제272회 21세기 장성 아카데미(2001. 7. 13)

21세기와 우리 인간의 과제

趙 慶 哲 소장

- 한국우주연구소, 천문학 박사 -

·1929년 생

·1953년  연세대학교 물리학과 졸업

·1955년  美 더스칼럼대학교 정치학과 졸업

·1956년  美 미시간대 대학원 천문학과 졸업

·1959년  美 펜실베니아대학교 천문학 박사

·1963년  美 알렉산드리아대학교 공과대 교수

·1965년  美 NASA 최고연구원

·1965년  美 호와드대학교 교수

·1967년  美 지오노스틱사 우주과학부장

·1968년  연세대학교 이공대 교수

·1969년  同 자연과학연구소장

·1970년  과학정보기술센터 사무총장

·1973년  한국천문학회장

·1979년  경희대학교 문리대 교수, 공대학장

·1980년  경희대학교 부총장

·1984년  한국우주과학회장

·1988년  한국첨단산업센터 소장

·1994∼현재  한국우주환경과학연구소장, 한국아마추어 천문학회장,

<賞> 「국민훈장 동백장」, 「미국정부 표창」, 「체육부장관상」

<著> 「현대물리학」, 「지구과학개론」, 「우주과학」,

「우주의 신비」, 「대우주에의 도전」, 「뉴 코스모스」,

「현대우주물리학」, 「현대천문학」, 「신비의 우주」,

「날아라 우주별」 外

21세기와 우리 인간의 과제

1. 우주시대의 단계적 발전과정

2. 새롭게 펼쳐지는 제3우주시대와 새로운 인간개념

1. 지난 100년에 이룩한 우리의 성과

우리 인류는 지난 오천 년 간 이른바 문명 생활의 시기를 살아왔다. 그러나 지난 백년 동안에 거둔 여러 성과는 그 이전의 4,900년 간에 이룩한 일과 거의 맞먹는다고도 할 수가 있고, 오히려 그 이상의 발전을 했다고도 말할 수 있을 만큼의 위대한 발명들이 잇달았다. 그 중에서도 중요한 것을 몇 개 열거하자면 다음과 같다.

가. 자동차의 발명

자동차는 1886년에 다임러(Deimler)와 벤츠(Benz)에 의하여 발명이 되었다고 하지만 역시 그 발전은 지난 100년 동안에 엄청나게 이루어졌다. 100년 이전에는 말(馬)의 속도에만 의존하던 육상 운송능력은 자동차로 인해 운반수단으로써의 양(量)과 질(質)이 비약적으로 향상되었다.

이로써 자동차는 잠시라도 없어서는 안 되는 중요한 교통수단이 되었으며, 일상생활과 여러 나라의 경제 활동에 크게 기여하고 있다. 우리나라만 하더라도 인구 4,000만 명에 1,000만 대가 보급되어 있으니 가히 그 편의성은 두 말할 필요도 없거니와 속도 면에 있어서도 시속 1000km를 돌파하였다. 그 만큼 지구가 좁아진 것이다.

2. 전구(電球)의 발명

미국의 발명왕 에디슨(Edison)은 우리 인간에게 유익한 수많은 발명을 해주었다. 그 가운데에서도 특기할만한 것이 축음기(蓄音機)의 발명이다. 이것으로 인하여 우리들의 문화활동은 그 폭이 넓어졌고, 우리들의 정서생활에 절대로 필요로 하는 음악 예술은 크게 꽃을 피웠다.

또한 1903년에 에디슨이 발명한 전구는 밤의 세계를 어둠으로부터 해방시켜 주었다. 다시 말해 우리들의 하루 24시간 중 활동시간을 8시간으로부터 16시간으로 연장시켜준 것이었다. 이것 때문에 전 세계의 국민소득이 비약적으로 증가했음은 물론이요 밤의 세계도 즐거운 것으로 만들어 주었다.

3. 비행기의 발명

이것도 1903년, 미국의 라이트(Wright)형제가 인류사상 최초로 엔진을 얹은 비행기로 하늘을 나르는데 성공하였다. 이 때에 이루어진 비행거리는 불과 35m밖에 안되었지만 이 사건을 계기로 인류는 하늘을 지배하기에 이르렀으며, 전쟁의 양상도 달라졌다. 그리고 지구는 20세기 후반기에 들어서면서 일일 생활권으로 변했다.

