역사에 숨겨진 과학자들의 열정과 비하인드 스토리

인류 최대의 미스터리, 우주 탄생! 우주의 시작점을 밝히기 위한 연구는 전 세계적으로 계속 이어져 왔다. 그리고 망원경의 발달과 함께 인간은 가장 먼 옛날의 우주 모습을 포착하는데 성공했으며 거대한 실험장치인 가속기에서 빅뱅의 순간을 재현하는 실험이 지금도 진행 중이다. 우리는 어디에서 왔을까? 이 세상은 어떻게 시작되었을까? 그 모든 질문의 시작인 빅뱅! 이제 우주 나이를 137억 년 전으로 시간을 되돌려 우주탄생의 비밀을 추적한다.

허블우주망원경, 130억 년 전의 우주를 보다

현재 우주공간을 떠돌고 있는 인류역사상 가장 특별한 허블우주망원경. 우주를 이해하기 위해 하늘로 쏘아 올린 인류 최대의 발명품이라고 할 수 있다. 우주의 나이를 밝히는데 크나큰 공헌을 한 허블우주망원경의 놀라운 관측능력으로 우리가 눈으로 볼 수 없었던 경이로운 우주의 모습과 130억 년 전 우주의 모습을 포착하는데 성공했다. 현재 알려진 우주의 나이는 약 137억 년. 과연 우리의 우주는 어떻게 시작된 것일까?

팽창하는 우주

1924년 미국의 윌슨산 천문대에서 위대한 발견이 이루어졌다. 당시 세계에서 가장 큰 망원경을 통해 우주의 기원을 밝힐 중요한 증거를 잡은 에드윈 허블. 안드로메다은하에 위치한 변광성을 찾아내어 우리 은하 외에 다른 은하가 있음을 최초로 확인했다. 이러한 은하들의 움직임을 관측해 우리에게서 점점 멀어지고 있다는 것을 알아낸다. 허블이 적색편이를 통해 알게 된 우주팽창! 지금도 우주가 팽창하고 있다면 최초 우주는 어느 한 점에서 시작된 건 아닐까?

우주의 비밀을 간직한 빅뱅

우주는 시작과 끝이 없고 항상 정적이며 영원하다는 프레드 호일의 정상우주론. 우주는 어느 한 점에서 시작되었다는 조지 가모프의 빅뱅우주론.

이 두 우주론의 논쟁은 치열했고 현재는 빅뱅우주론이 정설로 통한다. 그렇다면 그 증거는 무엇일까? 빅뱅이론을 주장했던 조지 가모프는 우주의 시간을 거꾸로 되돌려 우주 탄생 후 수소와 헬륨의 질량비가 3:1이라는 것을 알아낸다. 그리고 1960년대 벨연구소 안테나에 잡힌 잡음이 우주배경복사라는 것을 알게 되면서 빅뱅우주론은 강력한 지지를 받는다. 과연 그 잡음은 어디에서 온 것일까? 당시 잡음을 발견하고 이를 통해 노벨상을 받은 아노 펜지어스를 만나 우주배경복사의 의미와 가치를 알아본다.

빅뱅을 재현하다, CERN 연구소

건설 비용 10조 원. 건설 기간만 무려 15년이 걸린 CERN 연구소의 LHC 가속기.

둘레가 27km라는 거대한 원형 지하장치에서 우주 탄생의 출발점인 빅뱅을 재현하였다. 또한 빅뱅 후 만들어진 최초의 입자에 과학자들은 주목하였다. 우주의 대폭발, 빅뱅으로 탄생한 우주에서 물질을 이루는 원소는 어떻게 만들어진 것일까? 세계적인 우주학자 로렌스 크라우스, 짐 알칼리리 교수, 그리고 찰스 베넷 교수를 통해 빅뱅이후 우주에서 어떻게 원소가 만들어졌는지 확인해본다.

빅뱅 후 약 90억 년이 흐른 뒤, 초신성이 폭발한 잔해들이 모여 태양과 그 주변의 행성들이 형성된다. 바로 우리가 살고 있는 태양계가 탄생한 것이다. 그리고 행성들은 변함없이 태양을 중심으로 공전하고 태양은 엄청난 빛과 열을 내며 지구 생명체가 살아갈 수 있게 한다.

과연 이들에게는 어떤 법칙이 작용하는 것일까? 과학자들은 수백 년에 걸쳐 하늘을 관측해 이 수수께끼를 풀어왔다. 과학계 거장들이 풀어낸 태양과 행성들의 비밀, 그 위대한 여정을 찾아가본다.

