지구를 벗어나기 위한 노력, 탈출속도로 가능하다 [지식용어]

[시선뉴스 김지영 / 디자인 이연선 pro] 세계적인 물리학자 스티븐 호킹 박사는 지난 2016년 이런 말을 했다. “지구를 탈출하지 않고는 인류가 또 다른 1000년을 살 수 있을 것으로 생각하지 않는다”. 이 말인 즉, 그는 지구가 향후 1000년 정도만 더 존재할 수 있을 것이라고 예상한 것이다.

하지만 이 시대를 살고 있는 우리는 맨몸으로 지구를 탈출할 수 없다. 그 이유는 바로 지구상에 ‘중력’이 존재하기 때문이다. 공을 하늘 위로 아무리 세게 던져도 다시 땅으로 떨어지는 것처럼 우리도 아무리 지구 밖으로 나가려 해도 중력은 우리를 나가지 못하게 붙잡는다.

물론 정확하게 말 해 탈출을 할 수는 있지만, 중력을 이기고 지구 밖으로 탈출하기 위한 조건은 존재한다. 바로 ‘탈출 속도’이다.

‘탈출 속도’는 천체의 인력을 벗어나 무한히 먼 곳까지 갈 수 있는 최소한의 속도를 말한다. 천체 중력의 크기와 그 천체로부터의 거리에 따라 이 속도는 다르지만, 보통은 천체의 표면으로부터의 탈출 속도를 말한다. 대기의 존재를 무시하고 지구의 자전이나 다른 천체의 영향도 고려하지 않은 채, 이 속도를 지구 표면으로부터 계산하면 지구의 경우는 초속 11.2km가 탈출속도이며 다른 행성에서의 탈출 속도를 보면 달을 탈출하는 속도는 초속 2.37km, 목성은 초속 61.5km이다.  

다만 지구가 자전 한다는 점을 간과할 수 있다. 따라서 지구를 탈출하려고 할 때 이 자전 속도가 더해지면 더 쉽게 중력의 영향으로부터 벗어날 수 있다. 만약 적도에서 출발해 지구를 탈출하려고 한다면 지구 자전 속도인 초속 0.5km의 속도를 뺀 초속 10.7km의 속도로도 지구를 탈출할 수 있게 된다.

한편 지구 탈출 속도는 다른 말로 ‘제 2 우주 속도’라고도 부른다. 그런데 이 제 2 우주 속도의 경우, 지구 중력은 벗어날 수 있으나 태양 인력으로부터는 탈출할 수 없다. 그래서 이 속도로 쏘아 올린 인공위성은 지구처럼 태양 주위를 공전하게 된다. 이 밖에 ‘제 1 우주 속도’는 초속 7.9km로 인공위성을 쏘았을 때 지구에 떨어지지 않고 계속 돌 수 있는 속도를 말한다. ‘제 3 우주 속도’는 태양계마저 벗어날 수 있는 속도로 초속 약 42.5km이다.

이 식대로라면 1초에 11km를 갈 수 있는 빠르기여야 지구를 탈출할 수 있다. 이는 1시간에 40,320km를 이동한다는 말인데, 약 4만km인 지구 한 바퀴를 1시간 만에 돈다는 것과 같다. 즉 지구를 탈출하려면 1시간 만에 지구 한 바퀴를 돌 수 있는 빠르기의 로켓 혹은 우주선이 있어야 한다는 의미다. 그런데 아직까지 이런 속도를 내는 기술이 없다. 또한 이런 기술이 있다고 해도 지구에는 대기가 존재하므로 우주선과 로켓의 빠른 속도와 대기권이 마찰해 이들은 결국 불에 타버릴 것이다.  

그러나 현재 지구를 탈출하기 위한 시도들은 계속되고 있다. 사람들의 끝없는 호기심과 연구로, 과거 그저 미지의 세계였던 우주를 여행할 수 있는 상업용 우주선이 만들어 지고 있다. 100년 전 만 해도 하늘을 나는 것은 상상 속에서만 가능했지만 지금은 비행기의 발명으로 하늘을 날아다니며 다른 나라를 여행하고 있다. 우주선의 개발이 이뤄지고 있는 지금, 과연 지구를 벗어나 무한하고 광활한 우주 속 다른 행성으로의 여행이 가능해지게 될지 궁금해진다.