그 뿐만이 아니다. 제트(jet) 비행기로 또한 로켓(rocket) 발명으로 이어지면서 1957년에는 최초의 인공위성 스푸트닉(Sputnik)을 날렸고, 1969년에는 유인우주선 아폴로(Apollo) 11호를 달나라까지 보내는데 성공하였다. 이리하여 우리들은 우주시대에 발을 들여놓게 되면서 활동무대를 지구로부터 태양계로 넓힐 준비를 하기에 이르렀다.

4. 원자력의 발견

아인슈타인(Einstein)에 의하여 확립된 현대물리학의 개념을 이어받아 페르미(Fermi)가 미국의 시카고(Chicago)대학에서 1942년 처음으로 원자로(原子爐)에 불을 당기는데 성공하였다. 우리들은 원자력을 꺼내는데 성공한 것이다.

이 엄청난 힘은 19세기에 발명된 다이나마이트(dynamite)의 위력에 비해 수만 수억 배나 월등한 것이었다. 이것은 곧 원자탄(原子彈)으로 만들어져 일본으로 하여금 1945년에 항복하게 하는 주요 원인이 되었다.

그러나 지구상에 평화를 가져오게 한 뒤로는 이 원자력이 앞으로 수 십년이면 고갈될 석유(石油)라는 에너지 자원을 대체할 새로운 자원으로 이용되기 시작하였다.

5. 컴퓨터의 발명

1946년, 미국의 펜실베니아(Pennsylvania)대학의 엑커트(Eckert)와 모클리(Mauchly)교수는 에니액(ENIAC)이라는 인류 최초의 현대식 컴퓨터를 발명하였다. 이 컴퓨터의 발명은 지난 50년 간의 우리 생활을 완전히 바꾸어 놓았다. 그 엄청난 양의 신속한 정보 처리와 계산 능력은 과학기술 분야는 물론 일반생활에 있어서 세계의 모든 정보를 순식간에 전달 계산해주고, 모든 사무 처리와 공장 가동의 자동화를 이루어 놓은 것이다.

19세기 말의 증기기관이 가져다준 산업혁명과 버금가는, 아니 그 이상의 인류의 문명화를 성취시킨 20세기 후반의 컴퓨터혁명은 정말로 획기적인 것이었다.

2. 앞으로 100년 간에 풀어야 할 문제

앞서 소개한 우리들의 위대한 20세기의 발명과 발견은 지난 100년 동안, 인류사회의 복지화에 이루 다 표현할 수 없을 만큼 공헌해왔지만, 한편 지난 20세기에는 예상하지도 않던 위기 문제가 21세기에는 새로 대두된다.

이러한 문제는 이미 예견된 바로 그 해결을 위한 준비작업에 들어간 것도 있지만, 보통 인력으로는 막을 수 없는 일도 나오고 있다. 다시 말해 우리 인류의 번영이 오히려 우리를 위기로 몰아 넣고 있는 셈인 것이다.

1. 환경오염

인구 증가와 이에 따르는 문명활동은 곧 환경 오염으로 연결되기 시작하였다. 우선 대기오염(大氣汚染)부터 생각해보자. 자동차와 공장 굴뚝에서부터 뿜어대는 탄산가스, 황산화물 및 질소산화물들이 어제도 오늘도 그리고 미래에는 더욱 많이 지구대기에 뿌려질 것이다.

이 때문에 우리들의 호흡에 영향을 줄 것은 물론, 지구의 온난화, 오존층 파괴 및 산성비 문제 등이 증가한다.

예를 들어 탄산가스가 주범인 지구의 온난화를 살펴보자. 태양열의 온실효과 때문에 이제는 한강(漢江)물이 얼지 않고 있다. 앞으로 100년 간 지구의 평균온도가 6℃ 상승할 것으로 예상되는데, 이렇게 되면 남·북극의 얼음이 녹아 해수(海水) 수위가 200cm 증가하여 10억에 달하는 난민이 생길 것이다.

수질 오염도 날로 심각해진다. 생활오수, 공장폐수와 축산 설비에서 나오는 오물들이 하천을 오염시켜 지금 수돗물을 직접 마시는 사람은 거의 없고 물을 사서 마시는 데에 이르렀으며, 앞으로 인구 증가에 따르는 물의 오염은 더욱 가속화될 것이다.

