우주와 하늘의 경계선은 어디인가? 전문가의 설명

우주와 하늘의 경계선은 어디인가? 전문가의 설명

「지표와 우주는 벽이나 막으로 칸막이 되지 않고 연결되어 있다」라고 하는 것을 잘 생각하면, 이를 어쩐지 두려워하는 사람도 있다. 치명적인 우주방사선으로부터의 보호와 물의 순환 등 지구 대기는 생명에 중요한 역할을 하지만, 지구의 크기로 보면 아주 얇은 껍질과 같은 두께밖에 되지 않다. 이런 지구의 하늘은 도대체 어디까지이고, 어디에서부터가 우주인가 하는 소박한 의문에 대해서, 대기와 우주의 전문가가 설명하는 내용이다. 

애리조나주립대의 우주물리학자인 카트리나 보사트에 따르면 대기 밀도는 지구에서 멀어질수록 낮아지고 그 조합도 변화해 가벼운 원자나 분자가 지배적이 된다는 것이다. 

대기밀도가 낮아지면 기압이 떨어지므로 비행기의 고도가 급격히 바뀌면 귀와 코를 연결하고 있는 가는 관인 이관에도 영향이 나타난다. 캘리포니아대 데이비스교에서 대기과학을 가르치고 있는 매튜 아이겔은 과학 뉴스 사이트인 Live Science에서 "비행기가 이륙할 때 귀가 아플 수 있는 것은 이 기압의 변화에 따른 것"이라고 말했다. 

고도가 높아지고 공기가 점점 엷어지면 일반 비행기로는 양력을 얻지 못해 날 수 없게 된다. 보사트나 아이겔 등은 이 비행기가 날 수 없게 되는 경계선이 지구 대기의 끝이며 또 우주의 시작이라고 생각한다. 

구체적으로 어느 정도 높이가 되면 비행기가 날지 못하게 되는지는 여러 조건에 따라 달라지지만 항공분야에 관한 많은 기관은 편의상 고도 100km의 카만 라인을 기준으로 하고 있다. 이는 헝가리 출신 항공공학자 시어도어 폰 칼만(영어 읽으면 카만)의 이름을 딴 것이다. 하지만 카만 라인은 물리적인 것이 아니기 때문에 만약 누군가가 고도 100km에 도달하더라도 별다른 변화가 없을 것이며 카만 라인을 알아채지도 못할 것이라고 아이겔은 말했다. 

고도 100km라는 높이는 단순히 끝이 될 뿐만 아니라 공학적인 의미도 있다. 보사트에 따르면 카만 라인은 인공위성이 궤도를 벗어나지 않고 지구를 최소한 한 바퀴 돌 수 있는 대략적인 영역이라는 것이다. 물론 인공위성은 지구를 한 바퀴 도는 것이 아니기 때문에 지구 저궤도라는 가장 낮은 영역을 도는 인공위성에서도 고도 160km 이상 1000km 아래에서 날고 있지만 지구 상층의 대기에 의한 저항으로 속도가 떨어지기 때문에 몇 년이 지나면 궤도를 벗어나게 된다고 한다. 

그럼 고도 1000km를 넘으면 대기가 없어지는가? 그러면 그렇지 않다. 보사트는 지구 대기 흔적이 사라지려면 그보다 몇만 km 더 가야 한다. 지구 대기의 가장 바깥쪽, 즉 지오코로나를 형성하는 수소원자는 달보다 바깥쪽으로 퍼지기도 한다"라고 말한다. 

비행기는 100km까지 밖에 날 수 없지만 기내가 여압되지 않은 비행기를 타고 있는 사람이나 하늘을 나는 새는 더 빨리 한계에 도달한다. 높은 산에 오르면 물이 100도보다 낮은 온도에서 끓는 것으로 알려진 대로 기압이 낮아지면 물이 기체가 되는 온도도 내려가게 되고, 이어 체온에서도 끓게 되기 때문이다. 

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

 

자세한 것은
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?