아시모프의 과학칼럼

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1 아시모프의과학칼럼 이주헌번역

2 소개글 아이작아시모프 (Isaac Asimov) 미국의 SF 계의제 1 인자로서, 미래사회를묘사하는데뛰어난역량을발휘해왔다. 200 권에달하는그의작품들은지금도애독되고있다 년러시아에서출생, 미국으로귀화한그는생화학을전공하였으나 천문학 물리학 화학 생물학등광범위한과학일반에대하여 뛰어난해설자로서도유명했다 년사망하기직전까지아시모프는 LA 타임즈 (LAT) 에 과학칼럼을연재하여독자들의사랑을받았다. [ 과학동아 ] 도 1990 년도부터그의 LAT 칼럼을연재하기시작했고 나는 [ 과학동아 ] 의부탁을받아 60 여편의글을영한대역으로기고한바있다. 이블로그북은그칼럼들의모음집이다. 번역하면서과학세계에새롭게눈이떠졌다고고백한다. 한영대역본을통해영어공부를하고싶다면내블로그 (blog.daum.net/eprofessor) 의 ' 아시모프과학세상 ' 에서해당 PDF 파일을찾아보기바란다 년 2 월 이주헌

3 목차 1 오늘날의로봇 (Robots Now) 6 2 낮과밤의리듬 (Day-Night Rhythms ) 8 3 체온저하증 (Hypothermia) 10 4 파이어니어 와의안녕 (Farewell To A Hard Working 'Pioneer' 12 5 맨틀과핵 (Mantle And Core) 14 6 우주공간에서의개구리 (Frog And More In Space) 16 7 태양으로부터 (Out Of The Sun) 18 8 더많은복제 (More Replication) 20 9 블랙홀탱고 (The Black Hole Tango) 아라크네의자식들 (Arachne's Children) 쓰레기! (Garbage!) 밝은성단 ( 星團 ) (Bright Clusters) 기막힌풀러렌 (Fantastic Fullerenes) 머리가좋은생물들 (Heady Stuff) 단백질의위력 (The Power of Proteins) 좋은소음, 나쁜소음 (Good Noise, Bad Noise) 멀리있는실상 (Far-out Reality) 협동 (Cooperation) 바퀴벌레와컴퓨터 (Cockroaches and Computers) 왼쪽, 오른쪽 (Left, Right) 활동하는유전자 (Genes In Action) 공원현상 (The Park Phenomenon) 이빨이말해주는것 (What Teeth Can Tell Us) 타이탄의대기 (Titan's Atmosphere) 왜소행성들을관찰하는가? (Why Study Asteroids?) 54

4 26 우주수프 (The Cosmic Soup) 시라노드베르주락 (Cyrano de Bergerac) 과학평론 (Science Commentary) 여성천문학자들 (Women Astronomers) 대규모탐색작업 (The Great Search) 천랑성의색깔 (The Color of Sirius) 식어가는온천 (Cooling Down) 더밝은물체 (Greater Luminosity) 화산 (Volcanoes) 토성의테가사라지고있다 (Saturn's Rings Will Not Last Forever) 우리의조상인실러캔스? (Our Ancestor, The Coelacanth?) 가장깊은호수 (The Deepest Lake) 찾기힘든쿼크를찾아서 (In Search Of The Elusive Quark ) 왜밤하늘은어두운가? (Why Is The Sky Dark?) 아인슈타인은역시옳았다 (Einstein Is Right Again) 좁혀지는인간과침팬지의사이 (Narrowing The Grand Divide Between Chimps And Humans ) 거리측정 (Measuring The Distance) 고향찾아가는희귀한말 (The Return Of A Different Horse) 빛의굴절 (The Bending Of Light) 배타의원리 (The Exclusion Principle) 허블망원경이찍은대폭풍 (Hubble Photographs The Greatest Storm) 잡아먹히지않는신비로운나비 (The Incredible Inedible Butterfly) 줄어드는삼각주 (The Shrinking Of The Delta ) 일본의기술 (Japanese Feats ) 블랙홀이지구에도있는가? (Black Hole:Are They Here On Earth?) 105

5 51 로봇곤충들 (Robettes) 생명체의분류 (Dividing Life ) 도도새같은죽음 (Dead As a Dodo) 금이없다! (No Gold!) 슈퍼다이아몬드 (SUPER-DIAMONDS ) 발달린고래 (WHALES WITH FEET ) 마지막입자 (The Last Particle ) 보이지않았던별 (The Unseen Star) 상처를찾아라 (Finding The Scar) 타조알과인류의나이 (Ostrich Eggs and the Age of Humankind) 박테리아광부들 (The Bacterial Miners) 원자하나씩 (One Atom At a Time) 우주의형성 (Constructing a Universe) 종족의보존 (Saving the Species) 134

6 오늘날의로봇 (Robots Now) :38 Robots Now 오늘날의로봇 지난 1920 년체코슬로바키아의희곡작가인칼차펙이만든 로섬의만능로봇 (R.U.R)' 이라는연극은역사를만들었다. 그때이후 노예 라는뜻을가진체코슬로바키아단어인 로봇 은인간이해야할일을대신수행할수있도록제작된기계를설명하는단어가되었기때문이다. 소설속에서로봇은흔히인조인간처럼보이지만그이름은자동공장에서도구를움직이는로봇형팔처럼인체의부분적활동을대신하는기계들을일컫는단어이기도하다. 대부분의소설심지어는대부분의과학적예측은로봇공학의미래를다루는데, 필자의남편 아이작이로봇공학이라는용어를처음사용했을때는그자신조차도새로운말을만들어냈다고 는생각지못했다. 그라나아이작은로봇공학과인공지능연구자들에게많은영향을끼친 나 는로봇 이야기들을집필함으로써현대로봇공학의발전에크나큰기여를한셈이다. 필자 는이제세상을떠난아이작이실용로봇공학의기술현황을대신소개해주기를바란다고생각 해이글을쓴다. 우리말로정말실용적이려면로봇은이세상에사는사람들을도와줄수있어야한다. 우리에겐이미우주공간을떠 돌면서사진을찍고달아나화성의흙을채취하는로봇이있다. 또다른로봇은바닷속깊이들어가지구표면의균열 로부터발생하는유황을먹고사는박테리아를주식으로삼는희한한생물들을연구하기도한다. 우리스스로는이런일을할수가없다. 그러나로봇이인간이갈수없는영역을탐험하든지아니면우리의일상생 활을도와주는것뿐이든지간에만약로봇이우리가보는것처럼볼수있고우리가물건을다루듯이다룰수있다 면보다쉬운이해가가능하다. 로봇이이런일들을우리보다더잘할수있다면더욱좋은것이다. 더잘한다 는말이중요하다. 지난번이라크와의전쟁때사막의태풍작전에서야간보초로봇은인간의눈으로는 볼수없는어두움속에서도마치밤시력을갑자기되찾은것처럼군인들에게사물을식별할수있도록해주었다. 현 재카네기멜론대학의로봇공학센터에서는우주탐사선밖으로나가탐사선의외부를살펴본후보수정비를수행할 수있는로봇을제작중이다. 또한서호주대학교에서는가사노동에더밀접한것으로양털갂는로봇개발프로젝트가 진행되고있다. 로봇이한마리의양털을깎는데소요하는시간은 17 분인데이는양모산업은물론양들에게도좋다는 것이다. 마이클알리는자동화와로봇공학을연구하는뉴욕주립고등기술원 ( 교가를부를때를생각해보라 ) 의대학원생이다. 그 오늘날의로봇 (Robots Now) 6

7 는로봇의팔을만들었는데우리의손과모습이나활동면에서꼭닮아사용법을배우기가아주쉽다. 약간떨어진곳에서조종되는이로봇손은인간의손처럼흉내내며움직이지만중요한점은인간이안전할수없는장소에서활동한다는점이다. 어쩌면언젠가알리씨의로봇손은인조인간의한부분이될는지모른다. 필자가또다시미래를꿈꾸고있는것이긴해도말이다. 다시오늘로돌아오면, 싱용성이높은보수ㆍ수선용로봇들이제작되고있다. 노스에스턴대학의로봇공학들에겐자동차문화를즐기는미국인들에게고통을주는구덩이를재빨리보수하는로봇이있다. 데이비스의캘리포니아주립대학엔고속도로의깨진부분들을발견하고보수까지해주는로봇이있다. 로봇의시각능력도향상되고있다. 전자적시간시스템의사용도는비디오카메라의영상이컴퓨터에의해디지털화되고분석되어야하는까닭에현재는그이용도가미미한형편이다. 우리는우리의눈과두뇌가어떻게물체를식별하는지는모르지만우리인체는그일에매우빠를뿐더러최소의단서들만으로도놀랄만한정확성을발휘한다. 어떤사람머리의조그마한한부분만보고서도누구인지를알수있는것이우리인간인것이다. 인간의 구조적시각력 을평가하는시험도있다. 이시험은몇개의조각을맞추는퍼즐의그림을제시한다. 그리고주위에비슷하지만또다른퍼즐의조각들을분리시켜위치를바꾸어놓는다. 이시험의주된아이디어는이렇게놓여있는조각들중에서원래의퍼즐그림에맞는조각들만골라내는것이다. 화가와엔지니어그리고많은의사들까지도이시험에서높은점수를얻는다. 그러나기계들은그렇지못하다. 멀지않아로봇기계들은전자식이아닌광학적시각시스템을갖추게될것이다. 광학장치들은실험물체가이실험물체의비교대상이되는물체의형상을받아들이고자레이저광선을이용하는데그과정이복잡하다. 이러한 접속변환상관기 는변하는물체들을매우빠른속도로선별할수있다. 개발자들의이접속변환상관기로하여금구조적시각시험을통과할수있도록만들수만있다면좋겠지만아직은물체들의크기가다르거나다른시선으로물체를볼경우제대로일을수행하지못한다. 조셉앵글버거의변환연구주식회사는로봇들이일반인에게유용하도록하는전문분야에종사하고있다. 이회사는로봇의시각을향상시키는데로분주하지만 로그양극 전자광학영상처리방법을이용한 핼프메이트 라는배달꾼로봇은병원의복도와엘리베이터와공급품실과주방을바퀴다리로굴러다니면서식사와약과소독된공급품을밤낮을가리지않고배달한다. 간호사들이병원약국으로부터약을가져오기위해환자곁을떠날필요가없는것은바로핼프메이트가약을골라내배달해주기때문이다. 핼프메이트는자신이가야할길을배우고사람을포함하며, 가는길에서만나는장애물을피할수있다. 가는길이어떤장애물에의해가로막혀있으면이로봇은그사실을말로이야기하며비켜주도록부탁하기도한다. 언젠가사람들이이핼프메이트에게요리하는법을가르친다면필자도하나사볼까싶다. < 과학동아 > 1992 년 7 월호 오늘날의로봇 (Robots Now) 7

8 낮과밤의리듬 (Day-Night Rhythms ) :36 Day-Night Rhythms 낮과밤의리듬 낮과밤의리듬의변화는우리가사는지구와그위의모든것을지배한다. 최근보도된야간근무상의문제와약심지어는농업에관련된뉴스들은모두바로낮과밤의리듬이라는공통분모를갖고있다. 생리적주기와유기체들의행위는대략 24시간주기 ( 서케이디언 ) 와연관돼있지만어쩌면하늘에태양이있느냐없느냐에더욱좌우되는지도모른다. 예를들어사막의캥거루쥐는보통야행성이지만올빼미나뱀처럼자신을공격할동물들이눈이부셔서못볼만큼보름달이뜬밤에만나와활동한다. 물론달의주기는지구에영향을미친다. ( 예를들어밀물썰물등 ). 필자는어떤사람들이보름달이뜰때괴물로변할수있다는사실을믿지는않지만가끔씩상념에빠지기도한다. 과학적으로설명하자면다른생물학적리듬이존재함을부정할수없기때문이다. 가령유방암수술이계획되면이젠환자의월경주기가파악돼야한다. 그러나일반적으로낮과밤의변화는중요하다. 우선미국에만도 8백만명에이르는야간근로자의처지를생각해보자. 수면과감정이상연구소 ( 오레곤주포틀랜드시에위치한오레곤건강과학대학소재의 1992년 10월보고서하나에따르면야간근로자의멜라토닌혈액농도는수면과일치하지않는다. 멜라토닌이란낮과밤을주관하는, 즉 24시간주기의생리활동을통제하는초키아스마핵으로, 이제는잘알려진 신체의주시계 가자리잡은뇌의송과선으로부터생산되는일종의호르몬이다. 세인트루이스시에있는디코니스병원의불면증연구센터도역시야간근로자들은그들의몸시계와근무시간이일치하기힘들다는점을알아냈다. 야간작업을할때마다 4분의 3에해당하는근로자들은졸음을느끼고 5분의 1은근무시간중사실상잠들어버린다. 따라서야간근무는근무자에게의존하는사람들뿐만아니라근무자자신에게도위험스럽다. 사고는밤에유발되기쉽고고속도로에서만야간사고가일어나는것이아니다 ( 옛소련체르노빌원자력발전소사고가그예의하나다 ). 신체리듬의동요는부주의성이라는문제와지각의기능장애못지않게통증내성의감소소화불량심장질환그리고우울증등과관련돼있다. 그럼어떻게해야할까? 야간근로자들을실험한디코니스병원의연구진은야간근무를보다수월하게하는사람들은하루가저물어갈무렵더깨어있고생기가도는 저녁유형 임을알아냈다. 반면에일찍일어나고싶어하는아침유형들은역시야간근무엔잘적응하지못한다. 이들은낮에는잠자기힘들어하며야근중엔졸음을느낀다. 따라서야간근로자를선정할땐일정한시험과정을거칠것을권장하게된다. 2년전하버드의과대학의 24시간주기와불면증연구센터는야간근로자들이당면한일부문제들을밤중에밝은빛에노출시키고낮에잠자는동안엔어둡게함으로써경감시킬수있다는논문을발표했다. 북쪽에사는사람들에게서발견되는계절성질환 (SAD) 은북쪽으로올라갈수록겨울이면태양빛을적게받게돼더욱악화되는데이질환의치유를위해선아침과저녁에밝은불빛아래있는것이추천된다. SAD질환의경우겨울이되면서어두운시 낮과밤의리듬 (Day-Night Rhythms ) 8

9 간이늘어나면생체내시계가고장나사람들은더많이먹고활동이줄어들고더욱움츠리게되며대부분우울하게되는것이다. 밝은빛은초키아스마핵이망막의세포들과연결된신경위에놓여있는까닭에멜라토닌생산을자극시킨다. 토키아스마핵은시각을갖지는않지만빛의강도에반응한다. 동틀녘이전의새들의노래소리는밤중어두움에조그마한변화를기록하고이정보를초키아스마핵으로보내는망막세포에의해자극받게불리게되는지도모른다. 시간생물학을연구하는학자들은환가가여러가지약을하루중어느시간에복용하느냐에따라그반응효과가달라짐을발견했는데특히함암제의경우에는틀린시간에복용하면몸상태가훨씬불편해질수있고생명에치명적일수도있다는것이다. 코티코스테로이드라는약은아침에복용하면부작용이덜하다. 밤에복용하는한봉지제산제는낮에복용하는것보다세배의효과가있다. 다른살아있는생물들도밤낮의리듬을갖고있다. 우린낮거북이들이태양빛을쪼기위해스스로통나무위로기어나오고대부분의올빼미나박쥐가밤에사냥을함을알고있다. 대부분의식물은낮엔산소를만드느라광합성기능을활용한다. 어떤식물들은오로지밤에만꽃봉우리를활짝펴서박쥐처럼밤에날아다니는생물들을유인하기도한다. 이사례는이제마지막으로필자로하여금농업을언급케만든다. 코발리스에있는오레곤주립대학교의한연구팀은밭을일군후잡초가자라는것을관찰했다. 낮동안이면잡초가무섭도록자라는데그이유는햇빛의 4분의 1초조사만으로도잡초씨에있는광선감각기관을자극시키고발아를촉진시키기때문이다. 쟁기가흙을일구고지나갈때잡초는다시밑을일구기전까지잠깐노출되는데그렇지만이잠깐이충분한것이다. 그러나농부들이밤중에밭을일군다면그일이전기불밑이라하더라도절반정도의잡초만이발아를하는것이다. 따라서만약당신이잡초와무관하다해도밝고어두움의리듬을잘살피는것이좋을것이다. < 과학동아 > 1993 년 1 월호 낮과밤의리듬 (Day-Night Rhythms ) 9

10 체온저하증 (Hypothermia) :35 Hypothermia 체온저하증 겨울, 그리고체온저하증의위험이지구의한부분인필자가사는이곳에도다가오고있으나남아프리카공화국의윌리톨로가올해의뉴욕마라톤대회에서우승했던이곳센트럴공원은지금무성한단풍으로아름다움을한껏자랑하고있다. 스포츠기자들은날씨가너무따뜻해서 26.2마일을달리는동안계속땀을흘려야했던예년에비하면이번대회때의날씨는너무춥지는않은채선수들에게알맞을정도로쌀쌀했다고말했다. 따뜻한것보다쌀쌀한날씨가더욱좋을까? 경우에따라다를수도있다. 체온저하증은몸의체온이낮아지는것을뜻한다. 반면체온상승증은그반대로, 가끔씩 ( 감기와같은 ) 감염병을치유하는데도움을주기도하지만대부분너무추운것보다훨씬위험하다. 고열은심각한체온저하증으로부터회복했을때보다사람에게영구적인두뇌손상을일으킬가능성이더크다. 이라한사실은하루가다르게맹렬히다가오는듯한겨울을반갑기도하고불안하기도한감정으로맞는우리에겐위안이될수도있겠으나역시너무추워지는것은문제점으로대두된다. 최근의학계에선미미한체온저하증도위험할수있다는사실이자주강조되고있다. 이것은특히춥다는것을잘느끼지못하는환자나노인들에게더욱그러하다. 이들은외출할때옷을따뜻하게입지못하거나다른사람에겐편안한온도일지모르지만자신들에겐너무쌀쌀한방에서텔레비전을시청하고있다는사실을깨닫지못한다. 이들에겐정상적인체온을유지하려는생리적기능이마비돼있을수도있다. 추운환경에서사람들은충분한음식과물을섭취하고계속활동하면서따뜻한복장의도움으로체온을유지할수있는것이다. 그렇지못하면체온이떨어져간다. 이러한현상은공기온도가 10 C(50 F) 정도로높을때에도나타날수있다. 물의온도는이보다높더라도생명을잃게만들수있다. 바다에서조난사고를당한많은사람들은, 대부분의우리가기분좋다고느끼는시원한물위에서떠다니면서도그들의젖은몸속의열이너무많이빠져나가는바람에사망하기도했다. 수영선수들의 수영복 의기능이바로체온을유지하는것이다. 체온은일단 35 C(95 F) 까지내려가면점점더내려가게돼있다. 두뇌가둔해져서사람들은감정을잃게되고발음이똑똑치못하며말의조리가없어지게된다. 근육의통제가흐려지고몸도굳어진다. 심장의 전기적 기능상실이나타날가능성도많고콩팥이작용하지않는다. 그러다가결국혼수상태로빠지고사망으로연결되는것이다. 여기서중요한것은체온저하증으로사망한것처럼보이는사람을다시살릴수도있다는점이다. 이것은특히찬물에빠져죽은어린애의경우더욱그렇다. 적절한치료를받으면영구적인신체의손상이없이다시살아나는경우가있다. 손발등이너무차갑게되면동상에걸리게된다. 동상은몸이차가워져서손발코귀등으로의혈액순환을막아심장과두뇌와같은생명을보전하는데중요한기관들을위해열을아끼고자할때나타나기쉽다. 우린동상에걸리고있다는사실을느낄수없으므로최선의대책은몸과손발등을따뜻하게하는것이다 ( 얼굴이어는것으로부터보호하기위해스키마스크도있다 ). 우린자신뿐아니라될수있으면동행하는사람들의겉으로나타난부분들을관찰해야한다. 만약코가다른부분보 체온저하증 (Hypothermia) 10

11 다하얗게변하면문제가있다. 이땐동상에걸렸는지알아보기위해즉시병원을찾아야한다. 사람에비해다른동물들의손발코귀등은더욱잘보호돼있다. 찬기후에살아가는발굽이없는포유동물들은발에지방질과털이많아우리처럼외출할때무겁고두툼한신을신거나장갑을끼지않아도된다. 혹시아무것으로도덮여있지않은새들의발이겨울엔얼어버리지않을까생각할수도있겠으나대부분그렇지않다. 어떤새들은혈액순환의해부적적응구조를가져차가워지는것으로부터보호된다. 다리로들어가고나오는혈관들이서로를감싸서몸에서나오는피가차가워진다리로부터올라오는피를따뜻하게함으로써신체내부의열을보전하는것이다. 어떤생물체들은차가움에반응할뿐더러아예그것을필요로한다. 가령많은꽃나무 ( 백합히아시스등 ) 의인경은한동안추운곳에있지않으면꽃을피우지않는다. 따라서발코니가없는아파트에사는도시인들은대신인경을냉장고속에보관하기도한다. 자넷과케네스스토리는페인트로표시해둔거북이를연구한결과알에서깨어나온새끼거북이들 ( 추운겨울을보내면서도잘산다 ) 이 11일동안꽁꽁얼려놓은후에도다시살아남을밝혀냈다. 이것은그어떠한온혈동물도견뎌낼수없는것이다 ( 물론어떤사람들은사망후다시부활할수있으리라는기대로자신의몸을얼려놓으라는유언을남기기도하지만말이다 ). 여기서주목해야할점은, 심지어는거북이도얼려있을때세포속의수분이액체로유지돼야한다는것인데이는수분이큰얼음조각들로변하면세포조직자체를영구적으로손상시킬수있기때문이다. 포유동물과달리거북이나그밖의언후에도다시살아나는동물들은특수한생화학적반응으로몸이얼어도세포의손상으로부터보호하는기능이있다. 그러나거북이의경우에도진정보호되는것은새끼들뿐이다. 거북이는어른이되면몸이얼지않는물속에서동면을한다. 많은동물의체온조절은신경계의통제로가능케되는데조그마한집신벌레엔신경계가없다. 뉴멕시코주의러브레이스의학재단의게리마빈과스티븐우드는저산소 ( 산소가부족한 ) 조건에서도디단세포생물은자신이담겨진용기의온도가낮은곳에선생존할수있음을발견했다. 바로체온저하증이이원생동물의생명을보전토록하는것이다. 사람에게있어체온저하증은특히어떤수술을받을때처럼저산소증으로부터보호하기위해의도적인의학적조치로취해지기도한다. 체온저하증은신체외부나체내기관의빈곳이나혹은피자체를차게만듦으로서유도할수있다. 좌우지간이제겨울이다. 북쪽에사는사람이라면이제겨울코트와부츠를꺼내놓는것이바람직할것이다. < 과학동아 > 1993 년 1 월호 체온저하증 (Hypothermia) 11

12 파이어니어 와의안녕 (Farewell To A Hard Working 'Pioneer' :33 Farewell To A Hard Working 'Pioneer' 파이어니어 와의안녕 지난 1992년 10월 8일목요일은지구를위해가장열심히일하고충성스럽게금성의궤도를순회하던파이어니어 12호라는종이사라진날이었다. 이인공위성은 1978년 12월 4일금성의궤도로진입한이래줄곳자료를송신해왔다. 그러나파이어니어 12호는 1961 년소련의베네라 1호가금성에도착하면서부터시작해그후쏘아올려진약 35개의금성탐험탐사기중하나에불과하다. 금성의대기에관해상세한자료를보내왔던최초의우주선은베네라 4호로서 1967년 10월 18일금성의구름속에들어가 93분간방송을해왔다. 1989년이후엔마젤란우주선이금성을전파탐지기로탐사해왔고이작업은앞으로도계속될것으로기대되고있다. 올해는금성에관한자료를분석한많은과학논문들이발표됐다. 금성은태양의두번째행성으로서세번째행성인지구보다약간작을뿐이다. 옛날사람들은금성을두개의물체로, 즉아침별과저녁별로생각했는데이생각은두별이같은밤엔동시에나타나지않는다는사실을깨달을때까지계속됐다. 그리스사람들은금성을사랑과미의여신이라고해서 비너스 라고이름붙였다. 지구상의밤하늘에서금성을정말아름답고, 달을제외하면가장밝은천체가된다. 1610년갈릴레오는달처럼금성도상 ( 相 ) 이있음을알아냈다. 이것은기원전 350년에그리스의헤라클레이데스에의해최초로제안됐으나경멸당했던우리우주의태양중심설을증명하는데도움을주었다. 금성의일정한상은태양빛을반사하고바로지구아닌태양을공전하고있는까닭에나타나는현상임을의미했다. 금성은그러나가까이서보면아름다움이훨씬덜하다. 물이없고단테의지옥보다뜨거워서금성엔아마도생명이존재하지않는것같다. 표면의열은절대온도 7백50 혹은화씨 8백50 로서납을녹일정도로뜨겁다. 금성의대기는지구의대기보다 95배나더밀도가높다. 금성의대기는주로이산화탄소인데더욱독한유황불화수소및염화수소산이포함돼있다. 1992년초에 UCLA의데이비드베이커 2세와제럴드슈베르트는금성의대기중어떤부분은어쩌면현재연구하고있듯이, 대기층간의동력에의해얇지만수평형으로넓은대류전지를형성하고있음을보여주었다. 과학자들이금성의대기를이해하려고노력하는이유중의하나는언젠가그대기를발전시키고자노력할는지모르기때문이다 ( 구름속에박테리아나청록색의해조를뿌리는등 ). 또다른이유는지구를덮게만드는 온실효과 의위협이다. 금성은이미엄청난온실효과를경험하고있으므로우리가이점을이해한다면지구가접할유사한숙명을예방할가능성도있다. 컴퓨터모의실험을이용해워싱턴주립대학의매튜뉴먼과콘웨이리오비는최근금성의자전속도가 2백43일임에도불구하고그위에서금성의대기를 4일에한번씩회전하고있는강풍을연구했다. 밀도높은대기위에쏟아지는태양열의방사가결국은열의조류현상을낳고이것이바람을불러일으키는것이다. 과학자들은아직도금성대기에관한다른질문들, 가령금성의북극남극주변하늘을덮고있는구름들은왜따뜻한가, 낮은대기층에서배경회전을유지하도록만드는것은무엇일까등에관한답을찾고자노력하고있다. 금성의표면연구는마찬가지로진행중이다. 분화구의자국들이있는이표면엔산들이있고 ( 가장큰산맥의이름은맥스웰이 파이어니어 와의안녕 (Farewell To A Hard Working 'Pioneer' 12

13 라고한다 ) 깊숙한골짜기가있고화산이만든둥근언덕이있으며지구의그어느강보다도긴용암강들이있다. 마젤란우주선이보내온사진들은최근금성에서산사태가발생했음을보여주었다고생각됐으나이것은실수였음이나중에밝혀졌다. 보다최근의연구는어쩌면금성에서산사태가일어났을가능성이있지만최근이아닌과거였음을밝히고있다. 과학자들은금성엔지구펴면위에서움직이는지판같은것은없다고생각했었다. 그런데 1992년 5월케임브리지대학이댄매킨지는미국의지구물리학회로금성에제법다양한형태의지판들이존재한다고알려왔다. 이를인정할수밖에없는결정적인증거는크고얼룩덜룩한모양의아르테미스라는이름의지판인데이지판은 아프로디테테라 라는적도부근의고지대에위치하고있다. 아르테미스는새롭게고체덩어리로형성된부분인지도모른다. 아르테미스옆엔도랑들이있는데이도랑들은하나의지판이다른지판아래로깔리는, 지구의바다밑에서찾아볼수있는도랑과비슷하다. UCLA의제럴드슈베르트와스크립스해양연구소의데이비드샌드웰도마젤란우주선이보내온사진들을분석했다. 그들은금성의도랑이다르다고주장한다. 지구에선용암이바다밑으로솟아나와굳어지면서수평으로움직여다른지판밑으로빠져서갈리게될때까지먼거리를이동한다. 그러나금성에선지판이수령으로이동하지는않는다. 이는금성의표면이맨틀의열에의해찢겨질때용암이분출돼나오면이찢겨진지각의어는한쪽이수직으로가라앉게되는까닭이아닌가추정되고있다. 금성에있는분화구들의절반가량은그가장자리가어둡게나타나지만중앙분화구는없다. 지구물리학자인자늘은많은유성들이금성대기의 공기역학적압력 속으로빠져들어조각으로부서져서지난 1908년 6월 30일시베리아퉁구스카지역의숲에떨어져소동을일으켰던것과유사한충격효과를유발했을것으로믿고있다. 화성과달리금성이나지구는둘다제법규모있는대기권을가진행성들이다. 지구위의표면에서무슨일이발생했던가를증명하는상당부분이바닷물에의해지워져버리고있다. 반면에우린금성표면의현재와과거는물론또한어떻게그대기권이표면에영향을미치는가를파악할수있다. < 과학동아 > 1992 년 12 월호 파이어니어 와의안녕 (Farewell To A Hard Working 'Pioneer' 13

14 맨틀과핵 (Mantle And Core) :31 Mantle And Core 맨틀과핵 경제때문에불안한가? 정치는? 또한우리가살고있는이지구를훼손하는정말근절키어려운사람들의경향에대해선? 어떤과학각문은이와같은넓고깊고멀리보는시각을가져그학문세계로빠져들어일상생활의변화상을망각함으로써한동안안심할수있도록만들기도한다. 천문학이나우주학이바로그런경우인데그러나가끔은이학문들이우리인류로부터너무벗어난것처럼보여사람들을불안하게만들기도한다. 필자의남편인아이작아시모프박사는언젠가흐느끼는목소리의한젊은이로부터전화를받았는데그는 언젠가우주가끝날수있다는것이사실입니까? 하고물어왔다. 물론사실일수있지만지금당장걱정하고있을만한가치는없는것이다. 그런가하면지질학이라는학문이있다. 지질학자들은기분상쾌한곳으로탈출해돌을채집하는데그렇다고해서지질학이암석연구만하는것은아니다. 아니, 지질학이그어떤과학보다도우리와가까운학문인까닭은지질학은바로우리가사는지구에대해연구한다는점이다. 지질학자들은화산폭발이나 ( 우리인간에게너무크게영향을미칠수있어탈이지만 ) 지진과같은것을공부하는과학자들이다. 그러나지질학자나지구물리학자들이지구의깊은구조를연구할땐그들의시각은대부분의평범한인간적문제보다는훨씬넓어지게된다. 지구의지질학적역사는지구상의 65km (40마일) 두께밖에안되는지각위모든국가들의낭만적인역사보다도훨씬길다. 우리의태양계는가스와먼지구름의응결로부터약 46억년전에형성됐다. 가스와먼지덩이가커지면서우주의외부로부터수집된가벼운것은대기가되고무거운것들은함께뭉쳐져서행성을형성시켰다. 지구의내부는줄베르느의 땅속으로의여행 이묘사한것과는전혀닮은것이없긴해도기막힌곳이다. 지구의바위지각밑엔약 2천9백km (1천8백마일) 두께의맨틀이있다. 맨틀도바위인데이바위들은감람석종류로마그네슘과철분이많고지각의바위보다더밀도가높다. 이맨틀속에물이있으리라고생각하지못하겠지만그러나물은광석에의해구조적으로막혀수산기로존재한다. 이제맨틀의바위는수산기형태로바닷물의양에비견될정도의많은물을가지고있는것으로생각되며지구면여러층간에이뤄지는물순환의중요한일부분인것으로보인다. 최근한연구는수산기내의수소가맨틀의전기전도성에기여할는지모른다고밝히기도했다. 맨틀의밑엔지구의핵이있는데이핵은윗부분에서중심부까지 1평방인치당 1만t에서 2만5천t의압력을받고있다. 지진계로조사한영국의지질학자인리처드딕슨올드햄은지난 1906년에지구의바위맨틀이액체부분에서끝난다고밝혔다. 오랫동안지구의핵은그전체가액체라고믿어져왔었는데니켈과철의용액으로이뤄진외핵은이제우리발아래 5천km밑에서조그마한행성처럼떠있는고체상태의내핵보다여섯배가더넓은것이다. 캐나다의지구물리학자인더글라스스마일리박사는최근고체상태의내핵이액체상태의외핵안에서어떻게진동하는지를연구하고증명했다. 궁극적으로이러한신기술은내핵의질량을보다세밀히측정해주리라여겨진다. 맨틀과핵 (Mantle And Core) 14

15 지구중심부의내핵과외핵두개념은외핵액체의열의대류와고체내핵의성장에서뿌려지는가루분말로 지구다이나모 를형성하는데이지구다이나모는이제얼마나큰지지구인력의에너지에기여를하는점이중요하게부각되고있다. 케임브리지대학의지구물리학자들은지구의열보존원칙에다라핵의발전역사를설명할수있는수학적모형을제시하기도했다. 이와같은지구내부의모습, 즉천천히출렁이는광물용액속에서더욱천천히커져가는고체공의모습은너무도눈에보이지않을뿐아니라또한대부분의우리는중요하다고여길수도없긴하지만사실은그렇지가않다. 이지구내부의다이나모는지구의자장을만들고이는지구를치명적으로폭격할수있는우주의방사를다른방향으로선회하도록유도한다. 지구자장의주기적인방향전환은외핵의액체뿐아니라그위를덮고있는맨들그자체의변화에다라이뤄지는지모른다. 자장의방향전환에얽힌수수께끼를풀기위한연구는계속되고있다. 핵과맨틀의경계와맨틀과핵의경계와가까운곳에있는 뜨거운지점 ( 열점 ) 에서는지속적으로맨틀의광물이기둥처럼지표밖으로솟아나와화산폭발이되곤한다. 하와이열도의섬들은맨틀의열점들위로움직인지판들에의해형성된것으로여겨진다. 지질학자인로저라슨은약 1억2천만년전맨틀로부터솟아나온 초용암기둥 이지구의표피를형성했을뿐아니라임시로 ( 약4천만년지속됐지만 ) 지구자장의양극성을안정시켰다고가정했다. 버섯모양으로솟아나오는초대형용암기둥들은액체외핵의움직임속도에따라더많이나타날수있고이에다라지구다이나모의힘에변화를줄수있다. 생명체들이붙어서살고있는지표라는깨지기쉬운층밑엔정말연구해볼가치가있는지구의심장부에해당하는맨틀과핵이있다는것이다. < 과학동아 > 1992 년 12 월호 맨틀과핵 (Mantle And Core) 15

16 우주공간에서의개구리 (Frog And More In Space) :29 Frog And More In Space 우주공간에서의개구리 우주공간에서올챙이라니! 우주와옥선엔데버호의궤도상에서두마리의아프리카산발톱달린개구리들이배란을해 6백여개의알들이수정됐다. 그중절반가량은인공적으로중력을갖춘원심분리기내에서배양되고나머지절반은 마이크로중력 상태에남겨졌다. 또다른세번째의알들은우주왕복선이지구를떠나기전이미수정된것이었다. 중간보고에따르면우주왕복선에서수정된두무리의정상적인올챙이들은지구상의올챙이들과비슷하게헤엄치고있다. 과거비행기내의중력이없도록만든모의환경에서짧은시간실험해본때도올챙이들은정상적으로헤엄을쳤다. 반면에지구에서수정된후우주궤도상에서깨어난올챙이들은꼬리를접고보다작은원을그리며다른올챙이들에비해반대방향으로헤엄치는것으로나타났다. 지난주우주왕복선엔데버호는 1백55마리의살아있는올챙이들과함께 ( 물론우주비행사들도 ) 지구로무사히귀환했다. 생물학자들은이결과를오랫동안연구할것이지만아마도지금까지나타난가장중요한사실은무중력상태에서도척추동물의알이성공적으로수정되고부화될수있다는점일것이다. 개구리들은 ( 그리고그들의사촌격인두꺼비와도룡뇽과영원들 ) 양서류로서물속에서알을낳지만어른이되면공기로숨쉰다. 총 4만종의척추동물중에서 4천종만이양서류다. 이들은모두크기가작다. 오늘날지구상에서양서류는그숫자가줄어들고있으며어떤종은사람들이알을먹는물고기들을생식시킴에따라멸종돼가고있는가하면물론수질오염과환경의파괴에도영향을받고있다. 많은사람들은양서류를요리할음식물이나웃음거리로만여긴다. 워드하우스의소설에서죽지않는구시핑크노틀은영원 ( 蠑 ) 을관찰하느라얼마나바쁜지평상시생활에선사고만저지르는것으로묘사됐다. 또한동화책에선왕자가개구리로변했다가용감한공주가입맞추면다시왕자로변하기도한다. 우주왕복선엔데버호가우주로날아가기훨씬오래전부터그재미있고조그마한양서동물은특히엄청난수의알을깨고쉽게관찰할수있다는점에서과학탐구에도움을주곤했다. 양서류의알은예일대학의동물학자이자조직배양의개발자인로스해리슨과발생학의체계를세운독일의한스스페만의연구작업에서도매우중요한역할을차지했다. 양서류에관한연구는계속되고있다. 최근네이처라는잡지에서인디아나대학의생물학자인존필립스와크리스볼랜드는동물들이어떻게 자기나침반본능 을이용하는가를최초로설명했다. 붉은점이있는동부의수컷영원은 빛의존자장수신법 이라는방법, 즉광 ( 光 ) 수용기를이용해지구자장과반응한다. 양서류의피부에서나오는분비물은침략자들로부터보호하기위한기능을갖춘독소로서원주민들은이를미리알고독개구리로부터나온분비물을자신들의화살촉에발라서사용하곤했다. 이제모르핀보다더강한진통제구실을하는분비물을내는개구리들도발견됐다. 우주공간에서의개구리 (Frog And More In Space) 16

17 보다흥미로운점은등은푸르고배는흰귀여운호주산나무개구리의피부분비물을분석한호주과학자들의최근보고서에서나타났다. 이호주과학자들은항균성 ( 抗菌性 ) 과항바이러스성을갖춘화합물을발견했는데이는인간에게매우유용하며약리학적연구대상이될만하다. 이모든것들은양서류를연구하며얻은놀랄만한결과들의일부에지나지않는다. 어쩌면우린지구상에남아있는이들을보호하기위해보다많은노력을기울여야할는지모른다. 한편포유동물이등장하기전에사라져버린양서류는어떻게된것일까? 약 3억5천만년전의최초의양서류는지구를정복하고있었을뿐아니라지구상의최초의척추동물이었다. 이양서류는경쟁자들도없는상태인원시지구에서나름대로의호황을누렸다. 석탄기와이첩기를거쳐진화돼가며어떤것들은크기가악어같은파충류보다도컸다. 지금도일부는존재하지만초기의양서류는어기적어기적거리는모양으로걸었는데이는사지가현재는멸종된물고기들의지느러미로부터진화돼몸체의밑보다는옆으로나와있는까닭이었다. 어떤양서류는 5천만년전시신세때살았던메세로바트라쿠스개구리처럼결국은튼튼하고효율적인다리를발달시켰다. 화석모양으로남아있는경우이개구리는마크트웨인의소설에서나오는놀라운현대의높이뛰기개구리와너무도닮은것처럼보인다. 또다른양서류는아예다리를잃어뱀처럼보인다 ( 이들도물론파충류다 ). 물론어기적거리는양서류도필요하다면제법빨리걷는데이것은어디로부터탈출하고자열심인도룡뇽을붙잡으려할때쉽게알수있을것이다. 뿐만아니라양서류는그많은종이피부로도숨쉴수있지만제법좋은폐를가지고있으며방이세개있는심장이있어많은작은크기의포유동물보다도오래살수있다. 양서류의역사와우주속의올챙이의경이로움을살펴보는동안필자는시간이흐르는모래속에발자국을남긴이첩기시절의양서류를생각하게된다. 이모래는애리조나주의사암이됐는데이바위를연구한브랜드와투탕은이첩기의자국이현대영원들이물속모래에남기는자국과아주유사함을밝혔다. 워드하우스소설속의구시핑크노틀이기뻐할만한일이다. < 과학동아 > 1992 년 11 월호 우주공간에서의개구리 (Frog And More In Space) 17

18 태양으로부터 (Out Of The Sun) :27 Out Of The Sun 태양으로부터 우리생명은필연적으로태양천문학자들이부르는바소위 태양과지구의접촉 에영향을받지만대부분의사람들은빛외에태양으로부터나오는다른모든것에대해선아무것도아는바가없다. 빛의스펙트럼상의자외선부분은우리살갗을태우고피부암을발생시키는원인이되면서도우리눈엔보이질않는다. 우린스펙트럼상의그반대부분으로빛의 60% 를차지하는적외선또한보지못한다. 그러나태양은빛뿐만아니라 X선과대전입자들과중성미자들도발한다. 대전입자들은속칭태양바람속으로부터퍼져나와 3일반만에지구에도달한다. 극심한태양면폭발이있는동안태양바람은태양폭풍이라불리는위험수위로맹렬해진다. 태양바람의힘이거세지면지구의위도상낮은곳에선북쪽으로부터비추는아름다운빛인북극광이발견된다. 태양흑점의변동으로인한지구자장의이변인자기폭풍이중요한인공위성들의위치를바꾸고캐나다퀘백지역에서정전사태를발생시킨지난 1989년이후부터과학자들은그같은폭풍을예측하는데보다정확성을기하고자많은노력을기울여왔다. 현재까지알려진바가장좋은방법은태양의코로나를관측해코로나의부분들이공중으로찢겨나가태양폭풍을거세게만드는것을확인하는것이다. 우리의궁극적인미래는우주의탐험과개척에있는까닭에우린태양바람에관해가능한한많이알아야한다. 태양표면에너지프로그램 (STEP) 은많은천문대와인공위성들과컴퓨터모의실험으로부터얻은결과들을조정하는 7년짜리연구과제다. 태양은시간에따라변화하기때문에태양으로부터나오는것도다르며지구와접촉하면서전달해오는태양열도변한다. 이모든태양바람의변화상은관측되고측정돼야만한다. 태양바람의연구는과학자들로하여금다른별들을이해하는데도도움을준다. 태양바람같은이온화된가스가우주의현재까지알려진대부분의물체를형성하고있으므로우주그자체를이해하는것도쉬워질것이다. 태양으로부터나오는입자중하나는매우작으면서도언제나큰수수께끼인중성미자다. 과거과학자들은태양으로부터나오는많은양의중성미자가아마도태양내에서진행중인핵융합의정확한척도이리라고믿었다. 25년전에태양으로부터나온중성미자의수가처음세어졌을때과학자들은태양과같은주요별들이운동하리라고상정한 표준모형 이기대하는수보다너무적음에놀라고말았다. 이에과학자들은그표준모형이이제쓸모없다는말인가하고걱정하기에이르렀다. 여기엔세가지가능성이존재하는것처럼보였다. (1) 중성미자들은태양의양성자와양성자간의융합반응으로실제론대량으로만들어지지않는다. (2) 중성미자들은기대하는만큼대량으로생산되지만지구에도착하는동안무슨일인가발생해그중소수만이숫자로헤아려질수있다. (3) 태양중심부의핵융합이만드는에너지는생각했던것보다효율적일는지모른다. 이는태양중심부의온도가더낮음을의미하고따라서적은숫자의중성미자만을허용함을뜻한다 ( 이이론은심한논쟁을불러일으켰다 ). 태양으로부터 (Out Of The Sun) 18

