관측이 불가능했던 얼음과 물 사이 경계를 직접 관찰한 연구 결과가 나왔다. Olga Chetvergova/게티이미지뱅크 제공.

스케이트 날이 얼음 표면을 지나는 순간 얼음은 액체 상태의 물이 된다. 얼음과 액체 간 전환은 순식간에 일어나기 때문에 얼음과 물 사이의 경계면을 직접 관찰하는 것은 그동안 불가능했다. 일본 연구팀이 새로운 아이디어를 내 처음으로 얼음과 액체 사이의 경계를 확인했다.

오니시 히로시 일본 고베대 화학과 교수 연구팀은 얼음과 액체 사이 경계면에서 얼음 모양을 직접 관찰한 결과를 9일 국제학술지 ‘화학 물리학’에 발표했다.

얼음 표면에는 얇은 물층이 쉽게 형성된다. 얼음과 물층 사이의 상호작용을 이해하려면 경계면 관측이 필요하다. 연구팀은 경계면 관측을 위해 경계면의 운동성을 최소화할 수 있는 조건을 만들었다. 0℃보다 차가운 부동액에 얼음을 담가 관측한 것이다. 부동액은 액체의 어는점을 낮추기 위해 첨가하는 액체로 0℃에서도 액체 상태를 유지한다.

연구팀은 얼음과 액체 사이의 경계면을 관찰하기 위해 현미경 냉각했다. 오니시 교수는 “부동액에서는 얼음이 녹지 않고 얼음과 액체 사이의 경계면이 큰 움직임을 보이지 않기 때문에 관찰할 수 있는 조건이 형성된다”며 “다양한 시행착오를 거쳐 현미경 시스템 또한 냉각해야 한다는 점을 알게 됐다”고 설명했다. 원자현미경이 영하의 온도에서 안정적으로 작동할 수 있는 기술도 더했다.

이를 통해 연구팀은 액체와의 경계면이 형성되지 않은 얼음과 경계면이 형성된 얼음을 각각 관찰했다. 주변에 액체가 없는 얼음은 약 20나노미터(nm) 높이의 ‘서리 기둥’이 특징적으로 나타났고 부동액에 담가 액체와 경계면이 생긴 얼음은 평평한 형태를 보였으며 간혹 분자 하나 높이의 층이 형성됐다.

연구팀은 “부동액 속 얼음의 평평한 표면은 부동액으로 인한 얼음 표면의 부분적인 용해와 재결정화에 의해 형성되는 것으로 보인다”고 설명했다.

연구팀은 부동액 종류에 따라 얼음 표면이 각기 다르게 보인다는 점도 관찰했다. 얼음과 액체 사이의 경계면은 직접 관측 과정이 중요하다는 설명이다. 오니시 교수는 “다음 연구에서는 더욱 높은 해상도로 관측할 수 있도록 원자현미경 이외의 측정 방법을 사용할 수 있길 기대한다”며 후속 연구에 대한 목표도 제시했다.

<참고 자료>
doi.org/10.1063/5.0211501

두 개의 대상이 서로 같다는 것을 나타낼 때 사용하는 기호 ‘=’를 ‘등호’라고 한다. 게티미지뱅크 제공

두 개의 대상이 서로 같다는 것을 나타낼 때 사용하는 기호 ‘=’를 ‘등호’라고 한다. 최근 컴퓨터로 수학 문제 증명을 시도하는 수학자들이 =의 의미가 불분명해 컴퓨터 증명에 어려움을 겪고 있다는 내용의 논문을 발표했다. ‘같음’의 정의에 대해 수학계에서 다시 한번 생각해봐야 한다는 메시지다.

케빈 버자드 영국 임페리얼대 교수 연구팀은 지난달 논문 공개사이트 ‘아카이브’에 논문 형식의 결과 보고서를 발표했다. 버자드는 수학 역사상 가장 유명한 정리인 ‘페르마의 마지막 정리’를 컴퓨터 언어를 이용해 증명하고 있는 수학자로 유명하다. 정확히 말하면 1995년 영국의 수학자 앤드루 와일스가 증명한 내용 등을 ‘린(Lean)’으로 검증하고 있다. 린은 마이크로소프트 리서치팀이 2013년 개발한 수학 증명을 검증하는 소프트웨어다.

