“眞實은 ‘보이지 않는 빛’에 있다”[정우성의 未來科學 엿보기]

東亞日報
入力 2021年 12月 20日 03時 00分

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24일 발사될 예정인 미국의 웹망원경. 지름이 6.6m로 기존 허블망원경(지름 2.4m)보다 훨씬 크다. 거대한
차광막을 통해 태양 등에서 나오는 적외선을 막고, 아주 먼 은하를 관측할 수 있다. 사진 출처 NASA 홈페이지 — 24日發射될 豫定인 美國의 웹望遠鏡. 지름이 6.6m로 旣存 허블望遠鏡(지름 2.4m)보다 훨씬 크다. 巨大한 遮光幕을 통해 太陽等에서 나오는 赤外線을 막고, 아주 먼 銀河를 觀測할 수 있다. 寫眞出處 NASA 홈페이지

빛이란 무엇인가. 흔히 우리가 볼 수 있는 電磁氣波를 빛이라 부른다. 밤낮을 나누는 빛은 太陽에서 온다. 오래前부터 햇빛은 好奇心의 對象이었다. 비 온 뒤 보이는 무지개를 프리즘으로도 만들 수 있는 건 古代印度 알았다. 하지만 빛이 元來 무지개 빛깔로 構成돼 있는지, 아니면 프리즘이 빛에 變化를 준 것인지는 몰랐다. 太陽 빛이 여러 色으로 이루어져 있고, 이들이 합쳐져 白色光을 만드는 걸 알게 된 건 物理學者 뉴턴의 活躍德이다.

普通 무지개를 빨朱勞抄파藍보 일곱 色으로 區分한다. 하지만 色은 連續的이다. 빨간色과 朱黃色 사이 津한 빨강에서부터 붉은빛 감도는 자몽, 그보다 軟한 오렌지色式으로 다양한 스펙트럼을 볼 수 있다. 그래서 어떤 地域은 무지개 色을 일곱이 아니라 여섯으로 부르기도 하며, 옛 文獻은 다섯이라고 記錄했다. 色區分은 科學的이라기보다는 各社會가 定하기 나름이다.

좀 더 科學的으로 色을 區分하는 方法中 하나가 色의 스펙트럼을 圓처럼 두르는 것이다. 時計의 12時方向에 빨간色을 놓고 회전시키면 草綠色은 4時, 파란色은 8時程度에 자리 잡는다. 빨강, 草綠, 파랑이 ‘빛의 3원色’이다. 세 가지 色의 빛을 比率을 調節해 섞으면 모든 色을 만들 수 있어서 三原色이라고 한다. 假令 빨간빛과 草綠빛을 섞으면 노란빛이 된다. 何必 이 色이 原色이 된 것은 우리 눈 때문이다. 눈에는 色을 感知하는 圓錐細胞가 있다. 사람의 圓錐細胞는 빨강, 草綠, 파랑을 區別하는 세 種類細胞로 構成된다.

인간과 동물은 원추세포 차이로 색을 보는 것도 차이가 있다. 사진은 반려견을 위한 화면으로 구성된 개 전용 방송. 사진 출처 해피독TV — 人間과 動物은 圓錐細胞差異로 色을 보는 것도 差異가 있다. 寫眞은 伴侶犬을 위한 畵面으로 構成된 個專用放送. 寫眞出處 해피독TV

다른 動物은 圓錐細胞가 다를까? 그렇다. 우리보다 더 많은 種類의 色을 區別하는 圓錐細胞를 가진 動物이 많다. 또 사람은 볼 수 없는 赤外線을 보는 細胞를 가진 動物도 있다. 밤에 軍事作戰을 하려면 다른 이들이 뿜는 閱人赤外線을 보는 特殊眼鏡을 껴야 한다. 하지만 熱을 보는 圓錐細胞를 가진 뱀은 特殊裝備 없이 밤에 다니는 쥐를 찾아낸다. 卽, 우리의 世上과 다른 動物이 보는 世上은 다르다.

사람들은 빛을 만들어 내기도 한다. 電燈을 發明하고 레이저를 使用하며, TV도 만든다. 예전보다 畵面은 훨씬 커졌고, 접히는 TV도 나오지만 눈으로 보는 世上을 正確히 그려내는 TV는 없다. TV 亦是 빛의 三原色을 適切히 섞어 여러 色을 表現한다. 그런데 人間의 圓錐細胞가 느끼는 色을 正確히 만드는 物質은 나오지 않았다. 假令 TV 映像 속 빨강과 圓錐細胞가 느끼는 빨강은 若干 다르다. 그나마 가장 비슷한 色을 만드는 物質을 開發해 高畫質 TV가 可能해졌다. 各色을 擔當하는 物質이 만드는 빛의 世紀도 조금씩 다르다. 그래서 이를 調節해 最大限 맨눈으로 보는 世上과 비슷한 畵面을 만든다.

