그림 29감각관
10의 거듭제곱: 양성자부터 관측 가능한 우주까지
양성자 속에서 관측 가능한 우주의 끝까지는 10배씩 42걸음입니다.
이 기기에서는 3D를 띄울 수 없습니다. 아래 안내 단계를 글로 볼 수 있습니다.
1 / 19 두 사람에서 출발합니다폭 1 m 타일 위에 키 172.5 cm 남성과 159.6 cm 여성이 서 있습니다. 아래 눈금자가 지금 자리를 알려 주는데, 10의 0제곱은 1 m입니다. 휠, 두 손가락, 눈금자로 바꿀 수 있습니다.
끌어서 돌리고, 휠이나 두 손가락으로 확대하세요.
우주는 양성자보다 몇 배나 클까요
10의 거듭제곱으로 크기를 비교하면 한 단계마다 길이가 열 배씩 달라집니다. 양성자 안쪽에서 관측 가능한 우주까지 이어지는 장면은 일상에서 가늠하기 어려운 크기 차이를 보여 줍니다. 물체마다 제시된 수치와 출처를 함께 비교할 수 있습니다.
양성자는 지름이 약 1.68 fm(펨토미터), 1.68 × 10⁻¹⁵ m입니다. 관측 가능한 우주는 지름이 약 930억 광년, 8.8 × 10²⁶ m입니다. 하나를 다른 하나로 나누면 42자리 수가 나옵니다. 이런 수는 자릿수가 몇 개만 넘어가도 감이 오지 않습니다. 그래서 이 전시는 찰스와 레이 임스 부부가 1977년 영화에서 쓴 방법을 따릅니다. 한 번에 10배씩 움직이는 것입니다. 한 걸음마다 화면이 10배 넓어지고, 마흔두 걸음이면 양성자 속에서 우리가 볼 수 있는 모든 것의 끝까지 갑니다.
가는 길에 서로 겹쳐 들어가는 장면 24개와 크기를 잰 물체 115개를 지납니다. 장면은 코드로 만든 3D 모형이고, 저마다 한 단계 큰 모형 안에 들어 있습니다. 쿼크는 양성자 안에, 양성자는 수소 원자 한가운데에, 원자는 DNA 가닥 위에, DNA는 바이러스 머리 안에 접혀 있고, 바이러스는 세균 위에 서 있습니다. 세균은 머리카락 위에, 머리카락은 개미 밑에, 개미는 사람 발치에 있습니다. 이렇게 이어져 우리 은하가 은하 무리 안에, 그 무리가 초은하단 안에 들어갑니다. 무대에 나오는 크기는 모두 이름이 밝혀진 기관이나 발표된 논문에서 가져왔고, 출처는 이 글 끝에 있습니다.
무대 옆 패널은 세 칸입니다. 안내 칸은 19군데를 차례로 보여 줍니다. 부품 칸은 모형 이름을 모두 보여 주고, 하나를 고르면 그 모형으로 날아갑니다. 조작 칸에는 눈금자 조작, 지금 보는 장면 카드, 과제 6개, 두 물체를 비교하는 도구, 크기 도감 전체가 있습니다.
눈금이 로그여야 하는 이유
보통 자는 1 cm마다 같은 길이가 더해집니다. 무대 아래 눈금자는 한 칸마다 10배가 곱해집니다. 10⁰이라고 적힌 눈금이 1 m, 10³은 1 km, 10⁻³은 1 mm입니다. 이런 눈금을 로그 눈금이라고 합니다. 같은 간격이 같은 차이가 아니라 같은 비율을 뜻합니다.
같은 길을 보통 눈금에 그려 보면 이유가 보입니다. 화면에서 수소 원자를 1 mm로 그리면 머리카락은 폭이 약 850 m가 되고, 사람 키는 약 16,000 km로 지구 지름보다 커집니다. 양쪽 끝이 한 화면에 들어갈 수가 없습니다. 로그 눈금에서는 양성자, 사람, 우주가 모두 같은 넓이의 자리를 얻습니다. 선 바로 위의 회색 눈금은 도감 물체 하나하나의 자리입니다. 10⁻¹⁵부터 10²⁷까지 꽤 고르게 퍼져 있는데, 사람들이 잰 물건들이 m가 아니라 이런 비율로 보면 고르게 퍼져 있기 때문입니다.
