목성 탈출속도 59.5km

옛날 사람들은 지구를 벗어나 우주로 여행하는 상상을 많이 해 왔습니다. 특별히 지구에서 가장 가까운 천체인 달을 가고 싶어 하는 사람들이 많았습니다. 어떤 사람은 독수리와 같이 큰 새의 발목에 바구니를 묶고 달을 향해서 날아가는 상상도 했습니다. 하지만, 지상에서 높은 곳에 올라갈수록 공기가 희박해지다가 지구에서 1,000km 이상의 높이에 가면 거의 공기가 없다는 사실을 알았습니다. 이 사실을 통해 이렇게 새를 이용하여 달나라 여행한다는 것이 불가능하다는 것을 쉽게 알 수 있었습니다.

 

다음으로 생각해 낸 것이 포탄을 타고 가는 방법이었습니다. 과연 이것이 가능할까요? 이것도 곧 불가능하다는 것을 알게 되었습니다. 달까지 날아가려면 포탄이 발사되는 순간 엄청난 속도로 날아가야만 달에 도달할 수 있습니다. 만일 사람이 포탄에 타고 있으면 발사되는 순간의 그 엄청난 속도를 견딜 수가 있을까요? 사람의 몸은 거의 60~70%가 물로 되었습니다. 만일 사람이 포탄 속에 타고 이 포탄을 날려 보낸다고 하면 물주머니 같은 사람의 몸은 도저히 견딜 수가 없습니다. 아마도 포탄이 발사되는 순간 그 안에 타고 있는 사람은 생명을 잃게 되고 말 것입니다.

 

다음은 비행기를 이용하여 달나라를 여행하는 방법을 생각할 수 있습니다. 프로펠러로 된 비행기를 타다가 제트기를 발명했을 때 많은 사람들은 제트기를 타고 달나라에 갈 수 있을 것이라는 기대를 가지게 되었습니다. 제트기의 원리는 공기를 앞으로 빨아들여 강한 속도로 가스를 뒤로 방출하면서 그 힘으로 앞으로 달리게 됩니다. 그러나 제트기는 무한히 빠른 속도를 낼 수가 없습니다. 그리고 제트기도 공기가 없는 진공 속에서는 날아갈 수 없습니다. 현재 가장 빠른 제트기는 음속의 3배인 약 초속 1km 정도의 속도로 날아갑니다. 이 속도는 군대의 병사가 사용하는 개인 소총의 총알이 날아가는 속도와 비슷합니다.

 

달의 여행 방법을 가장 잘 그려낸 것은 100여 년 전인 1902년에 프랑스의 멜리어스라는 공상과학 영화에서였습니다. 이 영화를 보고 달을 여행할 수 있는 가능성이 있는 그럴 듯한 방법을 보고 많은 사람들이 놀라워했습니다. 지금 보아도 영화를 촬영한 방법이나 이야기를 만들어간 과정이 너무나 잘 만들어졌다는 생각이 듭니다. 이 영화는 줄 베른이라는 소설가가 로켓을 타고 달나라 여행을 하는 과정을 그대로 영화로 만든 것입니다. 영화에서 달나라를 가는 방법으로 로켓을 생각해 냈습니다. 이것은 지금 보아도 너무도 그럴 듯한 생각입니다.

 

이 좋은 생각이 왜 당시에는 실현되지 못하고 1969년에 이르러 인간이 달나라를 다녀올 수 있었을까요? 가장 큰 문제가 지구를 벗어나는데 엄청난 속도가 필요하기 때문입니다. 지구 중력의 영향을 벗어나 지구를 탈출할 수 있는 속도를 지구의 탈출속도라 합니다. 지구의 탈출속도는 초속 11.2km입니다. 이 속도를 내려면 로켓이 날아갈 때 엄청난 양의 연료가 필요합니다. 왜냐하면 로켓이 지상에서 발사되는 순간 계속 연료를 방출하면서 발사 후 1분 이내에 음속을 돌파해야 되기 때문입니다. 지구 주위 궤도를 돌다가 달에 가려면 지구의 탈출 속도인 초속 11.2 km로 달려야 달을 향해 갈 수 있습니다. 사람이 탄 로켓은 처음부터 빠른 속도를 내면 탑승한 우주인의 생명이 위험하기 때문에 서서히 가속을 하여 1분 이내에 음속을 돌파해야 하는 것입니다. 그렇지 않으면 올라가다가 다시 지구로 떨어지게 됩니다.

 

태양 주위를 공전하는 행성들마다 탈출 속도가 모두 다릅니다. 가장 중요한 점은 각 행성들의 중력의 크기에 따라 정해진다는 것입니다. 만약 지구에서 몸무게가 60kg인 사람은 달에서는 10kg, 수성에서는 약 22kg, 금성에서는 약 52kg, 화성에서는 약 22kg, 목성에서는 약 158kg, 토성에서는 약 69kg, 천왕성에서는 약 64kg, 해왕성에서는 약 86kg입니다. 행성마다 질량이 클수록 그 만큼 같은 무개를 가진 사람이라도 그 몸무게가 모두 다르게 됩니다. 이것은 행성에서 물체를 당기는 힘이 각각 다르기 때문인데 이런 중력의 차이에 의해 달과 각 행성들에서 탈출 속도도 다릅니다. 각각의 탈출 속도를 초속으로 보면 달이 2.4km, 수성이 4.3km, 금성이 10.3km, 화성이 5.3km, 목성이 59.5km, 토성이 35.6km, 천왕성이 21.2km, 해왕성이 23.6km 등입니다.

 

만일 우주인이 로켓을 타고 목성에 내렸다고 하면 내릴 수는 있으나 다시 목성을 벗어나기는 불가능할 것입니다. 목성의 탈출 속도가 너무 크기 때문에 목성에서 벗어날 수 없을 것입니다. 다행히 지구와 달의 탈출 속도는 목성에 비하여 작습니다. 지구 중력을 벗어나 달에 도착했다가 다시 달의 중력권을 벗어날 때는 달의 탈출 속도가 작기 때문에 어렵지 않습니다. 그런데 만일 지구가 달의 탈출 속도 만큼 작고, 달이 지구의 탈출 속도만큼 크다고 하면 아마 달 여행은 못 했을 것입니다. 달까지 가서 내리는 것은 쉬워도 다시 달에서 지구로 돌아올 수 없기 때문입니다. 만일 이렇게 달이 지구보다 더 큰 천체라면 현재의 기술로는 아마도 달을 다녀오는 것은 거의 불가능 했을 것입니다.  

 

글 : 이용복(서울교육대학교 교수)

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