앤드류 코놀리
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1781년, 영국의 작곡가이자 과학기술자, 천문학자인 윌리엄 허셜은 다른 행성들과는 다르게 움직이는 한 물체를 하늘에서 목격하게 됩니다. 허셜은 뭔가 다른 이상한 것을 발견하게 되었는데 심상치 않았던 이것은 한 행성이었습니다. 바로 천왕성이죠. 이는 셀 수 없이 많은 세대의 아이들이 접해온 익숙한 이름입니다.

또한 이것의 발견으로

단번에 태양계가 두 배로 커졌습니다.

지난 달 NASA에서는 517개의

새롭게 발견된 행성들을 발표했고

이로써 하룻밤만에

흔히 아는 우리은하 속 행성의 숫자가

두 배가 되었습니다.

그래서 천문학계는 관련 자료들의 수용을 위하여

계속해서 바뀌어가고 있는 추세이며

해마다 두 배씩 늘어나는 데이터를 가지고 빠르면 20년 안에 우리는 역사상 처음으로 우주 속 은하의 장엄함에 도달할 수 있을지도 모르겠습니다.

하지만 우리가 빅 데이터 시대에 들어옴에 따라서 많은 정보가 조금 더 나은 것과 정보가 특이한 것의 차이를 구분하기 시작하였고, 다른 의문점을 갖게 되었습니다. 이 차이점은 수집한 정보의 양이 아니라 그 정보가 우주를 바라보게 하는 새로운 창문이며 우리가 하늘을 보는 시각을 바꾸었다는 것입니다. 그러면 우리 우주의 새로운 창문은 무엇일까요? 천문학의 다음 목표는 무엇일까요? 저는 여러분께 향후 10년을 발전시킬 수단과 기술들과 데이터를 현명하게 사용함으로 이러한 기술들이 우주의 창, 즉 시간의 창을 열어서 다시 한번 천문학을 변화시킬 것을 보여드리겠습니다.

왜 하필 시간일까요? 시간은 기원에 관한 것이며 진화에 관한 것입니다. 우리의 태양계가 어떻게 탄생했는지, 태양계의 기원은 특별하거나 특이한 것일까요? 우주의 진화에 관해서 말입니다. 왜 우주가 계속 팽창하고 있으며, 팽창하게 하는 신비의 암흑에너지는 무엇일까요?

우선 여러분께 어떻게 기술이 우리가 하늘을 보는 방식을 바꾸는지 말씀드리겠습니다. 여러분이 칠레 북쪽의 산에서 해가 뜨기 몇시간 전에 태평양을 향해 서쪽을 바라보며 앉아 있다고 생각해 보십시오. 이것이 밤하늘에 보이는 모습일겁니다. 은하수가 수평선너머 보이는 아름다운 광경입니다. 하지만 또한 정적인 광경입니다. 우리는 거의 우주를 이렇게 생각합니다. 영원 불변하다고요. 하지만 우주는 절대 정적이지 않습니다. 몇 초에서 수십억 년이라는 시간에 걸쳐 지속적으로 변화합니다. 은하들은 병합하며 시속 수십만 마일로 충돌합니다. 별들은 탄생하고 죽으며 그들은 화려하게 폭발합니다. 우리가 만약 칠레 위의 고요한 하늘로 돌아가 시간을 앞으로 돌려 일년 동안 하늘이 바뀌는 모습을 볼 수 있다면 당신이 보는 움직임은 폭발하고 밝아지다가 시야에서 사라지는 죽어가는 별들의 파편인 초신성들의 모습입니다. 각각의 초신성들은 태양의 50억배 밝아서 멀리에서도 볼 수 있지만 볼 수있는 시간은 짧습니다. 초당 10개의 초신성들이 우주의 어딘가에서 터지고 있습니다. 우리가 그것을 듣는다면, 마치 팝콘이 터지는 것과 같을 것 입니다. 우리가 초신성을 서서히 사라지게 한다면 그것은 단지 밝기만 바뀌는게 아닙니다. 우리의 하늘은 지속적으로 움직이고 있습니다. 하늘을 가로질러 흐르는 물체의 집단은 태양의 궤도를 도는 소행성들이며 이 변화와 운동성 그리고 태양계의 역동성이 우주의 미래를 예측하고 과거를 설명하는 모형을 만들 수 있게 해줍니다.

