인공위성(Man-made Satellites)  
지난 반세기, 대형 로켓 엔진이 개발되면서 기술의 상징으로 우주 탐사는 최고의 관심사가 되었다. 오늘도 국가 간 경쟁은 매우 치열하다. 그동안 국가마다 쏘아 올린 우주선은 통신용, 기상용, 첩보용 등 수없이 많다. 우리나라도 최근 자체 기술로 개발된 위성들을 성공적으로 지구 궤도에 올려놓았다.

이 순간에도 이 위성들은 잠시도 쉼 없이 지구 궤도를 돌며 주어진 임무를 수행하고 있다. 마치 하늘을 날고 있는 비행기를 공중에서 정지시킬 수 없는 것처럼 어느 우주선도 우주 공간에 잠시도 멈춰 세울 수가 없다. 이 우주선들은 모두가 운동 법칙에 따라서 정확히 비행한다. 이들 어느 것도 저절로 이뤄진 것은 단 하나도 없다. 물론 수명이 다 되어 더는 사용할 수 없게 되면 지구의 중력 때문에 대기권으로 추락하면서 타버리고 남은 잔재가 지표로 떨어지게 된다.  하지만 예외 없이 모두가 법칙에 따라 주어진 운동을 한다.

지상에서 쏘아 올린 우주선이 일정한 높이로 올라가 목표한 궤도에 진입하면 그 궤도를 유지하게 된다. 이때 우주선은 지구 중력으로 아래쪽에서 당기는 힘(구심력)과 우주 바깥으로 나가려는 가상의 힘(원심력)이 동일하도록 특정한 속도로 맞춰지고 그 속도를 유지하게 된다. 

엄격히 조율된 인공위성  
여기서 우주선의 중력과 가상의 원심력이 팽팽하게 균형을 이루며 원주 방향으로 달리는 속도를 ‘임계 속도’라고 한다. 이 속도보다 느려지면 우주선은 지구 쪽으로 떨어지게 되고 반대로 더 빨라지면 먼 우주 공간으로 멀어지게 된다. 그러므로 모든 우주선은 이 속도를 정확히 계산하고 설정해 주어야 한다. 만일 대기의 저항이나 외부의 간섭이 없다면, 우주선은 같은 속도를 유지하고 동일한 궤도를 항구적으로 돌게 된다. 마치 지구가 태양의 궤도를 계속 공전하는 것처럼 말이다.

유인 인공위성 ISS
인공위성 중에 국제 우주 정거장(ISS)은 유인 우주선이다. 이 우주선은 지구 상공 약 350km 높이의 궤도를 비행한다. 일단 궤도에 올려졌을 때 제일 먼저 이 고도를 유지하는 데 필요한 속도를 찾아야 한다. 다시 말해 이 속도는 우주선의 구심력과 원심력이 균형을 이루는 특정 속도이다. 우주 정거장(ISS)은 초속 약 8km로 계산되며, 따라서 우주 정거장은 이 속도로 조율되어 동일한 궤도를 유지하며 비행하게 된다. 

그 결과 매 90분마다 지구를 돌게 된다. 여기서 한가지 주목할 점은 우주 정거장이 위치한 이 고도에는 희박하지만, 어느 정도 대기가 있다. 그래서 우주선은 저항과 마찰을 받게 된다. 이 때문에 고도가 달라져서 가끔 추진 엔진으로 궤도를 보정해 줘야 한다. 물론 공기 저항이 없다면 우주 정거장은 영구적으로 지구 궤도를 돌 것이다.

어떤 인공위성은 지구의 상공에 고정된 위치를 유지한다. 소위 정지 위성들이다. 이들은 지구의 적도 상공 3만 6천 km에서 지구의 자전 속도와 같은 원주 속도로 조율돼있다. 그래서 지구 상에서 볼 때 고정된 위치에 있는 것처럼 보인다. 하지만 이 위성들도 초속 3km 속도로 24시간 주기로 지구를 공전한다. 이렇게 모든 인공위성은 태양계 행성들처럼 모두 우주 공간에 주어진 속도로 일정한 궤도를 달리고 있는 것이다. 지금까지 각국이 다양한 위성들을 개발하고 발사하여 현재 수천 개의 인공위성들이 지구 상공을 돌고 있다. 모두가 역동적인 움직임이다.

우주선의 하루
여기서 흥미로운 것은 우주선 안에 있는 사람들이다. 우주선은 총알보다 빠르게 달려서 하루에도 지구를 16번이나 돌고 있다. 그럼에도 이들은 이 속도를 느끼지 못하며 일과를 보낸다.  물론 우주선 안에서는 자유낙하 원리로 무중력을 경험한다. 따라서 지상에서처럼 체중이나 물건의 무게를 느끼지 못한다. 아무리 크고 무거운 물체라도 말이다. 또 위와 아래 기준이 없다. 그래서 어느 방향으로도 눕고 서고 일 할 수 있다. 전혀 불편함이 없다. 그리고 지구에서의 일상과 같이 지낸다. 이는 지구가 엄청난 속도로 태양 주위를 공전하지만 우리가 인식하지 못하는 것과 같다.

