지난 3월 미국 천문학회 학술지에 우주 나이가 6억년이었을 때 은하를 ‘알마’(ALMA) 전파망원경으로 관측했다는 연구 결과가 실렸다. 현재 우주의 나이인 138억년을 100살이라고 한다면 우주의 나이가 4살 때의 은하를 발견한 것이다. 지구 나이가 45억년이니, 이 은하는 지구가 있기 훨씬 이전에 존재했다.

천문학자들은 빛의 속도를 이용해 과거를 본다. 빛은 1초 동안 약 30만㎞를 이동한다. 태양 표면에서 출발한 빛이 우리 눈에 도달하는 데 걸리는 시간은 약 8분이다. 그러니 우리 눈에 들어온 태양의 모습은 8분 전의 것이다. 태양계에서 가장 멀리 떨어진 행성인 해왕성의 경우 우리는 약 4시간 전 모습을 보고 있는 셈이다. 만화영화에서 자주 등장하는 안드로메다 은하는 250만년 전 모습이다. 이번에 학술지에 발표된 은하는 약 130억년 전에 출발한 빛이 지금 지구에 도달한 것이다.

천문학자들은 어떻게 멀리 떨어진 은하의 거리를 알 수 있을까? 거리를 알아야 은하에서 나온 빛이 지구에 도달하는 데 걸리는 시간을 추정할 수 있다.

지구에서 멀리 떨어진 은하일수록 빠른 속도로 멀어져 간다. 이 사실은 1929년 미국 천문학자 에드윈 허블이 밝혀내 ‘허블 법칙’이라고 불리며 현대 빅뱅 우주론의 근간이 됐다.

허블 법칙에 따라 은하의 속도를 알면 은하까지의 거리를 계산할 수 있다. 은하의 속도는 도플러 효과를 이용해 쉽게 측정한다. 기차역으로 접근하는 기차의 기적 소리는 멀어져 가는 기적 소리보다 작게 들린다. 이는 멀어져 가는 기적 소리의 파장이 길어지기 때문이다. 같은 원리로 천체에서 오는 특정한 파장이 얼마나 길어졌나를 재면 그 천체가 얼마만큼 빠른 속도로 멀어져 가고 있는가를 확인할 수 있다.

천문학이 궁극적으로 답하려고 하는 질문은 ‘우주는 어떻게 만들어졌는가’이다. 이를 위해 천문학자들은 멀리 보기 경주를 하고 있다. 멀리 볼수록 더 오래된 과거를 볼 수 있기 때문이다. 우주 생성 초기를 봐야만 우주가 어떻게 만들어졌는가에 대해 정확한 답을 찾을 수 있다.

같은 밝기의 천체라도 멀리 떨어져 있을수록 어두워진다. 2013년에 완성된 알마 망원경은 지름이 12m인 50개 안테나를 동시에 사용해 이전에는 볼 수 없었던 어두운 천체들을 관측하고 있다.

현재 지상에 건설된 가장 큰 망원경은 직경이 10m 정도이다. 2022년 완공 예정인 거대한 마젤란 망원경의 직경은 25.5m나 된다. 두 거대 망원경 사업 모두 한국이 참여하고 있다. 멀리 보기 경주에 동참한 한국 천문학자들이 우주의 기원에 관한 좋은 연구 결과를 발표할 것으로 확신한다.