천문학 콘서트

책소개

천문학의 역사와 개념들이 생생하게 펼쳐진다! 『천문학 콘서트』는 고대천문학에서 빅뱅우주론에 이르기까지 교양천문학을 쉽고 재미있게 풀어쓴 책이다. 천문학사에 큰 족적을 남긴 인물과 우주론, 천문학의 중요한 주제들을 중심으로 체계적으로 정리했다. 수학과 과학에 특별한 지식이 없더라도 천문학과 천체물리학의 기본 이론과 개념들을 쉽게 이해할 수 있도록 구성했다. 알면 알수록 놀랍고 불가사의한 모습을 드러내는 우주의 탄생과 진화를 살펴보면서 사고를 확장할 수 있도록 돕는다.

저자소개

저자 : 이광식 저자 이광식은 성균관대학교 영문학과를 졸업하고 30여 년 동안 출판계에 종사하면서 『한국근현대사사전』(공저), 『아빠, 별자리 보러 가요』『천문학 작은 사전』(편찬) 『우리 옛시조 여행』 등 여러 권의 책을 쓰거나 옮겼다. 현재는 책 만드는 일을 그만두고 강화도 서쪽 퇴모산에서 별을 보고 농사지으며 살고 있다.

머리말_우주를 보면 세상과 인생이 보인다 글을 시작하며_우리가 우주를 사색하는 이유 제1부 사람들은 우주에 대해 어떤 생각들을 해왔을까?_ 인물과 사고의 흐름으로 보는 우주론 이야기 제1장 우주의 이정표 허공을 날아다니는 땅덩이 / 인간은 우주의 중심이 아니다 / 최초로 천상세계의 문을 열다 / 우주의 이정표를 세운 천문학자 제2장 우주를 측량하다 하늘과 땅을 통합하다 / 쉼터: 벤틀리의 역설 / “항성도 움직인다!” / 과학 발전에 기여한 유쾌한 괴짜들 / 쉼터: 광행차란 무엇인가 / 제3장 진화하는 우주 우주는 진화한다 / 천왕성 발견, 태양계를 두 배로 넓히다 / 별까지의 거리를 잰 상인 견습생 / 쉼터: 올베르스의 역설 / 해왕성 발견에 얽힌 미담과 추문 제4장 태초와 종말에 관한 이야기 태양을 해부하다 / 별들의 생로병사 / 아인슈타인의 구부러진 우주 / 은하들이 달아나고 있다 / 우주는 팽창하고 있다 / 제2부 주제로 보는 천문학 산책 제5장 사물에 대한 견해 사물의 크기 / 물질의 궁극 / 빛이란 무엇인가 / 별의 일생 / 1만2천 년 뒤엔 북극성이 바뀐다 / 하늘의 번지수 별자리 이야기 제6장 태양계 이야기 푸른 하늘 은하수 / 태양의 역사 / 태양계 가족들 / 태양계의 끝을 향하여 / 쉼터: 보이저 1, 2호 제7장 암흑물질을 찾아서 혜성, 우주의 방랑자 / 암흑물질을 찾아서 / 떠나가는 달

책속으로

137억 년 전 ‘원시의 알’에서 태어난 우주는 지금 이 순간에도 엄청난 속도로 팽창을 계속하고 있다. 태초의 우주에서 원시 수소구름들이 수억, 수십억 년을 서로 뭉친 끝에 천억 개 넘는 은하를 만들어내고, 그 천억의 은하들이 지금 광막한 우주공간을 어지러이 비산하고 있는 것이다.
하늘의 수많은 별들 역시 어버이 되는 수소구름에서 태어난 것들이다. 그리고 우리 인간은 그 별의 일부로 몸을 만들고 생명을 얻어 태어났다. 별이 없었으면 인류도 없었을 것이다. 별과 인간의 관계는 그처럼 밀접하다.
우리가 현재 살고 있는 이 태양계는 약 50억 년 전에 형성되었고, 태양은 우리 은하에 속해 있는 2천억 개의 별 중 평범한 한 개의 별에 지나지 않는다. 일생의 거의 절반을 지나고 있는 태양도 50억 년 후에는 종말을 맞는다. 별도 인간처럼 태어나고, 살고, 죽는 일생이 있는 것이다. 수명이 인간하고는 비교도 안 되는 수십억, 수백억 년이나 되긴 하지만.
이런 생각들을 하다 보면, 조그만 행성 위에서 아옹다옹하며 살고 있는 우리 인류도 알고 보면 우주 속에서 참으로 외로운 존재라는 생각이 든다. 그리고 우리네 삶이란 게 얼마나 찰나의 티끌 같은 것인가를 절실히 느끼게 된다.
<글을 시작하며> 중에서, 우리가 우주를 사색하는 이유