19 태양중심부의양성자와양성자간의핵융합반응은전자중성미자를생산하는데고에너지와저에너지라는두속도로나타난다. 올해까지만해도 중성미자탐지기 들은고에너지중성미자만등록시킬수있었다. 1960년대에레이몬드데이비스는탄소사염화물탱크들을지하에묻었다. 새로운프로젝트들은갈륨탱크들을등장시켰다. 그리고최근이중하나의갈륨탱크는더욱크게만들어졌다. 바로이탱크는저에너지전자중성미자를찾았는데그러나아직도만족스럽지는못하다. 물리학적인브라운대학의밴들러는저에너지중성미자를더많이찾기위해실리콘 ( 규소 ) 웨이퍼와초유동헬륨액체로만들어진새로운탐지기를제안했다. 중성미자에관한또하나의이론이흥미를끌고있다. 이이론은 MSW이론이라불리는데소련과미국과학자들인스타니슬라브미케이예프, 알렉시스미르노프그리고링컨월펜스타인의이름에서딴것이다. 이들의이론에따르면태양의핵반응은충분한중성미자를생산하지만이중성미자들은세가지형태로진동한다. 이미잘알려졌고측정까지된전자중성미자와오로지실험실내에서만발견되는뮤온과타우온이그들이다. 만약 MSW이론이맞고전자중성미자가그형태를변형한다면태양의핵융합에관한표준이론들을입증할만한충분한중성미자들이실제존재하지만이전자중성미자들이지구에도달하는동안그형태가바뀌기때문에우리가기대하는형태로볼수없는것뿐이다. 문제는그렇다면태양뮤온과타우온을찾아내는탐지기를개발하는것이다. 만약과학자들이이세가지형태사이에서중성미자들의변화함을증명할수만있다면그변화는중성미자들이어떠한질량이든조금이라도갖고있음을시사하는셈이된다. 그렇다면우주학은갑자기활기를띄게될것이리라! 아주많고많은중성미자들이우리우주모든은하계속의엄청난수에달하는별들에서쏟아져나오기때문이다. 한편그러한중성미자들이완벽하게무질량이라면우린우주에관한매우언론적인질문에대해답을찾아야만한다. 우주는언제끝날까? 가바로그것이다. 아주미약하나마 질량있는 중성미자들이많고많다면우주의 기본주요질량 을형성해언젠가파괴되고말것임을보장하기때문이다. < 과학동아 > 1992 년 11 월호 태양으로부터 (Out Of The Sun) 19

20 더많은복제 (More Replication) :24 More Replication 더많은복제 복제 ( 複製 ) 란과히멋진낱말은아니지만행동으로옮기게되면모든가능한생명의아름다움을창조한다. 복제란 복사본을만든다 반복하다 응답하다 등으로정의될수있다. 자연복제현상에서많은다세포동물들은그들의똑같은복사본을만들지는않는다. 그들의복제는유성생식의산물로나타나므로그결과인새끼는독특하다. 다른생물체들은 ( 특히많은곤충들의경우 ) 똑같은복사본, 즉클론을만들수있는데이것은한어미의무성생식으로형성된유기체를말한다. 이와같은복제의두방법들은실제적으론세포자원에발생한다. 무성인세포의 유사 ( 有絲 ) 분열 은 DNA를갖고있는염색체들이두배로늘어난후각세포들은원래의세포와똑같은형태로둘로나뉜다. 세포내의염색체들이두배가되지못하면유전자물질의 생략 된다른한쪽과함께나눠진다. 이것은 감수 ( 減數 ) 분열 이라 ( 그리스어로부터유래된것으로 적게만든다 는뜻임 ) 불린다. 정자가난자를수정시키면새유전자들의복합체로이중나선구조가복구된다. 유사분열이든감수분열이든간에뜻밖의변화가나타날수도있다. 유전자들이돌연변이를일으킬수있고염색체들이적절하게분리되지않을수도있다. 과학자들은최근세포분열의생화학을연구중이다. 예를들어그들은 세포분열관련단백질 (cdc2)' 을찾아냈는데이는 사이클린 이라는또다른단백질의도움을받아유사분열을일으키는데핵심적인역할을수행한다. 연결된단백질에서변화가일어나세포핵둘레를막을형성함으로써궁극적으로는세포분열이가능토록만드는것이다. cdc2 단백질은모든세포들에서나타나기때문에 ( 사람의 cdc2 단백질은가장원시적인효모와 63% 동일하다고알려져있다 ) 어쩌면지구상의세포형생명체들의초기시대까지돌이켜볼수있을것이다. 세포의분열증식과정에나타나는변화를통제하는또다른단백질도검토되고있고이것은세포분열증식과정이비틀린경우에해당하는암연구에중요하게활용될수있을지도모른다. 모든자연세포분열은염색체내의핵산이자기복제됨으로가능하다. 2년전줄리우스레벡과두명의다른유기화학자들은핵산보다도더간단한, 자체적으로복제하는분자를만들었다. 그것은당시뉴스거리가됐는데그활동이원시시대지구의최초의자기복제분자와닮은까닭이었다. 작년에취리히와스트라스버그에살고있는과학자들이전기로충전된중합성분자의콜로이드입자들로합성세포를만들었다. 중합체는많고조그마한분자들을합성해녹말이나단백질이나 ( 사람이공장에서만드는 ) 나일론처럼하나의크고복잡한분자를만드는것이다. 이렇게새롭게만들어진합성세포들은화학반응이보다많은합성체를만들어막을형성할때복제된다. 과학자들은생명이본질적으로폐쇄된계 ( 係 ) 로서어떤한계에의해 ( 막처럼 ) 환경으로부터분리되고그한계내에서복제되고있다고주장한다. 최근레백은홍종인, 귕팽, 빈센트로텔로와함께서로밀접하게연관돼함께존재하고서로의복제를돕는두개의합성복제형분자들을개발했다. 이중하나의분자를적외선에노출시키면돌연변이가일어나복제가더자주이뤄진다. 이렇게돌연변 더많은복제 (More Replication) 20

21 이로탄생하는분자는다른빛을쬐지않는분자보다주변환경으로부터복제를위한재료를확보하는데더욱적극적이다. 그래서이돌연변이분자는곧다른분자를소멸시켜버리는데이는진화론적인 적자생존 의원칙과유사한것이다. 이와같은합성분자들은우리가알고있는바지구상의생명체보다앞서존재했던것은아니지만레백이말하듯이 지구생명체의시초와똑같은반응 ( 복제, 협동및돌연변이 ) 을보인다. 한편또다른합성생명체들도컴퓨터연구과정을통해탄생중이다. 문제를풀기위해자체적으로진화하는프로그램들이짜여졌다. 또한스스로복제해번져나가고마치비밀스러운 바이러스들 처럼정상적인프로그램을망치는컴퓨터프로그램도있다. 최근컴퓨터과학자들은스스로복제하는프로그램들이복제현상을보다효율적으로하도록돕는방법을찾아내기도했다. 바이러스때문에고통당하는하드디스크조차도없었던필자의첫컴퓨터사용시절에비해엄청난변화가있었던셈이다. 자연적이거나합성된것이거나 ( 화학적이건컴퓨터에서건 ) 복제라는개념의변화는특히유기화학이나생화학과목을택한지꽤나오래된경우라면가히놀랄만한것이된다. 지난 1992년 6월뉴멕시코주의산타페시에서는인공지능학술대회가개최됐다. 그땐 하드웨어 ( 컴퓨터, 포켓계산기그리고반도체기기들 ) 의날이따로있었다. 또한 소프트웨어 ( 워드프로세서처럼우리가원하는작업을수행하도록해주는컴퓨터명령어들 ) 의날도있었다. 그런데신비스러운점은그학술대회중에레백박사같은과학자들로부터영양분을제공받은합성복제분자들을의미하는 웨트웨어 의날도있었다는점이다. 또한인공지능 4-H전시회 도있었는데 ( 마치시골의농산물전시장처럼 ) 여기에선과학자들이자신들이가장좋아하는인공지능의형태를전시했다. 언젠가멀지않아과학자들은이러한그들의모든노력으로어쩌면합성화학 생명체 를컴퓨터 생명체 와결합시켜스스로진화할수있는살아움직이는생명체를만들는지모른다. 이것이우주의침묵에대한인류의최종적인 반응 이될까? < 과학동아 > 1992 년 10 월호 더많은복제 (More Replication) 21

22 블랙홀탱고 (The Black Hole Tango) :21 The Black Hole Tango 블랙홀탱고 탱고는아르헨티나에서시작된우아한무도장춤으로서 ( 영화배우였던 ) 루돌프발렌티노같은사람들에의해유행됐다. 필자가좋아하는탱고에선 ( 이모진코카란사람이만들었던가?) 장미한송이가등장하는데남자의입술에서꽃이여자의입으로전해질때여자주인공이깜짝놀란표정을지으면서도용감하게꽃을전달받아관객들로하여금과연장미꽃의가지에서가시들이사전에제거됐던가를궁금하게만든장면이다. 그런데가끔블랙홀에관한최근의기사들을흝어보면서필자는흥미롭게도탱고를연상하곤한다. 탱고를추는데는보통두명이필요하다. 하나만의블랙홀은, 적어도현재인간의기술적시각으론, 거의눈에보이지않는다. 이론적으로블랙홀은질량높은별이중성자성 ( 星 ) 단계를넘어파괴되면서생겨난엄청난중력에물질이소위 특이점 으로부터탈출하는것을막음으로부터태어난다. 그결과가블랙홀이라불리는것은 ( 이이름은물리학자인존휠러가처음으로지었다 ) 불랙홀에가까이있는것이라면그어떤물질이나빠져들어영원히갇혀버리기때문이다. 만약블랙홀이쌍별이춤추는무대의일부분이고그중하나는보통별이라면블랙홀의중력장 ( 場 ) 은이보통별로부터물질을끌어들이게된다. 블랙홀주변에물질의 증량원반 이생기는것이다. 이증량원반으로부터물질은블랙홀속으로빠지면서운동에너지를얻게되는데이에너지는곧 X선이라는빛으로변형된다. 다행스럽게도우린이 X선들을감지할수있다. 우리의은하계에선백조자리의한별로부터 X선이지난 1965년에처음으로탐지됐다. 1971년에이르러 X선의비규칙적변형이발견됐다. 이러한발견은천문학자들로하여금시그너스 X-1이라불리는별이나란히회전하는거대한푸른별둘레로부터물질을흡수하는블랙홀이라고단정짓는데도움을주었다. 또다른블랙홀이라고추정되는것들도요즘은자주나타나곤한다. 우리의은하계에서도둘이상의후보들이발견됐다 년모노세로성좌에서 A 이라는쌍별이발견됐다. 최근천문학자들은이쌍별중눈에보이는오렌지색의별이빠른속도로공전함을 ( 적어도 1초에 4백60km ) 밝혔는데깜깜한상대별로부터멀리떨어져있음을감안할때그깜깜한별은엄청난질량임에분명하다. 여기에대한논리적인설명을하자면바로그깜깜한별이블랙홀일것이라는점이다. 우리은하계에서가장최근블랙홀후보로등장한것은 V404 시스나이라는쌍별로서지구로부터 5백광년멀리있는것이다. 지난 1938년눈에보이던어느별하나가갑자기빛나는신성 ( 新星 ) 이되고 1989년엔 X선을분출함이일본의인공위성인긴자에의해발견됐다. 여기서도이별이다른깜깜한동반자주위를매우빠른속도로공전해그동반자가아마도블랙홀일것이라는추정을하게만들었다. 이 V404에관해탐구한스페인천문학자들은이별들이세물체들의복합체로서그세번째는적색왜성이라고생각한다. 그렇다면복잡한춤이되지, 결코탱고는아닌것이다. 별이블랙홀과춤춘다는것은매우위험한데이는블랙홀을맴도는별이언젠가는블랙홀에의해완전히삼켜져버릴것이라는이론이가능하기때문이다. 사실인즉콤프턴천문대에서나온최근자료에따르면우리은하계밖에서발생한강한 X선의폭발은어쩌면뭉게지고납작해지고열이가해지고삼켜지면서최후를맞으며 X선을뿜어내는별들에그원인이있는지모 블랙홀탱고 (The Black Hole Tango) 22

23 른다. 최근엔우주의중심부에있는블랙홀에관한많은기사들이쓰여졌다. 우리의은하계에도블랙홀들이있겠으나우린다른은하계에보다확신감을갖기시작했다. M32는조그마한타원형은하계로서우리은하계로부터 2백30만광년떨어져있다. 이은하계의중심부엔수많은별들이뭉쳐져있고이중심을어찌나빨리회전하는지블랙홀이아닐수가없다. 허블천체망원경은 5천2백만광년멀리있는처녀자리성단내에있는 M87 은하계의중심으로초밀집된형태의별들이끌리고있음을보여주었다. 대부분의타원형은하계는초질량의블랙홀을지니고있을가능성이높다고생각되는데이는타원형이만들어진것이꽤나난폭한춤을춘두개의나선형은하계의충돌에의한것일는지모르기때문이다. 천문학자들은이제은하계중심부로부터끌어당기는인력을측정함으로써그질량을예측할수있는기술을갖고있다. 공정하는별들의속도는그들이발하는빛의파장의변화를관측함으로써결정된다. 천문학자들인존코멘디와더글라스리치스톤은우리로부터 3천만광년떨어진은하계인 NGC3115를연구했다. 그결과이은하계의핵은빨리공전하고있을뿐만아니라주변의별들을 ( 보다가속화되는속도로 ) 빨아들이고있는것으로밝혀졌다. 어쩌면이것이야말로현재까지발견된블랙홀중에서가장큰것인지모르며깜깜한동반자별하나와간단한탱고춤을추는다른별들과는큰차이가있다. 우주중심부의질량높은블랙홀들은많은별들과춤추며이별들을없애버리고있는것이다. 가끔씩천문학자자신들도아이디어를주고받고, 장미가지에가시가돋아있었나없었나를따지는등탱고를추고있다. 아르메니아천문학자한명과미국천문학자한명은둘다각기그렇게도난폭스럽고파괴적일듯한우주의중심이사실은그와정반대라고가정한다. 그들은바로우주의중심부에서새은하계의핵이만들어지고있다고생각하는것이다. 둘이서춤추는별들의무대나많은별들과춤추는엄청난은하계의핵세계에서무슨일이일어나고있든간에천문학자들이나천체물리학자들은진실을찾아내고자심혈을기울이고있다. 따라서앞으로도이칼럼에선간간히블랙홀에관한새로운정보나이론을논하게될것이다. 필자와블랙홀을논하는탱고를함께출사람은? < 과학동아 > 1992 년 10 월호 블랙홀탱고 (The Black Hole Tango) 23

24 아라크네의자식들 (Arachne's Children) :18 Arachne's Children 아라크네의자식들 거미는고대로부터존재해온생물이다. 약 4 억년전, 데본기에살았던거미의조상들은마른육지에서걷기시작한최초의생물중의하나였다. 대부분의거미들은우리가제발없어져주었으면하는곤충들을잡아먹기때문에인류에게도움을주기도하고또한화이트가지은 샬롯의거미줄 이라는재미있는책이있음에도불구하고많은사람들은거미를좋아하지않는다. 어떤사람들은심한거미공포증에시달리기도하는데어쩌면이는많은공포영화들이만들어낸상황일것이다. 독거미가위험한것은사실이지만피하는사람들을쫓아가진않는다. 그리고거미는작다. 남부이탈리아산 ( 産 ) 으로서가장큰독거미인타란듈라 ( 새를잡아먹을수도있다 ) 도다리까지포함해 26 cm (10.4 인치 ) 이상되지는못한다. 동물중오직네종류만이진정한 집짓는 동물이며이들은거미곤충새그리고인간이다. 이중인간은지구역사상가장늦게나타났으며수천년전문명이시작되기전까지는고작초막같은것만짓고살았다. 그러나거미는훨씬오랫동안바삐집짓는생활을해왔다. 거미는수도많고종류도다양한이어지는다리와딱딱한표피를지닌절족동물문 ( 門 ) 에속한다. 많은절족동물은아직도처음진화되었던곳인바다속에서살고있다. 이중게나바다가재는맛있다. 거미는아라크니다 ( 거미류 ) 강 ( 綱 ) 에속하는데이이름은그리스신화로부터유래된것이다. 죽을수밖에없는운명의아라크네라는한젊은여인이아테나여신과베짜는시합을했다. 아라크네는신들에관한이야기를소재로베를짰는데아테나가자신이짰다고주장한신들의영웅적이야기보다는특히비정상적인사랑이야기를담은신들의실수와실패이야기에치중했다. 아테나는아라크네의베를망가뜨려버렸다. 아라크네는스스로목메달아자살했고그후거미가되어버렸다 ( 거미는가끔씩자신이친거미줄에매달려죽은듯살아있는모습으로발견된다 ). 거미류는분절된몸을가지고있으며앞부분인두흉부와뒷부분인복부에네쌍의다리가있고날개나더듬이는없다. 모든거미류중에서 ( 전갈과진드기등을포함한다 ) 거미는가장수도많고종류도다양한데약 4 만여종이나되며이들모두는남을약탈하는포식생물이다. 거미에겐흉부에거미줄을만드는분비선이있고자신의다리를이용해거미줄을친다. 거미줄은놀랍다. 피브로인 이라는단백질로만들어져거미줄로뽑혀나오자마자굳어지는데물이스며들지도않고나일론만큼강하다. 최근에영국의생물학자인도널드에드몬드와프리츠볼라스는핵자기공명장치로거미줄을연구했다. 거미줄은강하고튼튼하다. 거미줄의실은잘늘어나는데이신축성은아마도거미줄의단단한부분을연결하는 분자용수철 때문인것으로보인다. 누에로부터나오는명주실처럼거미줄을가지고는베를짤수없지만사람들은이를광학기고들을만드는데필요한가는선들로이용할수있음을찾아냈다. 다른종류의거미는각각다른목적으로자신의거미줄을이용한다. 어떤거미들은납작한자리를만들어터널을나란히세우거나거미집의구멍앞에덫목적의거미줄을쳐서무엇인가먹음직스러운것이지나가는지신호용으로사용하기도한다. 또다른거미들은나무줄기나가지모퉁이에서자주보이듯 아라크네의자식들 (Arachne's Children) 24

25 이약간은지저분한거미집을회전시킨다. 그리고는중심부를두고호 ( 弧 ) 모양의줄을치고그사이에나선형으로실을매어방사형줄을고정시킨다. 그결과는이슬과함께가끔빛나보여지나가는사람을즐겁게해주기도한다. 운좋은사람이라면불운한곤충이덫에걸려거미의식사거리로묶인채생사를다투며몸부림치는장면을목격할수도있다. 만약사람이거미집을건드리면거미는안전을확보하기위해줄에매달린채수직으로낙하한다. 둥근모양을한거미종류는많다. 필자가가장좋아하는거미는날개의느슨한비늘들을벗어버림으로써다른거미집에서는곧잘탈출하는나방을붙잡는거미다. 이거미의수평을이루는거미줄은아래로처진실부분에풀처럼끈적끈적한방울들이크게맺혀있다. 나방은바로이실부분에붙으면한쪽실이끊어지면서거미가이를발견하고잡으러올때까지매달려있게된다. 거미는호흡관혹은 허파책 으로숨쉬는데여기에선많은양의수분이소요된다. 거미가먹이를구하러나가면목마를땐물을재공급받을수있으나어떤거미들은자기집에서물을기다리기도한다. 에드몬드와볼라스는매일음식이되고또다시집을짓는정원거미집을관찰했다. 그결과거미줄의습기를흡수하는표면이공중으로부터물을흡수하고후에먹이를섭취할때적절한수분량을채워넣음을발견했다. 끊어지기쉽고살생적이며아름답기도한거미줄로부터발견한새로운사실이었다. < 과학동아 > 1992 년 9 월호 아라크네의자식들 (Arachne's Children) 25

26 쓰레기! (Garbage!) :16 Garbage! 쓰레기! 갖고있다. 쓰레기 ( 영어로가베지 ) 라는단어는베어낸곡물의묶음이라는의미를가진오래된프랑스어단어인 가브 에서유래됐을지도모른다. 어떤사람들은찌꺼기를제거한다는 가베라게 에서유래된것이라고생각한다 년도의영어사전은쓰레기를 동물이나집안에서나오는폐기물 혹은 값어치없고천한물건들 이라고정의했다. 옥스퍼드영어사전은 슬모없고지저분한잡동사니 를추가했고최신파넹서는컴퓨터로입력혹은출력한 이해할수없는자료 를포함하고있다. 더최근출간된사전에선 TM 레기를현재지구를중심으로기능을상실한채맴돌고있는인간이만들어쏜다양한물체라는풀이를덧붙이고있다. 쓰레기뜻이과거무엇이었고또한현재무엇이건간에우린많고많은쓰레기를갖고있다. 쓰레기 는어느백과사전에선 고체폐기물 아래등록되어있고미국에서만도연 3 억 6 천 만 t 이배출되는것이로설명되고있다. 사람한명이평균하루에버리는 11kg(5 파운드 ) 의쓰레 기를처분하느라수십억달러가소모되고있다. 거기다가엄청나게쌓이는무기들을제거하는 문제도있는데필자는그러한쓰레기가지구를더럽히기만하는쓸모없는쓰레기라는생각을 쓰레기를폐기처분하는작업은그동안줄곧비효율적이었다. 인류의문명이시작되면서 TM 레기장은병을옮기는동 물과곤충들, 특히쥐와페스트전염병을감염시키는벼룩을번식시키는장소가되었다. 옛날의사냥꾼들이나먹이 채집꾼들은문제가없었던것이숫자도적었고또한그들은대부분미생물로분해될수있는쓰레기를남김으로써 지구의생태계로재생할수있도록했다. 여기서중요한말은 생분해할수있다 는말이다. 산업사회가생산해내 는쓰레기는대부분생분해가전혀불가능하다. 이문제를풀기위한노력이진행중이지만그러나쓰레기장의플라스 틱과쇳덩어리를먹어치우는세균이있다면쓰레기문제가거기서해결될까? 아니면철과플라스틱으로이룩한우리 도시들이그세균때문에허물어지게될까? 쓰레기를땅속에묻으면쌓아놓는것보다눈에잘띄지도않고병균문제도적어지지만쓰레기의과잉문제는지구상 의면적을줄게만든다. 사막이나얼음판이나바다나산꼭대기등사람이살지않는곳에쓰레기를버린다고해도해 결책이찾아지는것은아니다. 매우소중한생태계의파괴를언급하지않더라도지구상의모든것은서로연결되어 있어서한군데가썩으면다른쪽이불결해진다. 따라서지금도쓰레기매립장은점점넓어지고있다. 세계에서가장큰매립장중의하나는뉴욕스테턴섬의프레시 쓰레기! (Garbage!) 26

27 킬스매립장이다. 킬스 라는단어는영어에선죽음과관련되어있지만이경우는수도를뜻하는네덜란드말에서유래된점이흥미롭다. 우리가베자라노다리옆에또하나의에베레스트산이나타날것을정말바라지않는다면언젠가쓰레기운반선들이스테턴섬에서방향을되돌리게될것이다. 쓰레기매립장은문제가많다. 이곳의쓰레기가하루밤사이에좋은흙으로분해되지는않는다. 많은플라스틱과쇠붙이들은거의영구적으로남고심지어는종이도분해되려면 60년이소용된다 ( 현대에출간된책들은노랗게변하고수주후면가루가되기도하지만 ). 또한쓰레기를태워서그렇지않아도위험수위에육박한공해심한대기에문제를가증시키는것도걱정스러운데각지역마다 1억달러가드는쓰레기소각장을건립하여하루에 3천t에달하는유독성재를공중으로날려보내고있다. 만약쓰레기를버리고매립하고소각시키는것이위험하다면다른무엇이좋을까? 보다나은상품의제조가중요하다. 바텔레회사는 바이오셀라트 라는플라스티글개발해서사람들이공동묘지주변에버려왔던장례식촛대가미생물에의해분해될수있도록했다. 냉장제품의냉각제는오존층을파괴하므로소닉콤프레서시스템사는가스를압축시키는데음향주파를공진시키는방법으로작동하는냉장고의개발을시도하고있다. 그렇게만된다면흔히사용되어피해를주었던피스톤이나윤활유가사라지기때문에위험하지않은냉각제가활용될수있다. 또한이러한내장고는가동시키는비용이더값싸기도하다. 쓰레기를재생이용하는방법도더욱강구되어야하는데조심스럽게접근해야하는것이최근어떤화학회사들이유독성철강을비료와섞어판매하며소각시키는계략을꾸몄다고고소당하기도했기때문이다. 쓰레기수출도어려운데쓰레기운송용선박들은짐을허가하는항구를찾을수가없는형편이다. 아이작아시모프는언젠가지구인들을경멸하는외계인들이자신들의쓰레기를다른위성이아닌지구에가져와버리는이야기를그로쓴적도있다. 달뒤쪽엔거대한땅이있는데... 이제생각하니이미존재하는우주쓰레기문제가떠오른다. 미국항공우주국은계획된우주정거장의건설에궤도에남아무려3만개가량의조그마한것들이총알처럼정거장의벽과우주를유영하는우주인들의우주복을뚫을수있는폐기물을만났을때의대비책으로두꺼운방패막이를구상하고있다. 우주선의유리창에단하나의페인트자국이라도심하게패인다면그것은교체되어야한다. 무력증강이라는바보스러운목표로인해많은스파이용위성과로켓이실수로혹은의도적으로우주에쏘아올려져궤도중에그조각찌꺼기들을남기고있다. 우주선이우주의쓰레기들과충돌할 30분의1이라는확률은의문의여지가없이높아지고있다. 존슨우주센터의한엔지니어는맴도는파편들을쓸어없앨수있는우주빗자루같은것의특허를냈으며이청소가조심스럽게이루어져유용한것들을궤도상에남을수있도록하는작업이진행중이다. 우리가우리주변과머리위에쓰레기가쌓임을걱정하는동안아름다운동굴의벽화나흥미롭게서있는돌을발견하는그이상의과학인고고학을상기시켜보라. 고고학의많은부분은오래묵은쓰레기를뒤지는것이고필자가아는모든고고학자들은이쓰레기찾는작업을즐긴다. 그들은여러트로이의쓰레기를탐색하고그중어떤것이호머의것인가를찾는다. 현재그들은지난 17세기와 18세기에흑인노예들의실제생활환경과창조적노력의면모를탐색하고있다. 언젠가다른곳에서방문한고고학자들이지구의인공물들은검토하고환희의기쁨속에서웃어댈는지도모른다. 그땐우린스스로를절멸시켜쓰레기로만들어버린후일까? < 과학동아 > 1992년 9월호 쓰레기! (Garbage!) 27

28 밝은성단 ( 星團 ) (Bright Clusters) :13 Bright Clusters 밝은성단 ( 星團 ) 찬란한금빛으로두껍게아로새겨진성찬용접시같은저하늘의바닥을보라 - 베니스의상인, 5 장 1 막에서 - 셰익스피어를포함한옛날사람들에게밤하늘은사람이만든빛들로얼룩진모습이아니었다. 그들은우리보다별들을더잘볼수있었으나우리가갖고있는천체망원경이없었기때문에 우리가관측도구를이용해관찰하는경이로운현상들은알수가없었다. 그들에게있어지구의 태양은하늘에선가장크고가장장대한물체였으므로이교도적이지못한종교와땅의군주들 의전유물로하려는노력에의해서태양신을숭배하는사상을촉진시켰다. 그들은우리의태 양이주변의행성들과함께움직이는또하나의별에불과하다는사실이나그하늘바닥에보 이는별들뒤쪽엔그보다훨씬크고훨씬장대하고서로가까이위치한별들의존재는모를 수밖에없었다. 은하계의수백만개별들은위압감을느끼게하는반면은하계에서찾을수있는또다른별 의무리들은독특한아름다움을자랑한다. 무리속의변광성들이거리측정에사용된후에 (20 세기초반에 ) 이제까지는 별의무리들로부터다른무었을배울수있으리라고생각하지는않았다. 다른은하계도마찬가지이겠으나우리의은하수엔별들상호간에존재하는인력의영향때문에떼지어이쓴별의무 리들이수천개있다. 작고보다평범한무리들은 개방형 이라고불린다. 우리은하수엔이개방형무리들이 1 천 개가량있다. 이별의무리내엔작게는 10 여개로부터많게는수천개의별들이느슨하게배열되어있다. 개방형별 무리들은흔히은하수평면에가깝도록, 혹은은하수의나선형끝부분에위치하고있다. 우주의거대한시간척도를 따를대개방형무리들이비교적짧은수명을갖고있는이유는은하수를다라움직이며먼지구름을통과하면서무 리로부터이탈하는별들이생기기때문이다. 가장널리알려진개방형별무리는플레이아데스인데좋은눈을갖고도그무리의다른 3 천여개별을보지못한그리 스인들은 7 개의별이보인다고해서 7 자매 무리라불렀다. 7 개별중에서가장희미한별인플레이온이그리스시대 엔훨씬밝았을는지모른다는사실과더불어우리의오염된시력이 ( 우리눈엔 6 개만이보인다 ) 더욱상황을악화하고 있을가능성도있다. 보다크고보다빽빽이뭉쳐진별들의집합은 구형 별무리들로서어떤것들은우리눈엔희미한빛의반점정도 밝은성단 ( 星團 ) (Bright Clusters) 28

29 로겨우보인다. 북반구에선가장밝은무리가 M13인데이는허큘리스좌에위치한거대한공모양의별무리다. 작은망원경으로봐도이무리는1백만개에가까운별들이마치보석으로가득찬듯한화려함으로나타난다. 우리의은하계엔 1백25개이상의구형별무리들이알려져있으며우주의중심부를둘러싼둥근 광륜 방향으로움직인다. 우리가관찰하는구형별무리들은동일한제1세대별들로구성되어있는것으로보이며우리인간이등장하기오래전에사라졌음직한젊은푸른거성같은크고밝은별들은없다. 과학자들은이별무리들이우주의나이에가까운 1백 60억년전에만들어졌고개방형별무리들과는달리비교적안정되어있다고규정했다. 그런데이제과학자들은 안정 이라는단어를다시생각하고있다. 대형구형별무리인47투카나는두가지의드문유형의별들을제작중인것으로보인다. 그중하나는 푸른방황별 인데이별은연장된수명을갖고있는것처럼보인다. 평범한별들이자체적인에너지자원을전부사용한후작고밀도높은물체들로부숴져소위밀리초펄사가되어회전하는까닭에그들의전파가지구엔진동현상으로도달하는것도흥미롭다. 대부분의펄사들은약1초에한바퀴씩회전하지만이희귀한밀리초맥동성은얼마나빨리회전하는지무선표지가빛의속도의 13% 의속도로보내진다. 과학자들은푸른방황별들과밀리초펄사들이흔히발견되는고도로밀도높은별의주변에서의충돌현상이빚은결과이리라고추측하고있다. 공모양의별무리라고해서모두오래된것은아니다. 허블천체망원경은타원형은하계인NGC1275( 우리로부터2억광년멀리있는카시오페이아별자리에서가깝다 ) 에서 젊은 구형별무리들을발견했다. 이무리속의별들은동시에만들어졌고모두같은푸른색조를띠고있어서 1백만년이상의나이를넘을수가없으므로천문학적인시간척도로서는젊은셈이다. 애리조나주의로웰천문대의천문학자인존홀츠만은NGC1275가어쩌면두은하계의충돌에서만들어진생산품이라고말한다. 이충돌의폭력성은또새로운별의무리들을탄생케했을는지모른다. 허블천체망원경은또한 ARP220이라는은하계를조사했는데그어떠한은하계보다 10배가량큰6개의별무리들을포함하고있는것으로나타났다. 이6개의별무리들은 NGC1275 은하계의젊은별무리들보다도더욱밝다. 메릴랜드주립대학의천문학자들인에드워드샤아와댄도울링은 ARP220이약2천만년전에두나선형은하계의충돌로부터형성됐다고추측한다. ARP220은어쩌면위험스러울만치발고질량높은중심부와초신성의폭발로고통받는절은무리별들때문에원래부터불안정했던것으로보인다. 그러자따져보자. 우주는조용하고평화로운곳은아니다. 조용하고평화로움을추구하는것이란우주의창조물인우리인간에게달려있는지도모른다. < 과학동아 > 1992 년 8 월호 밝은성단 ( 星團 ) (Bright Clusters) 29

30 기막힌풀러렌 (Fantastic Fullerenes) :09 Fantastic Fullerenes 기막힌풀러렌 곡면상의돔건축물을창안한벅민스터풀러는카리스마적인성격의소유자였다. 그의강연은 ( 필자도한차례들은적이있다 ) 이해하기힘든내용까지도대단히깊은생각을하게만들었다. 이제그의이름을따서지어진분자하나가과학자들을흥분시키고또한언론을떠들썩하게하고있다. 그분자에관해짧은글을쓴다는것이마치로마제국이어떻게멸망했는가를넓이 3 인치, 길이 5 인치짜리카드한장으로설명하는것과다를바없다. 에드워드기본도그보다는더많은지면이필요했다. 우선분자는원자들의집합으로정의된다. 만일원자들이동일하지않다면그분자는화합물 이라불린다. 어떤화합물은물처럼간단한반면유기물질과같은화합물은복잡하게구성되 어있다. 따라서화학자들은보편적으로큰분자들의구조를파악하는데힘든시간을보내왔 다. 그러다가널리알려진돌파구하나가찾아졌는데이는 1865 년독일의화학자인프레드릭 어거스트케큘폰스트라도니츠가버스에서잠들었다가탄소원자고리하나가뱀으로변하여 자신의머리를칭칭감는꿈을꾸면서부터였다. 케큘폰스트라도니츠는꿈에서깨어나벤젠의원자들은 6 각형고리구 조를형성하고있다고확신하였다 년엔또다른유형의돌파구가생겼다. 휴스턴시에있는라이스대학의리처드스말리, 봅컬그리고영국의화학 자인헤리크로토는거대한탄소별들을만드는것처럼보이는탄소원자고리들의구성방법을실험실에서재생하고싶 었다. 레이저광선으로흑연을쏘았을때크고안정된탄소분자들이만들어지는것이발견됐는데이들은과거에알려 진그어떠한탄소유형과도다른것이었다. 이는탄소 60 이라불리는데그이유는 60 개의탄소원자들이스스로를 6 각형과 5 각형으로배열시켜축구공을연상케하 는모양을갖춘때문이었다. 또한벅민스터퓰러의곡면상돔과도닮아서벅민스터퓰러렌혹은버키공이라는이름이 생겨났다. 바로이탄소 60 은 사이언스 잡지에의해 올해의분자 로선정되었다. 스말리등의실험결과를컴토한후에물리학자들인도널드허프만과볼프강크레시머는지난 1982 년그들이불황성 가스로갇힌흑연을전자적으로증발시켰을때우연하게도벅민스터퓰러렌이만들어진다는것을알게되었다. 이기술 이야말로대량의퓰러렌을생산하는방법으로후에밝혀졌다. 또다른기술들도개발되고있어서그올해의분자는 올한해동안에꽤나활약하고있는셈이다. 퓰러렌에관한연구는이곳저곳에서진행중인데과학자들은이새로운 분자에대한보다많은것을파악하고또한퓰러렌의화학족보를만들기시작했다. 예를들어탄소 60 내의버키공들은필름이빛의강도에정비례하지않는광학적특성을부여한다. 서서히짙어지는 기막힌풀러렌 (Fantastic Fullerenes) 30

31 대신어느순간필름이불투명체로바뀌는것이다. 언젠가이특성으로말미암아강력한빛으로부터우리자신이나장비들을보호하는방안이강구될수있을것이다. 빛의효율적인조절은다방면에서또다른유용성을제공한다. 광학적스위치와변조기를사용한광섬유통신망은흥미로운가능성중의하나다. 언젠가우리는광학적디지털컴퓨터를제작할수도있을것이다. 버키공들을압축하면다이아몬드가되지만 흥분된 퓰러렌들은더욱흥미롭다. 칼륨루비듐과같은알칼리성금속의원자들이탄소분자들사이의공간을가득채웠을때그들은초전도성을획득하기때문이다. 일본에서화학자들이분자들을접속시켜서매우안정되고전자적으로중성의속성을지닌중합체를만든다. 산소와같은가스분자들은나무상자에넣어진오렌지처럼가득찬 버키공 들의 8면체공간사이를채울수있다. 이렇게가득찬퓰러렌들은일정한크기를유지하는것으로밝혀졌는데, 즉가스분자들은아주크거나아주작을수는없다는것이다. 이와같은특성을이용한제품으로는특정한가스만이침투할수있는피막이있을수있다. 퓰러렌들은축구공을닮고내부가텅비어있어서 철장 이라고불릴수있다. 과학자들이이철장의밖을다른원자들로칠하지않을때면철장안에무엇인가를집어넣으려한다. 칼륨, 티탄, 철, 스칸듐등이이용되었고, 과학자들은이생각저생각에끊임이없다. 거대한탄소분자내에다른원자를가두어놓는것이무슨소용이있을까? 분자안에무엇이있느냐에따라퓰러렌들은좋은화학촉매제가되거나유용한자석특성을지닌다. 또한이와같은방법으로겉을칠한약품은신체의다른부분에해를끼치지않은채종양부분으로전달될수있다. 퓰러렌들을철장처럼사용한또다른많은가능성을탐구하기위한노력은계속되고있다. 버키관 에관해서도많은목소리들이있어왔다. 버키관이란공모양이아닌나선형구조의관모습을한퓰러렌으로생각되고있다. 우리의기대는버키관이튼튼한망을만들것이라는점이다. 문제가있다면일부과학자들이주사식터널링현미경을이용하여퓰러렌들의사진을찍는데성공했다는것이다. 그런데버키공들은있었으나버키관들은찾을수가없었다. 그러는중에도퓰러렌에한한연구는과학공상소설을즐기는이들을흥분시킬만한실용성을찾는데초점이맞춰지고있다. 언젠가우리인간은로켓을지구로부터쏘아올리고계속진행시키는데휘발유를필요로하지않을는지모른다. 대신멀지않아퓰러렌을사용할지모르는것은현재우주선을추진하기위한가속이온광선을개발하는데퓰러렌이연구되고있는까닭이다. < 과학동아 > 1992 년 8 월호 기막힌풀러렌 (Fantastic Fullerenes) 31

32 머리가좋은생물들 (Heady Stuff) :07 Heady Stuff 머리가좋은생물들 인간을뜻하는호모사피엔스는우리인간이이지구상에서가장머리가좋다고믿는까닭에자만심을연상시키는용어다. 수세기동안우리는그어떠한생물도우리만큼은자랑할만한두뇌를갖지못한다고생각해옴으로써어느동물이우리가상상했던수준보다생각하는능력이높음을발견할때면뉴스거리로취급하곤했다. 또우리두뇌와해부학적구조가닮은경우타동물보다더욱지능적이라고인정해왔다. ( 우 리는식물이지능이라고는전혀갖추지못했으며앞으로도그럴가능성이없다는점을기쁘게 인정한다 ). 따라서침팬지와고릴라는신호언어를배워서추상적표현예술가가되고우리의 가까운사촌처럼행동한다. 우리는우리를주인으로여기고따르는영리한개를보면칭찬하기도한다. 개는포유동물인 까닭에그두뇌가우리와유사한면이있으나물론중요부분들이훌륭하리만큼크지는못하 다.( 우리가깊이생각할때활용하는부분들말이다.) 두뇌피질이크다고해서꼭머리가좋은것은아니다. 어쩌면앵무새두뇌의큰가로줄무늬있는부분이 IQ 점수를높 여주는지도모른다. 앵무새는고릴라처럼말을몇마디씩하고사물을설명할수있을뿐만아니라수를세고물체와 색깔과모양을정확하게식별해낼수있다. 공룡은새로진화하여익룡과같이날아다니는파충류보다잘날게되면서공중의생활에익숙하고자많은몸무게의 희생을감수해야만했다. 날아다니는동물들은두뇌를영장류의크기만큼발전시키는것이불가능하므로그들의두뇌 는작은대신포유동물보다는훨씬효율적으로기능하도록만들어졌다. 새들의두뇌피질은작지만상대적으로큰디 엔세파론 ( 전뇌의후반부 ) 을가졌다. 어쩌면바로이점과뛰어난순환계가그새들의작은두뇌를더효과적으로만 드는것인지도모른다. 겁많은비둘기도바삐걷는도시인들이걸려넘어지지않도록잘피할뿐아니라물체를분 류하고인간의시력이못미치는광경으로부터관심있는대상을선별할수있다. 많은학자들이동물의의식구조를연구하고있다. 어떤이들은벌이나개미처럼집을짓고떼지어사는요란한무리 들의놀랄만한 지능 을연구하기도하지만대부분의학자들은우리동물계의주요부류인척색동물문 ( 등뼈를가 진동물 ) 의척추동물아문에그연구를집중시키고있다. 지능을연구할때보다머리좋은포유동물과우수한새를 그대상으로삼지않는이유는무엇일까? 머리가좋은생물들 (Heady Stuff) 32

33 사실인즉그이유는간단한뇌구조를연구하는것이더쉽기때문이다. 그렇다고해서타생물계에언급할만한가치의지능이존재하지않는다고생각할필요는없다. 가끔씩연체동물도뉴스를만든다. 연체동물은동물왕국의흥미진진한유형으로서이미오징어의거대한축색돌기를이용해많은학자들이신경전이를연구하고있다. 물속이나습지에서서식하는연체동물은약 10만여종에이른다. 연체동물은고생대의가장오래된연대인캄브리아기때등장했는데그때는척추동물이나타나기수백만년전이었다. 대부분의연체동물은좌우양측이대칭구조를이루고있고한쪽끝이머리부분이다. 내장은살로덮혀있고배에달린근육질다리로움직인다. 또한많은연체동물은자신을보호하기위해딱딱한껍질을생산한다. 사람들은많은연체동물을즐겨먹는다. 그중조개류는날것으로통째먹기도한다. 오염된곳에서만자라지않았다면식탁의그음식물에대해걱정할필요는없다. 대합조개와굴은연체동물의 퇴화형진화 의한예가되는데그이유는그들이흔한다리나머리가없고뇌라곤전혀없기때문이다. 텔레비전어린이프로그램에나오는조니하트의멋진말하는조개는다리도있고발도있지만진짜조개들은말할줄도걸을줄도모른다. 그런데연체동물의한진귀한부류로두족류가있다. 머리와다리가합쳐졌다는뜻인데그이유는머리로부터촉수가생겨났기때문이다. 한때원시시대의바다속을누비던두족류의 1만종중에서 7백종만이아직도남아있다. 두족류는 8개혹은그이상의팔이머리를둘러싸고있으며날카로운턱안에는먹이를거칠게문지르는치설이있다. 강한외피근육은재빠른동작을가능케하는분사추진시스템을통제한다. 동작이둔한조개에비해두족류는얇은벽으로된모세관과빠른산소교환기능이있는효율적인폐쇄순환계를가졌다. 두족류의신경계는몇개의퓨스식신경절로부터만들어진적은뇌에불과해보기엔신통치않다. 그러나집중적인진화덕분에이뇌는두가지측면에서우리두뇌처럼활동한다. 첫째, 두족류의두뇌는정확한평형감각기관과연결되었는데하나는중력, 또하나는각가속도를감지해서오징어나문어가복잡한기동력을발휘할수있도록해준다. 둘째, 두족류의눈은우리의눈과똑같지는않지만매우유사하게도영상을받아들이는망막을가지고있다는점이다. 문어는감금상태에서빠져나오는길을찾는데천재적이다. 탱크위로올라가고잠시공중을날다시피까지한다. 또한물체를집는등의일을가르쳐주면배우기도한다. 최근나폴리동물연구원의연구원들은문어가보다큰뇌를가진생물들만이갖는능력이라고믿어왔던보고배우는능력이있는지실험을해보았다. 그런데자기무리와잘어울리지도않고사는이비사교적인문어가다른문어들이성공적으로하는행동을관찰한후이시험을쉽게통과함으로써우리의생각을뒤엎고말았다. 우리의두뇌와다르다고해서깔보아서는안된다. 두뇌를가진컴퓨터가등장하면그회로는인간의두뇌처럼보이지는않더라도우리와같은수준으로활약할는지모른다. 아니, 더높은수준일수도있지않을까? < 과학동아 > 1992 년 7 월호 머리가좋은생물들 (Heady Stuff) 33