하지만 지난 10년동안 썼던 망원경들은 이 정도의 정보를 수집하도록 설계되지 않았습니다. 허블 우주 망원경은 지난 25년 동안 우리에게 먼 우주에 대한 자세한 정보를 제공해 주었습니다. 하지만 허블 망원경으로 하늘의 사진을 만들려면 천 삼백만개의 사진이 필요하고 한번 하려면 120년정도가 걸립니다.

그래서 저희는 새로운 기술과 새로운 망원경을 만들고 있습니다. 희미해질 수있는 망원경들은 먼 거리 우주를 볼수 있게 하며 넓게 보이는 망원경들은 하늘을 가능한 빨리 포착할수있도록 합니다. 대형 개요 조사 망원경 같은 또는 LSST라고 불리는 천문학의 역사중에서 가장 흥미로운 실험에 비해 가장 지루한 이름을 가진 망원경입니다. 확실히 이것을 보면 절대로 과학자나 기술자에게 이름을 짓게 해서는 안됩니다. 아이 이름도요. (웃음) 우리는 LSST를 만들고 있습니다. 십년 후쯤에 정보수집을 예상하고 있습니다. 우리가 우주를 바라보는 시선이 어떻게 변화할지 제가 보여드리겠습니다. 왜냐하면 LSST에 사진 한장이 허블 우주 망원경의 3,000장의 사진에 해당하기 때문에 사진 한장 당 하늘에서 3.5도이며, 보름달의 폭에 7배 입니다. 어떻게 이런 크기로 사진을 찍을 수 있을까요? 역사상 최대크기의 디지털 카메라를 만드는 겁니다. 여러분의 휴대폰 카메라나 번화가에서 산 디지털 카메라와 같은 기술을 씁니다. 하지만 직경 1.6미터의 폭스바겐 비틀 정도의 크기에 사진 한장이 30억화소입니다. 이 사진을 고해상도로 보려면 한 장짜리 LSST 사진에 1,500대의 고화질 TV 화면이 필요합니다. 이 카메라가 하늘을 담을겁니다. 20초 마다 새로운 사진을 찍으며 항상 하늘을 촬영합니다. 그래서 삼일에 한 번씩 완전히 새로운 칠레의 하늘을 보게 됩니다. 이 망원경이 동작하는 동안 40억의 별과 은하수를 발견하고 그것은 최초로 지구상의 사람보다 더 많은 것을 우주에서 발견 할 것입니다. 이제 이것을 테라 바이트, 페타 바이트와 수십억의 물체의 관점에서 얘기할 수 있습니다. 더 이해하기 쉽게 말씀드리면 이 카메라에서 나오는 데이터양은 지금까지의 모든 TED 강연을 동시에 하루 24시간동안 쉬지 않고 10년간 재생하는 것과 같습니다. 그리고 이 데이터를 처리한다는 뜻은 새로운 생각이나 개념을 찾아 모든 강연을 검색해서 영상의 각 부분을 보며 한 장면이 그 다음과 바뀐 것이 있는지 보는 것과 같습니다. 이것은 우리가 과학을 대하는 태도와 천문학을 하는 태도를 바꿔 줍니다. 소프트웨어와 알고리즘도 이 데이터를 통해서 찾아내고 망원경과 우리가 설계한 카메라가 중요하듯이 과학에 소프트웨어가 중요하다는 것입니다.

이제 수 천개의 발견들이 이 프로젝트를 통하여 만들어집니다. 제가 여러분께 이 정도 규모의 데이타로 인해 변화된 기원과 진화에 대한 두 가지 생각을 말씀드리겠습니다.

지난 5년간 NASA가 천 개의 행성계를 주변에서 발견했습니다. 하지만 저희가 찾고 있는 행성계는 우리의 태양계와 같지 않습니다. 우리가 직면하고 있는 문제 중 하나는 과연 우리가 제대로 찾아보지 않은 것인지 아니면 태양계 형성에 뭔가 특별하고 특이한 것이 있는가 하는 겁니다. 우리가 그것을 알려면 우리의 태양계의 역사를 자세히 다 알고 이해해야 합니다. 매우 중요한 사항들입니다. 우리가 다시 하늘을 가로지르는 소행성들을 보면 마치 우리 태양계의 파편과 같습니다 해왕성과 목성의 궤도가 태양에 더 가까워질 때, 소행성의 위치는 초기의 흔적 같을 것입니다. 그리고 이 거대한 행성들이 태양계를 통과해 이동하면서 그 여파로 소행성을 뿌립니다. 그래서 소행성을 연구하는 것은 마치 태양계의 과학수사를 하는 것 같습니다. 그러나 그러려면 간격이 있어야 합니다. 움직인 동선의 간격이 있으면 시간적 접근에 의해 이동을 알게 됩니다.