태양계 끝을 향하여

행성 탐사의 중심기지인 나사 제트추진연구소. 35년 전 발사된 보이저 1호와 2호, 목성의 궤도를 돌고 있는 갈릴레오 우주선 그리고 토성의 궤도를 돌고 있는 카시니호 등이 전시돼 있다. 그리고 그들의 움직임을 지금도 추적하고 있다. 과연 이들은 태양계에서 어떤 것을 발견했을까? 탐사선들을 통해 태양계 행성들의 비밀스런 모습을 탐험해본다.

천동설에서 지동설로 변화한 인류의 우주관

하늘로 시선을 돌린 갈릴레오. 우주를 바라보는 또 하나의 눈, 망원경은 태양이 지구 주위를 돈다는 기존의 천동설을 뒤엎는 중요한 매개체가 되었다. 지동설이라고 불리는 오늘날의 우주관을 확립시키는 도구가 된 망원경. 피렌체 박물관에 소장된 갈릴레오의 망원경을 통해 우주의 중심은 태양이며 모든 행성은 태양 주위를 돈다는 증거를 밝혀내고자 한다. 처음 지동설을 제시한 코페르니쿠스의 혁명적 사고에서 이를 증명해가는 갈릴레오의 실험적 방법까지 인류의 우주관을 바꾼 현장 속으로 들어가 본다.

모든 만물의 에너지, 태양

지구의 모든 생명체의 에너지 원천인 태양. 태양빛과 에너지는 1억 5천만km라는 우주 공간을 날아와 지구에 생명을 불어넣는다. 지구에 빛과 열을 주어 우리가 살아갈 수 있게 해주는 태양에너지의 원리는 무엇일까? 그것은 바로 수소가 헬륨으로 바뀌는 핵융합. 이 원리를 설명하는 방정식은 아인슈타인의 E=mc²!

태양에너지뿐만 아니라 태양계의 비밀은 수백만 년의 역사를 거쳐 밝혀졌다. 행성이 도는 법칙을 알아낸 케플러. 케플러의 법칙을 중력으로 설명한 뉴턴. 그리고 뉴턴의 중력법칙을 우주공간으로 확장시킨 아인슈타인까지 과학혁명을 이끈 위대한 거장들의 발자취를 찾아가본다.

또 하나의 태양이 솟아오르다

한국産 인공태양을 연구하고 있는 국가핵융합연구소. 핵융합 반응으로 에너지를 발생시켜 지구에 활력을 넣어줄 또 하나의 태양을 재현키 위해 실험 중이다. 인류가 밝혀낸 태양에너지의 원천인 핵융합의 원리는 새로운 에너지 창출에 큰 역할을 할 것이라 기대하고 있다.

태양이 가진 신비하고 거대한 에너지의 비밀을 밝혀낸 거장들의 과학적 행보와 태양계를 탐험하는 우주 탐사선들의 경로를 통해 태양과 태양계의 미래를 추측해본다. 

우리가 살고 있는 행성 지구는 태양계에서 유일하게 물과 생명이 존재하는 행성이다. 오랫동안 인류는 지구의 기원과 나이에 대해 알지 못했다. 하지만 과학을 통해 우리는 살아 움직이는 지구와 그 오랜 생명의 역사를 조금씩 밝혀낼 수 있었다. 45억 6천만 년 전, 우주의 운석과 소행성이 뭉쳐서 탄생한 지구가, 생명의 꽃을 피우며 오늘날 푸른 행성으로 거듭나기까지... 지구를 살아 움직이도록 만드는 힘의 근원과 우리의 별 지구의 생생한 움직임을 전한다.

45억 6천만 년의 시작, 지구 역사의 출발점에 서다

스코틀랜드의 한 바닷가, 시카포인트는 지질학적으로 큰 의미를 지닌 장소다. 18세기의 지질학자 제임스 허턴이 이곳에서 지구가 아주 오랜 시간동안 만들어졌다는 증거를 발견했기 때문이다. 층과 층 사이에 시간차가 존재하는 지층, 당시 제임스 허턴의 발견이 의미하는 것은 무엇일까? 신이 과학을 지배하는 시대, 성경에 따라 지구는 6천 년 전 신이 창조했다는 주장에 맞서 지구의 오랜 역사를 추적한 과학자들의 이야기를 들어본다.

생명을 꽃 피운 물과 산소, 지구의 기원을 추적한다

물과 산소는 지구에 살고 있는 생명체들이 존재하기 위해 꼭 필요한 것. 하지만 물과 산소가 지구에 등장한 건 지극히 우연한 사건이 있었기 때문이다. 40억 년 전 암석의 증언으로 우주의 파편과 운석의 충돌로 불덩어리였던 초창기 지구에도 물이 존재했다는 사실을 알 수 있었다. 뜨겁게 달아오른 지구는 태양과의 일정한 거리를 유지하면서 물을 간직하는데 성공, 태양계에서 유일하게 생명이 움트는 기적이 시작됐다. 그리고 바로 이 생명체들에 의해 산소가 탄생하게 된다. 지구를 생명의 별로 꽃 피운 물과 산소의 기원, 45억 6천만 년 전의 우연한 사건과 고대 암석을 통해 찾아낸 물의 증거를 알아본다.

