1 개요[ | ]
- 광속으로 비행하기
- 저자: Jjw
- 2011-06-17
- 스타트렉의 우주선(출처:위키미디어 공용)
빛의 속도는 299,792,458 m/s로 대략 초당 30만 Km의 속도 이다. 이렇게 1년을 가면 정확히 9,460,730,472,580.8 km 가 된다. 빛이 1년에 가는 거리를 1광년이라 한다.
스타트렉이나 스타워즈와 같은 SF 영화에서 우주선들은 광속보다 빨리 우주를 여행하곤 한다. 실제론 운동하는 물체가 광속을 초과할 수 없으므로 광속으로 우주를 여행하는 것을 상상해 본다.
영화속의 우주선과 같이 순식간에 광속에 도달하는 것은 아무래도 무리다. 우주선 자체는 어떻게든 가속도를 견딜수 있게 설계한다고 하더라도 사람의 몸은 그런 가속도를 견디지 못한다. 전투기 조종사들은 중력가속도의 9배가 되는 가속도에 적응하도록 훈련받는다. 그보다 조금 더 낫게 한다고 해도 중력 가속도의 10배 이상은 무리일 것이다.
따라서 광속에 도달하는 방법은 인체가 견딜 수 있는 한계에서 가속하였다가 일정 기간을 등속운동하기를 반복하는 계단형 속도 운용이 필수적이다. 일단 가속하여 일정속도에 도달하면 등속운동하는 동안에는 상대 가속도가 0이 되므로 일상적인 생활과 임무 수행이 가능하다. 지구는 지금도 적도를 기준으로 465.11 m/s 의 속도로 자전하면서 평균 29.783 km/s 의 속도로 공전하고 있지만 지구상에 사는 우리들은 같은 상대 속도의 공간에 있기 때문에 사는데 전혀 지장이 없다. 사실 지구도 거대한 우주선인 셈이다.
우선 중력가속도의 10 배로 계속하여 가속할 경우 매 초당 속력 V = 1/2 x 98 x t^2 = 49 x t^2 이 되므로 거꾸로 광속에 도달하기 위해 필요한 순 가속 시간은 대략 t = √(3 x 10^8 / 49) = √3 x 10^4 x 7 이고 √3은 약 1.7321 이므로 약 121,247 초가 된다. 시간으로 환산하면 대략 33.7시간이 걸린다.
- 보이저1호의 비행 경로(출처:위키미디어 공용)
그런데, 아무리 훈련을 받은 승무원이라고 하더라도 이런 가속도를 33시간 동안 계속 받고 있으라는 건 아무래도 무리다. 따라서 좀 더 효율적인 방법을 살펴보자. 우선, 전체 우주 여행 시간을 고려할 필요가 있다. 지구에서 가장 가까운 항성인 센타우루스 알파의 동반성 프록시마까지 간다고 하더라도 4.2 광년을 가야 한다. 즉, 빛의 속도로 4년을 넘게 비행하여야 하는 것이다. 그러니 초기 가속 시간을 몇 개월에 거쳐 넉넉히 가져 간다고 하더라도 문제가 될 것은 없어 보인다. 대신 보이저1호가 이용한 중력 보조 기술을 사용하면 자연스럽게 가속도를 얻을 수 있다. 목성을 경유하면서 목성의 중력을 이용하여 속도를 더하는 것이다. 이 방법은 연료의 절약에도 큰 도움이 된다.
이렇게 주변 행성의 중력을 이용하면서 하루에 한 시간 정도 가속하면 한달이 좀 더 걸려서 광속에 도달하게 된다. 이제 몇 년 동안 거주하면서 생활할 수 있는 우주선과 이렇게 거대한 우주선을 가속시킬 수 있는 강력한 엔진과 에너지원만 있으면 된다. 지금이야 이 부분이 더 해결 난망일 수 있겠지만 언젠가는 이런 기술이 생길거라 믿어보기로 하고 넘어가자.
속도에 관해서만 생각하면 목적지에 도착할 때 감속 기간 역시 가속기간과 같거나 더 길어야 한다는 점이 문제가 된다. 속도를 올리는 가속도를 인체가 견딜 수 없는 만큼 감속도 물론 견디기 힘들기 때문이다. 또한 감속하는 동안에도 우주선은 계속 비행하고 있으므로 목적지를 지나치거나 혹시라도 감속 거리를 잘못 계산하는 낭패를 보지 않아야 할 것이다. 태양계 가장 밖에 있는 행성인 해왕성의 공전괘도의 반지름은 30AU로 약 45억 Km 나 되지만 광속으로 비행하는 우주선은 약 4시간이 좀 더 지나면 이 거리를 통과해 버릴 것이기 때문이다. 물론, 광속으로 여행하는 우주선은 승무원의 안전을 위해 절대로 급제동을 사용할 수 없다. 목적지에 정지하려면 항성의 인력을 이용하여 몇차례 공전하면서 감속하여야 할 것이다.
이렇게 글을 쓰는 사이 보이저 1호는 33년 9개월에 걸쳐 175억 Km를 여행하여 태양권계면에 도달하였다. 어렸을 적 보이저 1호가 보내온 토성의 모습에 넋을 빼 놓았던 기억이 새삼스럽다. 보이저 1호는 시속 6만1,155 km 로 비행하고 있고 이것은 광속의 0.3%에 불과하다. 그래도, 이 장엄한 우주속을 여행하는 항해자(Voyager)가 앞으로도 순항하기를 바래본다.
- 보이저1호(출처:위키미디어 공용)
2 같이 보기[ | ]
3 참고[ | ]
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