「달」은 무엇으로 이루어져 있을까?
고대 그리스의 원자론에서 코페르니쿠스의 지동설, 갈릴레오의 망원경, 뉴턴의 역학, 패러데이의 힘선, 아인슈타인의 상대성 이론까지, 이 세계의 구조를 밝히는 위대한 발견들이 어떻게 탄생했는지에 대해 알아봅시다.
패러데이의 힘선과 아인슈타인의 상대성 이론까지, 이 세계의 구조를 밝히는 위대한 발견들이 어떻게 탄생했는지에 대해 살펴봅시다.
부모와 자녀의 대화 형식으로 과학의 역사를 쉽게 설명한 신간 '아버지가 아들에게 들려주는 과학 이야기'에서 위대한 과학자들의 놀라운 발견 이야기의 일부분을 소개합니다.
*본 기사는 요세프 아가시 저/타치바나 키이치 역 '아버지가 아들에게 들려주는 과학 이야기: 부모와 자녀의 대화에서 탄생한 감동의 과학 입문' (블루백스)을 온라인용으로 재편집한 것입니다.
갈릴레오는 다음과 같은 질문을 던졌습니다. 만약 자신이 달에 있고, 지구를 바라본다면, 수면과 육지 중 어느 쪽이 더 매끄럽게 보일까요?
대부분은 바다가 육지보다 매끄럽다고 생각할 것입니다. 그러면, 갈릴레오의 다음 질문은 이렇습니다. "달에 있고, 지구의 바다와 육지를 본다면, 어떻게 바다와 육지를 구분할 수 있을까요?"
"만약 달에서 미국을 찾고 싶다면, 아래 구석에 작은 꼬리가 있는 곳을 찾으면 돼"라고요? 그것도 좋지만, 지구에 한 번도 와본 적이 없고, 또한 미국이 육지라는 사실을 배우지 않았다면, 미국이 육지이고 양쪽의 부분이 바다인지, 아니면 그 반대로 미국이 바다이고 양쪽이 육지인지 어떻게 알 수 있을까요? 이러한 질문에 대한 답을 어떻게 찾을 수 있을까요?
힌트를 드리죠. 태양이 지구를 비추고 있으므로, 달에서 보면 (마치 지구에서 보는 달처럼) 지구는 밝게 보입니다. 육지와 바다 중 어느 쪽이 더 밝게 보일까요?
갈릴레오 시대에는 수면이 육지보다 더 매끄럽기 때문에, 달에서 보면 수면이 육지보다 더 밝게 보일 것이라고 사람들은 확신했습니다. 그들은 말했습니다. "벽에 걸린 거울을 보세요. 거울과 벽 중 어느 쪽이 더 밝을까요?"
물론, 거울이 벽보다 밝습니다. 왜냐하면 거울이 더 매끄럽기 때문입니다. 따라서, 바다가 육지보다 더 밝게 빛난다는 결론이 나옵니다
그러면, 달이 빛나고 있으니, 물이나 거울 같은 물질이어야 합니다. 15, 16세기 사람들은 달이 크리스탈로 만들어진 거대한 거울 같다고 생각했습니다. 그리스인들도 그렇게 믿었기 때문입니다.
하지만, 그것은 사실이 아닙니다. 달은 빛나지만, 달에는 물이 없습니다. 달은 흙으로만 이루어져 있습니다. 달이 흙으로 이루어져 있다면, 어떻게 그것이 빛날까요?
이 문제에 답한 사람이 갈릴레오입니다. 사람들은 이 문제를 주의 깊게, 철저히 생각하지 않았다고 갈릴레오는 말했습니다. 거울은 벽보다 밝지 않고, 오히려 벽보다 어둡다는 것이 사실입니다.
사람들은 다음과 같은 이유로 거울이 더 밝다고 생각합니다. 햇빛이 거울에 닿으면, 빛이 반사되어, 우리는 거울 반대쪽에 있는 벽에 빛의 점을 봅니다. 이렇게 해서 마치 거울이 매우 밝은 것처럼 보입니다. 햇빛이 비친 벽을 향해 서서 그 거울을 보면 특히 그렇습니다. 우리는 거울 속에서 태양을 보고, 거울이 눈부시다고 말합니다.
하지만, 그 외의 장소에서 거울을 보면 어둡게 보입니다. 왜냐하면, 거울에 닿은 태양의 모든 광선이 하나의 방향으로 반사되기 때문입니다. 그 한 방향에서는 거울이 매우 밝지만, 다른 모든 방향에서 보면 거울은 매우 어둡습니다.
