천문학 (박석재 한국 천문연구원장)
천문학은 우주 구조와 진화를 연구하는 기초과학이다. 천문학은 시공간에 대한 학문이기 때문에 국가의 근본이 되는 易과 표준시 등을 관리한다. 천문학은 우주를 관찰하는 학문이다. 빛은 파장이 짧은 것부터 늘어놓으면 감마선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전파 순서가 된다. 해를 비롯한 모든 천체는 이러한 종류의 빛을 제각기 다른 세기로 발산한다. 지구대기는 무해한 가시광선과 전파만을 통과시킨다. 우주를 보는 창문은 광학창문과 전파창문으로 한정된다. 이 두 창문을 통해서 관측하는 천체망원경을 광학망원경, 전파망원경이라 한다. 선진국들은 선명한 관측과 지구대기를 통과할 수 없는 파장대의 관측을 위하여 천체망원경을 인공위성에 실어 대기권 밖으로 올린다. 이렇게 우주공간에 설치된 망원경이 우주망원경이다.
광학천문학, 전파천문학 우주천문학 같이 관측을 중심으로 연구하는 천문학을 관측천문학이라 하고, 관측결과를 이론적으로 규명하는 학문을 이론천문학이라 한다. 관측천문학과 이론천문학은 모두 물리학과 깊은 관계를 유지하고 있다. 이런 관점에서 천문학을 천체물리학이라고 부르기도 한다. 은하들이 분포하는 대우주 모습을 연구하는데 가장 결정적인 문제는 우주공간의 대부분이 우리에게 안 보이는 물질이나 에너지로 채워져 있다는 사실이다. 천문학자들이 관측하는 물질은 5%정도밖에 안 된다. 또한 우주질량의 30%를 차지하는 보이지 않는 물질을 암흑물질이라 부른다. 우주론은 수수께끼의 천체 퀘이사가 발견되면서 미궁에 빠지는 듯했다. 퀘이사는 태양계만한 에너지원에서 은하의 총 밝기에 해당하는 에너지를 방출하고 있다. 이것은 거대한 블랙홀 때문이라고 추정하고 있다. 은하의 중심에 거대한 블랙홀이 존재하고 있다는 증거를 찾고 있다.
천문학을 공부하기 위해서는 교양을 두루 섭렵해야 한다. 지식이 폭 넓어지고 자신의 소신을 갖게 위해서이다. 또한 여행 등을 통해 견문을 넓히기를 권장한다. 학문은 시작하면 절대 좌절하거나 포기해서는 안된다. 현재 우리가 관측할 수 있는 가장 먼 천체는 100억 광년 거리 남짓 떨어져 있는 퀘이사와 같은 밝은 은하이다. 빛이 은하로부터 우리에게 오는데 약 100억년이라는 시간이 걸리므로 이 은하는 우주가 태어난 직후라고 할 수 있는 거의 100억 년전 과거의의 모습을 우리에게 보여주고 있는 셈이다. ‘우주는 나에게 최소한 잔머리는 굴리며 살지 말라’는 교훈을 준다. 그래서 나는 이해관계 때문에 일을 벌리지는 않는다.
지구환경과학 (장순근 한국해양연구원 부설 극지연구소 책임연구원)
지질학자 눈에는 산이 단순한 산으로 보이지 않는다. 지구 내부에 근원을 둔 습곡과 단층, 관입, 융기, 분출, 침식의 결과를 보인다. 지구환경과학은 살아 움직이는 지구, 곧 땅과 바다와 대기가 그 연구대상이다. 지구가 생긴 이래로 대륙이 몇 번이나 합쳐졌다가 분리되고 몇 차례 얼어붙던 빙하시대가 있었다. 지구내부는 지구를 만드는 물질, 바위가 녹은 마그마가 용암형태로 화구로 솟아올랐고 지구는 지진으로 흔들렸다. 그에 따라 바다와 대륙과 대기를 포함한 지구환경이 끊임없이 변했으며, 수많은 생물들이 나타났다가 사라졌다. 이처럼 지구가 생긴 다음 지구에서 일어났던 자연현상의 시간과 공간에 따른 변화들과 지구에서 살았던 생물들의 출현과 멸종을 종합해서 연구하는 분야가 지구환경과학인 지질학이다. 지질과학은 지질역사를 연구하고 인문과학인 지리는 현재 지구모습과 그곳에서 살아가고 있는 인류 모습을 연구하는 분야이다.
