세계 최초의 인공위성 스푸트니크가 발사된 지 60년이 지났습니다. 이후 인공위성 기술은 비약적으로 발전을 거듭해 NASA 산하 우주과학데이터보관소가 식별번호를 부여한 공식적인 인공위성만 6900여 개, 존재가 알려지지 않은 군사용을 합치면 실제로는 1만 개 이상이 지구 궤도를 돌고 있는 것으로 추정됩니다. 정보통신, 기상관측, 안보와 외계탐사까지 다양한 분야에서 인류의 삶을 바꾸고 있는 인공위성이 사과 한 알에서 비롯됐다는 것을 알고 계십니까? 바로 그 유명한 ‘뉴턴의 사과’입니다.
인공위성의 개념은 330년 전 뉴턴의 법칙에서 탄생했다. <사진출처=NASA> 17세기 열린 항공우주개발의 서막
케임브리지 대학생이었던 아이작·뉴우튼은 1665년 런던의 페스트를 피하고 고향 링컨 샤에 머물고 있었습니다. 잠시 학업을 쉬면서 독서와 산책 시간을 보내던 뉴턴은 여기서 자연 현상의 숨은 원리에 대해서 깊이 생각하게 됩니다. 잘”사과 나무”전설로 알려진 뉴턴의 깨달음은 정교한 이론을 통해서 마련되고 20년 만에<자연 철학의 수학적 원리>라는 책을 통해서 인류 역사를 동요시킵니다.출판되고 몇달에서 이미 너무나 유명해지 프린키피아(Principia, 원리)으로만 불리게 된 이 책은 오늘까지 수업 시간에 열심히 배운 3가지 운동 법칙(관성·가속도·작용 반작용)과 만유 인력의 법칙 및 이에 따른 태양계 행성의 운동 원리가 설명되어 있습니다. 또 그가 발견한 자연 법칙을 수학적으로 표현하기 위해서 발명한 미적분 이론도 포함되어 있습니다.많은 과학 사학은 뉴턴의 프린키피아를 인류 역사상 가장 뛰어난 지적 성취물이라고 평가하고 이 책이 세상에 나온 1687년을 “기적의 나이”라고도 부르고 있습니다. 하기야 뉴턴의 법칙과 이를 수식으로 나타내는 미적분은 고정된 세상만 관찰한 인류에 모든 만물의 움직임과 변화를 측정하는 예측할 수 있는 도구를 줬기 때문입니다.
‘자연철학의 수학적 원리'(Philosophi N Naturalis Principia Mathematica). <사진출처=Wikimedia> 뉴턴 법칙으로 계산하는 위성궤도와 속도
뉴턴의 이론은 산업 혁명을 넘어 매끄러운 곡선의 비행기, 자동차, 스마트 폰, 3D프린팅, 초고층 빌딩의 설계와 주식 시장 분석까지 21세기의 일상사의 거의에서도 사용되지 않은 곳이 없습니다. 인공 위성도 그 중 하나입니다.뉴턴은 질량을 가진 물체 사이에는 힘이 존재한다고 밝혔습니다. 바로 만유 인력의 법칙입니다. 산 위에서 쏘는 포탄을 예로 들어 만유 인력은 포탄과 지구라는 두가지 물체의 질량의 곱에 비례했고, 거리의 제곱에 반비례한다는 것을 설명했습니다. 그러나 스피드가 떨어지자 결국 추락하는 포탄과 달리 어떤 물체도 충분한 속도만 주어지면 땅바닥에 떨어지지 않고 지구 주위를 돌 수 있다고 말했어요.330년 앞에 떨어진 사과부터 시작된 것으로 알려진 뉴턴의 놀라운 통찰은 오늘도 수많은 인공 위성으로 이어지는 우리의 머리 위를 맴돌고 있습니다. 현대의 과학자들은 아직 그의 물리 법칙과 미적분에 힘입어 로켓의 중력 탈출 속도와 인공 위성의 궤도를 계산하고 있습니다. 지상 800km의 저고도 위성이 되기 위해서는 초속 7.9km에 도달해야 하며 지구의 중심에서 더 거리가 먼 고도 3만 6000km의 정지 궤도 위성은 초속 3.1km에서 운동해야 한다는 것입니다.
아이작 뉴턴(1642-1727). <사진출처=Wikimedia> 기획/제작 : 항공우주 에디터 오요한 자문/감수 : 정지궤도복합위성사업단 용기력 박사
아이작 뉴턴(1642-1727). <사진출처=Wikimedia> 기획/제작 : 항공우주 에디터 오요한 자문/감수 : 정지궤도복합위성사업단 용기력 박사
아이작 뉴턴(1642-1727). <사진출처=Wikimedia> 기획/제작 : 항공우주 에디터 오요한 자문/감수 : 정지궤도복합위성사업단 용기력 박사
