제2장 빛은 과거에서 온 전령

8번째 밤: 러닝머신 위의 두 시간

정거장에서 여덟째 날을 맞을 무렵, 누르는 자기만의 리듬을 찾았습니다. 침낭 안에서 알람이 부드럽게 울리면 눈을 뜨고, 지퍼를 열고, 좁은 통로로 떠서 나왔습니다. 뱉을 세면대가 없기 때문에 삼켜도 되는 치약으로 이를 닦았습니다. 젖은 수건으로 얼굴을 닦고, 헹굴 필요가 없는 샴푸로 머리를 감았습니다. 아침 식사는 작은 꼭지에서 뜨거운 물을 받아 채운 오트밀 한 봉지와, 빨대로 마시는 커피 한 팩이었습니다.

그다음에는 여느 날처럼 운동이 이어졌습니다. 무중량 상태에서는 몸이 더 이상 자기 무게를 짊어질 필요가 없다는 것을 금세 알아차립니다. 뼈는 힘의 일부를 잃고, 근육, 특히 다리와 등의 근육이 약해집니다. 이를 늦추기 위해 정거장의 모든 사람은 하루에 약 두 시간씩 운동을 합니다. 누르는 러닝머신부터 시작했습니다. 그냥 두면 러닝머신에서 떠올라 버리기 때문에, 누르는 탄력 있는 끈 두 개가 달린 멜빵을 차고 몸을 러닝 벨트 쪽으로 끌어당기게 했습니다. 끈이 엉덩이와 어깨를 눌렀고, 달리는 느낌은 이상하게도 무거우면서 동시에 가벼웠습니다.

러닝머신 다음에는 바퀴도 없고 누구도 제대로 앉지 않는 안장이 달린 자전거를 탔고, 그다음에는 들어 올리는 운동을 하는 기계를 썼습니다. 이 기계는 추를 쓰지 않습니다. 추가 아래로 떨어지지 않기 때문입니다. 대신 일정한 힘으로 팔과 다리를 끌어당겨서, 지구의 체육관에서처럼 스쿼트와 들어 올리기를 할 수 있게 해 줍니다. 운동이 끝날 무렵 누르의 셔츠는 축축해져 있었습니다. 무중량 상태에서는 땀이 몸을 타고 흘러내리지 않습니다. 피부 위에 작고 반짝이는 덩어리로 모여 있어서, 누르는 수건으로 그것을 닦아 냈습니다. 나중에 정거장의 기계들이 공기 중의 그 수분을 모아 다시 마실 물로 바꿀 것입니다.

그날의 나머지 시간은 정비 작업이었습니다. 필터를 갈고, 펌프를 점검하고, 지상 팀들이 올려 보낸 긴 점검표를 따라갔습니다. 그날 밤 잠들기 전에 누르는 큰 창으로 갔습니다. 정거장은 막 지구의 그림자 속으로 들어선 참이었습니다. 작은 방의 불을 끄자 눈이 천천히 어둠에 익숙해졌고, 별들이 하나씩 나타났습니다. 누르는 읽어서 알고는 있었지만 직접 본 적은 없던 것을 알아차렸습니다. 별들이 반짝이지 않았습니다. 하나하나가 차분하고 흔들림 없는 점이었습니다.

지구에서 별이 반짝이는 것은 별빛이 우리 머리 위에서 움직이는 공기를 지나면서 이쪽저쪽으로 조금씩 휘어지기 때문입니다. 공기 위에서는 빛을 흔드는 것이 아무것도 없습니다. 누르는 밝은 별 하나를 오래 바라보며, 전날 밤 사미가 보낸 질문을 떠올렸습니다. "내가 별을 볼 때, 그 별의 지금 이 순간의 모습을 보고 있는 거야?" 누르는 답이 '아니다'라는 것을 알고 있었습니다. 그리고 그것이 시작에 관한 이야기 전체를 여는 열쇠라는 것도 알고 있었습니다.

가장 빠른 전령

빛은 우리가 아는 가장 빠른 것입니다. 빛은 1초에 약 30만 킬로미터를 갑니다. 단 1초 만에 지구를 일곱 바퀴 넘게 돌 수 있을 만큼 빠릅니다. 부엌에서 전등을 켜면 빛이 너무 빨리 맞은편 벽에 닿아서 순식간처럼 보입니다. 일상생활의 거의 모든 경우에 우리는 빛이 출발하는 순간 도착한다고 여겨도 괜찮습니다.

