우리가 살고 있는 지구는
우주의 공간에 존재하는 하나의 행성입니다.
천체물리학이 발전하면서
우주에 대한 의미와 크기 등
알지 못했던 많은 사실들이 증명되고 연구되며,
몰랐던 드넓은 세상을 공상하게 되는 곳이기도 합니다.
우주는 '시간과 공간' 혹은,
'시간과 공간의 총체'를 의미하는 어휘로
크게 두 가지 개념으로 구분됩니다.
우주는 좁은 의미로는
지구 밖의 검은 공간을 가리킵니다.
넓은 의미로는
모든 사물이 존재하는 공간으로
해석할 수 있습니다.
보통이 사람들은 우주라는 공간을
공상과학 드라마나 영화를 통해
그저 상상에 머무르지만,
실제로는 많은 연구와 함께
다른 행성으로의 탐구가 계속되는 등
많은 천체물리학자들이
지금 이 시간에도 끊임없는 탐구와 연구를
이어가고 있습니다.
천체물리학 연구
실제로 가 본 적 없기에
우주 크기에 대한 짐작을 하기 어렵습니다.
하지만 천체물리학의 연구로
어느 정도의 관측이 되고 있습니다.
인류가 관측 가능한 우주 크기는
지구를 중심으로 반경 465억 광년으로
총 930억 광년의 규모입니다.
이는 어디까지나
관측 가능한 범위로 예상하여 측정한 것으로
특정한 물체가 내는 각종 파장 등의
신호가 '원리상' 지구에 닿을 수 있다는 뜻입니다.
그렇기 때문에, 관측 가능하다는 범위는
지구를 중심으로 구 모양으로 관측 가능하며,
관측 가능한 우주 경계면에 해당하는 부분은
빅뱅 직후의 우주의 모습으로
그곳에 존재하는 생명체가 있을 경우
지구를 관측한다면
은하의 138억 년 전 모습을
관측하게 되는 것입니다.
그만큼 우주의 크기는
인간이 상상할 수 없는 거리라고
할 수도 있을 것입니다.
여기에서 말하는 관측 가능한 범위를 넘어선
관측 불가능한 우주의 범위까지 합친
전체 우주의 크기는 감히 예측하고 추정할 수도 없습니다.
만약, 우주가 모든 방향에서
같은 속도로 팽창한다고 가정했을 경우
현재 알려진 값은
1 메가파섹당 대략 72km씩으로 관측되며,
이는 초당 팽창이 누적되는 경우
빛의 속도보다 빠르게 멀어지고 있기 때문에
빛이 방출되는 경우에도 관측자가 볼 수 없다는 것입니다.
그렇기 때문에 지구에서 보는 별빛은
138억 년 전에 방출된 지점에서 날아온
빛이라고 생각할 수 있다는 것입니다.
이것을 허블 지평선이라고 합니다.
현시점에서 지구에서 관측할 수 있는
가장 멀리서부터 방출된 빛인 우주배경복사는
대략 138억 년 전에 출발했다고 볼 수 있습니다.
하지만, 빛이 날아오는 동안 공간이
계속적으로 팽창을 하고 있다고 가정한다면
그보다 더 먼 465억 광년의 거리로 예측할 수 있습니다.
이러한 계산으로 가정할 경우
실제 우주 크기는 반지름 465억 광년의 구로
생각할 수 있습니다.
입자 지평선
이것을 입자 지평선이라고 합니다.
하지만, 허블 지평선과 입자 지평선 안쪽에서
관측된 빛은 현재가 아닌,
과거에 방출된 빛입니다.
더구나, 허블 지평선이
x 광년으로 표현되기 때문에 시간이 지나면,
허블 지평선도 커지는 것으로 추측이 가능합니다.
이를 바탕으로 가정하면
지금 빛이 방출되면 언젠가 지구에 도착할 수 있다는
고정된 결과를 떠올리게 됩니다.
이 거리인 약 167억 광년을
반지름으로 하는 구가 우주론적 사건의 지평선으로
이 기준으로 생각하면 지평선보다 먼 곳에서 방출된 빛은
시간이 아무리 지나도 지구에 도착하지 못하고,
지금도 우주 공간은 계속해서 팽창하고 있기 때문에,
당장 이동하는 우주선을 타고 날아가도
우주론적 사건의 지평선을 벗어날 수는 없습니다.
현재 관측 가능한 우주에 존재하는 물질의
총량은 약 5000 해 태양의 질량,
100항하사 정도 되는 것으로 추산됩니다.
은하의 개수는 약 1,700억 개 이상이며,
우리 은하 정도 되는 은하는 500억 개
정도 존재할 것으로 추정되고 있습니다.
이 중 15%만이 일반 물질이며 나머지는 현재 인류의 기술로는
관측 불가능한 암흑물질들로 이루어져 있습니다.
우주 전체의 질량에서
우리가 흔히 생각하는 항성, 블랙홀, 성운 등이
차지하는 부분은 약 1%에 불과하며 나머지 14%는
희박하고 뜨거운 가스의 형태로
은하가 없는 공간에 넓게 퍼져 있습니다.
이렇게 우주 크기에 대해 대략적으로 알아보았습니다.
아직도 우주는 미지의 세계로
앞으로 얼마나의 비밀이 더 알려질지
상상하는 공상과학이 진짜로 펼쳐질지 모를 일입니다.