61㎝에서 25m까지, 우주 끝까지 창대한 도전 > 과 학

▶ 우리나라는 예로부터 별에 관한 한 선진국이었습니다. 신라 첨성대를 필두로 세종 때 설치된 왕립 천문대 서운관과 간의대 그리고 꼼꼼히 기록된 천체 관측기록까지 한국은 동양 천문학의 중심지 중 하나였습니다. 조선 후기와 일제 강점기 등 근대에 이를수록 천문학은 뒤처졌는데, 최근 들어 다시 도약을 꿈꾸고 있습니다. 한국 천문학의 역사를 살펴보았습니다.

우리나라 사람들은 전통적으로 별을 좋아했다. 그래서 관측과 연구도 일찍부터 시작했다. 국민이 모두 잘 아는 경주의 첨성대를 필두로 다양한 천문관측 설비가 이미 삼국시대부터 세워졌고, 고려와 조선 시대에는 정확한 관측을 근거로 독자적인 역법 체계를 만드는 등 선진적인 면모를 과시하기도 했었다. 특히 세종 때에는 경복궁에 왕립 천문대라고 할 서운관과 관측시설인 간의대를 지었는데, 당시 중국을 포함해 동양 최대 규모이자 최고의 시설로 외국 사신들에게도 공개하지 않을 만큼 중히 여길 정도였다. 그 수준과 자부심을 짐작할 수 있는 대목이다.

하지만 이후에 임진왜란, 병자호란 등 전란을 겪으며 이 시설들이 훼손되어 천문학 전통을 제대로 지켜나가지 못했고, 나아가 일제강점기와 한국전쟁 등의 틈바구니에서 현대 천문학을 제대로 받아들이기에도 역부족인 현실이 이어졌다. 현대과학의 많은 영역이 그렇지만 천문학도 ‘장비’의 학문이다. 케플러의 스승 튀코 브라헤처럼 맨눈으로 하늘을 바라보는 것으로는 현대 천문학을 연구할 수 없으니 성능 좋은 천체망원경이 반드시 필요하다. 하지만 당시 대한민국은 그런 망원경을 만들 기술은 물론 어디선가 사올 돈도 없었다. 설사 있었다 하더라도 주권조차 불안한 가운데 생존 자체가 위협받는 상황에서 망원경으로 하늘을 올려다보며 별을 연구하는 것은 어쩌면 사치로 느껴졌을 거다.

그랬던 것이 형편이 조금 나아진 1970년대에 들어서야 국립 천문대 계획이 수립되기 시작했고, 그 결과 첫 현대식 천체관측소인 소백산천문대가 1978년에 비로소 준공되었다. 이곳에 구경 61㎝인 반사망원경이 설치되어 비로소 우리나라에서도 현대적인 천문관측과 연구가 가능하게 된다. 충북 단양의 소백산 해발 1450m에 위치한, 풍광이 아름답기로 유명한 소백산천문대는 각종 세미나와 워크숍이 열려 필자도 가끔 방문하는 곳이다.

61㎝ 대 5m

국립 천문대의 설립은 당시로서는 쾌거라고 할 일이었지만, 한편으로 국제 수준과 비교하면 크게 뒤처진 점을 부인할 수 없었다. 수백년 전 갈릴레이와 케플러가 처음 망원경으로 하늘을 들여다본 이래로 천문학 연구에서 망원경은 가장 중요하고도 필수적인 장비였고, 크기와 성능 면에서 끝없는 발전과 개량을 거쳐왔다. 망원경에서는 일단 렌즈(굴절식) 혹은 거울(반사식)의 구경이 중요하다. 구경이 크면 그만큼 흐린 것을 볼 수 있고, 흐린 것을 볼 수 있다는 건 멀거나 어두운 천체까지도 확인할 수 있다는 뜻이다. 그래서 깊숙이 숨어 있는 우주의 비밀을 찾아내는 데 훨씬 유리하다.

천문학 강국인 유럽과 미국에서는 일찍부터 많은 자금과 노력을 들여 거대한 망원경들을 만들어왔다. 1718년에 천왕성을 발견한 것으로 유명한 영국의 윌리엄 허셜은 그 시대에 이미 소백산천문대의 두배가 넘는 구경 1.26m의 망원경을 보유하고 있었고, 아일랜드의 윌리엄 파슨스는 1847년에 1.8m 망원경을 세우기도 했다. 1918년 미국도 윌슨산에 구경 2.5m의 후커 망원경을 건설했는데, 에드윈 허블은 이 망원경을 사용한 관측을 통해 우주가 팽창한다는 놀라운 사실을 밝혀내기도 했다.

