코스모스3화 [내셔널지오그래픽]

 

 

내셔널지오그래픽ㅣ 코스모스 3화 ㅣ 2014

 

코스모스 3화는 근대 과학의 시작을 풀어낸다. 인간의 패턴인식 능력으로 인해 혜성을 발견하고 해석하며 내용을 알려준다.17세기, 1600년대 인간은 혜성을 어떻게 해석했는지, 그 혜성은 누가 연구하였고 무엇을 발견하여 결국 오늘날 인공위성을 쏘아올리게 된 경위까지 아주 신비로운 내용을 들려준다.

 

 

 

 

 

 

패턴인식능력 : 혜성을 인지한 인간 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

미셸 루트번스타인과 로버트 루트번스타인 부부의 유명한 책 <생각의 탄생>에서는 "패턴을 알아낸다는 것은 다음에 무슨 일이 일어날지 예상하는 것이다. 패턴인식능력은 예측과 기대형성능력의 기초가 된다" 라고 했다. 레오나르도 다빈치의 새로운 아이디어도 패턴인식에서부터 시작했고, 벽에 낀 얼룩이나 종류가 다른 돌들이 만들어내는 문양속에서 하나의 장면을 연상했다고 한다. 아주 오래 전 고대시대부터 인간은 밤하늘의 패턴을 인식하기 시작하여 혜성을 발견했다. 이렇듯 인간의 패턴인식 능력은 진화에 걸쳐 발전해 오고 있다. 인간은 우리의 존재가 특별하다는 증거를 갈망했고 그 갈망때문에 잘못된 패턴인식을 하게 되는데 혜성은 신의 경고이고 재앙을 의미한다는 것이었다. 혜성은 천연두같은 질병, 지도자의 죽음 등을 예언한다고 받아들인 것이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"눈부시게 빛나던 별이 붉은 머리카락을 휘날리며 재앙을 몰고오고 도시에는 반란을 불러온다 "고대 시대에 인간이 혜성을 묘사한 부분에서도 알 수 있다. 재앙이란 뜻인 <Disaster>는 <불길한 별>이라는 그리스어원을 뜻하는것도 그 때문이다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

혜성은 무엇이며, 어디서 오나

 

 

 

혜성은 초기 태양계가 형성되면서 외곽에 존재하게 된 오르트 구름(Oort cloud)으로부터 태양계 내의 중력이나 어떠한 섭동을 받아서 태양계 내로 진입한 천체로 보고 있다. 소행성(asteroid)과 크기면에서 비슷하지만, 혜성은 코마(coma)라고 하는 핵 주변을 감싸고 있는 대기와 이 주위를 넓게 싸고 있는 수소운이 있고, 이동 중에 생기는 꼬리를 가지고 있다. 이러한 구조는 모두 태양의 영향을 받은 것인데, 혜성의 구성 성분은 태양계 형성 당시의 성분을 그대로 보유하고 있는 편이어서 휘발성 기체들이 많이 함유되어 있다. 혜성이 태양계 내로 진입할수록 태양의 영향을 받아 혜성 표면의 기체들이 증발하고 부서지면서 대기와 꼬리가 형성되는 것이다. 출처: [네이버 지식백과] 혜성 [comet, 彗星] (두산백과)

 

 

 

 

 

 

 

오르트 구름

 

태양계를 껍질처럼 둘러싸고 있는 가상의 천체 집단 태양으로부터 1광년 떨어진곳엔 태양계를 둘러싸고 있는 구름집단이 띠모양으로 존재한다는 설이 있다. 천문학자 얀 오르트 [Jan Hendrik Oort] 가 발견한 설로 오르트의 이름을 따 구름집단을 오르트 구름이라 부른다. 

얀 오르트는 네덜란드 천문학자로 우리은하의 회전을  증명, 또한 

전파관측 그룹을 지휘하여 우리 은하의 나선구조를 검증했다. 