버자드 교수는 린에 컴퓨터 언어인 ‘코드’로 증명 내용을 변환해 입력하는 과정에서 =를 컴퓨터에 이해시키는 것이 까다롭다는 사실을 발견했다. =를 수학자마다 혹은 분야별로 조금씩 다른 의미로 쓰고 있었기 때문이다. 지금까지 cm, km 같은 단위 기호처럼 수학기호의 의미를 전세계가 공식적으로 확정하는 절차가 없었다.

=가 다양하게 쓰이는 이유는 근본적으로 같음에 대해 사람들의 생각이 다르기 때문이다. 예를 들어 ‘2+2=4’는 2+2와 4가 같다는 의미다. 대부분 동의하는 식이겠지만 형식과 모양을 판단 기준으로 한다면 두 개의 2가 +를 가운데 두고 있는 모양이 숫자 4가 하나밖에 없는 모양과 아예 다르다고 할 수 있다.

이처럼 수학에서는 같음을 다양하게 정의할 수 있다. 예를 들어 수학의 한 분야인 ‘위상수학’에서는 도넛과 커피잔이 같으므로 도넛=커피잔이라고 쓸 수 있다.

위상수학은 단순히 길이나 크기 같은 직관적인 수치 비교를 넘어 추상적인 물체들의 성질을 연구하는 분야다. 위상수학에서는 구멍을 내거나 가위로 자르지 않고 어떤 도형을 찰흙처럼 주물러 다른 도형으로 만들 수 있으면 두 도형을 같다고 정의한다. 위상수학자들은 도형의 점, 선, 면의 위치 관계에만 관심이 있기 때문에 도넛과 커피는 구멍이 하나인 물체로 같다. 하지만 다른 분야에서 도넛과 커피잔은 다른 물체다.

수리철학을 연구하는 최정담 ‘발칙한 수학책’ 작가는 “{a, b, c}와 {1, 2, 3}은 ‘집합의 크기’에만 집중하는 수학자에게는 {a, b, c}={1, 2, 3}다”라면서 “누군가에게 ‘다름’인 명제가 누군가에겐 ‘같음’일 수 있다”고 설명했다. 버자드 교수는 과학 온라인 매체 ‘뉴사이언티스트’에 “현대 수학자들은 다소 느슨하게 =를 사용하고 있다”고 말했다. 수학자들이 =에 대한 개념 정의를 확실히 하지 않은 채 쓰고 있다는 말이다. 심지어 같음을 나타내는 기호도 = 외 여러 개 존재한다.

이같은 이유로 버자드 교수는 =를 컴퓨터에 이해시키기 어렵다고 설명했다. 수학 증명의 문맥을 이해한 뒤 여기서 쓰인 =의 의미를 밝혀내고 컴퓨터에 입력해야 하기 때문이다.

버자드 교수의 논문이 주목받는 이유는 최근 수학계에서 인공지능(AI)이 수학 연구 방법을 완전히 바꿀 것으로 기대하고 있기 때문이다. 수학자가 AI 도구를 이용해 새로운 추측을 제시하고 린의 도움을 받아 정확히 증명하는 미래를 꿈꾸고 있다. 이를 위해서는 컴퓨터가 현재 수학의 내용을 완벽히 이해해야 한다. 버자드 교수의 이번 논문은 수학계가 앞으로 겪을 어려움을 미리 보여준다는 의미가 있다.

‘JADES-GS-z14-0’라는 이름의 이 은하는 빅뱅이 일어난 지 불과 2억9천만년 후에 형성된 것으로 알려졌다. 이 은하는 너비가 약 1천600광년에 달할 정도로 크며, 오래된 은하임에도 불구하고 =매우 밝은 것으로 전해졌다.

우주 관측 사상 가장 오래된 은하를 발견됐다. (사진=NASA)
NASA는 “이번 발견은 우주가 어떻게 3억 년도 안 되는 시간 동안 이렇게 밝고 큰 은하를 만들 수 있었을까 하는 질문을 남긴다”고 밝혔다.

