제 9행성 찾기 | 마사오 사코 | TEDxPenn

사코 박사는 현재 가스로 이루어진 거대행성으로 추정되고 태양계 외곽에 숨어있을지 모를 제 9행성을 찾고 있습니다. 플래닛 나인은 실제라면 지구 질량의 10배 정도 될 수 있지만 태양으로부터 멀리 떨어져 있으므로 희미한 작은 점으로만 표시됩니다. 사코 박사와 학생들은 수퍼 컴퓨터를 사용하여 수백만 개의 탐지 및 배경이 되는 항성들, 은하계 및 태양계 부근의 기타 소행성들을 탐색합니다. 그것들의 발견과 본성은 우리에게 태양계의 역사와 형성에 대해 알려줄 것입니다. 그는 우주를 연구하기 위해 대형 망원경, 슈퍼 컴퓨터 및 빅 데이터를 사용하는 천체 물리학자입니다. 펜실베이니아 대학에서 수많은 교수 상을 받았으며, 저명한 교수법에 대한 린드백상 (Lindback Award)과 교육 혁신 학부장상 (Dean 's Award)을 수상했습니다.

이 강연은 TED 컨퍼런스 형식에 맞춰 개최된 별도의 지역 TEDx행사에서 발표되었습니다. 자세히 알아보기 https://www.ted.com/intl/ko/text

안녕하세요.

늦은 오후입니다.
테스트로 시작해보겠습니다.

(웃음)

얼마나 많은 행성이 태양계에 있을까요?

잘 안 들립니다.

(방청객) 여덟 개요.

여덟 개. 아홉 개 아니었나요?

아홉 번째가 뭐였죠?

무슨 일이 있었죠?

명왕성 맞습니다.

제가하고있는 몇 가지 연구에 대해
얘기해보려 합니다.

특히 실제로 태양계에
아홉 번째 행성이 있을 수 있다고

뒷받침해줄 새로운 증거에 관해
얘기해보려 합니다.

명왕성은 아닙니다.

연구가 어떻게 진행되는지
설명하겠습니다.

제 뒤에 행성들을 보고 계십니다.

보이는 것처럼 8개입니다
정확하게 답하셨습니다.

아주 훌륭합니다.

지구를 포함한 첫 번째 여섯 행성들은
오랫동안 잘 알려져 있습니다.

인간은 백만 년 정도 존재해 왔습니다.

아마도 하늘에서 봤을 겁니다.

맨 눈으로도 볼 수 있습니다.

일곱 번째와 여덟 번째 행성은
그렇게 간단하지 않습니다.

천왕성을 예로 들면
맨눈으로 거의 보이지 않습니다.

아주 어두운 장소에서

오랫동안 하늘을 쳐다보면

그것을 찾을 수 있을지 모릅니다.

해왕성은 절대 우리 눈으로
볼 수 없습니다.

우리가 알고 있는 태양계 역사로
이야기를 시작해봅시다.

제가 말했듯이 첫 번째 여섯 행성은
오랫동안 잘 알려져 있습니다.

일곱 번째 행성인 천왕성은

망원경을 이용해서
첫 번째로 발견한 행성입니다.

아마도 이 정도 크기에
책상 크기와 맞먹는 망원경입니다.

현재 19 천문 단위의

평균 거리에서 태양 주위를
돈다고 알고 있습니다.

1 천문 단위는 태양과 지구 간의
평균 거리입니다.

여덟 번째 행성인 해왕성은
매우 흥미로운 뒷얘기가 있습니다.

이 행성은 실제로 발견되기 이전에

존재한다고 예상했었습니다.

천왕성 발견 후에

물리학자와 천문학자들이 뉴튼의
중력의 법칙을 시험대에 올렸습니다.

그리고 매우 정확한 예측을

천왕성이 하늘에 있을 것이라는 가정하에

실제 관측으로 비교를 시도했습니다.

그리고 천왕성이 있어야 할 자리에

뉴튼의 중력의 법칙에 따라

정확히 맞지 않는다는
사실을 발견했습니다.

절반은 "오, 아이작 뉴튼이 틀렸어,"

절반은 "아마 뭔가가 있을 거야."
라고 말했습니다

시간이 좀 걸렸지만

결국엔 노력의 결과로 하늘의 한쪽에서

어느 날 밤 해왕성이 나타날 거라고
예측되었습니다.

천문학자들은 가서
점을 관측해야 합니다.

자, 보시라 1도 내에서

여러분의 손끝만큼 크기와
여러분 팔 길이 만큼의 거리에서

1도 안에서 발견되었습니다.

해왕성이 태양계에서 가장 외곽에있는
행성으로 여겨지고 있습니다.

그것은 30 천문 단위의

평균거리에서 태양 주변을 공전합니다.

이제 명왕성에 관해 얘기해 보겠습니다.

명왕성이 행성이 된 이래로

제가 초등학생이었을 때

명왕성은 사실 아홉 번째
행성이라고 배웠습니다.