20세기를 대표하던 두 우주론 중 먼저 정상 우주론에 대해 알아보자.
반세기 동안 대폭발 우주론과 선의의 경쟁을 벌인 정상 우주론은 영국의 호일, 본디 등이 내세운 이론으로, 우주는 넓게 보았을 때 어느 쪽으로나 등방, 균일한 것처럼 시간적으로도 예나 이제나 앞으로나 변함없이 같다는 주장이다. 우주는 시작도 끝도 없으며, 따라서 진화도 없고 이대로 영원하다는 것이다. 하지만 이들의 주장은 허블의 발견으로 난관에 부딪혔다. 허블이 관측한 바로는 우주가 팽창한다는 사실은 명백하므로 받아들이지 않을 수 없었다. 우주가 계속 팽창하면 어떻게 되는가? 우주의 물질밀도는 시간이 갈수록 낮아져가고, 마침내는 무無에 수렴될 것이 아닌가? 따라서 진화하면서도 변화하지 않는 우주가 되려면 어떻게 해야 하나? 물질이 계속 생겨나는 길밖에 없다. 그리하여 토머스 골드는 우주가 팽창함에 따라 은하 사이의 공간에서 새로운 물질이 생겨난다는 착상을 했다.
정상 우주론의 맞은편에서 강한 경쟁을 보이는 다른 우주론이 빅뱅 우주론이다. 팽창하는 대우주의 의미를 담고 있는 이 우주론은 현재 팽창 일로에 있는 우주는 사실 먼 과거 어느 한 시점에 실제로 있었던 대폭발의 결과물이라는 것이다. 1931년, 벨기에 천문학자이자 예수회 사제인 조르주 르메트르 신부는 대우주는 극단적으로 높은 밀도와 온도를 가진 물질의 응축된 방울에서 시작했다고 제안했다. ‘원시의 알’이라 할 만한 이 ‘원시원자(primeval atom)’는 대우주의 모든 물질과 복사를 포함한 것으로, 내부 압력으로 말미암아 대폭발을 일으켜 급격히 팽창하기 시작했다.
시간이 흘러감에 따라 우주의 물질은 더욱 냉각되고 은하로 응축되었으며, 은하 내부에서는 항성으로 응축되었다. 그리하여 몇 십억 년이 흐른 후 대우주는 계속된 팽창과 함께 오늘 존재하는 것과 같은 상태에 도달하기에 이른 것이다. 그러므로 이러한 팽창을 거슬러 올라가면 우주의 기원, 즉 르메트르가 ‘어제가 없는 오늘(the day without yesterday)’이라고 불렀던 태초의 시공간에 도달한다는 것이다.
<1부_사람들은 우주에 대해 어떤 생각들을 해왔을까?> 중에서, 우주는 팽창하고 있다

