제12장 태양과 지구는 어떻게 태어났을까

137번째 밤: 쉬는 날의 영상 통화

임무 137일째는 쉬는 날이었습니다. 정거장에서 쉬는 날은 대략 일주일에 한 번 있고, 완전히 자유롭지는 않습니다. 아침에 누르는 그래도 운동을 했습니다. 무중량 상태에서 뼈와 근육은 약해지는 일을 하루도 쉬지 않기 때문입니다. 수면 칸도 청소하고, 음식과 물의 작은 방울들이 숨어 있기 좋아하는 부엌 근처의 표면도 닦았습니다. 하지만 점심 뒤로는 지상에서 온 일정표가 비어 있었고, 오후는 누르의 것이었습니다.

정거장의 쉬는 날에는 나름의 조용한 습관들이 있습니다. 토마스는 주 모듈에서 태블릿으로 음악을 틀어 놓았는데, 소리를 크게 하지 않았고, 아무도 듣지 않는다고 생각할 때면 콧노래로 따라 불렀습니다. 아데는 화면으로 두꺼운 책을 읽으며 다른 사람들과는 거꾸로 떠 있었는데, 그래야 생각이 잘된다고 했습니다. 아무도 개의치 않았습니다. 무중량 상태에서는 진짜 위아래가 없고, 이름표와 스위치를 찾기 쉽도록 승무원들이 바닥이라고 부르기로 정한 방향만 있을 뿐입니다.

누르는 오후의 일부를 카메라를 들고 큰 창가에서 보냈습니다. 정거장은 넓은 바다 위를 지나고 있었습니다. 약 400킬로미터 위에서 보니 바다는 깊고 짙은 파란색이었고, 그 위에 구름이 길고 하얀 줄과 소용돌이를 이루며 놓여 있었습니다. 어떤 구름은 엎질러진 우유처럼 얇고 부드러웠습니다. 다른 구름은 꼭대기가 평평한 높은 탑처럼 솟아 있었습니다. 행성의 가장자리에서는 옅은 파란빛의 얇은 대기의 띠가 지구를 우주의 검은빛과 갈라놓고 있었습니다. 누르는 사진을 찍고 또 찍었습니다. 과학자들이 그런 사진을 쓰기도 하지만, 누르는 그저 멈출 수가 없어서 찍기도 했습니다.

늦은 오후에는 집과 영상 통화가 있었습니다. 쉬는 날이던 사미가 어머니의 부엌 식탁에 앉아 있었습니다. 어머니는 늘 그렇듯 화면을 얼굴에 너무 가까이 대고, 누르가 밥은 잘 먹고 있는지 물었습니다. 사미는 경치가 어떠냐고 물었습니다. 누르는 두 사람이 미끄러지듯 지나가는 바다와 구름을 볼 수 있도록 카메라를 창 쪽으로 돌렸습니다. 잠시 동안 아무도 아무 말도 하지 않았습니다.

그러다 어머니가 간단해 보이는 질문을 했습니다. "지구는 처음부터 늘 거기 있었니? 다른 모든 것과 같은 때에 만들어진 거니?" 사미는 웃으며 그 질문에 답하려면 누나가 하룻밤을 다 써야 할 거라고 했습니다. 사미의 말이 맞았습니다. 통화가 끝난 뒤 누르는 오랫동안 창가에 떠 있었습니다. 아래의 행성은 아주 완성되어 있고 아주 고요해 보였습니다. 하지만 지구에도 탄생이 있었고, 그 탄생은 전혀 부드럽지 않았습니다.

그래서 오늘 밤의 이야기는 태양과 지구가 어떻게 태어났는지에 관한 것입니다. 지난번 밤에 우리는 별이 어떻게 원소를 만들어 우주 공간에 흩뿌리는지 보았습니다. 오늘 밤에는 그렇게 흩뿌려진 원소 가운데 일부가 다시 모여듭니다. 그 원소들은 새로운 별인 우리 태양으로, 그리고 누르의 창 아래에 있는 파란 세계를 포함해 그 둘레를 도는 행성들로 모여듭니다.

안쪽으로 무너져 내린 구름

약 46억 년 전, 지금 우리 태양계가 있는 곳은 은하수 안에 있는 커다란 가스와 먼지 구름의 일부였습니다. 그때 우주는 이미 90억 살이 넘어 있었습니다. 여러 세대의 별이 살다가 죽었고, 그 별들의 원소는 별들 사이의 구름 속으로 섞여 들어가 있었습니다. 우리 태양계가 될 구름은 대부분 수소와 헬륨이었지만, 이전의 별들이 만든 탄소, 산소, 규소, 철, 그리고 다른 많은 원소도 조금씩 들어 있었습니다.

