과학사의 상식을 뒤집은 ‘천연 원자로’와
우주의 비밀을 추적하는 경이로운 과학 탐사기

우리는 원자로를 인간 문명의 대표적인 발명이라고 배운다. 하지만 1972년, 아프리카 오클로 광산에서 발견된 이상한 우라늄 광석은 과학계의 상식을 완전히 뒤흔들었다. 정밀 조사 끝에 밝혀진 진실은 놀라웠다. 지구는 이미 17억 년 전 스스로 핵 연쇄반응을 일으키는 ‘천연 원자로’를 만들어 운용하고 있었던 것이다.
『17억 년 전의 원자로』는 이 놀라운 발견을 출발점으로, 원자와 별, 우주와 생명의 기원까지 이어지는 거대한 과학의 퍼즐을 흥미진진하게 풀어낸다. 핵우주화학자 구로다 가즈오는 모두가 불가능하다고 여겼던 ‘천연 원자로’ 가설을 끝까지 포기하지 않았고, 수많은 반대와 조롱 속에서도 집요한 탐구를 이어 갔다. 그리고 마침내 그의 예측은 현실이 되었다.

“별의 폭발 흔적이 지금도 지구에 남아 있다!”
초신성, 플루토늄 244, 크세논 동위원소…… 원자를 통해 우주의 시간을 읽다!

이 책은 단순히 원자력이나 핵반응을 설명하는 과학책이 아니다. 초신성 폭발과 플루토늄 244, 크세논 동위원소, 운석과 달의 나이 측정 등 다양한 연구를 통해 “우주는 어떻게 시작되었는가?”, “태양계는 어떤 과정을 거쳐 탄생했는가?”라는 거대한 질문으로 독자를 이끈다. 원자의 세계에서 시작된 이야기는 결국 별과 우주, 그리고 생명의 기원으로까지 확장된다.
특히 동위원소를 이용해 수십억 년 전 태양계의 시간을 추적하는 과정은 한 편의 과학 추리극처럼 펼쳐진다. 눈에 보이지 않는 원자의 흔적 속에서 과학자들은 우주의 역사를 읽어 내고, 인간이 존재하게 된 기원을 탐색해 나간다.

“모두가 불가능하다고 말했지만, 그는 포기하지 않았다!”

전후 일본에서 핵과학 연구가 금기시되던 시대, 구로다 가즈오는 학문을 포기하지 않고 미국으로 건너가 연구를 이어 간다. 그는 당시 누구도 믿지 않았던 ‘천연 원자로’ 이론을 끝까지 밀어붙였고, 결국 오클로 천연 원자로 발견을 통해 자신의 가설이 옳았음을 증명해 낸다.
과학사의 뒤편에 숨겨져 있던 치열한 도전과 집념의 이야기는 단순한 과학 지식을 넘어 깊은 울림을 전한다. 새로운 발견은 언제나 불가능하다는 의심 속에서 시작된다는 사실을 이 책은 생생하게 보여 준다.

“원자에서 우주까지, 모든 것이 연결되는 순간”

『17억 년 전의 원자로』는 과학사의 상식을 뒤집은 발견과 함께, 인간이 우주의 비밀에 어떻게 다가왔는지를 보여 주는 특별한 과학 교양서다. 원자에서 우주까지 이어지는 경이로운 탐구의 여정 속에서 독자들은 과학이 가장 흥미롭고 아름다워지는 순간을 만나게 될 것이다.

책 속에서

“신록의 벚나무잎 사이로 보이는 메이지(明治)시대의 빨간 벽돌”이라고 노래한 일본 시인 기무라 게이케이시(木材形型子)는 도쿄대학교 명예교수이자 일본 학사원 회원이며 현재 92세인 기무라 겐니로(木村健二郞)의 필명이다. 여기서 말하는 메이지시대의 빨간 벽돌 건물은 도쿄대학교 이학부 화학과 건물일 것이다._13쪽

원소는 생성되는 방식에 따라 크고 작은 별 속에서 오랜 기간에 걸쳐 천천히 합성되는 것과 초신성과 같이 폭발하며 죽어 가는 별 속에서 단기간에 급속히 합성되는 것으로 나눌 수 있다. 라듐이나 우라늄처럼 방사선을 지닌 무거운 불안정원소는 초신성 폭발 과정에서 빠르게 만들어진다. 이러한 핵반응 과정을 ‘빠른중성자 포획 과정(rapid neutron capture process) 또는 r과정(r-process)’이라고 한다._53쪽

원자폭탄이 대기 중에서 폭발할 때 내부 온도는 매우 높지만 바깥쪽에서 급속히 냉각되어 ‘버섯구름’이 생긴다. 이어 수십 초에서 수 분 이내에 ‘거대입자(giant particles)’ 또는 ‘열입자(hot particles)’라는 방사능이 강한 입자들이 생성된다. 이들 입자의 크기는 직경 수 마이크로미터에서 수
십 마이크로미터에 이른다. 그중 큰 입자는 이후 형성되는 직경 1마이크
로미터 이하의 작은 입자보다 빠르게 지상에 떨어진다._79쪽

우라늄 238은 중성자를 쉽게 포획하는 성질을 가진다. 그러므로 파사몬테 운석에 함유된 크세논의 무거운 동위원소는 우라늄 235의 핵분열 연쇄반응의 결과로 생성된 것이 아니라 초신성에서 일어나는 r과정에 의해 합성된 플루토늄 244, 즉 우라늄 238이 중성자를 여섯 개 포획해 생성된 핵종이 운석에서 붕괴하면서 생긴 것으로 설명할 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 짧은 논문을 작성해 미국의 지구물리학 학술지인 『Journal of Geophsical Research』에 투고했다._106쪽

1956년에 ‘20억 년 전쯤 천연 원자로가 있었다’고 확실히 예측할 수 있었던 배경에는 1930년대부터 1940년대에 걸쳐 도쿄대학에 있을 때 은사인 기무라 교수의 지도 아래 10년 이상 온천 연구에 종사했던 경험이 결정적인 역할을 했다. 1950년대 미국에는 우수한 물리학자와 지구화학자들이 많았지만 필자처럼 온천 연구에 10년 이상이나 종사한 사람은 거의 없었다. 1971년에는 필자의 ‘플루토늄 244 가설’이 일단락되었고, 1972년에는 ‘천연 원자로설’도 학계에서 널리 인정받게 되었다._156쪽