34 단백질의위력 (The Power of Proteins) :04 The Power of Proteins 단백질의위력 단백질은과히신통치않게들리는단어로서영양분을연상시킨다. 우리는단백질과많은탄수화물과약간의지방질을섭취해야한다. 사람들은가공식품을살때함유목록을훑어보곤하는데이는지방질보다는단백질의양이더욱많기를기대하기때문이다. 고단백질 시어리얼이있는가하면 단백질함유량이높은 샴푸도있다. 사실인즉단백질은대단한단어로서우주의기막힌부분에해당한다. 단백질 ( 프로틴 ) 은그 리스어에서유래된것으로 가장중요한 이란의미를가졌다. 그의미가그렇듯이단백질이 없다면생명체의존재도불가능하다. 단백질이란이름은유기합성물들의이름짓기를즐긴스웨덴화학자존스제이콥버젤리우스가 추천했다. 그러다가 1839 년달걀흰자위 ( 카제인 ) 나혈청의글로블린처럼알부민을함유함물질 에관한기초공식을만들었던네덜란드의화학자제라더스요하네스멀더가버젤리우스의추 천을채택함으로써공용어가됐다. 탄수화물과지방질은탄소와수소와산소를공급하지만 ( 각각다른방법으로 ) 단백질은그뿐만아니라질소와황그리 고가끔씩인까지도공급한다. 단백질은복잡하며과학자들은이제야살아있는세포속의그복잡한범위를깨닫기시 작했다. 유기물질에관한초기의분석방법은단백질의구조를밝혀내기엔너무어수록했으나그구성요소인아미노산에대한 분석은가능했다. 아미노산은수소및질소원자들탄소와수소산소원자들의집단그리고특정한아미노산을규정짓 는원자들로구성됐다 년에또다른스웨덴화학자인테오도어스베드버그가원심분리기를발명한후에 ( 이로인해그는노벨상을수여받 았다 ) 과학자들은침전속도를토대로다양한단백질의분자량을측정할수있게됐다. 그결과는놀랄만했는데어떤 단백질의분자량은수백만에달해그구조가매우복잡하다는사실이확인됐다. 단백질의구조를파악하는데도움을주는보다새로운기술들도등장했다. 핵자기공명기색층분석법분광광도측정법 X 선회절등이바로그것이다. 이론적으로는엄청난수의아미노산이가능하지만지구상의단백질들은고작 20 여종의 아미노산을포함하는것으로판명됐다. 아마도외계인의살코기는지구인의것과동일한성질이아니기가쉬울것이 다. 오랫동안과학자들은자신들이시험관내에서발견한단백질에관한사실들이살아있는세포속의단백질에서도나타 단백질의위력 (The Power of Proteins) 34

35 나리라고믿었으나그러한믿음은약간의자만으로부터비롯된것으로판명됐다. 아직도세포단백질에관해해결되지않은의문들은과학자들을바쁘게만들고있는데이는단백질이스스로접히거나줄기모양이되거나잘리지않기때문이다. 이렇게되려면단백질은무엇인가로부터의도움을필요로한다. 여기서는 접힌다 는말이핵심이된다. 단백질의아미노산구성성분들은적정한요소들이적정한위치에서적정한작업을담당하도록정확하게배열돼있어야한다. 여기있어야할질소원자가저쪽에서다른목적으로방황하고있을수없다. 메리제인게딩과조셉셈부르크는이토록신기한세포단백질의기능을샤프롱 ( 보호자 ) 이라고부른다. 이러한기능은 1) 복잡한단백질분자가적절하게접히도록돕기위해서 2) 부분적으로접혔거나활동하지않는단백질을안정시키기위해서 3) 조립되고분해되는세포의거대분자들을재배열시키기위해서 4) 환경의압력에처해있는단백질을보호하기위해서그리고 5) 파괴시킬단백질을선별하기위해서존재하는것처럼보인다. 이와같은연구들은난해한것처럼들리지만매우중요한것이다. 우리가살아숨쉬고있는만큼생명에관해가능한한많이아해하지말란법도없지않은가? 단백질에관한새로운분자생물학적연구는현재는치유가불가능한각종질병을이해하고싸워이기도록가능하게할수있을는지모른다. 보다좋은약이나와다른해를주지않고서도세포들이스스로낫도록해줄수도있다. 샤프롱을이용함으로써생물공학은지금은꿈도못꾸는중요한인체단백질을대량으로생산할수있을는지도모른다. 단백질은생산조립기계나물을이동시키는양수기혹은실질적으로생명체를움직이는엔진으로비유되기도한다. 최근한학회모임에서제기된중요한질문하나는단백질기계가어떻게화학에너지를사용하는가였다. 어떤사람들은그비결이형태의변화에있다고하나다른이들은동의하지않는다. 그진리를찾기는어려운데이유는관계하는각부분들이무엇인지또각반응을매개하는중간화학반응의구분, 상황변화를설명하는속도들의측정및각종화학반응이어떻게수행되는가를이해하기위한단백질의상세한구조설명이필요하기때문이다. 이모든과정이현재는충분히파악되지못한것이다. 생화학자들과분자생물학자들은단백질에관한연구를계속할것이기때문에계속지켜봐야만한다. 프리만다이슨은생명의진화에있어단백질과 DNA중어는것이먼저였느냐라는질문을받자단백질이라고대답했다. 단백질에대한이해는인류로하여금세포병리학뿐만아니라생명그자체의시초에얽힌시비를탐구하는데도도움을줄것이다. < 과학동아 > 1992 년 6 월호 단백질의위력 (The Power of Proteins) 35

36 좋은소음, 나쁜소음 (Good Noise, Bad Noise) :02 Good Noise, Bad Noise 좋은소음, 나쁜소음 대부분의사람들은너무조용한곳에서는불안해하는사람까지도소음이싫다고말한다. 나이든세대들은젊은이들이시끄럽게하는것을불평하기도한다. 어쩌면그들부모들이그들에게가졌을똑같은불만을잊어버린채말이다. 사전을찾아보면소음은흔히거칠고크며조화되지않은소리라고정의돼있다. 소음은그런 정의보다는더욱복잡하지만 조화되지못한 소리는긍정적인의미다. 이것은소음의과학 적인정의로학자들은무작위적으로나타나예측할수없는신호를의미할때조화되지못했 다고표현한다. 소음공해는보통의인간이만들었으며실질적으로우리를위태롭게만들수있다. 이륙하는 비행기나길의아스팔트를파헤치는착암기, 록밴드의슈퍼확성기곁에서보라. 너무오래서 있다보면영구적으로청각을잃고그이상피해를볼지도모른다. 불가리아의학자들은실험실동물들을이용해지속적이고큰소음은번식력을급격히저하시 키는원인이되며또한태어난새끼들의크기도보통보다적다는사실을발견했다. 사람이낳은신생아의경우도임 산부가과도한소음에시달리게되면몸무게가줄어들수있다. 태어난후에도소음환경에선유아나어린이들의배움 의속도가늦어진다. 소음으로찌든성인들은귀가먹고골치가아프며혈압이오르고심장병을갖게된다. 또몸이마르게되며어지럽고 면역능력이저하되고지각력의상실과정서불안을경험할수있다. 한편의학분야의연구원들은건강한피험자들이스스로통제할수있는정도의소음은잘견뎌낸다는사실을밝혀주 었다. 그반면에통제하지못하는소음은자율신경계의해로운변화뿐만아니라피험자들의감정에도심한변화를일 으키는원인이됐다. 가령이웃에서새벽 3 시에전축을켠다거나낮잠을자는도중기계로잔디를깎을때면그소리 가귀를먹게할정도는아니지만통제하기힘들다는점대문에특별히신경이날카로워지는것이다. 록디스코장이나헤비메탈연주회를간적이있는사람이경험하는청각장애는잘알려져있다. 그처럼음악을즐기 는사람이낮에시끄러운근무환경에서일한다면더욱문제가된다. 따라서일부지각있는록음악팬들은볼륨을낮 추도록하는노력을아끼지않고있으며많은연주자들도이젠귀마개를사용하고있다. 심지어 적당한 소음도예측불가능하고불합리한방법으로개개의뇌신경원이만들어내는뇌전위에영향을주 수있다. 이것이바로너무시끄러울때사람들이혼란스럽다고느끼는이유가된다. 좋은소음, 나쁜소음 (Good Noise, Bad Noise) 36

37 그러나문제는나쁜소음이꼭큰것만은아니라는점이다. 천둥소리나기계소음처럼저음의소리들도사람의창조적인사고능력에역작용을일으킬뿐아니라현기증과멀미를느끼게한다. 들을수없는 초저주파음 은가슴이뛰고귀의고동이열렸다닫혔다하는느낌을갖게만들수있다. 전자음은꼭들을수있는것이아니더라도우리의컴퓨터나통신기기텔레비전등을망쳐놓기도한다. 이문제는단순히성가시다는차원을넘어선다. 지장을받는전자시스템들이우리의은행이나행정기관군시설그밖에사방에서이용되고있는컴퓨터라는점에서대단히위험한일이기때문이다. 소음통제를위해서는현재엄청난노력이투자되고있다우리귀에들리는소음을방지하는목적뿐아니라수명을연장시키기위해서도기계들은진동을흡수하는플랫폼을바닥에꼭붙이게됐다. 방음은큰사업이다. 새로운활동성구조적음향통제기술은비행기의동체와배의선체, 여러산업용설비들에이용가능한지가검토되고있다. 어느물체건그형태는발산하는소리가적어지는쪽으로변경되고있다. 만약이기술이현재까지나타난바와같이정말효과적이라면우리모두의돈을아끼고또한소음공해를줄이는데이바지할것이다. 다시이야기하는것이지만 소음 이란정의하기에달려있다. 아프리카를여행하는사람에겐코끼리가시끄럽게생각될는지모른다. 코끼리는나팔소리를내고비명을지르고배에선계속우렁우렁울리는소리가난다. 여행자가그진동을느끼기전엔모를사실이지만코끼리는또하사람의귀로들을수있는것보다낮은주파수로소리를내기도한다. 이렇게낮은주파수소리가진정코끼리낄나누는대화의한형태인지는아무도모른다. 다만상아사냥꾼들에게모든코끼리가살해당하기전에그이유를밝힐수있기를기대해본다. 많은동물들은우리가내거나들을수없는소리를내고반응을일으킨다. 작은동물들은우리가감지할수없는높은주파수의소리를들을수있고만들기도한다. 집안의쥐나바퀴벌레를죽이거나멀리몰아내기위한어떤장치들은우리에겐초음파가되는소리를낸다. 우리에겐좋은소음이지만유동물에겐나쁜소음인셈이다. 의도적으로만들어내는소음은짜증스러운반면유익하기도하다. 트럭이후진할때빵빵대는소리가그렇다. 학자들은부모가내는중얼거림이나얼러대고혀차는소리등이유아를안정시키고가까이오도록유인함을발견했다. 사실모든포유동물들은새끼들에게여차는소리를낸다. 소음은반대진영의간첩을혼란시키기위해이용되기도한다. 그반대진영이군부이건정치집단이건경제조직이건마찬가지다. 정보가 반혼란 체계를이용해비밀리에전파되는것이다.( 혼돈이론조차도이해하지못하는필자에게이말이무슨뜻인지묻지는말아달라 ) 마지막으로노스웨스트대학교의연구원들은영장류가만드는위험신호용울부짖음의주파음은특히우리형제인인간들이몹시싫어하는소리, 즉쇠붙이를긁거나석판을손톱으로긁을때들리는소리와유사함을발견했다. 어쩌면록밴드가자신들도모르는사이에적들을몰아내는소리를내는것일까? < 과학동아 > 1992 년 6 월호 좋은소음, 나쁜소음 (Good Noise, Bad Noise) 37

38 멀리있는실상 (Far-out Reality) :59 Far-out Reality 멀리있는실상 칼럼이 ( 한명의필자가아닌 ) 공동의노력으로쓰여질때일인칭복수를이해하기힘든문제가있다. 우리 란필자들인아이작아시모프와자넷아시모프일수있고, 혹은필자중나이가더많은사람인아이작아시모프가지난 1920 년우주선을타고지구로옮겨왔다는유언비어가있었음에도불구하고필자들이속한 우리사람들 일수있다. 우리가 우리사람들 이나 인간 이라고말하면그말뜻그대로읽으면될것이다. 혹시우리가잊고쓰더라도이해해주기바란다. 만약아이작아시모프가지난 1920 년에우주선을타고지구에왔다면그는우주의실상을지 구인보다는훨씬많이봤을것이다. 그는안드로메다성운이가까이있는지 ( 우리은하계의일 부일만큼 ) 혹은멀리있는지에관해천문학자들인커티스와할로우샤플리사이에벌어졌던그 해의논쟁을우스꽝스럽고여겼을것이다. 대부분의천문학자들은안드로메다가가깝게자리 잡고있다고생각했는데, 1923 년에드윈허블은새로개발된 1 백인치형윌슨산망원경으로그 성운을관찰했다. 그는개개의별들을관찰한후 케페우스변광성 이라불리는별들을이용해그거리를계산한 다은안드로메다성운이분명히다른은하계라는사실을밝혀냈다. 천구를, 지구를중심으로도는별들과맴도는행성들그리고태양과달의무대인둥근천장으로그려왔던사람들의 생각을초기의망원경들이부정했던반면윌슨산의망원경은인간의우주에관한사고를돌이킬수없도록바꾸어 놓았다. 곧이어안드로메다외의다른 성운 들이은하계저멀리서관찰되었던것이다. 우리의은하수만존재하는 것이아니라갑자기우주는그누가생각했던것보다훨씬거대해졌다. 기술의진보는인간이저밖에멀리있는실상을더욱잘볼수있도록해주지만신기술이매일등장하면서도오래된 철학적의문들은여전히남는다. 현실이란보기에따라달리해석될수있기때문이다. 광학망원경들은우리은하계에있는먼지들뒷면은보지못하는데전파망원경으로는가능하다. 지난 1983 년새로제 작된적외선탐사용인공위성은약 50 만개의적외선분출지를찾아냈다. 약 1 년전엔로샛위성의 X 선망원경이하늘의 90% 를넘는영역에서수천개의 X 선출처를찾아냈다. 이자료는그 X 선출처들이현재까지알려지지않은물체인지 아니면이미다른망원경으로찾아낸것인지판별하기위해검토되고있다. X 선을방출하는물체들에관한로샛위성 의최근탐색작업은행성간에있는찬가스속이나은하계들의주위와사이에있는뜨거운가스속에서무슨일이벌 어지고있는지는물론, 별들의탄생과진화와작동과소멸까지설명해줄수있는지모른다. 멀리있는실상 (Far-out Reality) 38

39 멀리있는실상을정확하게표현한다함은무엇이보이느냐뿐아니라무슨시각으로보느냐에따라달라진다. 은하계는지구에서어느각도로보나기울어져있으므로천문학자들은시각과은하계의명도나크기등을연결시켜보는데문제점을가질수있다. 과거에도이와같은연구는거리를고려하지않음으로써밝기나크기에관해잘못된결론을내리곤했다. 한편먼지에둘러싸인우리은하계의중심에과연어떤실체가존재하는지를밝히는노력은흥미진진한모험이된다. 최근천문학자들은그중심을차지하고있는것응불랙홀이라는데보다강한확신을갖게됐다. 이제문제는정확히어디냐는것이다. 전파발산지한곳과적외선출원지한곳이주요한후보위치들이다. 맞는곳이발견되면진짜중심이어디인지가밝혀질것이다. 우주에관해알려진실상들은희미한물체들을분별하는우리의능력이증가함에따라하루하루가다르게점점재미있게나타나고있다. 태양보가 1만배더희미한별들도발견됐는데그중하나는제법가까이위치하고있다 ( 태양계에서가장가까운행성인센타우루스자리의알파성까지거리의 8배의거리밖에되지않는다 ). 최근발견된희미한은하계들은헬륨보다무거운요소들을포함하고있는데이는그은하계들의가스가아직도대폭발이후의상태에머물고있으리라고짐작하게한다. 어두운은하계들에관한연구는초기의우주가어떠했는지를이해하는데도움을줄수있을는지모른다. 허블망원경은많은결점이있음에도불구하고우주의기막히도록멋진실상을우리의가정으로전해준다. 이실상을확장해보면엄청나게폭력적이라는연상도가능하다. 별들은불에타고무너져부서지고파괴되며폭발한다. 어떤은하계들은서로충돌하고있고또한과거엔분명충돌했던것처럼보인다. 은하계의중심들엔빛까지도삼켜버리는블랙홀이수많은별들과활활타며흐르는가스에둘러싸여있다. 멀리있는우주의실상은그저무서운것이라기보다는지구에사는인간들에게외로움과위태로움을느끼게만든다. 인간늬눈엔한계가있다. 희미한모습은망막의색깔을감지하는원추형세포들을흥분시키지못해좋은망원경을사용해도은하계는색깔이없는것처럼보인다. 그러나멀리서벌어지는모든회색빛폭력은우리의잘못된인식일뿐이다. 천연색필름을이용하면우주는갑자기그아름다움을자태뿐아니라색깔로나타낸다. 물론천문학자들은필름으로부터얻은그천연색영상이과연 현실 인지잘몰라저멀리로직접방문해자신들의눈으로직접확인할수있었으면좋겠다고생각한다. 그들은왜그많은성운들이모두꼭같이어두운붉은색인지궁금해한다. 그러나중요한것은우주는아름답다는사실일것이다. 색깔과모양과의미를담은아름다움이란눈으로바라보는사람에게뿐아니라눈이사용되는방법과무슨장비의협조를얻었느냐에따라서도달리나타난다. 그러나어쩌면가장멋진아름다움은멀리있는우주를그리는우리마음속에존재할는지모른다. < 과학동아 > 1992 년 5 월호 멀리있는실상 (Far-out Reality) 39

40 협동 (Cooperation) :58 Cooperation 협동 잘아는바와같이남편과아내는함께협동하며살아간다. 협동이란인간이아닌다른생물의세계에있어서도매우중요한낱말이되는데이는협동하며사는무리들이많을뿐아니라흥미로운사례들이오늘도새로이발견되며연구되고있기때문이다. 모든다세포생물들이존재하는것은세포들의협동덕택이다. 세포차원에서의협동은가끔식 은지극히도이타주의적인것처럼보인다. 흔히정자들은독립성이강하고경쟁적이라고생각 되지만쥐의정자들은 ( 가장먼저난자와수정하도록노력함에있어서 ) 사실같은무리속의훼 손된정자들의협조를얻어이목적을달성하게된다. 정상적인정자하나가성공적인수정에 임할때불구의정자들이서로엉켜붙어마개를형성함으로써다른정자들이생식기롼으로돌 입하는것을예방하는것이다. 어떤박테리아들은협동하며먹이를사냥하고침략을일삼기도한다. 또다른박테리아는오 래전파괴가아닌서로의이익을위해살아있는세포속으로침입했다. 이박테리아는세포에 있어매우중요한미토콘드리아가됐다. 우리는인간나름대로의미토콘드리아가없이는살지못한다. 진화를추진하는원동력이이기주의라는명제가꼭맞지는않는것같다. 이타주의적이라든가협동한다는것은개별 적으로는희생되더라도생물의종이살아남도록보증하는대단한장점을부여한다. 이와같은현상은흰개미벌말벌 개미등무리지어사는곤충들의세계에서극적으로잘나타나고있다. 이처럼복잡한세계에서의어떤구성원들은 스스로번식하지못하고오로지같은종류의남들만을돕고자일하기도한다. 예를들어유전적특성들은벌들속에이타심을심어주었다. 새끼를못낳는암펄은그렇게태어난것에어쩔수없을 뿐아니라그사실자체를생각하지도않은채자연적으로새끼를낳는자매들을돕느라열심이다. 협동이란부모의 새끼들에대한헌신으로부터시작해그새끼들이나중엔부모와자신의새끼들을먹여살리는과정으로이어진다. 아프리카의털없는두더지는설치 ( 楔齒 ) 동물중히스트리코그나디계에속한다 ( 기니피그와호저도여기에포함된다 ). 이 두더지는진짜쥐의털없는새끼처럼보이지만우리인간이흔히털이보송보송한어린고양이나강아지를볼때터 뜨리는 어머나, 정말귀엽게생겼네 식의반응은불러일으키지않는다 ( 우리들의아기는머리부터발끝까지털이 라곤전혀없는데도말이다.) 그러나이털없는두더지는포유동물임에도무리지어사는곤충과다름없어매우흥미롭다. 그들에겐새끼를낳는한 협동 (Cooperation) 40

41 마리의여왕이있고이타심이강한다른두더지들은그여왕을돌보며땅밑거대한영토에서의생활이지속되도록열심히노동한다. 이들의복잡한사회상은고작몇년전제니퍼자비스에의해처음으로소개됐으며현재는집중적인연구의대상이되고있다. 우리인간은비이기주의적이고협동심이강해서성공한경우에대해대단한호기심을보인다. 원시인들은늑대를길들여인간을자신이속한무리의지도자로여기는충성스러운개로변화시켰다. 이것이가능했던이유는인간과늑대둘다사냥을할줄알았고또한협동하며사는법을알았기때문이다. 사람처럼늑대새끼들도무리지어사는떼의구성원이어야하도록유전적으로는계획되지않았지만오래지않아사회의일원으로살아가는법을배워나간다. 사람에의해길러진새끼는사람을같은 무리 로여기고지도자로섬기는데이는물론우리에게여러가지혜택을제공한다. 서구의목장주인들은이러한현상을유익하게이용하기위해강아지들을양과함께길렀다. 개들은자신들이양과같은가족이라고생각하며그들을보호했던것이다. 우리의가장가까운친척인침팬지와고릴라역시협동하며살아간다. 침팬지들은서로싸운후에는평화를유지하기위해 키스로화해 한다. 밀림속의침팬지들은최근단체로협동하며사냥하는모습도발견됐는데이는우리의조상들이취했을것으로보이는행동과아주유사한방법이다. 밀림속침팬지들은다른침팬지들보다고기를함께나누어먹는경향이있는데원시인들은바로이와같은이타심으로발전했을가능성이높다. 제인구달의연구는침팬지가다른침팬지들과오랫동안인연을맺고친밀한관계로지내는경우보다오래살아감을보여주고있다. 어느엄마침팬지는아주오래살았는데그것은아들이돌보아준덕분이었다. 엄마침팬지가죽자그아들도슬픔에빠져죽고말았다. 정말우리의가까운사촌임이분명하다. 인간은탁월할정도로협동하며살아가는생명체들이다. 뉴욕맨하탄의고층건물에서창밖을바라보노라면저밑길위에서있음직한못된인간들의행동에도불구하고서로간의협동없이는이와같은도시가건설될수없었으리라는생각을감출수가없다. 스탠퍼드대학의고고학자인존릭이최근수집한증거에의하면석기시대의페루사람들은우리가원시인들이 djejgrp 살았으리라고생각하는것보다는더욱환경을보존하며살았던것으로보인다. 그들이번식하는동물들을보존하기위해어린새끼들을죽이는일을피하려고노력했음은분명해보인다. 또한유아들을살해하는방법에의존하지않으려고어쩌면청소년들을다른곳으로가있도록명령하거나절제있는성생활을통해자신들의자손번식속도가안정되도록했다. 이페루사람들은요즘은잘찾아보기힘든협동심의조화속에서살았던것처럼보인다. 국가들이서로다투거나파벌전쟁으로분열되고정당끼리싸움을벌이며특히큰선거가있는해가되어같은서열끼리도논쟁을할때면인류를협동하는동물로생각하기가어려워진다. 그러나인간이사회적으로협동하며살아가는동물이고생물학적으로협동하며움직이는지구의일부분임에는분명하다. 우리가서로협동하지않을때그결과는잔인할것이며우리는그사실을쉽게깨달을수있을것이다. 자연의섭리를받아들이지못하고있다는점은정말안타까운일이다. < 과학동아 > 1992 년 5 월호 협동 (Cooperation) 41

42 바퀴벌레와컴퓨터 (Cockroaches and Computers) :55 Cockroaches and Computers 바퀴벌레와컴퓨터 전자식계산기가처음등장하여당시계산자에관한필자의새책판매를망쳐버렸을때필자는그계산기들속엔각각지능을갖춘살아있는바퀴벌레가있어작동하는것이라고생각했고또심지어는그렇게활자화하기까지했다. 바퀴벌레나컴퓨터에관해많이알지못하는필자로서는그때의표현이 30 여년이지난지금도 크게틀린것은아니었다는생각이다. 그와같은표현은작가돈마키스가창조한그유명한 아치를필자가인상깊게기억한데서비롯됐는데그소설속에서아치라는이름의곤충이지능 을가졌던이유는시인이었던아치의영혼이불행하게도바퀴벌레의몸으로다시태어놨던까 닭이었다. 물론진짜바퀴벌레들은시적이지못하다. 바퀴벌레와컴퓨터간에무슨닮은점이있을까? 우선바퀴벌레는인류보다 2 억 5 천만년이나앞 서서존재해왔으나컴퓨터는내나이보다젋다. 바퀴벌레의족보는대단하다. 생물분류체계로 는절지동물 ( 지구상에나타난지 6 억 3 천만년이나되는 ) 에속하여유니라미아로재분류되고또 한페리코타에소속되며그중곤충류에속한다. 다른모든절지동물처럼바퀴벌레는딱딱한바깥표피를지녔으며땅 위에사는곤충들이그런것처럼밸브가있는공기통으로숨을쉰다. 바퀴벌레의신경계는신경절이라불리는신경세 포들의뭉치가쌍으로연결됨으로만들어졌다. 머릿속의가장큰신경절이감감가을받아들이고명령을내리지만머 리가완전히짓밟혔을때는흉부나복부속의신경절도근육을수축시키기에충분하도록크다. 모든곤충들은외골격과숨통을가능한한작게만드는것같다. 작은생물의경우큰두뇌를발전시킬수는없으나 컴퓨터의반도체칩처럼각각이힘을합해집합으로활약한다면놀랄만한일들을할수있다. 벌이나말벌이나개미 처럼무리지어사는곤충들은난해한통신수단을통해복잡한사회를형성한다. 바퀴벌레는그렇지못하지만 ( 제발!) 과 학자들은바퀴벌레의조상이무리지어사는곤충으로서자신들을위한큰건축물을조립하거나우리의집을갉아내리 는데숙련되어대단한평가를받고있는흰개미라고믿고있다. 바퀴벌레가필자로하여금작은기계들을연상시키기는하지만바퀴벌레들은기계보다는훨씬빨리배운다. 공기와 표면의진동에민감하여그들은우리를피하고심지어는우리가독약을놓아둔곳을피하는법도배운다. 개개의바 퀴벌레는 4 년이상을살면서 1 천개의알을낳을수도있다. 바퀴벌레는인간이사는곳이라면어디서나찾을수있으 며성공적인삶을누리고있다. 이제컴퓨터도마찬가지다. 필자는컴퓨터를이용하면서도아직도그속에아치가들어있다고믿어컴퓨터전문가인처남에게전화를걸어보았다. 바퀴벌레와컴퓨터 (Cockroaches and Computers) 42

43 그결과현대의컴퓨터는집적회로실리콘칩이라는반도체에의존하는데그모양은조그마한정사각형에작은다리가많이달렸음을알게되었다.(6개의다리밖에없는바퀴벌레보다는지네에더가깝지만 ). 반도체칩들이냉장고밑을기어다니지는못하는데그이유는그들의다리가 ( 입출력을위한 ) 칩들을연결시키는가는금속선들이있는회로판에납땜질되어졌기때문이다. 각칩은적절한전자속성을지니도록얇은실리콘층으로처리되어만들어졌다. 회로축소사진은칩의금속판층들에애칭하는데활용되어수천만개의회로들이하나의칩에들어감으로써엄청난양의입출력을다룰수있도록하였다. 각보드는여러개의칩들을포함한다. 회로에칭을위한전자광선과 X선을이용한신기술로앞으로컴퓨터부품들은더욱작아지고더욱많은것을포함하여컴퓨터의힘을증가시킬것이다. 필자의두뇌는처남이논리게이트를 ( 밸브식인네가지유형의논리게이트로컴퓨터가제작될수있다 ) 언급하면서부터그만포화상태가되고말았다. 필자는바퀴벌레들이간단하지만효율적인조그만한기계들로연상되고자꾸만그흰개미의후손들이화학처리에의해칩으로연결된것처럼생각되었다. 최근필자는실제신경세포들의기능적속성을닮았고이온전류로부터신경자극을만들어내는아날로그형집적회로인 실리콘신경 의개발에관해읽어봤다. 컴퓨터기술자들은심지어는실리콘신경원들을하나의마이크로칩으로집약시키고이칩들을연결시켜정보를처리하는두뇌의유기적인활동을흉내내기위해노력하고있다. 이제우리는마빈민스키가불렀던것처럼 신경회로망 을만드는방향으로나아가고있는듯하다. 컴퓨터는흔히한번에한가지를다루는직선형으로문제를풀어나가지만신경회로망컴퓨터는문제의부분들을다른프로세서와연결되어있는하나의조그마한프로세서에맡길수있다. 만약인간두뇌속의신경원들이나흰개미기둥의개미하나하나사이의활동을통신을통해조직화시킬수있다면인공신경회로망의통신은훨씬수월해져서컴퓨터는기막힌일들을수행할수있게될것이다. 돋이인공기계는뇌를그대로닮게될것이다. 하지만누구의뇌가될까? 마이크로칩은이론적으로는영원불멸하지만열을받아파손당하고힘을받으면깨질수도있다. 바퀴벌레한마리는짓밟힐수도있고여러마리는약을먹고죽을수도있지만그패거리는인간보다훨씬오래살수있다. 지능을갖춘컴퓨터도과학소설속에서는인류보다더오래살기도한다. 그러나낙심할것까지야없다. 바퀴벌레와는달리마이크로칩은스스로를재생시키는법을모르니까말이다. 아직까지는. < 과학동아 > 1992 년 4 월호 바퀴벌레와컴퓨터 (Cockroaches and Computers) 43

44 왼쪽, 오른쪽 (Left, Right) :49 Left, Right 왼쪽, 오른쪽 좌우되기때문이다. 누구나오른손잡이아니면왼손잡이다. 이는한쪽손을다른쪽손에비해선호하는경향을말한다. 오른손잡이사람들의어휘력과운동기능의중심은왼쪽뇌의대뇌피질속에자리잡고있다. 왼손잡이들의 ( 열명에한명꼴 ) 언어중심피질은두뇌의한쪽이나양쪽에있다. 그동안왼손잡이들은비관적인고정관념에시달려야했다. 오른손잡이중심의세계에서씨름 하는왼손잡이어린이들은읽기를잘못하거나말을더듬는증세를보이기쉽다. 여러연구결 과들은왼손잡이들이각종신체적병을얻기쉽고더욱빨리사망하며더많은사고를당하고 부상을입는사실을입증하는것처럼보인다. 그러나이와같은초기의우울한연구자료는이제재검토되고있다. 왼손잡이들은 1890 년이전 에태어난사람들의경우수명이더짧았으나그후로부터는얘기가다른다. 사로를당할우려 가더욱높다는점도아리송한것이사고는사람의나이와성별그리고사고의유형에크게 왼손잡이라고나쁠것은없다. 필자가가장좋아하는천재인벤자민프랭클린도왼손잡이였는데그는미국의건국과 초기개발단계에아버지역할을하면서원숙한노인이되도록오래살았다. 음악의천재인바흐도왼손잡이로 20 명의 자녀를두었는데그중세명은훌륭한작곡가가되었다. 왜많은사람들은오른손잡이일까? 우리의영장류사촌들은평범한활동에있어한손을선호하는것처럼보이지는 않지만우리의초기조상들은그들의일상생활에서오른손잡이였음이분명하다. 약 2 백만년전에살았던사람들은돌 하나를다른돌에부딪쳐날카로운모서리를만듦으로써석기구를개발했다. 오른손잡이사람들은시계방향으로돌을 잘라내어석기의오른쪽에는돌표면의일부가남아있기도하다. 석기시대의인간은그들의망치돌을오른손으로쥐 어잡았음에틀림없다. 최근의연구들은오른손잡이들이인류보다훨씬전부터존재해왔음을암시하고있다. 물론원숭이와같은영장류들이 평범한생활을하며어느한쪽손을선호하지않는다는것은사실이나어떠한시험조건하에서는다른반응을보인다. 특히그들이무엇을하고있는지보기힘들때처럼정교한운동기능이필요할때오른손을이용해야만한다. 과학자 들은나무에살았던조상들이오른손으로는나뭇가지를잡아몸을지탱하고왼손을뻗어다른것을잡곤했으리라고 추측한다. 어쩌면땅에주로살게되었던어떤영장류들은호두를깨서여는데그들의힘있는오른손을이용했을는지 왼쪽, 오른쪽 (Left, Right) 44

45 도모른다. 지금도영장류는왼손보다는오른손으로머리를쓸어빗는경향을보인다. 필자에게왼쪽이냐오른쪽이냐하는문제의가장흥미로운점은사람이든원숭이든왼손으로아기를안는다는것이다. 이는오른손잡이에대한편애의증거라고알려져있기도한데만약왼손으로아기를안으면엄마는왼쪽귀로듣게되고왼쪽시각영역으로바라본다는사실에서기인한것이다. 왼쪽시청각기능은감정자극을받아들이는대뇌피질의우반구에서처리된다. 엄마들은입수되는감정자극을이해하고이에반응하는데가장적절한두뇌쪽으로자신도모르게아기를안음으로써아기에대한정보를받아들이게된다. 어쩌면이것은유아들의생존에꼭필요한엄마와아이간의보다강한감정적결속을만드는지도모른다. 필자는이와같은논리에동의는하겠으나아직도엄마들이아기를왼손으로안는이유는그렇게안겨짐으로써아기가엄마심장의고동소리를보다잘들을수있기때문이라는논리를더욱존중한다. 알고보면심장이중앙에위치하고있음이사실이지만심장은가슴뼈안에자리잡고있다. 그러나심장의정점은약간왼쪽으로치우쳐져있어의사는왼쪽가슴에청진기를대고심장소리를듣는것이다. 아기는 9개월동안엄마의심장소리를들으며지내왔기때문에태어난후에도왼손으로안아주면보다안정감을갖게되는것으로생각된다. 오른손잡이체질과언어구사력, 두발로걷는기능중어느것이가장먼저였을까? 필자는몸의털을잃은것이가장처음이었거나아니면두발로걷는것과동시에시작됐으리라고생각한다. 인간이아닌다른모든영장류는새끼들이달라붙을수있는털을지니고있다. 우리애들처럼처음엔아무것도못하는고릴라새끼들은 3주가지나면엄마의털을잡고붙어있을수있다. 만약발가벗은인간이두발로걸었다면 ( 어쩌면적들이많았던초원에서키가큰풀위로보다잘살펴볼수있도록 ) 아기는엄마손에안겨야했을것이다. 만약아기가왼손에안겨덜울게되었다면아기나엄마나함께적으로부터보다안전했을것아닌가? 이토록오른손잡이의역사가우리의조상으로길게거슬러올라갈수있는반면최근의한이론에의하면우주그자체는왼손잡이라는사실도명심해야할것이다. 살아있는세포속아미노산의핵입자들기울기로부터은하계가회전하는방향에이르기까지우주는분명왼쪽을신호하고있다. 이제과학자들은그이유를밝히려고노력중이다. 필자는그결과가정말기대된다. < 과학동아 > 1992 년 4 월호 왼쪽, 오른쪽 (Left, Right) 45

46 활동하는유전자 (Genes In Action) :48 Genes In Action 활동하는유전자 필자는유전학적체질이되지못하여유전학분야에서벌어지고있는내용들을계속이해하며따라간다는것은필자에겐대단히힘든일이다. 그러나이분야는급속하게확대되어가고있으므로간략한소개와함께최근진행되고있는몇가지연구사례를들어가며설명하는데최선을다해볼까한다. 우선유전자들은유전을위한간결하고조그마한구성요소들이아니라고말하고싶다. 1860년대에오스트리아의신부인멘델이그유명한실험을실시하고있을적에그는교접되는완두콩이보인흥미로운결과의원인이세포핵내의염색체들이었다는사실은전혀몰랐다. 그는나타난현상을조심스레기록하고그의완두콩이분명히측정가능한특성, 즉그가이름붙였듯이쌍으로보이는 요인 들을갖고있다고판단했다. 멘델은 열성 유전요인이파괴되는것이아니라감춰져있다가다음세대에서나타남을발견했다. 1888년염색체가폰발데이어씨에의해이름지어졌을때는아무도그것의구성요소들을몰랐으나후에이염색체는멘델의 요인 들과관련있음이명백하게되었다. 1909년에덴마크의생물학자인요한센은이요인들을 진 ( 유전인자 ) 이라고불렀는데이는그리스어로 누구를낳다 라는의미다. 생명체각종마다독특한염색체의수는상속받는특성들의수보다훨씬적기때문에생물학자들은각염색체가많은유전인자들의집합이라고생각한다. 쉽게자라며번식력이높은초파리는네개의염색체밖에없는데도이파리덕분에유전자가복잡하게배열되고서로얽혀있음이밝혀졌다. 뿐만아니라이미멘델이발견한것처럼유전자는서로교차하며돌연변이를일으킬수있다. 한편가축사육자들은오래전부터생식세포의돌연변이성향을이용해왔다. 1791년매사추세츠주의어느농부는괴상한모습의어린양으로부터다리가짧아들판주변의돌담을뛰어넘을수없는양을탄생시켰다. 초파리덕분에염색체하나에들어있는유전자의수를셀수있게됐고 ( 초파리의경우최소한 1만개 ) 각유전자의분자량은 6천만인것을 ( 분자량은각분자내의모든원자들의원자량의합이다 ) 파악할수있게됐다. 인간은초파리의염색체보다더큰염색체를갖고있다. 우리몸속에있는한쌍의염색체들은각각 2만 ~9만개의유전자를포함하고있다. 그리고분자량은더높으며따라서더욱복잡해진다. 과학자들은이토록복잡한현상들과씨름하고있다. 현대분자유전학은유전자들의활동을이해하고통제하는무시무시한학문이다. 그 유전을위한구성요소들 은바로 DNA분자들 ( 잘알려진 2중나선구조 ) 로알려졌다. DNA 혹은디옥시리보핵산은네개의뉴클레오티드들로구성되어여러조합을이루는데이조합은유전정보라고불린다. 과학자들은이조합을변형시키기위해노력하고있으며이러한노력은유전자재조합기술혹은 유전공학 이라고일반인들에게알려져있다. 이모든노력에는무슨의미라도있는것일까? 물론이다. 유전때문에기능을발휘하는면역성의결핍으로무균보육기에서살아야하는어린이들이있다. 언젠가유전공학이이들에게보통사람과같은삶을제공할수있을는지모른다. 어쩌면 DNA에손상을입은사람들도그손상된부분을고쳐받을수있을때가올지모른다. 우리가나이들어감에따라 DNA는손상되기 활동하는유전자 (Genes In Action) 46

47 때문에우리모두가젊음을유지하는데큰관심을갖고있다는점을고려할때유전공학은모든사람에게중요한것이다. 모든것은연관되어있다. 지구위에사는생명체들의다양성은복잡하게얽히고부분적으로중복되고서로의존재를보호하도록되어있다. 생태계는다양한식물과동물이적재적소를채우며꼭경쟁적이지만은않은많은역할을맡을때가장활동력이있다. 우리에게있어다양성이란만일의위험사태에대비하는보험과다름없다. 만약우리가음식물이될만한소수의동물과식물을집중적으로소비해환경의주요한변화를이겨내지못할만큼유전적다양성이감소하게되면우리는스스로를큰재난을입을위험속에빠뜨리는셈이된다. 우리는더많은생선을먹으라는충고를들어왔으면서도물고기들이사는물을보호하지않았으며지역에따라물고기들을보충할노력도기울이지않은채과다한고기잡이를해왔다. 우리는많은식물을좋아하고필요로하지만곤충이나새나박쥐처럼식물의씨를퍼뜨리는역할을하는생물들을보호하지않았다. 이지구에인간들과인간들에의해만들어진것들만남아있는상황을상상해보라. 인류는그렇게오래살지못할것이므로이러한상상은불가능한것이겠으나만약그럴수있다고한번가정해보자. 내장담할수있거니와우리는적재적소를채우는수백만종의다른로봇을만들어다양성을재창작할것임에분명하다. 그리고나선과연그모든로봇들을통제할것인가말것인가. 그리고그런결정이내려져야하나말아야하나혹은통제가불가능하지않을것인가에대해논란을벌일것이다. 궁극적으로는조용히나무를심고, 씨를퍼뜨리고몰래벌목하는자가있지않나순찰하는로봇도등장할것이다. 아무튼진실이하나있다면우리는다양성을즐기고소로가말했듯이자연을소중히여긴다는점이다. 우리는우리자신보다훨씬더오랜동안즉우리가죽어사라진후에도계속살아나갈지구의일부만이라도느껴보기위해바다로, 산으로, 사막으로가고싶어한다. 당신은한가지과일을먹을수있다는것만으로만족할수있겠는가? 혹은평범하기만한흰토스트빵만있으면좋겠는가? 한가지과일과한가지빵이라는겨우두가지의다양성만으로도입맛이즐겁다는사실을상기해보라. 과학동아 > 1992 년 3 월호 활동하는유전자 (Genes In Action) 47

48 공원현상 (The Park Phenomenon) :43 The Park Phenomenon 공원현상 생물들은자신에게가장적합한지역을고르거나또한살집을만들곤한다. 우리인간도마찬가지지만우리는살곳외에도소위 레크리에이션 장소들을고르고조성한다. 이러한장소들은이제 공원 이라불리며우리들대부분은공원이우리의건강과정신에활력을준다고생각한다. 20세기후반을사는우리가즐기고있는공원은 ( 인류역사상 ) 언제나있어왔던것은아니다. 레크리에이션목적으로사용됐던최초의공원은사냥을즐겼던고대페르시아왕의것으로알려져있다. 세월이흐르면서대부분의왕족이사유지로정원과사냥지역을갖게됐으며가끔씩은가난한서민들의출입이허용되기도했다. 그러다가보통사람들의힘이커지자그들자신을위한공원을조성하고애용하기에이르렀다. 미국최초의대중공원은그역사가 1634년까지거슬러올라가는보스턴공원이다. 대부분의국가들은녹지대를보호하며또한대부분의도시들은잔디와나무가있는토지구획을갖고있다. 필자는이러한크고작은공원들이가끔씩우리의조상들이살았음직한대초원이나산림지역과매우닮은모습을보이는것이결코우연이아니라고믿는다. 원시시대의사냥꾼들이나식물을거두는이들은우리가쉽게공원과비슷하다고느낄만한환경에서살았다. 여기서농사도시작되었다. 필자는있을지없을지도모르는식물 ( 과일이나채소 ) 을찾아무거운발걸음을옮기는것보다쉬운방법으로서농업을발명했던원시시대의한여인을상상해볼수있다. 그러다가그들은무엇을거두어들일것인가외에무엇을재배할것인가하는선택권을갖게되었다. 즉진짜식물원이탄생한것이다. 많은나라에는식물원이있는공원들이있는데이들은마치인간이자연을완벽하게통제하고있다는것을증명이라도하려는것처럼매우그럴듯한모습을띠고있다. 영국의경우이러한인조공원들은 자연주의 사상에따라그특성이바뀌는경향을보인다. 특히넓은공원들은 자연스럽게 보이고자베르사이유에서인기있던직선형이아닌곡선형으로설계되어있다. 자연적인초원과산림과정원환경을의도적으로조성한좋은예는뉴욕시중심부에위치한센트럴공원으로서필자는바로그옆에살고있음을다행으로여긴다. 뉴욕시민들은센트럴공원이대충모나코왕국의크기만하다고말한다. 위대한조경설계가인옴스테드와복스씨는불법거주자들의판자집과쓰레기로가득한환경으로부터센트럴공원을설계하고건설하였다. 센트럴공원에는직선이라고는하나밖에없다. 나무들로경계가나뉘며계속이어져서끝에이르면그유명한계단에다달아벨베드분수와뱃놀이를할수있는연못으로내려갈수있는산책로가바로그것이다. 센트럴공원엔없는것이없다. 나무와이곳저곳노출되어보이는바위들, 시냇물과연못, 각종잔디밭과들판등으로강조되는물결치는듯한조경이이를말해준다. 요즈음이곳의사냥꾼이라면불행하게도다른인간으로부터약탈을일삼는인간사냥꾼밖에없지만옛날의사냥꾼들이여기있다면참으로만족해할것이다. 그러나요즘에도이곳으로부터식량을거두어들이는사람들은여러인종별로많아서마늘명아주류 ( 채소의한종류 ) 마디풀산사나무딸기버찌사과그리고호두와도토리 ( 이 공원현상 (The Park Phenomenon) 48