제임스웹에 포착된 은하에서 나오는 빛의 대부분은 초대질량 블랙홀 근처에서 방출된 것이 아니라 젊은 별에서 나온 것이라고 NASA는 설명했다. 지금 뿜어져 나오는 빛으로 추정해 볼 때, 이 은하의 질량은 태양의 수억 배에 이르는 것으로 추정됐다.

사진=NASA
또, JWST의 MIRI(중적외선 장비)가 포착한 JADES-GS-z14-0에서 나오는 빛의 파장은 풍부한 수소와 산소로 인해 강력한 이온화 가스 방출이 일어나고 있다는 것을 암시한다. 산소는 일반적으로 은하계 생성 초기에는 존재하지 않기 때문에 특이한 현상이다.

연구진들은 “이 은하의 초기에 산소가 존재했다는 사실은 놀라운 일이며, 이는 우리가 이 은하를 관찰하기 전에 이미 여러 세대에 걸쳐 거대한 별들이 거쳐갔을 수 있었다”는 것을 암시한다고 설명했다.

또, “모든 관측 결과는 JADES-GS-z14-0이 이론적 모델과 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 초기 우주에 존재할 것으로 예상되는 은하 유형과 같지 않다는 것을 말해준다”며, “천문학자들은 제임스웹을 통해 향후 10년 동안 훨씬 더 이른 시기에 이렇게 빛나는 은하계를 더 많이 발견할 가능성이 높다”고 밝혔다.

미국 항공우주국(NASA)에서 촬영한 태양 이미지 위에 태양 자기장을 표현한 그림. NASA/SO/AIA/LMSAL 제공

10일부터 전 지구적으로 관측된 찬란한 오로라가 비상한 관심을 모았다. 원인은 활발한 태양 활동으로 생긴 입자가 지구로 날아오는 ‘태양 폭풍’이었다. 태양 폭풍은 오로라를 보여주기도 하지만 지구 자기장을 교란해 전력망이나 무선 통신망, 위성 시스템을 손상시킬 수 있어 피해를 막기 위해 태양 폭풍의 원인으로 지목되는 자기장 활동 예측이 필요하다. 태양 자기장의 근본 원인을 규명하는 것은 17세기 이탈리아의 과학자 갈릴레오 갈릴레이가 태양 흑점을 관측한 이래 400년 동안 과학계 난제였다.

제프리 바실 영국 에든버러대 수학과 교수가 이끈 국제 공동연구팀이 새로운 수치 시뮬레이션을 활용해 태양에서 자기장이 생성되는 위치를 알아냈다. 태양 표면 근처에 흐르는 가스와 플라스마의 운동 패턴을 계산해 태양 자기장 활동이 태양 표면 아래 약 2만 마일(약 3만2000km)에서 시작된다는 사실을 밝혀내고 연구 결과를 22일(현지 시간) 국제학술지 ‘네이처’에 공개했다. 태양 활동을 더 잘 이해하고 태양 폭풍을 정확히 예측하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

1612년 갈릴레이는 최초로 태양의 흑점을 자세히 관측했다. 흑점은 강한 자기장 때문에 태양 표면의 대류가 잘 이뤄지지 않아 상대적으로 표면 온도가 낮아져 검게 보이는 부분이다. 이후 천문학자들은 수 세기 동안 태양이 자기장을 생성하는 물리적 과정인 ‘태양 다이너모(Dynamo)’를 연구해 왔다.

태양의 자기장을 설명하는 기존 이론인 ‘심층 이론’은 태양 자기장이 태양 표면 아래 약 13만 마일(약 20만9000km) 지점에서 시작된다고 본다. 하지만 태양 표면 근처에서 일어나는 ‘비틀림 진동’ 현상을 설명하지 못했다.

태양은 지구나 달처럼 고체가 아니기 때문에 자전할 때 통째로 회전하지 않고 위도에 따라 자전 주기가 다르다. 태양 표면이 회전하는 속도 차이로 비틀림이 발생하는 것이다. 태양 내외부에서 가스와 플라스마가 순환하면서 발생하는 패턴인 비틀림 진동은 11년 주기로 반복된다.

