과학 다큐보다 친절하고, 교과서보다 재미있게!

천문학자도 인정한 ‘우주 입문서’의 정석!

“공들여 잘 만든 다큐멘터리 같은 책!”

★★ 궤도 (과학 커뮤니케이터)

“천문학을 이렇게 쉽게 설명할 수 있다니!

별을 올려다본 모든 이들을 위한 입문서”

★★ 지웅배 (유튜브 《우주먼지의 현자타임즈》)

우리는 매일 하늘을 올려다본다. 그러나 ‘진짜 우주’를 아는 이는 많지 않다. 『드디어 만나는 천문학 수업』은 그런 당신에게 처음으로 우주의 문을 열어주는 책이다.

이 책은 단순한 정보 모음이 아니다. 태양계, 항성, 블랙홀, 은하, 외계 생명체, 암흑 물질, 빅뱅 우주론까지… 천문학의 핵심 주제를 체계적이면서도 대중적으로 엮은, 쉽고도 밀도 높은 입문서다.

방대한 우주의 흐름을 여행하듯 흥미롭게 풀어내며, 지구에서 가장 가까운 행성부터 가장 먼 은하에 이르기까지 우리의 모든 궁금증에 과학적이면서 시적인 언어로 답한다. 수십 년간 천문학의 대중화에 힘써온 저자는 미국 천문학회와 과학작가협회 정회원으로 활동하면서 ‘과학은 좋아하는 것이 먼저’라는 철학 아래 우주를 시처럼 설명하고 과학을 이야기처럼 풀어낸다.

복잡한 수식 없이 천문학을 이해할 수 있도록 설계된 이 책에는 나사 제공 공식 이미지를 포함해 사진 50여 점과 실제 관측 팁까지 담겨 있어, 당신은 책을 덮는 순간 고개를 들여 별을 보게 될 것이다.

지적 호기심이 깊어질수록 밤하늘은 더욱 감동적으로 다가온다. 우주에 대해 한 번이라도 궁금증을 품은 적이 잆다면, 이 책은 더없이 완벽한 첫걸음이 되어줄 것이다.