 

 

3화에서는 소개하는 1600년대 과학의 거장들 : 뉴턴, 헬리

 

17세기 1601년부터 1700년까지 세계에는 무슨일이 벌어졌을까? 이 시기에 한국은 조선시대 (선조~숙종)였고, 일본은 임진왜란을 끝내고 에도막부 시대가 시작되었다. 중국은 명이 청으로 교체되는 시기였고. 1600년 유럽에서 음악과 미술이 바로크 시대에 접어들었고, 1609년에는 갈릴레이가 망원경을 발명했고, 1643년에는 천재과학자 아이작 뉴턴이 태어난다. 그로인해 뉴턴은 과학계에 지대한 영향을 미치는 만유인력의 법칙을 발견하기에 이른다. 그것을 세상에 알리는 데에는 에드먼드 헬리가 있었기에 가능했다.

 

 

 

 

 

 

에드먼드 헬리 : 뉴턴의 천재성을 세상밖으로 알리다.

 

 

 

 

 

출처: 네이버캐스트

 

 

고대 시대 인간은 혜성을보고 경외감에 사로잡혀 혜성을 바라보았고, 재앙의 의미로 해석하여 유럽전역은 불안함에 떨었다. 하지만 한 아이는 혜성이 조금도 두렵지 않았고 오히려 그저 신기한 존재였다. 바로 에드먼드 헬리. 헬리의 아버지는 아들의 호기심을 뒷받침해주었고, 스무살 옥스포드대학교 중퇴 후 세인트 헬레나 섬으로 간다. 거기서 12개월간 남반구의 별을 관측해 별자리를 만들어 헨리의 남반구 별자리표 때문에 탐험가들은 항해할 수 있게 되었다.  헬리는 유럽에서 기록된 혜성 관측자료를 전부 찾아내었고 각 혜성의 관측기록을 보고 경로 모양을 알아낸다. 그 결과 76년만다 돌아오는 하나의 혜성을 발견했고, 그와 같은 혜성이 특정영역에서 특정방향으로 날아갈것이라 예언했는데 그게 바로 오늘날 헬리혜성이라고 불리는 혜성이다. 정말 헬리혜성은 1986년까지 76년마다 돌아오고 있다. 다음번에 돌아올 헬리 혜성은 2062년이 된다!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1609년 천문학자 요하네스 케플러는 태양 주위 행성들의 궤도는 완벽한 원형이 아닌 타원형이며 태양에 가까울수록 더 빨리 움직인다는 충격적인 원리를 발표했다. 코스모스 1화에서도 나왔던 코페르니쿠스의 지동설을 수정하고 발전시킨것이다. 1600년대 초반 헬리는 행성에 대한 호기심이 높았고, 훅과 함께 커피하우스에서 행성에 대한 수수께끼를 논의하기 시작했다. 그 당시 런던전역에는 커피가 들어오며 커피하우스는 민주주의 실험실 같은 곳이었다. 왜 태양주위 행성들은 원형이 아니라 타원형으로 도는지, 태양가까운 행성일수록 더 빨리 움직인다면 그것을 수학적으로 풀수 있지 않알까 하는 의문들이 헬리를 사로잡았다. 

 

 

출처: 네이버캐스트

 

날로 늘어나는 훅의 변명에 낙심한 헬리는 한 수학자를 떠올렸고 그를 찾아갔다. 그렇게 1684년 8월 뉴턴과 헬리의 만남으로 세상은 변하게 된다. 행성 운동의 수수께끼를 풀고싶었던 헬리는 태양의 끌어들이는 힘으로 인해 행성들이 태양 주변을 돈다는 것은 알지만 거리에 따라 그 변화가 어떻게 되는지 수학법칙으로 설명할 수 있겠느냐고 뉴턴에게 제안하고 

 

이미 그것을 계산했었던 뉴턴은 자신의 계산을 헬리에게 보여준다. 뉴턴은 행성 운동을 포함한 중력의 법칙을 알아냈던 것! 하지만 책을 출판할 돈이 없어 출판을 못하는 상황이었고 헬리는 자비로 그 책을 출판하여 뉴턴의 천재성을 알린다.

