우주정거장은 무중력일까요?

우주정거장은 무중력상태?

TV을 보면 이따금씩 국제 우주정거장에서 우주복을 입은 우주비행사가 우주공간에서 유영하는 모습이나, 이소연 우주인이 우주정거장 안에서 떠다니며 생활하는 모습을 보았을 때 우주에서는 중력이 없다고 생각할 수 있습니다. 정말 그럴까요?

중력은?

중력은 질량이 있는 물체가 다른 물체를 끌어당기는 힘을 말합니다. 질량이 크면 그만큼 중력은 커집니다. 우리 사람에게도 중력이 있을 수 있지만, 지구라는 어마어마한 질량을 가진 물체 위에 있기 때문에 우리 사람은 강력한 지구 중력 속에 갇혀 있다고 봐야 하겠지요. 이러한 중력도 그 물체에서 멀어지면 영향을 덜 받게 됩니다. 우주정거장에 작용하는 중력은 지구 중심에서 우주정거장까지의 거리를 두 번 곱한 값에 반비례합니다. 

지구 표면에서의 중력을 1G로 나타냅니다. 우주정거장에서의 중력은 얼마나 될까요? 숫자로 나타내 볼까요?

지구의 반지름(지구 중심에서 지표면까지)은 6,400km입니다. 우주정거장까지의 거리는 지표면에서 350~400km 높이에 있습니다. 그래서 우주정거장에서의 중력은 지구표면 중력의 0.91G 정도이지요. 우리가 생각한 것만큼 중력이 없어지는 일은 일어나지 않는답니다. 

놀이공원의 바이킹이나 청룡열차, 자이로드롭 등의 놀이기구를 탈 때, 높은 곳에서 낮은 곳으로 갑자기 떨어질 때 잠깐이지만 무중력 상태를 느낄 수 있어요. 

우주정거장은 무중력일까?

그런데 우주선은 지구를 향해 곧바로 떨어지지 않을까요? 그리고 우주정거장의 우주인들은 어떻게 떠 있는 것일까요?

사실 우주정거장은 떠 있는 것이 아니라 지구를 향해 떨어지고 있다고 말할 수 있어요. 단지 떨어지는 것을 느끼지 못하고 있다고 말할 수 있지요. 그것은 떨어지기는 하지만 지구를 돌면서 떨어지고 있기 때문입니다. 우주정거장은 지구둘레를 초속 8km의 속도로 돌고 있어요.

이 속도는 정말 빠른 속도에요. 우리가 고속도로에서 시속 100km로 달리는 것과 우주공간에서 시속 28,000km로 달리는 것과 비교해보면 상상이 갈까요? 어마어마한 속도에요. 이 속도로 지구 한 바퀴를 도는 데는 90분밖에 걸리지 않아요. 우주정거장이 무중력 상태인 것처럼 느끼는 것은 우주정거장을 지구가 끌어당기는 중력과 지구둘레를 도는 원운동에 의해 우주정거장이 바깥으로 나가려는 힘(원심력)사이의 균형으로 만들어진 것이랍니다. 그래서 우주인은 그냥 우주 공간에 떠 있는 상태가 됩니다. 이러한 상태를 무중량 상태라고 합니다. 왜냐하면 중력이 없어진 것이 아니고 무게감이 없어진 것을 말하는 것이지요. 놀이기구의 높은 곳에서 갑자기 떨어질 때도 같은 느낌입니다. 우주정거장에서 우주인들에게 사용하는 무중력 상태라는 말은 사실은 무중량 상태라는 것을 알겠지요? 

그러면 무중력 상태는 없을까요?

위에서 말했듯이 중력은 질량을 가진 물체에서 다른 물체를 잡아당기는 힘이라고 했지요. 그러므로 우주 저 멀리 가더라도 별이나 행성들, 소행성, 또는 우주 먼지구름 등이 있기 때문에 질량을 가진 물체의 힘이 작용하지 않는 곳은 거의 없답니다. 중력의 영향이 작게 미칠 수는 있겠지요. 이러한 것을 미세한 중력이라고 말합니다. 

우주정거장은 영원히 돌게 될까요?

우주인은 우주정거장과 똑같이 움직이고 있기 때문에 빠른 속도는 느끼지 못한답니다. 또 우주 공간에는 공기가 거의 없기 때문에 공기가 스쳐가는 소리 같은 것은 들리지 않지요. 지구에 곧바로 떨어지지 않고 우주저편으로 날아가지도 않는 이 속도(시속 28,000km)는 공기저항만 없다면 영원히 돌 수 있어요. 그러나 우리가 우주 공간이라고 하는 지표면에서 350~400km의 높이에도 적지만 소량의 공기가 있어요. 그래서 이 공기들이 우주정거장의 속도를 늦추기 때문에 지구로 떨어지는 것이 더 빨리 진행되기도 합니다. 공기입자가 많을수록 더 빨리 하강하겠지요. 이것을 방지하기 위해 때로는 보조추진 로켓으로 밀어 올려주는 경우도 필요합니다.

우주정거장에서 일하는 우주인들이 지구에서 훈련하는 내용 중에 물 속에서 훈련하는 이유는 우주에서와 같이 무중력 공간에서 적응하는 것과 숙련되게 몸을 움직일 수 있도록 훈련하기 위해서랍니다. 

글 : 방일순(서울인왕초등학교 교사)

아이디어 팩토리가 마음에 드신다면 구독+해 주세요