오우무아무아, 11일의 관측이 남긴 비밀
발견 경위와 관측 타임라인
어느 밤, 하늘을 가로지르는 낯선 빛 하나가 사진 한 장에 담겼다.
그것이 인류가 처음 목격한 태양계 바깥 손님이었다는 사실을, 그날은 아무도 몰랐다.
2017년 시월19일, 하와이 할레아칼라 천문대.
판스타스원 망원경이 밤하늘을 훑고 있었고, 천문학자 로버트 웨릭이 그 관측 자료를 들여다보고 있었다.
화면 속에서 무언가가 낯선 속도로 움직이고 있었다.
궤도를 그려보니, 태양의 중력에도 붙들리지 않는 궤적이었다.
이미 태양계를 스쳐 지나가는 중이었다.
발견됐을 때는 이미, 태양에 가장 가까이 다가섰다가 다시 멀어지고 있는 참이었다.
지구에서 그 모습을 지켜볼 수 있는 시간은 단 11일, 그 뒤로는 어둠 속으로 사라질 운명이었다.
천문학자들은 서둘러 관측 자료를 모았다.
처음엔 꼬리를 끄는 혜성이라 여겨, C/2017 U1이라는 이름을 붙였다.
하지만 혜성이라면 있어야 할 코마, 그 뿌연 가스와 먼지의 너울이 보이지 않았다.
다시 살펴본 끝에, 이름은 소행성을 뜻하는 에이 2017 유원으로 바뀌었다.
그리고 얼마 뒤, 그 정체는 완전히 다른 차원의 것으로 판명됐다.
태양계 안에서 태어난 것이 아니라, 다른 별에서 출발해 이 곳을 지나가는 손님이었다.
인류가 처음으로 확인한 성간천체, 학명은 일아이 2017 유원.
숫자 앞에 붙은 일아이, 그것은 첫 번째 성간 방문자라는 뜻이었다.
이름도 새로 지어졌다, 오우무아무아.
하와이어로, 먼 곳에서 먼저 도착한 정찰병이라는 뜻이다.
과거를 되짚어보니, 이 천체는 2017년 구월구일에 이미 태양에 가장 가까운 지점을 지나쳐 있었다.
그리고 시월14일 무렵에는, 지구 곁 0.16 천문단위까지 다가와 있었다.
발견된 순간, 이미 지구를 스쳐 지나간 뒤였다.
인류는 그 존재를 뒤늦게 알아챈 셈이었다.
그렇게 짧은 11일 동안, 오우무아무아는 자신의 흔적을 남기고 떠났다.
지금으로부터 구년 전의 일이다.
그 짧은 만남 뒤에 남은 질문은, 아직도 풀리지 않았다.
궤도 역학과 성간 기원의 증거
궤도를 계산하는 일은, 어둠 속에서 발자국을 되짚는 일과 같다.
천문학자들은 오우무아무아가 남긴 몇 안 되는 관측값을 붙잡고, 그 길의 모양을 그려나갔다.
태양계 안에 속한 천체라면, 그 궤도는 언젠가 닫힌 타원을 그린다.
혜성도, 소행성도, 결국 태양 주위를 돌고 또 돌아온다.
그 닫힌 길을 나타내는 숫자, 이심률은 항상 일보다 작다.
그런데 오우무아무아의 이심률은, 약 1.20으로 나왔다.
일보다 크다는 건, 궤도가 닫히지 않는다는 뜻이다.
타원이 아니라, 쌍곡선.
한 번 그리고는 다시 돌아오지 않는 길이다.
그 길 끝에서 확인된 또 하나의 숫자가 있다.
태양의 중력을 완전히 벗어난 뒤에도 남아 있는 속도, 무한대에서의 상대속도.
초속 26.33킬로미터.
이 속도는 태양이 준 것이 아니다.
오우무아무아가 이미 성간 공간에서부터 지니고 온 속도였다.
그리고 태양에 가장 가까이 다가섰던 순간, 근일점에서는 태양의 중력에 이끌려 속도가 초속 87.71킬로미터까지 치솟았다.
