■ SF영화 ‘아바타1·2 속 과학
①바위산 떠다니는 이유는
초전도체‘언옵테늄’활용
②4.4광년 이동 어떻게?
쌍소멸 이용 반물질 엔진 가동
③인간 의식 전달 방법은
뇌칩 활용 원격조종 실험 중
④자연스러운 아바타 제작
모션 캡처로 CG화 연출
‘2156년. 인류는 태양계에서 가장 가까운 별 중 하나인 알파 센타우리 항성계에서 폴리페모스라는 가스 행성 주위를 도는 판도라 위성을 공략한다. 처음에는 미스터리한 초전도체(언옵테늄)를 얻기 위해 기지를 건설하며 숲을 불태우고 원주민을 내쫓는다. 이어 노화를 막기 위한 고래의 뇌수 채취도 모자라 아예 판도라를 지구 식민지로 만들려고 한다. 이 과정에서 가족애와 자연애로 무장한 원주민들과의 충돌이 이어지는데….’ 제임스 캐머런 감독의 공상과학(SF) 영화‘아바타’ 시리즈가 다양한 과학기술과 인문학 요소를 접목해 진한 여운을 남기며 요즘 인기를 끌고 있다. 이 영화는 마치 유럽에서 15세기부터 아메리카 초토화에 이어 세계 식민지 개척에 나섰던 것이 연상될 정도다. 영화‘아바타’에 담긴 과학을 살펴본다.
■바위산이 떠다니는 이유는=영화 ‘아바타’에서는 울창한 숲과 멋진 바다, 특히 둥둥 떠 있는 바위산(기암괴석)이 특징이다. 알파 센타우리 항성계가 만들어질 때 떠돌이 중성자별 충돌 현상으로 판도라 위성에 강력한 자기장이 형성됐고 ‘언옵테늄’이라는 엄청난 초전도체를 함유하게 됐기 때문이다. 작은 초전도체를 자석 위에 놓으면 공중 부양하는 것과 비슷하다. 이 물질은 상온은 물론 초고온에서도 초전도 현상이 유지되고 아주 강력한 자기장에서도 깨지지 않는다. 초전도체는 전기저항이 없어 전력손실 없는 전기 전송은 물론 초고집적회로를 통한 초고성능 중앙처리장치(CPU)·그래픽카드·양자컴퓨터 개발, 고효율 자기부상열차에 쓰일 수 있다. 핵융합 발전 등 차세대 에너지원에 사용될 수도 있다. 핵융합 발전을 하려면 1억 도의 플라스마를 가둬놓을 때 초전도체를 통해 강력한 자기장을 형성해야 한다. 핵융합은 온실가스 배출이 없고 원전보다 7배가량 에너지효율이 높지만 현실에서는 ‘희망 고문’이라고 불릴 정도로 아직은 요원하다. 만약 언옵테늄 같은 물질이 있다면 보다 손쉽게 개발할 수 있는 셈이다.
다만 영화에서는 판도라가 거대한 가스 행성 주위를 돌아 대기와 지반이 불안정해질 수 있는 점은 잘 그려지지 않았다.
■4.4광년 거리는 어떻게 이동하나=광년(光年)은 빛이 진공 속에서 1년 동안 진행한 거리다. 빛의 속도는 초속 2.99792458×105㎞로 1광년은 대략 10조 ㎞다. 현재 태양계 밖으로 탐사 영역을 넓히고 있는 보이저1호(1977년 발사)가 시속 6만 1000㎞가량이며 만약 4.4광년 떨어진 알파 센타우리까지 간다면 7만 7000년이 걸린다. 하지만 영화 속 1.6㎞ 길이의 초거대 우주선은 광속의 70% 수준까지 속도를 내며 이론상 6년 9개월, 특수상대성이론(시간 지연 효과)을 감안하면 5년 9개월가량이면 닿을 수 있다.