추천사

들어가며: 별에서 왔고, 별로 돌아갈 당신에게

천문학을 읽기 위한 첫 지도

1부 가장 먼저 만나는 우주, 태양계

태양계를 구성하는 것들: 1개의 항성과 8개의 행성

모든 것은 태양에서 시작되었다: 태양계의 유일한 항성

우주에도 날씨가 있다: 오로라가 그리는 빛의 커튼

태양계에서 가장 작은 행성: 작지만 가장 뜨거운 곳, 수성

반짝반짝 빛나는 지구의 쌍둥이: 이산화탄소로 가득한 금성

창백한 푸른 점: 우리의 고향, 생명으로 가득한 지구

인류가 방문한 유일한 다른 세상: 지구의 유일한 위성, 달

화성에는 외계인이 있을까?: 우주 생명체를 찾는 화성 탐사

태양계에서 가장 큰 행성: 행성들의 제왕, 목성

아름다운 모자를 쓴 행성: 태양계에서 두 번째로 큰 토성

삐딱하게 기울어진 행성: 독득한 자전축을 가진 천왕성

외딴곳에 위치한 청록색 행성: 태양계의 막내가 된 해왕성

더 이상 ‘행성’이 아니다: 명왕성의 새로운 이름

하늘을 가로지르는 한 줄기 빛: 오랜 시간 관측되어온 혜성

별똥별에 소원을 빌면 이루어질까?: 우주의 유물, 운석과 유성

태양계를 떠다니는 작은 조각별: 초기 성운과 행성의 파편, 소행성

2부 태양계 너머의 광활하고 놀라운 세상

태양계 바깥에 다른 태양이?: 스스로 발광하는 별, 항성

별은 어디에서 탄생했을까?: 성간 구름과 별 탄생의 비밀

별은 어떻게 나이들고 소멸하는가: 항성의 마지막 순간, 초신성

시공간이 뒤틀리는 블랙홀의 비밀: 강력한 중력이 만들어낸 별의 무덤

하늘을 수놓는 아름다운 별의 무리: 구상 성단과 산개 성단

별들이 사는 도시와 마을: 우주를 만들어내는 은하들

은하는 영원히 존재할까?: 우주 탄생부터 별 무리 형성까지

우리은하 자세히 들여다보기: 온 우주에 하나뿐인 우리의 고향

어마어마한 활동량을 자랑하는 괴물: 강력한 빛을 방출하는 퀘이사

밝혀지지 않은 가장 미스터리한 물질: ‘암흑 물질’이라는 놀라운 세계

천체 사이의 거리를 측정하는 법: 기준별을 잡고 밝기 비교하기

자연이 만들어낸 왜곡된 망원경: 중력 렌즈 현상이 발생하는 원리

모든 것은 대폭발로부터 시작되었다: 거대한 우주의 탄생, 빅뱅

웜홀은 정말 존재할까?: 공상과학 속 상상 VS 현실 우주의 구조

우주에서 외계인을 만날 확률: 드레이크 방정식과 SETI 연구소

3부 천문학의 흐름을 바꾸고 놀라운 업적을 남긴 인물들

천문학은 어떻게 시작되었을까?: 우주에 대한 인류의 끝없는 열정

천문학의 아버지, 코페르니쿠스: 세상의 진리를 뒤집다

관측의 귀재, 갈릴레오 갈릴레이: 목성의 위성을 발견하다

행성 운동 법칙과 요하네스 케플러: 별의 목록을 작성한 천재 과학자

과학계의 거인, 아이작 뉴턴: 물리학과 천문학의 판도를 바꾼 천재

천문학에 일생을 바친 허셜 가: 윌리엄, 캐럴라인, 존 허셜의 삶

변광성을 연구한 헨리에타 스완 레빗: 거리 측정의 단서를 찾다

알베르트 아인슈타인의 중력 연구: 상대성 이론의 창시자

우주팽창설의 아버지, 에드윈 허블: 빅뱅 이론의 기초를 다지다

명왕성을 발견한 클라이드 톰보: 별을 꿈꿔온 몽상가

은하의 회전을 연구한 베라 루빈: 암흑 물질의 증거를 찾다

‘펄서’를 발견한 조슬린 벨 버넬: 노벨상을 놓친 전파천문학자

명왕성 킬러, 마이크 브라운: 행성의 기준을 다시 세우다

4부 우주를 떠다니는 망원경과 끊임없이 변화하는 천문학의 내일

천문학의 두 갈래: 관측천문학 VS 천체물리학

미지의 영역, 우주생물학: 존재할지 모를 이웃을 찾아서

행성과학의 놀라운 세계: 다른 행성은 어떤 진화 과정을 거쳤을까?

망원경으로 과거도 볼 수 있다?: 우주의 타임머신, 망원경의 발전사

우주 관측의 터줏대감, 허블 우주망원경: 1990년부터 계속된 여정

‘빛나는’ 찬드라 엑스선 우주망원경: 우주의 엑스선을 정밀 관측하다

적외선 감지기, 스피처 우주망원경: 붉게 빛나는 우리의 우주

초강력 페르미 감마선 우주망원경: 고에너지 천문학의 선구자를 기리며

외계 지구를 찾아라, 케플러 우주망원경: 생명이 존재하는 행성 찾기

무한한 가능성을 지닌 천문학: 끊임없는 관측과 탐구의 여정

나가며: 별을 보는 사람은 누구나 천문학자입니다

이미지 출처

지은이

캐럴린 콜린스 피터슨Carolyn Collins Peterson

천문학을 수식 없이, 이야기로 풀어내는 데 평생을 바쳐온 과학 커뮤니케이터.

미국 천문학회와 과학작가협회 정회원으로 활동 중이며, 어린 시절부터 밤하늘을 올려다보며 먼 우주에 대한 호기심과 열정을 키워왔다. 콜로라도대학교에서 천문학, 천체물리학, 커뮤니케이션 석사 학위를 받은 후, 대기우주물리학연구소 허블우주망원경 고다드 고해상도 분광기팀에서 8년간 혜성을 연구했다. 그리피스천문대, NASA 등과 협업하며 천체를 관측하고 분석한 다양한 프로젝트를 수행했다.