49 들은새, 다람쥐, 쥐, 우드척그리고어쩌면너구리와도나누어먹어야하는것이지만 ) 등맛있는것들을수확해가곤한다. 모양이별나고사람이기어올라갈수도있는이상한나라의앨리스동상을제외하곤센트럴공원의가장유명한공상들은인간의모습이아니다. 한스크리스찬안데르센동상옆의미운오리새끼, 동쪽길에웅크리고앉아있는케메이산의사자, 1925 년디프테리아병에휘말린알래스카의노움시를구조하기위해혈청전달사명을띤개들을이끌었던발토라는이름의에스키모개동상등이잘알려져있다. 그리고물론센트럴공원엔동물원이있다. 이동물원은새로개조되어예전보다더욱자연미가넘치는데특히열대식물원안을걸어가면새들이귓가에서지저귀고손에닿을만한거리에서뚫어지게사람을쳐다보기도한다. 우리의고대조상들은바로그들의발아래있어방법만알면읽어낼수있었던우리지구의멋진역사에대해아무것도알지못했다. 센트럴공원엔약 5억년전에형성된변성암 ( 어찌나단단한지고층건물의기초로적합하다 ) 인맨하탄편암의노두 ( 露頭 ) 가있는데빙하시대에얼음에긁힌자국이아직도남아있다. 어떤사람들은센트럴공원엔숲이너무우거져있고나무들이적당히솎아내어지지못했다고말한다. 반면필자부부는나무가많은것을좋아하는데이것은어쩌면우리두사람이, ( 지구상의 ) 남쪽사람들이바빌론왕국을건설하거나아고라에서철학을논하고있을적에보다북쪽산림지역에서원시적사냥을했던조상들의피를이어받았기때문인지도모른다. 먼옛날의고향을찾고싶은도시인들가슴속의또다른인간에게, 공원특히센트럴공원은눈과마음을쉬게해주는경치를펼쳐보이며오염도가낮고산소도많은것같은공기를제공하는휴식처가되고있다. 옴스테드씨는뒤건물들을가리고자공원둘레에나무를심었다. 공원의어떤지역들, 그중에서도언덕이있고숲이우거진산책길을걷다보면멀리서들려오는교통소음을들을때까지는정말거대한도시속에있다는사실이믿기어려울때가있다. 그때소음은마치공원주위에웅크리고앉아거칠게숨을내몰아쉬는강철과콘크리트동물의소리처럼들린다. < 과학동아 > 1992 년 3 월호 공원현상 (The Park Phenomenon) 49

50 이빨이말해주는것 (What Teeth Can Tell Us) :23 What Teeth Can Tell Us 이빨이말해주는것 척추동물의몸체중가장단단한부분은이빨이며당연히이빨은어려운일을맡고있다. 이것은고대생명체가화석으로변할때모든지질의변화를견뎌내는부분은두개골과이라는뜻이며어떨때는오직이만이남는다. 따라서이에관해가능한한많은정보를입수한다는것을중요한일이된다. 이는척추동물의특성이며필자가알기로는상어로부터시작했다. 이는육지에사는거의모든척추동물에서발견할수있지만모두는아니다. 예를들어새들은이빨이없다. 그러나새들도처음엔이빨이있었다. 오래전멸종된시조새는도마뱀모양의이빨을가졌으나진화되어가면서사라지고말았다. 새들에겐부리가있는데부리는식생활에훨씬효율적이다. 새는우리인간보다체온이높고그체온을유지하려면계속먹어대야한다. 이때부리는새들이작은씨나곤충등의먹이를쪼는데효율적인기능을한다. 바다거북이나민물거북도이빨이없다. 그들에게도단단한부리가있는데새들의부리에따라갈수있을정도의효율적인것은되지못한다. 그러나거북은장수동물이고느릿느릿삶을살아가므로특별히효율성을필요로하지는않는다. 초기의포유동물은모양이같은이빨을가졌는데그저잘게썰고다지는일련의도끼들에불과했다. 그러다가진화되어가며이빨들도변하기시작했고각기크기와기능이다르게됐다. 우리인간의치아를보더라도앞니는자르고어금니는갈아문지르는이다. 많은동물들은음식물을잡아당기고찢을수있는송곳니를갖고있다. 이는이상하게발전하기도했다. 코끼리에겐상아, 해마에겐긴송곳니가있으며일각고래에겐나사모양의송곳니가하나있다. 독사는상대방을쉽게치명적인상황으로만들수있는독을송곳니를통해뿜는다. 그러나이모든동물의이중에서인간의치아가가장유용할는지모른다. 이빨로부터정보를쥐어짜낼수만있다면고생물학자들에겐큰도움이될것이다. 이것은쉽지만은않은일처럼보이지만이제과학자들은이연구를하기위해바쁘다. 예를들어몬타나주보즈만에있는록키박물관의그레고리에릭슨은바로그정보추출문제에골몰하고있다. 공룡의이를이용하여그는그이에보이는가는성장선을수를세었다. 그리고공룡과가장가까운생존동물인악어의이빨도같은방법으로연구하여그결과를비교하였다. 그는각성장선이이제는멸종된거대한동물의생애하루씩을의미한다고주장했다. 물론이와같은주장은공룡의이빨이자라기까지얼마만한시간이소요되었는가, 그리고보다폭넓은질문으로그공룡이얼마나오래살았는가에대한정보를제공해준다. 이러한실험은그러나쉽게수행될수있는것은아니다. 첫번째문제는악어의이빨을구하는것이다. 이빨을갖고자악어를죽인다는것은부당한짓이다. 대신가죽을얻기위해이미살해된 ( 필자는개인적으로이행위에대해서도격렬히반대하는입장이다 ) 악어로부터이빨을빼내는것이다. 그리고나서이이빨을적절히잡아당긴후그결과를정밀검사를위해현미경으로 이빨이말해주는것 (What Teeth Can Tell Us) 50

51 관찰한다. 이렇게얻어진정보는묵은이가빠지고새것으로교체될때까지이가얼마나오랫동안활용되는가를말해준다. 억센풀을뜯어먹어야하는초식성공룡의경우이는 2, 3개월밖에견디지못했다. 육식성공룡은보편적으로더부드러운먹이를섭취하는데따라서 3년까지도견디는이빨을가졌다. 이사실을입속에남아수십년간그기능을발휘하는인간의치아와비교해보자.(71세의고령임에도불구하고필자의치아는치과의사의정성스런주의를필요로하긴하지만아직도매우건강하다. 물론인간은파충류처럼새치아로교체하지는못한다.) 아무튼이빨로부터얻은정보는나이든공룡과어린공룡을구분할수있도록해준다. 그리고출생률과같은사실들에관한정보도제공한다. 또한약탈동물의수와희생되는동물의수를예측하는데도도움을준다. 이모든것은얼추 1억년은됨직한딱딱한이빨로부터얻게되는정보로서는그리나쁜것은아니다. 노스캐롤라이나주더함시에위치한듀크대학의수잔스트레이트는이이빨에관해다른시각에서접근했다. 그녀는박쥐나영장류처럼작은포유동물의이를주로연구했다. 그녀는살아있는동물이의에나멜이긁힌자국을관찰하면서딱정벌레나뼈와같은딱딱한먹이를씹는동물은부드러운먹이를섭취하는동물에비해다른자국의이빨을가지고있다는사실을밝혔다. 지금까지밝혀낸정보는작은동물의화석속이빨을연구하는데활용되었다. 그결과초기의영장류는대부분딱딱한곤충을잡아먹고살았던것으로파악되었다. 이러한연구는인류의진화를설명하는데도유용하다. 이모든연구들은각기전혀다른곳으로부터얻어진정보들이다른방법으로는예상치못했던사실을감쪽같이밝혀내는방법의재미있는예들이다. < 과학동아 > 1992 년 2 월호 이빨이말해주는것 (What Teeth Can Tell Us) 51

52 타이탄의대기 (Titan's Atmosphere) :22 Titan's Atmosphere 타이탄의대기 대기층은그자체가매우흥미로운현상이다. 강한중력이있는천체는가스분자들을붙잡아우주로탈출하지못하도록막는다. 따라서달이나수성처럼작은세계엔대기층이없고화성엔매우얇은대기층이있을뿐이다. 지구나금성은두터운대기층을갖고있다. 강한중력만이대기층을형성하는유일한힘은아니다. 천체의온도가차가울수록주위의가스분자들은천천히움직이면서표면에보다쉽게붙잡혀있게된다. 목성의위성들은그중네개는제법큰것임에도불구하고대기층을갖기엔아직도너무따뜻하다. 토성의위성중가장크고태양계에서는두번째로큰위성타이탄은훨씬차가우며따라서대기층을가질수있다. 트리톤 ( 해왕성의위성 ) 과명왕성은더욱차가워역시대기층에둘러싸여있다. 이들사이에차이가있다면트리톤과명왕성은대기층이얇으나타이탄의대기층은두꺼우며지구의대기층보다밀도가높다는점일것이다. 이제떠오르는질문은타이탄대기층의정체가과연무엇이냐는것이다. 지난 1944년타이탄의대기층이제라드쿠이퍼씨에의해처음발견되었을때그대개는흔한가스인메탄으로얇은층을이루고있는것처럼보였다. 타이탄의대기층은지구대기층밀도의 1, 2% 정도밖에안되는것처럼보였다. 문제는메탄가스가탐지하기쉬운화합물이라는점이다. 만약탐지하기힘든다른가스가존재한다면어땠을까? 탐지불가능한가스로생각해볼수있는후보로는질소가있다. 그러나우주탐사용로켓시대가열리기전까지는타이탄을가까이서관찰할수가없었다. 어찌보면예전엔실망할수밖에없던것이대기층이너무탁해아무것도보이지않아서타이탄은특징이라고는없는오렌지색깔의원형천체로만여겨졌던것이다. 하지만이제타이탄의대기층을뚫고들어간우주탐사기는타이탄의대기가대부분질소며어쩌면 90% 가까이까지질소일것이라는놀랄만한뉴스를보내왔다. 바로그점이타이탄의대기층밀도를그토록높게만들었던것이다. 이사실은매우흥미로울수밖에없는데태양계에서알려진천체중에서오직타이탄과지구의대기층만이대부분질소라는점때문이다. 큰행성들의대기는대부분수소다. 화성과금성의대기는대부분이산화탄소로되어있다. 그렇다면타이탄의질소가어디로부터왔느냐는두번째의질문이떠오른다. 이질문에대한한가지답은타이탄의내부구조로부터왔다는것이다. 타이탄의중심부는본질적으로는바위지만낮은온도때문에다이아몬드처럼매우단단한얼음층으로둘러싸여있다. 그래서타이탄의유년시절얼음층이형성될때그안에질소를가두지않았겠느냐는 ( 질소는그와같은조건에선쉽게갇힐수있다 ) 주장이펼쳐진바있다. 그후수십억년이지나면서질소가새어나와대기층을형성하지않았을까하는것이다. 타이탄의대기 (Titan's Atmosphere) 52

53 그러나이러한주장은질문에대한답을제대로해주진못한다. 도대체질소가처음에어디로부터온것일까? 그렇다면다른가능성을들어보자. 다른거대한행성과마찬가지로토성은그대기층에상당한양의암모니아가스를가지고있다. 암모니아는질소와수소로만들어진다. 만일타이탄이토성으로부터암모니아를얻었다면적외선이암모니아를깨부수어평범한질소와수소로만들었을것이다. 수소는매우작은원자로구성되어있다. 원자의크기가작을수록더빨리움직이므로타이탄은이수소원자들을붙잡지못하고더무거운질소원자들만붙잡아두었던것이다. 문제는그와같은반응이나타려면타이탄이현재의온도보다훨씬따뜻해야한다는점이다. 예전의타이탄이더따뜻했었는지는모를일이다. 그러나아직은미지수이기때문에이문제는천문학자들이해명해야할과제로남아있다. 한편레이더로밝혀진최근의연구자료는타이탄이공전함에따라반사되는빛이달라진다는것을보여주고있다. 이현상에대한가장좋은설명은타이탄의일부는단단한표면이요일부는액체라는것임이분명하다. 단단한표면은단단한얼음대륙이다. 그러나액체는무엇으로만들어졌을까하는의문이생긴다. 타이탄대기중의메탄은적외선에의해쉽게변형되어일종의쌍메탄분자인에탄으로바뀐다. 메탄은타이탄의찬온도속에서도가스형태를유지하지만에탄은액체이므로최근의생각은타이탄이넓은에탄바다를갖고있다는쪽으로모아지고있다. 이는매우흥미로운사실인데에탄은천연가스와휘발유의중간형태쯤되기때문이다. 에탄은불에매우잘타며기름처럼에너지를제공한다. 사실타이탄은태양계에서가장큰정유소로밝혀질는지도모를일이다. 당연하게도우리는그에탄을담아다른곳에서활용하고자옮기는장면을상상해볼수있다. 그럴수만있다면인류가멸망할때까지타이탄은충분한에너지공급원이될수있을것이다. 그러나문제가하나있다 ( 언제나그렇듯이 ). 타이탄은너무멀리있어거기까지가서에탄을담아이것을활용할수있는태양계내부의다른곳으로가져오는것에는감당하지못할정도로많은비용이소요된다. 어쩌면언젠가이작업을보다값싸게수행할수있는방안을강구할수있을는지모르겠으나, 솔직히말해필자의머릿속엔단하나의방안도떠오르지않는다. < 과학동아 > 1992 년 2 월호 타이탄의대기 (Titan's Atmosphere) 53

54 왜소행성들을관찰하는가? (Why Study Asteroids?) :19 Why Study Asteroids? 왜소행성들을관찰하는가? 필자가찾아볼수있었던가장최근의자료에의하면현재까지 4천8백여개의소행성들이 ( 주로화성과목성사이에서태양궤도를도는조그마한천체들 ) 알려져있다. 뿐만아니라새로운소행성들이계속해서발견되고있다. 그것이뭐가중요하냐고? 우선, 소행성들은어쩌면태양계에서가장오리도록변함없는물체들이다. 이들은너무작아바다나대기권등그들에게변화를초래할수있는게아무것도없다. 40억년이라는나이에도불구하고말이다. 이는즉소행성들을연구하게되면태양계의시초나태양계가어떻게형성될수있었는가에대해많은내용들을알수있을는지도모른다는것을의미한다. 너무도작아빛의점들로밖에보이지않는이천체들로부터무엇을발견할수있겠느냐고? 한가지확실한것은소행성들이햇빛을반사한다는점이며우리는시간이지나면반사되는빛에얼마나차이가생기는지상당한정밀도로 ( 요즘은 ) 관찰할수있다. 보편적으로반사되는빛의차이는소행성들이공전하기때문이며 ( 우리가아는모든천체들은공전한다 ) 다른곳에비해보다밝게보이는지점이있다고믿어진다. 이러한유형의관찰은소행성들이얼만빨리공전하고있는지를밝혀준다. 우리는어떤소행성들은다른소행성들보다상대적으로더어둡게빛나며어두운소행성일수록태양으로부터멀리자리잡고있음을알수있다. 이또한태양계초기에대한힌트를제공한다. 소행성들의궤도상의간격엔공백들이있으며이는흔히이를발견한천문학자의이름을따서 커크우드의공백 이라고불린다. 소행성들은이러한공백등에따라집단으로분류된다. 태양계의시초에이소행성들은충돌에의해생겨났고각집단은보다큰소행성들로부터깨져나온것일가능성이있다. 물론확실히는모르는일이다. 소행성들은또한측정가능한적외선을반사시킨다. 이로부터우리는적외선의명도와일반적명도라는두가지의지식을얻게된다. 이지식들도각소행성이얼마나크며얼마만큼의빛을반사하는지를파악하는데도움을준다. 소행성들의모양은어떻느냐고? 아주가끔식소행성하나가별하나의앞을지날때면수초동안별빛이사라지곤한다. 그별빛이사라지는시간을고려하노라면우리는소행성의너비를판단할수있다. 만약동시에여러명이이를관찰한다면관찰위치에따라소행성의너비에얼마나차이가생기는가를알수있게되고이로부터소행성의모양을파악할수있다. 결과적으로대부분의소행성들은그모양이매우불규칙한것으로알려져있다. 모든소행성들이화성과목성의궤도사이에자리잡고있는것은아니다. 어떤것들은목성밖에서헤매고어떤것들은화성보다더가까운곳에서움직이기도한다. 이중후자에속한것들이더욱흥미로운데이는가까운소행성들이가끔씩 ( 천문학적으로이야기하자면 ) 과히멀지않은거리에서지구를스치듯지나가기때문이다. 이토록가깝게지나가는소행성들은얼마나빨리움직이는지시야에서사라지기전에장비를동원하여작업에임하는것이거의불가능에가깝기때문에이들을자세히관찰하는일은매우어렵기만하다. 이가까운소행성중하나가 ( 혹은 지구를스쳐가는별 이라불리기도함 ) 소행성 4769번이다. 매우신속하게이소행성의 왜소행성들을관찰하는가? (Why Study Asteroids?) 54

55 이동로를관찰한결과이별은아령모양의물체임이드러났다. 요즘은물론지구상의장비에만의존할필요는없게되었다. 우주상의탐사기구들이소행성들가까이지나가면서과거오랜세월동안우리가지구에서관찰해온것보다더많은사실들을잠깐사이에알려줄수있으리라기대되고있다. 소행성들에대한궁극적인질문은과연하나의소행성이라도지구와충돌할것인가하는것이다. 이가능성은분명히존재한다. 사실우리가오랫동안기다린다면 ( 어쩌면수백만년의시간을 ) 이는피할수없는사건이될것이다. 과학자들은이러한사건이과거에도발생한적이있으며 6천5백만년전의지구와소행성 ( 혹은어쩌면혜성 ) 의충돌이공룡을멸종시켰다고점차확신을더해가고있다. 그와같은사건이야말로참혹한재난이아닐수없다. 또한번비슷한유형의충돌이발생한다면온인류의문명은물론이고전인류가절멸할것임에틀림없다. 우리가소행성들에관해파악할수있는모든것그리고그이상을발견코자하는한가지이유는느긋한마음으로생각하기에는너무가깝게소행성이다가오고있지않은가를알아보는데필요한계산을하기위해서다. 만약소행성하나가지구를향해오고있다면우리가할수있는일이란무엇일까? 현재로선아무것도없다. 그러나지구와소행성간의충돌이내일이라도발생할수있음에도불구하고우리가현재평안하게살수있는것은앞으로도수백만년동안은안전할가능성이훨씬높다는점때문이다. 물론우리가소행성들을지구에재난을초래할대상으로만여길필요는없다. 이들중어떤것들은우리에게가까이다가오기때문에 (1백만마일정도로 ) 우리가우주여행기술을진정발전시킨다면그들에, 예를들어화성보다더욱쉽게도달할수있을것이다. 만약이것이가능하다면이소행성들은매우유용한광물이나광석의공급처가될수있다. 소행성들의중력이미약하므로우리는매우적은노력으로그와같은천연자원을발굴하여지구근처로가져와일부천문학자들과다른과학자들이꿈꾸고있는우주도시들을건설하는데활용할수있을것이다. < 과학동아 > 1992년 1월호 왜소행성들을관찰하는가? (Why Study Asteroids?) 55

56 우주수프 (The Cosmic Soup) :18 The Cosmic Soup 우주수프 수프가무엇인지는누구나잘알고있다. 수프란진한국물속에다양한재료들이섞여있는음식이다. 우리는수프를즐겨먹을뿐아니라맛있는수프는하늘이내려준좋은선물이라고생각한다. 그러나수프라는용어는단순히맛좋은국물이라는차원을넘어보다많은사물을희미하게되었다. 예를들어지구가만들어진지얼마되지않고생명체가존재하지않았을때는태초의대기및바다속의단순한화합물에내리쬐는적외선의작용이보다복잡한분자들을형성시켰다. 그렇다면그바다는그러한분자들의 수프 라고생각될수있을것이며따라서 바다수프 라고불릴수도있는것이다. 바다는오늘날까지도수프와같은데다만생명체가존재한다는점이다를뿐이다. 태초의바다수프속엔생물이란없었으며그국물은더욱진했다. 바로이바다수프로부터원시형태의생명체들이처음으로등장했던것이다. 생명의근원을이렇게설명하는데모두가다동의하지는않지만이는가장널리알려진학설중의하나이며우리는 바다수프 의뜻을잘알게되었다. 그러나바다수프조차도수프유형의시초는아니다. 만약우주가천문학자들이확신하고있는것처럼팽창하고있고우리가시간을거꾸로돌이켜우주의어린시절을상상할수있다면우주가축소되어가는모습을그려볼수있을것이다. 우주는서서히작아져가면서그밀도가높아지고더욱뜨거워지며우리가대폭발을향해시간을더욱돌이키노라면우주의온도는수조도에이르게되고결국모든입자들이그조직형태를잃고마는조그마한우주로변신하게된다. 그어떠한분자나원자도없이주로쿼크나특별한입자들 ( 글루온 ) 처럼가장초기형태의입자들만이서로엉겨붙어있는모습이다. 이는 우주수프 라고하는데우리는천문학자들이이수프에대해과연얼마나알고있는지물어볼만하다. 그러나이질문에대한답은 별로없다 는것이다. 그렇다면이우주수프에관해천문학자들이보다잘알수있는방법은무엇일까? 한가지방법은현재의우주로부터 ( 현재의우주에관해서라면상당한지식을갖고있으니까 ) 출발하여거꾸로되돌아가온도가올라갈때마다무슨일이발생하는가를따져보는것이다. 이러한진행은물론불확실성으로가득차게된다. 또다른방법은우주수프의초현미경적인축소판을만들어서무슨일이나타나는가를관찰하는것이다. 이렇게할수있는방안중하나는무거운입자들을함께깨부수는것이다. 이과정에서이입자들은서로밀려나면서우주수프를재생할는지도모른다. 듀크대학교의피터레바이와번트밀러는만일우주수프가그처럼재생된다면밀려들어부서지는입자들의방향으로부터수직방향으로다양한입자들이매우빠른속도로빠져나올것임을믿게되었다. 똑같은속도란점이그들의이론이주장하는바이기도하다. 레바이와밀러는양성자와반양성자라는매우단순한입자들로시작했다. 그들은이입자들을놀랄만한속도로깨부수었는데 우주수프 (The Cosmic Soup) 56

57 아닌게아니라그들의이론대로입자들이분출되었다. 즉, 우주수프를만든것이다. 다른물리학자들은보다무거운원자들을이용해실험을해오고있으므로이에따라그결과로부터훨씬정확하고많은사실을파악할수있는보다강력한형태의우주수프의재생을기대해볼만하다. 만약이러한실험이성공한다면그것이우리에게주는의미는무엇일까? 우선모든자연의힘, 즉전자기력과핵력 ( 강한핵력과약한핵력 ), 중력을하나의공식으로설명함으로써그동안물리학자들이찾고있었던힘의대통합이론을만들수있다는점이다. 또한다른의문점들에대해서도답을해줄수있다. 도대체은하계가어떻게형성되었던가는그동안가장골치아픈의문이었다. 우주수프는매우균등하게분포되어있었다. 그렇다면그것이어떻게그렇게도불균등한은하계와별들의분포로깨어질수있었을까? 지난 1989년, 닐투록은대폭발직후처음 1초후의우주수프는일종의거품을산출해냈는데이로부터은하계가생성되었다고발표했다. 사실투록의계산은그처럼만들어진은하계의크기가 ( 현대우주론의가설과 ) 일치함을보여주고있다. 우주의시작직후잠깐동안밖에존재하지않았던우주수프처럼참으로비밀스러운것으로부터이토록엄청난결과가도출되었다는것은곰곰이생각해보노라면기막힌일이아닐수없다. 그러나바로그점이과학이라는게임의가장흥미로운측면이다. 우리는그저막연한호기심때문에무엇인가를탐구하곤하는데그결과는우리가답이있으리라고기대조차하지않았던문제에대한답을주곤하는것이다. 과학의역사를살펴보면그와같은사례들이얼마든지있다. 최초의현미경사용자중한명이었던앤톤반레벤호크는박테리아를처음으로발견한인물이었다. 그는박테리아가무엇인지아무런지식도없었을뿐더러그당시는모두가그랬다. 그박테리아들은그저살아움직이는조그마한알갱이들정도로여겨졌었다. 그러나시간이지나면서루이파스퇴르는그조그마한알갱이들이병을옮기기도하고또한우리가잘다루면병으로부터예방 ( 혹은치료 ) 시켜주어인간의생명이두배로늘어나는결과를가져온다는사실을밝혀냈다. 과학적발견이어떻게서로얽혀가며우리를새로운세계로이끌지자신있게말할수있는사람은없다. 하기야누가그렇게말하고싶어할것인가? 재미만잃게할테니말이다. < 과학동아 > 1992 년 1 월호 우주수프 (The Cosmic Soup) 57

58 시라노드베르주락 (Cyrano de Bergerac) :16 Cyrano de Bergerac 시라노드베르주락 시라노드베르주락이에드몬드로스탄드의연극에등장하는가상인물임을아는사람들은수백만명도넘을것이다. 이연극의주인공은거대한코를가지고있으며이사실을언급하는사람은누구든죽이고마는인물로묘사됐다. 그는시인이자극작가였으며재치있고낭만적인성격의소유자이면서도한꺼번에백여명을대적해싸워이겨내는무모한인물이었다. 불가능한영웅에대한황당무계한묘사가아닐수없다. 그러나시라노는실제살았다. 그는실존인물로서큰코를가졌었고 ( 연극에서묘사한것처럼큰코는아니었겠지만 ) 다른사람들과다투어살인도서슴치않았다. 그런데시라노에대한가장중요한사실이연극에서는제대로언급되지않았다. 다른무엇보다도시라노는최초의공상과학소설작가중의한명으로줄베르느가등장하기까지는아마도최고였을것이라는점이다. 시라노가발표한명작은, 아니적어도그를가장잘알려지게만든작품은, 1650년에그의허가도없이출판된 달나라여행 이다. 시라노가일찍세상을떠난후 ( 겨우 36세에 ) 자신이승인한초판이 1656년에다시발간됐고 1662년엔그후속물인 해나라여행 이출간됐다. 달나라여행 의가장흥미로운부분은달나라에도달할수있는여러방법들을설명했던점이다. 그당시만하더라도달나라로의여행은회오리바람이나큰새가끄는마차라거나천사혹은저승사자의힘을빌리는등공상으로만가능했었다. 그런데시라노는사람들이전혀생각하지못했던방법들을설명했으며무려일곱가지나고안해내는데성공했다. 1. 뼈의골수를뒤집어쓰는것이다. 당시사람들은달이골수를빨아들인다고믿었기때문에이렇게하면달로여행할수있다.( 이것은물론순수하게전설을따른것뿐이었다.) 2. 이슬이담긴작은유리병들을몸에휘감으면이슬이공중으로올라가면서몸까지도따라올라가게된다.( 이슬은공중으로올라가지만수증기로변하기때문에, 그렇더라도고작몇마일밖에올라갈수없다.) 3. 자석을손에쥐고서철판위에서는것이다. 자석을머리위로던지면철판도따라올라가게된다. 떨어지는자석을받아다시던지는작업을반복한다.( 그럴듯하게들리지만가능한일이아니다. 자석을위로던지면위로올라가는힘을상쇄할만큼의힘으로철판은아래로떨어지게된다. 결국중력에끌려전체는밑으로가라앉게된다.) 4. 무엇인가를공기로가득채우고열을가한후구멍으로빼내는것이다. ( 이것은제트비행기원리의한유형인데주변이공기로둘러싸여있을때만가능하다. 시라노씨가살았던당시는지구에근접한대기권으로공기의존재가한정된다는것과지구와달사이엔수천마일의진공이있다는사실이막이해되기시작할무렵이었다.) 5. 풍선을연기로가득채우면연기가위로올라감에따라풍선을탄사람도달까지올라갈수있다.( 이방법은비행선의원리 시라노드베르주락 (Cyrano de Bergerac) 58

59 인데이역시지구와달사이가공기로차있을때만가능하다.) 6. 강철을소재로한메뚜기모양의기계를만들어그기계가화약폭발의힘으로껑충껑충뛰는것을반복하면서공중을헤쳐나가도록하는것이다.( 이것은비행기같은개념인데시라노에게필요했던것은메뚜기다리대신프로펠러였고반듯하지않고휘어진날개들이었다. 위의여섯가지방법이현실적으로불가능했던것은그들이전설에서따온것이거나기계식으로불가능하거나진공에선전혀가치가없었기때문이다. 그러나시라노씨는더나아가일곱번째방법을설명하였다. 7. 배에몸을싣고, 로켓을붙이는것이다. 결과적으로이방법은유효한것이다. 인간을달나라로이동시켰던것은바로로켓이었다. 사실 달나라여행 의주인공은이방법을이용하여공중으로의여행을시작했다. 어느프랑스군인들이재미로배에로켓을달아자신들을날려보낸것이었다. 로켓이추진력을잃게되었을때소설의주인공은뼈의골수로온몸을문질러남은여행을계속할수있었다. 시라노씨가여행시간전체를로켓에맡기지않았다는것은참으로안타까운점이지만모든것이만족스러울수만은없는것이다. 따지고보면시라노씨편에서볼때로켓의이용을생각해낸것은대단한직관력이었는데이로켓의원리는시라노씨가사망한훨씬이후의 1687년아이작뉴턴이발견한운동의제3법칙을따른것이었기때문이다. 뉴턴이운동의세법칙들을설명한위대한서적이등장한후에는어떻게그리고왜로켓의원리가작용할수있는가를이해하기는쉬웠다. 그러나시라노씨는뉴턴보다 40년가량이전에이미알고있었다. 그는누구보다도먼저로켓의가능성을터득하고있었던것이다. 지난 1969년우주비행사닐암스트롱이달에처음으로발을내딛어 인류의거대한발자국 남겼을때과학공상소설가들을모신신의전당인발할라어디선가에서시라노씨의영혼이흐뭇하게미소짓고있었음이분명하다. 비록 3세기의시간이지난후였지만공상과학소설역사중가장놀라운통찰력이현실로나타난것이었다. < 과학동아 > 1991 년 12 월호 시라노드베르주락 (Cyrano de Bergerac) 59

60 과학평론 (Science Commentary) :06 Science Commentary 과학평론 서기 1800년, 박제된동물한마리가새로이발견된신대륙오스트레일리아로부터영국으로실려왔다. 오스트레일리아는이미구대륙에서는찾아볼수없는독특한식물과동물들의원산지로인식되어왔지만이번만큼은정말희한한것이었다. 이박제된동물은약 2피트의키에털이가득했다. 탄력성이있는납작한부리에물갈퀴가있는발들과넓고넙적한꼬리에다가뒷다리엔독을분비하기위한것으로보이는며느리발톱까지갖고있었다. 뿐만아니라꼬리밑에는구멍이하나있었다. 영국의동물학자들은그만화를내고말았다. 장난이지나쳐도너무지나친것이었다. 그들생각엔호주의버릇없는친구들이여러동물들의부분을꿰맞추어순진한학자들을놀리려는것이분명했기때문이다. 그러나그박제에는억제로꿰맨흔적이없었다. 따라서점점시간이흐른후에는동물학자들도이것이새로운생명체라고인정했다. 이제이동물은과학용어로는 오르니토린쿠스파라독시칼 ( 새부리파라독시칼 ) 이라불린다. 그러나일반인들에겐 오리너구리 로알려져있다.( 플래티푸스는 평평한발 이란뜻이다 ). 오리너구리는틀림없는포유동물로생각됐다. 몸에가득한털이충분한이유가됐다. 그런털은포유동물만갖는것이었다. 그런데이동물은알을낳는것처럼보였고알낳는구조는파충류와매우유사했다. 그러다가 1884년에이르러서야비로소정말알을낳는털많은동물이발견됐다. 이런유형의동물에는역시호주나뉴기니가원산지인가시돋친개미핥기가포함된다. ( 이와같이알낳는포유동물은구멍이하나라고해서 일혈류 라고불린다.) 20세기에들어서면서오리너구리의실제생활이구체적으로알려지기시작했다. 이동물은소금기없는담수에서산다. 이름이오리너구리라고해서오리와같은것은전혀아니다. 콧구멍의위치도다를뿐더러오리부리처럼딱딱하지않은탄력성있는구조로되어있다. 오리너구리가서식하는물은밑바닥이예외없이진흙인데바로이진흙에서먹이를구한다. 약한전류를감지할수있는능력이먹이찾는데도움이되기도한다. 알을낳을때가되면암오리너구리는특별한굴을파고조심스럽게이곳을풀로채워놓는다. 그런다음직경이 4분의 3인치가량되는크기의딱딱하고반투명한껍질을가진알을두개낳는다. 엄마오리너구리는낳은알들을꼬리와복부사이에품고몸을웅크린다. 새끼가알에서깨어나오려면 2주가소요된다. 알을깨고나온새끼오리너구리의입엔이가있고짧은부리가있으며젖을먹고자라게된다. 엄마오리너구리의몸에젖꼭지가있는것은아니지만젖이복부에있는작은구멍들로부터흘러나오고새끼들은이젖을핥아먹음으로써영양분을섭취하는것이다. 이새끼들은자라면서부리가커지고이는빠지게된다. 과학평론 (Science Commentary) 60

61 그러나이토록오리너구리에대해많은사실을깨달았음에도불구하고동물학자들에겐해결하지못한의문이남아있다. 다름아니라이오리너구리가파충류의특성을지닌포유동물인가, 아니면포유동물의특성을지닌파충류인가하는점이다. 생존하는오리너구리로는답할길이없지만과거로돌아간다면어떨까? 여러유형의동물화석을가지고있지만이들은대부분뼈와이를가진화석들이다. 화석으로부터무슨판단을끌어낼수는없을까? 우선, 모든살아숨쉬는파충류는무릎바로윗부분이지면과수평을이루도록다리를뻗친다. 그러나모든포유동물들은다리가땅에닿도록수직형태로뻗는다. 또한파충류의이빨들은모두비슷한모양인반면포유동물의이는날카로운앞니와납작한어금니, 그사이에송곳니가있는등각기생김새가다르다. 한편 테랍시드 의화석은수직형다리와각기생김새가다른치아가있음에도불구하고의문의여지가없이파충류로알려져있다. 이건또왜일까? 그이유는파충류와포유류사이에또다른차이가있기때문이다. 살아있는모든포유동물의아래턱뼈는하나다. 그런데파충류의턱은여러개의뼈로구성돼있다. 테랍시드의아래턱은일곱개로구성돼있다. 그러나이일곱개중하나는매우크다. 다른여섯은매우작고턱의뒷부분에비좁게자리잡고있다. 따라서테랍시드는포유동물로매우근접하게진화되어간파충류처럼보인다. 포유동물은입천장이있어들이마신공기가폐로들어갈수있도록되어있다. 이것은음식물을삼킬때필요한 1~2초동안을제외하고는호흡이끊어지지않는다는것을의미한다. 파충류는변온동물인까닭에산소의지속적인공급을필요로하지않아그와같은입천장이없다. 그런데후에발견된테랍시드는입천장이있는항온동물이었으며심지어는모피까지가졌던것으로짐작된다. 포유동물이거의다된듯한데지금은멸종되어버렸다. 현재살아있는테랍시드는완벽하게포유동물의특성을지녔으며사실포유동물로분류된다. 그러나아직도오리너구리와가시돋친개미핥기는의문으로남아있다. 퀸스대학의질스매킨타이어씨는동물의 3차신경에관해연구하고있다. 모든포유동물의 3차신경은특별한뼈를하나타고흐른다. 그런데파충류의경우엔두뼈사이로흐른다. 융합되기전의어린오리너구리의뼈를관찰하면 3차신경이뼈들사이로흐르고있다. 따라서매킨타이어씨는오리너구리가파충류라고믿는다. 그러나논쟁은계속될것이다. < 과학동아 > 1991 년 12 월호 과학평론 (Science Commentary) 61

62 여성천문학자들 (Women Astronomers) :01 Women Astronomers 여성천문학자들 빅토리아시대에중산층이상의 숙녀들 은전혀쓸모없는사람들로여겨졌었다. 여자들이란그림 이나조금그리고피아노나약간칠정도의교양교육을받았으며혹부유한경우라면옷을사거나 파티에참석하고잡담이나하는등으로시간을소모하며세월을보냈다. 따라서이정도가되지못하는서민층여자들은자연히교육은별로받지못한채생활고를해결하 기위해일을할따름이었다. 물론언제나예외는있었다. 카롤린루크레티아허셸 (1750 년생 ) 은독일여자였다. 그녀는먼저영 국에서오르간연주자로활동하던오빠를찾아가성악가가되기위한연습에열중했다. 그러나이들남매는흥미진진한천문학에모든정열을바치고자음악계를떠났다. 카롤린은결혼도하지않고 (98 세까지살았지만 ) 그녀의모든것을오빠가하는일에투자했다. 시간이있을때면그녀는오빠가만들어준조그마한망원경으로하늘을관찰하곤했다. 카롤린의관찰은훌륭했으며그녀는세계최초의여성천문학자로기록되고있다. 특히그녀는혜성들을열심히찾았는데무려 8 개나발견했다. 오빠의사망후카롤린은독일로귀국했으나여전히조카되는존허셸의천문학적성공을즐기며살았다. 미국최초의여성천문학자는마리아미첼 (1818 년생 ) 이었다. 그당시만해도교육을받을수가없었던그녀는 ( 여자는학교교육을받을수없었으므로 ) 상당한지식을갖춘아마추어천문학자였던아버지로부터비공식적인천문학교육을받았다 년 10 월 1 일, 그녀는혜성하나를발견함으로써곧과학계의주목을받았다 년에는미국항해국에고용되어천문학적계산에몰두했다. 그리고 1865 년에는바사에위치한신설여자대학의천문학교수로임명되었다. 따라서자신이즐기던일과여자들도고등교육을받을수있도록만드는것중에서하나를선택할수밖에없었다. 그녀는후자를선택했으며목숨이다할때까지바사대학에몸담았다. 미첼의천문학적업적은대단한편이아니었지만사회로부터어떠한도움도받지않고여자들을집에서멍청하게있도록만드는그모든견해에대항하여이룩한것이었다. 그녀는미국인구의억압받던절반을상징하는높은표준이었으며미국문예과학원최초의여성회원이되었다. 애니점프케논 (1863 년생 ) 은미국주상원의원의딸이었다. 그녀는새로설립된웰슬리대학에서교육받고 1884 년에졸업한후 1894 년엔천문학공부를더하기위해다시학교로돌아왔다. 나아가추가교육을받기위해레드클리프대학으로전학했으며 1896 년엔하버드대학천문연구소에취직해남은인생을그곳에서보냈다. 그녀는사진으로촬영된많은별들의스펙트럼을분류하는작업에특히흥미를가져분류법을고안해냈으며하버드대학은그후줄곧이분류법을사용해오고있다. 그녀는아주예외적인경우를제외하곤스펙트럼들이연속된열로배열될수있음을보여주었다. 그녀의연구결과는 헨리드레이퍼카탈로그 의토대가되었는데이목록은후에 9, 10 등급이상되는 22 만 5 천 3 백여개별들의스펙트럼분류체계를포함하기에이르렀다 년그녀는옥스포드대학으로부터최초로명예박사학위를받은인물이되었다. 여성천문학자들 (Women Astronomers) 62

63 헨리에타스완리빗 (1868 년생 ) 은조합교회목사의딸로서 1892 년레드클리프대학을졸업하였다. 그리고 1902 년엔하버드대학의연구원이되었다. 그녀는아주세밀하게별의광도를따져 2 천 4 백개의변광성을발견함으로써그당시까지알려진변광성의수를두배로늘렸다. 그녀생애의가장위대한순간은페루에있는하버드천문대에서우리은하계밖에존재하는수많은별들의집단인마젤란성운을연구하던 1912 년에있었다. 마젤란성운의별들은모두가우리로부터거의비슷한거리상에위치해있는데이는전체 ( 지구로부터 ) 거리에비해별들간의사이가짧기때문이다. 그년는그성운속의케페이드변광성들을연구했다. 이들은 ( 밝게그리고희미하게규칙적으로 ) 고동치는별들이다 년리빗을밝고희미한주기가길면길수록별의평균광도가높음을알아냈다 년그녀는다양한케페이드변광의상대적거리를측정하는방법을고안해냈다. 케페이드변광성들은우주의엄청난거리를측정할수있는최초의방법을제공해주었으며이로써우주에대한인간의지식도크게신장됐다. 그러나이를자세히밝혀냄으로써공로를인정받은사람은할로우샤플리였다 ( 어쨌거나그는남자였기때문이다 ). 이런일은자주발생한다 년에조셀린벨은맥동성들을발견했다. 그러나이발견덕택에노벨상을받은이는그녀의상사였다 ( 물론남자였다 ). 벨양은두어깨를움츠리며현실을인정해야만했다. < 과학동아 > 1991 년 11 월호 여성천문학자들 (Women Astronomers) 63

64 대규모탐색작업 (The Great Search) :57 The Great Search 대규모탐색작업 지난 30여년동안천문학자들은우주의지구아닌다른어딘가에생명이존재하는흔적을발견하고자노력해왔다. 이런일을어떻게할수있을까? 이는불규칙적이긴해도무작위적이지는않은어떤전파가있는가를탐색하는것으로가능해진다. 아직까지는아무것도발견되지않았다. 그러나따지고보면탐색노력이빈약했고짧은기간에걸쳐서만이루어졌으며또한한정된수의별들만을대상으로한것뿐이었다. 정말필요한것은그보다는더진지한노력, 즉하늘전체를대상으로하는탐색작업이다. 바로그러한작업이현재계획되고있다. 준비중에있는탐색작업은오는 1992년 10월12일에시작될예정인데이날은콜럼부스의첫항해 5백주년기념일이다 ( 도대체얼마나많은행사들이이날을위해현재준비중일까?) 이는지구밖의지능탐색작업 (SETI) 이라고불리며 1992년 8월초순경에캘리포니아주산타크루즈시에서예비모임이있을예정이다. 이탐색엔소련천문학자들도참여하도록되어있고소련이가지고있는대형전파망원경중셋을미국측에협조목적으로제공하겠다고알려왔다. 이것이현실화된다면매우유용하겠지만소련과미국사이의다른모든협정들처럼실행되려면아주오랜시간이걸릴는지도모른다. 어쩌면수년이소요될는지도모를일이다. 그러나만약이것이실현되기만한다면미소양국이극히특수하고도이론적인분야에공동연구를진행시키는최초의프로젝트가될것이다. 미국항공우주국 (NASA) 은 1970년대초반부터지능탐색장비를설계하고제작해왔지만이번만큼은약 1억달러예산에 10년계획으로준비중인가장대규모탐색이될것이다. 지난 32년간에걸쳐진행되어왔던모든노력의결과들이탐색첫날, 단하루만에다재확인되리라는기대도있다. 이대규모탐색은두부분으로나뉜다. 첫째, 지구로부터 1백광년이내에있는 1천개의별들에대한제법세밀한관측이이루어진다. 둘째, 하늘전역을폭넓게조사하는것이다. 서구에있는여러개의대형천체망원경들이이탐색작업에이용될전망이다. 바로여기에소련의협조는더큰효과를가져온다. 전파망원경들이추가로제공되기때문만이아니라소련제망원경들을소련의이곳저곳에위치시킴으로써전파를수집하는영역이보다넓어질수있는것이다. 물론외계인을발견하는것이무슨가치가있느냐고질문할는지도모른다. 우리가그외계인들이이야기하는것을이해한다거나지성있게답할수있는가능성이란전혀없다고봐도맞는것이다 ( 어떤사람들은외계인들이지구를좋아하게되어우리를침략할수도있기때문에그어떠한경우라도외계인들이보낸적파신호에답해서는안된다고주장한다. 그러나외계인들은우리로부터수백혹은수천광년씩떨어져있으며우리를정복코자하는목적만으로수십만년의여행길로접어들겠다고 대규모탐색작업 (The Great Search) 64