그러나 2006년에 현재 알고 있는
왜소행성으로 강등되었습니다.

행성은 아니지만 아주 근접합니다.

명왕성을 강등시킨 사람은

칼테크의 교수인 마이크 브라운입니다.

그는 유명하지 않습니다.
뻔한 이유 때문이겠죠.

칼테크에 있는 그와
그의 동료 콘스탄틴 바티긴은

실제 우리의 태양계 외곽엔
거대한 아홉 번째 행성이 있을지도

모른다고 예측했습니다.

태양계에 있는 물체를 어떻게 찾을까요?

하늘을 보고 현미경을 가지고

측정을 합니다.
하늘 일부분이라고 합시다.

태양계 물체는 별처럼 보입니다.
점입니다.

태양계 물체를 항성들과 구별하는 것은

그들의 움직임을 통해서 합니다.

일 년에 한번 지구는
태양 주위를 돕니다.

물체 또한 태양 주위를 따라
이동합니다.

지구가 일년에 한 번
태양 주변을 공전하는 한

태양계 물체는 하늘에서
흔들리는 것처럼 보일 겁니다.

실제 움직임을 보시면
명왕성이라고 한다면 10년 넘는 기간을

뒤에 보이는 이 노란 코일처럼 보입니다.

한 바퀴를 도는데
정확히 일 년이 걸립니다.

매년 원을 그리며 돌고

동시에 명왕성은
태양 주변을 따라 이동합니다.

그럼 원운동의
복합 움직임이 얻어집니다.

그리고 한 방향으로 표류합니다.

이것이 여러분이 태양계 물체를
관찰하는 방법입니다.

칼테크의 마이크 브라운과 그의 동료가
어떻게 실제로 있을지 모를

아홉 번째 행성을 예측 했는지
얘기해보려 합니다.

이들은 지구를 포함하는
지구형 행성들입니다.

축소를 하면 저들은
가스로 이루어진 거대행성인

목성, 토성, 천왕성, 해왕성입니다.

좀 더 축소하면
한 묶음의 물체가 있습니다.

특히 여섯 개가

태양계 변두리 바깥쪽에 있습니다.

400-500배 정도의
천문 단위입니다.

여러분은 이것을 보고 말합니다.

"와, 이런 게 여섯 개나 있어."

패턴이 보이시죠?

모두 이 방향을 향해있습니다.

이들이 단지 태양 주변을 따라
궤도를 도는 임의의 물체들이었다면

임의의 방향으로 향하는
타원 궤도를 기대했을 겁니다.

이들이 발생할 임의의 확률은

여섯 개가 같은 방향을
향하고 있다는 사실과

이 형상을 기울이면

그들은 평면에 가까운
궤도를 돕니다.

마이크 브라운과
콘스탄틴 바티긴은 얘기했습니다.

"이상한데 설명할 수 없어.”

"궤도를 특정한 방향으로 인도하는
무언가가 외곽에 있어야돼."

고된 연구 끝에 결론을 지었습니다.

거대 행성이 실제로 있다면
이게 가능 할 수도 있다고 말이죠.

그들은 제 9행성이라고 불렀습니다.

정렬을 방지하는 궤도와 실제로
확장된 궤도가 존재한다면 말이죠.

이게 우리가 펜에서
시도하려는 것입니다.

펜은 큰 국제 공동연구소의 일부입니다.

그것을 암흑에너지 측량이라고 부릅니다.

저희가 이 카메라를 세웠고
칠레에 있는 망원경에 장착했습니다.

제 뒤에 있는 빛나는 큰 돔 보이죠.

칠레에 있는 4m 짜리
블랑코 망원경입니다.

저희가 세운 카메라는

말 그대로 이 정도 크기에

제 키만큼 길고 1톤 정도의 무게이며

망원경 정상의 끝에 장착했습니다.

이 카메라가 가진
특별한 점은 거대하단 겁니다.

한번에 매우 멋지고,
또렷하고, 깊은 사진으로

큰 하늘을 찍을 수 있습니다.

이는 모든 망원경이 해낼 수 없습니다.

이 카메라는 실제로
다른 이유로 세워졌습니다.

이름이 알려주듯이
암흑에너지 측량이라고 부릅니다.

우주의 진화를
연구하기 위해 세웠습니다.

우주는 어떻게 시작했는지

어떻게 확장하고 있을지

우주의 궁극적인 운명은 무엇인지

다른 200명의 천문학자가
공동연구소에서 하는 일입니다.

저와 제 동료 게리 번스틴 교수는

보았고 얘기했습니다.

"이 카메라 데이타 얻기에
매우 훌륭한데.”

"태양계에 있는 사물을 찾기 위해서
실제로 같은 데이터를 사용해도되겠어."

이것은 한 번의 노출로
카메라에 담은 사진입니다.

구형 카메라의 크기와 비교해보면

보름달 크기입니다.

여러 개의 보름달을
한 번에 찍을 수 있습니다.

