톱을 노려라2! 과학강좌 특별편 - 1화 TOP2 제작관련

톱2 공식 홈페이지에 실린 과학강좌입니다.
제품판 부클릿에 담긴 과학강좌와는 다른, 블랙홀에 관한 내용으로서
텍스트와 일러스트로 이루어져 있습니다.

내용상 톱2에 대한 스포일러가 포함되어 있기 때문에
본편을 다 못 보신 분들은 피해주시기 바랍니다.


톱을 노려라2!
과학강좌 [특별편]


"한눈에 보는 블랙홀과 변동중력원"

강사: 카즈미 선생님
학생: 라르크 & 노노


‘톱을 노려라2’ 제5화에 등장한 진짜 적이자 거대한 우주괴수, 즉 변동중력원은 전작 ‘톱을 노려라!’에 등장한 우주괴수들과는 차원이 다른 엄청난 힘을 지니고 있습니다.

그 힘은 블랙홀마저 제어할 정도의 엄청난 파워(톱리스 능력, 즉 이그조틱 매뉴버와 같은 힘?)를 자랑하는데, 그 힘을 통해 집어삼킨 블랙홀은 변동중력원에 막대한 에너지를 공급하는 에너지원이 되고 있습니다.

블랙홀을 집어삼킨 인류의 숙적이 얼마나 무서운 존재인지, 이번 시간에는 그 실태를 파악하기 위해 ‘블랙홀이란 무엇인가’에 관한 ‘과학강좌 특별편’을 시작하도록 하겠습니다.
카즈미: “이번 강좌를 담당하게 된 카즈미예요. 잘 부탁해요.”
라르크 & 노노: “잘 부탁드립니다!”


제1화 블랙홀의 기초지식

블랙홀이란 무엇인가?


간단히 말해, 우리가 존재하는 ‘4차원 시공’을 푹신푹신한 스펀지 위에 펼쳐진 얇은 막과 같은 것이라고 가정해봅시다.
「4차원 시공」

그 위에 구슬 혹은 야구공 등의 구체를 놓고 그것을 ‘별’이라 가정해봅시다.
「별」
「움푹 들어간 부분 = 중력에 의한 시공의 왜곡」


무거운 별일수록 아래 부분의 스펀지가 별의 무게에 의해 움푹 들어가게 됩니다. 또한 크기가 작은 별일수록 눌린 자국이 더 뚜렷해집니다. 이러한 현상을 ‘중력에 의한 시공의 왜곡’이라고 합니다.

즉 무거운 물체의 주위에는 시공 그 자체가 왜곡되고, 무겁고 작은 것의 주변일 경우, 그 경사는 더 커집니다.

그리고 그 시공의 왜곡에 따라, 직진해야할 빛의 방향이 꺾여지게 되고, 또한 왜곡된 시공의 바닥이 깊게 생길수록 그 장소에서는 ‘시간의 진행이 느려지는’ 현상이 생깁니다.
「무겁고 작을 수록 더 움푹 들어감 = 시공의 왜곡이 급격해진다」

자, 이러한 ‘움푹 팬 자국’ 즉 ‘시공의 왜곡’은 중량을 가진 물체의 주위에 늘 발생하는 것인데, 만약 물체의 무게가 점점 늘어난다면 어떻게 될까요?

움푹 팬 자국이 한계까지 늘어났을 때 그 밑바닥에 질량은 무한대, 부피는 제로가 되는 점(이것을 특이점이라 부릅니다)이 생기게 됩니다. 이 깊고 깊은 시공의 구멍에 들어간 빛은 밖으로 빠져나올 수 없기 때문에 빛이 생기지 않는 시커먼 천체가 만들어지게 됩니다. 이것이 바로 ‘블랙홀’입니다.