65 결정할가능성은도무지없어보인다.) 뿐만아니라우리가전달받은전파메시지는수백, 수천광년의거리밖에서온것이기때문에우리가이에응답하더라도이응답이외계인들에게전달되려면수백, 수천년이필요하다. 그렇다면외계인들을찾을만한가치는더더욱왜있다는말인가? 물론우리는그들이나그들이보낸메시지로부터무엇인가배울수있다는점도상상해볼수있다. 그러나내견해로는이보다더중요한것이있다. 우리가사는지구는인구과잉과환경오염, 전쟁의위험으로스스로파멸하기직전에있다. 어떤사람들은우리만이우주의유일한지능적생물이며다른곳엔생물체가만들어지지못했거나아니면만들어졌더라도자멸했으리라생각한다. 그래서우리만이파멸직전에살아있는생명체라고믿는것이다. 이것은무시무시한생각이다. 그러나만약지구밖누군가로부터어떠한메시지를받았다고가정해보자. 우리는그메시지를이해할수도없고그들에게접근할수도없지만한가지만은즉시깨달을수있다. 첫째, 외계인들이우리에게까지메시지를전송할수있었던반면우리는그들에게무엇인가를보낼만한능력이없다는점에서그외계인들이우리보다더욱발전되어있다는점이다. 둘째, 외계인들이존재한다는사실이다. 지구가파멸되지않을는지도모른다는희망을주는것이기때문에우리보다우수한생명체들이자멸을피해서존재할수있었다는사실을확인하는것은반가운일일것이다. 그렇다면바로그점이다. 우리는외계인들이무슨뜻을전달하려했는지이해한다거나그들과대화를나누어야할필요가없는것이다. 그들이메시지를보냈다는것자체가우리에겐결정적인정보가된다. 한마디만더하자. 이대규모탐색작업을가능하도록해주는높은수준의첨단기술은우리가비록어떤메시지를탐색하지는못하더라도우주에관한매우재미있는현상들을새롭게발견토록해줄것이다. 우리는지난날예기치않은시점에맥동성이나준성들을발견해왔는데, 그처럼지금계획중에있는대규모탐색작업이거대한우주에서갑자기우리의주목을끌만한다른무엇인가를찾아줄는지누가알겠는가? < 과학동아 > 1991 년 11 월호 대규모탐색작업 (The Great Search) 65

66 천랑성의색깔 (The Color of Sirius) :50 The Color of Sirius 천랑성의색깔 하늘에서가장밝은별은시리우스, 즉천랑성 ( 天狼星 ) 인데이별은희고뜨거운다이아몬드처럼빛난다. 보통천랑성과같은별은그색깔이나밝기에변함이없다. 그런데고대와중세기시절에천랑성이자주 붉다고 표현됐던것은꽤나놀랄만한일이다. 도대체어떻게천랑성이붉었다는말인가? 사실여기엔여러가능성이존재한다. 따지고보면천랑성은이중성이고두별중의하나인천랑성B는백색왜성 ( 矮星 ) 이다. 백색왜성은평범한별로시작됐다가적색거성으로확장된다. 그리고이적색거성은백색왜성으로다시붕괴된다. 따라서천랑성B가적색거성으로확대됐고바로그이유때문에천랑성이붉게보인것이라고가정해볼수있다. 그러나이러한가정은타당성이없다. 천랑성B는천랑성으로부터꽤멀리떨어져있어붉게변하더라도흰천랑성에영향을미치지못하기때문이다. 뿐만아니라별이적색거성이됐다가붕괴되면흔히수천년동안남아있을구름같은것을만든다. 그런데이러한구름이보이지않으며따라서만약천랑성B가적색거성으로있다가백색왜성으로붕괴되었다면아마도수천년전일이었을것임이분명하다. 두번째가능성은천량성A와 B 둘다가스구름에둘러싸여희미하게보이면서붉게나타나도록만들어졌다는것이다. 그러나이런가스구름역시수천년동안존재했어야만하는데지금은현존하지않는다는사실은그와같은상황도부정하게만든다. 그렇다면또하나의가능성도상정해볼수있다. 천랑성은고대이집트시대에는하늘에서보이는것자체가특별하게취급되던별이었다. 제사장들은천랑성이지평선에처음나타나는것을관찰하곤했다. 그리고그별이그런식으로시야에나타날때면지평선의안개와더불어붉게보였던것이다. 따라서천랑성은붉은별로여겨졌다. 나아가, 물론중세기천문학자들이천랑성을붉다고이야기했던사실역시오류였을가능성이높다. 그들이보았던것은천랑성만큼빛나며훨씬붉은아크투루스였을는지도모른다. 중세기의대천문학자들은중국인들이었다. 그들은천랑성을포함한별들의색깔이변하는이유를따져보았는데, 그러나그이유들은점성술에근거를둔것이었다. 중국인들은우주가별들에의해움직인다는식의점성술적사고를가졌으므로순서를뒤바꿔본셈이었다. 즉세상에발생하는사건들을보고이들이별들에의해좌우된것이라는해석을내리는것대신에중국인들은천상의변화를살펴본후이해석에따라지구상의만물이움직인다고생각했던것이다. 천랑성의색깔 (The Color of Sirius) 66

67 그렇지만천랑성은흰색이었고그런견지에서이별에어떤변화는없었다고분명하게지적하는중국서적들도있다. 이는별들의색깔이변하지않았다는것이아니다. 사실어떤별들은변하곤한다. 가령어떤적색거성들은고동치듯 이떨면서보통때에비해어떨땐더커지고더붉어진다. 이러한유형의별로가장잘알려진것은오리온자리의 베텔기우스이다. 또다른별은고래자리의미라별이다. 그러나이경우에도색깔의변화는미비하여흰것이붉게변했다고말할수는없다. 또한별들중에는색깔은변하지않지만밝기가달라지는것들이있다. 페르세우스자리의알골이라불리는별은주기적으로점차희미해지다가다시밝아지다가한다. 알골은이중성으로서하나가다른하나보다훨씬크고희미한것이명백하다. 주기적으로희미한별이밝은별앞으로움직이면알골의명도는낮아진다. 일정기간이지나면희미한별이계속이동함에따라다시밝아지는것이다. 이는 식 ( 蝕 ) 변광성 이라불리며이러한별들은많다. 또어떤별들은이렇게가리거나하는일과관계없이점점희미해졌다가다시밝아지곤한다. 이별들은그냥떨리면서크면희미해지고작아지면밝아지는것들이다. 이들은 케페이드변광성 이라고한다. 이별들은아주중요한데그이유는은하계의거리를측정하는데활용할수있기때문이다. 마지막으로실질적으로붉은별들이있다. 사실대다수의별들은붉다. 또한작고희미하다. 얼마나작은지그표면의온도가 2 천도밖에안되는에너지를가지고있을뿐인데이는우리태양의 5 천 7 백도와비교되는것이다. 이별들이 ' 적색왜성 이며약 4 분의 3 에이르는모든별들은적색왜성인것이다. 적색왜성에생물체가있을가능성은희박하다. 그러러면태양과같은별이필요한데우리은하계의 10 퍼센트만이태양과유사할뿐이다. 참고로천랑성은우리태양보다너무크고밝아이역시생명체를지원하지는못한다. 여기서한가지이야기하고싶은것은천랑성은앞으로도 10 억년이상 주 ( 主 ) 계열 에속하지않으리라는것인데 ( 대부분의별들은절대광도와표면온도의관계를그린도표상의주계열에속한다 ) 이는태양의 1 백억년기간과비교되는것이다. < 과학동아 > 1991 년 10 월호 천랑성의색깔 (The Color of Sirius) 67

68 식어가는온천 (Cooling Down) :47 Cooling Down 식어가는온천 에너지를얻는확실한방법중의하나는지구그자체로부터추출해내는것이다. 지구의온천은이러한자연적인에어지공급원이며따라서우리가할일이란땅에구멍을파고열이올라와전기로변환되도록하는것뿐이다. 샌프란시스코로부터 1 백 15 마일북쪽에위치한한온천지역은지난 1960 년부터개발되기시작했다. 이지역을개발하고있는사람들에게이곳은지구의내부로부터값싸고매연없는전기를공급받을수있는조건이완비된곳처럼보였다. 뿐만아니라그와같은전기를생산할수있는곳은더욱많은것으로여겨졌다 년도에이르면 2 천메가와트의전기가생산될것으로예측됐다. 불행하게도사실은그와달리나타났다. 총전기생산량은 2 천메가와트가아니라 1 천 5 백메가와트밖에안됐다. 또한땅속에있는수증기의압력에무겁게눌려있었다. 문제는지하에충분한열기가있음에도불구하고물이부족했던것이다. 그래서너무도많은장비들이동원됐다. 사람들이해야하는일이란증기로가득한바위의틈속으로수많은구멍을파고서열기와함께전기가올라오길기다리는것뿐이었다. 결국그런작업이진행됐는데구멍들이늘어나면서열과전기획득량은점점줄어들게됐다 년대후반에이르자그온천지역이과도하게개발됐음이분명해졌다. 그러나그동안에도엔지니어들은 3 백만인구가쓸수있는 3 천메가와트의에너지를생산하기에충분한양의증기가추출될수있을것으로믿어의심치않았다. 이와같은에너지공급은 30 년간계속될것으로생각했다. 그러나이것은틀린예측이었다. 만약온천지대가보다천천히개발됐더라면기대에어느정도부응했을지도모른다. 그러나사실은그렇지못했다 년대의석유파동당시휘발유값은하늘로치솟았지만지하에너지를뽑아낼수있다는것은기술적으로너무나확실했다. 뿐만아니라어려운에너지시대를맞은미국정부는지하에너지를개발하는데경제적특혜를부여하고있었다. 그결과온천지대의개발은가속화돼연 780 메가와트에서 1 백 50 메가와트로생산량이뛰었다. 따라서 1988 년도의전기생산량은 1981 년도에비해두배이상늘어났다. 온천증기의압력이기하급수적으로하락되고있음이분명한데도전기생산을위한기술개발은계속됐다. 이전에예측했던만큼의에너지를공급받기에는암석이나온천지대의갈라진틈바구니에물이부족하다는사실이누구에게나명백하게인식되고있는데도개발은현재진행중이다. 사실캘리포니아주에너지위원회는온천지대를개발하는데필요한각종작업들을이미승인한바있다. 이제전문가들은이지역을회복시키는방법들을고안하고있다. 가장좋다고생각되는방법은압축된증기가공기속으로사라져버리기전에이를이용해찬물을온천지대속으로주입시키는것이다. 그러나그렇게하더라도가뭄으로물이귀한까닭에작업가들은그지대의원기를회복시키기위해서는수도관을묻 식어가는온천 (Cooling Down) 68

69 어야될것으로보고있다. 물론다른온천지대들이개발될수도있겠으나이를위한기술개발은조심스럽게진행되어야한다. 미국내화산지역지표면에서발생하는열에너지는미국내전체석탄보유량에너지의 10 배가량될것으로여겨진다. 엔지니어들은건조하고뜨거운바위에구멍을뚫고깨부순다. 그리고물을흘려넣게되면다른구멍으로다시나오게되는것이다. 이제과연뜨거운암석이너무빨리식지도않고물이과다하게새나가지도않은채유지될수있는지를밝히는일년간의순환시험을위한마지막준비가한창이다. 지하에너지는뜨거운암석에서만생기는것이아니라지하 5~7km 에놓인녹은바위, 즉용암으로부터생긴다. 그토록깊은지하밑의용암에까지파들어갈수있는튼튼한장비는없다. 현재사람들은캘리포니아주요세미티국립공원동부에위치한롱밸리에서작업중이다. 그들의목표는 6km 를파들어가거나 5 백 C 열지대를만나든가그중하나를달성하고자하는것이다. 지하에너지는지하에너지및화석연료저장고의혼합성격을띤텍사스와루이지애나주에서도얻어진다. 이지하저장고는바닷물이빠지지않는진흙층사이에놓인구멍많은사암 ( 砂巖 ) 상에지금으로부터약 1 언 5 백만년부터 1 천 8 백만년전사이에형성됐다. 그후침전물이쌓임에따라이곳에압력이가해졌다. 그리고유기물질이부식하면서메탄가스를만들어낸것이다 년대에는압력받은지역에구멍을파는간단한작업이지열의분출물과메탄가스나천연가스를배출할수있으리라고짐작되기도했다. 그후수년간의연구는이러한낙관거인가능성을줄이는것이었다. 그러나미국에너지부의레이몬드포춘씨는단한개의구멍이라도생각보다는많은양을뽑아올릴수있으리라는견해를고집하고있다. 어떻든간에일반적인지열에너지와관련된그동안의경험은이새로운에너지공급원에대한사람들의생각을불확실한것으로만들고말았다. < 과학동아 > 1991 년 10 월호 식어가는온천 (Cooling Down) 69

70 더밝은물체 (Greater Luminosity) :45 Greater Luminosity 더밝은물체 몇주전나는지금까지알려진가장밝은물체를이지면을통해소개한바있다. 그런데그기록은벌써깨지고말았다. 영국과미국천문학자들로구성된연구팀은 1천4백개성운의적색편이를측정하면서우리로부터멀리떨어진곳에서적색편이를나타내는성운을별견했는데그거리로따져볼때엄청나게밝은것이었다. 사실그성운은태양보다3백조배이상밝고우리은하계전체의 3만배에해다하는광도를가졌다. 이물체는지난번전했던것보다 40퍼센트더밝은것인데달이보면매우특이하다. 대부분의발광체는가시광 ( 可視光 ) 상태로빛난다. 그러나이새로운발광체는그것이지닌에너지의 99% 를적외선을복사한다는것이다. 이제궁금한점은 무엇이과연이같은적외선광태의원인이되고있을까? 이다. 이와같은현상을발견한천문학자들은두가지의원인을추정한다. 하나는에너지를방출하는성운의핵심부에준성체하나가감추어져있을수있다는것이고, 또하나는성운내에서별들이폭발적으로형성되고있으리라는것이다. 이둘중그참원인이무엇이됐건간에그것이빚어내는결과가중요하다. 만약성운의핵내에준성체가있다면오래가지않을것이다. 준성체는자체의복사압력이성운을날려버릴때까지고작 1백만년밖에남아있지못한다. 그결과, 만약준성체가바로그발광체의원인이라면 ( 천문학용어로설명해서 ) 그중성체의불은켜진셈이다. 그러나만약그발광체가별들의형성에의한것이라면그성운은어쩌면점화의첫단계에놓인은하계인지도모른다. 어쨌건천문학자들은매우특이한현상을포착한셈이다. 부차적인얘기이긴하지만그빛나는물체는첫관찰에선놓쳐버리고만것이었다. 영미연구팀은적외선천문위성 (IRAS) 이지난 1983년발견한희미한적외선의공급원이되는상태를밝은빛속에서만찾고있었던것이다. 그런데 2년전어느관찰연구의마지막밤이었다. 연구진이장비를하나의적외선공급원에정확히맞추고있다고생각했었으나다른물체가그들의스펙트럼에등장하는바람에적외선공급원을놓치는일이발생했다. 이내연구팀은그물체가준성체임에분명하다고일단짐작했는데, 그러나준성체가존재한다면스펙트럼선이넓혀질수밖에없음에비해이경우엔사실이그렇지못했다.. 이는준성체일것이라는가정을약화시키는것이었다. 그성운의먼지구름은질량이매우커별들이폭발적으로형성됐다는가설을지지한다. 그구름은주성분의대부분이금속체로서무게가우리태양의 10억배정도된다. 이정도의무게라면은하수보다더무겁고따라서별들이급속히형성되고있는은하계로보기에꼭알맞다. 만약이러한가정이모두사실이라면은하계는천천히형성된다는천문학이론에반하여별들의탄생이급속도로진행되고있다는것이된다. 사실천문학자들은정녕어떻게은하계가형성되는지를밝히기위해고군분투하고있다. 어떤학자들은은하계들이 저절로 만들어지며존재하기시작한지 10억년이채못된다고믿는다. 다른학자들은은하계들이더욱오랜시간에걸쳐만들어지며적어도수십억년이걸릴것이라고믿는다. 더밝은물체 (Greater Luminosity) 70

71 따라서천문학자들은우주의가장오래된물체들이라고생각할수있는공모양을이루는성단들을연구해왔다. 그중둘이연구의대상이되어왔는데그들은서로 30 억년의나이차가있는것으로여겨졌다. 그러나그들의화학성분이서로매우달라어쩌면바로그점이나이차의원인일는지모른다. 또한두구형성단들중의하나는주로청색거성으로이루어져있고, 다른하나는적색거성으로이루어져있다. 왜이래야만하는지에대해천문학자들은아무런확신을갖고있지않다. 은하계가급속히혹은천천히만들어지는것이과연중요할까? 무론이다. 우주가급속히혹은천천히만들어지는가에대한질문으로도대두될수있기때문이다. 개개의은하계들은급속히혹은천천히, 둘중한방법으로형성되겠는데아무튼이는우리자신들이빨리혹은느리게형성되고있음도의미한다. 정확히말해우리가속한이은하계는수십억년전에, 그것도우리의태양과지구가존재하기수십억년전에만들어졌다. 은하계는태양과태양계가창조되기 50 억년전, 그리고우리인간이있기 1 백억년전부터존재하기시작했다. 우리의태양계는엄청난가스구름으로부터만들어졌다. 이가스구름은우리의은하계가형성되고스스로지니던가스를없앰으로써생긴것뿐이다. 만약은하계가이런식으로만들어지지않았더라면태양이나지구는영영탄생하지않았을것이다. 이제이해되는가? 은하계가과연급속히아니면천천히형성되는지를우리가중요하게여길수밖에없음은바로그것이태양과지구가과연탄생하느냐마느냐와직결되는문제이기때문이다. 만약은하계들이급속히형성된다면우린여기존재하는것이고, 만야천천히형성된다면우린여기존재하지않을는지도모른다. < 과학동아 > 1991 년 9 월호 더밝은물체 (Greater Luminosity) 71

72 화산 (Volcanoes) :42 Volcanoes 화산 일본다마가와대학의조니온오사카씨와같은화산학자가하는일이란화산이언제폭발할는지를미리예측하는것이다. 화산은흔히생명력을잃은사화산처럼보인다. 일단폭발과정이끝나면분화구에용암이집결되어응고된상태로마개를형성함으로써다시는폭발이없을것처럼보이는것이다. 그러나이는그릇된믿음일뿐이다. 지구밑깊은곳어디선가에선지구자체의내열로말미암아수증기가생긴다. 그수증기의양이많아지고압력이높아지다보면결국화산의마개는뽑히고만다. 보편적으로화산의분화는온순하며그결과는비교적경미한분화작용에머문다. 그러나가금씩거대한폭발이일어나수천명의사람들이죽기도한다. 일본에서도운젠산맥의후겐화산은그간사화산으로널리알려져왔다. 후겐화산은지난 1792 년에마지막으로폭발하면서약 1 만 5 천명의인명피해를초래했다. 그리고그때이후론잠잠했었다. 후겐산부근의수천명의주민들이소개됐고그렇지않아도스스로현장을벗어났다. 그런데지난 6 월 3 일엔흘러나오는용암의양이상당함에따라 35 명이목숨을잃고말았다. 그때오사카씨는용암의분출이더욱늘어날뿐아니라분화작용도격렬해지리라고확신했다. 오사카씨의생각은옳았다. 오래지않아후겐화산은엄청난위력으로폭발하며바위와돌맹이들을무려 8 마일밖으로내던졌다. 대체로화산으로인한피해는 화쇄류 에의한다. 화쇄류란고열의가스와화산재가산을타고내려오면서사람들이대피하기전에덮치는것이다. 약 1 백년전에도마티니크섬의펠레산이폭발한후화쇄류가분출돼토굴감옥깊은곳에갇혀있었던죄수한명을제외하고는그섬수도의모든사람들을한명도남기지않고살해해버렸다. 후겐화산의폭발과거의동시에무려 6 백년간을 죽어 지내건필리핀중부의피나투보휴화산도비슷하게폭발했다. 이피나투보화산의폭발은필리핀에서의중요한미군기지인클라크공군기지의아주근접한곳에서발생했다. 따라서그공군기지는이전할수밖에없었으며과연그곳이다시활용될는지에대해서도의문이제기되고있다. 그폭발에의한화산암편들은 15 마일이상을날아갔는데화산학자들은피나투보화산의분화작용이증가하리라고믿고있다. 어쩌면앞으로도수개월혹은수년동안을계속할는지모른다. 일본의화산과필리핀의화산사이엔어떤연관성이있을까? 직접적인것은없다. 두화산은서로너무멀리떨어져있기때문이다. 그러나지구표면의가벼운바위로구성된태평양지판은그밑의보다무거운부분위에 떠 있어서아시아나북아메리카서부지역의지판모서리부분을계속해서갈아문지르고있다. 이현상은지진을발생시킨다. 뿐만아니라일본으로부터라틴아메리카에이르는태평양지역둘레에서나타나는분화작용은원을그리는소위 불의고리 를만든다. ( 약 1 백여년전진화론자다윈의둘째아들이이불의고리는까마득히먼옛날에달이지구로부터뜯겨나간자국이라고주장한바있다. 그러나매우극적인주장임에도불구하고그주장은완전히틀린것이다.) 현재세계이곳저곳에산재한활화산의수는 37 개인데그중일본의후겐화산과필리핀의피나투보화산을포함한 29 화산 (Volcanoes) 72

73 개는바로이불의고리에위치하고있다. 물론일본과인도네시아는지구상에서가장화산작용이활발한지역이지만서구역시나름대로폭발하기쉬운화산들을갖고있다. 비록일본이나필리핀의화산과비교할때하찮은것이라해도세인트헬렌화산도불의고리가낳은작품이다. 기타멕시코나중미지역에도화산들이존재한다. 현대의가장어마어마한화산폭발은 1815 년인도네시아의탐보로화산에서있었다. 폭발이봉우리부분을완벽하게날려버려엄청난양의화산재가대기성층권으로쏘아올려졌고거기서다시가라앉을때까지수년간을머물렀다. 그당시무척이나아름답던저녁놀은바로그화산폭발의부산물이었다. 반면덜유쾌한사실도있었는데그성층권의먼지가햇빛의많은양을차단시킴으로써이례적으로찬기온을만들었던것이다. 이사실은뉴잉글랜드지역에서가장잘나타났는데그곳에선 1816 년한해동안 7,8 월을포함해한달도빠짐없이눈이내렸다. 따라서그곳사람들은그해를 여름이없었던해 라고불렀다. 수백명이추위에얼어죽기도했다. 기원전 1500 년엔그보다더욱극악한화산폭발이있어한참번성기에있던테라섬의모든것을파괴시켜버렸다. 그폭발은지중해크레타섬에먼지구름을만들고화산재를뿌려그곳에문명에심각한피해를초래했다. 또한높은파도를일으켰는데어쩌면그것이노아의대홍수신화를낳게만들었는지도모른다. 사람들은이집트와소아시아지역으로피난을가야했으며문명은거의파괴되다시피했다. 그폭발은가위엄청난것이었다. < 과학동아 > 1991 년 9 월호 화산 (Volcanoes) 73

74 토성의테가사라지고있다 (Saturn's Rings Will Not Last Forever) :39 Saturn's Rings Will Not Last Forever 토성의테가사라지고있다. 토론토시에있는캐나다이론천체물리연구소의루크돈스씨는토성주위의테를세밀히관찰하여왔는데올해초발표된그의연구결과는놀랄만한것이다. 토성을둘러싸고있는둥근반지모양의동심테는태양계에서가장아름다운물체다. 다른외행성들도테를가지고있지만목성이나천왕성, 해왕성의테는얇고어두우며그생김새가과히중요하게보이지않는다. 그러나토성의테는크고밝으며화려하다. 왜그럴까? 돈스씨는토성의테가아름다움의절정에이르른때에우리가살고있을뿐이며이테는조금씩조금씩사라지고있다고믿는다. 토성의테를사라지도록유도하는데에는두가지현상이존재한다. 우선토성의위성들은테를영구적으로유가지현상이존재한다. 우선토성의위성들은테를영구적으로끌어당기고있고그테를형성하고있는무수한입자로부터궤도상의에너지를빼앗는다. 그결과입자들은서서히나사방향으로토성을향해움직이면서궁극적으로는사라져버린다는것이다. 돈스씨는토성의테가사라지려면약 1 억년이소요될것이라고예측한다. 두번째현상은테를구성하는입자들과혜성들의먼지알갱이들과의지속적인충돌이다. 혜성의먼지들은테입자들을분쇄시키며점점작게만들고따라서보유한에너지지가급격히사라지도록하고있다. 혜성의먼지가가져오는효과역시약 1 억년동안이면테를없어지도록한다. 나아가서혜성의먼지들은매우검어서테물질속에조금만섞여도어둡게나타나도록만든다. 오늘날토성의테중일부분은밝고얼음으로구성되어있음이명백한데이는이테가아직은혜성의먼지에의해더럽혀지기시작한지오래지않았음을의미한다. 똑같은과정이목성과천왕성과해왕성까지도적용되겠지만이경우교체될수없는것은그테가너무크기때문이다. 토성의테는어디서부터왔을까? 돈스씨는큰혜성, 혹은여러개의혜성들이토성을너무가까이스치며지나가다가찢겨졌던것이아닌가생각한다. 혜성들은얼음덩어리이므로그테들도얼음조각으로구성되어진것이다. 물론다른의문들도제기될수있다. 홰혜성들이훨씬큰목성이나다른행성들도아닌바로토성에의해찢겨졌는가말이다. 뿐만아니라찢겨진혜성의수도한개정도일수가없다. 돈스씨는 10~1 백개의혜성들이였으리라추측한다. 언젠가우주탐사기가토성으로보내질것이다. 이탐사기는토성의위성들을관찰할수있는지점에서위성들이가지고있던에너지를빼앗음으로인해점점토성으로부터멀어지고있는가를측정할것이다. 다시말해테가토성을향해움직임에인해점점토성으로부터멀어지고있는가를측정할것이다. 다시말해테가토성을향해움직임에따라위성들이토성으로부터점차떠나는것이다. 그렇게만측정된다면의문들은풀릴것이다. 토성의테가사라지고있다 (Saturn's Rings Will Not Last Forever) 74

75 또하토성은많은수의위성들을거느리고있으며이중어떤위성들은매우특이한것으로밝혀졌다. 제트발사연구소의찰스요더씨는토성의가장안쪽에위치한위성들인야누스와에피메테우스를연구해왔다. 이위성들은토성을둘러싼테의바로안쪽부분에있으며지구에서테의모서리를볼수있었던지난 1966 년까지는발견되지않았다. 야누스와에피메테우스는작은위성들로서거의똑같은궤도를가지고잇다는사실이알려지게되었다. 4 년마다그별들은매우가깝게근접한후서로궤도를교환한다. 하나가토성에돔더가까워지면다른하나는좀더멀어진다. 이들의가장최근의궤도교환은지난 1990 년 1 월에있었다. 요더씨는이위성들이어떻게궤도교체를하는지를관찰한뒤이별들의밀도는 1cc 당 0.7 그램이하라고결론지었다. 이밀도는타위성들의밀도보다훨씬낮은것이며청결한얼음보다도낮은것이다. 결과적으로이위성들은다름아닌얼음조각들의뭉치로서이구조체의약 30 퍼센트는빈공간인셈이다. 이위성들이실제는토성의테로부터떨어져나온얼름조각들의집합체일수있을까? 이는도무지믿기힘든사실만은아니다. 야누스의크기는가로세로가 2 백 20km 와 1 백 66km 이고에피메테우스는 1 백 40km 와 1 백 km 이다. 이두위성들과토성의테를스치는세개의다른위성들인아틀라스와프로메테우스, 판도라는토성의테로부터나온조각들의응고물일가능성이높다. 이들의크기는그런판단을하기에꼭알맞도록작은것이다. 이작은위성들이토성의테가언젠가사라지도록만드는데기여하고있을는지도모른다. 물론 1 억년은인간의척도로선매우기나긴세월이고우리의시야로부터그아름다운테가사라질것을걱정할필요는없을것이다. 그러나그렇다하더라도, 그토록멋있는것이영구적이지못하다는사실을우리를슬프게한다. < 과학동아 > 1991 년 8 월호 토성의테가사라지고있다 (Saturn's Rings Will Not Last Forever) 75

76 우리의조상인실러캔스? (Our Ancestor, The Coelacanth?) :36 Our Ancestor, The Coelacanth? 우리의조상인실러캔스? 독일의과학자인토머스고르, 트라우테클라인슈미트그리고한스프리케등세명은마치실러캔스가네발동물의직계조상인듯한혈족관계를발표하였다. 네발동물이란양서류, 파충류, 조류, 포유류그리고우리인간을포함한다. 실러캔스란공룡시대이전에생존하던물고기로서오랜전에멸종된것으로생각되었다. 한데지난 1938년남아프리카의해안에서트롤망으로조업을하던한어부의그물에이상한물고기가걸렸다. 그어부는이를남아프리카어류학자인스미스씨에게보여주었고그는그물고기를실러캔스라고판정하였다. 이후실러캔스는 ( 아프리카대륙남쪽 ) 코모로공화국주변에서식하고있음이밝혀졌으며지금도어부들은가끔씩이물고기를낚곤한다. 실러캔스는해저 6백피트지대에사는데지금까지 1백70마리가육지로잡혀왔다. 그러나불행하게도실러캔스는수압이없이는버티지못해잡힌후수시간밖에살지못한다. 따라서한스프리케씨는지나 1986년에특별히설계된 2인용잠수함을이용하여실러캔스의고향까지깊이잠수해들어가실러캔스가뒤로도거꾸로도헤엄치는등모든방향으로헤엄칠수있음을알아냈다. 프리케씨와그의두동료는지난 1991년5월에연구논문을발표하였는데이논문에서그들은실러캔스의피에포함된아미노산의고리는올챙이의아미노산에서볼수있는고리형태와매우유사함을보여주었다. 네발동물중에서양서동물은가장덜진화되었으며양서류중에서도올챙이는가장덜진화된것이다. 올챙이는 d라에서꼬리와아가미를갖추고다리는없는채아주작은물고기형태로깨어나온다. 올챙이가점점커가면서꼬리가없어지고아가미는허파로바뀌며다리가생긴다. 결과적으로만일올챙이의아미노산고리가실러캔스의것과닮았다면우리는실러캔스가올챙이와무슨관련이있으리라는것을추정해볼수있다. 실러캔스는어쩌면올챙이의조상이며사람을포함한다른네발동물의조상일는지모른다. 뿐만아니라실러캔스와올챙이와의관계는올챙이와네발동물의그어떠한조상과듸관계보다도더욱가깝다. 그아미노산고리형태는개구리에이르면나타나지않으므로우리는단지네발동물의가장원시형태인올챙이가실러캔스의후손이라고만가정해볼수있다. 또하나의중요한지적사항으로, 실러캔스는 6개의지느러미를가졌는데이중넷은두개의쌍으로이루어져있다는것이다. 프리케씨가해저에서실러캔스를관찰했을때그는그네지느러미가물고기가아닌네발동물의다리처럼움직임을밝혀냈다. 그러나이러한사실이대부분그렇듯이실러캔스와올챙이의관계를모든생물학자들이받아들이고있지는않다. 아 우리의조상인실러캔스? (Our Ancestor, The Coelacanth?) 76

77 미노산고리는다르게도해석될수있으며두종의관계를증명하지는못한다는것이다. 사실폐어 ( 肺魚 ) 라는또다른종류의물고기도오래전멸종되었다고믿어졌으나 19 세기에이르러다시발견되었다. 6 마리도못되는폐어가현재생존해있는것으로알려져있다. 폐어는원시적은허파를가지고서필요에따라공기를들이켠다. 이들은소금기있는물에서나와큰못 ( 池 ) 으로나아갈수도있다. 특히여름철처럼못으로옮길수없을때면폐어는진흙속에서자신을과자처럼굳게하여하계절동안별움직임없이보낸다. 이를 여름나기 라고부르며이는다른동물의 여름잠 ' 과같은성격의것이다. 어떤폐어들은만일가끔씩이라도공기를들이켤수있는위치에있지못하면물속에서익사하는경우까지발생한다. 여러생물학자들은폐어가네발동물의조상이라고믿고있으며허파의존재가실러캔스의지느러미나아미노산고리보다더욱중요하다고생각한다. 아마도이같은논란은오래도록해결되지못할것이다. 나자신은실러캔스편에더큰가치를두고있다. 나는아미노산고리에는공감하고있지만원시적허파에는감동받지못했다. 따라서나는공룡시대이전에살았을뿐아니라네발동물이일반적으로살았던시대이전에 ( 공룡은진화된네발동물이다 ) 살았던실러캔스를우리의조상으로바라볼수있음을믿는다. 실러캔스가네발동물의조상으로서그후손들이엄청난유형으로발전해왔음에도불구하고그자신은원형을유지한채전혀변하지도진화하지도않았음은정말기가막힐사실이다. 실러캔스가무려 4 억년간의나이를가지는그기나긴세월동안거의변하지않았으니말이다. 물밖의환경을견디지못한다는것이안타까울뿐이다. 견딜수만있다면우리는훨씬가깝게관찰해볼수있을텐데. < 과학동아 > 1991 년 8 월호 우리의조상인실러캔스? (Our Ancestor, The Coelacanth?) 77

78 가장깊은호수 (The Deepest Lake) :32 The Deepest Lake 가장깊은호수 캘리포니아주의라졸라에위치한스크립스해양연구소의레이위스박사가이끄는미소공동연구팀은시베리아동부에있는바이칼호수와관련된중요한발견을했다. 바이칼호수가세계에서가장큰호수는아니다. 그최고의영예는 31,500평방마일이나되는슈페리어소수에주어지며바이칼소수는 11,780평방마일일뿐이다. 그러나슈페리오호수의최고수심이 1,333피트임에비해바이칼호수는 1마일이상깊은 5,713피트의깊이가된다. 바이칼호수는바닷고기가있는유일한호수다. 그깊이때문에바이칼호수는지구위전체담수공급량의 5분의 1을담고있다. 사실이양은미국 5대호 ( 湖 ) 물전체의두배나된다. 그렇다면과연어떻게바이칼호수가움직이는가를알아보는일은매우중요하다. 예를들어호수의가장깊은층이충분한산소를공급받아생명체를유지할수있도록어떻게물의순환이이루어지고있을까? 1988년에이러한바이칼호수의신비를밝히기위하여위스박사는냉장기구나스프레이에흔히사용되고있으며최근들어오존층을파괴하는원인으로인식된프레온가스를이용했다. 프레온가스는매우안정된물질이고변하지않기때문에표지로활용할수있다. 바이칼호수의물에프레온가스를타넣은뒤호수이곳저곳에서그가스의유무를측정함으로써호숫물이어떻게순환되고있는가를알수있는것이다. 위스박사는바이칼호수깊은곳의물중 12.5% 가매년새물로갱신되며이를통해약 8년에한번씩제일깊은곳의물까지도신선한산소의공급을받고있음을발견했다. 바이칼호수에서의보다중요한발견은 1990년도중반에헌터대학지질지리학과의캐더린크레인씨의연구팀에의하여이루어졌다. 최근바다속엔뜨거운지점인 핫스폿 혹은 열수출구 ( 熱水出口 ) 라는지점들이있다는사실이알려졌다. 그러한지점에서깊은곳으로부터위로치솟은물질이있고그러한물질위에서생명체들이번창하게된다. 그런데이제그런열수출구들이바이칼호수북동쪽끝부분의바닥에도있음이밝혀졌다. 열수출구들근처에서찍은사진들은호수밑바닥의매트모양의흰물질안에서박테리아형생물들이길고두꺼운하얀띠의형태로거의연속적인층을이루고있음을보여주고있다. 이와같은핫스폿들은말그대로정말뜨겁다. 호숫물은섭씨약 3.5도인데박테리아매트밑의물질은섭씨16도나된다. 열수출구들근처의생물들로박테리아만있는것은아니다. 해면동물도있고복족류 ( 腹足類, 소라나달팽이등 ) 의생물들도있다. 그러나이들은핫스폿지역이아닌호수밑의다른지역에선발견되지않는다. 바이칼호수에서사는동물들은바다속동물들과어느면에서유사한점이있는것으로보여어쩌면이호수가예전엔바다와연결된적이있었던것이아닌가추측케한다. 그러나또한편방칼호수는점점넓어지고있으며언젠가등장할새로운바다의시초인지도모를일이다. 앞으로어떻게될지는모를일이다. 가장깊은호수 (The Deepest Lake) 78

79 그런데정확히호수밑어디에핫스폿들이나타나는지에대해선약간의의문이있다. 바다에선바다면적이넓어지고용암이솟구치는곳에핫스폿들이나타난다. 그러나바이칼호수의경우엔그렇지않은것이다. 바이칼호수의열수출구들은호수밑계곡의축으로부터 11 마일이상떨어진단층을따라발견된다. 이는마그마혹은용암이있거나위로분출된곳에따른것이리라추정된다. 어쩌면바이칼호수엔이같은용암이상대적으로매우적고따라서핫스폿들을설명하기엔충분치않을는지모른다. 한편방칼호수는격리된생물군집으로서거기엔그호수특유의많은식물과동물체들이있다. 1,200 개가넘는종 ( 종 ) 이호수속각기다른층에서서식하고있으며그중약 4 분의 3 은지구상어디에서도발견되지않는것들이다. 바이칼호수물고기중가장큰것은철갑상어인데어떤것은길이가 71 인치에무게가 2 백 65 파운드나나가는것도있다. 바이칼호수의유일한포유동물은바이칼물개다. 소련정부는바이칼호수의오염을예방하기위해열심히노력하고있다. 사실바이칼호수는매우독특한지역이고지구상에서그와같은곳은없다. 따라서이호수를원래모습대로보전하고그안의식물체와동물체들을보호하는일은매우중요하다. 호숫가를따라산업체들이있긴하지만 1971 년이래소련은그러한산업체들을엄격히통제하고있다. 소련과학자들은바이칼호수에특별한관심을가지고있으며오염을야기시킬그어떠한상황에도지속적으로반대하고있다. < 과학동아 > 1991 년 7 월호 가장깊은호수 (The Deepest Lake) 79

80 찾기힘든쿼크를찾아서 (In Search Of The Elusive Quark ) :30 In Search Of The Elusive Quark 찾기힘든쿼크를찾아서 노르웨이트론하임대학의두물리학자인 T. 오버가드와 E. 오스트가드씨는물질을형성하는기본입자인쿼크를찾고있다. 일반적으로물질은밀도가과히높지않다. 예를들어물은 1cc 에 1 그램의밀도를가졌다. 이는원자의가장밀도높은부분인중심의양성자가다른양성자들로부터전자들에의하여분리되어있기때문이다. 어떤분자들은여러개의서로꼭붙은양성자와중성자들로구성된원자핵을갖고있다. 이원자핵들도전자들에의해분리되어있기하지만물보다도훨씬높은밀도의분자를만든다. 예를들어금속인오스뮴은 1cc 에 22 그램의밀도를가졌다. 태양과같은천체중앙의물질은엄청난영과압력때문에원자들은찢겨헤어지고원자핵들도자유자재로이동하며다른보통물질에있는것들보다훨씬가까이서로밀착될수있다. 그러한물질은지구상의어떤것보다높은밀도가되며이를 변질된물질 이라고부른다. 별이폭발하면그별은부분적으로공모양의변질된물질로붕괴되어 백색왜성 ( 矮星 ) 이된다. 이경우, 크기는지구보다작지만질량은태양과맞먹는다. 거대한별의모든질량이조그마한행성으로압축되었을때그물질의밀도가얼마나높을것인가는쉽게상상할수있을것이다. 그러나이는궁극적인상태는되지못한다. 백색왜성에서도원자핵은전자들에의해어느정도분리되어있다. 그러나만약백색왜성이충분히크고무겁다면원자핵은전자들이더이상대항하지못할하나의점으로붕괴되어버리고만다. 이때발생하는상황은양성자가중성자로바뀌는것이다. 중성자는전하 ( 電荷 ) 가없으므로서로밀치지않는다. 따라서모든중성자들은붕괴되어서로밀착됨으로써그결과로 중성자성 ( 星 ) 을탄생시키는것이다. 중성자성은중성자하나의밀도가 1cc 에 15,000,000,000,000,000 그램이된다. 또한중성자성은태양의질량을직경약 8 마일 (13km 정도 ) 의조그마한천체로압축시킬수있다. 이러한중성자성은지난 1969 년에발견된적도있다. 그러나중성자는독립된입자가아니다. 중성자는세개의쿼크로구성되어있다. 따라서중성자들은더욱서로가깝게압축될수있고개개의쿼크로깨져또다시더욱더압축되어보다밀도높은별을생성할수있는가능성이있는것이다. 그러한쿼크별은물질로형성된가장밀도높은물체가될수있을것이다.( 그러나쿼크조차도부서질수있고이경우별은질량만가지고형태는없는것으로축소되어버린다. 즉 블랙홀 이되는것이다.) 우리가중성자성을발견할수있는근거는중성자성이급회전하며소량의전파를쏘는경향이있기때문이다. 어떤중성자성은너무빨리회전하는바람에수천분의 1 초마다전파를발사한다. 그러한회전속도라면그엄청난질량의중성자성이라도제모습을유지하기가힘들어진다. 오버가드와오스트가드씨는만약 2 천분의 1 초보다더짧은시간에한바퀴회전하는중성자성을찾을수만있다면그결과는중성자성이아닌쿼크별일것이라고믿고있다. 또한호수시드니대학의브라이언맥커스커는만일쿼크별이존재한다면그별의쿼크들은안정된형태이리라고생각한다. 찾기힘든쿼크를찾아서 (In Search Of The Elusive Quark ) 80

81 아직은아무도지구상에서쿼크를발견하지못했으며쿼크의발견은불가능하다고믿고있는과학자들도있다. 그러나어쩌면쿼크별이만들어진다해도그중일부분이회전시떨어져나가는지도모른다. 그결과는수백개정도의쿼크로만형성된 쿼크덩어리 가될뿐이다. 그러한쿼크덩어리들은꽤나많은숫자가되고우주를떠돌아다니고있으며그중몇은가끔씩지구로추락할가능성도없니않다. 최근일본의물리학자들은그와같은덩어리를발견했다고발표했지만아직은확인되지않았다. 쿼크덩어리가지구의대기에부딪히면세쌍둥이로나뉘고각각은중성자나양성자가될는지모른다. 그렇더라도개개의쿼크들은남아우주선 ( 線 ) 속에서모습을나타낼지도모른다. 각각의쿼크는다른그어떠한입자들도가질수없으며또한그런상태로발견될수도없는아주적은양의전하를띠고있을것이다. 미소한전하를갖춘입자가발견되었다는예는그동안가끔씩있어왔지만그어느것도확인되지않았다. 그래서 쿼크의사냥 은계속되고있다. 만약쿼크가탐지될수없는것이라면그들이실제존재하는가의여부를어떻게알수있느냐고물을수있다. 그답은추론에의해서이다. 과학자들은 1913 년원자의존재를실제증명할수있기전인 1808 년부터원자의존재논리를받아들였다. 원자물리학의많은이론은쿼크가존재하며서로간에어떻게반응한다는가정하에서만설명되고있어쿼크의존재를부정한다함은거의불가능한일이되어버렸다. 그렇지만쿼크가존재한다는가정이얼마나타당한것으로인정되든간에물리학자들은정말그하나만이라도찾고싶어한다. < 과학동아 > 1991 년 7 월호 찾기힘든쿼크를찾아서 (In Search Of The Elusive Quark ) 81