출판사 서평

고대천문학에서 코페르니쿠스, 뉴턴, 아인슈타인까지 물질과 빛, 별과 은하에서 팽창우주, 빅뱅우주론에 이르기까지 쉽고 재미있게 풀어쓴 한 권으로 읽는 교양천문학 얼마 전 한국천문연구원에서 발표한 소행성의 지구 접근으로 인터넷이 뜨겁게 달아올랐었다. 영화 속에서만 보던 행성 충돌의 장면들이 잠시지만, 당장 눈앞에서 펼쳐질 것만 같은 우려를 낳기도 했었다. 이처럼 머나먼 우주에서 관측되는 현상들은 우리가 살고 있는 지구와 밀접한 관련을 맺고 있기 때문에 여전히 우리에게 꾸준한 관심의 대상이 되고 있다. 드넓은 우주는 우리가 미처 알지 못하는 물음표로 가득 차 있는 공간이기도 하다. 이번에 출간되는 『천문학 콘서트』는 바로 우리가 궁금해 했던 우주에 관한 다양한 이론과 주제를 담고 있다. ‘우리가 살면서 한 번은 꼭 읽어야 할 천문학 이야기’라는 부제에 맞게, 이 책의 1부는 천문학사에 큰 족적을 남긴 인물과 우주론, 2부에서는 천문학의 중요한 주제들을 중심으로 쉽고 재미있게 풀어쓰고 있다. 이 책에서는 천문학의 역사와 개념들이 체계적으로 잘 정리되어 있고, 총 33컷으로 구성된 다양한 천체들에 관한 컬러 화보가 삽입되어 글로만 이해하는 한계를 넘어서서, 좀 더 쉽게 천문학을 접근하는 데 좋은 길잡이가 되어줄 것이다. 우주와 하늘에 미친 어느 농부가 들려주는 천문학에 관한 거의 모든 이야기 ‘우주는 무엇인가? 우리는 어디에서 왔는가? 이 우주 속에서 인간은 어떤 존재인가?’ 스물 갓 넘은 젊은 시절부터 저자는 이런 자신의 호기심과 갈증을 풀어줄 천문학 책을 찾아 청계천 헌책방을 뒤지며 돌아다녔다. 이러한 호기심은 그가 1990년 이후 출판사를 설립, 천문학 분야의 다양한 양서들과 천문학사전 편찬, 그리고 국내 최초의 천문 잡지 <월간 하늘>의 발간으로까지 이어졌다. 천문학과 우주에 깊은 관심을 가진 그가 천직으로 여기던 출판 일마저 접고 시골의 산속으로 들어간 것은, 일만 하다가 아무것도 모른 채 우주 속으로 사라져버린다면 너무나 억울할 것 같아서였다. 남은 여생 동안 시골에서 나름대로 자유롭게 우주를 사색하다가 떠나고 싶다는 생각에 그는 밤에는 옥상에 설치된 천체망원경을 통해 별을 관찰했고, 낮에는 천문학 고전을 100권 이상 읽었다. 그리고 여가시간에는 취미삼아 아침저녁으로 수학 참고서 정석을 풀었다. 그만큼 그는 우주와 자연의 법칙들을 보고 싶었고 알고 싶었다. 우리는 왜 우주를 사색해야 하는가? 이 물음에 대한 저자의 답은, 우리가 우주를 사색하는 것은, 인간이란 우주 속에서 얼마나 티끌 같은 존재인가를 깊이 자각하고, 장대한 시간의 흐름과 공간의 확대 속에서 자아의 위치를 찾아내는 분별력과 깨달음을 얻기 위함이라고 한다. 그러한 분별력을 가질 때, 우리는 보다 넓은 시각으로 세상과 인생을 보게 되며, 보다 균형 잡힌 삶을 살 수 있게 될 것이라는 게 저자의 믿음이다. 이 믿음이 저자가 이 책을 쓰게 된 가장 큰 동기이며, 특히 젊은이들에게 이 책의 일독을 권하는 까닭이라 할 것이다. 고대에서 현대에 이르기까지 인간의 우주에 대한 사고를 역사적 흐름에 따라 정리한 대중과학서 프톨레마이오스 이후 1,400년 동안 굳건히 우주의 중심을 지켰던 지구가 코페르니쿠스의 등장으로 변방의 작은 행성으로 전락하고 말았다. 