빠르게 다가와, 태양을 스치듯 지나, 다시 처음의 속도를 향해 멀어져 갔다.
이 모든 숫자는 하나의 결론으로 모인다.
오우무아무아는 태양계 밖에서 왔고, 다시 태양계 밖으로 나가는 중이었다.
빌려 온 손님처럼, 잠시 들렀다 떠나는 존재.
이런 궤도를 가진 천체는, 그때까지 인류가 관측한 그 어떤 것과도 달랐다.
혜성도 아니고, 소행성도 아니고, 어느 별의 중력에도 묶이지 않는 나그네였다.
그리고 2019년, 또 하나의 성간 천체가 발견되었다.
이일 보리소프.
오우무아무아는 그렇게, 인류가 확인한 두 번째 성간 천체로 기록되었다.
하나였다면 우연이었을지 모른다.
둘이 되자, 그것은 우연이 아니라 흔한 일의 시작처럼 보이기 시작했다.
극단적 형태와 회전 운동
망원경이 포착한 것은 형체가 아니라, 빛의 떨림이었다.
오우무아무아가 태양 곁을 스쳐 지나가는 동안, 그 밝기는 쉬지 않고 변했다.
밝아졌다가 어두워지고, 다시 밝아지기를 반복했다.
그 폭은 무려 2.5등급, 밝기로 따지면 약 십배 차이였다.
천체가 이 정도로 밝기를 크게 바꾼다는 것은, 그만큼 형태가 한쪽으로 길게 늘어져 있다는 뜻이었다.
천문학자들은 이 빛의 떨림을 거꾸로 계산해, 물체의 모양을 추정했다.
계산 끝에 나온 값은 놀라웠다.
장축과 단축의 비율이 육대일에서 십대일.
인류가 그때까지 관측한 그 어떤 소천체보다 극단적으로 길쭉한 비율이었다.
마치 우주를 떠도는 가늘고 긴 시가처럼, 혹은 부러진 연필처럼.
그렇게 오랫동안 그려져 왔다.
하지만 시간이 흐르며, 그 그림은 다시 그려졌다.
2019년, 마쉬첸코의 재분석은 전혀 다른 가능성을 내놓았다.
길쭉한 막대가 아니라, 납작한 원반, 마치 팬케이크 같은 형태일 수도 있다는 것이었다.
같은 빛의 데이터를 두고도, 해석은 이렇게 갈릴 수 있었다.
우리는 아직 그 실제 모습을 알지 못한다.
형태만이 아니었다.
오우무아무아의 회전 방식도 낯설었다.
그것은 하나의 축을 두고 얌전히 도는 팽이가 아니었다.
여러 축이 뒤섞여 흔들리는, 이른바 텀블링, 불규칙한 회전이었다.
이 복합적인 회전의 주기는 약 8.67시간으로 추정되었다.
넘어지듯, 구르듯, 그것은 어둠 속에서 홀로 뒤척이고 있었다.
크기는 어땠을까.
과학자들은 길이를 약 백에서 400미터 사이로 추정했다.
하지만 이 숫자에는 조건이 붙는다.
오우무아무아를 직접 촬영한 영상은, 단 한 장도 없다.
우리가 가진 것은 오직 빛의 곡선, 그 흔들림을 모델에 대입해 얻어낸 추정치뿐이다.
그러니 이 모든 형태와 회전은, 지금도 여전히 하나의 가설로 남아 있다.
빛만으로 그려낸, 확신할 수 없는 그림자였다.
혜성이냐 소행성이냐 - 코마 부재 논쟁
오우무아무아가 태양에 가까워질수록, 과학자들은 하나의 질문에 매달렸다. 이 천체는 혜성인가, 소행성인가.
혜성이라면 마땅히 보여야 할 흔적이 있다. 태양열에 표면 얼음이 녹으며 뿜어내는 먼지와 가스, 그리고 그것이 만드는 뿌연 코마다.