현재 우주 관련 콘텐츠 제작을 전문으로 하는 로크네스 프로덕션Loch Ness Productions 공동대표를 맡아 각종 과학 다큐멘터리와 팟캐스트를 제작하면서 사람들이 ‘과학을 이해하기 전에 먼저 좋아할 수 있도록’ 돕는 데 힘쓰고 있다.

옮긴이

이강환

천문학자, 우주기술 기업 ㈜스펙스 이사.

서울대학교 천문학과를 졸업한 뒤 같은 학교 대학원에서 박사 학위를 받고, 영국 켄트대학교에서 로열 소사이어티 펠로우로 연구를 수행했다. 국립과천과학관 천문우주전시팀장, 서대문자연사박물관 관장, 과학기술정보통신부 장관정책보좌관을 역임했다. 지금은 천문학 기반의 우주기술 회사를 창업해 새로운 영역에 도전하고 있다.

지은 책으로 『빅뱅의 메아리』, 『우주의 끝을 찾아서』, 옮긴 책으로 『신기한 스쿨버스』 시리즈, 『아주 위험한 과학책』, 『더 위험한 과학책』 등이 있다.

지구 위의 모든 생명체를 구성하는 원자는 우주에서 왔으며 우리가 다른 행성, 나아가 생명체를 만드는 데 일조한 별빛을 올려다보며 진화했다는 것은 아주 낭만적이고 시적이며 놀라운 일입니다. 별에 대한 호기심과 애정은 우리의 유전자에 깊이 새겨져 있습니다.

우주와 우리의 DNA는 연결되어 있습니다. 우리를 비롯해 지구상에 존재하는 모든 생명은 빅뱅의 순간을 거쳐 넓은 우주가 형성되고 별이 서로 충돌하고 생성되고 파괴되는 과정에서 만들어진 원소로 이루어져 있기 때문이지요. 즉 우리는 모두 별에서 온 존재, 별의 아이입니다.

_15p | 들어가며

일부 학자들은 금성이 형성 초기에는 습하고 온난해 비교적 안정적인 환경을 유지했다고 봅니다. 그러나 금성은 시간이 흐를수록 변화를 겪으며 불모지로 변했습니다. 가장 유력한 것은 태양이 열에너지를 내뿜기 시작하면서 금성이 가열되었다는 설입니다. 금성의 바다는 끓어올랐고 모든 수증기가 증발해 우주로 빠져나갔습니다. 이때부터 이산화탄소 대기와 황산 구름만이 남아 금성의 표면을 가리고 있는 것이지요.

_55p | 반짝반짝 빛나는 지구의 쌍둥이: 이산화탄소로 가득한 금성

혜성은 궤도를 따라 먼 거리를 이동합니다. 어떤 혜성은 태양계의 아주 먼 곳에서부터 지구를 향해 날아오지요. 때때로 강력한 중력이 작용해 오르트 구름의 안정된 궤도에서 혜성의 핵을 밀어내면 혜성이 탄생합니다. 이 얼음과 먼지 덩어리는 카이퍼대의 가까운 이웃 천체나 해왕성과 근접하며 움직이기도 합니다. 행성들의 중력은 혜성의 궤도나 주기를 변화시키기에 충분히 강력합니다. 특히 목성과 토성의 경우 강력한 중력으로 종종 혜성의 궤도를 단축시키기도 합니다.

_116p | 하늘을 가로지르는 한 줄기 빛: 오랜 시간 관측되어온 혜성

약 45억 년 전, 분자 구름의 일부였던 작은 구름이 홀로 붕괴하기 시작했습니다. 이 구름에는 다른 항성이 소멸하며 흩어져나온 물질도 포함되어 있었습니다. 이들 원소 중 일부는 적어도 한 번, 아니면 여러 차례의 거대한 폭발에서 발생했습니다. 수소 분자 구름의 중력이 붕괴하자 곧 태양이 탄생했지요. 천문학자들은 주변의 노화된 별에서 나오는 강한 항성풍이나 폭발로 인한 충격파가 갓 태어난 작은 항성 태양을 회전시키고 주변 파편과 뭉쳐지게 했다고 봅니다.