해양과학은 지구표면의 70.8%를 차지하며 평균깊이가 3800m인 넓고 깊은 바다가 연구대상이다. 대기과학은 땅과 바다를 포함한 지구표면을 둘러싼 대기의 변화가 주요 연구대상이다. 바다, 대기, 육지가 함께 맞물려 지구환경을 만들어 낸다. 지구환경과학은 모든 자연과학이 그렇듯이 순수연구분야와 응용분야가 있다. 응용분야는 순수학문을 기반으로 한 지식을 인류의 실재 생활에 응용하는 분야를 말한다. 지하수, 석유, 광물 같은 지하자원개발이 응용분야의 대표다.
지질학의 업적을 살펴보면 첫째 대륙이동 증명이다. 대륙이동은 20세기 초 베게너가 제안한 것을 사실로 증명한 것이다. 둘째 절대연도 측정이다. 바위와 광물의 동위원소를 분석하여 어떤 물질이 만들어진 절대시간을 정확하게 정할 수 있게 되었다. 지구 나이가 46억 6000만년이라는 것도 이렇게 알게 되었다. 셋째 생명의 기원과 발견이다. 고생물발달 체계를 파악하여 생명의 기원을 연구하였다. 넷째 광물과 암석 형성과정을 설명할 수 있게 되었다. 다섯째 지구 내부구조를 알 수 있게 되었다. 여섯째 지구자기를 연구하여 지극의 이동과 변화를 알게 되었으며 지자기 원인을 유추할 수 있게 되었다. 일곱째 동위원소를 분석하여 온도를 유추하여 주인공이 살았던 기후를 포함하여 古환경을 알 수 있게 되었다.
여덟째 깊은 바다를 굴착해 지구역사와 환경변화를 이해하게 되었다. 아홉째 6500만 년 전에 지상에서 보기 힘든 원소가 집적集積된 현상이 밝혀졌고, 지상생물 상당수가 멸종된 것이 지구에 부딪친 외계물질 때문이라는 것을 밝혔다. 열 번째 넓은 해저에 걸쳐 현무암이 1억2000만 년 전부터 4000만년 동안 ‘슈퍼플룸 super plume (열기둥)’으로 분출되었다는 사실을 밝혔다. 열한번째 인간이 지구가 아닌 행성을 탐험하면서 지질과학의 연구영역이 넓어졌다. 또 근세기 후반에 심해의 생명활동이 관찰되었다. 태양에너지가 닿지 않는 깊이 2700m열곡에서 발견된 심해 열수공의 생태계발견이다. 바다는 이산화탄소를 흡수하거나 방출한다. 수온에 따라 이산화탄소 용해도가 다른 것은 생물의 번성에 따라 소비되는 정도가 다르기 때문이다. 20세기 들어와 지구에 대한 새로운 이해와 해석이 과거 지구환경현상들을 종합한 현상이자 복합된 현상으로 이해하고 해석하게 만들었다.
지구환경과학을 공부하려면 지구를 포함한 대자연에 대한 강한 호기심과 자신이 모르는 미지세계에 대한 도전할 용기가 있어야 한다. 호기심을 발달시키려면 책이나 강의내용을 그대로 받아들이지 말고 하나하나 따져보는 마음가짐이 필요하다. 따져보면 미처 생각하지 못했고 다른 사람들이 모르는 새로운 것을 알게 되기 때문이다. 그리고 일정한 틀에 박힌 사고방식을 버리고 남들이 과거에 전혀 생각하지 않았던 새로운 사고방식이 필요하다. 앞으로 학문간 연계가 더욱 긴말해질 것이므로 지구환경과학자들은 활동영역이 단순히 땅과 바다, 대기에 국한한다고 생각하면 안 된다. 학문간 경계가 없어지고 활동분야가 지구 전체로 넓어지면서 인문과학과 사회과학, 철학도 중요해질 것이다. 지구전체 환경을 개선하고 과학과 기술을 연구하고 제품을 개발하거나 정책을 세우거나 집행하는 환경전문가로 일할 수 있을 것이다.