이런 구름은 오랫동안 조용히 있을 수 있습니다. 그러다 무언가가 구름의 일부를 자기 중력 때문에 안쪽으로 떨어지기 시작하게 만듭니다. 우리의 경우 무엇이 그 수축을 일으켰는지는 확실히 알려져 있지 않습니다. 한 가지 생각은 근처에서 폭발한 별이 그 폭풍으로 구름을 밀어 일부를 압축했다는 것입니다. 오래된 바위에서 발견되는 일부 원소는 이 생각과 맞아떨어지지만, 다른 설명도 가능하며 과학자들은 아직 논의하고 있습니다. 분명한 것은 구름의 일부가 수축하기 시작했다는 것입니다.

가스가 안쪽으로 떨어지면서 더 빠르게 돌기 시작했습니다. 빙판 위의 스케이트 선수가 팔을 오므리면 더 빨리 도는 것을 본 적이 있을 것입니다. 돌고 있는 구름이 작아질 때도 같은 일이 일어납니다. 도는 구름은 또 원반 모양으로 납작해졌습니다. 제빵사가 반죽 덩어리를 공중에서 돌리면 납작해지는 것과 같습니다. 물질의 대부분은 원반의 중심으로 떨어졌습니다. 그곳에서 압력과 열이 점점 커지다가 마침내 중심이 핵융합이 시작될 만큼 뜨거워졌습니다. 새로운 별이 태어났습니다. 그 별이 태양이었습니다.

태양은 거의 모든 물질을 차지했습니다. 오늘날 태양계 전체 질량의 99퍼센트가 넘는 부분이 태양에 있습니다. 나머지 모든 것, 곧 모든 행성과 위성과 소행성과 혜성을 다 합쳐도 작은 나머지에 불과합니다. 태양계가 빵집의 하루치 빵 전부라면, 태양은 그 빵의 거의 전부이고 행성들은 탁자 위에 남은 부스러기 몇 개일 것입니다. 하지만 우리가 알듯이 부스러기도 아주 중요할 수 있습니다. 그 가운데 하나가 우리의 집이기 때문입니다.

오늘날 천문학자들은 다른 곳에서 이 과정이 일어나는 모습을 볼 수 있습니다. 큰 망원경으로 보면 납작한 가스와 먼지 원반에 둘러싸인 젊은 별들이 발견됩니다. 그 원반 가운데 몇몇에는 어두운 고리와 틈이 있는데, 젊은 행성들이 자라면서 길을 치우고 있는 곳일지도 모릅니다. 이런 원반을 들여다보는 것은 다른 집 아이들의 옛 가족사진을 보고 자기가 아기였을 때 어떤 모습이었을지 이해하는 것과 조금 비슷합니다. 우리는 거슬러 올라가 자신의 탄생을 지켜볼 수는 없지만, 다른 이들의 탄생은 지켜볼 수 있습니다.

가장 오래된 돌을 읽다

태양계가 언제 태어났는지 우리는 어떻게 알까요? 달력을 들고 그 자리에 있었던 사람은 아무도 없습니다. 답은 돌에서, 특히 하늘에서 떨어지는 돌에서 나옵니다. 어떤 운석은 젊은 태양 둘레의 원반에서 생겨났지만 끝내 행성의 일부가 되지 않은 물질 조각입니다. 그것들은 태양계가 시작된 뒤로 거의 그대로 남아 있습니다. 수십억 년 동안 서랍 속에 간직된 편지 같은 것입니다.

바위 속의 어떤 원소는 방사성입니다. 그 원자들이 뜨거움이나 차가움에 영향을 받지 않는 일정한 빠르기로 천천히 다른 원자로 바뀐다는 뜻입니다. 과학자들은 원래의 원자가 얼마나 남아 있고 새로운 원자가 얼마나 생겼는지 잴 수 있습니다. 그로부터 그 바위가 얼마나 오래전에 굳었는지 계산할 수 있습니다. 둘레에서 무슨 일이 일어나든 모래가 같은 빠르기로 흘러내리는 모래시계와 조금 비슷한, 자연의 시계입니다.

20세기 중반, 과학자들은 운석에 이런 종류의 시계를 적용해 약 45억 년이라는 나이를 얻었습니다. 그 뒤의 측정은 점점 더 정확해졌습니다. 오늘날 운석에서 발견되는 가장 오래된 고체 조각은 약 46억 년 되었습니다. 그것은 우리가 손에 들 수 있는 가장 오래된 고체 물질입니다. 많은 박물관이 그런 운석 조각을 보관하고 있으며, 어떤 곳에서는 관람객이 직접 만져 볼 수도 있습니다.