하늘에는 太陽外에도 빛을 내뿜는 별이 많다. 예로부터 별을 더 잘 보기 위해 望遠鏡을 使用했고 漸漸 더 큰 望遠鏡을 만들기 始作했다. 그런데 우리가 보지 못하는 領域의 빛도 많다. 太陽과 별은 圓錐細胞가 觀測할 수 있는 可視光線外에 赤外線等 다양한 빛을 내뿜는다. 天文臺望遠鏡은 이런 빛도 觀測한다. 그래서 天文臺에서 보는 별은 우리가 보는 별과 다르다. 눈에 보이지 않는 빛을 보는 望遠鏡은 宇宙의 祕密을 푸는 많은 情報를 준다.

2017년 촬영해 2019년 처음 공개한
블랙홀의 모습은 지구 전역의 전파망원경을 동시에 사용하고 고성능 인공지능 이미지 처리를 통해 완성했다. 사진 출처 EHT연구팀 — 2017年撮影해 2019年 처음 公開한 블랙홀의 모습은 地球全域의 電波望遠鏡을 同時에 使用하고 高性能人工知能 이미지 處理를 통해 完成했다. 寫眞出處 EHT硏究팀

宇宙觀測은 허블망원경 以前과 以後로 나눌 수 있다. 1990年宇宙空間으로 띄워 올린 허블망원경은 地球大氣圈空氣의 妨害를 거의 받지 않아, 땅에서 볼 수 없는 鮮明한 天體寫眞을 찍는다. 하지만 허블망원경度 블랙홀은 撮影하지 못했다. 2017年 드디어 地球 곳곳에 자리 잡은 電波望遠鏡을 聯動시켜 地球自體를 望遠鏡 렌즈로 使用해 블랙홀을 찍었다. 以後 2年間 이 데이터를 分析하고 合成해서 블랙홀의 實際 이미지를 만드는 데 成功한다. 아주 멀리 있는 블랙홀에서 出發한 아주 弱한 빛을 찾아내는 데 高性能人工知能도 쓰였다.

人類는 블랙홀을 좀 더 理解하기 위해 望遠鏡을 續續 만들고 있다. 12月初美國에서 새로운 엑스線望遠鏡을 宇宙로 쏘아 올렸다. 地球에서 알 수 있는 블랙홀의 情報는 무게, 回戰, 殿下程度다. 이番望遠鏡은 偏光을 通해 다양한 方向에서 들어오는 엑스線을 모아서 分析할 수 있다.

그뿐 아니라 허블望遠鏡을 代身할 望遠鏡도 이달 24日發射된다. 只今까지 볼 수 없던 아주 먼 宇宙를 觀測하는 ‘웹望遠鏡’은 지름이 6.6m다. 허블망원경의 지름은 2.4m에 不過해 赤外線觀測에 限界가 있었다. 별에서 오는 赤外線을 제대로 보려면 太陽이나 地球에서 오는 熱을 막아야 한다. 그래서 赤外線을 볼 수 있는 웹望遠鏡은 巨大한 遮光幕을 갖고 있다. 琉璃보다 가벼운 素材를 使用해 허블望遠鏡보다 훨씬 가볍지만, 그냥 로켓에 싣기에는 너무 크다. 이 때문에 이 望遠鏡은 18個의 작은 조각으로 나뉘어 접힌 채 發射돼 宇宙空間에서 활짝 펼쳐진다. 빅뱅 當時 생긴 아주 먼 銀河를 觀測하고, 머나먼 별의 大氣를 分析해 生命體가 있는지도 밝혀낼 것으로 期待된다.

무지개는 童話 속에서 많이 나온다. 主로 무지개 끝에 寶物이 숨겨져 있다는 이야기가 많다. 그런데 事實 무지개의 끝은 갈 수가 없다. 우리가 보는 무지개는 班員이지만, 元來 무지개는 둥글기 때문이다. 視野에 制約이 없는 하늘에서 보는 무지개는 完璧한 원이다.

빛이란 우리에게 많은 것을 보여주지만 눈에 보이는 것이 全部는 아니다. 동그란 무지개도 못 보고, 밤의 世上도 볼 수 없다. 요즘은 本人이 보고 싶은 것만 골라 보는 이도 많다. 自然의 빛은 偏向이나 歪曲이 없다. 눈에 보이지 않더라도 빛은 있다. 빛을 제대로 봐야 世上도, 未來도 잘 보인다.

정우성 포스텍 産業經營工學科敎授

#빛 #望遠鏡 #블랙홀