우주정거장 우주선에는 최대 6명까지 거주할 수 있다. 이들은 주어진 우주 탐사 임무를 수행하느라 바쁜 일정을 보낸다. 아침 6시에 기상하여 그날의 일정을 점검하고 아침 식사를 하고 점심, 저녁 식사 그리고 샤워를 하고 독서를 하거나 영화를 보고 9시 취침한다. 마치 지상에 있는 사람들처럼 지낸다. 이들은 약 6개월 동안 이렇게 우주선에서 지내다가 임무를 마치고 지구로 귀환하게 된다.

우주선에서 하루의 길이?
그런데 우주선 내에서 하루를 어떻게 정해야 할까? 지상에서 하루는 해가 뜨고 지는 지구의 자전 주기이다. 그 주기가 시계로 24시간이고 그래서 지상에서 하루는 24시간이다. 지구의 위성인 달은 약 38만 킬로미터 상공에서 지구를 돈다. 달이 지구를 선회하는 주기가 29.5일로 한 달에 대한 정의이다. 

그렇다면 우주 정거장의 주기는 90분인데 이 주기를 우주선의 하루로 해야 하는 것 아닐까? 물론 우주선의 하루는 지구 자전과는 무관하다. 하지만 승무원들은 지상에서처럼 24시간을 하루로 설정하고 지낸다. 

여기서 궁금한 질문이 있다. 현재 우리가 알고 사용하고 있는 아침(morning)과 저녁(evening), 낮(day time)과 밤(night), 하루(day), 그리고 계절(seasons)과 일 년(year) 등 이들을 누가 어떻게 결정한 것일까? 사실 이 시간에 관한 한 모든 기원은 사람이 결정한 것들이 없다. 이 모두 성경의 창세기에서 그 답을 찾을 수 있다.

“하나님이 빛과 어둠을 나누사 하나님이 빛을 낮(day)이라 부르시고 어둠을 밤(night)이라 부르시니라. 저녁(evening)이 되고 아침(morning)이 되니 이는 첫째 날(day)이니라 (창 1:4b-5), 

“하나님이 이르시되 하늘의 궁창에 광명체들이 있어 낮(day)과 밤(night)을 나뉘게 하고 그것들로 징조와 계절(seasons)과 날(day)과 해(year)를 이루게 하라” (창 1:14).

우주 탐사의 교훈
오늘날 기상 위성을 통하여 더욱 정확한 일기 예보가 가능해졌다. 또 통신 위성을 통하여 지구상 어디서나 무선 통화가 가능하다. GPS위성으로 위치도 추적이 가능하고 항공기 운항이나 자동차 운전에 이르기까지 얼마나 편해졌나! 이제는 인공위성이 없는 일상을 생각할 수 없게 되었다. 이렇게 우주 탐사를 통하여 수많은 유익을 얻고 있다. 그런데 무엇보다 우주 탐사로 배운 한가지 사실은 우주가 매우 역동적인 세계라는 점이다.

앞서 설명한 바와 같이 다이내믹한 체제는 운동의 법칙으로 정확히 표현되고 또 설명될 수 있다. 다시 말하지만 다이내믹에 관한한 우연이나 저절로와 같은 단어로 설명할 수 없다. 마치 돌고 있는 팽이를 보고 아는 것처럼 처음에 의도적인 입력이 있었음을 부인할 수 없다. 모든 우주선이 과학 기술자들의 지혜의 결과이듯, 마찬가지로 그 역동적 움직임은 필연의 결과이다.

다음 호에서 다루게 될 지구와 달, 그리고 태양과 그 행성들도 우주선들과 마찬가지이다. 모두가 엄격한 질서로 주어진 속도로 정해진 궤도를 제각기 달리고 있다. 그러면 태양계 행성들과 위성들의 궤도와 속도 그리고 방향이 어떻게 정해진 것인가? 

다시 언급하지만 동력학의 관점에서 이는 정확한 계산으로 그 값을 설정해 주어야 한다. 이는 우주가 스스로 폭발하여 저절로 이뤄졌다고 주장하는 빅뱅(대폭발) 이론이 얼마나 실제 사실과 거리가 먼 주장인지 반증해 준다. 

한편, 창조를 말하고 있는 성경은 21세기 과학 시대 첨단 과학으로도 알지 못하는 매우 흥미로운 사실들을 기록하고 있음이 놀랍다. 다음 호에서는 우리가 거주하고 있는 지구가 얼마나 역동적이고, 또 특별한 행성인지 자세히 나누려고 한다. 

“해와 달아 그를 찬양하며 밝은 별들아 다 그를 찬양할지어다. 하늘의 하늘도 그를 찬양하며 하늘 위에 있는 물들도 그를 찬양할지어다. 그것들이 여호와의 이름을 찬양함은 그가 명령하시므로 지음을 받았음이로다. 그가 또 그것들을 영원히 세우시고 폐하지 못할 명령을 정하셨도다” (시 148:3-6).
 

* 이동용 박사(항공우주 공학박사, 창조과학선교회 강사, MCC & ECC 물리학 교수), 저서: The Universe of Dynamics-Fearfully & Wonderfully Made in Awesome Harmony!