이제, 그다지 매끄럽지 않은 벽을 예로 들어보겠습니다. 우리는 그것을 주의 깊게, 예를 들어, 현미경을 사용하여 볼 수 있습니다. 그렇게 하면, 벽은 많은 작은 매끄러운 부분, 작은 거울로 이루어져 있음을 알 수 있는데, 각각은 다양한 방향을 향하고 있으며, 각각에 닿은 햇빛은 다양한 방향으로 반사됩니다.
벽이 밝게 보이는 것은 단 하나의 방향에서만이 아니라, 모든 방향에서 밝게 보일 것입니다. 그래서 한 방향에서는 거울이 벽보다 밝지만, 대부분의 장소에서는 벽이 거울보다 밝게 보입니다.
만약 햇빛이 벽에 닿으면, 벽은 모든 방향에서 밝게 보이지만, 그다지 밝지 않습니다. 벽에 거울을 걸고, 그 거울에 햇빛이 닿으면, 단 하나의 방향에서만 거울은 벽보다 훨씬 밝게 보이지만, 그 외의 방향에서는 거울이 벽보다 어둡게 보입니다.
이제 달에 대해 생각해 봅시다. 밤에 달은 다양한 방향에서 밝게 보입니다. 이렇게 해서 갈릴레오는 달이 거울로 이루어져 있지 않고, 육지로 이루어져 있음을 발견했습니다. 즉, 달은 흙이고, 크리스탈이 아닙니다. 또한, 달에 산과 계곡이 있다는 것을 발견한 것도 갈릴레오입니다.
달의 어두운 부분을 본 적이 있나요? 갈릴레오 시대에 달이 크리스탈로 이루어졌다고 주장했던 사람들은 달의 어두운 부분이 무엇인지 거의 묻지 않았습니다. 그러나 갈릴레오는 이 어두운 부분에 대해 생각했습니다. 만약 우리가 달에서 지구를 본다면, 육지는 밝게 보이고, 바다는 벽의 거울처럼 어둡게 보일 것입니다. 그러면, 달에 있는 어두운 부분에 대해 갈릴레오의 결론은... "바다와 물"이었습니다.
그는 부분적으로 틀렸습니다. 왜냐하면, 달에는 물이 없기 때문입니다. 갈릴레오는 거울과 벽이라는 모두가 아는 실험을 재현했습니다. 그것은 매우 간단한 실험이지만, 그것에 대해 생각하는 것은 매우 어렵습니다. 그리고 갈릴레오는 그것에 대해 주의 깊게 생각하고, 달에 육지가 있고, 바다가 있다고 결정했습니다. 하지만 그는 달이 거울이라고 주장한 사람들보다 진리에 더 가까워졌습니다.
갈릴레오는 또한 자신이 직접 망원경을 만들었습니다. 그는 망원경을 통해 달을 본 첫 번째 사람으로, 달에 산을 보았습니다. 달의 산은 어떻게 보일까요? 매우 강력한 망원경을 사용하면 달의 산을 쉽게 볼 수 있습니다. 그러나 갈릴레오의 망원경은 매우 조잡한 것이어서 직접 확인할 수는 없었습니다.
그래서 현명한 그는, 산이 있는 경우의 결과를 확인하려고 했습니다. 태양이 떠오르는 것을 먼저 보는 것은 산과 계곡 중 어느 쪽일까요?
그렇습니다, 산 위입니다. 그러면, 태양이 떠오르기 전의 계곡이 태양이 이미 떠오른 산보다 어둡다는 것을 의미합니다. 만약 사람이 달의 가장자리에 어두운 그림자를 본다면, 결국 그 어두운 그림자는 사라질 것입니다. 왜냐하면 그곳은 달의 계곡이고, 그곳에 태양의 빛이 비추기 때문이라고 갈릴레오는 말했습니다.
갈릴레오의 마음의 눈에는, 달을 여행하고, 달의 계곡에 서서, 태양이 계곡에 빛이 비추는 곳까지 떠오르는 것을 기다리고 있는 자신이 보였습니다. 그는 실제로 달을 여행한 것이 아니라, 망원경을 사용했습니다. 망원경을 통해 그는 어두운 점이 사라지는 것을 보고, 달에 산이 있다는 것을 이해했습니다.