이것이 무엇을 알려줄까요? 여러분이 보고 있는 이 그림에서 흘러가는 작은 노란 유성들을 보시면 우리 지구에 가장 가깝기 때문에 가장 빠르게 움직이는 유성들입니다. 이들은 언젠가 자원을 캐기 위해 우주선을 보낼 유성들입니다. 하지만 언젠가 지구에 충돌할 유성들이기도 합니다 마치 6천만년 전 공룡의 멸종을 일으킨 유성이나 아니면 20세기 초에 어느 소행성이 1,000평방 마일의 시베리아 숲을 전멸시킨 것처럼, 심지어 작년에 핵 폭탄만한 에너지를 방출하며 러시아를 태운 소행성처럼 말입니다. 그래서 우리 태양계의 과학수사는 우리의 과거를 알려줄 뿐 아니라 미래를 예측할 수도 있습니다.

우리가 멀리서 보면 태양 주위를 도는 자연상태의 소행성들을 봅니다. 여러분 앞에 그려지는 이 모든 점들은 실제 소행성입니다. 이것의 궤도는 하늘의 움직임을 통하여 계산됩니다. 색상은 이 소행성의 구성을 보여줍니다. 중심부는 건조하고 돌투성이며 바깥 쪽은 물이 풍부한 원시상태입니다. 물이 풍부한 소행성이란 이전에 지구와 부딪힐 때 지금의 바다를 있게 한 것일 겁니다. LSST가 폭 넓게 볼 뿐만 아니라 희미해질수 있어서 우리는 이 소행성들을 태양계를 훨씬 뛰어 넘고 해왕성과 화성의 궤도도 넘어 태양으로부터 일광년이 넘어 존재할지도 모르는 혜성과 소행성을 볼수 있을 겁니다. 또한 우리가 사진의 화질을 10에서 100배만큼 높이면 이런 것들을 알 수 있을 겁니다. 해왕성 바깥 궤도에 있는 행성이 위험요소이기 오래 전에 지구에 충격을 준 소행성을 찾거나 아니면 태양이 스스로 형성된 건지 별들의 뭉치로 만들어 진건지 태양의 자매별들이 태양계 형성에 영향을 준 것인지 알게 해주는 것이죠. 우리 태양계같은 행성계가 드문 것이 그 때문인지 모릅니다.

그럼, 우주에 있는 거리와 변화들은— 거리는 시간과 동일하죠. 또한 하늘의 변화도 마찬가지입니다. 한 걸음 멀리 보거나 별이 한 걸음 멀리 떨어져 있을 때마다 여러분은 십억분의 일초를 되돌아 보는것입니다. 이 되돌아 본다는 개념은 우주에 대한 생각에 여러번 변혁을 일으켰습니다.

그것은 1929년에 처음으로 에드윈 허블이라는 천문학자가 우주는 팽창하고 있다는 것을 보여주며 빅뱅이론으로 이끌며 변혁이 일어났습니다. 그리고 그가 관찰한것은 간단했습니다: 24개의 은하수와 손으로 그린 그림이었습니다. 하지만 은하수가 멀리 있을수록 더 빨리 물러난다는 생각만으로도 현대 우주론을 낳기에 충분했습니다.

70년후에 두 번째 혁명이 일어 났는데 두 그룹의 천문학자들이 우주가 팽창할 뿐만 아니라 가속화되고 있다는 것을 발견한 겁니다. 마치 공을 하늘로 던지면 높이 올라갈수록 더 빨리 가버리는 것 같은 놀라운 일이었습니다. 증명한 방법은 초신성의 밝기와 거리에 따라 밝기가 희미해지는 것을 측정하는 것이었습니다. 이 관측은 좀더 까다로웠습니다. 새로운 기술과 새로운 망원경이 필요했죠. 왜냐하면 초신성은 허블 망원경으로 보는것보다 2,000배 더 멀리있는 은하계에 있었기 때문입니다. 그리고 42개의 초신성을 찾는데 삼년이 걸렸습니다. 왜냐하면 초신성은 은하계에서 100년에 한번 폭발하기 때문입니다. 수만개의 은하계를 수색하여 42개의 초신성을 찾기까지 삼년이 걸렸습니다. 그 데이타를 모아서 찾은 것이 바로 이것입니다. 이게 그렇게 대단해 보이지 않겠지만 물리학의 혁명은 이렇습니다: 11억 광년 멀리있는 초신성의 밝기를 예측하는 선 한 개와 그 선에 맞지 않는 점들이 한 움큼 입니다.

