태양광선으로 적선을 불태운다! 아르키메데스의 고대 무기 '죽음의 광선'은 실현 가능했나?!

태양광선으로 적선을 불태운다! 아르키메데스의 고대 무기 '죽음의 광선'은 실현 가능했나?!

고대 그리스 천재 아르키메데스(Arkhimedes. 그리스의 수학자·물리학자, 원주율 계산이 유명하다). 그는 기원전 287년경 시칠리아 섬의 시라쿠사(Siracusa. 이탈리아 시칠리아섬 동쪽 연안에 있는 상공업∙항만 도시)에서 태어나 기원전 212년에 사망하기까지 많은 수학적 발견과 발명을 남겼습니다.

아르키메데스라고 하면, 목욕중에 부력의 원리를 발견하고 「유레카!(알았어!)」라고 외치며, 벌거벗은 채 밖으로 뛰쳐나왔다는 이야기로 유명합니다.
그런데 그는 로마군과의 사이에 발발한 전쟁에서 시라쿠사(Siracusa)의 거리를 지키기 위한 무기개발을 요청받았습니다.

아르키메데스(도메니코 페티, 1620년)

그 속에서 만들어낸 것으로 알려진 것이 「죽음의 광선(death ray)」입니다.
이는 거대한 거울로 태양광을 집광해 적선에 조사함으로써 화염에 휩싸이게 한다는 것이다.

역사가들은 오랫동안 '아르키메데스의 죽음의 광선은 실제로 존재했는가, 또 실제로 존재했다고 해서 정말 화염을 일으킬 수 있었는가'라고 논쟁을 벌여 왔습니다.

그러나 최근 수십 년간의 연구로 죽음의 광선은 실현 가능했다는 것이 밝혀지고 있습니다.

◆ 아르키메데스의 지혜가 담긴 시라쿠사 포위전은?
아르키메데스가 살았던 시대에는 고대 그리스와 로마군 사이에 끊임없는 전쟁이 벌어졌습니다.
특히 기원전 3~2세기 중반에 세 번에 걸쳐 일어난 '포에니 전쟁'은 그 가장 큰 싸움 중 하나였습니다.

이것은 한마디로 로마군과 카르타고(북아프리카에 번성한 페니키아인의 국가)가 서지중해의 패권을 놓고 싸운 싸움입니다.
(포에니라는 명칭은 로마인이 카르타고인의 호칭할 때 사용하던 말)

 

1차~제3차 포에니 전쟁의 영토 변천(녹색:로마, 오렌지:카르타고), 이탈리아 남부에 있는 시칠리아 섬

이 싸움에 아르키메데스가 있던 시라쿠사도 휘말리는데, 제1차 포에니전쟁에서 시라쿠사는 로마 측과 동맹을 맺었습니다.
그런데 시라쿠사는 제2차 포에니전쟁에서 그것을 해체하고, 반대로 카르타고와 동맹을 맺음으로써 로마군에게 포위당하게 됩니다.

이렇게 발발한 것이 시라쿠사 포위전(BC 214~BC 212)입니다.
로마군과 싸우면서 시라쿠사군은 아르키메데스에게 도시를 지키기 위한 무기 개발을 의뢰했습니다.

유명한 것은 아르키메데스의 갈고리(Claw of Archimedes)입니다.

아르키메데스의 갈고리에 침몰시키는 로마함(1600년경 벽화의 일부) /  아르키메데스의 갈고리 이미지

아르키메데스의 갈고리손에 침몰시키는 로마함(1600년경 벽화의 일부) / / Credit: ja.wikipedia

이것은 요새(성채) 가장자리에 설치한 크레인 모양의 팔 부분 끝에 금속 갈고리를 설치하고, 그것을 가까이 온 적선에 걸어 들어올려서 전복시키는 것이었습니다.

이미지로서는 아래 그림과 같이 크레인에 장착한 끈을 사람과 가축으로 뒤로 당겨서 갈고리 팔을 들어올렸을 것으로 보고 있습니다.

그리고 또 하나, 역사가들 사이에서 크게 주목받아 온 것이 죽음의 광선(death ray)입니다.
이에 대해서는 2세기의 저술가 루키아노스가 아르키메데스는 거울을 이용하여 적선에 차례로 불을 질러 격퇴했다고 하는 기록이 남아 있습니다.
그러나 이후의 역사가들과 과학자들은 '죽음의 광선'이 정말 실현 가능한지 많은 의문을 품었습니다.