빠른 전령과 느린 전령의 차이를 느끼는 방법을 여러분은 이미 알고 있을지도 모릅니다. 뇌우가 칠 때는 번개의 번쩍임이 먼저 보이고 천둥소리는 나중에 들립니다. 빛은 거의 곧바로 도착하지만, 그보다 100만 배 가까이 느린 소리는 1킬로미터마다 몇 초씩 걸립니다. 많은 사람이 번쩍임과 우르릉 소리 사이의 초를 세어 폭풍이 얼마나 멀리 있는지 가늠합니다. 천문학자들은 빛만 가지고 비슷한 일을 하는데, 그들의 '초'는 분이 되고, 해가 되고, 수백만 년이 됩니다.

하지만 빛도 순식간은 아닙니다. 시간이 걸리고, 우주의 규모에서는 그 시간이 아주 뚜렷해집니다. 이것은 천문학 전체에서 가장 쓸모 있는 사실 가운데 하나입니다. 별과 은하에 대해 우리가 아는 거의 모든 것은 그것들이 보내 주는 빛 덕분에 아는 것입니다. 빛은 우주의 나머지 부분에서 소식을 가져다주는 전령입니다. 그리고 먼 길을 온 전령이 다 그렇듯, 빛이 가져오는 소식은 더 이상 아주 따끈한 소식은 아닙니다.

멀리 사는 친구가 우편으로 보낸 편지를 떠올려 보세요. 편지를 열면 친구가 그 편지를 쓰던 날 무엇을 하고 무엇을 느꼈는지 읽게 됩니다. 여러분이 그 편지를 읽을 즈음 친구는 이사를 했거나, 직장을 옮겼거나, 자기가 무엇을 썼는지 잊어버렸을 수도 있습니다. 편지의 내용은 사실이지만, 과거를 그린 사실입니다. 하늘에서 오는 빛은 그 편지와 같습니다. 빛은 언제나 자신이 떠나던 순간에 대해서는 사실을 말해 주지만, 도착하는 순간에 대해서는 결코 말해 주지 않습니다.

빛의 경우, 늦어지는 정도는 거리에 따라 달라집니다. 멀리 있는 것일수록 그 빛은 더 오래 여행해 왔고, 가져오는 소식도 더 오래되었습니다. 가까운 곳이라면 늦어짐은 아주 작습니다. 먼 곳이라면 엄청나게 커집니다. 이 단순한 생각이 뜻하는 바는, 우리가 하늘을 볼 때 하나의 순간을 보고 있는 것이 아니라는 것입니다. 우리는 과거의 수많은 서로 다른 순간을 한꺼번에, 책장처럼 겹겹이 포개진 채로 보고 있습니다.

조금 전의 달, 몇 분 전의 태양

가까운 곳에서부터 시작해 봅시다. 달은 지구에서 약 384,000킬로미터 떨어져 있습니다. 달빛은 사실 달의 회색 표면에서 반사된 햇빛인데, 우리에게 닿기까지 약 1.3초가 걸립니다. 그러니 달을 볼 때 여러분은 1초 조금 넘는 시간 전의 달을 보는 것입니다. 거의 신경 쓸 필요도 없을 만큼 작은 늦어짐이지만, 분명히 있습니다. 예전에 우주 비행사들이 달에서 지상과 이야기를 나눌 때, 대화마다 짧은 멈춤이 있었습니다. 빛의 속도로 움직이는 전파에 실린 목소리가 그 거리를 오가는 데 그만큼의 시간이 필요했기 때문입니다.

태양은 훨씬 더 멀리, 약 1억 5천만 킬로미터 떨어져 있습니다. 햇빛이 우리에게 닿기까지는 약 8분이 걸립니다. 다시 말해, 아침 하늘에 보이는 태양은 8분 전의 태양입니다. 만약 태양이 갑자기 어떤 식으로든 변한다면, 우리는 약 8분 동안 그것을 알지 못할 것입니다. 그런 일이 일어날 리는 없지만, 놀라운 생각입니다. 누르가 정거장에서 하루에 열여섯 번씩 바라보는 해돋이는 모두 사실 몇 분 전 태양의 모습입니다.

우리와 별들 사이에 있는 행성들은 같은 늦어짐을 아주 실용적인 방식으로 보여 줍니다. 화성 표면을 탐사하는 로봇 차량은 장난감 자동차처럼 리모컨으로 몰 수 없습니다. 전파 신호가 닿는 데 몇 분이 걸리고, 화성과 지구가 태양 둘레의 궤도에서 어디에 있느냐에 따라 20분이 넘게 걸리기도 합니다. 로봇이 보낸 사진이 지구에 도착할 때쯤이면 로봇은 이미 몇 분째 그 자리에 서 있습니다. 그래서 로봇을 모는 팀들은 하루치 움직임을 미리 계획해서 명령 목록을 보냅니다. 야간 근무조에게 메모를 남겨 두고 퇴근하는 관리자와 비슷합니다.

