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별을 올려다보며 우주의 비밀을 탐구하다

『밤하늘을 봐!』는 갈릴레이가 처음 만든 천체 망원경부터 세계 곳곳의 첨단 망원경을 소개하면서 그 망원경들을 통해 알아낸 우주와 별들의 원리와 지식들을 명료한 형태와 풍부한 색감의 아름다운 그림으로 담은 그림책이다.
아주 오래전부터 사람들은 맨눈으로 밤하늘을 보아 왔다. 별을 보며 위치를 찾고 날씨를 예측하는 등 생활에 활용하는 한편 상상을 더해 별자리에 이름을 붙이고 운명을 점치기도 했다. 별과 우주가 상상과 신화의 대상에서 과학의 대상이 된 것은 갈릴레이가 33배 가까이 볼 수 있는 천체 망원경을 발명한 때부터였다. 이 책의 주인공은 밤하늘을 관찰하기 위해 세계 곳곳에 설치된 다종다양한 천체 망원경들이다. 무엇을 관찰하기 위한 것인지에 따라 그 형태나 특징 크기 등이 제각기 다르다. 접시형 안테나 말고도 네모난 모양도 있고, 수염 모양도 있다. 하나가 아닌 수십 개의 망원경이 함께 모였다 흩어졌다 하며 작동하는 것도 있다. 또 설치 위치도 태평양 가운데의 섬, 나무가 울창한 정글, 높은 산꼭대기, 황량한 사막, 저 멀리 우주 공간 등 아주 다양하다. 『밤하늘을 봐!』는 이 망원경들을 하나씩 소개하면서 빛과 거리, 광선과 전파 등 우주의 법칙과 블랙홀의 정체, 초신성과 빅뱅 등 첨단 천문학의 지식을 알기 쉽게 들려준다.
『밤하늘을 봐!』의 그림은 독특하고 아름답다. 형태는 단순하게, 색감과 질감을 풍부하게 살려 그린 밤하늘의 별과 해와 행성 등이 반짝이듯 생생하다. 빛의 굴절과 렌즈, 망원경의 원리와 빛의 분해와 전파 등의 개념을 정확하고 직관적으로 표현한 그림은 보기만 해도 원리를 이해할 수 있게 해 준다.
지구에 존재하는 모두 것이 머나먼 옛날 우주에서의 폭발로 만들어졌으며, 밤하늘 별을 보고 있는 우리 자신이 별이라는 맺음말은 따스한 감동을 준다. 재미와 지식이 톡톡 너머학교 톡톡 지식 그림책 세 번째 책이다.

별을 신화의 세계에서 첨단 과학의 세계로 가져온 망원경

『밤하늘을 봐!』는 망원경이 주인공인 책이다. 더 크게는 밤하늘을 보는 눈과 마음을 생각해 보는 책이기도 하다. 아주 먼 옛날부터 사람들은 맨눈으로 밤하늘을 올려다보았다. 그들은 하늘에 떠 있는 달, 별, 행성 등을 보면서 그 정체를 항상 궁금해했다. 그래서 그들은 별자리의 이름을 짓고, 그들과 관련된 수많은 이야기를 상상했다.
갈릴레오 갈릴레이가 렌즈를 이용해 처음으로 천체 망원경을 만들어 밤하늘을 관찰하면서, 달, 별, 행성 등의 신비가 처음으로 벗겨지기 시작했다. 갈릴레이는 달의 골짜기와 산, 크레이터를 관찰하고, 목성 주변을 공전하는 위성을 발견했다. 사람들은 밤하늘에 뜬 별이 그저 반짝이는 예쁜 장식이 아니라, 지구와 같은 천체의 한 종류라는 것을 깨달았다. 이로써 힘을 얻게 된 지구가 돈다는 자전설은 사람들의 생각을 크게 바꿔 놓았다.
갈릴레이 이후 아이작 뉴턴, 허셜 등 많은 과학자들과 사람들에 의해 천체 망원경은 쉼 없이 발전했다. 더 멀리 있는 것을 더 크고, 더 선명하게 보기 위해서 망원경은 더 크고 정교해졌으며, 종류도 다양해졌다. 천문학과 망원경의 발달이 긴밀하게 엮여 있는 것은 당연한 일일 것이다.