숫자판의 10의 거듭제곱은 화면에 보이는 폭입니다. 10⁷ m라고 나오면 무대는 폭 약 1만 km를 보여 주는 것으로, 지구 지름보다 조금 좁습니다. 둘째 줄은 같은 폭을 익숙한 단위로 적은 것인데, 지금 화면에서 카메라가 실제로 보는 각도로 계산합니다. 세로로 든 휴대폰은 넓은 모니터보다 좁은 띠를 보여 주므로 두 줄이 눈금과 꼭 같지 않을 수 있습니다. 눈금자가 참 축척이고, 둘째 줄은 내 화면에 들어오는 폭입니다.
42자리 차이를 한 화면에 담는 방법
컴퓨터 그래픽은 아주 큰 수와 아주 작은 수가 한 장면에 섞이면 곤란해집니다. 그래픽 카드는 위치를 32비트 부동소수점 수로 저장하는데, 유효 숫자가 7자리쯤입니다. 양성자와 은하를 m 단위의 같은 좌표에 놓으면 양성자의 위치는 반올림되어 사라집니다. 어느 면이 앞에 있는지 정하는 깊이 버퍼도 같은 문제를 겪습니다. 거의 같은 거리에 있는 두 면은 그래픽 카드가 앞뒤를 정하지 못해 깜박이는데, 이것을 z-파이팅이라고 합니다.
이 전시는 m 값을 아예 저장하지 않는 방법으로 두 문제를 피합니다. 카메라는 제자리에 있고, 확대·축소는 10의 거듭제곱이라는 수 하나만 바꿉니다. 모형은 저마다 자기 단위로 만들어서, 1단위가 그 물체의 실제 크기입니다. 양성자는 1단위가 1.68 fm, DNA는 2.5 nm, 지구는 12,742 km입니다. 매 프레임 모형마다 실제 크기를 지금 보이는 폭으로 나눈 배율로 그립니다. 이 배율이 대략 1,000분의 1에서 수십 사이일 때만 모형을 보여 줍니다. 그보다 작으면 몇 픽셀도 안 되고, 크면 카메라가 모형 안에 들어가 버리므로 숨깁니다. 그래서 그래픽 카드로 가는 수는 늘 1,000분의 1에서 100 사이에 머뭅니다.
모형끼리 겹쳐 넣는 데는 공통 점 하나를 씁니다. 모형마다 다음으로 작은 모형이 놓일 자리인 기준점이 있고, 이 점을 늘 장면 한가운데에 둡니다. 파지의 기준점은 DNA가 들어 있는 머리 한가운데입니다. 세균의 기준점은 윗면 바로 위, 파지가 꼬리로 서 있는 곳입니다. 지구의 기준점은 서울이고, 서울이 위를 향하도록 돌려 놓았습니다. 작은 물체가 큰 물체에 이 점에서 닿기 때문에 두 면이 같은 픽셀을 두고 다툴 수 있습니다. 그래서 모형마다 크기가 클수록 깊이를 조금씩 뒤로 미루어, 작은 모형이 늘 앞에 보이게 했습니다.
42자리를 한꺼번에 담으면 도형이 너무 많아집니다. 이 전시는 그렇게 하지 않습니다. 모형은 눈금자가 그 모형이 보이는 범위에서 한 자리 안으로 들어올 때 만들어지고, 세 자리 넘게 멀어지면 모양·색·무늬를 비우며 해체됩니다. 어느 순간에나 모형 24개 가운데 3~6개만 있습니다. 눈금자 한쪽 끝에서 다른 끝까지 가면 모형이 차례로 생겼다가 사라지므로, 휴대폰이 들고 있는 양은 물체가 15개뿐이던 예전과 비슷합니다.