태양 너머로 가면 거리가 엄청나게 뛰어오릅니다. 태양 다음으로 가까운 별은 너무 멀어서 그 빛이 우리에게 닿기까지 4년이 조금 넘게 걸립니다. 오늘 밤 도착하는 그 별의 빛은 약 4년 전에 그곳을 떠난 것입니다. 맑은 밤에 맨눈으로 볼 수 있는 별 대부분은 그보다 훨씬 더 멀리 있습니다. 그 별빛은 수십 년, 수백 년, 혹은 수천 년 전에 길을 나섰습니다. 오늘 밤 여러분의 눈에 닿는 별빛 가운데 일부는 여러분의 조부모가 태어나기도 전에 여행을 시작했습니다.

그리고 은하들이 있습니다. 이 책의 다음 밤에 제대로 만나게 될 안드로메다라는 큰 은하는 약 250만 광년 떨어져 있습니다. 아주 어두운 곳에서 볼 수 있는 그 희미한 얼룩 같은 빛은 약 250만 년 전에 그곳을 떠났습니다. 다시 말해, 안드로메다에서 여러분의 눈에 닿는 빛은 우리 인류라는 종이 존재해 온 시간보다 더 오래 여행해 왔습니다. 큰 망원경으로 볼 수 있는 더 먼 은하들이 보내는 빛은 수십억 년 전에 그곳을 떠난 것입니다.

하늘에 걸린 시계공의 수수께끼

아주 오랫동안 많은 사상가가 빛은 정말로 순식간에 이동한다고 믿었습니다. 시간이 걸린다고 의심한 사람들도 있었지만, 아무도 그것을 잴 수 없었습니다. 지구 위에서는 빛이 너무 빠르기 때문입니다. 빛에 시간이 걸린다는 첫 번째 좋은 증거는 하늘에서, 그리고 1676년 올레 뢰머라는 젊은 천문학자의 끈기 있는 작업에서 나왔습니다.

뢰머는 목성의 위성들을 연구하고 있었습니다. 목성에는 큰 위성이 여럿 있는데, 1600년대 초에 망원경으로 처음 발견되었으며, 아주 규칙적인 시계의 바늘처럼 목성 둘레를 돕니다. 그중 하나, 큰 위성들 가운데 가장 안쪽에 있는 위성은 이틀이 채 안 되어 목성을 한 바퀴 돕니다. 이 위성은 목성 뒤로 지날 때마다 목성의 그림자 속으로 사라졌다가 다시 나타납니다. 이렇게 사라지는 일이 아주 규칙적으로 일어났기 때문에, 천문학자들은 이것을 하늘의 시계로 쓰고 싶어 했습니다. 뱃사람과 지도 제작자가 어디서든 확인할 수 있는 시계 말입니다.

그런데 문제가 있었습니다. 위성이 사라지는 시각이 완벽하게 맞지 않았던 것입니다. 몇 달에 걸쳐 보면, 한 해 가운데 어떤 때는 몇 분 일찍, 또 어떤 때는 몇 분 늦게 일어나는 것처럼 보였습니다. 뢰머는 그 늦어짐에 일정한 패턴이 있다는 것을 알아차렸습니다. 지구가 태양 둘레를 도는 자기 궤도에서 목성으로부터 멀어지고 있을 때는 사라지는 시각이 점점 늦어졌습니다. 지구가 목성에 가까워지고 있을 때는 점점 일러졌습니다.

뢰머의 설명은 단순하고 대담했습니다. 위성은 완벽하게 시간을 지키고 있었습니다. 변한 것은 빛이 우리에게 닿기까지 가야 하는 거리였습니다. 지구가 궤도의 먼 쪽에 있을 때는 목성 쪽에서 오는 빛이 몇 분 더 길을 가야 했기 때문에, 위성이 사라졌다는 소식이 늦게 도착한 것입니다. 빛은 순식간이 아니며 속도를 지니고 있다고 그는 결론지었습니다. 그의 작업을 바탕으로 계산한 값은 오늘날의 값보다 조금 낮았지만, 크기는 맞았습니다. 처음으로 사람들은 그 전령이 얼마나 빠르게 움직이는지 감을 잡게 되었습니다.