첨단 망원경이 우주와 별빛의 원리를 밝히다

현대의 천체 망원경은 우리가 상상할 수 없을 정도로 멀리 떨어진 곳에서 오는 별빛을 관찰한다. 태평양의 하와이섬에 있는 켁 천문대의 망원경은 커다란 거울 조각 36개를 이어붙여 만든 지름 10미터짜리 거울을 갖추고 있다. 이 거울은 사람의 눈보다 8천만 배나 많은 빛을 모을 수 있어서, 우주 외곽의 멀리 떨어진 곳의 별빛도 관찰할 수 있다.
우리 눈에 보이지 않는 빛을 관찰하는 천체 망원경도 있다. 칠레의 산꼭대기 높은 곳에 설치된 비스타 망원경이다. 비스타 망원경은 은하의 중심에서 오는 적외선을 모아 우리 은하에서 무슨 일이 일어나는지를 알아낸다.
머나먼 우주에서 오는 전파를 모으는 전파 망원경도 있다. 카리브해의 푸에르토리코섬에 설치된 아레시보 전파 망원경은 마을 하나가 들어갈 정도로 거대한데, 반구형 지붕을 움직여서 우주에서 날아오는 다양한 전파 신호를 모아 이미지화하는 일을 한다.
전파 중에는 우주 탄생 초기의 정보를 담고 있는 것도 있어서, 이러한 정보를 모으면 빅뱅 이후 수백만 년 동안 별이 형태를 갖추어 가던 때의 모습을 알아낼 수 있다.
천체 망원경을 이용해 아무도 그 모습을 실제로 본 적 없는 블랙홀의 모습을 추적하기도 한다. 2017년 천문학자들은 전 세계에 걸쳐 있는 8개의 대형 망원경으로 은하의 중심을 관측하여 방대한 정보를 모았는데, 이 정보를 조합하여 블랙홀의 실제 모습을 조합하는 작업을 진행했다.
그 외에도 찬드라 우주 망원경은 보이지 않는 엑스선을, 페르미 감마선 우주 망원경은 감마선을 모아서 우주의 숨겨진 비밀을 탐구한다.

『밤하늘을 봐!』를 읽고 나면 밤하늘의 별빛은 단순히 아름다운 빛이 아니라, 우주의 비밀을 담은 정보의 집합체라는 것을 알게 된다. 또 우리 눈에 보이는 별빛뿐만 아니라 밤하늘을 날아다니는 수많은 보이지 않는 빛-적외선, 자외선, 전파, 엑스선, 감마선 등-에도 수많은 우주의 비밀이 담겨 있다는 것을 알 수 있다. 세계 곳곳에서 활약하는 수많은 천제 망원경들이 우주 탄생의 비밀을 탐구하는 첨단 과학 도구라는 것, 그리고 그 망원경이 있게 한 것은 우리 자신을 올려다보고자 하는 인류의 오랜 소망이라는 것을 깨닫게 될 것이다.

밤하늘을 봐!
눈으로 보기
렌즈로 보기
최초의 망원경
가깝고도 먼, 어둑하고도 밝은
반사하고, 모으고
켁 천문대
머나먼 별들
보이지 않는 색
비스타
제임스 웹 우주 망원경
물이 내뿜는 빛
알마
전파
거대한 접시
길게 늘어지는 빛깔
뿔 속의 소리
먼 옛날에서 온 가장 긴 빛
아무것도 없는 사진
허블 우주 망원경
엑스선을 보는 눈
감마선을 보는 눈
작지만 큰 눈

망원경은 커다란 눈과 같아요.
조용하고 어두운 곳에 망원경을 설치하면 저 멀리 있는 것을 볼 수 있어요.
또 망원경을 사용해 오래전 우주가 어떻게 만들어졌는지 이해할 수 있지요.
어쩌면 다른 인류가 살고 있을지도 모르는 저 먼 행성을 찾을 수 있을지도 몰라요.
우리는 눈에 보이지 않는 빛을 모아 이전에 누구도 본 적 없던 것을 봐요.

