우주와 하늘의 경계선은 어디에 있는가?를 전문가가 해설

우주와 하늘의 경계선은 어디에 있는가?를 전문가가 해설

지표와 우주는 벽이나 막으로 구분되지 않고 연결돼 있다는 것을 잘 생각하면 어쩐지 두려워지는 사람도 있을 것이다. 치명적인 우주방사선으로부터의 보호와 물의 순환 등 지구의 대기는 생명에 중요한 역할을 하지만 지구 크기로 보면 아주 얇은 두께밖에 되지 않다. 그런 지구의 하늘은 도대체 어디까지고, 어디부터가 우주인가 하는 소박한 의문에 대해서, 대기와 우주의 전문가가 해설하고 있다. 

 

This line, given it marks the boundary between Earth and space, not only denotes where an aircraft's limits lie, but is also crucial for scientists and engineers when figuring out how to keep spacecraft and satellites orbiting Earth successfully. "The Kármán line is an approximate region that denotes the altitude above which satellites will be able to orbit the Earth without burning up or falling out of orbit before circling Earth at least once,". 

애리조나주립대 우주물리학자 카트리나 보서트에 따르면 대기밀도는 지구에서 멀어지면서 낮아지고 조성도 변화해 가벼운 원자나 분자가 지배적일 것이라고 한다. 

대기 밀도가 낮아지면 기압이 떨어지기 때문에 비행기의 고도가 급격히 바뀌면 귀와 코를 연결하고 있는 가느다란 관인 이관에도 영향이 나타난다. 매튜 아이겔 캘리포니아대에서 대기과학을 가르치고 있는 매튜 아이겔은 과학 뉴스 사이트인 라이브사이언스에 "비행기가 이륙할 때 귀가 아플 수 있는 것은 이 기압의 변화 때문"이라고 말했다. 

고도가 올라가고 공기가 점점 얇아지면 일반 비행기에서는 양력을 얻지 못하고 날 수 없게 된다. 보사트와 아이겔 등은 이 비행기가 뜰 수 없게 되는 경계선이 지구 대기의 끝이자 우주의 시작이라고 생각한다. 

구체적으로 어느 높이가 돼야 비행기가 뜰 수 있을지는 여러 조건에 따라 달라지지만 항공 분야에 관한 많은 기관은 편의상 고도 100km의 카만 라인을 기준으로 하고 있다. 이는 헝가리 출신의 항공공학자인 시어도어 폰 카르만(영어로 읽으면 카만)의 이름을 딴 것이라고 한다. 하지만 카만 라인은 물리적인 것이 아니기 때문에 만약 누군가가 고도 100km에 도달하더라도 별다른 변화가 없을 것이며 카만 라인을 알아채지 못할 것이라고 아이겔는 말했다. 

고도 100km라는 높이는 단순히 끝이 좋을 뿐만 아니라 공학적 의미도 있다. 보사트에 따르면 카만 라인은 인공위성이 다 타거나 궤도를 벗어나지 않고 지구를 최소한 한 바퀴 돌 수 있는 다른 영역이라고 한다. 물론 인공위성은 지구를 한 바퀴 도는 것이 아니기 때문에 지구 저궤도라는 가장 낮은 영역을 도는 인공위성이라도 고도 160km 이상~1000km 이하의 곳을 날고 있지만 지구 상층 대기로 인한 저항으로 속도가 떨어지기 때문에 몇 년만 지나면 궤도를 벗어나게 된다고 한다. 

그럼 '고도 1000km를 넘으면 대기가 없어지는가?' 하면 그렇지도 않다. 보사트는 "지구 대기 흔적이 사라지려면 그보다 몇 만km 더 가야 한다. 지구 대기의 가장 바깥쪽, 즉 지오코로나를 형성하는 수소 원자는 달보다 바깥쪽으로 퍼질 수도 있다"라고 밝혔다. 

비행기는 100km까지만 날 수 있지만 기내가 여압되지 않은 비행기에 타고 있는 사람이나 하늘을 나는 새는 더 일찍 한계에 다다릅니다. 높은 산에 오르면 물이 100도보다 낮은 온도에서 끓는 것으로 알려진 대로 기압이 낮아지면 물이 기체가 되는 온도도 내려가게 되고, 급기야 체온에서도 끓게 되기 때문이다. 

이에 대해 아이겔은 "원리적으로는 동물로도 카만 라인까지 갈 수 있지만 실제로 동물들은 폐 속 액체가 끓을수록 기압이 낮아지는 지상 약 20㎞의 '암스트롱 한계(Armstrong limit)'를 넘는 고도에서는 생존할 수 없다"고 말했다. 

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Where does Earth end and outer space begin? | Live Science
https://www.livescience.com/where-earth-atmosphere-ends

Where does Earth end and outer space begin?