토질오염도 문제다. 각종 화학섬유와 농약들이 토지에 버려져 부식하지 않는데다가 생활 및 공장폐기물까지도 땅에 뿌려지고 있으니 지하수 문제와 엉키어 앞으로 적지 않은 고통을 우리들한테 줄 것으로 예상된다.

2. 인구증가 문제

지금 지구상의 인구는 65억을 넘었다. 2000년 전의 인구가 2억이었던 것을 생각하면 그리 늘지 않은 것같이 느껴진다. 하기야 지난 2000년 동안에 우리 인간들은 지구 어느 곳에선가 매일같이 전쟁을 벌여 왔었고, 지금도 계속하고 있다. 과거 2000년 동안에 전쟁이 없었던 해가 불과 27년밖에 안 된다고 하니 우리들은 서로 살상의 역사 속에서 살아온 셈이다.

그러나 인구는 계속 늘고 있고, 이 추세로 나간다면 앞으로 30년 후에는 지구상의 인구는 100억이 되고, 다시 50년 후에는 200억, 그리고 300년 후에는 1조가 된다고 내다보고 있다.

우리나라는 세계 제3위의 높은 인구밀도를 갖고 있으며, 현재 1평방km당 471명 꼴인데, 인구가 1조가 됐을 때에 우리나라의 인구밀도는 약 1평방m당 한사람이 서있어야 하는 지경에 이르니, 그 때가 오면 농경지며, 집이며 도로가 있을 수가 없이 되고 말 것이다.

3. 부존자원의 고갈

우리들은 지난 100년 동안 지구의 자연자원을 아무런 생각 없이 발굴해 썼다. 그야말로 무진장하게 매장되어 있을 것으로 여겼던 이 자원의 일부가 바닥이 나기 시작하였다는 것을 20세기말부터 알게 되었다.

그 중에서도 가장 소중하게 사용되어왔던 석유(石油)자원이 앞으로 30년이면 고갈된다는 전망이다. 석유는 모든 교통기관(자동차, 배, 비행기)의 원동력이다. 특히 우리나라에 있어서 제2의 에너지 자원인 전력(電力)도 거의 80%가 화력 즉, 석유를 이용하여 공급되고 있는 실정이다.

게다가 석유화학 제품으로 우리들의 일상생활에 필요한 용품의 과반수가 공급되고 있는데 이것이 30년, 그리고 제 아무리 아껴 쓰고 새 자원을 발견한다 하더라도 50년 이상은 공급이 불가능하다고 한다.

이 무렵, 다른 주요한 자원도 고갈된다. 니켈, 동(銅), 알미늄 그리고 납(鉛)등의 부존자원도 50년이 고비라 하니, 이 문제의 대책을 세워야 하는 일이 21세기의 과제가 될 것이다.

4. 식량 부족의 위협

1970년대에 우리나라를 강타했던 식량 부족문제를 우리들은 슬기롭게 넘겼다. 오늘날, 한국은 아직 식량 부족이란 위기를 느끼지 않고 있지만 다른 나라는 사정이 다른 곳도 있다.

예를 들어 바로 북한은 극심한 식량부족에 허덕이고 있으며 수많은 아사(餓死)자가 생겼다. WHO의 발표에 의하면 세계적으로 1년 동안 굶어죽는 사람의 수가 1,000만 명이 넘는다고 하는데, 앞으로 증가하는 인구와 아울러 이 문제는 더욱 심각해질 것이다.

우리나라도 앞으로 20년이면 식량 부족국가로 전락할 가능성이 있다고 한다. 그래서 이 문제에 대처하기 위하여 대륙단위 경작법을 도입하자는 학자의 주장이 나오기도 했다. 인공위성을 이용해서 각 대륙의 지리와 풍토조건을 조사한 뒤, 예를 들자면 한국에는 고추, 중국대륙에는 쌀만을, 그리고 미국대륙에는 보리와 콩을 심어 나눠 먹자는 것이다. 이렇게 하면 같은 땅의 넓이로 총 수확고는 1.8배로 늘릴 수가 있다는 것이다.