82 왜밤하늘은어두운가? (Why Is The Sky Dark?) :22 Why Is The Sky Dark? 왜밤하늘은어두운가? 2백년가까이천문학자들을나처하게만들어왔던문제를온타리오에있는워털루대학의천체물리학자폴웨슨은해결한것일까? 지난 1826년에독일의천문학자인하인리히올버스는만약하늘에무한한수의별들이존재한다면어느방향으로쳐다보더라도별하나쯤은볼수있어야하지않느냐는질문을던졌다. 별빛이너무약해그별만보기는힘들더라도무한한수의별들이있을땐적어도빛이만들어내는구름은볼수있어야한다는것이었다. 사실하늘은무한한수의별들이비추는구름으로가득차서태양의표면만큼밝고뜨겁게빛나야하는것이다. 그리고그열때문에생명의존재는불가능해지고말이다. 그러나어떤이유에선지여전히밤하늘은까맣다. 이를 올버스의파라독스 라고부른다. 올버스의파라독스를푸는가장쉬운방법은우주엔무한한수의별들이존재하지않는다고일단가정하는것이다. 우주엔한정된수의별들만이있으며실제로올버스가살아있던당시의별들의수는대략수억개에불과했다는것이다. 이는우리가비교적적은수의별만쳐다볼수있으며그뒷면의공허한공간을바라본다는것을의미한다. 그러나시간이지나면서이러한논리는그힘이약해지기시작했다. 1920년대에이르러우리의은하계인밀키웨이엔 3천억개의별들이있을뿐만아니라 ( 올버스시대에생각했던것보다수천배가더많은수 ) 그렇게반짝이는별들로구성된은하계만도수천억개나존재한다는사실이알려졌다. 그렇다고해서별들의수가무한한것은아니겠으나그수가엄청나다보니천문학자들은어떻게우리가그별들아닌암흑의하늘을볼수있는것일까궁금해했던것이다. 20세기초에많은은하계들은먼지구름으로가득차서일반적으로우주는이곳저곳에엷은먼지층을내포하고있음이발견됐다. 이먼지는빛을매우잘흡수하기때문에사람들은바로그먼지가새까만하늘의원인이라고생각하게됐다. 별빛의양은엄청나지만먼지에의해흡수되어버린다는것이다. 그러나잠깐만생각해보아도이것은사실일수없음이명백해진다. 만약먼지가빛을차단시킨다면그과정에서먼지그자체가벌겋게될때까지열을받게될것이다. 하늘전역에반짝이는별들과먼지들을함께바라보게될것이며따라서우린아직도 올버스의파라독스 를풀지못한셈이다. 그러나 1920년대에새로운사실이밝혀졌다. 우주가팽창하고있다는것이다. 머나먼은하계들은우리로부터떠나가고있으며점점팽창하면서더욱멀어지고있다. 우리로부터멀어지면서별들이발하는빛은저 ( 低 ) 에너지의붉은빛으로바뀌어간다. 이것은별들이발하는빛은그대부분이포함하고있는에너지의양이매우적고하늘을밝게비출만한능력이없을만큼옅게변한다는것을의미한다. 바로이점이다. 하늘이새까맣다는것은우주의팽창때문이다. 이러한논리는매우매력적이어서나는천문학에관한책들을저술할때이이론을올버스의파라독스를푸는열쇄로활용하기도하 왜밤하늘은어두운가? (Why Is The Sky Dark?) 82

83 였다그러나이역시똑같이틀린논리였다. 웨슨은과연얼마만큼의빛이우주의팽창과정에서상실되는것인가를계산코자많은노력을기울였으며, 그결과올버스의파라독스를설명하기엔너무도적은양임을알아냈다. 비록우주가팽창하긴하지만그래도밤하늘을밝게비추고생명의존재가불가능할정도는된다는것이었다. 그래서한참동안그어떠한설명도불가능한것처럼생각되던차에드디어하나의가능성이나타났다. 즉, 은하계들은지금까지존재하지않았으며또한앞으로도영원한시간을존재하지는않으리라는것이다. 은하계들이탄생해서빛을발하기시작할때까지의시간이있고또한언젠가우주에서사라지며빛을잃어버릴때까지의시간이있다. 다시말하면, 우주엔무한한수의별들이있을는지모르나무한한시간동안빛을발하지는않는다는것이다. 그리고이미발해진빛들은우주전역을채울만큼충분한시간적여유가아직은없었다는것이다. 이것은사실일수밖에없고바로이논리가올버스의파라독스에대한설명이라고웨슨의계산은가르치고있는것이다. 하늘이어두운유일한이유는하늘을밝게비출만한시간이흐리지않았다는것이다. 우리가아직생존할수있는것은우리가아직도우주의시초에살고있는까닭이다. 그러나이것이미래를향해의미하는바는무엇일까? 시간이흐르면서우주는점차빛으로가득찰것이며어쩌면지금으로부터수조년후엔우주의어느곳에도생명이불가능한상황에까지이를수있다는말인가? 아니면별들이생산해내는빛은일부별들이꺼져감에따라점차희미해지는대신새로운별들이등장하기때문에우주의총별빛양엔변함이없으리라는것인가? 그것도아니라면오래된별들이꺼져가는것보다새로운별의탄생빈도가더낮음에따라우주의빛역시약해져서암흑천지가되고발산되는빛과열이너무적어생명체의생존이불가능하게될것인가? 또그것도아니라면우주는또다른변화를맞을것인가? 바로이러한질문들이천문학자들을흥미진진하게만드는것이다. < 과학동아 > 1991 년 6 월호 왜밤하늘은어두운가? (Why Is The Sky Dark?) 83

84 아인슈타인은역시옳았다 (Einstein Is Right Again) :19 Einstein Is Right Again 아인슈타인은역시옳았다 제랄드가브리엘스와하버드대학의한연구팀은아인슈타인의일반상대성원리를증명하는조심스러운실험을실시했다. 상대성원리는지난 1916 년에처음을발표됐는데이를뒷받침할만한그어떠한증거도없었으므로당시로선대단한상상력이만든업적일뿐이었다. 그저아인슈타인혼자우주가그렇게움직인다고생각할뿐인것같았다. 그이후 1919 년개기일식중태양주변별들의위치를살피는실험을진행했을때과학자들은태양의중력이빛을끌어당겨광선을곡선으로만듦에따라별들의위치도약간어긋나보인다는것을관찰했다. 이정상위치에서의어긋남이야말로아인슈타인이예측하였던것이다. 아인슈타인은 만약별들이어긋나보이지않았다면어떻게생각했겠느냐? 는질문을받았다. 그의답은 내이론은옳기때문에실수하신하느님을안타까이여겼을것이다. 였다. 상대성원리의근본저거인토대중의하나는모든물체는질량과무관하게똑같은속도로떨어진다는것이다 ( 만약공기의저항같은것이무시될수있다면 ). 진공상태에서는포탄이나새의깃털이나같은속도로떨어진다. 이는등가의원리라고불린다. 등가의원리는 4 세기전갈릴레오에의해매우조악한방식으로처음확인됐으며그이후점점더정밀한실험으로입증되어왔다. 그러다등가의원리가완전치못하다는하나의상황이존재한다. 모든물질의입자에는반입자 ( 反粒子 ) 가있다. 전자에는양전자가있고양성자에는반양성자가있듯이말이다. 반입자들은반물질을형성한다. 그렇다면의문이생긴다. 반물질도물질과같은속도로떨어지는가, 아니면다른식으로중력에반응하는가? 반물질은발견후아인슈타인은만약그의일반상대성원리가사실이라면반물질도일반물질과같은속도로떨어질것이라고예견했다. 그러나이역시아인슈타인의직관에불과했던거서이이의가부를입증할증거가없었던때문이다. 그와같은증거를수집할수있는방법도한여의치않았다. 알다시피중력, 혹은인력은우리가아는모든힘중에서가장약한것이다. 우리는인력의존재를거대한천체들과연관시켜잘알고있다. 예들들어지구는각입자들의조그마한인력이모아져하나의지구로뭉쳐지는거대한힘을발휘한다. 그러나우리가개개의입자들이나소수의입자덩어리를생각할땐인력은너무미미해서측정할수없을뿐만아니라그러한입자들을실험하는연구원들은그러한인력의존재를무시해버리게된다. 우리가반물질의개개입자들이나소수의입자덩어리를연구할때도우리는직접인력의효과를측정할수없다. 때문에과학자들은간접실험을수행할수밖에없는것이다. 가령양성자와반양성자가정확하게같은질량을갖고있음을보여줄수있다면그들은같은방법으로서로를글어당김이분명해진다. 그러나어떻게그들이대충도아니고아주정확하게같은질량을가지고있다고말할수있을까? 이질문은바로가브리엘스와그이연구팀이답하고자했던것이다. 그들은양성자와반양성자들을자장 ( 磁場 ) 에선 아인슈타인은역시옳았다 (Einstein Is Right Again) 84

85 회시켜 1 초당몇바퀴나회전하는가를측정하였다. 회전수는그들의질량과관계있는데두종류의입자들의회전수는 100,000,000 분의 4 의오차로똑같았다. 바로이결과로부터아인슈타인이또다시옳았음을추론할수있고반물질은물질그자체와똑같이인력에반응한다는사실을인정할수있었다.( 아인슈타인의직관에 1 점을더주자.) 시애틀에위치한워싱턴대학의에릭아델버거와그의연구팀은전혀다른실험을하였다. 그들은인력보다약한소위 제 5 의힘 의존재여부를판단할수있는측정방법에관심이있었다. 그러한힘은지금가지확인되지않았다. 그러나그와같은실험을하는도중에그들은만약반물질이물질과다른방법으로떨어진다면측정가능한어떠한효과가있으리라고결론지었다. 그러나그러한효과는발견되지않았으며아델버거가반물질안니물질만실험대상으로삼았음에도불구하고그는반물질에도등가의원리가적용된다는결론을내릴수있었다. 등가속도로물질과반물질이떨어지는방법에이제과학자들은만족할까? 아니, 그렇지는않다. 위와같은실험은모두간접적실험이었다. 직접실험은자력에의반응을필요로하거나제 5 의힘을찾을수있어야한다. 과학자들이확인하고싶은점은반물질의입자들이실제로떨어지고실제로인력에반응하는가이다. 그래야만그들은확신을갖게될것이다. 그러나 80 년가까이아인슈타인은단한번도틀리다고입증된적이없으며, 나역시앞으로도그러한일은없으리라고생각하는바이다. < 과학동아 > 1991 년 6 월호 아인슈타인은역시옳았다 (Einstein Is Right Again) 85

86 좁혀지는인간과침팬지의사이 (Narrowing The Grand Divide Between Chimps And Humans ) :13 Narrowing The Grand Divide Between Chimps And Humans 좁혀지는인간과침팬지의사이 샌프란시스코주립대학교의찰스시블리씨는침팬지가고릴라와의관계보다우리인간과더욱가깝다고주장한다. 그는그의새로운연구결과에서우리와우리의영장류사촌과의차이는과거믿어왔던것보다훨씬적다고지적한다. 이러한주장은우리가항상그모든다른생명체들과다르다고생각했던까닭에놀랄만한것이다. 사실우리는털이없고꼬리도없으며두다리로걷고생각할줄알고또한많은사람들이믿는것처럼불멸의 영혼 을가지고있다. 따라서우리는다른모든생명체들과는떨어져분리된상태로존재한다고생각해왔다. 진화론이점차수용되고사람들이인간은 하등동물 로부터발전되어왔다고이해하기시작했지만우리는인간과그러한하등동물들사이에는큰차이가있다고확신했던듯하다. 예를들어원숭이가인간과매우닮았다는점에는의심의여지가없다. 원숭이의네종류중기번원숭이와오랑우탄은상대적으로사람과차이가큰것으로보여지나고릴라와침팬지는우리의사촌쯤되는것으로여겨진다. 지난 1960 년대까지만해도고릴라와침팬지는서로닮았지만이들이인간과는다르다는점을당연시했다. 그래서우리는분단의벽을사이에두고사촌격인고릴라나침팬지와는다른쪽에서있었다. 그러나지난 1960 년대초웨인주립대학교의모리스굿맨씨는세종류의동물이가진혈액이어떻게교차반응하는지를비교하였다. 특정동물의피는같진않되비슷한동물에큰반을일으키지만관련성이약한동물엔그반응도가저하된다. 그는그자신도놀랄만큼침팬지의피가고릴라의피보다사림의피에더욱큰교차반응을을나타낸다는것을발견했다. 이별견은어쩌면침팬지와인간이함께분단의벽한쪽에서서서고릴라와는분리되어있다고볼수있는첫번째신호가되었다. 물론많은생물학자들은이교차반응결과를받아들이기를꺼려하면서과거의믿음을유지하였다. 그러나그들은서서히실제유전자를분석하는법을깨닫기시작했다. 유전자는세포의화학작용을조절하는데, 각동물류는고유의유전자를갖는다. 한편, 진화론적으로말하자면, 두동물의관계가밀접할수록유전자는더많은공통점을갖는다. 지난 1984 년예일대학교에서존알퀴스트씨와함께연구하던시블리씨는한동물의유전자서열을검출하여다른동물의유전자에어떻게반응하는지를시험하였다. 두동물의관계가밀접할수록유전자서열은유사하되, 서로강하게결합한다. 좁혀지는인간과침팬지의사이 (Narrowing The Grand Divide Between Chimps And Humans ) 86

87 이연구결과에서도역시침팬지의유전자순서는고릴라보다는인간의것에근접해있다는사실이밝혀졌다. 그러나이러한시실을쉽게받아들여지지않았다. 이러한유의유전자연구방법은까다롭고또잘못된결과를낳기쉽다. 아닌게아니라예일대학교의조나단마크씨는시블리씨의결과를부정하였고심지어는그의연구자료가거짓으로꾸며졌다는식의의사를표명하기도했다. 그러던중유전자사슬을식별하고그구조를보여주는것이가능하게됐다. 더이상두유전자가서로어떻게반응하는지를연구해볼필요성이없게됐다. 생명체로부터유전자의표본만얻어그것이갖는뉴클레오티드의 ( 구조를갖춘유전인자를구성하는요소들 ) 본질만보여주면되는것이다. < 과학동아 > 1991 년 5 월호 좁혀지는인간과침팬지의사이 (Narrowing The Grand Divide Between Chimps And Humans ) 87

88 거리측정 (Measuring The Distance) :10 Measuring The Distance 거리측정 지난 1987 년대마젤란운 ( 雲 ) 내에는엄청나게큰초신성이있었다. 그리고지난 1 월볼티모어에위치한우주망원과학연구소의니노파나글리아씨는그초신성이우리가지금까지예측했던것보다는훨씬정확하게성운의거리를측정하게해주었다고보고했다. 지금까지마젤란운은 15 만광년가량떨어저있는것으로추정돼왔으나이는비교적부정확한수치이며아마도 14~18 광년사이일것으로생각됐다. 거대한폭발체인초신성은폭발결과대량의먼지와가스를쏟아냈다. 이먼지와가스는별주변에고리모양을만들었으며점차뜨거워짐에따라자외선을뿜어탐지할수있게됐다. 그고리는초신성의자취와지구를연결한가상평면으로부터 47 기울어져있다. 이는우리가그고리를평면인원형모습이나측면인일직선으로보지못한다는것을의미한다. 즉그중간모습인타원형을보게되는것이다. 그별의 ( 따라서대마젤란운의 ) 거리를측정하려면두가지가필요하다. 첫째는마젤란운의가시적인직경이요, 둘째는실제직경을아는것이다. 가시적인직경은쉽게구할수있다. 천체망원경으로측정하기만하면된다. 그리고그답은 1.66 초짜리호로밝혀졌다. 보름달이 1 천 8 백초의호임을고려할때이정도의가시적크기는별것이아니다. 사실 1.66 초의호는자동차의두전조등사이를 1 백마일밖에서바라보았을때의분리정도와흡사하다. 그럼에도불구하고천문학자들은이조그만직경을매우정확하게측정할수있다. 그렇다면고리의실제직경은어떻게구할수있을까? 이는고리가지구와가장가까운곳에서나오는빛이지구에닿는시간과가장먼곳에서나오는빛이닿는시간을비교하면된다. 초신성의기록을검토한결과, 고리의가장가까운끝부분으로부터빛이우리에게도달한것은초신성의폭발이후 80 일이지나서였음이판명됐다. 또한고리의가장먼부분으로부터의빛이우리에게도달한것은폭발이후 3 백 40 일이지나서였다. 그고리가약간비스듬하다는것과초신성의폭발후그고리가점차팽창한속도를고려했을때, 천문학자들은이것의실제직경이 1.37 관연임을 ( 약 8 조마일 ) 계산해낼수있었다. 이제천문학자들은질문을해야했다. 고리가얼마나떨어져있기에 1.37 광년의직경이우리에게는 1.66 초폭의호로보이는가? 그답은 16 만 9 천광년으로이는대마젤란운의모든수많은별들의평균거리로받아들여지고있다. 이는꽤나만족스러운답인것이, 바로과거에추정했던거리예측치와제법정확하게맞아떨어지기때문이다. 거대한대마젤란운의거리그자체가중요한것은아니다. 여기엔보다중요한사연이있음을알아야한다. 지난 60 여년동안천문학자들의우주가얼마나크고얼마나빨리확장하고있으며, 따라서대폭발이얼마나오래전에있었고우주의나이가얼마인지를계산코다노력해왔다. 그방법이란우리와꽤가까운대상물로부터시작하여떨어져있는다른물체까지의거리를측정하고, 그후그물체로부터좀더떨어져있는물체까지의거리를측정하는것이다. 거리측정 (Measuring The Distance) 88

89 그러나문제는한물체집단으로부터다른집단까지의거리를특정함에있어천문학자들은정확한가정을세워야함에도그들은그가정이얼마나정확한지에대해전혀확신할수없다는것이다. 그결가, 지구로부터멀리떨어져있을수록그측정된거리는부정확하며우주의확장속도및나이역시마찬가지라는것이다. 현대우주의나이는흔히 1 백 50 억년쯤되는것으로이야기되고있지만아무도이를자신있게말하지는못한다. 1 백억년밖에안될수도있고 2 백억년가까이로길수도있다. 사실최근연구결과는은하수는매우거대한덩어리상태로존재하는데, 2 백억년이란세월조차도그와같은덩어리를형성하는데충분한시간이아니라는것을밝히고있다. 그러나이제대마젤란운의거리와관련된비교적정확한수치를가지고우리는보다좋은출발점에서다시계산을거듭해볼수있게됐다. 끊임없이그정밀도가높아져온천문학용기계들과함께이것은보다정확하게머나먼은하수들의거리를측정할수있도록할것이며우주의나이에관한보다정확한수치가제시됨으로써우리는보다정확하게어떻게은하계가형성되고 and 쳐졌는가를알수있게될것이다. 따라서지난 1987 년의초신성은천문학자들에게전혀기대하지않았던기막힌보너스를제공한셈이다. < 과학동아 > 1991 년 5 월호 거리측정 (Measuring The Distance) 89

90 고향찾아가는희귀한말 (The Return Of A Different Horse) :07 The Return Of A Different Horse 고향찾아가는희귀한말 희귀한말의한종류, 어쩌면가장진귀한일종이이제 25 년간자취를감추었던고향산천으로복귀하게된다. 이말은 1870 년대에러시아제국하의폴란드영토출신의한탐험가가서몽고지역에서한마리를쏘아죽였을때부터서구박물학자들에의해주목받게됐다. 그탐험가는죽은말의가죽과뼈를성베드로박물관으로가져왔는데바로거기에서박물학자들은그말이보통말과같지않는종자임을발견했다. 탐험가의이름이니콜라이펄저왈스키였던까닭에그말또한펄저왈스키의말이라부른다. 우리가익숙해있는평범한말, 즉수레를끌고경마장에서뛰는말들은과학용어로 에쿠우스카발루스 ( 라틴어로 말의말 ) 인데이신종은 에쿠우스펄저왈스키 로명명했다. 두말들이서로어떻게다르냐고? 큰차이는없다. 펄저왈스키말을보면누구든우둔하고회갈색빛의거친털과빈약한갈기를가진조랑말정도로판단할뿐이다. 그러나상세히비교해보노라면차이점이있는데그중가장특이한점은에쿠우스펄저왈스키의세포속에평범한에쿠우스카발루스보다유전염색체의수가두개나더많다는것이다. 펄저왈스키말은몽고지역에정착하였으며고대엔그곳에서넓게번식하였을가능성도높으나현대에접어들어영구적으로절멸될위기에놓일정도로아주적은무리의수로감소했다. 그러다가결국한때번창했던펄저왈스키말은그마지막한마리가 1960 년대에야생환경에서사라짐으로써멸종되고말았다. 그러나그멸종은완전하거나최종적이지는않았다. 여러마리의펄저왈스키말들이사로잡혀동물원에갇혔는데, 그말들은보호구역내에서번식하는데아무런어려움이없어보였다. 그결과, 이젠자연환경하에서는한마리도남아있지않지만약 1 천여마리가여러동물원에서사육되며번성하고있다. 뜻있는사람들은이제이희귀한말들을몽고로이동시켜자연속에다시정착시키고자모금활동에주력하고있다. 당신은몽고로이동시키는것이왜필요하냐고궁금해할는지모른다. 몽고의환경이펄저왈스키말들에게특별히적합하고다른곳에서는번성할수없느냐고말이다. 만약그렇다면평범한말들은세계전역에서문제없이잘살고있다는점이이상스럽게된다. 그러나사실인즉, 평범한말들은지역에무관하게번성하지만펄저왈스키말은그렇게못하는이유가뚜렷이존재하는까닭을알아야한다. 이러한사유를이해하기위하여동물의종이어떻게분리되는가를생각해보자. 평범한경우어느주어진종은같은종의다른구성원들을탄생시키며그종족의특성을보존한다. 물론그특성에조그마한변화가발생하여돌연변이라는것이나타나기마련이고따라서같은종의생물이더라도완벽하게같을수는없다. 그러나이종 ( 異種 ) 끼리의교배는돌연변이들을뒤섞어서그종전역에퍼지도록한다. 고향찾아가는희귀한말 (The Return Of A Different Horse) 90

91 그러나만약특정한종의두무리가서로분리되고또한그분리가오랜기간동안에걸쳐유지된다면각무리는그나름대로의돌연변이들을만들어낸다. 만약그분리기간이각무리내에서다양하고많은돌연변이들을낳도록오래지속되면그결과는서로다른종으로이어지는것이다. 따라서모든낙타의조상은공통적으로하나이지만중동의낙타와몽고의낙타는서로유전학적으로나지리적으로나구별되고있다. 둘다틀림없는낙타인데 아라비아낙타 인전자는봉이하나이고후자인 박트리안낙타 는쌍봉에다리는짧고털은더길다. 서로다른종족인것이다. 남미의라마는더욱오래분리되어있어얼마나변했는지낙타라고봐줄수도없ㅇ르정도이지만친척임에는분명하다. 마찬가지로코끼리도인도산의아프리카산의두종으로확연히구분된다. 또한맥 ( 貊 ) 과같은포유동물은코끼리와한조상으로부터내려왔지만그러한관계가쉽게이해되지않을정도로변해버렸다. 두종이분리되면서그들의상관관계는서서히일련의과정을거친다. 그러다가결국서로달라져성공적이교배가어렵게되고, 아니그리하고싶은충동조차못느끼게되어버린다. 그러한차이가두드러지기전에두종의교배는있을수있다손치더라도수정이불가능한새끼를낳음으로써계속하여그혼종이이어질수없게된다. 그래서말과당나귀는교배할수있지만무수정의노새와버새를낳게되는것이다. 만일두종이가까우면교배도하고새끼도낳을수있는혼종을낳는다. 이경우한종의수가다른종의수보다월등히많으면수가적은종의동물들은수가큰종의무리족으로스며들며독립된종의동물형태는사라져버리게된다. 수가많은종이별변화없이유전학적혼합체를흡수하는것이다. 두종의말에얽힌사례는바로이러한경우다. 만약펄저왈스키말의무리가보통말들에근접하면두종의말사이에교배가일어나고펄저왈스키말은결국은멸종되어버릴것이다. 이때문에펄저왈스키말을평범한말들이살지않고또한유입될수없는몽고지역으로이동시키려는것이다. 이말이독특한종으로자연에서보존될수있도록말이다. < 과학동아 > 1991 년 4 월호 고향찾아가는희귀한말 (The Return Of A Different Horse) 91

92 빛의굴절 (The Bending Of Light) :49 The Bending Of Light 빛의굴절 글랜랭스톤씨가지휘하는미국구립전파천문대의천문학팀은지난 1990 년하늘에서조그마한고리모양의전파를관측하였다. 이와같은발견은두번째이며우리가하늘에서찾아보기힘든매우이례적인현상이다. 이는 중력렌즈 로불린다. 이러한현상이존재할수있다는최초의암시는아인슈타인박사가일반상대성이론을고안해냈던지난 1916 년에있었다. 상대성이론에의하면빛은유리를통과할때비스듬히꺾이는것처럼질량이큰물체의근처를지날때에도굴절되어야한다. 두굴절의차이란, 빛은유리에의해크게굴절되지만중력은빛을아주미미하게밖에굴절시키지못한다는것이다. 그럼에도불구하고지난 1919 년의개기일식때, 달에가리워진태양의주변에있는별들은 ( 그래서보통때태양이가리워지지않았을때는보이지않지만그때만은관측되는별들 ) 바로그러한굴절로말미암아약간제위치에서벗어난것처럼보였다. 우주의머나먼곳의어느물체나태양을지나도록사방으로광선을발사하고이빛은다시사방에서굴절되어한지점으로초점이맞추어졌다고가정해보자. 만약이초점이지구부근에맞춰졌다면우리는빛을발한그물체를태양을둘러싸는빛의원형으로보게될것이다. 그러나이것은불가능하다. 빛은매우조금밖에굴절되지않기때문에초점이맞춰지려면수광년의거리가필요한까닭이다. 이는빛의초점을이루는무거운물체가우리로부터많고많은광년으로떨어져있어야한다는것이며그빛을발하는물체는더욱맣고많은광년의거리에위치함을뜻한다. 어느물체건그렇게멀리있으면관측하기조차어렵다는가정때문에천문학자들은중력렌즈가흥미로운이론적개념이기는해도실제로관측이가능한것이라고판단하지는않았다. 그런데 1963 년에준성들이발견됐다. 이별들은매우밝고매우멀리있는것들이다. 이들은수십억관년이상멀리있으며그들자신이방출하는강력한빛과전파에의해탐지된다. 전파는빛의파장이갖는모든특성을지니고있으며따라서그역시굴절된다. 만약그렇다면멀리있는준성과우리사이에그무엇인가무거운물체가있어준성의전파를지구근방에초점이맞도록하고있다고가정해보자. 우리는준성을흔히볼수있는빛나는천체가아니라초점을맞추어주는어떤무거운물체를둘러싼고리형태로보게될것이다. 물론그무거운물체는우리와준성사이의어느정확한지점에위치하고있지않아도된다. 전파가한방향에치우치고다른방향으로미미할수도있는것이다. 이런경우전파고리대신우리는약간모양이일그러진준성을보게될뿐이며어쩌면하나옆에조그마한다른하나를둔듯한이중준성을보게될는지도모른다. 지난 1979 년 3 월 9 일엔서로꼭붙은이중준성이발견됐다. 뿐만아니라그들의스펙트럼은꼭같아서초점을맞추는효과에의해약간일그러지긴했지만하나의준성을보고있다고자연스럽게가정하도록만들었다. 사실인즉, 정밀관측결과에따르면그준성앞엔너무멀어보기조차힘든대형은하무리가자리잡고있음이밝혀졌다. 그후일그러진모양의은하는일곱차례나포착됐으나 1987 년에이르러서야은하계뒤에서고리모양의전파를형성 빛의굴절 (The Bending Of Light) 92

93 하는준성이처음으로발견됐다. 거기엔완벽한중력렌즈, 혹은가끔씩일컬어지듯이 아인슈타인고리 가존재한것이었다. 그런데이제두번째아인슈타인고리가나타났으며천문학자들은그처럼빛을내는준성이얼마나멀리있는가를말할수있게됐다. 즉 28 억광년에해당하는거리이다. 이외에도천문학자들은초점을맞추어주는물체도밝혀냈다. 그것은태양질량의 3 척억배가량되는거대한은하로서그준성과우리사이에정확하게위치하고있다. 다시말해우리가소속한은하수만큼크거나어쩌면더큰은하라는것이다. 이러한사실은소위 사라진질량 에관한궁금증을낳는다. 이는천문학자들을괴롭히는두가지수수께끼중의하나이기도하다.( 다른하나는은하들이태초에어떠한과정을거쳐만들어졌나이다.) 우주의모든질량이우리가볼수있는물체의형태로존재하지만은않는다고생각하는데는이유가있다. 우리가모든은하들속에있는천체들의질량을합산해보아도그결과는중력효과가를불러일으키기에충분한질량이되지못하기때문이다. 따라서어떤천물학자들은그사라진질량이우리가눈으로식별할수있는물체의질량의 2 백배에이를것이라가정하지만아무도보이지않는질량이과연무엇인지는모른다. 다른천문학자들은그사라진질량은사실은존재하지않는다고굳게주장하는데이주장은목소리가높고격렬하기까지하다. 이번에발견된두번째아인슈타인고리와관련하여중재역할을맡은은하의질량은그속의보이는별들의질량의 8~16 배쯤되는듯하다. 이는실제적인증명은되지못하지만사라진질량을주장하는편을거드는획기적인사건이아닐수없다. < 과학동아 > 1991 년 4 월호 빛의굴절 (The Bending Of Light) 93

94 배타의원리 (The Exclusion Principle) :46 The Exclusion Principle 배타의원리 과학적연구를하는영광중의하나는제아무리튼튼히토대를굳힌그어떠한과학적믿음도정말일반적으로타당한지지속적으로시험된다는것이다. 유고슬라비아의케케즈가지휘하는과학자팀은바로이러한시험을소위 배타의원리 에가하였다. 그리고그원리는여전히지켜졌다. 이야기는덴마크의물리학자인닐스보어가새로운 양자이론 을원자에적용했던지난 1913 년부터시작한다. 그는원자내의전자들은특정한궤도들외의다른궤도들엔위치하지못함을보여주었다. 이는원자들이에너지를흡수하고발산하는방법들을설명하는데아주적절했다. 보어는이로인해 1922 년노벨상을수상했으나그의이론은시작부터약간거칠어, 세월이지나면서원자의에너지흡수와발산의보다섬세한방법들을설명코자확장되고정교화되어왔다. 그러다가 1925 년에오스트리아의물리학자인볼프강파울리는같은궤도안의전자는두개이상일수없으며이두전자는서로반대방향으로회전할때만공존할수있다고지적하였다. 그렇다면두전자가서로반대로회전하는궤도에서는다른전자들은철두철미하게배제될수밖에없으며따라서이러한파울리의규칙은배타의원리라고불려졌다. 배타의원리는아주유효한것으로밝혀지게되었다. 모든유형의원자들이갖는성격을그들의화학적구조에너지관계와연관지어설명한것이다. 즉원소의주기율 ( 화학자들은그가치를높이평가한다 ) 을완벽하게설명해준셈이다. 시간이지나면서양자이론은매우섬세히다듬어졌으며전자들의궤도가태양을중심으로한행성들의궤도와같은것으로이해될수없음도밝혀졌다. 대신전자의현상은마치애매모호한파도의혼합물처럼여겨짐으로써오로지수학공식으로만표현될수있다고이해되었다. 그럼에도불구하고파울리의배타의원리는전자뿐만아니라양성자와 페르미온 이라불리는입자들의경우에도지켜져왔다. 그러나과학자들은왜배타의원리가존재해야만하는지를알지못하였다. 그원리가존재하고또한우주의존재를설명한다해도가끔식이라도전자나다른입자들이들어가서는안될궤도로침입할수도있지않는가말이다. 그런사례가너무가끔씩일어나는바람에유심히지켜보지못했던과학자들이아직그사실을인식하지못하는것은아닐까. 이러한이유때문에가학자들은배타의원리가어겨질경우무슨일이발생할는지를타진하여보았다. 예상밖의방사선을유출시켜 " 금지된 상항을만드는경우도있을수있는것이다. 그래서과학자들은배타의원리를어겼다고볼수있는조건하에서조그마한방사선이라도발견할수있을까하고매우세심하게실험과정을설계하였다. 예를들어원자핵외곽의전자는아주가끔씩핵을향해침몰되며그핵에서양성자와함께중성자를생산한다. 배타의원리는이를금하지만만일그러한상황이전개되면뜻밖에도감마선이산출되는것이다. 배타의원리 (The Exclusion Principle) 94

95 케케즈와그의연구팀은알프스산맥의몽블랑에서 액체신틸레이션탐지기 를이용하였다. 거기서그들은핵현상이일어날지도모르는상황에대비하여지난 6 년동안 90t 의수소액체를가지고연구했다. 배타의원리를위반함으로부터발산될미미한방사선이라도이수소액체에나타날것이라고기대했기때문이었다. 결과는이러했다. 핵반응은불규칙적으로발생하더라도배타원리를어길화률은 1:1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 보다낮다는것이다. 이는 10 억 X1 조 X1 조의하나꼴에불과하다. 뿐만아니라이확률은최대한한계선임을알아야한다. 케케즈와그의연구팀이이야기하는바는그보다높은확률로배타의원리가위반되지는않는다는것이다. 실제로예외가나타날확률은보다적어 0 에가까울수있으며따라서배타의원리는아직도유효함이밝혀졌다. 그러나과학자들은여전히위반사례를찾고자시도하고있다. 사실케케즈와그의연구팀의연구는지구상의조건에국한되었다. 어쩌면보다극한조건하에서는배타의원리가쉽게무너질는지도모른다. 예를들어태양은중싱미자라는입자를생산하지만과학자들이기대하는양에훨씬못미친다. 어떤이들은태양중심부의극한조건에서는배타의원리가잘적용되지못함으로써중성미자의부족현상이나타나는지도모른다고추측한다. < 과학동아 > 1991 년 3 월호 배타의원리 (The Exclusion Principle) 95

96 허블망원경이찍은대폭풍 (Hubble Photographs The Greatest Storm) :31 Hubble Photographs The Greatest Storm 허블망원경이찍은대폭풍 지난 1990 년 9 월 24 일, 아마추어천문학자인스튜어트윌버와알버토몬탈보는각각나중에밝혀진그첫번째징후들을발견했다. 그리고그폭풍은목성에서나타난것이아니었다. 이사실은그자체만으로도놀라운것이다. 왜냐하면목성은태양계에존재하는 가스로가득찬네개의거대한행성 가운데가장크기때문이다. 또한목성은태양에제일가깝고따라서뿐만아니라공전속도도가장빨라그대기를심하게요동치게만든다. 이토록방대한태양열의유입과맹렬한회전, 그리고엄청난중력의힘은복합적으로작용해목성을가장활발한행성으로만들고있는것이다. 목성의대기는서에서동으로가로지르는거대한폭풍들로찢겨지는듯하며이폭풍들은사이클론의소용돌이에의해끊겨지곤하는얼룩덜룩한띠들로보인다. 목성의가장큰폭풍은 대홍점 으로서지구보다도더큰지역에걸쳐지난수세기동안지속되어온허리케인이다. 토성은태양에서더떨어져있으며목성보다는훨씬작고그공전속도도조금더느리다. 이러한현상들은토성의대기가목성보다더조용하고잠잠하리라고추측토록만들며또사실이그렇다. 천왕성은태양으로부터토성보다더멀리떨어져있으며더작고그공전속도도더느린까닭에보다조용할것이다. 사실천왕성은무척잔잔하여우리가이해할수있는대기현상은거의나타나지않는다. 지난 년에보이저 2 호가천왕성과거의쌍둥이같은행성이지만태양으로부터더멀리있는해왕성을가까이관측했을때천문학자들은천왕성과같은조용한행성을기대했었다. 그러나대신그들이발견한해왕성의대기는목성과매우유사하게분노하고있는모습이었다. 심지어목성의대홍점같은 대흑점 도있었다. 도대체해왕성이이러한에너지의공급을어디로부터받을까? 이는천문학자들을매혹시키는문제이기도하다. 그러나지난 9 월 24 일윌버와몬탈보가발견한발견한폭풍은해왕성에서일어났던것도아니었다. 그것은토성의조그마한흰점이었다. 이것은그자체로는과히특기할만한사실이되지못한다. 토성의공전주기는약 29.5 년이고이렇게공전하는동안토성의북극이태양이있는방향으로가장가깝게기울어질수있는지점을통과하게된다. 이지점은지구의 하지 때와같은곳이다. 이때토성의북반구는태양으로부터가장집중적인열을공급받는데이는폭풍이일어나기쉽다는것도의미한다. 그결과약 30 년마다토성에선흰점들이관측된다. 지난 1900 년가을, 토성은하지지점을통과하고있었으며따라서폭풍이예상됐었다. 그래서초기의흰점에대한보고는평범한것처럼여겨졌다. 허블망원경이찍은대폭풍 (Hubble Photographs The Greatest Storm) 96

97 그러나그때놀라운일이벌어졌다. 그흰점은전혀뜻밖의모습으로커지기시작한것이다. 흰점이발견된지 3 일후엔매우밝은타원형이됐다. 일주일후엔너비가무려 1 만마일이넘도록확대됐으며한달이지나자 5 만마일로더욱넓어졌다. 10 월 23 일에이르자그큰흰점은토성을완전히둘러싸서태양계에서관측된것중에서가장거대한대기폭풍이되었던것이다. 어쩌면이와같은발견의가장만족할만한성과는허블천체망원경이그성능을발휘하도록기회를부여한것인지도모른다. 우리가알다시피허블천체망원경에장착된거울에는결함이있어천문학자들이바라던바모든일을수행할수는없었다. 그러나허블망원경은아직여러가지일을할수있으며그중하나는우주권으로부터토성을관측하여먼지와열기로가득한대기권밑으로부터우리가얻을수있는것보다는훨씬상세한사진을제공한것이다. 허블천체망원경은 8 월중에토성을일상적으로관측하였으나새로운사실을탐지하지는못하였다. 아마도그폭풍이시작되긴했으나토성뒷면에있었던것같다. 따라서허블망원경은우주의다른곳을관측하기시작하였고이에지구에서지켜본그엄청난발견은수주후에야이루어졌다. 토성의그흰점이거대하게커나가기시작할무렵허블망원경은다시토성을향하였고지구상의어떠한기기가제시할수있는것보다훨씬상세하게그폭풍의사진들을찍었다. 이로인한결과는둘이다. 첫째허블망원경에쏟아졌던그간의비난을멋지게깨주었다는것이다. 그망원경은웃음거리로매도되어일반인들로선허블망원경이결코완전한실패작이아님을깨닫는기회조차갖지못하였다. 그러나이번토성의관측결과는바로허블망원경이실패작만은아니었음을증명하여주었다. 둘째허블망원경이찍은사진은천문학자들로하여금행성대기상의폭풍을조심스럽게연구하고또한어떻게발전변모하는지를관측할수있도록해주었다는것이다. 다른흰점들과짙은줄도나타났다. 상세한폭풍의변화상은그동안과학자들이예측하던것과일치하였으며이또한대단히만족스러운결과다. 토성의폭풍이무엇으로이루어져있느냐고? 일반적으로하부대기층으로부터솟아오르는가스라고짐작된다. 토성의대기는암모니아로가득한데바로이암모니아가위로솟아오르며흰수정처럼얼어붙은까닭에우리가보고있는것은수천마일의암모니아얼음인셈이다. < 과학동아 > 1991 년 3 월호 허블망원경이찍은대폭풍 (Hubble Photographs The Greatest Storm) 97

98 잡아먹히지않는신비로운나비 (The Incredible Inedible Butterfly) :28 The Incredible Inedible Butterfly 잡아먹히지않는신비로운나비 자연의모든것은먹고먹히는것들이다. 지난 1990 년플로리다주립대학의생물학자인존글렌디닝씨와링컨브라우어씨는식용성과생존성에관련된매우재미있는사례를발표했다. 제왕나비를생각해보자. 이나비는여러면에서매우특이하다. 첫째, 제왕나비는몹시도큰나비로서그날개는각각 4 인치씩이나된다. 둘째, 금갈색의날개에짙은선과흰점이표시된매우아름다운나비다. 이제왕과관련하여가장신비로운점은철을따라이동한다는점인데이는곤충류로서는유일한셈이다. 가을이되면수천마리의제왕들은미국에서모여멕시코중부를향해남쪽으로날기시작한다. 봄이오면다시북으로돌아오거나적어도돌아오고자노력한다. 오는중에알을까게되면대부분죽고말지만말이다. 그러나태어난새세대들은안내자도없이다시북으로여름나라를향해이동하는것이다. 나비처럼미미한생명체들이어떻게남으로, 그리고다시북으로 1 천 8 백마일씩에가까운원거리를날수있는힘을가졌는지의문이다. 어떻게알에서깬나비들이부모도없이돌아가는길을아는지도알수없다. 나아가서, 마치이정도는아무것도아니라는듯이, 제왕나비의애벌레들은유액풀을배불리먹는다. 이것이무엇이그리고신기하냐고? 다름아니라유액풀속엔척추동물의심장에심한중독성효과를가져오는 카디악클리코사이드 라는화학성분이들어있다. 한예로새는이를많이먹게되면심장이멈추며죽게된다. 적은양을섭취하더라도구토증이생기는등아주불쾌한느낌을가져오는것이다. 제왕나비의애벌레들은이카디아글리코사이드의해독성에전혀영향을받지않으며세포속에담은채나비로성장할때까지고이간직한다. 그결과는자명하다. 가끔제왕나비나그애벌레를접해보지못한어리고경험없는새가이먹음직스러운먹이를조금이라도삼키면그즉시입에문나머지를뱉어내고입에남은맛을없애려고애쓰지만병들어버리게된다. 그런새는다시는제왕나비를잡어먹으려하지않는다. 한번의경험이면족한것이다. 그결과제왕나비는 - 비록새한마리마다제왕한마리씩희생되는값을치르기하지만 - 적어도그런식으로잡아먹히는상황으로부터는안전해진다는것이다. 사실, 제왕보다약간작지만색깔이매우비슷한나비로서 총독나비 라는것이있다. 무차별적인진화덕택에제왕을많이닮은이나비는번식이가능하도록오랜삶을산다. 이총독은삼켜도아무탈이없건만한번제왕을먹어본쓰라린경험이있는새들은총독나비근처엔얼씬거리지도않으려든다. 모험을또다시하기싫어서다. 그러나언제나예외라는것이있어서 ( 이역시무차별적인진화덕택이다.) 어떠한독성에면역을개발한동물들이존재하기마련이다. 이와같은면역을엄청난혜택으로서남들이접근하지못하는생명체들을잡아먹을수있는만큼방대한식량공급량을의미한다. 잡아먹히지않는신비로운나비 (The Incredible Inedible Butterfly) 98

99 글렌다닝씨와브라우어씨는페로미스쿠스멜라노티스라는다른작은척추동물들을죽이는카디악글리코사이드에전혀피해를입지않는멕시코중부지역의쥐를연구했다. 이쥐들은제왕나비들이모여드는지역에몰려가배가터지도록먹는다. 이쥐와관련있는다른쥐는그렇게못했다. 그만죽어버린것이다. 그결과로페르마스쿠스멜라노티스는그지역에선가장확실하고가장많은먹이를가진쥐가되었다. 물론카디악글라코사이드에견딜수있는능력을소유한여러종류의동물들이존재한다면제왕들에겐치명적인것이지만그것은진화상그렇게쉬운일이아닌듯하다. 이한가지쥐종류만제외하고선제왕나비들은생존에위협이없는것이다. 명백히이는강한방어가결국모든공격으로부터의보호막이될수는없다는유일한사례는아니다. 예를들어, 큰짐승들은성난벌들을피하는것이상례이지만벌에게쏘이지않고삼키기전에독침을뽑아뱉어내는기술을가진벌들만전문적으로잡아먹는새들도있다. 또한곤충을가둔후소화시키는식충식물이있는반면역으로그런식물을먹는방법을터득해서잡아먹힐일에전혀신경을쓰지않는곤충들도있다. 내게가장신비스러운것은인간에겐잔인하도록살인적효과를지난 아마니타 속 ( 屬 ) 의독버섯유형이다. 사실, 그중 아마니타팔로이데스 는 죽음의천사 라고우리에게잘알려져있으며수많은살인사건추리소설에등장한바있다. 그러나토끼는아무런피해도입지않고이독버섯을먹을수있다. < 과학동아 > 1991 년 2 월호 잡아먹히지않는신비로운나비 (The Incredible Inedible Butterfly) 99