 

그렇게 출간된 책이 [자연 철학의 수학적 원리] 그 책은 현대 과학의 첫 페이지나 다름없다. 뉴턴의 법칙들은 태양이 어떻게 먼 세계를 붙들고 있는지를 설명해 준다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

인류 역사가 낳은 천재, 아이작 뉴턴

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

인류 역사상 가장 영향력 있는 사람 가운데 한명으로 꼽히는 영국의 물리학자, 수학자, 천문학자, 광학자, 자연철학자, 연금술사, 신학자. 아이작뉴턴은 어릴때부터 양아버지 경멸했고, 현상의 원리는 유일한 안식처였던 내성적인 아이였다. 

 

" 내향적인 사람들은 홀로 일하기를 좋아하고, 고독은 혁신에 촉매가 될 수 있다" 

영향력 있는 심리학자 한스 아이젱크도 지적했듯이 내향성은 "눈앞에 있는 일에 집중하게 하고, 일과 무관한 사회적, 성적 문제에 에너지가 흩어지지 않도록 방지한다." 바꿔 말해서, 다른 사람들은 모두테라스에서 술잔을 부딪치고 있는 여러분 혼자 나무 아래에 앉아 있다면, 여러분 머리에 사과가 떨어질 확률이 더 높다. 

(뉴턴은 세계적으로 대단히 내향적인 사람에 해당한다. 월리엄 워즈워스는 그를 이렇게 묘사했다. "영원히 항해하는 마음 / 생각이라는 기이한 바다를 헤치며.") - 콰이어트 중 

 

앞서 설명했듯이 뉴턴은 우주의 과학적 관점에서 케플러의 행성운동법칙을 자신의 중력이론과 결합하여 만유인력의 법칙을 확립했다. 사과가 왜 떨어지는지 궁금해했던 호기심을 시작으로 온 세상을 뒤바꿔 놓은 것이다. 뉴턴은 또한 실용적 반사 망원경을 제작했고, 프리즘이 흰 빛을 가시광선으로 분해시키는 것을 관찰한 결과를 바탕으로 색에 대한 이론도 발달시켰다. (코스모스 5화에서 이 내용을 구체적으로 다룬다.) 이 빛에 대한 연구로 뉴턴은 큰 상처를 받게 되는데, 로버트 훅이 빛과 색에 대한 자신의 연구 업적을 뉴턴이 훔쳤다고 공개적으로 비난했기 때문이다. 사실 빛의 스펙트럼에 관한 수수께끼를 푼건 뉴턴이었지만, 그렇게 로버트 훅에게 큰 배신을 당한 후 주로 혼자 방에서 고대그리스 철학, 우주, 시간, 물질의특성 연구했다. 케플러의 행성운동법칙도 진작 수학적으로 풀어냈지만, 세상에서 버림받은 상처로 인해 발표하지 않았고, 그걸 헬리가 발견하여 세상에 알린것이다. 수학적으로는 미적분, 이항정리, 거듭제곱의 급수 등의 연구에 매진했다. 뉴턴은 연금술을 믿었는데, 특히 성경의 숨은 메세지를 찾는데 집착했다. 여러언어로 번역된 성경 샅샅이 조사하기도 하는 열성을 보였지만 안타깝게도 평생에 걸친 연금술 연구는 결실 맺지 못한다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

출처: 네이버캐스트

또한 뉴턴은 폭발적인 힘으로 날아가는 포탄을 상상했고, 속도만 충분하다면 그 포탄이 중력을 뿌리티고 지구의 궤도까지 날아갈 수 있을 거라고 추론했고 그 포탄 구상은 모든걸 바꾸게되는 계기가 되는데, 바로 오늘날 인공위성을 발사시킬 수 있게 된것이다. 

 

 

 

마지막 예언: 우리은하와 안드로메다의 충돌

 

 

 

 

뉴턴의 중렵법칙만을 갖고 예측할 수 있는 사실, 지금으로부터 수십억년 후 우리은하가 안드로메다와 합쳐지고 그 광경은 상상을 초월하는 아름다움일것.