연구팀은 태양 자기 활동의 극대기도 11년을 주기로 돌아온다는 사실에 주목했다. 두 현상이 동일한 물리적 과정이라는 가설을 세우고 비틀림 진동을 설명할 수 있는 새로운 수치 시뮬레이션을 개발했다.

미국항공우주국(NASA)의 슈퍼컴퓨터를 활용해 태양 표면 근처의 가스와 플라즈마의 운동 패턴을 시뮬레이션 분석한 결과 태양 자기장의 근원지가 태양 표면 아래 약 2만 마일 지점에서 시작되는 것으로 나타났다. 태양 표면에 훨씬 가까운 곳에서 태양 자기장 활동이 일어난다는 사실을 밝혀내 기존 이론을 뒤집은 것이다.

이번 연구 결과는 태양 폭풍을 일으키는 태양 활동 예측과 피해 대비에 도움이 될 것으로 기대된다. 연구팀은 1859년 9월 강력한 태양 폭풍이 캐나다를 강타해 초기 전신(telegraph) 시스템을 손상시킨 ‘캐링턴 사건’을 언급하며 태양 폭풍의 위험성을 강조했다. 연구의 공동 저자인 대니얼 레코아넷 미국 노스웨스턴대 공학과학 및 응용수학과 교수는 “캐링턴 사건과 비슷한 수준의 태양 폭풍이 미국을 강타하면 약 1조에서 2조 달러(약 2728조 원)의 피해가 발생할 것으로 예상된다”고 설명했다.

제32회 천체사진공모전의 대상작 ‘붉은 태양의 모든 것’. 천문연 제공

사진 속 태양이 치열하게 타오르고 있다. 거대한 홍염들과 더불어 안쪽에 크고 작은 흑점들, 뱀처럼 구불구불 기어다니는 듯한 형태의 많은 필라멘트, 에너지가 뿜어나오는 영역 등 태양망원경으로 관측할 수 있는 여러 태양 활동이 모두 보인다. 충북 청주시에서 김규섭 씨가 태양을 두 구역으로 나누어 촬영한 후 하나로 이어붙인 사진으로 국내 올해 최고의 천체사진으로 선정됐다.

한국천문연구원(천문연)은 22일 제32회 천체사진공모전의 결과를 발표했다. 이번 공모전에서는 총 271개 작품이 출품됐으며 올해 24개 작품을 수상작으로 선정했다. 김 씨의 ‘붉은 태양의 모든 것’이 대상을 차지했다.

사진 부문과 동영상 부문으로 나뉘어 진행되는 천체사진공모전은 주제도 심우주, 지구와 우주·태양계 2개로 구성돼 있다. 심사위원들이 기술성, 예술성, 시의성, 대중성을 기준으로 작품을 평가한다.

이번 공모전 심사위원들은 “다양한 피사체를 찍은 양질의 사진들이 많아지고 있음을 실감한다”며 “최근 대상 수상작이 심우주 부문에서 많이 배출되었는데 올해는 태양계 부문에서 선정됨에 따라 앞으로 다른 부문의 다양한 작품 활동을 장려하고자 한다”고 밝혔다.

모든 수상자는 상패와 상금을 받는다. 대상 수상자는 천문연원장상과 상금 200만원을 수상한다. 천문연 창립 50주년을 맞이해 신설된 50주년 특별 부문의 경우 한국천문연구원이 운영하는 소백산천문대 숙박권을 받는다.

천체사진공모전은 아름답고 신비한 천체사진 및 그림, 동영상 등의 콘텐츠를 통해 천문연이 천문학에 대한 국민의 공감대를 확산시키기 위해 매년 실시하고 있다. 수상 작품은 향후 국립중앙과학관 천체관 및 국내외 전시행사, 천문력 등 다양한 천문우주 과학문화 확산의 콘텐츠로 확인할 수 있다.