별의 생성부터 죽음까지, CG로 재현한 신비로운 원소의 탄생 과정

인류가 화학현상을 이용하기 시작한 건 기원전 15세기 전부터 불을 이용해 청동기와 철기를 만들고 오늘날의 문명을 건설했다. 인류가 생활하는 모든 것이 화학으로 이루어져 있는 오늘날, 화학발전의 토대가 된 것은 바로 한 장의 주기율표였다. 러시아의 과학자 멘델레예프가 발견한 원소들 간의 규칙과 상호작용, 그리고 지구를 이루는 원소들의 탄생 과정을 CG로 재현했다. 빅뱅 이후 탄생한 수소와 헬륨, 별의 내부에서 핵융합으로 원소들이 만들어지는 과정과 무거운 원소를 생성하며 폭발하는 초신성까지... 별의 일생과 원소의 탄생과정을 풍부한 볼거리로 담아냈다.

대륙이 움직인다! 베게너의 북극 탐사 영상 공개

대륙이 움직인다는 것은 가장 상식적인 과학 지식 중 하나다. 하지만 불과 100여 년 전, 이러한 주장을 펼치다 목숨까지 잃었던 과학자가 있다. 알프레드 베게너. 기상학자였던 그는 자신의 주장을 입증하기 위해 떠났던 북극 탐사에서 얼음으로 발견됐다. 그리고 60여 년 뒤 베게너의 주장을 입증한 영국의 지질학자 프레더릭 바인을 만났다. 과연 지구가 움직이는 원리는 무엇일까? 또한 북극 탐사에서 촬영된 베게너의 영상을 공개, 진리를 추구하다 생명을 잃었던 한 인간의 과학적 소신을 살펴본다.  

찰스 다윈의 진화론이 세상에 던진 화두! 신으로부터 특별한 권위를 부여받았던 인간을 생물학적 대상에 내려놓기까지 인류에게 무슨 일이 있었던 걸까? 신을 중심으로 한 중세 이후, 보다 과학적인 생명의 탐구가 시작됐다. 진화의 출발점이 된 생명의 기원, 그리고 오늘날 인류를 비롯한 생명체들이 존재하기까지... 생명의 시작과 진화, 그리고 멸종에 얽힌 기나긴 역사를 추적한다.

또 하나의 작은 우주, 최초의 미생물을 발견한 레벤후크의 현미경

우리 눈에 보이지 않는 작은 생명체들이 사람들에게 발견된 것은 17세기, 네덜란드의 직물상이었던 안토니 판 레벤후크가 만든 현미경을 통해서다. 길이 3cm의 작은 현미경이 270배라는 놀라운 배율 가질 수 있었던 비밀은 무엇일까? 지금은 세계에 단 9개밖에 남아 있지 않은 레벤후크의 현미경. 실제 레벤후크의 현미경을 통해 촬영된 미생물의 모습에서 중세의 과학이 겪었던 충격적인 사건을 짚어 본다.

과학 실험으로 추적하는 생명의 기원, 밀러의 실험을 만나다

생명은 무엇에서 시작되었는가? 1950년대 이에 대한 질문에 실험으로 답을 찾은 과학자가 있다. 스탠리 밀러는 초기 원시 지구의 환경을 재현하고, 생명체가 탄생할 수 있는 가능성을 실험으로 입증했다. 그가 직접 사용했던 실험 장비를 이용해 그의 제자인 화학자 제프리 바다 교수가 당시의 실험을 재현했다. 원시지구에서 생명이 시작될 수 있었던 비밀은 바로 화학적 진화였다. 무기질이 합성돼 단백질과 핵산 같은 생명체의 꼭 필요한 유기물로 진화했다는 것. 원시지구에서 이러한 화학적 진화가 가능한 이유, 생명의 시작을 추적해본다.

박테리아에서 인간이 되기까지, 진화의 열쇠 미토콘드리아

생명체들에게 꼭 필요한 산소. 하지만 이 산소에 치명적인 생명체들도 있다. 흰개미의 창자 속에 살고 있는 박테리아들도 그 중 하나다. 이것은 원시지구에 존재했던 생명체들의 공통점이기도 하다. 대기에 산소가 존재하지 않았던 원시지구, 하지만 일부 박테리아가 광합성을 시작하고 산소를 내뿜게 되면서부터 생존을 둘러싼 치열한 전쟁이 펼쳐진다. 원시 미생물들의 생존전략은 공생, 서로 먹고 먹히면서 공생을 시작한 박테리아들이 오늘날의 세포로 발달하게 된 것이다. 오늘날 우리가 숨을 쉴 수 있는 것도, 몸 안에 원시미생물의 흔적이 남아 있기 때문인 셈. 한때 세균이었던 이 미토콘드리아를 통해 인류의 기원을 추적하는 것도 가능하다. 박테리아에서 인간이 되기까지, 진화의 열쇠를 쥔 미토콘드리아의 비밀을 밝혀본다.