나아가 1948년 미국 팔로마산 천문대에는 200인치, 즉 5m 구경의 헤일 망원경이 설치됐는데 반사경 무게만 14.5t이고 움직이는 부분의 전체 무게는 500t에 달하며 경통 길이가 18m나 되는 괴물이었다. 소백산천문대가 건설되던 무렵 이것이 세계에서 가장 큰 망원경이었는데, 61㎝와 5m라는 구경 차이가 그 격차를 극단적으로 말해 준다.

그렇다고 소백산천문대가 쓸모없는 곳이라는 건 절대 아니다. 이곳이 우리나라 천문학 발전에 기여한 공로는 말할 수 없이 커서, 현재 우리나라의 관측천문학을 이끌어가는 학자들의 상당수가 소백산천문대를 거쳤다. 그들은 젊은 시절 이 외딴곳에서 장기 체류하면서 밤새 별을 보며 연구한 추억을 소중하게 간직하고 있고, 현재도 여러 학자들에 의해 관측과 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 또 1999년에 독립법인으로 재출범한 우리나라 천문학의 중심, 한국천문연구원(KASI)의 기원이 바로 이 소백산천문대이기도 하다.

삼국시대부터 발전한 천문학
조선 때 서운관과 간의대 보유
전쟁 이어지면서 전통 끊겼다
1978년 61㎝ 반사망원경으로
소백산천문대 작은 첫발 내디뎌

1만원 지폐 뒷면 보현산천문대
국내에서 가장 큰 천체망원경
우리 따라잡으면 서구 도망갔지만
25m짜리 지엠티와 외계행성 탐색
세계 천문학 중심에 다가선다

하지만 역시 더 큰 망원경이 필요한 것은 분명한 사실이었다. 그래서 1996년 새로이 보현산천문대가 만들어진다. 경북 영천의 보현산 해발 1124m에 세워진 이곳에는 소백산의 3배에 이르는 1.8m 구경의 반사망원경이 설치되었고, 연구의 중심도 자연스레 이쪽으로 이동하게 된다. 이 보현산천문대의 망원경은 지금까지도 우리나라에서 가장 큰 천체망원경으로 남아 있는데, 천문학에 관심이 없는 한 낯설 거라고 생각되지만 실은 놀랍게도 우리 모두가 그 모습을 거의 매일 보고 있다. 바로 1만원권 뒷면에 이 망원경이 그려져 있기 때문이다.

그럼 지금 1만원 뒷면을 한번 펼쳐보자. 늘 생각 없이 넘어가던 이 그림들을 자세히 보면 전반적으로 천문학 콘셉트라는 사실을 알 수 있다. 먼저 왼쪽에 큼직하게 그려진 고풍스러운 장치는 조선 현종 10년, 1669년에 천문학자 송이영이 만든 혼천시계의 일부다. 국보 230호인 이 혼천시계는 물레바퀴를 응용한 시계에 서양식 자명종 기능을 덧붙이고 천체의 운행 및 절기까지 알려주는 독창적인 장치로 조선시대의 천문학 설비 중 유일하게 현재까지 남아 있는 것이다. 한편 그 배경으로 그려져 있는 그림은 조선 초기부터 보급된 천문도인 ‘천상열차분야지도’를 단순화해서 표현한 것인데, 태조 때의 석각본이 국보 228호로 지정돼 있을 만큼 중요한 고천문학 유물이다.

그리고 그 오른쪽 아래에 조금 흐릿하게 그려진 큼직한 물체가 바로 보현산의 1.8m 망원경이다. 이 모습을 보면서 망원경이라는 사실을 눈치챈 사람은 그리 많지 않을 텐데, 그 이유는 우리가 평소에 그림이나 사진으로 접하던 망원경들은 대개 둥글고 미끈한 경통으로 둘러싸인 구조이기 때문이다. 하지만 실제 연구용 반사망원경들은 굳이 경통을 만들지 않고 이렇게 개방된 형태로 제작되는 경우도 흔하다.

이 망원경이 지폐에까지 등장한 이유는 단지 국내 최대이기 때문만은 아니다. 본체는 프랑스에서 30억원을 들여 구입했지만 제어부와 소프트웨어 등 주요 가동부가 우리 기술로 만들어졌다는 점이 중요하다. 최초의 천체망원경이 설치된 지 불과 20년이 지났을 뿐이라는 점을 고려하면 대단한 기술적 성취였고, 그런 점에서 이 망원경을 통해 오랫동안 끊겼던 우리나라 천문학적 독창성의 맥을 잇는다는 의미가 반영된 거다.

