어린 시절, 별을 올려다보며 머나먼 세계로 향하는 우주선을 꿈꾸던 기억이 납니다. 미지의 경계를 향해 발사되는 로켓의 고전적인 이미지가 제 상상력을 가득 채웠습니다. 하지만 블랙홀 탐사라니? 그건 아무리 야심 찬 공상과학 소설이라도 상상할 수 없는 일이었습니다. 그 당시 이 별들의 시체들은 이론 물리학 서적에나 나올 법한, 빛 자체를 집어삼킬만큼 극한의 신비로운 물체들이었습니다. 우리가 종이 클립보다 작은 장치라도, 실제로 블랙홀에 무언가를 보낼 수 있다는 생각은 불가능이 서서히 가능해지는 시대에 살고 있다는 것을 깨닫게 합니다. 우주비행사 닐. 암스트롱, 마이클 콜린스, 에드윈. 올드린이 탑승한 아폴로 새턴 로켓 발사 장면은 저를 포함한 많은 어린이들에게 별들 사이를 여행하는 꿈을 꾸게 하는 영감을 주었습니다. 아이디어는 이렇습니다. 푸단대학교의 천체물리학자 코시모 밤비는 가장 가까운 블랙홀에 미세한 우주선을 보내는 야심찬 계획을 발표했습니다. 이 "나노 우주선"은 무게가 불과 그램에 불과하며, 마이크로칩과 가벼운 돛으로 구성되어 있으며, 강력한 지구 기반 레이저로 추진되어 빛의 속도의 3분의 1에 도달합니다. 이 임무는 단거리 달리기가 아니라 마라톤에 가깝습니다. 우주선이 멀리 떨어진 블랙홀에 도달하는 데 시간이 오래 걸리고, 데이터가 지구로 돌아오는 데는 또 20년이 걸려 총 임무 기간은 약 80~100년이 됩니다. 블랙홀은 우주에서 가장 극한의 조건을 나타내며, 우리의 물리학적 이해가 한계에 다다릅니다. 이 임무는 다음과 같은 근본적인 질문에 대한 답을 제시할 수 있습니다. 블랙홀은 정말로 아무것도 빠져나올 수 없는 사건의 지평선을 가지고 있을까요? 블랙홀 근처에서는 물리 법칙이 변할까요? 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 이러한 극한 조건에서도 성립할까요? 이러한 질문들은 단순한 학문적 질문이 아닙니다. 가장 극한의 환경에서 물리학이 어떻게 작동하는지 이해하는 것은 공간, 시간, 그리고 우주 자체에 대한 우리의 지식에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 간단해 보이지만, 두 가지 큰 장애물이 있습니다. 첫째, 과학자들은 근처에 있는 블랙홀을 찾아야 합니다. 블랙홀은 빛을 방출하거나 반사하지 않기 때문에 망원경으로는 사실상 보이지 않습니다. 블랙홀은 주변 별에 어떤 영향을 미치거나 빛을 왜곡하는지 관찰해야만 감지할 수 있습니다. 그러나 밤비는 새로운 탐지 기술이 향후 10년 안에, 어쩌면 지구에서 20~25광년 떨어진 곳에 있는 블랙홀을 찾는 데 도움이 될 것이라고 생각합니다. 두 번째 과제는 기술 구축입니다. 기존 우주선은 이러한 여정에 너무 무겁고 느립니다. 제안된 나노크래프트는 데이터 수집 및 전송 능력을 유지하면서 우주에서 수십 년 동안 생존해야 합니다. "지금은 그런 기술이 없지만, 20년이나 30년 후에는 가능할지도 모릅니다. 레이저만 해도 현재 약 1조 유로가 들겠지만, 나노크래프트 기술은 아직 존재하지 않습니다." 하지만 그는 과거의 "불가능한" 업적들을 언급하며 낙관적인 태도를 유지했습니다. 사람들은 중력파가 너무 약해서 감지하지 못할 거라고 했습니다. 하지만 우리는 100년 후에야 그 결과를 얻었습니다. 사람들은 우리가 블랙홀의 그림자를 결코 관측하지 못할 거라고 생각했습니다. 이제 50년이 지난 지금, 우리는 두 개의 블랙홀 이미지를 확보했습니다. 이 임무는 공상과학 소설처럼 들릴지 모르지만, 과학적 야망이 어떻게 한계를 뛰어넘는지 잘 보여줍니다. 