허블우주망원경이 오우무아무아를 향했다. 초대형망원경, 브이엘티도 함께 지켜봤다. 하지만 렌즈에 담긴 것은 그저 작은 점 하나였다. 흐릿한 안개도, 꼬리의 흔적도 보이지 않았다.
먼지 한 톨 흩날리지 않는 표면. 가스 한 줄기 새어나오지 않는 침묵이었다.
스피처 우주망원경은 조금 더 깊이 파고들었다. 혜성이 흔히 내뿜는 두 기체, 이산화탄소와 일산화탄소의 흔적을 찾아 나섰다.
2018년, 트릴링과 동료 연구자들이 그 결과를 발표했다. 검출된 가스는 없었다. 다만 방출량의 상한선만이 매우 낮은 수치로 남았을 뿐이다.
가스도 먼지도, 코마의 흔적조차 없는 천체였다.
그렇다면 표면은 무엇을 말하고 있었을까. 관측된 빛은 붉은빛을 띠고 있었다. 그 색은 낯설지 않았다. 태양계 가장 먼 변두리, 카이퍼벨트를 떠도는 디형 소행성들의 스펙트럼과 닮아 있었다.
수십억 년 우주선에 그을린 표면. 유기물이 두텁게 덮인, 오래된 어둠의 색이었다.
이 모든 증거는 하나의 결론으로 모아졌다. 오우무아무아는 혜성이 아니라 소행성이라는 결론이었다.
과학자들은 분류를 바꿨다. 혜성의 이름표를 떼고, 소행성의 이름표를 붙였다.
하지만 그 결론은 오래가지 못했다. 오우무아무아의 궤적에서, 중력만으로는 설명할 수 없는 힘이 발견됐다. 비중력 가속이었다.
혜성이라면 가스 분출로 스스로를 밀어낼 수 있다. 하지만 코마도, 가스도 없던 천체가 어떻게 스스로의 궤도를 밀어냈을까.
침묵하던 천체 하나가, 다시 질문을 열었다.
비중력 가속 이상 현상
궤도는 거짓말을 하지 않는다. 중력만 있다면, 오우무아무아의 다음 위치는 정확히 계산될 수 있어야 했다. 하지만 관측된 위치는, 계산된 위치에서 조금씩 어긋나기 시작했다.
2018년 유월, 국제학술지 네이처에 논문 한 편이 실렸다. 마르코 미켈리와 동료들이 쓴 이 논문은, 오우무아무아의 궤도를 다시 들여다본 결과를 담고 있었다. 태양계를 떠나가는 그 천체는, 중력 법칙만으로 예측한 경로에서 미세하게 벗어나 있었다.
그 차이는 아주 작았다. 하지만 우연이라 넘기기엔, 너무 일관되게 나타났다. 태양에서 멀어질수록, 그 천체는 예측보다 조금 더 밀려나듯 움직였다.
천문학자들은 익숙한 설명을 먼저 떠올렸다. 혜성이었다. 얼음 덩어리가 태양열에 표면 물질을 증발시키면, 그 증기가 한쪽으로 뿜어져 나가며 반작용을 일으킨다. 작은 로켓처럼, 증발이 천체를 밀어내는 것이다. 이 로켓 효과라면, 중력만으로 설명되지 않는 그 미세한 가속을 설명할 수 있을 것 같았다.
그러나 문제가 있었다. 혜성이 증발하며 밀려난다면, 반드시 흔적이 남아야 했다. 가스로 이루어진 부드러운 대기, 코마가 천체를 둘러싸야 했고, 태양빛을 받은 그 가스는 꼬리를 이루어야 했다. 하지만 오우무아무아 주변에서는, 코마도, 가스도, 먼지 꼬리도 전혀 관측되지 않았다.
밀어내는 힘은 분명히 있는데, 밀어내는 물질은 어디에도 보이지 않았다. 과학자들은 이 현상을, 보이지 않는 승화라 불렀다. 증발은 일어나야 하는데, 증발의 흔적은 어디에도 없는, 이 모순은 쉽게 풀리지 않았다.
