태양계가 200쪽의 책이라면

『우주 시공간과 물질』(‘책만드는사람들’ 선정, 2017올해의책 대상) 저자,
‘10월의 하늘’, 네이버 ‘열린 연단’ 강연자로 대중과 소통해 온
 한양대 물리학과 김항배 교수 집필.

알쓸신잡의 다정한 물리학자, 『떨림과 울림』 『김상욱의 과학 공부』의 저자, 김상욱 교수 극찬!
교과서 수록 작품 『봄바람』, 『세상에 단 한 권뿐인 시집』의 박상률 시인 추천!
‘학생들이 기획하고 진행하는 북콘서트’ 기획자, 다산고 김현민 선생님이 인정한 책!

그것은 태양계가 아니다!
사실 이해를 방해하고 상상력을 왜곡하는, 우리 머릿속 해묵은 태양계 이미지를 교체할 시기.

태양계 행성들의 크기 비례와 거리 비례를 최대한 구현한, 200쪽 태양계 모형이자 태양계에 대한 핵심 정보와 최신 지식을 갈무리한 우주시대 필수 교양서이다. 태양계라고 하면 으레 태양을 중심으로 수금지화목토천해, 8개의 행성이 옹기종기 늘어서서 태양 주위를 돌고 있는 모습이 떠오른다. 하지만 그것은 실제 태양계가 아니다! 제한된 공간에 욱여넣느라 비례 관계가 심하게 왜곡된 태양계 모형의 이미지일 뿐이다. 실제 태양계는 그와는 비교도 안 될 만큼 광대하고 공허하다. 텅 빈 태양계와 한 톨의 지구를 직관적으로 느끼고, 사색하게 만드는 책이다.

모형과 실제_구형(球形) 암소를 아시나요?
물리학자들 사이에 잘 알려진 만담이 있다. 젖소들의 우유 생산량이 줄어들자, 목장 주인이 근처 대학에 문제 해결을 요청했다. 얼마 후 학자들이 와서 한다는 말이, “해결책을 찾았습니다. 그런데 이 해결책은 진공상태에 있는 구형 암소인 경우에 해당합니다.”
비단 과학자가 아니더라도, 누구나 다양한 모형을 접하고 활용한다. 모형은 보이지 않는 대상을 상상하게 해 주고, 사물들의 관계나 상황을 단순화시켜 보여줌으로써 이해를 돕는다. 하지만 모형은 실제가 아니다. 모형은 목적에 따라 중요하다고 생각되는 특징들에 집중하기에, 다른 부분은 왜곡되거나 생략되기 마련이다. 하지만 우리는 곧잘 그러한 사실을 망각하고, 모형을 대상의 충실한 재현으로 받아들이곤 한다.

왜곡된 태양계 모형에서 비롯된 오해들_우주선이 소행성과 충돌하면 어떡하지?
가장 대표적인 ‘구형 암소’가 바로 태양계 모형이다. 태양계라고 하면 대부분의 사람들 머릿속에는 태양을 중심으로 수금지화목토천해, 여덟 개의 행성이 옹기종기 모여 사이좋게 태양 주위를 돌고 있는 모습이 떠오른다. 하지만 그것은 태양계가 아니다. 태양계를 구성하고 있는 천체들을 한눈에 보여 주기 위한 궁여지책일 뿐이다. 책의 한 페이지나 제한된 전시 공간에 욱여넣어진 이러한 태양계 모형은 태양과 행성들의 크기 비례도, 천체들 사이의 거리 비례도, 축적을 거론할 수 없을 만큼 심하게 왜곡되어 있다. 왜곡된 모형으로 인해 머릿속에 깊이 각인된, 왜곡된 태양계 이미지는 태양계와 우주에 대한 과학적 이해를 방해하고, 잘못된 상상으로 우리를 유도한다. “소행성대를 지날 때 우주선이 소행성과 충돌하면 어떡하지?”, “바로 이웃 행성인데, 화성까지 가는 게 그렇게 어렵나?”, “최근에 태양계와 가장 가까운 블랙홀이 발견되었다는데 지구와 태양이 블랙홀로 끌려가는 건 아닐까?” 이 같은 의구심들도 그런 오해에서 비롯된 것이다.

