대부분의 사람은 우주에 가만히 있는 태양 주위를 지구가 단순히 돌고 있다고 생각하며 자라왔습니다. 그리고 태양계의 모든 행성이 같은 방향으로 같은 방향으로 태양을 공전하고 있다고 알고 있습니다. 하지만 더 깊이 파고들면 들수록 태양계와 지구가 은하계를 통과하는 훨씬 더 복잡하고 매혹적이라는 사실을 알게 될 것입니다. 우리는 어렸을 때부터 우리가 살고 있는 태양계가 태양을 중심으로 평평한 원반 궤도를 공전한다고 배우며 광활하고 신비로운 우주의 모습을 상상해 왔습니다. 그리고 그것을 당연하다고 여겨왔습니다. 우리가 사는 지구가 태양 주위를 공전하는 행성들과 함께 모두 같은 방향으로 태양 중심을 회전할 뿐만 아니라 동시에 놀라운 속도로 전체 태양계가 우주를 향해 돌진하고 있습니다.
태양계가 형성되기 전의 우주공간에는 엄청난 수소와 헬륨, 우주먼지로 이루어져 있었습니다. 그리고 태양계 성운의 규모는 현재보다 광활했습니다. 지금으로부터 약 46억 년 전 수소, 헬륨과 먼지덩어리로부터 태양계의 형성이 시작되었습니다. 이 덩어리는 좀 더 큰 규모 집합체의 일부였습니다. 그러다 어느 순간 주변의 초신성이 폭발하게 됩니다. 이 초신성의 폭발에 의한 충격파에 의해 안정적이던 성운은 중력붕괴를 일으켰고 이 구름은 수축하면서 자체 중력으로 인해 서로를 끌어당기게 되었습니다. 서서히 회전하던 구름은 그 속도가 빨라져 원반 형태를 갖추게 되었습니다. 자체적으로 회전하는 원반 구름은 중력으로 인해 수축이 진행될수록 중심부에는 가스들이 더 많이 모이게 되었습니다. 이 모여있는 가스 입자들은 서로 충돌하게 됩니다. 이때 운동에너지가 열에너지로 전환되면서 중심부의 온도가 올라가게 되는 것, 이것이 원시 태양의 탄생이었습니다. 원시 태양은 이러한 과정을 거치면서 온도와 압력이 매우 높아져 수소가 헬륨으로 융합하는 핵융합 과정을 통해 엄청난 열과 빛을 우주공간으로 내뿜는 항성이 되었으며 스스로 빛을 내는 하나의 행성 군의 중심이 탄생하게 된 것이었습니다. 태양 주위의 기체와 티끌들은 회전 원반과 같은 방향으로 원심력에 의해 계속해서 회전을 같이하게 됩니다. 태양계 성운은 회전과 수축을 반복하면서 중심부는 볼록해지고 가장자리는 얇은 원반 모양을 형성하게 되었습니다. 이 가스와 먼지구름들은 중력에 의해 충돌하고 달라붙으면서 크고 작은 덩어리를 이루며 원시 행성을 형성하는 물질로 성장하게 됩니다. 태양은 원시 태양계 전체물질의 질량에 99.86%를 모아 응축되어 형성되었으며 태양이 응축되고 남은 성운의 고리 부분을 구성했던 가스와 먼지들은 회전을 계속하며 뭉쳐지고 커지면서 작은 덩어리로 만들어졌습니다. 이 덩어리들은 서로 잡아당기고 모여서 점점 덩치를 키우며 충돌하는 과정을 통해 행성과 왜소 행성, 그리고 혜성들이 만들어지게 된 것입니다. 원시 태양에 가까운 영역에서는 메테인과 암모니아 등과 같은 가벼운 물질들은 증발하였으며 녹는점이 높은 규소와 철, 니켈과 같은 무거운 물질들은 산소와 결합해 지구와 같은 암석형 행성들이 만들어지게 되었습니다. 이때 태양에서는 수소 핵융합 반응이 계속해서 일어났으며 이에 따라 강력한 태양풍이 발생하여 원시 태양 주변의 가스와 먼지들을 태양계 바깥으로 날려 보내게 됩니다. 하지만 충분히 성장한 암석형 행성인 수성과 금성, 지구와 화성과 같은 초기의 태양계를 이루는 행성들은 구심력에 의해 현재의 태양계 모습을 형성하게 되었습니다. 그리고 태양풍으로 인해 밀려난 먼 영역에서는 가벼운 기체와 얼음으로 둘러싸인 티끌 등에 의해 목성과 같은 기체형 행성으로 진화하게 된 것이었습니다. 처음에는 원시 태양 주변으로 유입되는 물질들이 모든 방향에서 끌려들어 와 원시 태양계는 매우 혼란스러운 환경이었습니다. 그리고 붕괴한 성운 구름은 불규칙한 방향으로 접근하였으며 입자들 사이의 충돌은 정기적으로 일어났습니다. 각각의 성운들의 운동량은 그렇게 상쇄되었습니다. 따라서 결국 성운의 모든 입자가 다른 방향에서 접근하는 동안 입자의 운동량은 상쇄되어 같은 방향만 남게 된 것입니다. 우리는 이러한 물질 덩어리들을 오늘날에도 실제로 관측할 수 있습니다. 우리 태양계에는 강력한 원반을 가지고 있는 행성인 토성을 관찰할 수 있습니다. 모든 가스 거인은 행성의 평면을 따라 공전하는 위성들을 가지고 있습니다. 토성의 고리는 아름다운 시계태엽 방식입니다. 토성 탐사선인 카시니 탐사선은 임무를 수행하는 동안 다양한 중력 상호작용으로 인해 토성을 고리 내부에서 물질들이 뭉쳐서 만들어지는 작은 위성이 형성되는 것을 발견할 수 있었습니다. 오늘날 우리는 우리 은하에 대해 많은 것을 알고 있습니다. 하지만 직접 우리 은하의 전체 모습을 본 사람은 아무도 없습니다. 우리 은하 전체의 모습을 관측하려면 우리 은하로부터 멀리 떨어져 관측해야 합니다. 하지만 인류는 지금까지 우리 은하의 모습을 제대로 촬영한 적이 없습니다. 우리 은하의 모습을 촬영하기 위해서는 카메라가 달린 탐사선이 우리 은하에서 수백 광년 떨어진 곳으로 가야 합니다. 46년 전 지구를 떠난 보이저 1호는 인류가 우주로 보낸 탐사선 중에서 가장 멀리 간 탐사선이지만 이제 겨우 태양계를 벗어났습니다. 보이저 1호가 현재 날아가고 있는 위치는 초속 30만 킬로미터로 232억 킬로미터 거리의 성 간 우주공간입니다. 이 거리는 지구와 태양 간의 거리에 156배가 넘는 엄청난 거리입니다. 만약 보이저 1호가 이 속도로 계속 날아가 우리 은하의 중심으로 날아가게 된다면 이것이 바로 우리 은하의 크기인 것입니다. 그런데 우리 은하의 크기는 빛의 속도로 달려도 우리 은하를 벗어나려면 우리 은하의 전체모습을 직접 보는 것은 거의 불가능에 가까운 일입니다. 과학자들은 우리 은하의 모양이 나선형이라는 것을 어떻게 알아냈을까요? 이것은 우리 은하 밖에 있는 은하, 즉 외부은하에서 찾을 수 있습니다.
