책이름 : 암흑물질과 공룡
지은이 : 리사 랜들
옮긴이 : 김명남
펴낸곳 : 사이언스북스
군립도서관에서 이번에 대여한 책들은 ‘우주와 생명’에 관한, 제법 부피가 묵직한 다섯 권이었다. 마지막으로 잡은 책이 입자물리학자 리사 랜들(Lisa Randall, 1962- )의 『암흑물질과 공룡』이다. 내게는 『천국의 문을 두드리며』에 이어 두 번째였다. 리사 랜들은 1999년 라만 선드럼과 함께 발표한 논문 「비틀린 여분 차원」으로 현대 이론물리학의 여러 난제를 해결할 수 있는 실마리를 제공한 것으로 명성이 자자했다.
6600만 년 전 폭이 최소 10킬로미터의 혜성이 지구와 충돌했다. 2억 3000만년전부터 육상을 지배했던 척추동물 공룡이 멸종했다. 모든 생물종의 4분의 3이 죽었다. 랜들은 태양계가 은하수를 통과하면서 암흑물질로 구성된 원반을 만났고, 원반의 중력이 혜성의 궤도를 이탈시켜 재앙이 촉발되었다는 가설을 내세웠다. 책은 물리학, 천문학, 지질학, 생물학 등 다양한 학문을 종합해나가는 기나긴 탐색과정이었다.
1부 ‘암흑이 지배하는 우주’는 대폭발이론, 우주급팽창이론, 우주의 조성을 소개. 암흑물질은 우주의 물질 전체에서 85퍼센트 가량을 차지. 1970년대 천문학자 베라 루빈과 켄트 포드는 보통 물질은 별들을 궤도에 붙잡아두는데 필요한 질량에서 6분의 1만 기여. 중력렌즈현상․총알은하단․우주배경복사의 음향진동으로 암흑물질 추정. 1929년 에드윈 허블은 우주가 팽창(은하들의 적색이동). 우주의 나이는 대폭발로부터 138억년. 우주배경복사는 우주 진화과정에서 첫 38만년동안 존재했던 복사. 태양은 45억 6000만년전 탄생. 태양은 초속 약 220킬로미터의 속력으로 은하를 공전. 은하 중심을 둘러싼 궤도를 한 바퀴 도는데 2억4000만년. 우리 은하의 나이는 100억년이 채 못 되었다.
2부 ‘살아 움직이는 태양계’는 유성체․소행성․혜성. 지구상 생명체의 다섯 번 대멸종, 유성체 충돌 3000만년 주기설. 태양계의 행성planet은 지구형 행성-수성, 금성, 지구, 화성과 외행성 행성-목성, 토성, 천왕성, 혜왕성. 거대 가스 행성(외행성)의 질량은 태양계 총 질량의 99퍼센트를 차지. 소행성asteroid은 유성체보다 크지만 행성보다 작은 천체. 소행성대는 화성에서 시작하여 목성 궤도를 포함하는 지점까지 뻗은 영역. 소행성체minor plant는 소행성보다 상당히 작은 천체로 행성간 공간을 움직이는 천체로 목성궤도 안쪽에 있는 천체들. 혜성comet은 카니퍼대와 겹치는 산란 원반scattered disk 영역, 그리고 태양계에서도 가장 바깥쪽에 있는 오르트 구름Oort cloud에서 온다.
유성우meteor shower는 혜성이 지구 궤도와 교차하는 바람에 버려진 물질 중 일부가 지구 궤도에 남을 때 발생. 산란 원반이 단주기 혜성 공급원, 오르트 구름은 장주기 혜성의 공급원. 1908년 러시아 시베리아 숲 퉁구스카 강 볼리드(우주에서 온 물체가 대기에서 해체되는 것)는 크기가 약 50미터로 위력은 TNT 10-15메가톤. 애리조나주 플래그스태프 근처의 미티어(혹은 배린저) 크레이터 지름은 1킬로미터. 뉴욕자연사박물관의 높이 2미터, 무게 34톤의 아나기토 운석. 다섯 번째 멸종 백악기-팔레오기(K-Pg)는 거대한 유성체의 칙술루브 충돌. 충돌체의 폭은 맨해튼 너비의 3배(지름 10-15킬로미터, 높이가 해발 9킬로미터인 에베레스트산보다 큰 물체). 최소한 시속 20킬로미터. 에너지는 TNT 100조톤. 충돌 장소는 수심 100미터 가량. 지진은 리히터 규모 10에 해당. 지구 반대편까지 해일 발생. 크레이터 ‘칙술루브’ 크레이터는 지름 180킬로미터 원형구조.
3부 ‘암흑물질의 정체’는 암흑물질과 제5의 힘. 암흑물질의 일부가 중력 이외의 상호작용하는 시나리오 “부분적으로 상호작용하는 암흑물질PIDM". "이중 원반 암흑물질DDDM"은 얇은 암흑물질 원반이 우리 은하 원반에 담겨 있는 구조. 암흑물질이 오르트 구름의 혜성들을 효과적으로 팔매질하는 바람에 혜성이 주기적으로 지구를 때리고 대량 멸종이 발생. 암흑물질이 대략 3000만년과 3500만년 사이의 간격으로 지구에 영향을 미친다는 가설. 태양계는 은하를 2억4000만년 주기로 공전, 3000만년 주기로 흔들리며 은하 원반을 통과. 얇은 고밀도 암흑 물질 원반의 조력은 태양계가 은하 평면을 지날 때마다 추가의 섭동을 겪도록 만들었고, 오르트 구름에 약하게 묶인 천체들의 일부를 흔들어 혜성 소나기를 주기적으로 발생시켰다.