특히 14~16세기 르네상스 시기 이후에 뜨거운 논의가 시작되어 프랑스의 유명한 철학자인 르네 데카르트 등은 "과학적으로 불가능하다"며 반대의 목소리를 낸 적이 있습니다.
그런데 최근 수십 년간의 연구로 '죽음의 광선'은 실현 가능했음을 시사하고 있습니다.

◆ 아르키메데스의 죽음의 광선을 만들어봤다!
'죽음의 광선'의 구조는 현대의 초등학생도 충분히 이해할 수 있는 심플한 것입니다.
간결하게 말하면, 태양광을 한 점에 집광하여 열을 발생시킨다는 것으로, 많은 사람들이 돋보기를 사용하여 두꺼운 종이에 불을 붙이는 실험을 경험해 본적이 있을 것입니다.

아르키메데스 시대에도 반짝반짝 닦은 청동거울을 이용해 태양광을 집광하는 기술은 이미 존재했습니다.

요새(성채)에 설치한 거울로 태양광을 집광하여 적선에 불을 지피다
요새(성채)에 설치한 거울로 태양광을 집광하고 적선에 불을 지피다 / Credit: ja.wikipedia

127장의 작은 거울로 빛을 모으는 실험 /  태양광을 내리쬔 후 11분 후에 점화했다!

이 '죽음의 광선'의 실증 테스트로서 초기의 것이 1973년에 그리스 과학자 팀에 의해 이루어졌니다.

이곳에서는 세로 1.5미터, 가로 1미터의 구리로 덮인 거울 70장을 설치하고, 약 50미터 앞의 로마 군함으로 보이는 베니어판 모형에 태양광을 내리쬐는데 몇 초 만에 판에 불이 붙었다고 보고하였습니다.

다만 이 실험에서는 베니어판에 타르가 발라져 있었기 때문에 실제보다 타기 쉬워졌을 가능성이 있습니다.
그래서 미 매사추세츠 공과대학(MIT)은 2005년에, 타르를 칠하지 않은 목제 모형선을 이용해 새로운 실험을 했습니다.


127장의 작은 거울을 사용하여 집광하는 실험/Credit: MIT – Archimedes Death Ray: Idea Feasibility Testing

MIT 연구팀은 사방 30cm의 작은 거울을 127장 준비해 그것들을 원호 모양으로 배열하고 30미터 앞의 모형선에 빛을 모았습니다.
그 결과 모형선 표면에 반점 모양의 그을음이 생겨 조사 후 불과 11분 만에 점화하는 것을 확인할 수 있었습니다.

한편, 하늘이 흐린 상태에서는 10분간의 내리쬐기를 계속해도 점화는 되지 않았다고 합니다.
이와 같은 결과에서 연구팀은 기상 조건만 갖추었다면 '죽음의 광선'은 충분히 실현 가능했을 것이라고 말하고 있습니다.

그러나 연구자 중에는 시라쿠사가 시칠리아 섬의 동쪽 해안에 접해 있기 때문에 효과적으로 태양광을 모으는 시간대는 아침에 한정되어 있었던 것이 아닌가 분석하는 의견도 있습니다.

그래서 '죽음의 광선'이 주무기로 기능했을 가능성은 낮고, 불화살이나 캐터필트(catapult)가 더 실용적이었을 수도 있습니다.
그리고 가장 최근이라면, 12세의 소년이 스스로 만든 축소판의 모형 세트로 「죽음의 광선」이 실용적으로 가능했던 것을 발표해, 아동과학상을 수상했습니다(CSFJ, 2024).

다른 한편, 역사적 사실을 돌아보면 시라쿠사는 아르키메데스의 분투도 허무하게 함락되었고, 포에니전쟁도 로마군의 승리로 막을 내렸습니다.
이후 로마는 공화제의 본질을 전환시켜 본격적인 로마 제국으로서 세계에서 가장 강력한 국가가 되었습니다.

그리고 정작 아르키메데스는 시라쿠사 함락 후에 로마군 사령관인 마르쿠스 클라우디우스 마르켈루스의 명령을 어겨 살해되었습니다.

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12-Year-Old Builds Replica Of Archimedes’ Death Ray – And It Works
https://www.iflscience.com/12-year-old-builds-replica-of-archimedes-death-ray-and-it-works-72875

Archimedes Death Ray: Idea Feasibility Testing
https://web.mit.edu/2.009_gallery/www/2005_other/archimedes/10_ArchimedesResult.html

THE POWER OF THE ARCHIMEDES DEATH RAY
https://csfjournal.com/volume-6-issue-4-1/2024/1/7/the-power-of-the-archimedes-death-ray

The Power of the Archimedes Death Ray