에 있던 유황이 분화구에서 멀리 떨어진 평지에 널려 있다. - P311
표면 모습이 몇 달 간격으로 수시로 변화하기 때문에 지구에서 우리가 일기 예보를 하듯 이오의 표면 지도도 주기적으로 수정 편찬해야 한다. - P311
이오의 매우 얇고 희뿌연 대기는 주로 이산화황으로 이루어져 있다는 사실이 보이저 우주선의 탐사로 밝혀졌다. 그런데 이산화황의 대기층이 비록 얇기는 하지만 목성에서 방출되는 하전 입자들로부터 이오의 표면을 보호하기에는 충분한 두께여서, 이오에게는 매우 소중한 존재이다. - P312
밤에 기온이 떨어지면 기체 상태의 이산화황이 굳어 서리처럼 하얗게 변한다. 이렇게 되면 목성의 복사 벨트에서 나오는 하전 입자들이 이오의 표면까지 침투할 수 있다. - P312
이오의 화산 분출은 그 구성 입자들을 목성의 주변 공간으로까지 직접 방출시킬 정도로 매우 높이 솟아오른다. 아마도 이 입자들이 이오 주변에서 목성을 둘러싸고 있는 도넛 모양의 튜브를 형성하는 장본인인 듯하다. 이 입자들은 원자 알갱이들로서 목성을 향해 천천히 나선운동을 하다가 안쪽 궤도에 있는 아말테아 위성과 만나면, 모종의 화학 반응을 통하여 아말테아의 표면을 붉게 물들이는 것 같다. 또한 이오에서 분출된 물질이 여러 차례 충돌과 응결의 과정을 겪으면서 결국 목성의 고리를 만드는 데 한몫을 하게 되는 듯하다. - P312
달이 지구를 항시 같은 면을 보이면서 공전하듯이, 이오와 유로파도 목성을 향해 같은 면을 보이며 목성 주위를 궤도 운동한다. (태양계의 사실상 거의 모든 위성들이 자신의 모행성에게 늘 같은 면을 보이는, 자전과 공전 주기가 같은 동주기同周期 운동을 하고 있다.) 그렇기 때문에 이 위성들에 서서 목성이 있는 쪽의 하늘을 올려다보면 하늘의 대부분을 차지하는 거대한 목성이 뜨지도 지지도 않은채, 자신의 표면을 다채롭게 변화시키는 장관을 관람할 수 있을 것이다. - P313
태양계가 성간 공간에 존재하는 가스와 고체 입자로부터 생성되었듯이, 목성 또한 그 형성 과정에서 많은 양의 가스와 티끌이 필요했을 것이다. 태양 형성에 쓰이고 남은, 그렇지만 우주 공간으로 유실되지 않은 물질의 일부가 목성의 형성에 쓰였을 것이다. 아마 목성이 이런 물질을 지금의 수십 배 정도로 많이 끌어 모을 수 있었다면, 지금쯤 목성 내부에서도 핵융합 반응이 일어나고 있을 것이다. 이 경우 목성은 현재와 같은 행성의 신세가 아니라 어엿한 별의 위엄을 자랑했을 것이다. - P313
그렇지만 우리의 이 거대한 행성, 즉 목성은 별이 되려다 실패한 비운의 천체이다. 목성이 별이었다면, 지금 목성이 태양으로부터 받는 빛의 거의 두 배 이상을 목성 스스로 만들어 낼 수 있다. 그런데 적외선 대역에서 보자면 현재의 목성은 그대로 항성이라고 취급해도 사실 큰 무리가 없을 정도의 빛을 방출한다. - P313
목성이 가시광선 대역에서도 별로서 행세할 수 있다면, 태양과 짝을 이뤄 하나의 쌍성계를 구성할 수도 있었을 것이다. 그랬을 경우 지구의 하늘에는 해가 둘이 있을 터이고, 밤은 아주 보기 힘든 희귀한 현상이 되었을 것이다. - P313
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