100 줄어드는삼각주 (The Shrinking Of The Delta ) :25 The Shrinking Of The Delta 줄어드는삼각주 지난 1990 년, 스미소니언재단과미국지리협회후원하에해양학자인다니엘스탠리씨가지휘한탐험은지난 1 만여년동안인류사회의문명의발전에기여해왔던지구상의가장기름진지역이점차줄어들고있음을지적하고있다. 문제의지역은바로나일강어귀의삼각주다. 1 만년전, 인류의농경은현이라크와이란사이의고원에서시작됐다. 초기의농경은불확실하기짝이없는빗물에의존했으나점차농부들은수자원의공급이보다용이한가까운강가로이동했다. 천수농경을벗어나고자강가를찾음은너무도당연한것이기에농부들이그렇게이동하는데많은시간을소요하지않았을것같지만, 실제로논에물을대고홍수에도대비할수있도록제방을쌓고고랑을파기전에강의효과는전혀볼수없다. 그러려면상호협동하는제도가필요한데이에는많은시간이필요했다. 그러나기원전 4 천년부터는유프라테스강과티그리스강유역 ( 현대의이라크 ), 그리고나일강유역 ( 현대의이집트 ) 에도시들이건설되기시작했다. 유프라테스강유역의저지대에정착했던수메르인들은기원전 3 천 5 백년에필기법을개발했고고도의문명을가장처음으로발전시켰다. 나일강가의이집트인들역시그와같은개념을모방하는데게으르지않았으며그들의땅을두번째문명의발상지로발전시켰다. 이두그룹은다음과같이다르다. 즉, 티크리스와유프라테스강은유목민들에게양면으로개방되어있었으므로수메르인들은자기네들끼리의전쟁뿐만아니라아키드부족과카시트부족아라미아부족들의, 침략을이겨내야했다. 그러나나일강은사막을통과하며흘렀다. 동쪽이나서쪽이나사람이라곤거의살지않았고따라서나일강가사람들은수천년동안평화를누리면서지낼수있었는데이는그전이나그이후의인류역사동안가장오래안정이지속된기간이었다. 뿐남아니라나일강은완벽한고속도로구실을했다. 강물은남쪽에서북쪽으로흐르고바람은북에서남으로쉴새없이불었다. 돛을올리면배는남쪽으로순항할수있었고돛을내리면물결을그들을다시북으로운반하여주었다. 또한태풍도일지않았으며나일강은언제나평온하기만했다. 무역이활발해지고이에따라강주변의도사들이합쳐지면서공통의문화와전통을공유할수있는 국가 를건설하기에이르렀다. 이집트는지구상의최초의국가였다. 그런가하면매년이집트남쪽의동아프리카산맥의눈이녹으면나일강은범람해강유역에기름진진흙층을쌓는홍수를만들곤했다. 이홍수는연례행사였기에이집트인들은지금우리가사용하는달력을만들수있었고홍수후다시농토의영역을구분하느라기하학을발전시킬수있었던것이다. 뿐만아니라, 홍수는언제나기름진땅을유지할수있도록하였으므로식량부족을겪는일도드물었다. 성경에서도가나안땅에기근이심할때에야곱의아들들은곡식을사러이집트로가야했다고한다. 이집트는언제나곡식이풍성하였다. 물론그기름진땅은나일강양편으로 2 마일정도에불과하다. 나일강의하구로가면강이점차넓어지며물줄기가삼각형으로벌어져서기름진삼각주를형성한다. ( 나일델타라고불리는이유는그리스문자인덜타가삼각형인까닭이다 ). 요즘은모든강의하구를삼각주라고부르는데사실미시시피강의삼각주처럼전혀삼각형이아닌것도있다. 줄어드는삼각주 (The Shrinking Of The Delta ) 100

101 이집트는고대엔지구상에서가장부유한국가였다. 기원전 1500 년부터 1200 년사이에이집트의군대는나일강상류와서아시아지역을침략하여 이집트왕국 을건설했다. 결국기원전 525 년에페르시아인에게정복당해다시독립하지못했지만이집트는번창을지속해왔다. 기원전 300 년과 30 년사이, 이집트는지구상의가장지혜가뛰어난국가였다. 알렉산드리아에는박물관, 최초의대학으로생각될수있는단체, 그리고인쇄기술이발명되기이전에찾을수있는가장큰도서관도있었다. 또한이집트는로마제국의곡창이었다. 중세기동안도이집트는모슬렘세계에서강국으로유지돼왔다. 오늘날도 5 천만인구가나일강을따라대부분삼각주에서농사지으며생활하고있다. 그러나이제나일강의삼각주는최악의상황을빠져들었다. 지난 1964 년수자원공급의통제를위해건설된아스완댐은삼각주로전해질진흙의양을축소시켰다. 이미쌓여있던진흙도서서히가라앉고있으며이렇게침수되는흙을대체시킬진흙이충분히도달되지않음으로써이제지중해는나일강을침범하고있다는것이다. 스탠리씨는다음 1 백년동안지중해가강을따라 18 마일이나침법해들어올것이라고예고하며어쩌면세계적인온실효과로바다의높이가오르면더욱침범해올는지도모른다고한다. 그렇게되면지중해는광활한면적의기름진땅을삼키게되고, 해안선을보호할수있는방법을모색하지않는한엄청난비극이일어나고말것이다. < 과학동아 > 1991 년 2 월호 줄어드는삼각주 (The Shrinking Of The Delta ) 101

102 일본의기술 (Japanese Feats ) :23 Japanese Feats 일본의기술 지난 1931 년부터 1945 년까지처럼막강한군사대국은아니지만일본은현재경제대국과기술강국으로서많은전진과발전으로분주한곳이며미래를향한꿈의원천지로자리잡고있다. 에를들어지난 1990 년 9 월엔일본의엔지니어링회상인히타치사의한연구팀이새로운유형의초전도체를찾아냈다. 4 년전어떤금속성산화물 ( 세라믹 ) 이고온에서도초전도체가될수있음이처음으로발견됐다. 초전도성이란열을전혀잃지않고전류를 100% 전도할수있는능력을의미한다. 따라서코발드, 망간, 티타늄, 니오븀같은금속의산화물은 1 백 22K(-1 백 51 ) 같이높은온도에서도초전도체가된다. 물론이온도는매우낮아남극의가장추운지역온도보다더차가운것이지만지난 1986 년까지조사했던모든초전도성물체의온도보다는 1 백도가량더높은것이다. 고온에서초전도성의유지는더욱쉬워진다. 값싸고구하기쉬운액체질소도과거엔액체헬륨 ( 엄청나게비싸고액체로관리하기힘든 ) 만이가능케해주었던바로이러한목적에궁극적으로는이용될수있다. 그러나그러한 고온 초전도성이존재하고그것이유용하게되었을때기술적혁명까지도일으킬수있지만아직까지는그유용성이현실화되지못하고있는것도사실이다. 문제는두가지다. 첫째, 우리에게고온초전도성을부여하는산화물은매우복잡하여적절하게구성하기가어렵다. 어떤산화물은초전도성을발휘하고다른것을똑같이구성되어도그렇지못하다. 또어느것은전도물이다가그능력을상실하게된다. 둘째, 이러한산화물은만져서끊어지지않는철사로만들기가매우어렵다. 그러나이제히타치사의일본인들은최근까지의초전도체연구대상이되지못했던바나듐의산화물이 1 백 30K 라는기록적인온도에서초전도성을유지한다고발표했다. 그산화물의구조를정확하게재생성하고그결과물들이과연초전도성을신뢰성있게갖는지를밝히기위한연구는지속되고있지만과거의물질보다는더욱쉽게철사로제작할수있는희망이엿보인다. 이러한방법중의하나는초전도체를그대로깨지기쉬운철사로뽑지않고구리를입혀부서짐을방지하는것이다. 문제는구리가지금까지연구해온금속성산화물과작용하여초전도성을상실하게만든다는점이다. 우리의희망이란구리가바나듐산화물과는화학작용을하지않도록만들어초전도체의실용적가능성을그만큼높이는것이다. 주제를약간바꾸어보자. 이젠고인이된유명한로켓기술자인윌리레이는약 35 년전에 기술자의꿈 이라는책을펴냈었다. 이책에서그는사막을개간하고홍수를막고새로운고속도로를만드는등지구표면에변화를가하는주요방법들을제시하였다. 내가기억하기로는그가제시한것중현실화되어가고있는유일한꿈은그가그의책에서처음제시한도버해협밑으로터널을파서영국과프랑스를연결시키는가능성이다. 영국은그러한제안에대하여오랫동안반대해왔는데이는과거필립 2 세, 루이 14 세, 나폴레용, 히틀러의침략으로부터저항할수있도록해준자연적격리현상을무너뜨리지않고싶어서였다. 그러나미사일시대에살고있는현재, 이러한자연격리는어느나라를막론하고불가능하게됐으며수년내로도버해협의터널공사는완공되어운용가능하 일본의기술 (Japanese Feats ) 102

103 게될것이다. 그런데이제여러일본기업가들은소위 일본의세계구조기금연구재단 을설립하여그나름대로의기술적꿈을현실화시키고있다. 예를들어, 중국으로부터유럽에이르는실크로드는과거비단과기타극동지역의산물을서쪽으로운송하는통로역할을했다.( 터어키인들이이실크로드를막았던것은결국유럽인들이아프리카를순항하고아메리카대륙을발견하게된하나의이유가된다.) 이제일본일들은구실크로드를따라아시아의길이만큼긴현대식고속도로를꿈꾸고있다. 그들은또한히말라야산맥의풍부한수자원을이용하여무공해전기를생산하고파나마운하의바로남쪽인콜롬비아의북서쪽끝부분에대서양과태평양을잇는다리를건설하고자꿈꾸고있다. 나아가서그들은사막에물을조달하고, 인도평원의홍수를없애고, 보다나은환경을조성하기위하여기후를변화시키는방법까지도꿈꾸고있다. 물론가장큰문제는이러한원대한꿈도그것이초래할부작용을미리사려깊게검토하지아니하면쉽게악몽으로바뀔수있다는점이다. 대형과제들은매우조심스럽게추진되어야할것이다. < 과학동아 > 1991 년 1 월호 일본의기술 (Japanese Feats ) 103

104 블랙홀이지구에도있는가? (Black Hole:Are They Here On Earth?) :19 Black Hole:Are They Here On Earth? 블랙홀이지구에도있는가? 지난 1990 년여름소련의물리학자인트로피멘코는미니블랙홀들이지구위를포함하여우주어느곳에나존재한다고추정하였다. 그러나미니블랙홀이란과연무엇인가? 블랙홀 은이제일반대중에게도잘인식되어가고있는용어이다. 블랙홀이란마구뭉쳐있고무척밀집도가강한물체로서그가까운주위의중력은엄청나다. 한번빨려들어간모든것들은빠져나올수없는까닭에 구멍 이된다. 심지어빛까지도탈출할수없어 흑암구멍, 즉 블랙홀 이되는것이다. 블랙홀은큰별이폭발하여초신성이될때형성된다. 그중일부가파멸되면경우에따라블랙홀이되는것이다. 이러한블랙홀은태양보다는질량이약각높기십상이다. 주위의모든물질을흡수하여하나도내어주지않음으로써특히별들이무수한지역에서탄생한블랙홀은그크기가자꾸방대해지게된다. 그동안과학자들은어떤블랙홀도명백하게찾아내지못했지만그들의존재는확신하고있다. 과학자들은별들이집중된성단 ( 星團 ) 의중앙에는우리태양의수천배질량을지닌블랙홀들이있으리라예상한다. 은하수의중심부에는더욱큰태양보다수백만, 아니수십억배크기의블랙홀들도있을는지모른다. 이론적으로블랙홀은다양한크기로존재할수있으므로소행성, 혹은그보다더작은별보다더작은질량의매우작은블랙홀도있을수있다. 문제는물체란그질량이적으면적을수록더욱지독스럽게압축되어야블랙홀로서의형성이가능해진다는점이다. 과학자들은태양보다더작은질량의소위 미니블랙홀 을만드는우주의과정을현재모르고있다. 그러나지난 1971 년영국의물리학자인스티븐호킹은모든여건이현재와전혀달랐던때인우주를탄생시켰던대폭발 ( 빅뱅 ) 시기엔그러한미니블랙홀들이무수히형성되었으리라추측했다. 호킹은또한블랙홀은영구적이지못하고점차적으로 증발 함을주장했다. 그러나정상적인블랙홀은너무천천히증발되므로현재까지의우주의역사보다도엄청나게긴시간이소요되어야사라지게된다. 그러나그증발속도는블랙홀의질량이작아지면서점점빨라진다. 미니블랙홀은평범한블랙홀보다훨씬빨리증발되고그속도가가속화되면서더욱줄고줄어결국남은것은공중의가루로없어지면일종의감마선같은것을내뿜고폭발하듯이없어져버린다. 어쩌면어떤블랙홀들은형성당시에너무작아우주의빅뱅이후고작 1 백 50 억년밖에지나지않은지금이지만벌써부터폭발하듯이사라지고있을는지도모른다. 이것이사실이라면우리는그것을아직발견하지못하고있다는애기가된다. 그러한감마선의생성현장이탐지되지못하고있는것이다. 그러나블랙홀이사라지는폭발의순간을우연히탐지할가능성이그리높지는않다. 우리가아직까지그러한현상을 블랙홀이지구에도있는가? (Black Hole:Are They Here On Earth?) 104

105 목격함에성공하지못했다고해서 ( 우리는매우짧은기간동안무심코살펴왔던것뿐이므로 ) 그러한미니블랙홀의폭발이존재하지않는다고믿어서는안되지만말이다. 트로피멘코씨는미니블랙홀이사라져가는폭발은존재하며어떤폭발은지구내에도존재한다고믿으면서바로그점이지구의지질현상을설명하는데이용될수있다고한다. 가령, 조그마한미니블랙홀이지구의중심에위치하고있다고가정해보자. 이블랙홀은그질량이지구전체의높은밀집도를설명하기에충분하며이는지질학자들의지구의핵은니켈과철로이루어져있다는가정을불필요하게만든다. 지구는대신온통바위덩어리로이루어져있을수도있는것이다. 물론지구의맨틀엔 핫스포트 ( 뜨거운지점 ) 들이있다. 지구의표피가천천히이들을따라움직일때이지점들의위치엔변함이없다. 그러나가끔씩핫스포트는화산폭발의원인이되고화산들을연이어만들면서핫스포트를통과한화산은사 ( 死 ) 화산이되는것이다. 하와이지역의섬들은바로이러한핫스포트위에서만들어졌으며가장늦게탄생한하와이섬의화산은아직도활화산으로여겨지고있다. 지구속에묻힌미니블랙홀이이러한핫스포트의원인이될수있을까? 약 60 억톤의질량밖에안되는아주작은초미니블랙홀도그것이사라지며증발할땐핫스포트를만들기에충분한열을발산할수있으니말이다. 트로피멘코는달에도평균보다밀집도가강한지역들이있다고지적한다. 화성에도사화산들이있으며목성의위성들에도활화산들이있다고한다. 어쩌면이모든것들은미니블랙홀의부산물인지도모른다. 이러한추측을증명할수있는길은없을까? 트로피멘코씨는미니블랙홀이중성미자라는아주작은분자들을만들어냈다고한다. 우리는태양으로부터건너온몇개의중성미자를검출한바있는데미니블랙홀이산출하는중성미자의양은그수천배가될것이다. 그렇다면미니블랙홀이있으리라고예상되는지역, 가령활화산부근에서중성미자의생성여부를시험해볼수도있을것이다. 이는매우흥미로운아이디어일뿐더러조사해볼가치또한있다. 그러나나는개인적으로그기대어린흥을깨며그러한시험의성공가능성이매우미약하다라고감히말하고싶다. < 과학동아 > 1991 년 1 월호 블랙홀이지구에도있는가? (Black Hole:Are They Here On Earth?) 105

106 로봇곤충들 (Robettes) :17 Robettes 로봇곤충들 인공지능계의대가인마빈민스키씨덕분에 MIT 는세계적으로가장중요한로봇기술발전센터의하나로알려져있다. 로봇분야를새로운시각에서접근하는컴퓨터공학과교수인호주출신로드니브룩스씨도 MIT 에있다. 브룩스씨는아주작은것들을머릿속에떠올리고있다. 소설이나영상매체속의과학공상이야기에등장한로봇들은언제나사람과닮은꼴이었다. 귿르은인조인간휴머노이드들이었다. 사실소형컴퓨터가등장하기전에로봇을제작하는궁극적인목적이야말로우리를위해우리의일을할수있는기계인간들을갖고자하는것이었다. 그러나로봇에적합한형태가인간이아니라는점은쉽게주장할수있다. 인간은광법위하게사용될수있는팔다리와매우특수한뒤뇌를갖춘다목적작용장치다. 인간은무거운수레를미는것부터심포니를작곡하기까지, 나무를베어쓰러뜨리는것부터파일카드를알파벳순서로정리하기까지똑같은두뇌와같은근육들의집합으로참으로많은종류의일을수행하도록설계되었다. 이것은결과적으로는인간에게있어서크나큰단점이다. 생활상의위급한상황들은사람으로하여금그들의모든시간과기가막히도록범용성있는신체를전문적인일에만활용하도록한다. 어떤때는뒤뇌의너무적은활용으로머리를쇠퇴시키는작업에만몰두해야한다. 또혹은자신의희망이나필요에의해한가지목적으로만두뇌를이용하고근육을퇴화시켜몸이연약해지도록하기도한다. 거의대부분의경우사람들은몇가지일은매우잘할수있도록발전하지만또다른분야에서는심할정도로 불구자 가되어버리고만다. 만일우리가특별한일을수행할기계장치를원한다면무엇때문에부탁하지도않을일까지다양하게수행할, 범용성있는구조체를개발할필요가있는것인가? 범용성있는구조체를만들려면많은복잡하고어려운문제들을접해야하며현실적으로아직은멀었다. 그러나특수한일만을수행할특수구조체의개발을진행시키는것은상대적으로쉬운작업이다. 따라서우리가 산업용로봇 이라고부르는것들은컴퓨터기계장치들이다 년대중반에개발된마이크로칩반도체는인간의외형은아니지만컴퓨터로작동되는팔이나레버모양의값싸고신뢰성있으며, 특수목적에이용되는산업용로봇제작을가능케하여한정된다양한동작으로전문화된작업을반복적으로수행토록하였다. 이들컴퓨터레버들은, 과다한전문성으로가득한뇌로부터명령받는인간의팔보다도훨신일관성있게효과적으로작업을수행한다. 게다가로봇은지치거나지루해하는법도전혀없다. 물론그러한로봇들은시간이지나면서더욱실용성있고다양한일을할수있도록보다복잡하게만들어질것이다. 더욱높은범용성을추구함은억제할수없는경향이다. 사실우리로봇을인조인간처럼만드는데노력해야하는이유는적어도두가지가있다. 첫째, 인체에적절하도록설계된방대한기술은이미개발돼있다. 인체가특정한식으로뻗고굽히듯이, 또한팔과다리와손가락이특정한규격이듯이기계들도그러한식으로만들어움직이도록하는것이다. 로봇곤충들 (Robettes) 106

107 만약로봇들이구조적으로인체와같이만들어진휴머노이드들이라면기존기술을이용할수있게된다. 한기술은사람을위하여또한기술은로봇을위하여라는식으로불필요하게두가지기술을가질필요가없다. 둘째, 휴머노이드들은작업과정의동업자로서만이아니라친구처럼가까운존재로느껴질것이다. 이것이휴머노이드를만들려는감정적인이유일것이다. 그러나 MIT 의브룩스씨는또다른방향으로의개발이 ( 바람직스럽게 ) 시도되어야한다고생각한다. 그는로봇제작을위한보다적절한모형이우리인간의신체와는전혀다르게만들어진곤충이라고한다. 곤충은아주조그마한체구에그들의기능이아주경제적으로구조화된유기체다. 그종류가수백만종에달하는곤충들은각각수백만가지의전문성을발휘하도록되어있어생명영위의한두가지목적에잘부합되도록만들어졌다. 전문화된작업을곤충처럼수행하는매우작은크기의엄청나게많은소형로봇들 ( 내가로봇곤충이라생각하는 ) 을왜만들지않는것인가? 브룩스씨는꼬마로봇들에게선박의바깥표면으로부터다닥다닥붙은굴등을떼어내는일감을말길수있으리라고한다. 화성의흙을탐험하는데도가능하다. 심지어는주사로혈관속에투입시켜인체내부에서수술을할수있는초소형로봇도상상하고있다. 여기서개인적인이야기한마디를하지않을수없다. 나는 51 년간로봇에대한공상과학소설을써왔고따라서그어느과학자라도내가그동안한두번상상해보지않은새로운아이디어를제시하기란쉽지않을것이다. 나는지난 1974 년에쓴 너는그의생각을염두에두라 는제목의책에서아주작은로봇의가능성을이야기했다. 곤충을박멸할목적을지니고새처럼빠르게나는작은로봇을생각했던것이다. 또한 1988 년에쓴 참, 안됐네요. 라는글에서는혈관으로들어가정상적인세포는다치지않은채암세포를박멸하는미니로봇을묘사한바있다. 아마도그러한로봇들이실제로등장하여활동하게되는시접에살고있는모양이다. < 과학동아 > 1990 년 12 월호 로봇곤충들 (Robettes) 107

108 생명체의분류 (Dividing Life ) :14 Dividing Life 생명체의분류 동물성인가, 식물성인가, 혹은광물성인가? 어쩌면이런당연한분류법이이젠재고 ( 再考 ) 되어야하는때인지도모른다 년여름, 일리노이주주립대학의칼위스씨가모든생명체를그룹 ( 群 ) 과소그룹 ( 小群 ) 으로나누는새로운방안을발표했기때문이다. 이는모든생명체에예외없이존재하는 리보솜 이라불리는작은알맹이속의리보핵산분자 ( 소위 RNA) 의구조에근거한것이다. 모든세포속의핵산에관한현재의청사진들에의하면리보솜은단백질이생산되는곳이며단백질없이생명의존재는불가능하다. 리보솜은가장초기세포들내에서형성되었음이분명하고이를이루는 RNA 분자들은수십억년동안약간의변화만초래했을뿐그원형을유지해왔다. 그러나약간이나마변화가있었다는것이중요하다. RNA 분자들은예를들어, 뉴클레오티드 라는더작은분자들의사슬식연결로만들어진다. 리보솜내의각 RNA 분자들은어느특정부분에서는머리핀같은곡선을이룬다. 바로이곡선부분에여섯혹은일곱개의뉴클레오티드가있다. 여섯개의뉴클레오티드를가진세포들은생명체의한그룹에속한다. 또한일곱개의뉴클레오티드를가진세포들은다시조그마한차이로두개의다른그룹으로나뉘어진다. 그래서총세개의그룹이된다. 과거의생명체들은외형에따라주로분류되어왔다. 우리는 스무고개놀이 에서모든문제들을 동물성, 식물성, 혹은광물성 으로분류할때모든생명체가동물이거나식물이라고생각한다. 또한우리가동물성이나식물성으로지적하는미생물들도있다. 아메바는동물성이고박테리아는식물성이라고생각해온것이다. 우리는세포들에대해보다자세히연구함에따라궁극적으로세포엔두가지유형이있음을발견해왔다. 원시적인세포에는핵산분자들이세포전역에퍼져있다. 원시세포란박테리아를포함하는 원핵세포 로서 ( 태양에너지의공급으로살아갈수있도록하는 ) 클로로필을지닌것도있고그렇지않은것도있다. 보다복잡하고진보된유형의세포들내에서핵산은 핵 이라고하는세포의작고한정된지역에만존재한다. 이들을 진핵세포 라고한다. 식물이나동물은진핵세포로구성되어있는데식물의세포에는클로로필이있고동물의세포엔클로로필이없다. 인간역시진핵세포로만들어졌으면물론클로로필은가기고있지않다. 그러나위스씨처럼우리가리보솜내에있는 RNA 의분자구조를고래해보면이모든논리는전복되어버린다. 세개의대그룹중에서둘은기본적으로원핵세포들로서단세포형이다.( 원핵세포들은둘이상의세포로구성된유기체들을전혀발전시키지않았다.) 이중하는박테리아와원핵세포이고또하나는위스씨가 아캐아 라고부르는원핵세포들인데이들은박테리아와외형상으로는매우유사해보이지만진핵세포내의 RNA 분자에서발견되는속성을지닌다. 결국아캐아는진핵세포의성질을발전시켜왔으며이들로부터위스씨가 유카리아 라고부르는생명체의세번째그룹이등장한것으로보인다. 이들은핵을포함한세포들로구성되어있다. 유카리아는다세포방향으로발전되는유일한생물체의형태이다. 어떤유카리아는수조 ( 兆 ) 혹은수백조의진핵세 생명체의분류 (Dividing Life ) 108

109 포로구성된유기체로발전되어왔다.( 우리인간이바로그예이다.) 그러나모두가그렇지는않다. 유카리아의여섯유형중셋은철저하게단세포들이다. 나머지셋중에서둘은식물성이다. 하나는클로로필이없는 " 진균류 다. 대부분은단세포이지만버섯같은다세포들도있다. 또하나는클로로필이있는우리가잘아는녹색식물이다. 이들역시조류 ( 藻類 ) 처럼단세포인경우도있고세쿼이어나무처럼엄청나게큰것들도있다. 마지막으로유카리아의마지막유형은동물이다. 이들은우리인간의시각에서가장진보된것이면무게가 1 백 50 톤이나되는큰고래도포함된다.( 어떤나무들은더무거울수도있겠으나그무게는나무를지탱시키는역할뿐실제살아있지는않은대부분죽은조직체때문이다. 그러나동물의몸은거의살아숨쉬는조직체로구성되어있다.) 이마지막유형은우리인류의위치를어느정도설명해준다. 약 35 억년전생명이시작된이래생명체들은 20 억년이상단세포원핵세포형태를유지하였다. 약 14 억년전에이르러서야세번째그룹인유카리아가나타났고이들역시다음 6 억년가까이를단세포형태로머물러있었다. 약 8 억년전에다세포인진핵세포들이나타나기에이르렀는데처음엔여러종류의기생충에불과했었다. 6 억년전에바다의껍질있는조개류가등장하였고 5 억년전에이르러서야우리인간에속하는동물체들이나타났다. 인류뿐만이아니라가장원시적인물고기부터우리와관계깊다는동물들까지도지구위에선지각생들이라는것이다. < 과학동아 > 1990 년 12 월호 생명체의분류 (Dividing Life ) 109

110 도도새같은죽음 (Dead As a Dodo) :11 Dead As a Dodo 도도새같은죽음 오래전멸종된도도새의새로운모형이에딘벌에있는스코트랜드왕립박물관의키치너씨에의해제작되었다. 이새로운모형의도도새는흔히생각해왔던것보다훨씬멋있어서그새가더이상존재하지않는다는슬픔만더해주고있다. 도도새와인류와의관계에관한역사는지난 1510 년도에마다가스카르섬동부에위치한인도양의마우리타우스섬을포르투갈선원들이발견한때부터시작된다. 그당시그섬은아랍상인들에겐알려져있었으나여전히무인도로남아있던곳이었다. 길이 38 말일, 폭 29 마일로 7 백 70 평방마일의타원형인그섬은미국로드아일랜드주의 4 분의 3 가량의면적이된다. 포르투갈선원들은그섬을그냥방치했는데 1598 년도에네덜란드인들이찾아와그곳을네덜란드총독의이름을따 나소의마우리스 라고명명하였다. 그이름은그후라틴어로마우리티우스가되었다. 네덜란드인들은그섬을개척코자시도했다가실패했다. 프랑스인들이 1721 년도에점령한것이었다. 그들은그섬때문에영국과도전쟁을했으나마우리티우스공화국으로독립되던지난 1965 년도까지프랑스가식민지로차지하였다. 이제인도인과아프리카의후예가대부분인그나라의인구는약 1 백만명이다. 그러나마우리티우스국민들에대한존경심이없어서가아니라, 그섬이유명한주요이유는바로더이상존재하지도않는도도새때문이다. 섬을탐험하고그새를발견했음을처음보고한것은포르투갈사람들이었다. 그새는칠면조보다크고무게가 50 파운드가량되는큰새였다. 그새의깃털은몇군데흰부분이있는가운데주로회색빛이었고살찐노란다리를가지고있었다. 나는데는전혀쓸모없는조그마한날개와흰꼬리털의모습도지녔었다. 가장두드러진특징은머리부분으로서갈고리모양으로끝이까만부리를뽐내는점이었다. 이새는비둘기계의일원으로서크고무서워할줄모르는비둘기라고설명되곤한다. 이새는오로지마우리티우스섬에만살았다. 연관이있는종족인솔리테어라는새는근처리유니온섬이나로드리구에조섬에도살았지만말이다. 이마우리티우스의새는특별한적들이없어자기방어를위한아무런방법도개발하지못했다. 날지도못하여땅에만살면서어떻게할줄도모르는이새는포르투갈인들에게는참으로어리석게보여이름이 도도 라고붙여지게됐다.( 포르투갈어로 도도 란 바보 나 멍청이 를뜻한다.) 마우리티우스에게사람들이살기시작하면서개척자들은마음대로도도를죽였고사람들을따라온동물들도마찬가지였다. 당시에는희귀동물을보존코자하는생각도없었으며자연으로부터아주사라지기전에몇이라도구제할만한동물원같은제도도없었다 년에이르자마지막으로남아있던도도까지죽음을당했으며정말훌륭하고흔치않은이동물체는영원히사라져버린것이다. 근처의섬에있는연관이있는새조차도그후몇십년이지나지않아멸종돼버렸다. 이제도도새는우리가흔히쓰는 도도새같은죽음 이라는말에서만나타난다.( 미국인들은무슨일이회생할가능성이전혀없을때도도같이죽었다고표현하다. * 역자주 ) 이어휘는도무지시대에걸맞지않게사는사람이나꽉막힌보수성만을고집하는사람을지적할때도사용된다.( 가련한도도새여! 고작이런표현을위해서나기억되다니.) 우리는 도도새같은죽음 (Dead As a Dodo) 110

111 도도새의모습을잔존하는머리뼈한개, 다리뼈두세개정도등을토대로만든그림들을통해알고있다. 그모습은루이스캐롤의 이상한나라의앨리스 라는동화책의제 3 장에등장하는도도에관한설명에가장잘그려져있다. 유명한삽화가인존테니엘씨는도도새를두장그렸는데그중도도가자신의골무를상품으로대신하여앨리스에게건네주는장면은주목할만하다. 그그림에서도도는어색한옷차림에다어기적대는걸음걸이를쉽게연상할수있는뚱보새로그려져있다. 그러한행동은바로그새의이름과맞아떨어지고왜멸종되고말았는지를설명하는데도움이된다. 그러나키치너씨는그그림이사실과다르다고생각한다. 어쩌면그그림은잡혀서운동도못한채너무많은먹이만먹게된새를토대로한것인지도모른다. 또한그새가칠면조보다도컸다고했던평범한표현에영향을받아사람들은과식하도록양육한칠면조를연상했는지도모른다.( 누가장담할수있으랴! 만일도도가보존됐다면우리는지금도도사육장을가지고칠면조고기보다도더맛있는도도고기를즐기고있을지모른다.) 대신에키치너씨는보다날씬한모습의초기그림들을참고하여휠씬덜둔한모습의모형을제작했는데이는도도가제법볼품있게달릴수도있는듯한느낌을자아낸다. 사실인즉, 멸종된피해자에게꼴불견의모습이라는모욕까지추가시킬필요는없는것이다. 생물체종족간의상호관계를설명하는예로서, 마우리티우스엔열매가도도의소화기관을먼저통과하지않고서는그씨앗을싹트지않는나무가있다. 도도의위산이그씨를마구괴롭혀서드디어땅속에묻히게되면 ( 거름과함께 ) 싹을틔우는것이다. 마우리티우스에있는이러한유형의모든나무는이젠적어도 3 백년이상의고목들이다. 새로운나무의싹은돋아나지않을것이면결국그나무들도 도도새같은죽음 을당할것이다. < 과학동아 > 1990 년 11 월호 도도새같은죽음 (Dead As a Dodo) 111

112 금이없다! (No Gold!) :08 No Gold! 금이없다! MIT 의지질학자인켈리파크너와존에드먼드씨의분석에의하면바닷물속의금함유량은예상했던양의 1 천분의 1 밖에되지않는다고한다. 애석한일이긴하지만그다지비극적이지는않다. 설명을해보자. 지구의강물은육지를가로지르며모든종류의분해된물질을담은채바다에도달한다. 땅위딱딱한물체의대부분은조금밖에용해되지않지만그조그마한양이라도바다로흘러들어간흔적을찾아볼수있다. 바다속의물질은물속에영원히남아있지않는다. 바다의얕은부분이마르면염전이남는데여기에는주성분인소금외에도분해된모든유형의물질이포함되어있다. 이렇게가끔씩메마르고없어져가는동안해수 ( 海水 ) 속의금을포함한모든알려진물질의가루들이발견되는것이다. 지난수천년에걸쳐인간은금을발견코자세계전역을누벼왔다. 그리고 1850 년대는캘리포니아, 1890 년대는클론다이크등지에서비록단명 ( 短命 ) 이긴하지만극적인금광의전성기를맞이하였다. 그러나바다속의금은어찌되었던가? 세계에서가장큰금광은바다속이아닌가? 그것이바로사람들이믿어왔던바다. 그리고그거대한바다속금광은인간에게거부가될수있다는꿈을주었다. 세계제 1 차대전이후독일이전쟁에대한책임보상으로엄청난거액의지불을요구받았을때 ( 사실은지불한적이전혀없지만 ), 노벨상을수항한화학자인프리츠하버씨는독일의빚을갚기위해바다에서금을캐내는방법을고안해내는착상에이르렀다. 물론성공하지는못했지만말이다. 결과적으로하버씨가예측했던것보다는적은양의금이바다속에있는것으로알려졌고지금은그보다도훨씬더적게존재하는것처럼보인다. 파크너씨와에드먼드씨는바닷물의표본이소위 이온교환수지 ( 樹脂 ) 라고알려진물질을통과하도록흘려보내는정교한분석을실행했다. 이수지는전기가충전된원자 ( 이온 ) 를포함하는데이온은수지속에느슨하게붙잡혀있다가쉽게빠져나오게된다. 이온이빠져나오는그자리에바닷물의다른물질들이교체되어들어가는것이다. 이렇게하면바닷물표본의금원자들이추출되고나중에그수지로부터뽑아낼수있게된다. 물론상당히다양한이온의혼합물질이이온교환수지로흡수된다. 그래서이혼합물질이 질량분광계 내의진공을흘러가도록한다. 이는충전된물질이자기 ( 磁氣 ) 지역에노출되면곡선을따라움직인다는점을이용하는것이다. 금이온들은다른이온들과분리되어모두특정지역에모이게되고그랬을때그양은측정이가능해진다. 결과적으로 30 억톤의해수에 1 온스의금이함유되어있는것으로알려졌다. 그바닷물이대서양에서수집된것이거나태평양의것이거나관계없다. 바로그것이바닷물의금함유량전부일뿐이다. 그런데지중해는약간다르다. 좁은지브롤터해협을통해대서양으로연결되기때문에지중해의물은큰바닷물과쉽게섞이지않는다. 뿐만아니라지중해의물은따뜻해서증발량이많으며바로이사실은남겨진딱딱한물체의함유량을높이는결과를가겨온다. 그래서지중해의금함유량은다른큰바다의함유량의 3 배가된다. 어쩌면육지에갇힌다른바다나호수속에보다풍부한금이있을는지모르나그양은어느곳이나많지않다. 적어도사람들이과거에생각해왔던만큼은아니라는것이다. 금이없다! (No Gold!) 112

113 물론우리는바다의거대함을깨달아야한다. 지구상의바닷물은그무게가총 1 백 40 경 ( 京 ), 혹은 1 백 40 만조 ( 兆 ) 톤가량된다. 이는 10 억톤의해수마다 1 온수의금이있다고가정했을때 1 천 5 백톤의금으로계산되고그값은약 1 조 7 천 2 백 50 억달러가된다. 과거같으면이와같은금액은 설명할수조차없는부 ( 富 ) 로서상당한혼란을빚었을것이지만불행하게도그정도의액수는이젠더이상설명될수없는게아니다. 현재미국의부채는 3 초달서선을향해올라가고있고이러한증가율로볼때미국정부가자국이나다른세계의국민들에게진빚이바다속금가치의 2 배를도달할때도몇년남지않았다. 금이현금가치를지닌이유중의하나는희소가치성이다. 만약바다에있는 1 천 5 백톤의금이갑자기세계시장에나타나면금의온스당가격은급격히하락될것이며우리가생각하는것보다는미국총부채의훨씬적은부분밖에상환할수없을것이다. 결국문제는바다속총금함유량이아니며금이해수속에얼마나묽게퍼져있느냐는것인데사실금은매우묽게녹아있다. 그어떠한기술도 ( 또한멀지않아개발될기술까지도 ) 이렇게묽게녹아있는금을값싸게추출할수는없다. 1 달러의금을추출하려면이미 60 전에독일의프리츠하버씨가깨달았던것처럼약 1 천달러나그이상의노력이소요된다. 따라서금은바다속에머물러있을수밖에없고우리들은미국이나세계의재정문제을해결하기위해보다현명한방안을강구해야할것이다. < 과학동아 > 1990 년 11 월호 금이없다! (No Gold!) 113

114 슈퍼다이아몬드 (SUPER-DIAMONDS ) :04 SUPER-DIAMONDS 슈퍼다이아몬드 다이아몬드는아주여러면에서이미슈퍼 ( 초강력 ) 물질이므로더욱강한슈퍼다이아몬드의가능성은존재하지않을는지모른다. 그러나 1990년 7월에뉴욕주의체넥타디에위치한제너럴일렉트릭사의화공학자인윌리엄밴홀저씨가발표한보고서는그가그러한슈퍼다이아몬드를얻어냈다고밝혔다. 무엇이다이아몬드를슈퍼물질로만드는것일까? 예를들면무엇이과연다이아몬드를이제까지알려진물질중에서가장견고한것으로만드는것일까? 어느물질이견고하다함은그물질을구성하는원자들이서로꼭달라붙어있어서충격에의하여서로떼어놓기가힘들다는것을말한다. 따라서다이아몬드가다른단단한물질을긁는데사용될때그물질의원자들은다이아몬드에의해삐걱대며떨어져나가지만다이아몬드의원자들에게는서로떨어지도록충격을주지못한다. 원자들이서로결합하려면각원자들이되도록많은주의의다른원자들과붙어있도록해야한다. 가장꼭결합되도록하는방법은각자가다른제원자들과연결되도록하는것이다. 이러한방법으로연결된원자의크기가작으면작을수록, 서로밀착되어있을수록, 그들은더욱견고하게자기위치를유지하게된다. 탄소원자는주위의다른네개씩의원자들과밀착될수있는가장작은원자이며탄소원자로만구성된것이바로다이아몬드인것이다. 그러나탄소원자들이언제나서로가장가깝게위치하는배열로결합되어있지는않다. 예를들어석탄이나코크스나검댕안에서는서로느슨하게붙어있다. 또한흑연 ( 연필의심 ) 에서도그러하다. 하지만흑연조각을그구성원자들이가능한한서로밀착되도록고열로가열시키고또한높은압력을가하면그결과는다이아몬드가된다. 땅속깊은속의온도와압력은아이아몬드를만들어낼수있을만큼높으며그렇게만들어진다이아몬드가몇몇곳에서는인간들에게발견될수있을만큼지표에가깝도록솟아나왔다. 제너럴일렉트릭사의과학자들이천연다이아몬드와똑같은인공다이아몬드를만들수있을정도의고열과고압을생성할수있는방법을 ( 다른물질이존재하는환경에서 ) 고안해낸것은 1950년대에이르러서다. 다이아몬드는투명하며통과하는빛을굴절시켜무수한무지개로변화시킨다. 아이몬드그자체는무색의ㄹ물질이지만적절한면을갖추도록깍이면 파이어 라고불리는다양한색깔의빛으로번쩍거리게된다. 이는너무나아름다워바로이점에인간들이가장큰가치를부여하게되는것이다. 그러나산업현장에서의다이아몬드는타물체의거친표면을문질러서매끈하게만들수있는견고성때문에우리가아는최고의연마제로인정받고있다. ( 다이아몬드의품질에거의근접하도록우수한다른값싼연마제들도있지만비슷한품질일뿐 슈퍼다이아몬드 (SUPER-DIAMONDS ) 114

115 똑같지는못하다.) 또한다이아몬드는전기를전도하지는않지만열은매우쉽게전도한다. 이는마이크로칩이나현대기기들이소형부품내에아이아몬드조각들을사용함으로써과열현상을억제할수있음을의미한다. 나아가모든투명물체중에서다이아몬드는가장방사선의피해를입지않는까닭에레이저광선과관련된기기들에유용하게된다. 물론다이아몬드보다더열전도에좋고방사선에강한어떠한물체가있다면좋으리라. 그러나다이아몬드를형성하는원자들의배열이금상첨화일진대어찌더나은물체가가능하겠는가? 그런데탄소원자에는탄소-12(C-12) 와탄소-13(C-13) 이라는두종류의동위원소가존재한다. 다이아몬드를포함한모든탄소조각들은 99% 의 C-12와 1% 의 C-13을포함하고있다. 이두가지탄소는화학적으로거의똑같은작용을한다. 그러나 C-13이 C-12보다약 8% 무겁다는사실은미미하나마그차이를의미하고있다. 예를들어어느소련물리학자는열이다이아몬드를통과하는경우, 그다이아몬드의원자가같은종류일때가장효과적인열의전도가가능하다고주장했다. 그원자들이모두탄소일지라도가끔씩내포된 C-13이열에너지를뺏고전도의속도를절감시킨다는것이었다. 그래서과학자들은동위체원소들을분리하는방법을개발하였고메탄이라는탄소함유량이높은가스로부터이작업에착수할수있었다. 즉 C-13을포함하고있는메탄분자들을제거했다. 그렇게하면 C-12 원자들만지닌메탄분자들을얻을수있다. 이 C-12 메탄가스는 C-12 원자들만내포하는인공다이아몬드를가공하는데이용될수있으며, 바로이러한작업이지난 1988년제너럴일렉트릭사에서밴홀저씨의연구팀에의해처음으로진행됐던것이다. C-12 다이아몬드는디트로이트시에위치한웨인주립대학의과학자들에의해시험되었으며바로슈퍼다이아몬드로판명됐다. 그 C-12 다이아몬드는천연다이아몬드보다 50% 가량열전도율이높으며 10배정도의방사선강도에도견딜수있다. 최고라고생각되었던것이무너지고신기록이탄생한것이다. 안타깝게도 C-12 다이아몬드는천연다이아몬드보다비싸므로광범위하게쓰이지는못할것이다. 그러나그것이가장적절하다고판단되는곳에서의적은규모의이용가치는있을것이며, 어쩌면미래의컴퓨터나레이저기기개발에있어그사용도가절대적일가능성이매우높다. < 과학동아 > 1990 년 10 월호 슈퍼다이아몬드 (SUPER-DIAMONDS ) 115

116 발달린고래 (WHALES WITH FEET ) :02 WHALES WITH FEET 발달린고래 1990년 7월필립진저리치씨가지휘하는미시간주립대학과듀크대학의고생물학자팀은카이로에서 95마일가량남서쪽에위치한이집트사막에서고대고래의화석일부를발견했다. 고래가사막에서무엇을하고있었느냐고? 다름아니라그곳은 4천만년전엔사막이아니었다. 그곳은해양의작은만이었고그해양은이후줄고줄어현재의모습인지중해를남기면서원래의만을사막으로만들었던것이다. 그런데그고대화석에서발견된특이한점은, 그고래가인간의다리와같은종류의뼈를지닌두개의작은뒷다리를가지고있었으며각발에는세개의발가락이존재했다는사실이다. 잘알다시피우리가암석사이에서찾아내는화석은무한한가치를자랑하는고 ( 古 ) 서적과같다. 대부분의페이지가분실된서적이고남아있는몇장마저도몹시구겨지고흐려서그내용을명백히파악하기는힘들지만말이다. 그럴수밖에없는것이, 그러한화석은 5천만년의긴역사동안지층변화침식지진화산분출등으로인해엄청난손상을입었기때문이다. 뿐만아니라대부분의생물은화석으로남겨질수있는환경하에서죽는것도아니다. 따라서화석에서어떤의미를찾고자하는시도들은많은수수깨끼를남기게된다. 예를들어포유동물은 2억년전부터육지위의파충류에서진화돼왔다. 그이후거의모든유형의포유동물들은육지에서살기시작했다. 개중의몇몇포유류들은식량을찾아다시물로돌아갔지만그들은땅위포유동물의후손임을명백히암시하고있다. 한예로수달은강에서살지만땅위의친척인족제비나휜담비들과크게다르지않다. 바다수달역시유사성을띠고있다. 물개와해마와해우 ( 海牛 ) 등은수족아닌물갈퀴를지니고서수중에서는우아함을자랑하지만뭍에서는서툴게움직이는점에서물에더욱적응하였음을보여준다. 그럼에도불구하도그들의물갈퀴는육지위포유동물의다리에서발견되는것과똑같은뼈대구조를갖추고있다. 고래와돌고래 ( 고래류 ) 는진짜수수깨끼다. 그들에게는육지조상의근거가가장희미하기때문이다. 그들은 5천만년전바다로돌아간후수중생활에가장잘적응되어있지만, 한때는육지위의포유동물이었다. 고래류는물고기와같은유선형몸체를발달시켰으며, 앞다리였음이확실시되는두개의앞물갈퀴를가지고있긴하나뒷다리에관하여는아무런징후를나타내지않는다. 그들의엉덩이부분살속깊은곳에는한때넓적다리뼈였음이틀림없는잔재들이있긴하지만그것이고작이다. 게다가지금까지는그어떠한고래화석도그보다더많은뒷다리의흔적을드러낸것이없었다. 그렇다면고래가포유동물이아님이가능할까? 아니다. 그러한논리는불가능하다. 고래는새끼들을모체내의태속에서키우고태어난고래들은엄마고래의젖을빨면서자란다. 그들은횡경막을가지고있으며태아형태에서털을가졌다는징후조차 발달린고래 (WHALES WITH FEET ) 116