프톨레마이오스의 이론대로 지구가 우주의 중심이라면 금성과 수성이 가끔씩 태양으로부터 멀어질 때가 있어야 하는데, 코페르니쿠스는 그러한 현상이 전혀 관측되지 않자 그의 이론을 더 이상 신뢰할 수 없다고 생각한 것이다. 결국 코페르니쿠스는 오랜 연구와 탐구 끝에 1,700년 전 아리스타르코스의 지동설로 되돌아갔다. 코페르니쿠스는 각각의 천체들은 제각기 고유한 무게를 갖고 있으며, 이 무거운 천체들은 자체의 중심으로 향하는 속성을 지니고 있다고 주장했다. 이 생각이 궁극적으로는 만유인력에 이르게 되지만, 당시의 코페르니쿠스는 이러한 문제에 답할 만한 ‘물리학’을 갖고 있지 못했다. 결국 그 답은 뉴턴이 출현하기까지 200년 이상을 기다리지 않으면 안 되었다. 뒤이어 등장한 뉴턴은 우주에서 비물질적이고 관념적인 것들을 모두 걷어내고 우주공간을 물리학적으로 완전히 규명해내 코페르니쿠스 체계가 옳다는 것을 증명시켰다. 우주도 지구처럼 질량을 가지고 중력으로 빈틈없이 묶여 있는 공간임이 밝혀지면서 지상의 물리학을 통해 우주의 상황을 알 수 있다는 믿음을 갖게 된 것이다. 하늘의 천체들이 질량을 가진 물체라는 사실이 증명되면서 뉴턴 이후에야 비로소 천체 형성에 관한 이론들이 나타나기 시작했다. 천체 형성의 궁금증을 해결한 이론은 바로 아인슈타인의 일반 상대성 이론이다. 우주에 대한 근원적인 질문들, 곧 우주는 어떻게 태어났는가, 우주는 얼마나 큰가, 우주는 끝이 있는가 하는 문제들에 대한 해답을 제시하는 이론임이 밝혀진 것이다. 그리하여 일반 상대성 이론은 단순히 뉴턴의 중력이론을 대체할 뿐 아니라, 현대 우주론의 모태가 되면서 인류는 최초로 우주의 탄생과 진화에 대해 이해할 수 있는 수학적인 틀을 가지게 된 것이다. 이처럼 『천문학 콘서트』는 천문학의 역사와 함께 인간 사고의 흐름에 따른 우주에 대한 기본 개념들을 쉽게 정리할 수 있는 유익한 책이 될 것이다. 신비로운 우주를 다룬 천문학과 천체물리학의 기본 개념은 이 책 한 권이면 충분하다 『천문학 콘서트』는 수학과 과학에 특별한 지식이 없더라도 천문학과 천체물리학의 기본 이론들과 개념들을 쉽게 이해할 수 있도록 구성했다. 이 책을 통해 천문학 속에 나오는 주요 개념들을 이해한다면 현대 천문학의 발자취를 돌아볼 수 있는 좋은 기회를 갖게 될 것이다. 앞에서 언급했듯이 천체를 이루는 기본적인 요소에는 물리학 이론으로 증명할 수 있는 요소들이 포함되어 있다. 우주도 지구처럼 질량을 가지고 중력으로 빈틈없이 묶여 있는 공간임이 밝혀지면서 물리학을 통해 우주의 상황을 파악할 수 있게 된 것이다. 별, 은하, 빛, 물질, 태양계 등 천문학에서 중요하게 생각하는 부분들 또한 재미있게 읽을 수 있도록 구성하였다. 현대 물리학의 화두이자 물질세계의 가장 기본적인 구성요소는 원자이다. 물리는 원자에서 시작하여 원자로 끝난다고 이야기하기도 한다. 그래서 노벨물리학상 수상자인 리처드 파인먼은 원자에 대해 이렇게 이야기하기도 했다. “다음 세대에 물려줄 과학지식을 단 한 문장으로 요약한다면, “모든 물질은 원자로 이루어져 있다”는 것이다.” 빛이나 전자, 원자와 같이 극미한 세계는 우리의 경험세계와 너무나 다른 세계이다. 우리가 알려고 할수록 물질은 놀랍고 불가사의한 모습을 드러낸다. 그러면서도 물질이 보여주는 내재된 능력은 탄소와 산소, 철을 만들고 별과 은하를 조직하며 심지어는 생명과 의식까지 자아낸다. 