내려가기: 두 사람에서 쿼크 3개까지
두 사람, 10⁰ m. 출발점은 한국 평균 키의 남성과 여성입니다. 국가기술표준원 제8차 사이즈코리아 조사에서 남성은 172.5 cm, 여성은 159.6 cm였습니다. 크기를 보여 주는 것이 목적이라 얼굴이나 옷 없이 깔끔한 실루엣으로 그렸습니다. 두 사람은 폭이 정확히 1 m인 타일 위에 서 있고, 바닥에 1 m 막대와 지름 약 22 cm인 5호 축구공이 있습니다.
10배, 100배 작게. 10⁻¹ m에서는 축구공이 화면 한쪽을 채우고 사람의 발이 거대해집니다. 10⁻² m에서는 한국은행 기준 지름 26.5 mm인 500원 동전이 바닥에 놓여 있습니다. 그 옆 모래알 사이로 길이 4.8 mm인 포장개미가 걸어갑니다. 개미 길이는 캘리포니아 대학의 해충 관리 프로그램이, 모래 크기 0.0625~2 mm는 미국 지질조사국의 입자 크기 기준이 밝힌 값입니다.
머리카락과 혈구, 10⁻⁴ m. 개미 밑에 굵기 90 µm 머리카락이 놓여 있습니다. 미국 국가나노기술계획은 머리카락 굵기를 80,000~100,000 nm, 종이 한 장 두께를 약 100,000 nm로 적습니다. 머리카락과 종이 한 장이 비슷한 셈입니다. 머리카락 위에는 길이 2 µm, 굵기 1 µm인 대장균이 있고(BioNumbers), 옆에 지름 약 7.5 µm인 적혈구가 있습니다.
세균 위의 바이러스, 10⁻⁷ m. 대장균 위에 대장균을 감염시키는 바이러스 T4 파지가 서 있습니다. 머리는 길이 120 nm, 폭 86 nm인 길쭉한 이십면체이고(Rao와 Black, 2010), 꼬리는 약 113 nm입니다(BioNumbers). 꼬리 섬유 6개가 세포벽까지 뻗어 있습니다. 눈에 보이는 빛은 파장이 380700 nm라서, 파지는 그것을 비출 빛의 파장 하나보다도 작습니다. 바이러스를 전자현미경이 나온 뒤에야 볼 수 있었던 까닭입니다. 비교하자면 코로나19를 일으키는 바이러스는 전자현미경 사진에서 지름이 60140 nm입니다.
DNA와 물, 10⁻⁸ m. 파지 머리 안에 DNA가 빽빽이 접혀 있습니다. 가까이 가면 이중나선이 됩니다. 굵기 2.5 nm, 3.4 nm마다 한 바퀴 돌고 한 바퀴에 염기쌍이 10개인데, 왓슨과 크릭이 1953년에 밝힌 반복 길이입니다. 둘레에 떠 있는 꺾인 작은 분자는 물입니다. NIST 값대로 산소와 수소 사이가 95.78 pm이고, 두 결합 사이 각도가 104.5도입니다.
수소 원자, 10⁻¹⁰ m. DNA 뼈대 위에 수소 원자 하나가 있습니다. NIST가 밝힌 보어 반지름은 5.29177210544 × 10⁻¹¹ m이고, 모형은 그 두 배인 약 0.106 nm를 원자 지름으로 씁니다. 점들은 가장 낮은 에너지 상태의 전자가 있을 확률 공식으로 찍어서, 보어 반지름 둘레에 몰려 있다가 바깥으로 갈수록 성기어집니다. 가운데 빨간 공은 원자핵 자리 표시이고, 실제보다 훨씬 크게 그렸습니다.
빈 공간, 10⁻¹¹~10⁻¹³ m. 계속 확대해도 거의 아무 일이 일어나지 않습니다. 전자 구름이 퍼지면서 점이 몇 개만 남고, 가운데는 비어 있습니다. 이 구간이 이 길에서 가장 정직한 부분입니다. 양성자가 지름 1 cm 구슬이라면 수소 원자는 폭이 약 630 m입니다. 양성자를 찾을 수 있게 해 주는 것은 모형이 둘레에 덧붙인 은은한 빛뿐입니다.