인구가 100억이 넘는 30년 후에는 역시 농경지를 넓혀야 한다. 예컨대 사하라사막이며 고비사막 같은 곳에 인공호수를 만들고, 흙을 덮고, 해안선을 개간한다면 현재의 16억 헥타의 농경지를 31억 헥타까지 만들 수가 있다고 하는데, 이 방법으로 약 200억까지의 인구를 지구는 부양할 수가 있다. 그러나 그 이상의 인구에 대처할 길은 없다. 그래서 이 문제도 21세기가 해결하여야할 중요한 과제인 것이다.

3. 지구 밖의 천체로 이주

우리들은 앞서 설명한 위기를 극복하기 위한 수단으로 지구 밖의 천체에 진출할 계획을 세웠다. 지구와 가장 가까운 곳에 있는 천체가 달(月)이다. 그래서 이 달의 탐사를 위하여 인간은 이미 1969년 7월21일에 사람을 처음으로 달에 보내는데 성공하였다.

1. 달나라

달의 본격적인 개발은 2025년부터 시작된다. 우선 지구를 끼고 도는 궤도에 우주정류장을 대규모로 만들고, 그 곳에서 달까지 광부와 건설 노무자들을 보낸다. 달은 지구 크기의 1/4 밖에 안 되는 작은 천체임으로 중력(重力)도 지구와 비교하면 1/6정도이다.

이 때문에 지구상에서 60kg의 체중인 사람은 달에서는 10kg의 체중이 된다. 그래서 달 표면의 대기층과 수분은 그 옛날에 우주공간으로 무산되어버렸으니 태양 빛이 비치는 곳은 물이 끓는 온도인 100℃, 그늘진 곳은 -110℃라는 혹독한 환경을 이루고 있다. 그러므로 달에는 공기도 물도 없다.

이 문제는 월석(月石)을 원자력을 이용하여 가열시켜 그것으로부터 나오는 수증기를 증류시켜 물을 얻고, 다시 물의 일부를 분해시켜 산소를 꺼내는 식으로 해결하려고 한다. 이렇게 물이 귀하다보니까 가축 같은 것들은 사육할 엄두도 못 내고 지구로부터 가루로 만들어 공급받기로 한다. 주로 작은 규모의 지하도시를 만들어 도로도 지하로 연결한다. 그러나 달의 규모가 지구 표면적의 1/20 밖에 안되니까 달에서의 생활도 350년쯤이 한도이다.

2. 화성 개발

우리 인간의 다음에 이어질 이주 목표지는 화성(火星)이다. 화성의 크기는 지구의 1/2이며, 적도 부분의 평균기온은 -28℃이다. 이것은 화성에는 대기가 지구 것의 1/10정도의 밀도로 덮여있기 때문이다. 물 공급도 그리 힘이 들지 않을 것 같다. 남·북극에 빙판이 크게 깔려 있기 때문이다.

화성 표면은 대부분 산화철 성분이 많은 돌들로 덮인 곳과 사막지대로 형성되어 있다. 옛날에는 큰 강이 흐르던 흔적도 있지만 약한 중력 때문에 공중에 모두 날려버렸으니 여기서도 주로 지하도시를 건설하여 생활하게 된다. 여기서는 약 1,200년 간 살수 있을 것이다.

3. 금성세계

다음은 금성(金星)이다. 금성은 지구의 크기와 거의 같은 96%의 지름을 가진 천체이다. 그런데 이 천체는 엄청나게 두터운 탄산가스구름으로 덮여있다. 두께는 500km, 그리고 탄산가스의 밀도도 평균잡아 지구대기의 것에 비해 200배가 넘는다.

그러다 보니 태양열이 한번 뚫고 들어가면 이 탄산가스층의 온실효과 때문에 다시 빠져 나오지 못하고 금성 표면에 축적되어 지금의 금성 표면 온도는 470℃가 넘는다. 470℃라면 납(鉛)이 녹는 온도이다. 이러한 가혹한 조건 하에서는 도저히 인간이 생활할 수가 없다.

그러나 이 문제도 식물의 호흡기구인 탄산가스를 흡입하고 산소를 내뿜는 이점(利點)을 이용하여 해결할 수 있다. 이와 같은 탄산가스의 정화작업은 우리들이 달나라에서 생활할 즈음에 시작하려고 한다. 그 기간은 약 1400년이나 걸릴 것으로 추산한다.