물질은 우리가 상상하는 그 이상의 존재이며 그 자체가 신비임을 절실하게 깨닫게 하는 존재임을 이 책을 통해 알 수 있을 것이다. 책속으로 추가 새로 태어난 별들은 크기와 색이 제각각이다. 이들의 분광형은 고온의 푸른색에서부터 저온의 붉은색까지 걸쳐 있다. 질량은 보통 최소 태양의 0.085배에서 최대 20배 이상까지 다양하다. 물론 드물기는 하지만 태양 질량의 수백 배, 수천 배 되는 별들도 있다. 참고로, 가장 큰 별은 큰개자리의 VY 카니스 마조리스라는 별이다. 지름이 무려 27억 8천만km로, 태양의 약 2천 배에 달한다. 이 별을 끌어다 태양 자리에 갖다놓는다면 거의 태양계를 뒤덮고 말 것이다. 크기가 천왕성 궤도에까지 육박하니까. 한 항성의 밝기와 색은 표면 온도에 달려 있으며, 근본적인 요인은 질량이다. 지름 수백만 광년에 이르는 수소구름들이 곳곳에서 이런 별들을 만들고 하나의 중력권 내에 묶어둔 것이 바로 은하인 것이다. 지금도 우리 은하의 나선팔을 이루고 있는 수소구름 속에서는 새로운 별들이 태어나고 있다. 말하자면 수소구름은 별들의 자궁인 것이다. 한편, 모든 별은 왜 공처럼 둥글며 서로에게 끌려가지 않는 걸까? 그 답은 중력과 원심력이다. 별의 모든 원소들을 중력이 끌어당겨 서로 가장 가깝게 만들 수 있는 모양이 바로 구球인 것이다. 지름 100km 이상 의 천체에서는 중력이 지배적 힘으로 형체를 결정한다. 별들이 서로 끌려가지 않는 이유에 대해서는 뉴턴도 많이 고민한 문제로, 그 수수께끼를 결국 풀지 못했다. <2부_주제로 보는 천문학 산책> 중에서, 별의 일생 1781년은 천문학사에 굵은 선 하나가 그어진 해다. 태양계의 크기가 갑자기 2배로 확장되었기 때문이다. 한 아마추어 천문학자가 태양계의 제7행성, 천왕성을 발견했던 것이다. 그 행성은 토성 궤도의 거의 2배나 되는 아득한 변두리를 천천히 돌고 있었다. 천왕성 발견의 주인공은 전직 오르간 연주자로 윌리엄 허셜이라는 무명의 아마추어 천문가였다. 이 사람은 천왕성의 발견 하나로 문자 그대로 팔자를 고쳤다. 하루아침에 유명인사가 되었을 뿐 아니라, 왕립협회 회원으로 가입하고, 영국왕 조지 3세의 부름으로 궁정에서 왕을 알현하고 연봉 200파운드의 왕실 천문관에 임명되었던 것이다. 이로써 허셜은 음악가라는 직업을 벗어던지고 명실공히 프로 천문학자의 길에 들어서게 되었다. 천문학상의 발견으로 이처럼 신분의 수직상승을 이룬 예는 전무후무한 일이었다. 허셜은 처음엔 혜성이 아닐까 생각했다. 사실 혜성 발견이라 해도 천문가에겐 커다란 영예이자 대단한 쾌거가 아닐 수 없었다. 행성 발견이란 꿈에도 생각지 못한 일이었다. 당시 사람들은 태양계에는 지구를 포함해 6개의 행성밖에 없다고 굳게 믿고 있었던 터이다. 그러나 관측을 진행해감에 따라 혜성이 아님이 분명해졌다. 무엇보다 꼬리가 없었다. 그리고 천체의 운동이 원에 가까운 행성의 궤도에 따르고 있는 듯이 보였다. 혜성이라면 길쭉한 타원궤도를 따라 움직인다. 허셜은 그리니치 천문대에 이 사실을 보고했다. <1부_사람들은 우주에 대해 어떤 생각들을 해왔을까?> 중에서, 천왕성 발견, 태양계를 두 배로 넓히다

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