얼마 전 아이와 함께 인천에 위치한 어린이 과학관을 찾았습니다. 마침 타이밍 좋게 과학관들끼리 공동기획하여 개최하는「심해부터 우주까지」라는 전시를 1층에서 무료로 진행하고 있었어요. 포스팅에서 다루었던 여러가지 얘기들이 아이들도 이해할 수 있도록 쉽게 이해가 되어있어서 정말 재미있었습니다. 하나씩 풀어나가보도록 하려고 합니다.
여러 전시물 중 유독 아이의 발길을 잡은 건 행성별 목소리 체험할 수 있는 코너였어요. 화성, 금성, 그리고 토성의 위성인 타이탄의 카드를 판에 올리고 마우스에 '내 목소리'로 하고 싶은 말을 하면 그 행성의 환경에 맞춰 변조된 내 목소리가 흘러나오는 장치였죠. 마치 화성이나 금성에 내가 가 있는 느낌이였어요.
금성 카드를 올리고 아이가 말을 하니, 제 평소 목소리와는 전혀 다른 낮고 굵은 소리가 들려왔습니다. 아이는 깔깔거리며 신기해했고 여러 번 반복해서 이 전시물을 실습한 것 같아요. 사람이 별로 없어서 여러 번 해볼 수 있었습니다. "정말 우주 공간에 가면 행성마다 소리가 다르게 들리는 걸까? 그 과학적 이유는 무엇일까?"
소리의 마술사, '대기'가 결정하는 목소리
우리가 지구에서 듣는 목소리는 공기라는 매질을 통해 전달됩니다. 하지만 다른 행성은 지구와 대기 환경이 완전히 다르기 때문에 소리의 속도와 주파수가 변하게 됩니다.
- 금성(Venus): 굵고 낮은 괴물 목소리? 금성은 대기가 매우 밀도가 높고(지구의 약 90배), 주성분이 무거운 이산화탄소입니다. 밀도가 높으면 소리가 전달되는 에너지는 강해지지만, 소리의 속도는 공기의 성분에 따라 달라집니다. 특히 금성의 짙은 대기는 고주파(높은 소리)를 흡수해 버리는 경향이 있어, 우리 목소리가 평소보다 훨씬 낮고 굵게 들리게 됩니다.
- 화성(Mars): 힘없고 가냘픈 목소리? 반대로 화성은 대기가 지구의 1% 정도로 매우 희박합니다. 소리를 전달할 입자가 부족하다 보니 소리가 멀리 가지 못하고 금방 사라지며, 소리의 속도도 초당 약 240m로 지구(340m)보다 느립니다. 화성에서 옆 사람에게 말을 건다면 아주 작고 힘없는 소리로 들릴 것입니다.
NASA가 증명한 행성의 사운드스케이프 (전문 자료)
이것은 단순한 추측이 아닙니다. NASA의 제트추진연구소(JPL)와 음향 전문가들은 행성의 온도, 밀도, 화학 성분을 수학적으로 계산하여 '행성별 음향 시뮬레이션'을 발표한 바 있습니다.
왜 행성마다 목소리가 다를까?
영국 사우샘프턴 대학의 음향 물리학자 팀 레이튼(Tim Leighton) 교수에 따르면, 행성의 대기 밀도와 가스 성분이 소리의 '피치(Pitch)'와 '속도'를 결정합니다.
금성: 밀도가 지구의 90배라 목소리가 아주 낮고 굵게 변합니다.
화성: 대기가 희박해 소리가 금방 사그라들며 가냘프게 들립니다.
타이탄: 대기가 아주 차갑고 밀도가 높아서 소리의 속도가 지구보다 느려집니다. 목소리가매우 낮고 굵게(Deep & Low)변하면서도,소리가 아주 멀리까지 또렷하게 전달됩니다
목성: 상층 대기(수소/헬륨)에서 말을 한다면, 마치 헬륨 가스를 마신 것처럼 목소리가 매우 높고 뾰족하게(High-pitched) 들릴 것입니다. 하지만 기압이 너무 높아 성대가 제대로 떨리기 어렵고, 소리가 전달되기도 전에 찌그러질 가능성이 큽니다.
태양계 밖 : 당연히 아무 소리도 들리지 않지만, NASA는 최근 중력파나 전자기파를 소리로 변환(Sonification)하여 블랙홀이나 은하단의 '웅웅'거리는 낮은 저음을 재현해 냈습니다
NASA의 화성 탐사선 '퍼서비어런스(Perseverance)'는 실제로 화성의 바람 소리와 이동 소리를 녹음해 지구로 보내왔습니다. [출처: NASA Mars Sound Experience] 덕분에 우리는 화성의 소리가 지구보다 얼마나 건조하고 정적인지 직접 확인할 수 있게 되었죠. 링크를 통해 퍼서비어런스 호가 화성에서 직접 녹음한 소리를 들을 수 있습니다.
과학관 체험이 일깨워준 '당연한 것'의 감사함
아이와 함께 원하는 행성의 카드를 올리고 마이크에 대고 속삭였던 그 짧은 순간은 인류가 우주를 이해하기 위해 수십 년간 연구해 온 '음향 물리학'의 결정체였습니다. 지구의 적당한 공기 밀도와 온도가 있었기에 우리가 지금처럼 아름다운 음악을 듣고, 아이의 맑은 웃음소리를 선명하게 들을 수 있다는 사실이 새삼 감사하게 느껴졌습니다. 주방에서 요리하는 소리, 아이와 도란도란 나누는 대화 소리도 어쩌면 지구라는 행성이 우리에게 준 완벽한 설정값 덕분이겠죠.
참고자료
- NASA Mars Exploration Program: "Sounds of Mars" (https://mars.nasa.gov/mars2020/participate/sounds/)
- NASA Spinoff: "Acoustic Sensors for Space and Industry" (https://spinoff.nasa.gov/)
- University of Southampton: Prof. Tim Leighton's Research on "Planetary Acoustics" (https://www.southampton.ac.uk/)