이는 초전도체를 활용해 핵융합 발전보다 100배가량 에너지효율이 높은 ‘반물질 엔진’도 같이 썼기 때문이다. 반물질 엔진은 물질과 반물질을 충돌시킬 때 발생하는 ‘쌍소멸 현상’을 이용해 질량을 100% 에너지로 돌릴 수 있다. 다만 반물질 수소를 거대한 입자가속기에서 대규모로 돌려야 해 많은 에너지가 들어간다. 따라서 이 우주선은 판도라로 갈 때 태양과 지구 근처에서 태양에너지를 레이저로 바꿔 발사한 빔을 직경이 우주선 길이의 약 10배쯤 되는 초대형 돛에 부딪히게 해 에너지를 얻어 주로 이동한다. 단거리 이동을 할 때는 핵융합 발전도 같이 쓴다. 물론 SF 세상에서나 통할 만한 상상이다.
■외계 독성 대기에 적응하는 방법은=인류는 3m가 넘고 푸른색 피부를 가진 판도라 원주민의 외형에 인간의 의식을 주입시켜 원격조종이 가능한 아바타를 만든다. 인간은 우주선 안의 캡슐에 누워 있고 그 인간의 가상 인간이 활동하는 것이다. 이미 숨진 판도라 파괴자가 복제된 자신의 기억과 DNA를 기반으로 아바타로 부활하는 모습도 나온다.
다만 현재는 동물의 뇌에 칩을 심어 컴퓨터와 연결하려는 시도와 가상현실에 대한 연구가 이뤄지고 있으나 여의치 않다. 판도라 같은 강력한 전자기장이 있으면 인간의 의식을 아바타에 실시간 전송하기도 쉽지 않다. 위성항법장치(GPS) 전파가 간섭을 받으면 내비게이션이 오작동을 일으킬 수 있는 것과 비슷하다. 영화에서는 인간이 직접 밖에서 활동할 때 투명한 유리팩을 얼굴에 밀착하는 모습도 나오지만 어떻게 산소 공급을 받는지는 미지수다.
판도라 원주민의 경우 머리카락을 초대형 새나 고래에 교합하면 서로 마음을 나눠 타고 다닐 수 있고 특이한 식물에 갖다 대면 자신의 과거를 엿볼 수 있는 것으로 나오나 역시 미스터리다.
영화에서는 인간 고래 사냥꾼들이 고래 한 마리에서 소량의 뇌수를 채취해 8000만 달러에 노화 방지용으로 판매하려 한다. 물론 이 고래가 눈빛으로 소통하는 등 인간 못지않은 뛰어난 지능과 예술 감각, 수학적 능력을 갖는 것으로 그려지나 왜 불로장생약인지는 알기 힘들다.
■자연스러운 아바타는 어떻게 만들었나=판도라 원주민이나 인간 아바타 등의 표정이나 눈빛이 생생하고 자연스러운 것은 ‘모션 캡처’ 기술에 따른 것이다. 배우가 센서가 달린 옷을 입고 연기하면 카메라 속에서 그 움직임대로 캐릭터를 입히는 것이다. 이 같은 컴퓨터그래픽(CG)을 통해 화려한 영상미와 스펙터클한 장면을 연출하게 된다. 모션 캡처 기술은 영화나 애니메이션·게임 등에 많이 쓰이고 환자의 보행 교정과 선수들의 자세 교정 등에도 사용된다.
국내 최고의 슈퍼컴퓨터를 갖고 있는 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 김재수 원장은 “자연스러운 아바타 모습을 구현하려면 엄청나게 빠른 계산이 필요하다”며 “초고화질을 위해서도 한 화면에 엄청난 픽셀(점)이 찍혀 있다. 이런 환상적인 3차원(3D) 영화를 만들 때 슈퍼컴퓨터의 도움을 받아야 한다”고 전했다.
한편 이찬규 중앙대 인문콘텐츠연구소장은 “인류가 달·화성·소행성에서 희귀 자원 채취를 시도하고 먼 미래에는 화성을 생존이 가능한 생태계로 바꾸는 테라포밍을 추진할 수 있다”며 “‘아바타’ 영화의 설정이 일부 오버랩된다”고 말했다.
<고광본 선임기자>
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