지구 자체에서는 맨 처음 시기의 바위를 찾기가 더 어렵습니다. 젊은 지구는 뜨거웠고, 그 표면은 그 뒤로 여러 번 녹고, 부서지고, 닳고, 재활용되었습니다. 그래서 지구에서 가장 오래된 바위는 가장 오래된 운석보다 젊습니다. 하지만 지구가 생기고 그리 오래지 않은 때부터 아주 작고 아주 단단한 광물 알갱이들이 살아남아, 지구에 꽤 일찍부터 단단한 껍질이 있었다는 것을 알려 줍니다. 운석, 지구의 바위, 달에서 가져온 바위에서 나온 여러 종류의 증거가 모두 태양계의 같은 나이를 가리킵니다.

원반에서 태어난 행성들

중심에서 태양이 생겨나는 동안 원반의 나머지 부분도 바빴습니다. 젊은 태양 가까이는 뜨거웠습니다. 그곳에서는 바위와 금속처럼 큰 열을 견딜 수 있는 물질만 고체가 될 수 있었습니다. 더 바깥쪽은 물과 다른 물질이 얼어 얼음이 될 만큼 차가웠습니다. 이 차이는 태양 가까이에 있는 행성인 수성, 금성, 지구, 화성이 작고 암석으로 되어 있는 반면, 더 바깥쪽의 행성인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 훨씬 크고 가스와 얼음을 많이 품고 있는 까닭을 설명하는 데 도움이 됩니다.

원반 속에서 아주 작은 먼지 알갱이들이 서로 달라붙었습니다. 침대 밑에 먼지가 뭉치는 것과 조금 비슷합니다. 그 덩어리는 자갈로, 자갈은 바위로, 바위는 지름이 몇 킬로미터나 되는 천체로 자랐습니다. 이 천체들은 거듭거듭 충돌하며 합쳐졌습니다. 결국 몇 안 되는 큰 천체가 자기 궤도를 치우고 행성이 되었습니다. 암석 행성을 만드는 과정 전체는 아마 수천만 년이 걸렸을 텐데, 이는 태양계의 나이에 비하면 짧은 시간입니다.

거대 행성들은 이겨야 할 경주가 있었습니다. 목성과 토성은 대부분 수소와 헬륨 가스로 이루어져 있는데, 그 가스는 아직 원반 안에 있을 때만 모을 수 있었습니다. 가스의 일부는 젊은 태양 속으로 떨어졌고, 나머지는 젊은 태양의 강한 빛과 태양이 바깥으로 불어 내보낸 입자들 때문에 서서히 밀려났습니다. 수백만 년 안에 원반 속 가스의 대부분이 사라졌습니다. 그러니 거대 행성들은 먼저 단단한 핵을 만들고, 가스가 사라지기 전에 엄청난 양의 가스를 끌어들이면서 빠르게 자랐어야 합니다. 태양 가까이의 암석 행성들은 가스가 필요하지 않았으므로 느긋하게 자랄 수 있었습니다.

젊은 지구의 삶은 평온하지 않았습니다. 더 작은 천체들과 거듭 부딪쳤고, 그 표면은 뜨거워서 자주 녹았습니다. 철 같은 무거운 금속은 중심 쪽으로 가라앉아 지구의 핵을 이루었습니다. 더 가벼운 바위는 그 위에 떴습니다. 뜨거운 바위에서 기체가 빠져나왔고, 천천히 초기의 대기가 생겨났습니다. 시간이 흐르며 표면이 식었고, 물이 모여 최초의 바다가 되었습니다.

원반의 모든 조각이 행성의 일부가 된 것은 아닙니다. 암석으로 된 많은 나머지 조각이 지금도 화성과 목성 사이의 넓은 띠에서 태양 둘레를 돌고 있으며, 이것들을 소행성이라고 부릅니다. 더 바깥쪽, 해왕성 너머에는 얼음으로 된 나머지 조각이 많이 있는데, 그 가운데 일부는 궤도를 따라 태양 가까이 오면 길게 빛나는 꼬리를 단 혜성이 됩니다. 이런 나머지 조각들은 과학자들에게 귀중합니다. 행성들보다 덜 변했기 때문입니다. 우주 탐사선들이 여러 소행성과 혜성을 찾아갔고, 어떤 탐사선은 작은 시료를 지구로 가져오기까지 해서, 태양계에서 가장 오래된 물질을 실험실에서 연구할 수 있게 되었습니다.