● 대상

김규섭 씨의 ‘붉은 태양의 모든 것’. 천문연 제공

● 최우수상

지용호 씨 ‘태아 성운’. 한국 출산율을 걱정하는 마음으로 카시오페이아자리의 동쪽에 위치한 태아 성운을 인천 석모도에서 총 6일에 걸쳐 촬영한 작품이다. 사진의 구도는 태아가 엄마 배 속에 있는 듯한 모습으로 잡았다. 천문연 제공

● 우수상

이충현 씨의 ‘Flying Bat and Squid Nebula’. 세페우스자리 근처에 위치한 오징어 성운과 그 주변에 있는 비행 박쥐 성운을 촬영한 사진이다. 오징어 성운의 경우 매우 어둡기 때문에 노출시간을 24시간 가까이 주어 촬영했다. 천문연 제공

● [심우주 부문] 금상

‘스윗한 하트 성운’. 박정원 씨. 사랑하는 이에게 바칠 천체사진을 찍기 위해 하트성운을 선택했다. 스윗한 하트가 되도록 붉은색을 강조한 작품이다. 천문연 제공

● [심우주 부문] 은상

한건희 씨의 ‘매운맛 우주 스파게티’. 접시에 담겨있는 매운맛 스파게티 면발 모양을 닮은 스파게티 성운을 촬영한 작품이다. 성운의 크기가 크고 또한 매우 어둡지만 가느다란 실타래가 얽혀 있는 물질 분포를 표현해보고 싶어 5일간, 약 40시간의 노출로 정보를 모았다. 천문연 제공

이시우 씨의 ‘안드로메다 은하 51시간’. 안드로메다 은하와 배경인 전리수소 영역을 함께 촬영한 사진이다. 안드로메다는 매우 밝은 반면 붉은 성운들은 매우 어둡기 때문에 밝기 차이를 조절하기 위해 4개월의 준비시간과 51시간의 촬영시간이 소요됐다. 천문연 제공

● [심우주 부문] 동상

Soni Aditya Prakash의 ‘Phoneix of the night sky’. 갈매기 성운(IC 2177)은 개자리와 외뿔소자리 사이에서 발견되는 대형 방출 성운이다. 붉은 필터를 활용해 마치 불사조와 같은 모습으로 표현했으며 우측 하단에는 토르의 헬멧 성운이라고 불리는 또 다른 성운이 있다. 천문연 제공

변영준 씨 ‘초승달 성운’. 초승달 성운은 지구로부터 5000 광년 떨어진 백조자리 발광성운이다. 맨눈으로 관측할 경우 초승달 모양과 같은 밝은 부분만 볼수 있어서 붙여진 이름이다. 서울에서 대역폭이 좁은 필터를 사용하여 촬영했고 해파리와 같은 그물망 구조의 세부묘사가 잘된 것이 특징이다. 천문연 제공

● [지구와 우주 부문] 금상

추도현 씨의 ‘별들의 세상을 거닐다’. 서호주 남붕국립공원 주변 모래사막에서 촬영한 작품으로 은하수가 빛나고 별들이 가득한 하늘을 거니는 시람을 촬영한 작품이다. 천문연 제공

● [지구와 우주 부문] 은상

김경민 씨의 ‘은하로 가는 길잡이’는 서호주 피나클스 사막에서 촬영했다. 우리 은하를 만나러 가는 길이 있다고 상상하며 그 길을 안내해 주는 느낌을 차량 궤적과 함께 담아 보았다. 천문연 제공

최용길 씨의 ‘밤 하늘의 엔딩’. 2023년 10월 노르웨이 로포텐제도에서 일어난 오로라의 향연을 카메라에 담았다. 천문연 제공

● [지구와 우주 부문] 동상

조동제 씨가 촬영한 ‘그때도 지금도 빛나는’. 서울의 도심속에서 조선의 역사를 간직한 광화문과 변함없이 밤하늘을 비추고 있는 별들을 촬영해 과거와 현재를 동시에 표현한 작품이다. 천문연 제공

박성민 씨의 ‘스타게이트’. 서해에 위치한 작은 해식 동굴 속에서 최대한 몸을 웅크리고 촬영한 작품이다. 렌즈에 보이는 동굴입구의 형상이 마치 별 모양과 흡사해 마치 지구에서 우주로 나가는 스타게이트 모습을 형상화했다. 천문연 제공

