태양과 지구, 그리고 달의 탄생

17세기의 유럽에서 발생했던 현상 가운데 오늘날까지 영향을 미치는 것은 바로 과학혁명이다. 과학학명을 통해 유럽인들은 오랫동안 우주관과 세계관을 지배해왔던 자연 철학으로부터 벗어날 수 있었다. 당시 많은 유럽인들은 세상의 중심을 지구라고 생각했다. 그리스의 천문학자인 프톨레마이오스는 우주의 중심이 지구이며, 태양을 비롯한 별들이 지구의 주변을 공전하고 있다고 믿었다. 고대의 유명한 철학자였던 아리스토텔레스 역시 이와 같은 주장을 지지하면서 천동설은 1천 년 이상 유럽 자연철학의 핵심이었다.

16세기에 폴란드 천문학자가 오랫동안 유럽인들의 우주관을 지배했던 천동설과는 다른 견해를 제시했다. 그는 지구에서 바라보는 별의 위치가 변한다는 사실을 통해 만약 지구가 우주의 중심이라면 이와 같은 현상이 발생하지 않을 것이라고 생각했다. 이와 같은 전제를 바탕으로 코페르니쿠스는 천체 관측과 궤도 계산을 통해 지구가 우주의 중심이 아니라 태양이 우주의 중심이며, 지구가 태양의 주변을 공전하고 있다는 이른바 지동설을 주장했다. 당시 교회를 비롯해 사회 전체가 천동설을 믿고 있던 분위기 속에서 코페르니쿠스의 주장은 그야말로 충격이 아닐 수 없었다.

그러나 17세기가 되면서 실험과 관찰의 필요성을 주장하는 사람들이 등장하기 시작했다. 이들 가운데 대표적인 사람이 바로 갈릴레이였다. 그는 금성을 관찰했는데, 지구가 우주의 중심이라고 주장하는 천동설로는 금성의 모습이 변화하는 것을 설명할 수 없다는 사실을 알게 되었다. 뿐만 아니라 자신이 만든 망원경으로 목성의 주변을 돌고 있는 위성을 발견하면서 모든 천체가 지구 주변을 돈다고 주장하는 천동설이 잘못된 것임을 밝혔다. 이후 많은 과학자들이 관찰을 토대로 과학적 증거들을 제시하면서 오늘날 우리는 우주의 중심이 지구가 아니라 태양이라는 사실을 받아들이고 있다.

17세기 유럽 사회의 논쟁 대상이었던 태양과 지구는 언제, 어떻게 탄생했을까? 약 45억 년 전, 태양계의 중심부가 점점 뜨거워지면서 다양한 원소들과 물질들이 만들어졌다. 이와 같은 물질들은 주로 태양을 형성하는 데 사용되었고, 나머지 물질 가운데 가벼운 물질들은 멀리 날아가 거대한 기체 행성을 만들었는데, 대표적인 것이 목성이나 토성, 천왕성, 그리고 해왕성이다. 가벼운 물질들이 멀리 날아가 행성을 만들었던 반면, 철이나 마그네슘과 같이 무거운 물질들은 멀리 날아가지 못하고 지구를 형성했다.

그리고 이와 같은 과정 속에서 달이 탄생했다. 과거에는 지구를 형성하고 남은 물질들로 달이 만들어졌다고 생각했지만, 지구와 달을 구성하는 물질들이 다르다는 사실이 밝혀지면서 20세기 중반 이후 많은 사람들은 미행성이 원시 지구와 충돌해서 일부가 우주 공간으로 방출되었고, 이들이 모여 달을 형성했다는 주장을 적극적으로 수용하고 있다. 결국 별에서 만들어진 다양한 원소들의 결합으로 물질이 만들어졌고, 온도 및 중력이 증가하면서 태양과 지구, 그리고 달이 만들어진 것이다.

코페르니쿠스 지동설 모형. ⓒ 김서형

초기 지구는 하나의 대륙으로 연결되어 있었다

초기의 지구는 오늘날의 지구와 매우 다른 모습이었다. 매우 뜨거웠기 때문에 모든 것이 녹아버렸다. 철이나 니켈, 마그네슘 등과 같은 무거운 물질은 지구의 중심으로 가라앉으면서 지구의 핵을 형성했다. 좀 더 가벼운 물질들은 핵 위를 떠다니게 되었는데, 바로 맨틀이다. 아주 가벼운 물질들은 지각을 구성하게 되었고, 가장 가벼운 물질은 대기를 형성했다. 이후 오랫동안 비가 내리면서 지구의 온도는 점차 내려가기 시작했고, 바다가 형성되면서 다른 행성들과는 달리 생명체가 등장할 수 있는 조건들이 만들어졌다.

지구의 모습은 계속 변화했다. 초기 지구의 대륙은 하나의 거대한 대륙으로 연결되어 있었는데, 20세기 초 독일의 지질학자였던 베게너는 거대한 대륙인 판게아로부터 여러 대륙이 갈라져 나와 조금씩 이동하면서 오늘날과 같은 모습이 형성되었다고 주장했다. 지구의 표면이 어려 개의 판으로 구성되어 있고, 이와 같은 판들이 움직인다는 판 구조론의 과학적 증거들이 발견되면서 베게너가 주장했던 판게아 이론은 오늘날 과학자들 사이에서 널리 수용되고 있다.

138억 년 전에 아무 것도 발견할 수 없었던 우주에서 빅뱅이 나타났고, 이후 별과 원소가 등장하면서 우주는 점점 더 복잡해지기 시작했다. 약 45억 년 전에 나타났던 초신성 폭발로 인해 태양과 지구를 비롯한 여러 행성들이 탄생했는데, 다양한 원소와 물질들이 온도 차이나 중력 등과 결합하게 되면서 이전의 우주에는 없었던 새로운 현상이 발생했다. 바로 태양계의 구성이다. 결국 태양과 지구, 그리고 달을 포함해 태양계의 여러 행성들은 빅뱅 이후 다양한 원소와 물질들이 만들어지면서 나타나게 된 결과이다. 그렇기 때문에 우리의 생활 터전인 지구와 태양은 별과 빅뱅으로까지 그 기원을 거슬러 올라갈 수밖에 없으며, 오늘날 우리가 138억 년의 시간과 공간을 살펴보아야 하는 이유도 바로 여기에 있다.

판게아 이론. ⓒ 김서형

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