우주의 소리 (진공, 전파신호, 소너피케이션)

우주의 소리 (진공, 전파신호, 소너피케이션)

우주 영화에서 폭발 장면이 나올 때마다 항상 드는 의문이 하나 있었습니다. '저 소리, 실제로도 들릴까?' 처음 이 주제를 파고들었을 때 저는 꽤 오래 머릿속이 정리되지 않았습니다. 우주가 조용하다는 건 알고 있었는데, 동시에 NASA가 블랙홀 소리를 공개했다는 뉴스도 봤거든요. 둘 다 맞는 말이라는 게 처음엔 잘 납득이 되지 않았습니다.

진공 상태, 소리가 없다는 건 어떤 의미인가

우주가 조용하다고 할 때 그 조용함은 우리가 일상에서 경험하는 조용함과는 차원이 다릅니다. 소리는 공기나 물처럼 입자가 밀집된 매질(medium)을 통해 전달됩니다. 여기서 매질이란 파동이 이동하는 데 필요한 물질적 기반을 말합니다. 태양이 거대한 폭발을 일으켜도, 지구 근처에 공기가 없다면 그 진동은 전달될 방법이 없습니다.

우주 공간의 밀도는 대기권과 비교하면 실감하기 어려울 정도입니다. 지구 해수면 기준으로 공기 1세 제곱센티미터 안에 약 2.7 ×10 ¹⁹개의 분자가 있습니다. 반면 성간 공간(interstellar space)의 같은 부피 안에는 평균 1개 미만의 원자만 존재합니다. 쉽게 말해 소리가 타고 넘을 '다리' 자체가 거의 없는 상태입니다. 그러니 우주선 밖에서 폭발이 일어나도 인간의 귀에는 아무것도 전달되지 않습니다.

제가 처음 이 수치를 접했을 때 솔직히 이건 예상 밖이었습니다. 우주가 조용하다는 사실은 알았지만, 이렇게 수치로 비교하니 그 차이의 규모가 훨씬 실감 나게 다가왔습니다.

전파신호, 우주가 조용하지 않은 이유

여기서 이야기가 반전됩니다. 소리가 전달되지 않는다고 해서 우주에 아무런 신호가 없다는 뜻은 아닙니다. 전파(radio wave)는 매질 없이 진공 속에서도 빛의 속도로 이동할 수 있는 전자기파입니다. 여기서 전자기파란 전기장과 자기장이 서로 진동하며 에너지를 전달하는 파동으로, 가시광선, 자외선, X선과 같은 계열에 속합니다.

우주에는 이 전파를 끊임없이 방출하는 천체들이 존재합니다. 대표적인 것이 펄서(pulsar)입니다. 펄서란 초신성 폭발 이후 남은 중성자별이 빠르게 자전하면서 규칙적인 전파 펄스를 방출하는 천체를 말합니다. 마치 등대처럼 일정한 주기로 신호를 내보내는데, 그 정확도가 원자시계에 버금갈 정도입니다. 퀘이사(quasar)는 또 다릅니다. 퀘이사란 초거대 블랙홀이 주변 물질을 빨아들이면서 강렬한 에너지를 방출하는 은하 핵으로, 수십억 광년 떨어진 거리에서도 전파로 탐지됩니다.

제가 이 전파 목록을 처음 접했을 때, 우주가 생각보다 훨씬 역동적인 공간이라는 사실이 꽤 인상적으로 다가왔습니다. 눈으로 보면 텅 비어 고요한 공간이지만, 전파 대역으로 보면 끊임없이 신호가 오가는 복잡한 네트워크에 가깝습니다.

전파망원경이 관측하는 주요 신호 유형을 정리하면 다음과 같습니다.