바로 이 지점에서, 오우무아무아를 둘러싼 논쟁은 새로운 국면으로 접어들었다. 보이지 않는 승화라는 모순을 설명하기 위해, 이후 여러 가설이 잇따라 제시되었다. 어쩌면 수소로 이루어진 얼음 산일지도 모른다는 가설이 나왔다. 어쩌면 질소 얼음으로 된 조각일지도 모른다는 가설도 나왔다. 그리고 어쩌면, 자연이 만든 것이 아니라 누군가 만든 물체일지도 모른다는 가설까지 나왔다.
궤도의 미세한 흔들림 하나가, 그렇게 우주로 향한 질문을 더 깊은 곳으로 밀어 넣었다.
아비 로엡의 인공물체(라이트세일) 가설과 논란
그 낯선 가속의 흔적은, 누군가에게는 답이 아니라 질문의 시작이었다.
하버드대학교 천문학자 아비 로엡과, 그의 동료 슈무엘 비알리는, 2018년, 천체물리학 저널 레터스에 한 편의 논문을 실었다.
논문의 물음은 단순했다.
오우무아무아가 보인, 중력만으로 설명되지 않는 가속과, 시가처럼 길고 얇은 형태는, 정말 자연 천체가 가질 수 있는 모습일까.
두 사람은 다른 가능성을 계산해 보았다.
태양빛이 밀어내는, 아주 얇은 막.
인공적으로 만들어진 라이트세일.
누군가 설계한 얇은 돛이, 오직 햇빛의 압력만으로 밀려나며 속도를 얻었다면, 설명되지 않던 가속도, 종잇장 같은 형태도, 수식 위에서는 모두 들어맞았다.
이 가설은 논문 한 편으로 끝나지 않았다.
2021년, 로엡은 저서 '외계인'을 통해, 이 생각을 대중 앞으로 꺼내놓았다.
그는 오우무아무아가, 외계 문명이 보낸 인공물일 가능성을, 학회의 언어가 아니라, 누구나 읽을 수 있는 언어로 풀어냈다.
책은 조용히 읽히지 않았다.
누군가는 오랜만에 등장한 대담한 물음이라며 반겼고, 누군가는 성급한 비약이라며 고개를 저었다.
천문학계 대다수의 반응은, 차분하고도 단호했다.
세티 연구자들과, 천체물리학자 카첸을 비롯한 여러 학자들은, 자연적인 설명이 여전히 더 타당하다고 말했다.
그들의 반론은 명확했다.
인공물이라는 증거는, 어디에도 없었다.
망원경이 담아낸 것은, 흐릿하게 반짝이는 빛의 점 하나였을 뿐, 금속 표면도, 인공의 무늬도, 어떤 신호도 함께 담기지 않았다.
그리고 자연 현상만으로도, 설명의 문은 아직 닫히지 않았다는 지적이 이어졌다.
눈에 보이지 않는 가스의 분출, 알려지지 않은 얼음 조각의 형태.
이런 가능성들은, 여전히 열려 있었다.
결국 오우무아무아는, 어느 쪽으로도 증명되지 않은 질문으로 남았다.
그러나 로엡은 거기서 멈추지 않았다.
그는 갈릴레오 프로젝트를 세웠다.
오우무아무아를 닮은, 또 다른 성간 방문자를 찾아내고, 동시에 지구 하늘에 나타나는 미확인 현상까지 함께 들여다보는 연구였다.
답을 찾지 못한 질문 하나가, 결국 새로운 탐사의 문을 열어놓은 셈이었다.
대안 자연 가설들 - 수소 빙산설과 질소 얼음설
바위 가설이 흔들리자, 과학자들은 다시 얼음으로 눈을 돌렸다. 혜성이라면, 코마가 없어야 할 이유가 있어야 했다.
2019년, 풀과 잭슨이라는 두 과학자가 새로운 답을 내놓았다. 오우무아무아가 어쩌면, 얼어붙은 수소 덩어리일지도 모른다는 것이었다.