송가을 씨의 ‘부분식 중의 달의 움직임과 살짝 보이는 지구 그림자’. 2023년 10월 29일 새벽에 일어난 부분월식을 만리포 해수욕장에서 촬영한 사진이다. 13분 간격으로 찍은 사진을 엄선해 각각 배열해 부분식 진행 상황을 표현했다. 어두운 부분을 자세히 보면 지구 그림자를 볼 수 있다. 천문연 제공

● [태양계 부문] 동상

이장근 씨의 작품 ‘슈퍼블루문으로 가는 여행’. 2023년 8월에는 같은 달에 두 번째 뜨는 보름달과 지구와 달이 그 해에 가장 가까운 슈퍼문이 겹친 슈퍼블루문이 일어나 촬영했다. 슈퍼블루문을 촬영하는 도중 우연히 국제선 비행기가 지나가 함께 담았다. 천문연 제공

이영범 씨의 ‘시공간을 뛰어넘는 만남’. 달과 별이 만나는 순간을 함께 촬영하고 싶어 달과 염소자리의 33번째 항성 염소 33을 담았다. 염소 33은 지구와는 약 239광년 떨어져 있어 239년 전의 빛과 약 1초 전 달에서 출발한 빛이 지구의 하늘에서 만난 모습을 표현했다. 천문연 제공

현대 표준 우주론 모델은 약 138억년 전 대폭발인 ‘빅뱅’을 시작으로 우주가 급격히 팽창하며 어떻게 진화했는지 설명한다. NASA, WMAP Science Team 제공

약 138억 년 전 대폭발을 통해 우주가 탄생해 팽창하고 있다는 ‘빅뱅이론’을 중심으로 한 현대 표준 우주론이 거센 도전을 받고 있다. 천문학자들이 기존 우주론으로는 설명하기 어려운 천체 관측 결과들을 속속 내놓고 있기 때문이다. 표준 우주론의 유효기간이 사실상 끝나 수정이 필요하다는 목소리가 나온다.

영국왕립학회는 15~16일(현지 시간) 이틀간 ‘표준 우주론 모델에 도전하다’를 주제로 회의를 열었다. 최근 현대 표준 우주론과 맞지 않는 연구 결과들이 잇따라 발표되며 기존 이론에 의문을 제기하려는 천문학자들이 한자리에 모인 것이다. 2019년 노벨물리학상을 받은 제임스 피블스 미국 프린스턴대 명예교수 등 저명한 천문학자들이 참석했다.

현재 표준 우주론 모델인 ‘람다 차가운 암흑물질(LCDM) 우주론’은 138억 년 전 대폭발인 ‘빅뱅’을 시작으로 우주가 급격히 팽창해 어떻게 진화했는지 설명한다. LCDM에 따르면 우주에는 물질과 아직 정체가 명확히 밝혀지지 않은 암흑물질, 암흑에너지가 존재한다. 물질과 암흑 물질은 우주의 팽창 속도를 늦추지만 암흑에너지는 우주 팽창을 가속한다. 손우현 한국천문연구원(KASI) 이론천문센터 연구원은 “표준 우주론 모델은 그동안 관측 데이터와 잘 맞아떨어져서 사람들의 지지를 받았다”고 설명했다.

회의의 공동 주최자인 수비르 사르카 영국 옥스퍼드대 물리학과 교수는 “우주론은 1922년에 공식화된 모델을 사용하고 있다”며 “표준 우주론 모델에 대한 믿음이 ‘종교’로 취급되고 있는데 이론적 근거는 유효 기간이 지난 것으로 보인다”고 덧붙였다.

회의에서는 표준 우주론으로 설명되지 않거나 표준 우주론과 맞지 않는 연구 사례들이 주로 소개됐다. 우주 관측 기술이 발전하고 연구 규모가 커지면서 도출된 연구 결과들이 표준 우주론과 ‘엇박자’를 내고 있다.