“살아남는 종은 강한 종도 똑똑한 종도 아닌 변화에 적응하는 종이다” - 찰스 다윈

생명의 역사는 물론 인류의 역사까지 바꾸어놓은 한 권의 책. 다윈은 세상의 모든 생명체들이 하나의 씨앗에서 출발해, 환경에 적응하면서 오늘날의 모습으로 진화했다고 말한다. 따라서 모든 생명체는 똑같이 소중하며, 환경에 맞는 최적의 진화를 거쳤다는 것이다. 출간 당시에는 사회적 논란이 일었지만, 이제 진화론은 생명의 기원으로 향하는 가장 과학적인 이론으로 인정받고 있다. 다윈이 남긴 친필 메모에 담긴 과학적 발견과 진화에 대한 경이로움, 인간이 신의 권위에서 내려와 생물학적으로 자신을 돌아보기까지의 과정을 담았다.  

약 150년 전까지만 해도 인간은 동물이나 식물이 자신과 닮은 후손을 남기는 것을 당연한 사실로 받아들였다. 그러나 멘델의 완두콩 교배실험은 유전에 대한 관점을 획기적으로 바꿔놓았다. 이를 시작으로 인류는 끊임없이 유전현상을 탐구하고 유전학이라는 학문을 통해 생명의 신비를 밝혀왔다. 인류 최초로 유전의 법칙을 발견한 멘델에서 생명연장의 꿈을 실현시키는 현대의 과학자들까지 150년 유전학사의 주요한 인물과 그 현장을 찾아간다.

유전학의 시발점이 된 완두콩과 초파리

성직자였던 그레고르 멘델은 수도원 한켠에서 완두콩 교배실험을 하여 유전물질의 존재와 함께 유전현상에 일정한 규칙이 있다는 사실을 발견한다. 그로부터 34년 후, 토머스 헌트 모건은 아무도 눈여겨보지 않던 초파리 연구를 통해 유전을 담당하는 물질이 염색체라는 사실을 입증한다. 이들의 연구는 현대유전학의 시발점이 된다.

20세기 최고의 발견, DNA 이중나선구조

모건 이후 그리피스 등의 과학자들은 염색체를 구성하는 DNA가 유전의 실체라는 사실을 새롭게 알아낸다. 유전에 대한 관심은 DNA로 좁혀졌고, 과학자들의 경쟁적인 연구 속에 비로소 DNA의 구조가 밝혀진다. 왓슨과 크릭에 의해 밝혀진 DNA 이중나선구조는 생명의 신비를 밝힌 20세기 최고의 발견으로 평가받는다. 그러나 DNA 구조의 발견 뒤에 한 여성과학자의 희생적인 연구가 숨어 있다는 사실을 아는 사람은 그리 많지 않다. 그녀의 이름은 로잘린드 프랭클린. 과연 그녀의 숨은 공로는 무엇일까?

유전적 다양성의 비밀, 유성생식과 돌연변이

인간을 비롯한 모든 생물은 부모를 닮기도 하고 닮지 않기도 한다. 왜 그럴까. 첫 번째 비밀은 유성생식에 있다. 유성생식은 감수분열이라는 독특한 과정을 통해 유전적 다양성을 이끈다. 두 번째 비밀은 돌연변이. DNA 복제과정에서 10억 분의 1 확률로 나타나는 돌연변이는 대개 생존에 불리한 결과를 낳는다. 하지만 그 반대의 경우도 있다. 특정 유전자의 변이로 에이즈 면역체계가 만들어지는 경우가 그에 해당한다. 돌연변이는 유전적 다양성을 이끄는 진화의 한 과정인 것이다.

유전학, 생명의 역사를 다시 쓰다!

2000년 인간게놈지도 초안이 발표된 후 생명연장의 꿈의 현실화되고 있다. 인간의 생명설계도인 게놈 지도를 손에 쥠으로써 질병을 미리 예측하고 치료할 수 있게 된 것이다. 유전학의 발달로 생명복제와 줄기세포 연구 분야도 빠르게 발전하고 있다. 인공생명체의 탄생도 먼 미래의 일만은 아니다. 유전학의 발달이 가져올 우리의 미래를 예측해본다.