분자수소 얼음은 아주 낮은 온도에서만 존재한다. 그것이 태양에 가까워지며 승화한다면, 눈에 보이지 않는 가스만 뿜어낼 수 있다. 먼지도, 코마도 남기지 않은 채로. 그러면서도 조용히, 밀어내는 힘만으로 가속할 수 있다.
한동안 이 가설은 그럴듯해 보였다. 코마 없는 가속이라는 수수께끼를, 깔끔하게 설명하는 듯했다.
하지만 오래가지 못했다. 2020년, 셀리그먼과 러플린이 정밀한 계산을 내놓았다.
수소 얼음은, 성간 공간을 오래 버틸 수 없었다. 은하를 떠도는 그 차갑고 긴 여정 동안, 별빛과 우주선에 조금씩 깎여나간다. 계산에 따르면, 수소 얼음 덩어리는 수백만 년을 넘기지 못하고 사라진다.
오우무아무아가 우리에게 오기까지 걸린 시간은, 그보다 훨씬 길었다. 수소 빙산은, 그 먼 길을 견뎌낼 수 없었다.
가설은 그렇게, 조용히 지워졌다.
그리고 같은 해, 새로운 이름이 등장한다. 스티븐 데시와 앨런 잭슨.
이들이 주목한 것은, 수소가 아니라 질소였다.
명왕성의 표면을 뒤덮은 그 얼음, 고체 질소. 데시와 잭슨은, 오우무아무아가 바로 그 얼음의 조각일 수 있다고 말했다.
상상해본다. 머나먼 어느 별 주위에도, 우리 태양계의 카이퍼벨트 같은 곳이 있었다고. 그곳에서 명왕성을 닮은 어린 천체가, 다른 무언가와 충돌했다고. 부서진 파편 하나가, 질소 얼음을 품은 채 우주로 튕겨 나갔다고.
그 파편이 수억 년, 어쩌면 수십억 년을 떠돌아, 마침내 우리 태양계에 들어선 것이라고.
이 가설은 놀랍도록 잘 들어맞았다. 오우무아무아의 붉은 색, 낮은 밝기, 그리고 설명되지 않던 가속까지. 질소 얼음이 태양열에 서서히 증발하며, 그 모든 것을 비교적 매끄럽게 설명해냈다.
하지만 여기에도, 마지막 조각은 없다. 질소 얼음도, 수소 얼음도, 우리는 직접 본 적이 없다. 망원경이 담아낸 것은 언제나, 희미한 빛의 점 하나뿐이었다.
가장 그럴듯한 이야기와, 확인된 사실 사이에는, 여전히 좁혀지지 않는 틈이 남아있다.
요격 불가능성과 후속 대응 - Project Lyra
그날, 오우무아무아는 이미 태양계를 등지고 있었다. 발견된 순간, 그것은 이미 떠나는 중이었다. 초속 몇십킬로미터의 속도로, 어둠 속으로 멀어지고 있었다. 지구의 어떤 로켓도 그 속도를 따라잡을 수 없었다. 설계도 없었고, 준비된 발사체도 없었다. 가장 빠른 탐사선을 그 순간 쏘아 올렸다 해도, 이미 늦은 뒤였다. 우리는 그저, 멀어지는 뒷모습을 바라볼 수밖에 없었다. 하지만 그 아쉬움은, 하나의 질문으로 남았다. 다음에도 이런 손님이 온다면, 그때는 어떻게 할 것인가. 2017년 발견 직후, 몇몇 천문학자와 공학자들이 모였다. 그들은 스스로를 프로젝트 리라라 불렀다. 이름은 거문고자리에서 따온 것이었다. 목표는 하나였다. 다음 성간천체가 오면, 그때는 놓치지 않는 것. 그들은 미리 대기시켜 둘 요격선을 설계하기 시작했다. 발사 준비 상태로 궤도에 띄워 두는 우주선이다. 성간천체가 발견되는 즉시, 그 궤적을 향해 곧바로 날아갈 수 있는 임무다. 아직은 설계도 위의 이야기다. 실현된 적은 없다. 문제는 언제나 시간이었다. 오우무아무아는 발견되었을 때 이미 늦은 손님이었다. 더 일찍 발견해야, 따라잡을 시간도 생긴다. 그 역할을 맡을 곳이, 베라 루빈 천문대였다. 2024년부터 가동을 시작한 이 천문대는, 밤하늘 전체를 훑는다. 넓은 시야로, 빠르게, 반복해서. 움직이는 점 하나까지 놓치지 않으려는 시도다. 이곳이라면, 다음 성간 방문자를 더 일찍 알아챌 수 있을지도 모른다. 그리고 2019년, 실제로 다음 손님이 왔다. 이아이 보리소프였다. 이번엔 달랐다. 이 천체는 다가오며 뚜렷한 코마를 만들었다. 가스를 뿜어냈고, 꼬리를 드리웠다. 누가 봐도 혜성이었다. 오우무아무아가 남긴 것은 침묵과 추측뿐이었다. 보리소프는 그 반대편에 서 있었다. 설명이 되는 천체, 예상대로 움직인 손님이었다. 그 대조 속에서, 오우무아무아의 낯섦은 더욱 선명해졌다.
