빛의 속도가 너무 느리다며 NASA의 과학자가 만든 애니메이션

빛의 속도는 우주를 이동하는 물질 중 가장 빠르다. 이것은 물론 '웜홀'이라는 우주의 이론적 존재(그리고 그 안을 파괴되지 않고 통과하는 능력)를 부정하고 있다.

C= CELERITY = TIME x GRAVITY. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Light_Speed.jpg

완전한 진공상태에서 빛의 입자 '광자'는 초속 29만 9792km, 즉 시속 10억 7900만 km로 진행한다. 이것은 놀라운 속도다. 하지만 다른 행성 특히 우리의 태양계를 넘어선 세계와 통신하거나 거기를 목표로 가려고 시도하면 빛의 속도는 좌절감을 느낄 정도로 느리다.

우주에서의 속도의 한계를 사람이 이해할 수 있도록 NASA의 고다드우주비행센터(Goddard Space Flight Center)의 행성과학자 James O'Donoghue 씨가 애니메이션을 만들었다.

애니메이션은 빛의 속도를 3가지 상황으로 나타내어 빛이 얼마나 빨리 그리고 얼마나 느리게 진행하는지를 전하고 있다.

첫 번째 애니메이션은 빛이 지구 규모에서 얼마나 빨리 진행하는지를 나타내고 있다. 지구의 적도 길이는 2만 4,901마일(약 4만 km). 대기가 없으면(공기는 빛을 굴절시켜 빛의 속도를 조금 느리게 한다) 빛은 1초에 지구를 약 7.5바퀴 돈다.

지구상에서의 빛의 속도
https://thumbs.gfycat.com/CavernousSpotlessGalapagosmockingbird-max-1mb.gif

이 애니메이션에서는 빛의 속도가 매우 빨라 보인다.

두 번째 애니메이션은 지구와 달 사이를 진행하는 빛을 표현했다.

지구와 달 사이의 거리는 평균 23만 8855마일(38만 4400km).

지구와 달 사이의 빛의 속도
https://thumbs.gfycat.com/SizzlingVariableGuineapig-max-1mb.gif

즉, 우리가 바라보는 달빛은 1.255초 이전의 것으로, 지구와 달 사이를 빛의 속도로 왕복하면 약 2.51초 걸린다.

게다가 달은 1년에 약 1.5인치(3.8cm)의 속도로 지구에서 멀어지고 있기 때문에 이 시간은 매일 늘어나고 있다(달은 끊임없이 조수간만을 통해 지구의 에너지를 빼앗고 있어 궤도는 점점 지구로부터 멀어지고 있다).

세 번째 애니메이션은 많은 행성과학자가 날마다 도전하는 과제를 나타내고 있다.

NASA는 화성탐사선 '인사이트'와 같은 우주선과 통신하거나 데이터를 다운로드할 때 빛의 속도로 밖에 할 수 없다. 리모콘 자동차처럼 우주선을 '라이브 모드'에서 조작하려면 빛이 너무 느리다.

따라서 명령은 신중하게 검토되어 사전에 패키지화된 정확한 시간에 우주공간의 정확한 위치에서 실행된다. 이렇게 하여 비로소 우주선은 목표지점에 도달한다.

지구와 화성 사이에서 가장 빠른 통신이 가능한 지구와 화성이 가장 가까운 위치에 배치되는 '최접근'이라는 시점은 약 2년에 1회 발생한다. 평균하면 최접근시의 거리는 약 3390만 마일(5460만 km)이다.

지구와 화성 사이에서의 빛의 속도
https://thumbs.gfycat.com/FalseSparseAurochs-max-1mb.gif

이 같이 최접근시에도 빛이 지구와 화성 사이를 이동하려면 3분 2초, 왕복에 6분 4초 걸린다.

하지만 평균적으로 화성은 지구로부터 약 1억 5800만 마일 떨어져 있다. 따라서 왕복통신은 평균 약 28분 12초가 소요된다.

빛은 너무 느리다

빛의 속도의 한계는 현재 지구로부터 40억 마일 이상 떨어진 곳을 날고 있는 '뉴호라이즌'과 성간우주에 도달한 보이저 1호, 2호와 같은 탐사기에게는 더욱 문제다. 태양계 밖의 우주를 생각하면 상황은 더욱 어둡다.

태양계에서 가장 가까운 외계행성 '센타우루스자리 프록시마 b'는 지구로부터 약 4.2광년 떨어져 있다(약 39.7조 km). 그러나 인류 역사상 가장 빠른 우주선인 NASA의 태양탐사선 '파커 솔라 프로브'는 시속 약 21만 3200마일로 센타우루스자리 프록시마 b까지 도달하는데 1만 3211년이 걸린다.

러시아계 미국인 억만장자가 추진하는 'Breakthrough Starshot' 프로젝트는 이 속도의 문제에 도전하려고 하고 있다. 이 프로젝트는 우표 크기 정도의 작은 우주선에 돛을 붙이고 지구에서 강력한 레이저를 조사함으로써, 외계행성 도달을 목표로 한다. 이론적으로 광속의 20% 속도를 낼 수 있다.

그러나 이 개념은 아직 이론적인 것으로 궁극적으로는 작동하지 않고 약간의 속도 밖에 나오지 않을 가능성도 있다.

우주는 엄청나게 광대하다. 우주의 나이는 약 137억 7000만 년으로 우리가 관측할 수 있는 우주의 끝은 반경이 약 453억 4000만 광년의 구형을 하고 있으며, 팽창을 계속하고 있으므로 그 거리가 증가하고 있다.

이것은 간단한 애니메이션으로 표현하기에는 너무 거대하다. 하지만 꽤 잘 설명하고 있는 일러스트가 있다. 뮤지션 Pablo Carlos Budassi가 만든 이미지는 프린스턴대학의 우주대수지도와 NASA의 이미지를 조합한 것이다.

Observable universe logarithmic illustration. https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Observable_universe_logarithmic_illustration.png

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 光のスピードはあまりに遅い、NASAの科学者が作った3つのアニメーション
https://www.businessinsider.jp/post-183477