• 펄서(pulsar): 중성자별이 자전하며 방출하는 규칙적인 전파 펄스
• 퀘이사(quasar): 초거대 블랙홀 주변에서 나오는 강렬한 전파 방출
• 태양풍(solar wind): 태양이 방출하는 하전 입자의 흐름이 자기장과 상호작용하며 만들어내는 신호
• 우주배경복사(CMB): 빅뱅 직후 남겨진 열복사의 흔적으로, 전 방향에서 감지됨

소너피케이션, 우주의 신호를 소리로 듣다

이쯤에서 NASA의 블랙홀 소리가 어떻게 가능한지 이해가 됩니다. 전파 신호를 사람의 가청 주파수 대역으로 변환하는 기술을 소너피케이션(sonification)이라고 합니다. 여기서 소너피케이션이란 비청각적 데이터를 소리로 바꾸어 귀로 인식할 수 있게 만드는 과학적 기법을 말합니다. 단순히 소리를 '흉내' 내는 게 아니라, 실제 전파 데이터의 주파수·세기·변화 패턴을 그대로 소리의 음높이와 음량으로 매핑하는 방식입니다.

NASA는 2022년 페르세우스 은하단 중심부 블랙홀에서 감지된 압력파 데이터를 소너피케이션으로 변환해 공개했습니다. 원래 신호의 주파수는 인간이 들을 수 없는 영역이었지만, 5700만~2억 8800만 배 높여서 가청 대역으로 변환했습니다. 그 결과물은 마치 깊은 동굴에서 울리는 것 같은 낮은 저음이었는데, 직접 들었을 때 제 경험상 이건 좀 다릅니다. 단순히 신기하다는 감정보다는, 수억 광년 떨어진 천체의 진동이 내 귀에 닿고 있다는 사실이 이상하게 실감 났습니다.

NASA 제트추진연구소(JPL)의 소너피케이션 프로젝트는 블랙홀 외에도 초신성 잔해, 성운, 행성 자기장 신호 등을 소리로 변환해 지속적으로 공개하고 있습니다. 이 작업은 단순히 대중 교육용에 그치지 않습니다. 시각 정보 외에 청각 정보를 더함으로써 데이터에서 새로운 패턴을 발견하는 데도 활용된다고 연구자들은 보고 있습니다(출처: NASA Jet Propulsion Laboratory).

전파망원경, 이 모든 신호를 실제로 어떻게 잡아내는가

우주의 전파 신호를 받아내는 장비가 바로 전파망원경(radio telescope)입니다. 전파망원경이란 가시광선이 아닌 전파 대역의 전자기파를 수집해 천체를 관측하는 장비로, 거대한 포물면 안테나가 핵심 구조입니다. 가시광선 망원경이 낮에는 태양빛에 방해를 받는 것과 달리, 전파망원경은 날씨나 낮밤에 관계없이 24시간 관측이 가능합니다.

세계 최대 단일 전파망원경인 중국의 FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope)는 지름이 500미터에 달하며, 그 감도는 이전 세대 전파망원경보다 약 2.5배 높습니다. 제가 이 스펙을 처음 봤을 때 500미터라는 수치가 잘 와닿지 않았는데, 여의도 공원 전체가 들어갈 크기라고 생각하니 그 규모가 비로소 실감 났습니다. FAST는 2016년 완공 이후 다수의 새로운 펄서를 발견하는 성과를 냈습니다(출처: FAST 공식 사이트).

전파망원경 관측의 또 다른 특징은 VLBI(Very Long Baseline Interferometry) 방식을 통해 지구 곳곳에 분산된 여러 전파망원경을 연결해 하나의 거대한 가상 망원경처럼 운용할 수 있다는 점입니다. VLBI란 서로 멀리 떨어진 복수의 전파망원경이 동시에 같은 천체를 관측하고, 신호 도착 시간 차이를 분석해 초고해상도 이미지를 만들어내는 기술입니다. 2019년 인류 최초로 블랙홀 이미지를 포착한 사건 지평선 망원경(EHT) 프로젝트가 바로 이 방식을 사용했습니다.

우주는 인간의 귀에는 여전히 조용합니다. 그 침묵은 앞으로도 바뀌지 않을 물리 법칙에 의한 것이니까요. 하지만 전파망원경과 소너피케이션 기술이 발전하면서, 우리는 귀 대신 장비로 우주의 소리를 듣는 방법을 찾아냈습니다. 직접 전파 데이터를 소리로 변환한 결과물을 들어본 후, 저는 이 분야가 단순한 교육적 흥미를 넘어선 무언가가 있다고 느꼈습니다. 관심이 생겼다면 NASA의 소너피케이션 아카이브를 직접 들어보는 것을 권합니다. 설명보다 그 소리 자체가 훨씬 많은 것을 전달해 줄 겁니다.