양성자 속, 10⁻¹⁵ m. 눈금자 맨 아래에서는 양성자가 화면을 채웁니다. CODATA 2022 값에 따르면 전하 반지름이 0.84075 fm라서 지름은 약 1.68 fm입니다. 안에는 위 쿼크 2개와 아래 쿼크 1개가 있고, 글루온이 이들을 붙잡고 있습니다. 여기서는 글루온을 물결치는 끈으로 그렸습니다. 쿼크는 크기가 측정된 적이 없어서 색 공은 자리만 표시합니다. 둘레의 흐린 점들은 물리학자들이 양성자 안을 채운다고 설명하는, 잠깐 생겼다 사라지는 쿼크 쌍을 나타냅니다.
올라가기: 탑에서 우리가 볼 수 있는 끝까지
탑과 축구장, 10²~10³ m. 사람들을 지나 올라가면 높이 554.5 m, 123층인 롯데월드타워가 있습니다(CTBUH). 옆에는 같은 축척으로 길이 105 m 축구장, 위에서 본 길이 72.72 m 에어버스 A380, 828 m 부르즈 할리파의 흐린 그림자가 있습니다. 사람들 가까운 바닥의 선은 길이 12.3 m인 티라노사우루스 수(필드 자연사 박물관은 40.5피트로 밝힘)와 33.5 m인 흰긴수염고래(NOAA는 최대 110피트로 밝힘)를 실제 크기로 그린 것입니다.
서울과 한반도, 10⁴~10⁵ m. 서울이 실제 면적 605.24 km²의 원판으로 화면을 채우고, 한강이 가로지릅니다. 가장자리의 흐린 원뿔은 같은 축척의 에베레스트산, 8,848.86 m로 서울 폭의 3분의 1쯤 됩니다. 조금 더 넓히면 한반도가 나옵니다. 대한민국에 등록된 국토 100,472.4 km²와 제주도의 한라산 1,947.06 m가 보입니다.
지구와 인공위성, 10⁶~10⁷ m. 지구는 평균 지름이 12,742 km입니다. 고리 3개는 궤도입니다. 약 400 km의 우주정거장, 약 20,200 km의 GPS 위성, 적도 위 35,786 km의 정지궤도 위성입니다. 우주정거장은 우주 비행 기록에 쓰는 100 km 선보다 4배 높지만, 고리가 땅에 너무 붙어 있어서 확대해야 둘이 갈라져 보입니다.
달과 태양, 10⁸~10⁹ m. 빛은 1초에 299,792,458 m를 갑니다. 달로 가는 선 위의 노란 표시가 그 거리입니다. 달은 그보다 조금 먼 384,400 km에 있고, 그 사이에 지구가 약 30개 들어갑니다. 비교하려고 지름 1,391,400 km인 태양을 지구 둘레에 겹쳐 그렸는데, 달 궤도 전체가 그 안에 들어갑니다.
행성들, 10¹¹~10¹³ m. 더 넓히면 태양이 점으로 줄고, NASA 자료집의 실제 크기대로 행성 궤도가 나타납니다. 지구는 태양에서 천문단위 하나만큼 떨어져 있는데, 국제천문연맹이 2012년에 정확히 149,597,870,700 m로 정했습니다. 화성은 2억 2,800만 km를 돕니다. 점선 원은 베텔게우스의 크기입니다. NASA에 따르면 베텔게우스를 태양 자리에 두면 표면이 목성 궤도 너머까지 닿습니다. 더 바깥에 45억 1,500만 km의 해왕성과, 평균 59억 640만 km인 기울어진 명왕성 궤도가 있습니다.
태양 거품의 가장자리, 10¹⁴ m. 얼음 천체들의 카이퍼 벨트가 약 30~50 AU에 걸쳐 있습니다. 주황색 껍질은 말단 충격으로, 보이저 1호가 2004년 94 AU에서 태양풍이 느려지는 것을 확인한 곳입니다. 파란 껍질은 태양이 만든 거품의 가장자리인 태양권계면입니다. 보이저 1호는 2012년 약 122 AU에서, 보이저 2호는 2018년 약 119 AU에서 이곳을 지났습니다. 두 탐사선의 방향은 대략으로 그렸습니다.
