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이웃집과학자

유성에서 소리가 난다고?

By 이웃집과학자

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유성에서는 어떤 소리가 날까?

출처4kodak/IStock

'쉬~익~!'

별똥별이 떨어지는 소리를 들어보셨나요? 천문학 전공서적 <우주의 본질>에 따르면 흔히 별똥별로 불리는 유성은 우주에서 온 입자가 지구의 대기를 만나 타들어가며 나오는 섬광입니다. 일부 사람들은 수세기 동안 이 유성이 ‘쉬익’ 소리를 내며 떨어졌다고 주장해왔습니다.


이 주장에 회의적인 사람들은 빛이 소리보다 훨씬 빠른 속도로 이동하기 때문에 유성이 지나간 이후 몇 분은 지나야 소리를 들을 수 있다며 비웃었습니다. 빛의 속도는 시속 10억8천만km 입니다. 이에 비해 소리는 공기 중에서 시간당 대략 1,200km를 움직입니다. 빛이 소리에 비해 90만배가 빠릅니다. 때문에 빛과 소리를 동시에 느낄 수 없는 겁니다. 번쩍하는 번개의 빛이 먼저 보이고 이후에 천둥 소리가 들리는 이치이기도 합니다.


그런데 유성이 떨어질 때 어떻게 유성의 ‘빛’과 ‘소리’를 동시에 느낄 수 있는 것인지에 대한 새로운 가설이 등장했습니다. 이 가설은 오로라가 어떻게 소리를 내는가를 밝히는 데에도 도움이 될 수 있다고 합니다. 고산지대에 거주하는 사람들은 오로라에서 소리가 났다고 주장하는 경우가 있었거든요. 핀란드나 노르웨이 등지에서도 오로라에서 '박수치는 소리' 비슷한 걸 들었다는 증언이 각 블로그나 매체를 통해 자주 소개되곤 했습니다.

전파 때문에 소리 나나?

유성은 대기에서 분해되며 엄청난 양의 에너지를 방출합니다. 또 빛의 속도로 이동하는 저주파를 만들어내기도 합니다. 일부 과학자들은 이 저주파가 소리를 내, 유성에서 소리가 들리는 거라고 추측했습니다.


전파는 물체가 진동할 때 발생합니다. 머리카락, 안경 등 모든 사물에서 발생할 수 있습니다. 이런 현상을 ‘전자음 효과(electrophonics)’라고 합니다. 이스라엘 텔아비브 대학의 대기학자이자 이번 연구의 공동 권위자인 Colin Price 교수는 “전자기파가 음파로 전환되는 것은 라디오가 작동하는 방식과 같다”고 설명했습니다. 그는 “라디오와 달리 유성의 경우 ‘자연’이 전자기파를 음파로 전환시키는 것”이라고 덧붙였습니다.

‘유성이 소리를 내며 떨어진다’고 단정 짓기는 아직 섣부릅니다. 유성이 소리를 내며 떨어졌다는 보고가 상대적으로 드물기 때문인데요. 미국유성협회의 자료를 보면 소리를 내며 떨어진 유성의 보고가 작년에는 단 40건에 불과했습니다. 또한 대부분의 관측이 ‘아마추어’가 관측한 것이라 신뢰도가 부족하다고 할 수 있습니다.


미국유성협회의 전무 이사 David Meisel은 “소리가 나는 유성에 대한 증거자료를 받아본 적이 없다”고 이야기했습니다. 게다가 ‘어떻게 유성이 저주파 파장을 만들어내는가’에 대한 해답도 아직 알아내지 못한 상태입니다.


새로운 가설 등장

Price 교수와 코넬 대학의 물리학자 Michael Kelley 교수는 이런 미스터리를 풀기 위해 한 가지 가설을 세웠습니다. 가설에 따르면 유성이 지구의 대기권으로 떨어지면서 주변 공기를 이온화시킵니다. 무거운 양전하 이온과 가벼운 음전하 전자로 분열시킵니다. 분열된 이온이 유성의 뒤를 따르고 전자는 지구의 자기장에 의해 이동 방향을 바꾸게 됩니다.


이 양전하와 음전하가 분리되면서 전류를 몰고가는 거대한 전기장을 만듭니다. 바로 이 전류가 전파를 만들어내고 전파가 음파를 만들어낸다는 게 Price와 Kelley의 가설입니다. 그들은 가설을 통해 유성의 크기와 대기를 통과하는 속도가 전파의 진동수를 결정한다고 합니다.

지난 2017년 초 다른 연구진이 유성이 소리를 동반하는 현상을 다른 가설로 설명한 일이 있습니다. 연구진은 유성의 가시광선이 머리카락이나 안경 같은 물질의 온도를 높여 물질이 진동하며 음파를 만들어낸 것이라고 설명했습니다. 하지만 Price 교수는 “이 이론이 성립하려면 아주 거대한 양의 빛이 필요하다”며 “빛이 음파를 만들어내려면 유성의 밝기가 만월 정도는 돼야 한다”고 설명했습니다.

오로라에서는 무슨 소리가 들릴까요?

출처fotolia
아직은 ‘가설’일 뿐

Price 교수와 Kelley 교수는 자신들의 가설이 오로라에서 들려오는 ‘박수치는 소리’를 설명할 수 있을 것으로 봤습니다. 한국지구과학회가 편찬한 <지구과학사전>을 보면 오로라는 ‘태양에서 날아 오는 전류성 입자가 지구 자기장에 끌려 들어와 공기 중의 입자와 부딪혀 빛을 내는 현상’입니다.

이때 태양에서 온 전기 입자가 공기의 어떤 성분과 부딪히냐에 따라 다른 빛깔을 뿜습니다. 예를 들어 질소와 충돌하면 보라색 빛을 내고 산소와 부닥치면 빨강 혹은 녹색 빛을 뿜습니다. 이는 전기 입자가 공기성분과 상호 작용하며 파장이 변하기 때문입니다.

특히 미국 북부지방, 그린란드, 캐나다 사람들이 이때 발생하는 소리를 많이 관측했는데요. 오로라 소리를 들었다는 주장은 과학자들에게 묵살되어왔습니다. 그러나 Kelley 교수는 “오로라도 전파를 만들어낼 수 있다”고 주장했습니다.

보스턴 대학의 천문학자 Meers Oppenheim 교수는 Price 교수와 Kelley 교수의 가설에 대해 “타당한 가설”이라고 언급했습니다. 하지만 약 100km 상공 대기층에서 작은 미세 입자들이 초당 50km 이상의 속도로 움직이는 것을 직접 관측하거나 실험하긴 힘듭니다. Oppenheim 교수는 “세부적인 내용도 신경을 써야한다”며 “완전한 진실을 알아낸 과학자는 없는 것 같다”고 의견을 밝혔습니다.

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