빛까지 집어삼킬 정도라면, 세상의 모든 물질을 집어삼킬 수 있다는 것을 의미합니다. 즉, 4차원 시공에 존재하는 궁극의 함정. 그것이 블랙홀입니다.
「무게가 점점 증가하면…
블랙홀이 된다」
카즈미: “빛까지 집어삼키는 궁극의 함정, 그것이 블랙홀의 정체예요”
라르크: “선생님에겐 왜 색깔이 없을까?”



블랙홀의 탄생과 성장

‘톱을 노려라!’ 제5화에서 태양계 제13번 행성 뇌왕성이 엑셀리온 축퇴로의 폭발에 휘말려 블랙홀화 되었습니다. 또한 6화에서는 목성을 블랙홀 폭탄화 시킨 버스터 머신 3호가 등장, 그것의 폭축에 의해 은하계 중심핵 부분이 거대한 블랙홀이 되어버렸습니다. 이러한 것들은 인공적으로 블랙홀을 만든 결과들인데, 그렇다면 자연적으로 존재하는 블랙홀은 어떻게 생겨난 걸까요?

블랙홀의 생성은 항성의 수명, 그리고 일생과 깊은 관련이 있습니다. 단적으로 말해, 블랙홀은 질량이 큰 별이 종말한 모습입니다.

태양처럼 스스로 빛을 발하는 항성이라 불리는 천체는, 사실 거대한 자연의 핵융합로입니다. 항성이란 우주공간에 떠다니는 헬륨과 수소 분자 등 성간 가스가 서로의 중력에 이끌려, 응축됨으로써 생겨난 것입니다.

그러한 작은 덩어리들이 뭉쳐지는 가운데, 내부로 당겨지는 중력이 생겨나게 되면서 밀도가 높아지게 됩니다. 그로 인해 압력과 온도가 올라가고 각각의 분자를 만들어내는 원자핵들이 핵융합 반응을 일으키게 됩니다.
이 핵융합 반응에 의해 항성은 빛과 열에너지를 주위에 발산시켜 빛을 내게 되고, 그와 동시에 외부로 확장해나가려 하는 압력을 발생시킵니다. 핵융합도 일종의 폭발이니까요.

이렇게 내부로 향하는 중력외부로 향하는 압력이 조화를 이루면서, 항성은 둥근 별 모양을 유지하며 빛을 내게 됩니다.
「항성 : 중력 + 핵융합의 압력」

그런데 핵융합이 계속되면 결국에는 연료(즉, 원래의 성간 가스 중에 포함되어 있던 수소와 헬륨 분자)가 다 없어지게 됩니다. 그렇게 되면 핵융합에 따른 외부지향 압력이 약해지면서, 별은 자신의 중력에 의해 내부적으로 시들어가게 됩니다.

그때, 전체 질량이 작은 별(우리 태양의 3배 이하)은 백색왜성이라 불리는 작은 별이 되어 조용히 사그라지는 운명을 맞습니다.

그보다 조금 무거운 별(우리 태양의 3~8배 정도)은 마지막 남은 연료를 단숨에 사용, 초신성 폭발을 일으킴으로써 형체도 없이 사라지게 됩니다.

그보다 더 무거운 별(우리 태양의 8~30배)은 초신성 폭발을 일으킨 후, 중성자로만 이루어진 핵심만이 남아 중성자성으로 불리는 작고 무거운 별이 됩니다.

문제는 그보다 훨씬 무거운 별의 경우입니다. 이러한 별은 초신성 폭발을 일으킨 뒤에도 여전히 상당한 질량을 갖게 됩니다. 그리고 다시금 스스로의 중량으로 인해 내부로 향해 압축하기 시작합니다. 그리고 그러한 수축(중력붕괴라고 합니다)이 계속되면서, 그 별은 영원히 내부를 향해 줄어들게 됩니다. 그리고 마침내는 밀도 무한대, 부피 0의 한 점, 즉 특이점까지 수축됩니다. 이렇게 하여 블랙홀이 탄생하게 됩니다.
카즈미: “블랙홀은 거대한 별이 종말한 모습이에요”
라르크: “선생님의 머리 모양이 이상한데…”