대표적인 게 허블상수의 계산값을 두고 논쟁하는 ‘허블 갈등’이다. 허블상수는 우주가 팽창하는 속도를 나타내며 우주 나이와 반비례한다. 허블상수가 커지면 상대적으로 우주의 나이는 적어진다. 웬디 프리드먼 미국 시카고대 천문학 및 천체물리학부 교수는 회의 첫날 “최근 제임스웹 우주망원경(JWST) 관측으로 측정한 허블상수가 메가파섹(Mpc·1pc은 약 3.26광년)당 69.1km/s”라고 발표했다. 이는 1메가파섹(약 300만 광년) 떨어져 있는 은하들이 69.1km/s의 속도로 서로 멀어지고 있다는 뜻이다. 유럽우주국(ESA)의 플랑크 위성이 측정해 2018년 발표한 허블상수인 메가파섹당 67km/s과는 차이가 있다.

애덤 리스 미국 존스홉킨스대 물리학 및 천문학과 교수팀도 프리드먼 교수팀의 연구와 같은 유형의 3가지 천체를 JWST로 관측해 허블상수가 메가파섹당 최소 73km/s라는 연구 결과를 올해 공개했다. 같은 우주망원경을 활용한 연구 결과 2개가 기존 우주론과는 ‘다른 의견’을 낸 것이다.

우주가 전체적으로 큰 규모에서는 균질해야 한다는 표준 우주론의 가정과는 다른 현상도 공개됐다. 네이선 세크레스트 미국 해군천문대 연구원은 100만 개 이상의 퀘이사를 분석하자 하늘의 한쪽 반구가 다른 반구보다 광원이 0.5%가량 많은 것으로 나타났다는 연구결과를 발표했다.

콘스탄티노스 미카스 네덜란드 레이던대 과학부 레이던천문대 연구원은 지역적 규모에서 우주가 팽창하는 속도가 공간에 따라 달라 표준 우주론의 예측과 일치하지 않는다는 관측 결과를 공유했다. 이 밖에도 지름이 13억 광년이나 되는 거대 천체 ‘빅 링’ 등 기존 우주론으로 설명하기 어려운 관측 결과에 대한 토론이 이번 회의에서 진행됐다.

한국천문연구원(KASI)이 참여한 국제공동 프로젝트인 ‘암흑에너지 관측 프로젝트(DESI)’ 연구팀도 최근 1년치 연구 성과를 발표하며 암흑에너지가 고정값이 아니라 시간에 따라 변하는 값일 확률이 약 95%라는 연구 결과를 내놨다.

기존 우주론에서 암흑에너지는 일정한 값으로 유지되며 우주는 계속 팽창한다. 만일 암흑에너지가 시간에 따라 변화하는 값이라면 모델을 수정해야 할 수도 있다. 손 연구원은 “영국에서 열린 회의와 DESI 프로젝트는 직접적인 관련은 없지만 기존 우주론에 의문을 제기한다는 점에서 연결점이 있다”고 말했다.

우주론에 의문을 제기한 과학자들은 아직 연구 데이터가 더 필요하다는 데는 동의한다. 리스 교수는 “JWST를 활용해 허블상수를 측정한 두 연구는 기존 연구에 비하면 작은 규모”라며 “아직 JWST 데이터에서 결론을 도출하기는 너무 이르다”고 밝혔다. DESI 연구팀도 “더 많은 데이터를 수집해야 새로운 우주 모델을 만들어야 할지 판단할 수 있을 것”이라고 설명했다.

엘레오노라 디 발렌티노 영국 셰필드대 수학 및 통계학부 연구원은 “현재까지 최소 500개의 새로운 우주론 모델이 제안됐지만 모든 관측값과 양립할 수 있는 이론은 아직 없다”고 말했다. 프리드먼 교수는 “표준 모델이 어디서 무너지는지에 대한 탐구가 필요하다”고 밝혔다.

지구에서 정의된 1초의 길이는 중력 조건이 다른 달에서 일치하지 않을 수 있다. 게티이미지뱅크

미국 정부가 달의 표준 시간 체계를 세울 계획이라고 밝혔다.

미국 백악관 과학기술정책국(OSTP)은 미국 항공우주국(NASA) 등에 2026년 말까지 달 및 다른 천체를 위한 통일된 표준 시간을 만들라고 지시했다고 2일(현지시간) 발표했다. OSTP는 NASA에 올해 말까지 달에서 쓰일 ‘협정 달 시(LTC)’를 확립하기 위한 이정표를 제시할 것을 요구했다.