1.8m 대 8m

그러나 우리가 힘겹게 1.8m 망원경을 갖게 된 동안 다른 나라들도 가만히 있었던 것은 아니다. 1993년 미국 캘리포니아 공대와 주립대 연합은 직경 1.8m로 각각의 크기가 보현산 망원경만한 거울 36개를 이어 붙인 총 10m 구경의 켁망원경을 건립했다. 또 단일 반사경으로는 크기의 한계라고 할 국제 컨소시엄의 8.1m 제미니 망원경, 유럽연합의 8.2m 브이엘티(VLT·초거대 망원경)가 세워졌고 일본도 같은 8.2m의 스바루 망원경을 이미 1999년에 건설했다. 이렇게 세어 보면 현재 가동 중인 8m 이상 망원경은 근 15기에 이르고 있어서 우리와는 큰 격차가 있어 왔다는 사실을 인정하지 않을 수 없다.

하지만 놀랍게도 최근 들어 이런 상황은 극적으로 역전되는 중이다. 바로 한국천문연구원이 진행하고 있는 두 개의 야심찬 망원경 프로젝트 덕택이다. 그중 하나는 국제 컨소시엄으로 참여한 지엠티(GMT), 자이언트 마젤란 텔레스코프(거대마젤란망원경)인데 이것은 지름 8.4m짜리 거울 7장을 꽃잎 모양으로 배열하여 총구경이 장장 25m에 달하도록 하는 괴물 망원경이다. 관측 조건이 좋은 칠레 안데스산맥의 라스캄파나스에 설치되는 이 망원경은 그 크기와 적용 기술에 걸맞게 제작 비용이 1조원에 이르는데, 그중 10퍼센트인 1천억원을 우리나라에서 투자했다. 이 말은 1년 중 한달가량을 우리 연구진이 독점적으로 사용해서 연구할 수 있다는 뜻이기 때문에 우리나라 천문학에 말 그대로 신기원이 마련되는 셈이다. 2025년에 완공될 예정이다.

또 하나는 케이엠티넷(KMTNet), 즉 외계행성 탐색 시스템이다. 이 프로젝트는 보현산 망원경보다 작은 1.6m급 망원경을 사용하지만 독창적인 발상을 통해 그 효과를 극대화하는 점이 특징이다. 남반구의 칠레, 오스트레일리아(호주), 남아프리카공화국에 각각 1기씩 3기의 망원경을 설치해서 시차를 활용하여 24시간 밤하늘을 관측하는 시스템이기 때문이다. 즉 ‘별이 지지 않는’ 관측 환경을 구축한 것이다. 현재 건립을 끝내고 시험 가동 중이다.

케이엠티넷의 용도는 크게 두 가지인데 하나는 지구와 조건이 비슷한, 즉 생명이 살 수 있는 외계행성을 찾는 그야말로 에스에프(SF) 영화에나 나올 듯한 임무다. 드라마 <별에서 온 그대>에 등장하는 도민준의 고향 행성의 이름은 케이엠티(KMT)184.05인데 이 이름이 바로 케이엠티넷에서 온 것이다. 또 하나는 영화 <아마겟돈>처럼 지구에 위협이 될지 모를 지구근접 소행성을 발견하고 추적, 관찰하는 마치 지구방위군을 연상케 하는 임무다. 24시간 밤하늘을 놓치지 않는 특성상 이런 일들에 극히 효과적이어서 국제 천문학계의 부러움을 사고 있다.

창대해지는 우리 천문학

구미보다 수백년이나 늦게, 자그마한 61㎝ 망원경으로 시작한 우리나라의 근대 천문관측은 불과 40년 만에 세계 최대의 망원경과 세계 유일의 관측시스템 보유라는, 규모와 독창성을 겸비한 모습으로 멋지게 도약하고 있다. 이런 장비를 갖추지 못한 상황에서도 집념과 열정으로 많은 외계행성을 발견하고 또 인체 구성의 주요 원소인 인의 초신성 기원을 찾아내는 등 굵직한 성과를 일궈낸 우리나라 천문학. 이제 앞으로 어떤 신비하고도 의미있는 발견들을 해낼지 상상만 해도 가슴 뛰는 일이 아닐 수 없다.

그래서 ‘시작은 미약하였으나 나중은 창대하리라’는 말은 바로 이런 우리나라 천문학을 두고 하는 말일 것이다. 그리고 이 경우, 그 창대함은 우리 자신의 세상과 존재의 한계마저 뛰어넘어 수백억 광년 저편 우주의 끝자락까지 뻗어 있는 것이다.

원종우 <태양계 연대기> 저자·팟캐스트 ‘과학하고 앉아있네’ 진행