117 보인다. 모든포유동물들의특징을고스란히가지고있다는점에서고래의조상이한때육지에서살았음에틀림없다는이유가성립되는것이다. 불행하게도그동안발견된화석들은 이것이바로고래로진화되어가고있는포유동물이다 라고말할수있는특징들을제시해준적이없었다. 또한현대의고래보다육지조상에더욱가깝다고보여지는고래의화석이발견된적도없었다. 이것은그동안우리를분노케하고당황스럽게만드는화석기록상의공백이었다. 그러나드디어 바실로사우루스 라불리는고대고래의화석이발견된것이다. 이고래는길이가 50피트가량되고현대의고래보다는가늘고작은체구이며비교적작은해골과늑골, 그리고긴나선형의등뼈를가지고있었다. 바실로사우루스는약 4천만년전의생물이므로바다속고래로처음진화된 1천만년이후가되니까물속에서헤엄치고있었을것이다. 그런데 1천만년이흐른그때까지도뒷다리를간직하고있었던것이다. 다리뼈들은분명히있으며이는틀림없는사실이다. 쭉뻗게하면 2피트의길이가된다. 각다리에는한개의윗다리뼈, 두개의아랫다리뼈, 발목뼈, 그리고세개의발가락뼈가있다. 그러한고래다리들은바실로사우루스의전체크기에비해매우작으며따라서유용성이신통치않았을것이다. 영구적으로굽어있으므로육지에서의가치가있을수없을뿐만아니라헤엄치는데도유용성이없었으리라. 얕은물의진흙을헤쳐나오는데도움이되었을는지는모르지만말이다. 어떤이들은그다리들이교미시에암고래를붙들기위해주로사용되었을것이라고추정한다. 만약그렇다면그다리들은숫고래에게나유용하였을것이고암고래의다리는작거나아예없을지모른다. 따라서이논리의타당성을증명하기위한또다른화석들을찾아보는작업은매우흥미로운것이다. < 과학동아 > 1990 년 10 월호 발달린고래 (WHALES WITH FEET ) 117

118 마지막입자 (The Last Particle ) :54 The Last Particle 마지막입자 현재의소립자물리론은우주가렙톤과쿼크라는두종류의입자로형성돼있다고이해한다. 그각각은세쌍으로구성되어있으며각쌍은 플레이버 라고불리운다. ( 즉 맛 -성격이다른입자들이라는의미다.) 렙톤의세가지플레이버는 1) 전자와중성미자, 2) 뮤온과그것의중성미자, 그리고 3) 타우와그중성미자다. 즉 6개의렙톤이된다. 여기에각입자는대칭입자, 혹은반입자를지니므로모두 12개의렙톤이있는셈이다. 이들모두는실제로발견됐으며최근물리학자들은다소복잡한추론과정을거쳐위세가지플레이버외에다른유형의렙톤은존재하지않는다는결론에도달했다. 모든렙톤들이파악됐다는것이다!( 사실이들렙톤들중에서는전자와전자중성미자들만이우리의일상생활에중요한역할을담당하고있지만물리학자들은보든플레이버들을소중히여기며우주에서없어서는안될요소라고주장한다.) 물리학자들에있어대칭구조는매우중요하다. 따라서렙톤의상황이쿼크에도반영돼야한다고생각한다. 결국쿼크에도세가지의플레이버가존재해야만하는데이들은 1) 업쿼크와다운쿼크, 2) 스트레인지쿼크와참드쿼크, 그리고 3) 톱쿼크와바텀쿼크로불린다. 각각에는반입자가있으므로총 12개의쿼크가존재하는셈이다. 쿼크들은독립된입자로서는발견되지않았으며또한발견될가능성도희박하다. 이들은둘씩, 셋씩아주강하게결합되어있어서분리시킬수없는것이다. 그러나이렇게결합된쿼크들은더욱복잡한또다른입자들을형성하므로 (1백개이상의유형이알려져있다 ) 이러한큰입자들로부터내재된쿼크의성질을찾아볼수있다. 사실첫번째쿼크플레이버인업쿼크와다운쿼크만이우리일상생활에유용하다. 왜냐하면원자핵에서발견되는양성자와중성자가이들로부터만들어지기때문이다. 물론물리학자들은쿼크의모든플레이버들을소중히여기지만말이다. 쿼크를내재한입자들로부터각각의독립된질량 ( 말하자면무게 ) 을계산해내는것은가능하다. 일반적으로쿼크는렙톤보다무거우며이사실은매우중요하다. 질량이란에너지의형태이고입자가무거울수록현대의원자분쇄기로그입자를만드는데필요한에너지가더많이소요되며이를발견하기도어렵기때문이다. 가장가벼운업쿼크는전자의 5배, 그리고다운쿼크는 7배의무게를지니고있다. 이들의질량은비교적가벼운편이며지난 1963년쿼크의발견으로노벨상수상자가된머레이겔만에의해처음확인된후일반에널리알려지게됐다. 두번째플레이버중에서 1963년이후알려진스트레인지쿼크는전자보다 1백50배무거우나이역시괜찮은편이다. 그러나참드쿼크는전자의 1천5백배가량의질량이므로이를내재한입자역시무거울수밖에없고입자로형성되는것또한매우어려ㅃ다. 참드쿼크를포함한입자들은 1974년이되어서야버튼리처와사무엘팅에의해발견됐고그들은그업적으로노벨상을수상했다. 마지막입자 (The Last Particle ) 118

119 마지막으로쿼크의세번째플레이버가있다. 지난 1978년에발견된바텀쿼크는전자보다 5천배정도무거운것으로파악됐다. 결국톱쿼크만남는데이는모든렙톤과쿼크중마지막입자인셈이며아직까지발견되지않은유일한입자가된다. 물리학자들은톱쿼크가존재한다고확신하지만실제로그것을내재한입자를발견하거나창조해보고싶어한다. 그러나문제는톱쿼크가전자보다적어도 4만5천배이상무거울것으로추정되고있으며그정도의질량이라면세계최대의원자분쇄기로생산해낼수있는최대의에너지가요구된다는점이다. 가능은하다. 흔히 W 입자로알려져있는어떤입자들은실제로물질을구성하는성분은아니지만어떠한형태로입자들이상호작용하도록하는데필요하다. 그런데이 W 입자들은톱쿼크와비슷한무게를갖고있으며지난 1983년에노벨상수상자인카를로루비아에의해발견됐다. 페르미연구소와스위스제네바에있는유럽입자물리학연구센터 (CERN) 의원자분쇄기는서로이 W 입자를찾는경주를벌였고승리자는 CERN이었다. 그러나페르미연구소는지금까지방출해왔던수준보다더높은에너지양으로입자들을분쇄할준비를하고있다. 그렇게분쇄한파편들가운데서톱쿼크를포함한입자가발견되기를기대하는것이다. 만약그들이실패한다면, 물리학자들은그들이그동안애써정립한전체구조설명틀에대해불안해할것이다. 그러나톱쿼크는정말마지막입자일까? 아마도그렇지는않을것이다. 앞서언급한 W 입자와관련된것으로힉스입자라는거의알려지지않은입자가있으며아직은발견되지도않았다. 물론물리학자들이추측만하고있는또다른입자들도있을는지모른다. < 과학동아 > 1990 년 9 월호 마지막입자 (The Last Particle ) 119

120 보이지않았던별 (The Unseen Star) :48 The Unseen Star 보이지않았던별 약1천년전에뉴멕시코주의어느아메리카원주민부족은유럽의천문학자들이놓쳤던별하나를보았으리라는추측이있다. 이추측은약 50년전에발굴된그릇을연구한텍사스주립대학의랠프로빈스씨와러셀웨스트모랜드씨가믿고있는바다. 의문의그별은초신성이었으며오래전, 지난 1054년도에, 미국의독립기념일을미리축하하는하늘이그해 7월 4일휘황찬란한빛을발하며폭발시킨별이기도하다. 그것은황소자리가있는하늘높은곳에서유례없는광채를발하며불길을내뿜었다. 또한그광채의위치가황도내의한부분이었기때문에점성가들에겐특별한관심거리였으며유럽전역에눈으로확인할수있었다. 중세의천체관측가들은하늘의그지역을관찰했을것임에틀림없다. 그별을놓치기란어려웠을것이다. 해와달을제외한하늘의그어느별보다도밝았기때문이다. 눈부신저녁별인금성보다도두배내지세배가량밝았다. 너무빛났으므로 23일동안은낮에도볼수있었으며그별이빛을잃어완전히시야를떠나기전까지밤엔그별빛에의한그림자가생길정도로 2년가까이빛났다. 그럼에도불구하고유럽에선아무도그별을본사람이없다. 아니, 적어도유럽인들이그별을발견했다는보고는현재까지없다 ( 비록그별에대해언급한이탈리아의기록문이있기는하지만 ). 그러나그별의관찰에대한그럴싸한기록이없다면그와같은별이하늘에존재했다는사실을어떻게알수있다는말인가? 우선, 그별의거대한폭발은천문학자들이 게성운 이라고부르는파편집단을남겨놓았다. 그성운은아직도확장되고있으며그확장속도를이용한역계산방법으로천문학자들은그폭발이 1054년도경에시작됐다고믿게됐다. 그별에대한기록이없는이유중의하나로당시유럽이중세의어둠을겨우헤치고나온시기였다는점을꼽을수있다. 따라서소수의사람들만이천체현상을연구하고기록을남겼다. 그당시유럽은천문학연구의중심은아니었다. 그때의세계기술선도국은중국이었고, 수세기동안중국의천문학자들은모든새로운별의출현시기와천체상의정확한위치를아주주의깊게기록하였다. 그들은지금은게성운에위치하고있는바로그 1054년의특별출연자를보고했다. ( 이별은중국인들이발표한유일한신성은아니다. 중국의천문연감은고대와중세에도약 50개의신성을기록하고있다.) 일본의천문학자들역시 1054년도에나타났던밝은별의출현을기록하고있다. 그러나 1054년도의초신성은충분히빛났으므로발전된기술을지닌나라의천문학자들에의해서만기록될필요는없었다. ( 비교적 ) 원시적인사람들까지도계절의변화를지배하는천체의현상을알아야만했기에하늘의특별한징후를지켜보아왔다. 고대천문학 이라고일컬어지는원시시대의천문학에관한연구는최근에중요하게부각되고있다. 고대천문학은영국남서부의거대한원형을이루는돌기둥들과관련하여 1960년대부터뉴스거리가됐다. 어떤사람들은모든 보이지않았던별 (The Unseen Star) 120

121 돌기둥들이제위치에놓이도록재건한뒤일부돌기둥을따라관찰하노라면하지날떠오르는태양의위치를알아볼수있다고믿게됐다. 한이론에따르면이러한바위의배열은석기시대에월식을예측할수있는관측소의역할을담당했을지도모른다는것이다. 비슷한예로서, 미대륙에서도하지날아침에만햇빛이갈라진틈으로새어들어와내부를조명해주는장소들이여럿발견됐다. 로빈스씨와웨스트오얼랜드씨는뉴멕시코주에서발굴한그릇을연구해오고있다. 그그릇의중심에는토끼한마리가새겨져있는데이는미국원주민들이달의어두운부분을토끼모양이라고상상한것으로보아 ( 마치서양의전통에서는그부분이가시덤불을쓰고있는사람이라고보아왔듯이 ) 달을표현했다고보아도옳다. 바로그토끼밑에는어두운원과사방으로펼쳐지는광선이있는데이것은별을상징하는것처럼보인다. 지난 1054년에초신성이처음출현했을때초생달은근처에있었다. 로빈스씨와웨스트모얼랜드씨는토끼아래의별이바로그초신성이라고믿고있다. 나아가, 그별로부터뻗어나오는 23개의광선이그려져있는데이는낮에도관측가능했던 23일동안을표현하고있는지모른다는것이다. 끝으로, 시대측정결과그그릇은서기 1000년에서 1070년사이에만들어진것으로나타났으니시기마저딱맞아떨어지는셈이다. 이모든논리는하나하나가완벽한설득력을갖지는못하지만... 글쎄, 가능할수도있지않을까? < 과학동아 > 1990 년 9 월호 보이지않았던별 (The Unseen Star) 121

122 상처를찾아라 (Finding The Scar) :45 Finding The Scar 상처를찾아라 1980년이래로많은과학자들은상당한크기의소행성또는혜성이약 6천5백만년전에지구와충돌하여공룡과그밖의많은생명체를멸종케한재앙을일으켰다고믿고있다. 그러나, 만일그것이사실이라면, 그물체가정확히어디에충돌했는가? 지구상어디엔가상처를남겨놓았을터인데말이다. 사실충돌이만들어낸 화석분화구 는지구전역에흩어져있어유성이부딪쳤던지점을보여주고있다. 그리고그중에적어도 70여개가발견됐다. 가장큰지점들가운데중앙온타리오에있는브렌트분화구와북퀘벡에있는첩분화구는각각의너비가 2마일이된다. 그것들은바람물생명체에의해거의마모되었으나공중에서내려다보면아직도그원형구조는식별이가능하다. 지구위의상처자국인셈이다. 우리가가장잘알고있는화석분화구는단지지난 1백만또는 2백만년전에만들어졌으나, 6천5백만년전에충돌했던물체와비교해볼때하찮은물건이된다. 공룡을죽였던그괴물은적어도너비 150 마일정도의분화구를남겼음에틀림이없다. 그렇다면그어마어마한상처는어디에있을까? 물론지워져버렸을지도모른다. 6천5백만년이나지났으니조그만자국만남아있을것이라는짐작뿐이다. 그러나과학자들은열심히그어떤자취라도찾으려하고있다. 이우는간단하다. 그충돌의최초의표시는전세계에서발견된 6천5백만년된암석의얇은층이며여기엔희귀한금속인이리듐이비교적풍부하게포함되어있다. 그런데유성에는지구표면보다이리듐이더풍부하여그이리듐의또다른그럴듯한출처가있다. 거대한화산이활발히활동하던시기에지구표면보다이리듐이더풍부하다고알려진지구내부로부터이암석을끌어냈으리라는것이다. 하지만분화구가발견된다면, 그것은유성충돌에의해생성된것이다. 우리는분화구생성의또다른이유를상상할수없기에유성충돌에관한논쟁을종식시킬수있다. 물론, 우리는그분화구만찾아야할필요는없다. 하나의커다란유성과충돌할때, 그힘과열은지각의암석구조에충격을주어커다란압력하에서만형성되어지는석영을만들어낸다. 그와같은충격이탄생시킨석영은무료로제공된셈이다. 아이오와에는너비 20마일인분화구같은표식이발견됐다. 만손분화구 라불리는이것은그생성시기가유성충돌기와딱맞아떨어진다. 게다가북아메리카는다른대륙보다더많은양의석영을매장하고있다. 이런이유때문에, 비록그분화구가너무작아충돌한것처럼보이지않지만, 유성이아이오와를때렸을것같은생각이든다. 그러나최근아리조나대학의과학자인알래힐드브랜드씨와윌리엄보인튼씨는아이티의서부지역에서충격이가해진다량의석영을찾아냈다. 지금까지석영의가장두꺼운층-약 1인치정도의두께인-은북미콜로라도에서발견됐다. 그러나하이티에서발견된것은그두깨가거의 20인차나되며이리듐이풍부한암석층바로밑에있다. 이러한이유때문에, 아이티섬이 상처를찾아라 (Finding The Scar) 122

123 그충돌과특별히근접한곳이어서북미에있는더먼지역보다훨씬더많은파편을받은것으로추정할수있다. 게다가그충격이가해진석영의유형은대륙보다해저에서발견된것과유사하다는특징을가지고있다. 이로부터아마도그거대한유성이대양에충돌했을것이라는추측이나온다. ( 바다에부딪혔기때문에그분화구를찾아내는것이더어려워졌을것이다.) 힐드브랜드씨와보인튼씨는아이티남쪽에면한대양을조사하고만일유성이그대양에부딪쳤더라면일어났을지도모르는거대한쓰나미 (tsunamu), 즉해일의표시를찾아보았다. 결국그들은콜롬비아바로북쪽에위치한카리브해바닥에서함몰부위를찾아냈다. 그것의너비는약 1백80마일이며분화구의남겨진모습은원형그대로일것이다. 힐드브랜드씨와보인튼씨는이것이과학자들이찾고있던바로그상처라고주장하지는않지만한좋은후보지라고는생각한다. 미국지질조사학회의브루스보어씨와매사추세츠케임브리지의러셀세이츠씨등다른과학자들도그상처를찾고있다. 그들은서부쿠바에서두께가 40피트나되는충격이가해진석영층을발견했다. 또한서부쿠바의바다속에는그상처를입증할만한커다란함몰지역이있는것으로추측했다. 그러나불행히도보어씨와쎄이츠씨는그석영의매장량에대해서는조사할수가없었다. 적대국가인쿠바에서연구허가를받는것이쉬운일이아니어서, 간접적인증거에만의존해야했기때문이다. 그렇지만그조사는점점핵심을향해좁혀들어가고있으며, 만일상처가있기만하다면오래지않아발견될것이다. 그리하여지급까지의논쟁에종지부를찍고거대한공룡을멸종시킨것은하늘의포탄이었다는일반적인동의를이끌어내게될것이다. 유성의충돌, 그것은거대한창조물에걸맞는거대한종말이었을것이다. < 과학동아 > 1990 년 8 월호 06.pdf 상처를찾아라 (Finding The Scar) 123

124 타조알과인류의나이 (Ostrich Eggs and the Age of Humankind) :44 Ostrich Eggs and the Age of Humankind 타조알과인류의나이 우리는선사시대사건들의연대를측정하기위해여러가지방법을사용한다. 방사성원소분열의측정, 얕은여울바닥의연간침전상태분석, 나무의나이테관찰등이다. 그러나타조알을검사하여연대를측정한다는사실을믿을수있겠는가? 지난 4월조지워싱톤대학교의앨리슨부룩스박사가이끄는과학팀은타조알껍질이연대를측정하는데이용될수있다고발표했다. 이것이사실이라면, 이는상당히유용한발견이다. 연대측정법으로가장널리알려진것으로방사성원소 C-14의분열방법은고작 3만5천년전까지의측정만이믿을만하다. 두번째로널리쓰이는 K-40을이용한측정법은 20만년전이상의연대에한해신뢰성있는결과를낸다. 3만5천년전과 20만년전사이에뜨는차이는타조알껍질로메꾸어질수있다. 타조알껍질은물론타조가많이서식하는지역에서만발견된다. 하지만선사시대에는그서식지가현재보다광범위했다. 타조알껍질은아프리카나심지어는중국등의여러지역에서발견된다. 타조알껍질은선사시대때매우유용하게쓰여졌기때문에대량으로발견된다. 하나의타조알은 24 개의달걀을모아놓은불량에해당하므로그당시아주중요한식량원이었다. 타조알껍질은무척강건하다. 두께는 16분의 1인차나되고, 2백50파운드체중의성인이그위에서있어도깨지지않을정도로견고하다. 그러나일단윗부분을깨고속을먹고나면껍질그자체가무슨소용이있을까? 그릇이활용되기전에, 이가벼우면서도튼튼한껍질은물그릇의역할을완벽히수행했다. 윗부분을약간깨뜨려서물그릇으로사용하면 4분의1갤런이나담을수있었다. 따라서고대선사시대의유적지에는그릇이놓일자리에이러한껍질조각이남아있게되었다. 그렇다면이껍질들이과연연대측정에어떤도움을줄까? 살아있는생명체에든죽은생명체에든, 비록그것이뼈나껍질과같이단단한물체라할지라도단백질을내포하고있기때문이다. 단백질분자들은아미노산이라불리는보다작은단위로이루어져있다. 아미노산은 L형과 D형두가지로분류되는데서로완벽하게대칭을이루고있다 ( 마치우리의왼손과오른손처럼 ). 화학자들이실험실에서아미노산을만들때는이두가지성분이똑같은양으로섞인다. 반면살아있는유기체에는 L형만이형성된다. L형과 D형은모두안정적이지만수천년동안그대로내버려졌을때는 L형이점차 D형으로바뀌는경향이있다 (D형으로시작하면 L형으로바뀌기도한다 ). 따라서타조알껍질에서발견되는 L형과 D형의양으로부터타조가이알을낳은이래로지나 타조알과인류의나이 (Ostrich Eggs and the Age of Humankind) 124

125 왔던시간을추정할수있게되는것이다. 이러한기술은 1950 년대부터오래된뼈를연구하는데이용되었는데, 여기에는한가지유의할점이있다. 따뜻한기후에서는 그변화의속도가빨라지며, 습기또한이변화를가속화시킨다. 과거에온도가어떠했고, 습도나강수량이얼마나되었는지 확실히알수없음은 L 형으로부터 D 형으로변하는속도가같았음을확인할길이없게만든다. 시기에따라빠를수도있고 늦을수도있다. 그러므로어떤물체의실제연대수를측정하는데이는불확실한면이항상존재한다. 그러나 1980 년대에는이러한연대측정방법이많이개선되었다. 나아가타조알껍질은뼈보다기공이많지않아서수분이많 이흡수되지않는다. 그결과습도나비에덜영향을받아그들의나이는보다잘측정될수있는것이다. 그러므로이러한결과를보고한과학자들은그들이정확하게칼라하리사막에있는선사시대유적의연대를측정할수있다 고자신한다. 이장소의고대침전층에서발견된타조알껍질은 6 만 5 천년에서 8 만 5 천년전정도된것으로보인다. 아프리카의 어떤지역에서는 20 만년가량된것으로보이는타조알껍질이발견되기도한다. 일반적으로온도가아프리카보다서늘한중국에서는 1 백만년가량된껍질도발견될수가 있다. 물론유적이얼마나오래된것인가를알아내는것은매우중요하다. 하지만우리가특히관심있는것은 현대의인류 ( 오늘날지구에살고있는모든인간을표현하는용어이다 ) 의나이가얼마인지에대해서보다정확한결론을내릴수있다는것이다. 일반적으로현대의인류즉호모사피엔스는 5 만년전에출현한것으로느껴진다. 그런데간혹현대인류의것으로보이는뼈와함께타조알껍질이발견되기도한다. 이껍질의연대를측정해보면, 그뼈의나이도알아낼수있을것이다. 그렇다면우리는호모사피엔스가언제나타났는지를알아낼수잇을것이고, 심지어는우리인류가어디서부터시작했는지에대해서도보다예리하게간파할수있을지도모를일이다. < 과학동아 > 1990 년 7 월호 타조알과인류의나이 (Ostrich Eggs and the Age of Humankind) 125

126 박테리아광부들 (The Bacterial Miners) :42 The Bacterial Miners 박테리아광부들 이것은인간이지난 5 천년동안몰두해왔던금속에관한연구를수행하는데있어매우새롭고중요 한기술일수있다. 돌은깍아내거나갈아야하는반면, 금속은두들겨쉽게형태를만들수있다는 강점으로, 석기시대의막을내리게했다. 금속은석기보다더굳고단단하며, 깨지지않아보다영 구적인날을가질수있었다. 그러나단한가지곤란한문제가있었다. 금속은바위보다구하기가훨씬어렵다는점이다. 사실 금속 이란단어도 찾는다 라는뜻을지닌그리스어에서유래한것이다. 처음에금은구리유성철처럼원모습으로발견되는금속만이이용가능했다. 그러나어떤암석형태 의광석에열을가하고녹여금속을뽑아낼수있음이밝혀지면서금속에대한공급은증가했다. 따 라서야금술은인류문명의초기에하나의주요이정표로기록된다. 그렇지만금속은여전히부족했 다. 구리는사용하기에너무물렀으나주석과혼합시켜만든청동은훨씬더단단했다. 따라서청동 은, 철광석을녹이는효율적인방법이밝혀지기전까지, 각종기구의무기 ( 청동기시대 ) 로사용됐다. 하지만, 주석은매우드물어 B.C 1 천년에이르자초기개화에유용했던주석광석은거의고갈됐다. 이것이자원고갈의첫번째사례일것이다. 페니키아인들은대서양을항해하여현재의영국의콘월로짐작되는 주석섬 에서주석광석을발견하고독점하여철의등장으로주석이상대적으로쓸모없어질때까지부를축적할수있었다. 그때이후로, 인류는금속을얻기위해금속이매장되어있는천연광석매장지를찾아서전세계를누비기시작했다. 이에금은구리철뿐만아니라근래에들어서는더새로운금속이발견됐다. 니켈코발트텅스텐망간크롬바나듐니오비늄등등새롭게발견된금속들은나름대로의유용성을갖고있다. 필요한광석매장지는모조리파헤쳐졌고, 금속들은용해됐다. 그런다음사람들은그금속을사용했으며, 나중에는쓰레기로취급했다. 결국금속포함률이많은광석지는다노출됐고야금학자들은금속성이약한광석에서경제적으로금속을얻어내는법을배우게됐다. 금속이다소모된것은아니지만지구의표면에서금속포함률은자구만낮아져갔다. 따라서더많은금속에대한욕구는점점심각한문제로등장하게된것이다. 많은단순생명체들은인간의기술보다더훌륭하게저급자원으로부터특정요소를추출해내는능력을지니고있다. 한예로요오드를들수있다. 요오드는대단히유용하지만매우귀한금속이다. 이금속은해수에서찾을수있는데화학자들조차도요오드를마음껏추출하기힘들다. 그러나해초는가능하다. 해초가방대한양의바닷물에서그희박한요오드를걸러내면, 인간을그해초를수확하여태우고, 재속에서요오드를분리해낼수있다. 해초가바로인간이쓸요오드를파내는광부인것이다. 실제로, 미네랄을먹고사는 티오바실러스페록시단스 라는박테리아가있다. 이것은미네랄에서유황원자를뽑아내어, 살아가기위한에너지를얻기위해산소와결합시킨다. 그러한과정에서이박테리아는미네랄을부수어또다른형태의원자들을방출한다. 이과정에서비소와시안화물같은독소를만들어내므로광부들에게이박테리아는위 박테리아광부들 (The Bacterial Miners) 126

127 험스러운존재일수있다. 그러나적절히통제된상황에서이특별한박테리아는인간기술이경제적으로뽑아내기에는너무적은코발트를함유하고있는광석에서도번식하는것이발견됐다. 이박테리아는얼마동안미네랄을갉아먹는데, 그사이에코발트함유량의 10% 가쉽게분해될수있다. 지금까지아이다호국립공학연구소에있는과학자들은단지소규모표본으로이연구를해왔으나, 앞으로는대규모기술연구로발전시킬수있을것이다. 콜로라도에있는미국골드사는소량의금을함유하고있는광석에서금을얻기위해여러종류의티오바실러스페록시단스박테리아를활용해왔다. 이방법으로금을더쉽게그리고많이얻어낼수가있었다. 다양한종류의광석에서서식할수있는박테리아의특질을개발하는것이가능하다면지금까지비경제적이라고판단됐던광석에서여러종류의금속을얻을수있게된다. 그뿐만아니다. 우리가쓰다버리고다시활용하지못하는금속폐기물에서도박테리아가작용하도록할수있을지모른다. 만일이산업성있는박테리아가그들에겐영양분이되는폐기물에서서식하면쓰다버린금속은재활용될수있다. 그런경우에우리는금속을다소모시켜버리는일은결코없을것이다. < 과학동아 > 1990 년 8 월호 박테리아광부들 (The Bacterial Miners) 127

128 원자하나씩 (One Atom At a Time) :38 One Atom At a Time 원자하나씩 이제우리는원자들을이용한게임을즐길수있다. 원자들을한번에하나씩거내단어를만들수있는것이다. 지난 4월 IBM의과학자인도날드에이글러와어하드슈와이쳐는바로그런게임을즐겼음을보고했다. 그들은원자를이용하여 I-B-M이라는글자를만들어냈다. 우리가지금갖고있는원자에관한지식은아주현대적인것이다. 몇몇고대그리스의철학자들은모든물질이극히작은원자로이루어져있다고말했지만, 그에대한증거는제시하지못했다. 1803년에이르러서야, 영국의화학자존달톤은물질이작은원자로이루어져있다면, 원소들이어떠한방법으로복합물을형성하는지도설명해줄수있을것이라고지적하게되었다. 이는 현대원자이론 이라고불렸는데, 19세기내내화학자들은시험관에서일어나는모든일들을원자를이용해서설명했다. 그러나원자는존재하더라도너무작아서눈에보이지않았다. 19세기의최고의현미경조차도빛의파장이원자를그냥지나칠정도로커서, 원자의모습을보여줄수없었다. 따라서어떤화학자들은 원자 라는것이유용한개념이지만그것이반드시존재하는것은아니라고주장하기까지했다. 사실 1달러짜리지폐는 10센트짜리동전 10개나 25센트짜리 4개등으로이해할수있다. 이는잔돈계산하는방법을설명해주지만그렇다고 1달러짜리지폐를찢었을때동정이생기는것은아니다. 그러나 1905년알버트아인슈타인은원자가어떻게분자를작열시켜분해하고이동시키는지를보여주는방정식을고안했다. 1913년프랑스의과학자장페린은이방정식을이용해어는정도의크기라야원자의움직임이눈에관측될것인지를계산해냈다. 직경 2억5천만분의 1인치가되었을대이러한움직임이보인다고설명했다. 결국원자들이충돌을일으키는현상으로불안정한분자들이움직인다는사실은모든이들에게원자의존재를확인시켜주었다. 1895년에 X선이발견되었다. 이는빛의파장과비슷한것이었으나, 크기는훨씬작았다. X선은원자를탐지해낼정도로미세했으나그목적에는어울리지않게너무나강력했다. X선은빛처럼반사되지않고물질을그대로투과했다, 또한 X선은초점을맞추기가쉽지않았다. 전자는 1896년발견되었는데, 1923년아더콤프톤이라는미국의과학자는이전자가 X선크기의파장으로이루어져있음을밝혀냈다. 그런데전자는초점을맞출수있고, 물질로부터의반사도가능했다. 그결과평범한빛을이용한현미경보다훨씬강력한전자현미경이제조될수있었다. 최초의전자현미경은 1932년독일의엔지니어인어네스트러스커에의해만들어졌는데이로인해그는 1986년노벨상을수상하게됐다. ( 무려 54년후에야!) 수년에걸쳐전자현미경은끊임없이개선되어훨씬강력하게되었다. 지금까지만들어진것가운데에서가장우수한것은, 원자하나씩 (One Atom At a Time) 128

129 IBM의과학자인거드비닝과하인리히로러가 1985년발명한 검색용터널현미경 이다. 그들역시 1986년에노벨상을수상했다. 이새로운전자현미경은탐색면에거의닿을정도의위치로가느다란텡스텐바늘을부착한다. 작은전류가바늘을거쳐전자를쏘면전자는표면을뛰게되고그결과원자의위치가드러나게된다. 이때아주조그맣고특징이없는형태의각각의원자가눈에보일수있다. 몇개의원자들을사이에둔정도만큼떨어져있는표면의원자들과텅스텐바늘간에는약간의인력이작용한다. 만약바늘이조심스럽게조종되면표면으로부터하나의원자를끌어낼수가있을것이다. 이러한실험을가장큰원자부류에속하고또서로밀착되어있지않은제논원자의경우가장잘조작된다. 우선제논원자는니켈표면에뿌려진다. 보통땐고착성이희박하여붙어있지않지만니켈과제논원자가절대온도영도의상태로냉각되면제논원자는힘을모두잃고니켈표면에정지하게된다. 그다음한번에하나씩텅스텐바늘로원자를잡아끌어다른위치에옮기고또다른제논원자를특정한위치로옮기는똑같은과정을거듭한다. 이모든작업이끝나게되면 35개의원가가명확하게 IBM이라는글자를만들어내는것이다. 이는정교한과학기술이만들어낸놀랄만한한예로부족함이없다. 그러나이것이어떠한소용이있는가? 지금당장은별효용성이없다. 그러나앞으로원자를조작해일반적인화학수단으로는불가능한, 특수결합체 ( 분자 ) 의물질을만들어낼수있을것이다. 뿐만아니라, 현대의컴퓨터나다른전자장비를가능케한마이크로칩이언젠가조심스럽게위치시킨원자들로구성될수도있을것이다. 이는마이크로칩이보다마이크로화될수있음을의미한다. 앞으로는보다짧은시간에훨씬많은일을할소형컴퓨터가탄생하게될것이고인간의뇌와경합을벌일컴퓨터도생산될지모를일이다. 언젠가는말이다! < 과학동아 > 1990 년 7 월호 원자하나씩 (One Atom At a Time) 129

130 우주의형성 (Constructing a Universe) :34 Constructing a Universe 우주의형성 우주의형성에어떠한힘이작용했을까? 이문제는지금까지많은천문학자들을혼란스럽게만들었다. 그런데최근박창본이라는프린스턴태학의대학원생이컴퓨터를이용한혁신적인방법으로이문제와씨름하기시작했다. 문제의요지는이렇다. 대기중에서사방으로퍼져나오는희미한극초단파방사선의연구를통해서천문학자들은우주가하나의작은물체로부터시각해팽창된것이라고확신하게되었다. 이희미한방사선은아주균일하게퍼져나오는것이어서최초의소물체는하나의동위원소였으며그속에는어떠한덩어리도없는균일한상태라고생각했던것이다. 이물체가고른상태를유지하며팽창, 부드러운가스덩어리로이루어진우주를형성하게됐다는것이다. 그러나실제는그렇지않았다. 최초의소물체는덩어리로부서져은하수가되었고, 이은하수가다시덩어리로와해되어개개의별들이되었다. 은하수가고르게우주로퍼져있다면앞의생각을설명할수있었을지모른다. 그러나은하수는덩어리혹은덩어리속의덩어리로존재한다. 이뿐만아니라, 은하수는긴선과굴곡을형성, 거대한빈공간 ( 그속에는어떠한은하수도존재치않는다 ) 을둘러싸고있다. 이는마치우주가빈구멍주위에은하구조를이루고있는스폰지와같다는뜻이된다. 우주가어떻게이러한모습을하게됐을까? 과연어떠한힘이작용하여균형있던물체를이와같이불규칙한모습으로만들었을까? 우주에는네가지형태의힘이존재하고이들은물체의상호작용에영향을미친다. 그중하나나두가지이상의힘이우주를형성시켰음에틀림없다. 네가지힘가운데두가지힘은-강한핵력과약한핵력-원자의핵안에서만작용할뿐이고우주에는어떠한영향도끼치지못한다. 세번째힘인전자기력은끌어당기는힘과밀어내는힘모두를갖고있다. 이두힘은서로균형을이루고있기때문에전자기력은전우주에그리큰영향력을행사하지못하고있다. 이제남은것은중력뿐이다. 천문학자들은중력한가지만으로우주가형성된과정을연구해야한다. 중력이이과정을설명해줄수있겠지만계산에의하면너무나도긴시간을필요로한다. 심지어는몇몇큰성단 ( 星團 ) 들은우주의실제나이의몇배이상에해당하는기간이지난후에야중력에의해형성될수있었을것이라고한다. 물론중력은우리가생각하는것보다훨씬강할지모른다. 우리는별이나은하수만을관측할수있을따름이지만그이상의중력이존재한다는분명한증거가있다. 우주의모든사물의 90% 이상을차지하고있을보이지않은것 ( 암흑체 ) 들의본질에대해우리는지금무지의상태에있다. 이러한사실을인정하더라도우주가단지중력만으로현재의상태에이르렀을것같지는않다. 그러나지금은달리연구할여지가전혀없는상태다. 이것이바로천문학자들이직면하고있는난제인것이다. 논문상의가설이나방정식을갖고연구하는것만으로는충분치못하다. 보다직접적인시도를해보는것이필요하다. 중력만으로우주를창조하려고했을때, 어떤일이일어나는지살펴본다든가하는것도그한방법이될수있다. 현실적으로이러 우주의형성 (Constructing a Universe) 130

131 한일을하는것은불가능하다. 그러나올바른프로그래밍을통해, 컴퓨터가우주의생성을모방하도록할수는있을것이다. 바로이것이박창본씨가하고자하는것이었으며그는지난 2월에그결과를발표했다. 박창본씨는 2억광년넓이의우주를만들어냈다. 이범위안에다그는보통의물질덩어리 ( 별들과은하수를만들어낸 ) 를나타내는 2백만개의수학적미립자를분포시켰다. 여기에또다시암흑체를나타내는 2백만개의다른미립자를추가시켰다. 그다음이미알려진중력법칙에따라컴퓨터가어떻게여기에힘이작용하는가를나타내도록프로그램을작성, 마치각입자들이다른입자의중력에영향을받아끌리듯이움직이게했다. 이실험은컴퓨터스크린을사용한종래의유사한실험중가장규모가큰것이었다. 입자들은스크린속에서구조를형성, 빈공간을둘러싼긴완곡선모양의은하수처럼보인다. 간단히말해서, 이실험은현재실존하는우주와비슷한모습을만들어낸것이다. 물론박창본씨가이루어낸것은해답의시작을찾는데도움을주었을뿐이다. 보다큰우주를대상으로실험한다는것은매우중요한일이다. 수백만의미립자대신에여기서는수십억, 수조개의미립자들을다루는것이좋다. 그리고나아가서그프로그램을조사, 가설이타당했음을확실히증명해야할것이다. 다른천문학자들도보다크고어쩌면보다타당한모형을만들기위해노력하고있다. 그결과로서보다크고세밀한우주가창조돼실제우주와비교연구될수있을것이다. 최근에야신형슈퍼컴퓨터덕택에이것이가능해지게되었다. 앞으로는보다강력한컴퓨터가출현해이보다방대한문제의해결에이바지할수있을지도모를일이다. < 과학동아 > 1990 년 6 월호 우주의형성 (Constructing a Universe) 131

132 종족의보존 (Saving the Species) :34 Saving the Species 종족의보존 1990 년도초반을살아가는우리는멸종했다는동물들이살아있다거나멸종위기에처해있는동물들을구해야된다는소식을끊임없이접하고있다. 다양한생명체를보존하겠다는이러한욕망은인간의인도주의적관점과문명화된본능에비추어상당히바람직한것이다. 그러나항상그러한것은아니었다. 석기시대의사람들은당시의거대한매머드나다른포유동물들의소멸에어는정도책임이있다. 현대에들어와서도많은생명체들이인류에의해, 혹은인류의개나고양이에의해무자비하게소멸돼갔다. 마우리티우스섬의도도라는몸집이크고날지못하는비둘기나, 북극의펭귄인바다오리가바로이예에속한다. 해우 ( 海牛 ) 류중에서가장몸집이큰스텔라해마가살육됐고, 예전에는수십억마리가하늘을가득메웠던북아메리카의여객비둘기도마찬가지다. 미국서부의들소떼는생계를들소에의존했던인디언부족을패퇴시키기위해마구학살돼거의멸종의위기에까지몰리게되었다. 그러나세상은변하고있다. 사람들은이제는두루미나, 캘리포니아콘돌같이위험에처한동물들을구하기위해끊임없이노력하고있다. 이러한동물들은가끔약탈자로부터안전한동물원에격리시켜야만생명을보존할수있기도하다. 동물원에서콘돌의알이부화될때마다신문머릿기사로취급될정도다. 오스트레일리아의남동해안에서조금떨어진곳에위치한타스마니아란섬에는예전에식욕이엄청난포유류가있었다. 개와는아무관련도없었지만모습이개와비슷했다. 유대류인이다이라신이라불리는동물은캥커루나코알라와더밀접한사촌관계였다. 몸뒷부분에줄무늬를갖고있었기때문에타스마니아호랑이라고불리기도했다. 타스마니아로이주한유럽인들은그들의양이희생당한다는이유로다이라신을몰살시켜버렸다. 최후로생존해있던다이라신은, 1936 년타스마니아의수도인호바트의한동물원에서죽음을맞이했다. 가끔이동물이도망다니는뒷모습을보았다는보고가있었지만그때이후로다이라신을정확히발견해낸사람은엇었다. 오스트레일리아국립대학의헨리닉스씨는컴퓨터를이용, 이동물을추적하려하고있다. 이섬여러지역의환경요인을면밀히검토한끝에, 닉스씨는컴퓨터가다이라신이살기에가장적합한지역을찾고출현가능성이가장높은지역을지적해주도록프로그래밍하고있다. 여기서한마리라도발견된다면이지역을인간으로부터격리시키지위한온갖노력이경주될것이틀림없다. 가능하다면암컷과수컷이견본으로동물원에옮겨져짝짓기를하게될것이다. ( 대부분의동물들은생포된상태에서짝짓기를하지않는다. 야생상태에서와같은어떤자극이성공적인종족번식을위해선절대적으로필요하다.) 독일루르대학의베른하트마이어씨는과거에세계에서가장큰조류가살았던마다가스카르의삼림을탐험해왔다. 이새는에피오니스혹은코끼리새라고불리는데무게는 1t, 알은세계에서가장크며, 아라비안나이트에나오는상 종족의보존 (Saving the Species) 132

133 징적새의모델이되기도했다. 그러나불행히도유럽인들이채도착하기도전에멸종의위기에몰리게되었다. 그런데마이어씨가정작찾고있던것은코끼리새가아니었다. 그는크기에있어서코끼리새와정반대인털이많고귀가큰난장이여우원숭이라는동물을찾고있었으며결국이원숭이를발견하게된다. 이원숭이는한마리분가죽이마지막으로과학자들에게넘겨졌을때인 1964 년이전에멸종된것으로간주되고있었다. 이여우원숭이는인간이속한동물군, 즉영장류중에서아주원시적인것에속하며가장작은축에낀다. 꼬리를제외한전체몸통의길이가 5 인치에불과하고몸무게는 3.5 온스에지나지않는다. 이는공룡이멸종됐을때존재했던영장류에가장근접한생명체일것이다. 이제틀림없이이생명체를보호하기위한노력이취해질것이다. 뉴질랜드에는코끼리새보다는가볍지만키는세상에서제일큰모아라는새가살았었다. 어떤것들은키가 12 피트나되기도했는데, 가련하게도유럽인들이도착도하기전에마오리스족에의해멸종되고말았다. 이외에도카카포라는야행성앵무새가있었는데이새역시뉴질랜드섬에널리분포되어있다가멸종위기에직면하게되었다. 이새는 4 년에한번, 그것도영양공급이양호했을때만짝짓기를한다. 따라서그종종을계속유지해나가는것이무척어려웠다. 현재 43 마리만이남아있고그가운데 14 마리가암컷이다. 몇년전 22 마리의카카포가약탈자들을피해해안가작은섬으로옮겨졌다. 이새들이평화롭게자라서무사히번식을할수있도록여분의사료도제공됐다. 지난 3 월에는카카포한마리가알을낳았고그소식은신문지상에머릿기사로다루어졌다. < 과학동아 > 1990 년 6 월호 종족의보존 (Saving the Species) 133

134 종족의보존 (Saving the Species) 134

<5BB0EDB3ADB5B55D32303131B3E2B4EBBAF12DB0ED312D312DC1DFB0A32DC0B6C7D5B0FAC7D02D28312E28322920BAF2B9F0B0FA20BFF8C0DAC0C720C7FCBCBA2D3031292D3135B9AEC7D72E687770>

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