_140p | 별은 어디에서 탄생했을까?: 성간 구름과 별 탄생의 비밀

그런데 암흑물질이 보이지도 않는데 천문학자들은 어떻게 그 존재를 알게 되었을까요? 이야기는 20세기 초반으로 거슬러 올라갑니다. 1933년, 미국 캘리포니아공과대학교에서 ‘코마’라는 은하단을 연구하던 스위스 천체물리학자 프리츠 츠비키는 은하단에 눈에 보이지 않는 물질이 포함되어 있다고 주장했습니다. 눈에 보이는 은하의 중력만으로는 은하단이 그렇게 빠르게 공전할 수 없었기 때문이지요. 감지되지 않는 더 많은 질량과 끌어당기는 힘이 은하의 운동에 영향을 미치고 있었습니다.

_181p | 밝혀지지 않은 가장 미스터리한 물질: ‘암흑 물질’이라는 놀라운 세계

윌리엄 허셜은 태양 광선을 피해 주변보다 차가운 영역인 흑점을 안전하게 관측할 방법을 연구했습니다. 그는 붉은 필터를 사용한 태양 광선 실험에서 흥미로운 결과를 얻었습니다. 필터를 통과한 빛을 분광기에 비추어 보니 빛이 눈에 보이지 않음에도 열이 느껴졌고, 온도계로 이 ‘보이지 않는’ 빛이 꽤 따뜻하다는 것을 밝혀낸 것이지요. 이 빛은 스펙트럼의 붉은 빛 너머에 위치했기에 ‘적외선’이라고 부르게 되었습니다.

_251p | 천문학에 일생을 바친 허셜 가: 윌리엄, 캐럴라인, 존 허셜의 삶

우주생물학은 다른 관점에서 보면 ‘극한 환경에서 서식하는 미생물Extremophile’을 연구하는 학문입니다. 수중 화산 폭발이 일어나고 수압이 높은 심해에서도 살아남는 미생물이 있습니다. 물이 극도로 부족하거나 기온이 몹시 낮은 곳에 서식하는 아주 작은 생물도 있지요. 심해 깊은 곳, 메탄 얼음 퇴적물에 파묻혀 살아가는 단순한 구조의 벌레 같은 신비로운 생명체도 있습니다. 이렇게 극한의 환경에서 살아가는 생명체는 어쩌면 태양계 어딘가의 극단적인 환경에서도 생명체가 탄생해 번성하고 있을 가능성이 있다는 일말의 희망을 줍니다.

_304p | 미지의 영역, 우주생물학: 존재할지 모를 이웃을 찾아서

밤하늘을 관측하기 위해 갑자기 조명을 없애고 암흑 생활을 할 수는 없습니다. 필요하다면 밤에도 전등과 가로등을 밝혀야지요. 다만 과할 필요는 없다는 뜻입니다. 필요한 곳에만 조명을 밝히고, 인적 드문 거리의 가로등은 끄는 것도 방법입니다. 불필요한 조명을 끄면, 저 멀리서 아름답게 우리를 밝히는 새로운 조명이 눈에 들어올 겁니다. 인류사를 밝혀온 가장 오래된 조명이지요.

기억하세요, 우리는 모두 별에서 왔다는 사실을요.

_362p | 나가며

138억 년 시간과 930억 광년 공간,

이 모든 것을 이야기로 들려주는 천문학 입문서

『코스모스』의 저자 칼 세이건은 “우리는 별의 잔해로 이루어져 있다”고 말했다. 지구상의 모든 생명체는 별에서 만들어진 원소로 구성되어 있으며, 우리의 몸 또한 별의 역사와 연결되어 있다. 『드디어 만나는 천문학 수업』은 이 경이로운 사실을 복잡한 수식 없이, 누구나 이해할 수 있는 언어로 풀어낸다.

이 책은 단순한 개념 설명을 넘어 왜 인류가 하늘을 바라보며 존재의 의미를 고민해왔는지, 어떻게 우주에 질문을 던지고 답을 찾아왔는지를 흥미진진한 이야기로 들려준다. 저자는 천문학의 기초 개념뿐 아니라 빅뱅의 순간과 블랙홀의 탄생, 항성의 진화와 소멸, 망원경의 발명과 관측 기술의 발전, 학계를 뒤집은 천문학자들의 놀라운 인사이트까지, 천문학이라는 낯선 학문을 한결 가까이 느끼도록 돕는다.