이 이야기에는 아주 인간적인 무언가가 있습니다. 뢰머는 빛에 관한 위대한 발견을 하려던 것이 아니었습니다. 실제 일에 쓸 더 나은 시계를 만들려던 것이었습니다. 그는 시계가 틀리다는 것을 알아차렸고, 그 작은 오차를 무시하는 대신 진지하게 받아들였습니다. 우주의 이야기에 나오는 많은 발견이 이렇게 시작됩니다. 들어맞지 않는 작은 것에 주의를 기울이는 한 사람에게서 말입니다.

멀리 보는 것은 과거를 보는 것

빛에는 시간이 걸리기 때문에, 천문학자들은 우주의 먼 거리를 빛이 그 거리를 건너는 데 걸리는 시간으로 잽니다. 그런 단위 가운데 가장 유명한 것이 광년입니다. 1광년은 빛이 1년 동안 가는 거리입니다. 약 9조 5천억 킬로미터입니다. 너무 큰 숫자라 머릿속에 그리기 어렵지만, 그 바탕에 있는 생각은 쉽습니다. 1광년은 가장 빠른 전령이 쉬지 않고 1년 동안 여행해서 가는 거리입니다.

광년을 쓰면 거리와 시간을 함께 알 수 있습니다. 어떤 은하가 1,000만 광년 떨어져 있다면, 그 빛은 1,000만 년 동안 여행해 온 것입니다. 어떤 은하가 10억 광년 떨어져 있다면, 그 빛은 10억 년 전에 길을 나선 것입니다. 그러니 천문학자들은 우주를 더 깊이 들여다볼 때마다 더 먼 과거도 들여다보게 됩니다. 아주 희미하고 아주 먼 은하를 볼 수 있는 망원경은 더 젊었던 시절의 우주를 볼 수 있는 망원경이기도 합니다.

우주의 시작을 연구하는 일이 애초에 가능한 것도 이 때문입니다. 우리는 130억 년 전으로 돌아갈 수 없습니다. 하지만 130억 년 전의 빛은 아주 먼 곳에서 지금도 도착하고 있습니다. 그 빛을 모으면 천문학자들은 우주가 젊었을 때의 은하들을 보고, 그것을 우리 근처의 은하들과 비교해서, 무엇이 어떻게 변해 왔는지 알 수 있습니다. 여러 해에 걸쳐 찍은 어느 마을의 사진들이 같은 날 한꺼번에 우편으로 도착하는 것과 조금 비슷합니다.

여러분이 큰 일터에서 야간 근무를 하고, 주간 근무자들이 막 퇴근할 때 출근한다고 상상해 보세요. 여러분은 그들의 근무일을 한 번도 보지 못합니다. 하지만 그들이 남긴 메모를 읽고, 어떤 기계가 아직 따뜻한지, 어떤 상자가 옮겨졌는지, 어떤 일이 반쯤 끝나 있는지 볼 수 있습니다. 이런 흔적들로부터 여러분이 없는 동안 무슨 일이 있었는지 꽤 정확하게 짜 맞출 수 있습니다. 천문학자들은 그 야간 근무자와 조금 닮았습니다. 그들은 초기 우주가 지나가고 한참 뒤에 도착했지만, 초기 우주가 남긴 빛 덕분에 그 하루를 짜 맞출 수 있습니다.

빛이 우리를 데려갈 수 있는 과거에는 한계가 있으며, 우리는 나중의 어느 밤에 그 한계에 닿게 될 것입니다. 어느 시점 이전에는 우주 전체가 빛이 자유롭게 지나갈 수 없는 뜨겁게 빛나는 안개로 가득 차 있었습니다. 우리에게 닿을 수 있는 가장 오래된 빛은 그 안개가 걷힌 순간에서 옵니다. 그 너머에 대해서는 다른 단서를 써야 합니다. 하지만 처음부터 끝까지 생각은 같습니다. 우주는 우리에게 메시지를 남겼고, 그 메시지는 지금도 도착하고 있습니다.

이것은 이상하고도 멋진 일입니다. 여기에 함께하는 데는 특별한 장비가 필요하지 않습니다. 별을 볼 때마다 여러분은 몇 년, 혹은 몇백 년 동안 여행해 온 메시지를 받고 있는 것입니다. 과거는 완전히 사라지지 않았습니다. 그 일부는 초속 약 30만 킬로미터로 어둠을 건너며 지금도 우리에게 오는 중입니다.

사미에게 보내는 메시지

누르는 정거장이 다시 햇빛 속으로 들어가고 별들이 눈부신 빛 뒤로 희미해질 때까지 어두운 방에 조금 더 떠 있었습니다. 그러고는 자기 칸으로 돌아가 침낭에 들어가 지퍼를 올리고 동생에게 썼습니다. "네 질문에 대한 답은 '아니'야. 별은 언제나 그 빛이 떠나던 때의 모습으로 보여. 태양은 8분 전, 대부분의 별은 여러 해 전, 먼 은하는 수백만 년이나 수십억 년 전. 멀리 보는 건 과거를 보는 거야."