5억 화소이고
8천만 달러 정도의 비용이 듭니다.

매우 값비싼 기구입니다.

매일 밤 사진을 찍고있고

아주 많은 사진을 매일 밤 찍습니다.

하늘을 가로지르는 어떤 물체를
찾으려고 시도 중입니다.

대부분의 물체는
항성이나 은하수들입니다.

항성들은 조금씩 움직이지만
은하수들은 전혀 움직이지 않습니다.

태양계 물체는 조금씩 이동합니다.

여기 있는 데이터는
저희가 소장한 0.05%의 자료입니다.

나타났다 사라지는 각 항성은
실제 새로운 것들이고

특정 부분의 하늘에서 이전에
존재하지 않았던 항성을 발견한 겁니다.

이런 항성들이 많습니다.

소장하고 있는 모든 자료를 합치면

새로 발견한 항성이
천만 개쯤 될 겁니다.

대부분 소행성이고
주요 소행성 띠입니다.

태양, 화성과 목성
사이 궤도를 움직입니다.

그러나 작고, 극히 작은 일부만

태양계 외곽에 있는 물체들입니다.

저는 이런 탐지를 했습니다.
수만개의 탐지를 가지고

점들을 연결하려고 노력했습니다.

앞에서 제가 말했듯이,
태양계 물체들은 이동하기 때문입니다.

뉴튼의 중력에 의하면 그들은
아주 특정한 궤도로 이동합니다.

저는 수많은 컴퓨터를 가지고
이런 탐지를 했습니다.

태양계 외곽에 있는
같은 물체와 상응하는

몇몇 물체들을 찾으려고 시도합니다.

이와 같은 일이 발생합니다.

여기 있는 모든 탐지를
보여드리는 게 아닙니다.

실제 태양계 물체와 상응하는

아주 외곽에 있고
명왕성 궤도 너머에 있는

물체들만 보여드린 겁니다.

카메라 3대가 한 곳을
가리키고 있는 이 작은 부분은

합계 데이터의 0.15% 정도입니다.

여기서 15개의 물체를 발견했습니다.

여기 학부학생들과
함께 작업하고 있습니다.

여기 학생들은 정말 훌륭합니다.
수작업으로 처리하라고 하면

백만 개의 점을 연결하고
일치하는 하나를 발견하려고 하면

컴퓨터가 필요합니다.

고백할 게 있습니다.

지금껏 우리가 해온
이 모든 고된 작업에도 불구하고

제 9행성을 발견하지 못했습니다.

그것을 발견했다면
전 여기 없었을 겁니다.

(웃음)

흔치 않은 흥미로운 물체 하나를
적어도 우린 찾았습니다.

그 사진을 보고 있습니다.
하찮은 작은 점입니다.

물론 화살표가 같이 있진 않습니다.

바로 우리가 발견한 작은 점입니다.

아무것도 아닌 것처럼 보입니다.

우리가 발견한 건 멀리 떨어진
왜소행성이었습니다.

명왕성처럼요.

저 멀리에 있습니다.

명왕성보다 조금 작습니다.
이것이 우리가 가진 기술입니다.

매우 멀리 떨어져 있는 물체를
우린 볼 수 있습니다.

많은 후속작업을 했습니다.

그것들의 본성을 규명하려고 했습니다.

해왕성의 궤도와 비교하면
이렇게 생긴 궤도가 있습니다.

점들이 어떻게 3일에 걸쳐
이동하는지 볼 수 있습니다.

다시 말하지만 대수롭지 않습니다.

그러나 컴퓨터는
탐지할 수 있습니다.

디디라는 명칭은
원거리 왜소행성에서 따왔습니다.

원거리 왜소행성의 약어입니다.
모음을 중간에 집어 넣었습니다.

600km 정도의
크기라는 사실을 알고 있습니다.

펜실베니아보다 좀 더 큽니다.

그런데 현재 이것은
92 천문 단위에 있습니다.

돌덩어리입니다.

펜실베니아 정도 크기이고

92 천문 단위이며
탐지할 수 있습니다.

밝기 측면에서는 그것의 현재 밝기는

양초를 가지고 비교할 수 있습니다.

달까지의 거리에서 꽂으면

그것을 탐지할 수 있습니다.

제가 말한 것처럼
아직 제 9행성을 찾지 못했습니다.

우리가 가지고 있는
데이타 절반을 조사했고

나머지 데이타를 적극적으로
조사하고 있습니다.

그것이 존재할까요?

잘 모르겠습니다.

우리 이미지에 있다면
확실히 찾을 겁니다.

스티븐 호킹이 말한 것처럼

발을 내려다 보는 게 아닌
하늘을 올려다봐야 합니다.

전 노력 중입니다.

전 혹시 모를 미래에 대한 희망을 갖고

제 9행성을 찾고
태양계에 대해서 좀 더 연구하면서

별들을 보려고 노력 중입니다.

시간 내주셔서 감사합니다.

(박수)