오르트 구름과 가장 가까운 별, 10¹⁵~10¹⁷ m. 1광년은 약 9조 4,600억 km입니다. 흐린 껍질은 오르트 구름으로, NASA는 이 혜성 저장고가 2,000~5,000 AU에서 시작해 10만 AU쯤까지 이어진다고 설명합니다. 직접 관측된 적은 없습니다. 프록시마 센타우리는 4.25광년 떨어져 있고, 그쪽으로 그은 점선에 1광년마다 눈금이 있습니다.
이웃 별, 10¹⁸ m. RECONS의 가까운 별 목록에서 12광년 안의 별 19개를 하늘의 방향과 거리대로 놓았습니다. 시리우스는 8.6광년, 고래자리 타우는 11.9광년입니다. 가는 선은 별마다 은하 평면까지 내린 것이라 어느 별이 위에 있고 어느 별이 아래에 있는지 보입니다. 대부분은 망원경 없이 보이지 않는 작은 적색 왜성입니다.
오리온 팔, 10¹⁹~10²⁰ m. 가까운 별들이 점 하나로 모입니다. NASA 허블 자료에 따르면 1054년에 폭발한 별이 남긴 게 성운은 폭이 6광년입니다. 약 445광년 떨어진 플레이아데스와 1,500광년 떨어진 오리온 대성운이 태양과 같은 나선팔에 있습니다.
우리 은하, 10²¹~10²² m. 지름 약 10만 광년인 원반입니다. 작은 고리가 태양 자리이고, 26,000광년 떨어진 중심에 블랙홀 궁수자리 A*가 있습니다. 별 10만 개 넘게 모인 헤라클레스자리 구상성단 M13은 25,000광년 떨어져 있습니다. 원반 바깥에 마젤란은하가 있는데, 큰 쪽은 약 16만 광년 떨어져 있습니다.
국부은하군, 10²³ m. 250만 광년 떨어진 안드로메다은하와 약 300만 광년 떨어진 삼각형자리은하가 우리 은하와 함께 은하 50개 넘는 무리를 이룹니다. NASA는 이 무리의 폭을 약 1,000만 광년으로 설명합니다. 대부분은 왜소은하로, 여기서는 큰 나선은하 둘레의 작은 점으로 그렸고 위치는 대략입니다.
라니아케아와 우주 거대 구조, 10²⁴~10²⁶ m. 5,400만 광년 떨어진 M87이 은하 약 2,000개가 모인 처녀자리 은하단의 한가운데에 있습니다. 2014년 브렌트 털리가 이끈 연구진이 은하들이 움직이는 방향을 지도로 그려, 우리가 속한 초은하단 라니아케아를 찾았습니다. 지름 약 5억 광년에 은하 10만 개가 있고, 모두 거대 인력체라고 부르는 곳으로 흘러갑니다. 더 넓히면 은하들이 거대한 빈 공간을 둘러싼 실을 따라 늘어섭니다.
관측 가능한 우주, 10²⁷ m. 눈금자의 끝입니다. 관측 가능한 우주는 지름이 약 930억 광년입니다. 빛나는 껍질은 우리가 볼 수 있는 가장 오래된 빛인 우주 마이크로파 배경을 나타내고, 가운데 흰 점이 우리입니다.
크기 값의 출처
조작 칸의 도감에는 물체와 거리 115개가 저마다 출처와 함께 실려 있습니다. 무엇을 넣을지는 몇 가지 원칙으로 정했습니다.
- 발표된 크기만. 공공 기관이나 발표된 논문이 크기를 밝힌 물체만 넣었습니다. NIST, NASA, NOAA, 미국 지질조사국, 한국은행, 국가기술표준원, ISO 표준, 박물관, 학술지 논문 같은 곳입니다. 자원봉사자가 쓰는 백과사전은 쓰지 않았습니다.
- 범위는 가운데 값. 코로나바이러스 60
140 nm, 머리카락 80,000100,000 nm처럼 출처가 범위를 줄 때는 가운데쯤 값을 쓰고 설명에 전체 범위를 적었습니다. - 계산한 값은 밝힙니다. 몇몇 수는 발표된 값으로 계산했습니다. 궁수자리 A*의 사건의 지평선 크기는 사건의 지평선 망원경이 밝힌 태양 약 400만 개 질량에서 블랙홀 지평선 공식으로 구했습니다. 지구 둘레는 적도 반지름으로 계산했습니다. 그런 값은 설명에 「계산값」이라고 적었습니다.