작은 변화가 큰 결과를 만들어 냅니다. 작은 변화가 새로운 것을 발견하게 해 줍니다. 허셜이 찾은 행성 처럼요. 작은 변화는 우주에 대한 우리의 생각을 완전히 뒤집어 줍니다. 약간 희미한 42개의 초신성은 그만큼 살짝 멀리있다는 만큼 우주가 팽창할 뿐만 아니라 이 팽창이 가속되고 있다는 것은 우리가 암흑에너지라고 부르는 우주의 구성을 보여줍니다. 그 구성은 우주의 팽창을 가속화하고 오늘날 우주 에너지 분배의 68퍼센트를 차지하고 있습니다.

그럼 다음 혁명은 무엇일까요? 암흑에너지는 무엇이고 왜 존재할까요? 각각의 선들은 암흑 에너지가 무엇일지 나타내는 다른 모형입니다. 암흑 에너지의 특징을 보여주죠. 모두 다 42개의 점과 일치하지만 이 선들이 의미하는 것은 매우 다릅니다. 어떤 사람들은 암흑 에너지가 시간에 따라 변한다고 보고, 혹은 암흑 에너지의 특징들이 하늘을 보는 위치에 따라 다르다고 생각합니다. 다른 이들은 물리학의 변화와 차이를 원자 이하의 차원에서 봅니다. 또는 큰 규모로 보며 중력이나 일반 상대성이 어떻게 작용하는지 변화를 봅니다. 또는 우리의 우주는 여러 우주 중 하나인 신비한 다중우주의 한 부분이라고 합니다. 하지만 이 모든 생각과 모든 이론들은 놀랍고 확실히 어떤 것은 기이합니다. 하지만 42개의 점들이 일치합니다.

그렇다면 앞으로 10년간 이것을 어떻게 이해해야 할까요? 여러분께 주사위 두 개를 드리고 이것이 무게가 쏠린 주사위인지 공정한 것인지 보자고 가정할 때 주사위를 한번 던지면 잘 모르지만 더 많이 던질수록 더 많은 데이터를 수집하게 되고 여러분은 더욱 확신하게 됩니다. 주사위가 공정한지 아닌지만이 아니라 얼만큼 어떤 방식으로까지 말입니다. 42개의 초신성을 찾기까지 삼년이 걸렸습니다 우리가 만든 망원경들로는 하늘의 일부만 조사할 수 있었기 때문입니다. LSST를 가지고는 삼일마다 칠레의 하늘을 완전히 새롭게 볼 수 있습니다. 작동하는 첫날 밤에는, 암흑에너지 발견에 필요한 초신성의 10배를 찾게 될 겁니다. 이것은 첫 넉달 안에 1,000개씩 증가합니다. 조사가 끝날쯤엔 백 오십만 초신성을 찾을것이며 각각의 초신성은 주사위 한번 던지는 것 처럼 암흑에너지의 이론 중 어느 것이 맞는지 아닌지를 검사할 겁니다. 그리하여 이 초신성의 데이터와 다른 우주론의 관측을 결합하여 암흑 에너지에 관한 여러가지 생각과 이론들을 점진적으로 골라낼 것입니다. 그래서 2030년 이 조사가 끝날 때까지는 우리가 알게 되길 바랍니다. 우주 물리학 원론인 우주 이론이 서서히 드러나는 것이죠.

제가 여러분께 드린 질문들은 실제로 가장 단순한 질문이었습니다. 우리가 답은 모르지만 적어도 어떻게 질문을 해야 하는지 압니다. 그렇지만 수 천개의 은하를 보면서 알아 낸 42개의 초신성이 우리 우주에 대한 이해를 바꾼다면 수 십억개의 은하계와 작업할 때 우리 예상과 맞지 않는 42개의 점들이 얼마나 많이 있겠습니다? 허셜이 찾은 행성이나 암흑 에너지, 혹은 양자 역학이나 일반 상대성 같은 이 모든 생각은 우리가 기대했던 데이터와는 맞지 않았기 때문에 생겼습니다. 천문학에서 앞으로 10년간의 데이터가 너무나 기대되는 것은 우리의 기원과 진화에 대한 얼마나 많은 해답들이 있을지 모르기 때문입니다. 거기에 우리가 묻고 싶었던 우리가 심지어 질문조차 몰랐던 것에 얼마나 많은 해답들이 우주에 있을까요?

감사합니다

(박수)