기원 미스터리 - 어디서 왔는가
과학자들은 오우무아무아가 걸어온 길을 거꾸로 되짚어 보았다. 태양계로 들어오기 전, 그것이 지나왔을 궤적을 시간의 반대 방향으로 그려보는 작업이었다. 하지만 그 선은 어느 별에서도 멈추지 않았다. 후보로 거론된 항성이 여럿 있었다. 그러나 그 중 어느 하나도 확정되지 못했다. 수만 년, 어쩌면 수십만 년의 시간이 흐르는 동안, 별들은 서로의 위치를 조금씩 바꾸어 왔기 때문이다. 출발점의 좌표는, 그렇게 시간 속에 흐려져 있었다.
2018년, 한 연구팀은 다른 방향에서 답을 찾으려 했다. 젊은 별들이 모여 있는 성협, 그중에서도 카리나-콜롬바 성협에 주목했다. 그곳은 별과 행성이 한창 태어나던 자리였다. 갓 태어난 행성계 안에서, 거대한 행성의 중력이 작은 얼음 조각 하나를 튕겨냈을 가능성이 있었다. 그 조각이 은하를 가로질러 오랜 시간을 떠돌다, 태양계에 닿았을지도 모른다는 가설이었다. 다만 이것 역시, 확인된 사실이 아니라 하나의 가능성으로 남아 있었다.
오우무아무아가 발견된 뒤, 과학자들은 또 다른 질문을 던졌다. 이런 천체가 은하 안에 얼마나 많을까, 라는 질문이었다. 태양계만한 부피 안에 몇 개나 존재할지를 추정하는 연구들이 이어졌다. 그러나 그 계산의 바탕이 되는 표본은 단 하나, 많아야 둘뿐이었다. 숫자를 다루기엔, 너무 적은 근거였다.
그리고 지금, 2026년까지도 사정은 크게 다르지 않다. 인류가 확인한 성간천체는 여전히 두 개뿐이다. 첫 번째는 일아이, 오우무아무아. 두 번째는 이아이, 보리소프. 그 사이에는 몇 해의 시간이 있었을 뿐, 그 이상의 방문자는 아직 없었다.
오우무아무아는 빛조차 며칠씩 걸려야 닿는 어둠 속에서 왔다. 어느 별의 자식이었는지, 우리는 끝내 알지 못한다. 다만 그것이 아주 오래전, 어느 낯선 하늘 아래서 태어났다는 것만은 분명하다. 그리고 지금은 우리 태양계를 떠나, 다시 그 어둠 속으로 돌아가고 있다. 언젠가 또 다른 방문자가 올 것이다. 그때 우리는, 조금 더 많은 것을 알게 될지도 모른다. 그때까지, 오우무아무아는 대답 없는 질문으로 남는다.
들어보긴 했는데, 진짜일까.
논문으로 확인하고 말합니다. — 진짜 그런가
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