설령 임무 전체가 불가능해지더라도, 그 과정에서 개발된 기술들은 우주 탐사와 우주에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 언젠가 블랙홀의 가장자리에 닿을 수 있다는 생각, 그것이 종이 클립보다 작은 장치일지라도, 우주의 가장 깊은 신비에 닿을 수 있는 인간의 호기심과 독창성의 놀라운 잠재력을 포착합니다. 건물, 도로, 광고 등에 설치하는 야외 조명은 사람들이 밤에 어둠 속에서 볼 수 있도록 도와주지만, 많은 천문학자들은 이런 조명이 우주의 나머지 부분에 대한 우리의 시력을 손상시킬 수 있다는 우려를 점점 더 키우고 있습니다. 제가 이 그룹과 함께 한 작업은 인간 활동으로 인한 빛이 예전에는 먼 산 꼭대기였던 천문대에 영향 을 미치고 있다는 생각에 중점을 두고 있습니다. 허블 우주 망원경 이나 제임스 웹 우주 망원경과 같은 궤도 망원경은 연구자들에게 우주에 대한 독특한 시각을 제공합니다. 특히 지구 대기에 의해 차단된 빛을 볼 수 있기 때문입니다. 하지만 지상 망원경 역시 최첨단 발견을 계속 주도하고 있습니다. 정밀한 초점 거울을 통해 빛을 포착합니다. 광공해를 피하기 위해 모든 천문 관측 자료를 우주로 옮기는 것은 불가능합니다. 우주 탐사에는 훨씬 더 많은 비용이 들고, 이미 가동 중이거나 건설 중인 대형 지상 망원경이 너무 많기 때문입니다. 이 망원경의 임무 중 하나는 우주의 암흑 물질 분포를 지도화하는 것입니다. 이를 위해 은하 샘플을 수집할 것입니다. 이 샘플에 포함된 일반적인 은하는 지구 대기의 야간 공기에서 자연적으로 빛나는 것보다 더 어둡기 때문에, 이 루빈 천문대 프로그램은 거의 완전한 자연적 어둠에 의존합니다. 밤에 산란되는 모든 빛(도로 조명, 건물 조명, 광고판)은 장면에 눈부심과 노이즈를 더해 루빈이 같은 시간 안에 안정적으로 측정할 수 있는 은하의 수가 크게 줄어들거나, 동일한 결과를 얻는 데 필요한 총 노출 시간이 크게 늘어납니다. 빛나는 하늘은 절벽 위의 돔형 건물 위로 은하수를 보여줍니다. 천문학자들은 전자기 스펙트럼 중 청록색 영역의 인공 조명에 특히 관심을 가지고 있는데 , 이 영역이 밤하늘에서 가장 어두운 영역이었기 때문입니다. 예전에는 가장 흔한 실외 조명은 나트륨 증기 방전 램프 였습니다. 이 램프는 주황빛이 도는 분홍색 빛을 냈기 때문에 청록색과 녹색 빛을 거의 내지 못했습니다. 성장하는 도시 지역에 비교적 가까운 천문대조차도 스펙트럼의 파란색과 녹색 부분이 자연스럽게 어두운 하늘을 가지고 있어 온갖 종류의 새로운 관측이 가능했습니다. 그러다가 고체 조명 혁명이 일어났습니다. 이 조명은 매우 높은 효율로 다채로운 색상을 발산합니다. 즉, 와트당 많은 빛을 생산한다는 뜻입니다. 초기 에너지의 상당 부분을 청색과 녹색에서 방출했지만, 이제 첨단 기술을 통해 청색과 녹색이 훨씬 적은 "따뜻한" 조명으로 동일한 효율을 달성했습니다. 도로 조명, 공공 장소 및 광고에서 나오는 푸른색과 녹색을 중심으로 훨씬 더 많은 빛을 발하고 있습니다. 자외선부터 진한 빨간색까지 전체 스펙트럼에 영향을 미칩니다. 미국 에너지부는 에너지 효율이 높아짐에 따라 밤에 조명에 사용되는 전력량은 줄어들고 방출되는 빛의 양은 거의 동일하게 유지될 것이라고 예측하는 연구를 의뢰했습니다. 하지만 지구를 내려다보는 위성은 그렇지 않다는 것을 보여줍니다. 빛의 양이 꾸준히 증가하고 있는데 , 이는 도시와 기업들이 에너지 효율이 향상됨에 따라 전기 요금을 거의 그대로 유지하고 더 많은 빛을 얻으려 한다는 것을 의미합니다.
