밤하늘이 깜깜한 이유

밤하늘은 왜 깜깜할까?

반짝이는 별들로 가득찬 밤하늘을 보면 누구나 아름답다라는 생각을 하게 된다. 

또한 검은 밤하늘 속에 반짝이는 별들은 미지의 세계에 대한 동경과 신비로움을 안겨다 준다. 이런 이유로 옛날부터 점성술사나 천문학자들은 이 미지의 세계에 대해 관찰하고 연구해 그 신비로움을 풀려고 노력했다. 이 신비로운 이야기를 하기 전에, 우리가 너무 당연하게 여겨왔던 사실 한 가지를 한번 곰곰이 생각해 보자. 

밤하늘은 왜 깜깜할까? 

우문과 같은 질문에 대다수의 사람들은 ‘그야 태양이 없으니까’ 라고 쉽게 대답할 것이다. 하지만 잘 따져보자. 밤하늘 별들은 전부 다 태양처럼 스스로 빛을 내는 항성들이다. 

그리고 우주가 무한히 넓다면 이런 별들도 무한히 많을 것이고 이로 인해 밤하늘은 바늘 꼿을 틈도 없이 별들로 꽉 차서 빛나고 있어야 말이 된다. 

만약 중간 중간에 암흑성운처럼 거대한 먼지구름들이 가로막고 있다면 별빛이 좀 줄어 들지 않을까? 하지만 이 경우에도 먼지구름이 그 뒤편의 별빛을 모두 받으면, 그 복사에너지 때문에 뜨거워져 스스로 빛을 내게 된다. 

여기서는 복잡한 계산을 생략하지만, 위의 가정대로 우주가 무한히 넓고 또 별들 역시 무한히 많다면, 밤하늘은 태양보다 15만 배나 더 밝아야 정상이다. 만일 그렇다면 지구는 너무 뜨거워서 인간은 물론 어떤 생명체도 생존할 수 없다. 

다시 처음으로 돌아가서 과연 밤하늘은 왜 깜깜할까? 

그 답은 바로 우주가 팽창하고 있기 때문이다. 

밤하늘 관측되는 별이나 은하의 별빛을 스펙트럼 분석해 보면 ‘적색편이(Red Shift)’라는 현상이 나타나는 것을 볼 수 있다. (‘적색편이’는 스펙트럼 색상의 특정한 이동을 의미하는 말인데 관측자에서 멀어지는 물체에게서 특징적으로 나타난다. 지구에서 관측하는 모든 외계 천체들의 스펙트럼에는 적색편이가 관측되고 있다.) 또한 더 놀라운 사실은 지금까지 관측된 우주의 모든 천체들로부터 이러한 ‘적색편이’ 현상이 나타난다는 점이다. 즉 우주의 모든 별들이 지구로부터 멀어지고 있다라는 이야기다. 

이로 인해 밤하늘이 검게 보이는 것인데 다시 정리하자면 별이 지구로부터 계속 멀어지기 때문에 별빛의 세기는 점점 약해져 희미하게 보이거나 소멸하는 경우가 생긴다. 또한 멀리 있는 별일수록 멀어져 가는 속도는 빛의 속도에 가깝기 때문에 별빛이 지구에 도달하지 못하는 경우도 생기게 되고 별과 별사이의 거리도 멀어짐에 따라 빛이 없는 공간도 더 커져 결국 우리가 밤에 보듯이 검은 공간이 생기게 되는 것이다. 

그렇다면 지구가 바로 우주팽창의 중심점일까? 

사실 우주의 팽창은 중심점이 따로 없다. 어디에서나 똑같이 팽창하고 있다는 말이다. 예를 들면 바람이 빠진 풍선에 펜으로 점들을 찍어놓은 뒤, 바람을 불어넣으면 점들은 차츰 서로 멀어져 가지만 그 팽창의 중심점은 풍선의 표면에는 존재하지 않는 것과 같은 이치다. 

우리가 지구상에서 생명을 영위할 수 있는 것은 바로 우주가 팽창하기 때문인 것이다. 

만약 팽창하지 않는다면 밤하늘은 엄청난 별빛으로 가득차게 되고 그 에너지로 말미암아 결국 모든 생명은 종말을 고하고 말 것이다. 

너무나도 당연하고 자연스런 현상이라 아무런 의문도 품지 않았던 사실들이 우리 주변에는 아직도 많이 존재한다. 하지만 이런 현상속에는 우리 인류가 지금까지 생존할 수 있었던 큰 비밀이 숨겨져 있었다. 이런 식으로 기본적인 의문들을 하나씩 풀어 가다 보면, 언젠가는 아직 밝혀지지 않은 수많은 자연의 신비들도 다 풀 수 있는 날이 올 것이다. (글 : 박상준 - 과학컬럼니스트) 

(출처 : KISTI의 과학향기)