프롤로그
1부 무중력과 인공위성
맨몸으로 하늘을 나는 꿈, 실현 가능할까?
무중력을 만드는 방법
무중력의 정체
스타십과 하이퍼루프를 이용한 미래의 무중력 체험
상상의 지구에서 체험하는 무중력
지구의 자전주기는 24시간이 아니다
인공위성과 미사일이 날아가면서 휘는 이유는?
2부 태양계 우주탐사
초기속도란 무엇인가?
달 그리고 다른 행성에 가기 위한 초기속도
중력도움 항법은 보이지 않는 공짜 추진체
수성과 태양 탐사에도 이용하는 중력도움 항법
우주선 비행 궤도의 모양이 의미하는 것은?
로켓과 이온 추진체, 그리고 미래의 광자로켓
3부 소행성과 혜성, 그리고 지구 방위
소행성과 혜성의 모양이 울퉁불퉁한 이유는?
공룡을 멸종시킨 소행성 충돌 에너지는 어디에서 왔나?
혜성이 지구와 부딪치면?
소행성과 혜성 충돌로부터의 지구 방위
4부 장기간 유인 우주탐사에 필요한 인공중력
시애틀 기차탈선사고는 어떻게 일어났나?
스포츠에서의 인공중력
우주에서 인공중력을 만드는 방법
인공중력에서 저글링을 하면?
평평함과 수평의 차이
무중력을 설명하는 있다가도 없는 관성력
인공중력의 정체, 그리고 관성력으로 보는 중력
5부 외계천체 찾기
첫 외계행성 관측과 도플러 효과
그림자의 과학: 외계행성 관측과 엑스선 영상
신기루의 과학: 블랙홀을 가까이에서 보면?
거리는 어떻게 측정할까?
첫 중력파 관측 논문 따라잡기
6부 특수상대성이론으로 풀어보는 외계행성 유인 탐사
우주선의 속도가 광속에 가까우면 생기는 일
쌍둥이 역설: 아는 것과 보이는 것의 차이
유인 우주선은 얼마나 빨리 가속할 수 있을까?
광속에 가깝게 가속할 때 필요한 에너지
에필로그
주
그림 출처
현실과 SF를 넘나드는 외계행성 탐사에 관한 모든 것
우주탐사에 대한 모든 지적 호기심을 충족한다
세계 최초의 SF 영화로 알려진 〈달나라 여행(Le Voyage dans la Lune〉(1902을 보면 사람이 탄 우주선을 대포를 이용해 달로 쏘아 올린다. 우주선보다는 오히려 포탄에 더 가까운 설정으로 다소 엉뚱해 보이는 발사 방식이지만, 그럼에도 대포 포신을 떠나는 순간의 우주선 속도는 초기속도를 잘 표현한다. 발사 이후 추진력을 추가로 사용하지 않고, 초기속도의 관성만으로 날아가는 우주선을 표현하기 때문이다.
영화 〈2001: 스페이스 오디세이(2001: A Space Odyssey〉(1968에는 우주선에 인공중력을 만드는 방법이 구체적으로 나온다. 회전해서 인공중력을 만드는 방법이다. 〈마션(Martian〉(2015에는 지구와 화성을 오가는 헤르메스라는 우주선이 나오는데, 이 우주선은 아주 천천히 가속하기 때문에 특별한 장치가 없으면 우주선 안은 거의 무중력상태이다. 이 영화에서도 우주인들은 회전으로 인공중력을 만드는 거주 시설에서 생활한다. 〈돈 룩 업(Don’t Look Up〉(2021에서는 혜성이 지구와 충돌하는 가상의 위기 상황을 표현했고, 〈아마겟돈(Armageddon〉(1998은 지구를 향해 날아오는 소행성의 이야기를 담고 있다.
이렇게 수많은 SF 영화에서도 표현되었듯이, 우리는 20세기를 지나 21세기 현재에 이르기까지 끊임없이 ‘우주탐사’ 대한 꿈을 꾸며 그것을 실현하기 위해 과학기술을 발전시키며 노력하고 있다. 2022년 6월 21일 우리나라에서는 자체 기술로 개발한 추진체인 누리호로 인공위성을 쏘아 올리는 데 성공했고, 2022년 8월 5일에는 달 궤도선 다누리호도 개발해 탄도형 달 전이 방식을 거쳐 달 주위를 도는 궤도에 안착시켰다. 더 이상 우주탐사, 혹은 외계천체 찾기는 SF에만 존재하는 가상의 이야기에 머물지 않는다. 과학이 발달할수록 우리는 지구를 벗어나 광활한 미지의 우주를 탐험할 희망을 꿈꾼다.
그런