현대 우주 탐사의 최전선 소식을 전달하는 구성도 눈에 띈다. 스페이스X, 제임스웹 우주망원경, 한국 우주항공청 설립 등 동시대 이야기까지 자연스럽게 녹아 있어, 단순히 밤하늘을 연구하는 우주 과학으로서의 천문학뿐만 아니라 ‘우리가 어떤 미래로 나아가고 있는지’를 꿰뚫어보게 된다.

SF가 던진 질문,

과학이 답하다

“우주에 생명은 우리뿐일까?”

누구나 한 번쯤 던져봤을 이 질문은 더 이상 상상이나 공상의 영역에 머물러 있지 않다. 외계 생명체의 존재를 밝히려는 천문학자들의 탐사와 연구는 실재하는 과학의 최전선에서 현재 진행 중이다.

이 책은 SETI 프로젝트부터 드레이크 방정식, 우주생물학, 케플러 미션에 이르기까지 외계 생명체를 향한 과학계의 수십 년간의 여정을 생생한 사례와 함께 따라간다. ‘외계인의 존재’라는 천문학계의 오래된 질문이 단지 호기심을 자극하는 소재가 아니라, 지금도 진지하게 탐구되고 있는 현실적인 과제임을 분명히 보여준다.

또한 웜홀, 시간 여행, 다중우주 등 SF에서 익숙한 개념들을 과학의 언어로 다시 들여다보며, “어디까지가 가능하고, 어디서부터가 환상인가?”라는 질문에 과학적인 ‘기준’을 제시한다. 공상과학 소설을 즐기는 독자라면, 이 책을 통해 상상이 과학이 되고 과학이 상상이 되는 경계 위에서 펼쳐지는 흥미로운 사고 실험을 경험하게 될 것이다.

지금 우리가 던지는 질문 하나하나는 어쩌면 가까운 미래에 먼 우주의 어느 지적 생명체와 나누게 될 대화의 주제가 될지도 모른다. 이 책은 ‘천문학’이라는 렌즈를 통해 우리의 상상력을 더 멀리, 더 깊은 곳까지 확장시켜줄 것이다.

밤하늘을 바라보며 호기심을 품는다면

당신이 바로 천문학자

『드디어 만나는 천문학 수업』은 우주가 멀고 어려운 영역이라는 선입견을 지우고, 호기심만으로도 시작할 수 있는 관측의 즐거움을 안내한다.

실전 파트에서는 망원경이 없더라도 당장 시도할 수 있는 관측 팁을 제시한다. 대낮 하늘에서 금성을 찾는 방법, 초보용 망원경으로 목성과 토성의 고리·위성을 관찰하는 요령, 사분의·쌍둥이·페르세우스자리에서 관측할 수 있는 유성우와 일식·월식 일정을 손쉽게 확인하는 법이 구체적으로 담겨 있다. 망원경이 ‘우주의 타임머신’인 이유를 논리적으로 설명하며 먼 천체를 관측할수록 더 오랜 과거를 들여다볼 수 있다는 사실을 직관적으로 각인시킨다.

더불어 별을 색·온도·밝기로 분류하고, 헤르츠스프룽–러셀 도표로 항성의 일생을 한눈에 이해하도록 이끈다. 설명은 짧지만 핵심을 놓치지 않아 복잡한 천문학 지식을 처음 접하는 사람도 자연스럽게 익히게 된다. 이 책을 통해 독자는 우주 거리와 항성 분류를 빠르게 이해하고, 장비 없이도 하늘을 즐길 배경 지식을 갖추며, 계절별 천체 관측 여행 계획을 미리 세울 수 있다.

무엇보다 책은 시작과 말미에서 우리가 별의 잔해로 이루어진 존재, 곧 ‘별의 아이’임을 상기시킨다. 오래전부터 인류를 비추어 온 별빛이 여전히 우리 삶을 비추고 있다는 메시지는, 독자의 일상에 새로운 경이를 불러일으킨다.

오늘 밤, 고개를 들어 별을 바라보라. 저자는 이렇게 말한다. 별은 우리 인류를 밝혀준 가장 오랜 조명이며, 별을 보는 사람은 누구나 천문학자라고.