탄산가스층이 산소층으로 변화되면 금성표면에 축적되어 있던 열이 빠져나와 이곳은 우리들이 살 수 있는 환경을 구비한 천체로 변하게되며, 여기서는 약 1600년 간을 살 수가 있을 것 같다.

4. 소행성의 활용

지구상에서 당할 부존자원의 고갈문제는 소행성을 광석(鑛石)으로 끌어다 사용함으로써 해결하려고 하고 있다. 현재 알려져 있는 소행성의 수만 하더라도 약 20,000개가 넘는다. 가장 큰 것은 세레스(Ceres)라는 이름의 우리 지구의 달만큼이나 되는 것이 있는가 하면, 주먹만한 크기의 것도 있다.

이것들은 다양한 광물성(鑛物性)을 지닌 까닭에 적당한 크기의 것은 아예 지구로 끌어 가져와 자원으로 사용하자는 것이다. 이러한 부존자원 보완책은 2050년부터 실천으로 옮겨질 계획이다.

5. 목성을 가보다

금성 개발이 끝난 다음에는 수성(水星)이 다음 목표가 되겠지만 이 행성은 태양에 너무나 가깝게 있어서 태양풍에 노출이 되어 표면온도가 480℃나 되는데다가 여러 가지 인간이 감당 못할 입자(粒子)들이 태양으로부터 날아오기 때문에 기권하고, 화성 다음의 궤도를 돌고 있는 목성(木星)을 점검해 보았다.

목성의 크기는 지구의 11배, 그러니까 표면적의 크기는 지구와 비교하면 1,000배가 넘는다. 여기에 정착하면 장기간 체류할 수 있을 것 같은데 여기의 조건이 또 만만치 않다. 표면은 메탄과 암모니아가스 구름으로 덮여 있고 밑의 지층도 지구 지름의 3배쯤 되는 것이 모두 얼음으로 덮여 있기 때문이다.

게다가 중력도 지구 중력의 거의 3배나 가까우니까 우리들의 체중이며 모든 것이 3배가 된다. 이러한 조건은 인력으로는 극복하기가 힘들어서 목성에서의 거주는 기권하여야 하겠다.

6. 토성과 그 밖의 행성들

목성 다음의 궤도를 도는 토성(土星)은 지구의 9배나 되는 행성이다. 그러나 이 별의 지층 대부분도 역시 얼음으로 되어 있고, 표면온도는 -180℃라는 가혹한 조건을 가지고 있어, 이 곳에서도 역시 인간은 일상생활을 할 수가 없다.

다음에 이어지는 천왕성(天王星), 해왕성(海王星) 및 명왕성(冥王星)도 마찬가지로 도저히 우리들이 살수가 없는 행성들이다. 그렇다면 금성까지 개발하여 앞으로 지구에서 50년, 달에서 350년, 화성에서 1,200년 그리고 금성에서 1,600년, 도합 3,200년이면 우리 인간의 역사는 막을 내려야 하나? 그럴 수는 없는 것이다.

7. 별나라로 가자

그 다음의 목표는 태양계 밖의 별나라로 향하게 된다. 그러나 별나라는 그 거리가 문제이다. 우리 태양계에 가장 가까운 곳에 있는 별까지의 거리는 4.3광년(光年)이다.

우리 지구에서부터 태양까지의 거리는 빛의 속도로 달리면 8분 11초 밖에 걸리지 않는다. 그러나 다시 로켓으로 가게되면 13개월이 걸리고, 위의 가장 가까운 이웃별까지 로켓으로 간다면 20만년이나 시간이 소요되는 것이다.

우리가 보는 저 별들은 서로의 거리가 4∼5광년을 유지하며 약 2,000억 개의 별들이 원반 모양으로 분포되어 있다. 물론 그 중의 하나가 우리의 태양이기도 하지만 이렇게 엄청난 거리를 무엇으로 극복하여야 할까? 이 과제를 우리들은 앞으로 100년 사이에 풀어야 한다.

혹시 광속도로 나르는 우주선을 개발할 수는 없을까? 만일 아인슈타인의 상대성 원리가 진짜라면 우리들이 광속도로 달리는 순간, 시간이 정지한다. 그렇다면 성간(星間)여행도 가능하다는 뜻일까? 이러한 문제에 도전하는 것이 앞으로의 100년 간 우리들이 하여야 할 일이다.