지구에서 정의된 1초의 길이는 중력 조건이 다른 관측자에게는 다르게 보일 수 있다. OSTP는 “달에 있는 지구 시계는 하루 평균 58.7마이크로초(100만분의 1초) 느리게 보일 것”이라며 “달에 원자시계를 둬야 할 수도 있다”고 설명했다. 시간 불일치는 우주선 간의 데이터 전송과 지구, 달 위성, 우주비행사 간의 통신 동기화를 어렵게 만든다.

OSTP가 LTC 마련에 제시한 기준은 지구의 표준 시간 체계인 ‘협정 세계시(UTC)’에 대한 추적성, 정밀 항법을 지원하기에 충분한 정확도, 지구와의 통신 두절에 대한 복원력, 지구-달 시스템을 넘어선 우주 환경으로의 확장성이다.

OSTP는 “향후 정부 및 민간 주체들이 달 표면, 궤도 등 우주에서 활동하기 위해 우주선을 보낼 것으로 예상한다”며 “통일된 시간 표준이 이런 노력의 기반”이라고 설명했다. 이어 “까다로운 달 환경에서 필요한 표준을 정의하는 데 미국의 리더십이 모든 우주여행 국가에 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

이어 “LTC 시행을 위해 국제기구와 아르테미스 협정 참여국 등을 통한 국제적 합의가 필요하다”고 밝혔다.

우주 차단막 개념도. 이미지샛인터내셔널 캡처

우주공간에 거대한 차단막을 띄워 지구로 전달되는 태양 에너지를 줄이는 프로젝트가 관심을 끌고 있다. 지구 온도를 낮추는 것이 목표다. 문제는 거대하고 무거운 차단막을 우주로 발사하는 과정이다.

앞선 연구에 따르면 우주공간의 차단막이 태양열을 2%만 차단하더라도 지구의 온도는 섭씨 1.5도 하락하게 된다. 이 같은 아이디어가 처음 나왔을 때만 해도 허무맹랑하다는 비판을 받았다. 하지만 지구 온난화 현상이 심각해지면서 각국의 연구진이 구체적인 실행방안을 내놓고 있다.

최근 뉴욕타임즈 등 외신에 따르면 이스라엘 공과대 연구팀은 차단막의 시제품을 제작할 준비가 됐다고 밝혔다. 연구팀의 아이디어는 태양과 지구 사이의 중력 평형상태가 존재하는 라그랑주 포인트에 무게가 250만t에 달하는 거대한 차단막을 설치하는 것이다.

차단막이 설치되더라도 일식 현상 때처럼 태양 빛을 완전히 차단할 수는 없다. 대신 빛의 간섭 현상을 이용해 지구에 희미한 그림자를 드리우게 할 수 있다. 전문가들은 이 정도의 조치만 이뤄져도 지구 온도 감소에 도움이 될 것으로 보고 있다. 화석 연료 절감 등의 노력을 병행한다면 효과가 배가될 수 있을 것으로 본다.

문제는 현재의 기술로는 250만t에 달하는 거대한 차단막을 우주공간에 발사하는 것은 불가능하다는 것이다. 라그랑주 포인트에 차단막을 설치하려면 지구와 달의 거리의 4배에 해당하는 150만km까지 부품을 이송해야 한다.

우주차단막 프로젝트를 실시하는 연구팀은 최근 우주 발사 비용이 저렴해졌다는 점을 감안하면 우주공간에서 부품을 조립하는 방식으로 차단막을 완성할 수 있다고 주장한다. 다만 실제 차단막 건설에는 수천조 원에 달하는 천문학적인 비용이 소요될 것으로 보고 있다.

연구팀은 온실가스 절감을 위해 세계 각국이 투입하는 비용과 시간을 고려하면 차단막 건설도 충분히 실현 가능성이 있다고 설명했다. 이스라엘 연구팀은 3년 안에 시제품을 발사해 실제 효과를 증명할 계획이다.