지구의 물이 어디에서 왔는지는 아직 논의 중입니다. 그 일부는 지구를 이룬 바위 속에 들어 있었을지도 모릅니다. 일부는 나중에 어떤 소행성이나 혜성처럼 태양계 더 바깥쪽에서 온 얼음 천체들이 가져왔을지도 모릅니다. 과학자들은 혜성과 소행성과 지구의 바다에서 발견되는 물의 종류를 비교해 어떤 공급원이 가장 잘 맞는지 알아보고 있지만, 완전한 답은 아직 알려져 있지 않습니다. 그러니 다음에 물 한 잔을 마실 때, 여러분은 정확한 기원이 아직 작은 수수께끼로 남아 있는 무언가를 마시고 있는 것입니다.

달, 그리고 태양의 집안 내력

달도 극적으로 태어났습니다. 오늘날 가장 유력한 생각은 지구의 생애 초기에 화성만 한 크기의 다른 천체가 젊은 지구와 충돌했다는 것입니다. 그 충돌로 엄청난 양의 뜨거운 물질이 지구 둘레의 우주 공간으로 튀어 나갔습니다. 그 물질의 일부가 한데 모여 달이 되었습니다. 이 생각은 여러 사실을 설명해 줍니다. 예를 들어 달의 철 핵이 왜 작은지, 달의 바위가 왜 여러 면에서 지구의 바위와 비슷한지 같은 것들입니다. 하지만 세부 내용은 아직 연구 중이며, 과학자들은 이 생각의 다른 형태들도 계속 검증하고 있습니다.

젊은 달은 오늘날보다 지구에 훨씬 가까이 있었습니다. 태어난 뒤로 달은 천천히 멀어져 왔습니다. 과학자들은 달 표면에 남겨 둔 반사경에 레이저 빛을 쏘아 되돌아오는 데 걸리는 시간을 재서, 이것을 아주 정확하게 측정할 수 있습니다. 오늘날 달은 해마다 약 4센티미터씩 지구에서 멀어지고 있습니다. 대략 손톱이 자라는 빠르기입니다. 수십억 년에 걸쳐 그 작은 걸음들이 쌓여 먼 거리가 되었습니다.

이제 누르의 어머니가 던진 질문에 답할 수 있습니다. 아닙니다. 지구는 다른 모든 것과 같은 때에 만들어지지 않았습니다. 우주는 약 138억 살입니다. 태양과 지구는 약 46억 살입니다. 다시 말해 우리 태양계가 시작되기 전에 우주는 이미 지금 나이의 약 3분의 2 동안 존재해 왔습니다. 태양이 태어나기 전에 많은 별이 나타났다가 사라졌습니다.

사실 태양은 그 증거를 자기 안에 지니고 있습니다. 천문학자들이 햇빛의 스펙트럼을 연구하면 수소와 헬륨뿐만 아니라 탄소, 산소, 철 같은 더 무거운 원소도 조금씩 발견됩니다. 맨 처음 별들은 그런 원소를 품고 있을 수 없었습니다. 우주의 처음 몇 분은 그런 원소를 거의 만들지 않았기 때문입니다. 그러니 태양은 이미 이전의 별들을 거쳐 온 물질에서 생겨났을 것입니다. 태양은 우주의 첫아이가 아닙니다. 이전의 여러 세대를 거친 손주, 어쩌면 고손주입니다.

이것이 오늘 밤 이야기가 조용히 들려주는 교훈 가운데 하나입니다. 지구는 우주가 오래된 것과 같은 방식으로 오래되지 않았습니다. 지구는 늦게, 이전의 별들이 남긴 것으로 지어져 도착했습니다. 누르의 창 아래에 있는 모든 것, 바다와 구름과 바위와 살아 있는 것들은, 그것을 볼 사람이 생기기 훨씬 전에 일하고 생을 마친 별들의 긴 역사에 기대고 있습니다.

이 젊고 변화하는 지구에서 마침내 생명이 시작되었습니다. 그 일이 정확히 어떻게, 언제 일어났는지는 여전히 과학의 큰 미해결 질문 가운데 하나입니다. 과학자들이 찾아낸 생명의 흔적 가운데 널리 받아들여지는 가장 오래된 것은 약 35억 년 되었고, 그보다 더 오래되었을 수도 있는 흔적들도 있습니다. 다만 가장 이른 흔적들은 작고 읽어 내기 어려우며, 그 정확한 나이는 아직 논의 중입니다. 분명해 보이는 것은 바다가 생기고 표면이 식은 뒤, 지구 역사에서 꽤 이른 시기에 생명이 나타났다는 것입니다. 그 최초의 단순한 생명체들로부터 아주 긴 이야기가 바다의 플랑크톤 무리와 땅 위의 숲으로, 그리고 훨씬 나중에는 정거장의 창에서 아래를 내려다보는 사람들에게로 이어졌습니다.