- 크기의 종류. 물체마다 크기(지름, 길이, 높이)이거나 거리입니다. 비교 도구는 크기를 원으로, 거리를 막대로 그립니다.
- 바뀌는 값. 측정이 나아지면 바뀌는 수도 있습니다. 양성자 반지름은 2018년에 바뀌었고, 가까운 별까지의 거리는 별 탐사가 있을 때마다 다듬어지고, 산 높이도 새로 측량하면 달라집니다. 출처마다 확인한 날짜를 아래에 적었습니다.
한반도와 대륙의 윤곽, 서울 원판은 지도를 보고 손으로 그린 것이라 측량 자료로 쓰면 안 됩니다. 별의 위치는 적경·적위를 은하 평면 좌표로 바꾼 것으로, 어느 별끼리 가까운지 보기에는 충분하지만 성도는 아닙니다.
숫자로 확인하기
달 궤도가 태양 안에 들어간다는 말은 틀린 것처럼 들리니 확인해 봅니다. 궤도 지름은 384,400 km의 두 배인 768,800 km입니다. 태양 지름은 695,700 km의 두 배인 1,391,400 km입니다. 궤도는 태양 폭의 55%밖에 안 됩니다.
태양 지름을 따라 지구는 몇 개 놓일까요? 1,391,400 ÷ 12,742는 약 109입니다. 지구와 달 사이에는 몇 개일까요? 384,400 ÷ 12,742는 약 30.2입니다.
햇빛이 지구에 닿는 데 얼마나 걸릴까요? 149,597,870,700 m를 1초에 299,792,458 m로 나누면 약 499초, 8분 19초입니다. 보이저 1호는 약 122 AU에서 태양권계면을 지났으니, 빛이 그곳까지 가는 데 122 × 499초, 17시간이 조금 못 되게 걸립니다.
사람과 원자는 얼마나 차이 날까요? 1.725 m를 0.106 nm로 나누면 약 160억, 10의 10.2제곱입니다. 첫째 과제의 답입니다.
가장 깊은 바다는 가장 높은 산과 비교해 얼마나 깊을까요? NOAA는 챌린저 해연을 약 10,935 m로 밝히고, 에베레스트산은 8,848.86 m입니다. 해연이 산 높이보다 약 2 km 더 깊습니다.
눈금자 전체를 보면, 관측 가능한 우주 8.8 × 10²⁶ m를 양성자 1.68 × 10⁻¹⁵ m로 나누면 약 5 × 10⁴¹입니다. 양쪽 끝을 화면에 담을 여유를 더해 눈금자는 10⁻¹⁵부터 10²⁷까지입니다.
비교 도구와 과제 쓰는 법
비교 도구에는 도감의 물체 두 개를 고를 수 있습니다. 하나가 다른 하나의 몇 배인지, 10의 몇 제곱 차이인지 알려 주고, 작은 눈금자에 둘을 표시하고, 실제 비율대로 나란히 그립니다. 버튼을 누르면 무대에도 띄웁니다. 첫째 물체는 주황색, 둘째 물체는 파란색 윤곽으로 장면 옆에 실제 크기대로 그리고, 눈금자는 둘 중 큰 쪽 자리로 옮겨 갑니다. 작은 물체가 몇 픽셀도 안 되면 사라지는데, 그것이 정직한 답입니다. 500원 동전과 적혈구, 지구와 베텔게우스를 견주어 보세요.
과제 6개는 눈금자에서 무언가를 찾거나 크기에 관한 질문에 답하는 것입니다. 그 가운데 둘은 무대를 직접 확인합니다. 하나는 T4 파지가 화면을 채우면, 다른 하나는 눈금자 맨 아래에서 쿼크를 보면 표시가 붙습니다. 진행 상황은 이 브라우저에 저장됩니다.