사상의 지평선과 특이점

블랙홀을 외부에서 보면 그저 새까만 구체처럼 보입니다. 이 구의 경계면을 사상의 지평선이라고 합니다. 또한 아무리 무거운 별이라도 축소되어 특정 크기 이하가 되면, 중력이 너무 강해져서 빛조차 빠져나가지 못하게 됩니다. 이러한 이론상의 반지름을 중력반경, 혹은 발견자의 이름을 따서 슈바르츠실트라고 부릅니다.

즉, 블랙홀의 크기는 원래 가졌던 질량에 따라 결정되는 것입니다.

지평선과 수평면 너머의 풍경이 보이지 않는 것처럼, 블랙홀의 사상의 지평선 안쪽은 밖에서는 전혀 볼 수 없습니다. 그 안쪽에는 앞서 언급한 특이점이 존재하기 때문에, 사상의 지평선을 조금이라도 벗어나 블랙홀 내부로 들어간다면 빛이든 무엇이든 특이점을 향해 떨어지게 되고, 탈출은 불가능하게 됩니다. 블랙홀에 접근하는 사람에게 있어서, 사상의 지평선은 생과 사를 결정짓는 최후의 경계선인 셈입니다.
블랙홀:
「사상의 지평선」(슈바르츠실트 반경)
「중력반경」

"이밑으로 들어간 물체는 절대 밖으로 빠져나올 수 없다"
「특이점」
카즈미: “사상의 지평선이야말로 생과 사를 결정짓는 최후의 경계선이에요”
라르크: “카즈미라는 이름 어디선가 들어본 듯한…”


제1화 끝
해설: 사카이 미츠야스

출처: TOP2 공식 사이트 http://www.top2.jp/
글을 퍼가실 때는 저희 블로그와 TOP2 DVD 출시에 관해
언급해주시면 감사하겠습니다.^^

덧글

  • NOVA 2007/01/22 20:34 # 답글

    제가 이쪽 분야의 지식은 꽝이라서
    번역 하면서 오류가 있을지 모르겠네요...^^;

    혹시라도 잘못된 부분 있으면 지적해주시면 감사하겠습니다.
  • 잠본이 2007/01/22 20:47 # 답글

    본편에선 완전히 잊혀진 채 여기서 강사 알바나 뛰고 있는 카줌이가 참으로 안습입니다. OTL
    (...게다가 학생이라고 있는 것들이 한놈은 졸고 한놈은 딴생각하고 앉았으니;;;)
  • NOVA 2007/01/22 21:55 # 답글

    잠본이//어쨌든 두 작품의 주인공들이 만났다는 증거자료(?)라서
    내용을 떠나 반가운 과학강좌가 아닐까 싶습니다..^^
  • 디에네 2007/01/26 23:51 # 답글

    ....다른 거 다 제치고. 노노가 귀엽습니다. (...)
  • 초보자 2011/07/23 21:02 # 답글

    1,2,3편 퍼갈께요
    나중에라도 허락 안하신다고 말씀하시면 지우겠습니다
  • NOVA 2011/07/23 23:12 #

    퍼가셔도 괜찮은데 출처는 꼭 명시해주시고요.

    비록 저희가 더이상 판매하는 물품은 아니지만..
    애초에 톱을 노려라 2 DVD를 홍보하기 위해 만든 자료이니..
    글 읽는 분들에게 DVD에 대한 관심을 좀 독려시키는
    문구..같은 걸 포함시켜주신다면 고맙겠습니다..^^
  • 초보자 2011/07/27 16:58 # 답글

    원문출처랑 이곳까지 전부 명시했습니다^^
  • NOVA 2011/07/27 17:38 #

    예.. 그렇게 해주시면 됩니다.
    그런데 어디 올리셨나요..^^;;
    궁금해서요..
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