통화를 마치고

정거장이 지구의 그림자 속으로 들어서자, 아래의 바다는 어둠 속으로 사라지고 얇은 대기의 선 위로 별들이 나타났습니다. 누르는 카메라를 치우고 사미와 어머니에게 함께 보낼 메시지를 썼습니다.

"지구는 우주보다 젊어요." 누르는 이렇게 썼습니다. "우주는 약 138억 살인데, 지구는 약 46억 살이에요. 태양과 지구는 오래된 별들에서 나온 먼지로 가득한, 빙글빙글 도는 구름에서 만들어졌어요. 달은 아마 무언가 커다란 것이 젊은 지구에 부딪쳤을 때 만들어졌을 거예요. 그러니까 엄마, 지구는 처음부터 늘 거기 있었던 건 아니에요. 늦게 도착했지만, 잘 도착했어요."

메시지를 보낸 뒤 누르는 창가에 조금 더 머물렀습니다. 정거장이 다시 지구의 그림자에서 빠져나오자, 행성의 가장자리를 따라 주황빛의 가는 선이 퍼졌고, 바다는 천천히 다시 파래졌습니다. 해돋이로 가득한 하루의 또 한 번의 해돋이였습니다. 누르는 이제 그 수를 세지 않았지만, 바라보는 것은 멈추지 않았습니다. 그러고는 자기 칸으로 가서 침낭 속으로 들어갔습니다.

사미는 근무 중간에 답장을 보냈습니다. "엄마가 그거 딱 누나 같대. 늦게 도착했지만, 잘 도착했다고." 누르는 옆 칸의 아데를 깨우지 않으려고 침낭 속에서 조용히 웃었습니다.

내일 출근길이나 퇴근길에 발밑의 땅을 보게 된다면, 그것이 한때 빙글빙글 도는 원반 속의 먼지였다는 것을 떠올려 볼 수도 있겠습니다. 사람들이 걷고, 짓고, 쉴 수 있는 단단한 곳이 되기까지는 오랜 시간과 수많은 충돌이 필요했습니다. 가질 만한 가치가 있는 많은 것이 그렇듯, 땅도 서둘러 만들어지지 않았습니다.

흔한 오해

많은 사람이 태양과 지구가 우주만큼 오래되었다고, 마치 모든 것이 시작과 함께 한꺼번에 나타난 것처럼 생각합니다. 태양과 지구는 우리 삶의 변하지 않는 배경처럼 느껴지기 때문에 그렇게 상상하기 쉽습니다. 하지만 우주는 약 138억 살이고, 태양과 지구는 약 46억 살입니다. 90억 년이 넘는 동안 우주는 우리 태양계 없이 존재했습니다. 태양이 빛나기 시작하기 훨씬 전에 별들이 태어나고 죽었으며, 은하들이 자라났습니다.

또 많은 사람이 태양이 최초의 별 가운데 하나라고 생각합니다. 사실 맨 처음 별들은 거의 수소와 헬륨만으로 이루어져 있었고, 그 대부분은 아마 짧은 생을 살다가 오래전에 생을 마쳤을 것입니다. 태양에는 이전의 별들만이 만들 수 있었던 더 무거운 원소가 들어 있습니다. 그래서 천문학자들은 태양이 나중 세대에 속한다고 말합니다. 태양은 아주 오래된 가문의 젊은 일원입니다.

마지막으로, 어떤 사람들은 지구가 파란 바다와 하얀 구름과 초록 땅으로 언제나 오늘날 같은 모습이었다고 생각합니다. 하지만 젊은 지구는 아주 달랐습니다. 오랫동안 지구는 뜨거웠고, 다른 천체들과 자주 부딪쳤으며, 우리가 아는 바다와 공기도 없었습니다. 대륙은 움직여 왔고, 공기는 바뀌어 왔으며, 생명도 여러 번 바뀌어 왔습니다. 누르가 사진으로 담는 고요하고 파란 세계는 수십억 년에 걸친 변화의 결과입니다. 다음 밤에는 다른 종류의 변화, 훨씬 더 크고 아직 설명되지 않은 변화를 살펴보겠습니다. 우주 전체가 점점 더 빠르게 커지기 시작한 일입니다.