같은 크기 윤곽 스위치는 지금 보는 자리에 드는 도감 물체를 3개까지 윤곽으로 그립니다. 그래서 다른 것이 없는 장면에서도 그 크기에 무엇이 있는지 보입니다. AU·광년 단위 스위치는 숫자판과 도감의 단위를 바꿉니다. 정수 자리에 멈춤을 켜면 손을 뗄 때마다 눈금자가 10¹, 10², 10³처럼 딱 맞는 자리에 섭니다. 자동 여행은 고른 속도로 눈금자 한쪽 끝에서 다른 끝까지 저절로 확대·축소합니다.
모형에서 단순하게 만든 부분
모형은 크기를 보여 주려고 만든 것이라 몇 가지를 단순하게 했습니다. 원자핵은 보이도록 빨간 공으로 그렸지만, 원자 크기에서 실제 양성자는 1픽셀에도 한참 못 미칩니다. 쿼크는 크기가 측정된 적이 없는데도 공으로 그렸습니다. 태양계 장면의 행성은 화면에서 일정한 크기의 점으로 그렸고, 어느 날짜의 실제 위치도 아닙니다. 지구는 모든 배율에서 궤도의 같은 자리에 두어 작은 장면들이 그 밑에 이어지게 했습니다. 태양을 지구 둘레에 그린 것은 크기를 비교하기 위해서입니다. 태양권은 흔히 쓰는 그림처럼 늘어난 거품으로 그렸지만 실제 모양은 아직 논의 중입니다. 오르트 구름은 아무도 본 적 없는 가설 속 껍질입니다. 우리 은하는 안에서 보기 때문에 정확한 모양을 아직 그리는 중이라, 나선팔은 일반적인 막대나선은하 모양으로 그렸습니다. 국부은하군의 왜소은하, 라니아케아의 흐름, 우주 거대 구조의 실은 실제 지도와 비슷하게 보이도록 그린 것이지 지도를 옮긴 것이 아닙니다.
1977년 임스 부부의 영화
10배씩 우주를 오르내리는 생각은 짧은 영화에서 왔습니다. 찰스와 레이 임스 부부가 만들어 1977년에 내놓은 「10의 거듭제곱(Powers of Ten)」은 길이가 약 9분입니다. 시카고 호숫가의 소풍 장면을 1 m 거리에서 보며 시작합니다. 미국 의회도서관의 해설에 따르면 카메라는 10초마다 10배씩 멀어져 알려진 우주의 끝에 이른 뒤, 다시 돌아와 잠든 남자의 손에 있는 원자의 핵 속까지 들어갑니다. 1968년에 먼저 만든 판이 있었고, 영화는 케이스 부커가 1957년에 낸 책 「코스믹 뷰(Cosmic View)」를 바탕으로 했습니다. 1998년 미국 의회도서관이 국립 영화 등록부에 올렸습니다. 이 전시는 영화의 장면을 쓰지 않습니다. 1977년 이후로 먼 쪽 끝은 더 멀어졌습니다. 영화는 10²⁴ m쯤에서 멈추는데, 라니아케아 초은하단이 지도로 그려지기 전이었습니다.
자주 묻는 질문
왜 2배가 아니라 10배씩 움직이나요?
우리가 쓰는 수는 10진법이라 한 걸음마다 0이 하나 붙거나 빠져서 편합니다. 2배씩 가도 되지만 같은 범위를 지나려면 42걸음 대신 약 140걸음이 필요합니다.
숫자판의 수는 무슨 뜻인가요?
화면에 보이는 폭을 10의 거듭제곱으로 쓴 것입니다. 10⁴ m는 무대가 폭 약 10 km를 보여 준다는 뜻입니다. 그 아래 줄은 지금 화면 모양에서의 폭을 익숙한 단위로 적은 것입니다.
확대하면 물체가 왜 사라지나요?
물체가 화면보다 훨씬 커지면 카메라가 그 안에 들어가 버리므로 숨깁니다. 그러면 한가운데에 있던 다음으로 작은 물체가 보입니다.
원자와 양성자 사이에서는 왜 화면이 거의 비어 있나요?