밤하늘에 보이는 어떤 별은 반딧불이의 빛이랑 비슷해요.
이런 작은 별이 가까이 있어서 하나씩 집어 들어 항아리에 모을 수 있다면 참 재미있을 거예요.
하지만 별을 집을 수는 없어요.
별은 지구보다 수백만 배쯤 더 크고, 밝고, 뜨겁고, 거대한 가스 덩어리예요.
너무 멀리 있어서 반딧불이의 빛처럼 작고 어둑하게 보일 뿐이죠.
사람들은 별을 더 뚜렷하게 보기 위해 크고 둥근 거울로 빛을 모아 초점을 맞추는 망원경을 만들었어요.

오늘 밤 프록시마 센타우리를 본다면, 여러분은 4년 전 별빛을 보는 셈이에요.
여러분과 이 별이 모두 4살 어렸던 때 말이죠.
이 별은 태양 다음으로 가장 가까운 별인데, 지구에서 4광년 떨어져 있어요.
1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리로, 약 9조 4670억 7782만 킬로미터예요.
오래된 별빛을 보면 시간을 되돌아볼 수 있어요.
우주를 더 깊이 들여다본다면 아주 오래전 우주가 막 시작되던 때에 사물이 어떤 모습이었는지 알아낼 수 있지요.

은하수를 보는 것은 두꺼운 먼지구름을 통해 보는 것과 비슷해요.
먼지는 인간이 볼 수 있는 빛을 가려요.
그렇지만 적외선은 바위 사이를 지나는 뱀처럼 별들 사이의 먼지를 빠져나오죠.
비스타 망원경을 사용하면 이 적외선을 모아 먼지 너머의 우리 은하에서 무슨 일이 일어나는지 알아낼 수 있어요.
관측자들은 빛나는 수소 가스 구름을 보기 위해 비스타 망원경을 사용해요.
구름 무더기가 서로 가까워질수록 온도가 높아져 비스타 망원경이 감지할 수 있는 적외선이 나와요. 그중 엄청 커다랗고 뜨겁고 밝은 구름 무더기는 별이 되지요.
이 머나먼 가스 구름은 ‘별들의 요람’이라고도 불러요. 별이 태어나는 곳이라는 뜻이죠.

적외선의 반대쪽에는 UV 혹은 자외선이라고 부르는 보이지 않는 보라색
빛이 있어요. 태양의 가장 뜨거운 부분에서 자외선이 만들어지는데,
대부분은 대기 중으로 흩어져요. 이를 모으기 위해 천문학자들은 우주에 망원경을 띄웠어요.
허블 우주 망원경은 적외선, 가시광선, 자외선을 모두 잡아 낼 수 있어요.
허블 우주 망원경에 있는 거울은 켁 천문대에 있는 것처럼 곡면이고 광이 나요.
허블 우주 망원경은 어린 별에서 오는 빛을 모아 왔어요.
이 별은 너무 뜨겁게 타고 있어서 자외선을 내뿜으며 빛나죠.
사람들은 이 이미지를 연구해서 왜 어린 별들이 종종 무리를 지어 형성되는지 알아내려 해요.

세계에는 작은 망원경을 가진 수백만 명의 사람들이 있어요.
이 사람들은 어두운 밤에 밖에 나가 하늘을 보죠. 때때로 커다란 망원경이
놓치는 것을 보기도 해요. 예전에는 거기 없었던 별을 찾을 수도 있고요.
초신성으로 폭발하는 어둑한 별을 찾게 될 수도 있어요.