몇 시간 뒤, 조용한 길가에 차를 세우고 보온병에 담아 온 커피를 한 잔 마시던 사미는 그 메시지를 읽고 트럭의 앞 유리 너머로 하늘을 올려다보았습니다. 길가의 불빛 때문에 별은 많지 않았지만, 나무들 위로 밝은 별 하나를 찾았습니다. 사미는 그 빛이 얼마나 오랫동안 여행해서 새벽 세 시, 한창 일하는 밤의 한가운데에 자기 트럭의 앞 유리까지 왔는지 생각했습니다.

오늘 밤 잠깐 시간이 있다면 여러분도 같은 일을 해 보세요. 보이는 별 아무것이나 바라보세요. 그 빛은 오늘 여러분이 걱정하는 많은 일이 시작되기도 전, 오래전에 길을 나섰습니다. 그동안 내내 여행해 와서 오늘 밤 여러분의 창가에 도착했고, 여러분이 알아차리든 말든 그곳에 있습니다. 거기에는 조용한 동행 같은 것이 있습니다.

흔한 오해

많은 사람이 밤에 보이는 별 대부분은 이미 죽었고, 우리는 그 오래된 빛만 보고 있다고 생각합니다. 별빛이 오래된 것은 사실이고, 별이 영원히 사는 것이 아니라는 것도 사실입니다. 하지만 맨눈으로 볼 수 있는 별들은 천문학의 기준으로는 꽤 가까이 있습니다. 거의 모두가 수천 광년 이내에 있습니다. 이런 별들은 보통 수백만 년에서 수십억 년을 삽니다. 그러니 그 빛은 사람의 기준으로는 오래되었지만, 별 자체의 수명에 비하면 아주 젊습니다. 오늘 밤 여러분이 보는 별은 거의 모두 지금도 빛나고 있습니다.

두 번째로 흔한 실수는 광년이라는 이름에서 나옵니다. '년'이라는 말이 들어 있어서, 많은 사람이 광년을 한 달이나 10년처럼 시간을 재는 단위라고 생각합니다. 사실 광년은 거리이며, 약 9조 5천억 킬로미터입니다. 빛이 1년 동안 가는 거리이기 때문에 광년이라고 부릅니다. 누군가 어떤 은하가 100만 광년 떨어져 있다고 말한다면, 그 사람은 그 은하가 얼마나 먼지를 알려 주는 동시에, 말하지 않아도 그 빛이 얼마나 오래 여행해 왔는지도 알려 주는 것입니다.

어떤 사람들은 우주 정거장의 우주 비행사들이 지상의 우리보다 별에 훨씬 더 가까이 있다고 상상합니다. 정거장은 지구에서 약 400킬로미터 위에 있습니다. 태양 다음으로 가까운 별은 4광년 넘게 떨어져 있습니다. 그 거리에 비하면 400킬로미터는 도시의 길 너비에 비한 머리카락 한 올의 굵기보다도 훨씬 작습니다. 누르는 여러분보다 별을 더 선명하게 봅니다. 가로막는 공기가 없어서 반짝임 없이 보기 때문입니다. 하지만 별에 의미 있게 더 가까이 있는 것은 아닙니다. 정거장에서 보아도 별은 여러분의 현관 앞에서 볼 때만큼 멀어 보이며, 중요한 모든 면에서 실제로도 그만큼 멀리 있습니다.

정거장이 누르에게 주는 것은 공기 위에서 바라보는 풍경이며, 일부 망원경을 우주로 보내는 이유도 바로 그것입니다. 별에 더 가까이 가려는 것이 아니라, 별빛을 흐리게 하고 가로막는 공기에서 벗어나려는 것입니다. 중요한 것은 빛 그 자체이며, 빛은 자신이 출발한 곳에 대한 정직한 기록입니다. 긴 여행 동안 빛은 먼지를 지나거나 은하의 끌어당김 때문에 조금 휘어질 수도 있고, 천문학자들은 이런 점을 감안하는 법을 익힙니다. 하지만 그 어느 것도 빛이 어디에서 출발했는지, 거기서 무엇을 싣고 왔는지는 바꾸지 못합니다. 그래서 천문학자들은 빛을 그토록 믿으며, 이 책의 다음 밤에는 그 빛을 따라 우주를 갑자기 누구의 상상보다도 훨씬 크게 만든 한 발견으로 가 보겠습니다.