원자는 거의 다 빈 공간이기 때문입니다. 양성자는 수소 원자보다 약 63,000배 작아서, 네 자리가 넘는 구간 동안 그릴 것이라고는 전자가 있을지도 모르는 확률의 구름이 옅어지는 것밖에 없습니다.
쿼크는 정말 색깔 있는 공인가요?
아닙니다. 쿼크는 크기가 측정된 적이 없고, 빨강·초록·파랑은 물리학자들이 색전하라는 성질에 붙인 이름일 뿐 실제 색이 아닙니다. 공은 쿼크 3개의 자리만 표시합니다.
태양이 정말 달 궤도보다 큰가요?
그렇습니다. 달 궤도는 지름이 약 768,800 km이고 태양은 약 1,391,400 km입니다. 궤도가 태양 안에 넉넉히 들어갑니다.
사람 키는 왜 172.5 cm인가요?
국가기술표준원 제8차 사이즈코리아 조사의 한국 남성 평균 키입니다. 옆의 여성은 같은 조사의 한국 여성 평균인 159.6 cm입니다.
우주 나이가 138억 년인데 어떻게 지름이 930억 광년인가요?
가장 오래된 빛이 우리에게 오는 동안에도 공간이 계속 늘어났기 때문입니다. 그 빛을 보낸 곳은 지금 138억 광년보다 훨씬 먼, 모든 방향으로 약 460억 광년 떨어져 있어서 폭이 약 930억 광년이 됩니다.
행성과 별의 위치는 실제인가요?
궤도 크기와 별까지의 거리는 실제 값입니다. 행성은 궤도 위 아무 자리에나 놓았고, 움직임을 켜면 실제보다 빨리 돕니다. 별의 방향은 하늘에서의 위치를 바꾼 것이라 가깝지만 정확하지는 않습니다.
보이저 1호의 지금 위치는 왜 안 보이나요?
모형은 보이저마다 태양권계면을 지난 지점을 표시합니다. 출처가 날짜와 거리를 밝힌 사건이기 때문입니다. 두 탐사선은 그 뒤로도 계속 바깥으로 가고 있습니다.
블랙홀의 크기는 어떻게 구했나요?
사건의 지평선 망원경은 궁수자리 A*의 질량을 태양의 약 400만 배로 밝혔습니다. 블랙홀의 사건의 지평선 크기는 질량으로 정해지고, 계산하면 지름이 약 2,400만 km입니다. 도감에는 계산값으로 표시했습니다.
임스 부부 영화의 장면을 썼나요?
아닙니다. 무대에 보이는 것은 모두 코드로 만들었습니다. 영화는 크기를 이렇게 보는 방법을 널리 알렸기 때문에 소개했습니다.
용어
- 10의 거듭제곱: 10을 몇 번 곱했는지로 쓴 수. 10³은 1,000이고 10⁻³은 0.001입니다.
- 로그 눈금: 같은 간격이 같은 비율을 뜻하는 눈금. 한 칸마다 10배가 됩니다.
- 펨토미터(fm): 10⁻¹⁵ m, 양성자 크기입니다.
- 쿼크: 양성자와 중성자를 이루는 입자. 양성자에는 위 쿼크 2개와 아래 쿼크 1개가 있습니다.
- 보어 반지름: 가장 낮은 상태의 수소 원자에서 전자가 핵으로부터 가장 있을 법한 거리, 약 0.0529 nm입니다.
- 박테리오파지: 세균을 감염시키는 바이러스. T4는 가장 많이 연구된 것 가운데 하나입니다.
- 천문단위(AU): 149,597,870,700 m, 지구에서 태양까지의 거리쯤 됩니다.
- 태양권계면: 태양 둘레 태양풍 거품의 바깥 경계입니다.
- 광년: 빛이 1년 동안 가는 거리, 약 9조 4,600억 km입니다.
- 초은하단: 은하군과 은하단이 많이 모인 영역. 우리가 속한 것은 라니아케아입니다.
- 우주 마이크로파 배경: 초기 우주에서 남은 희미한 빛으로, 우리가 볼 수 있는 가장 오래된 빛입니다.
- z-파이팅: 3D 그래픽에서 두 면이 거의 같은 깊이에 있을 때 생기는 깜박임입니다.
출처
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