*200쪽 책으로 구현한 태양계 모형
 우리 주변에 있는 태양계 모형들은 왜 하나같이 왜곡이 심할까? 태양에 비해 행성들은 너무 작고, 천체들의 크기에 비해 태양과 행성들 간의 거리는 ‘겁나’ 멀기 때문이다. 예컨대, 태양을 자몽 크기로 축소하면 지구는 좁쌀 만해지는데, 이때 태양과 지구 사이는 15m이고 해왕성까지는 대략 500m나 된다. 그렇기 때문에 설사 비례를 정확하게 맞춰 모형을 제작하더라도 모형으로서의 효과가 떨어진다.
『태양계가 200쪽의 책이라면』은 책이 지닌 물성을 활용하여 실제 태양계의 모습을 최대한 구현한 태양계 모형이다. 책장 한 장 한 장은 태양과 행성들이 존재하는 우주 공간이자, 태양에서 행성들까지의 거리를 나타내는 ‘자’이기도 하다. 책에서 거리 축적은 천억 분의 1로, 펼친 면인 50cm는 실제 태양계에서 거리 5,000만 km에 해당한다. 독자들은 책장을 한 장 넘길 때마다 이 거리만큼 태양계를 여행하게 된다.
한편, 태양과 행성들의 크기 축적은 10억분의 1이다. 크기 비례와 거리 비례를 똑같이 맞추기 위해 크기도 1000억 분의 1로 축소할 경우 지구는 0.13mm로 작아지기 때문에 어쩔 수 없이 타협한 축적이다. (거리 비례를 10억 분의 1로 맞출 경우에는 200쪽이 아니라 20000쪽이 필요하다.) 축적을 비롯해서 이 책의 구성과 관련한 내용은 ‘이 책과 함께 태양계를 산책하기 위한 안내’(12-13쪽)에 모두 설명되어 있다.
크기와 거리 비례가 100배 차이가 남에도 불구하고, 이 정도만으로도 우리에게 느껴지는 태양계는 완전히 다른 모습이다. 독자들은 책장을 넘기면서 텅 빈 태양계와 한 톨의 지구를 눈과 마음으로 느낄 수 있다. 태양계에 대해 처음 배우기 시작하는 어린이들, 한창 태양계와 우주에 관해 공부하는 청소년 자녀들과 함께 보면 더 좋을 책이다.

*우주시대, 태양계에 대해 꼭 알아야 할 핵심 지식과 최신 정보를 담다
 지난 15년간 태양계 탐사가 활발하게 이루어지면 새로운 정보가 쌓였고, 관련 지식도 탄탄해졌다. 토성 탐사선 카시니호, 목성 탐사선 주노, 유럽연합과 러시아, 미국, 인도가 앞 다퉈 보낸 화성 탐사선들이 활동을 끝마쳤거나 활동 중이다. 2019년에는 보이저 2호가 태양권계면을 통과하면서 1977년에 지구를 떠난 보이저 1호와 2호가 둘 다 태양계의 물질적 경계선인 태양권계면을 통과했다. 바야흐로 새로운 우주 시대가 열리려는 참이다.
그런데도 많은 사람들이 태양계나 우주탐사에 대해 알고 있는 지식은 중고등학교 교과서에서 배웠던 내용에서 한 발짝도 나아가지 못했다. 관련 책을 찾아 달라진 사실과 최신 정보를 얻고 싶어도 내용이 너무 많다 보니 엄두가 나지 않는다. 발췌해서 보려 해도 어떤 것이 핵심적이고 기본적인 사항인지, 어떤 것이 지엽적인 정보인지 판별하기가 쉽지 않다. 결국엔 포기하거나 화려한 화보를 넘겨보는 것으로 독서를 끝내고 만다.
이 책은 우주론에 관한 표준 교과서로 평가되는 <우주 시공간과 물질>의 저자 김항배 교수가 태양계에 관해, 교양인이면 꼭 알아야 할 핵심 지식과 최신 정보만 간추려 담았다. 내용이 간결하고 분량이 부담스럽지 않아 가볍게 완독할 수 있다. 이 정도 분량으로 태양계가 오늘날과 같은 모습으로 존재하고 작동하는 근본 원리까지 이해할 수 있게 설명했다는 사실이 놀랍다.

■ 태양계: 모형과 실제 005
 ■ 이 책과 함께 태양계를 산책하기 위한 안내 012
태양 014 |수성 025 |금성 028 |지구 029 |화성 032
 |소행성대 042 |우주선을 타고 소행성대를 지난다면? 045 |경계와 틈 046
 |목성 056 |목성은 별이 될 수 있었을까? 058 |목성의 위성들 060 |목성의 고리 064 |그리스 군단과 트로이 군단 066
 |토성 080 |토성의 고리 084 |지구를 닮은 위성, 타이탄 086
 |태양계 탐사선들 088 |태양계 산책을 위한 최소한의 속력 090 |운석 094
 |보이저호는 어떻게 태양계를 벗어났을까? 096 |스윙바이의 원리 098 |행성을 이용한 스윙바이 100 |행성 그랜드 투어 106 |보이저호의 여행 108
 |천왕성 138 |누워서 도는 행성 140 |뜨거운 얼음 144
 |동결선 146 |동결선이 가른 행성의 운명 148 |행성의 탄생과 이주 150
 |혜성 154 |검은 오리에서 하얀 백조로 156
 |중력으로 묶인 158 |궤도의 비밀 160 |궤도 공명 162 |중력을 느낀다는 것 164
 |기조력 166 |기조력의 영향 168
 |공 모양이 되려면 170 |행성의 겉과 속 172 |태양계 물질의 기원 174
 |외계 생명체를 찾아서 177 |창백한 푸른 점 178 |공허 195
 |해왕성 198 |더 가 보겠습니까? 204
 ■ 더 먼 우주를 향한 이정표 206