실제 핵무기 물리학자의 '오펜하이머' 등 분석

Insider 사이트에서 만든 흥미로운 영상인데....

전문 용어들이 많아서 번역기도 이용해서 우리말로 옮겨봤습니다. 오역 있을 수도 있어요.^^

(도입부 <인디아나 존스> 속 핵폭발에 대해서) "충격파가 냉장고를 쳐서 냉장고가 날아간 건데, 이제 냉장고가 충격파보다 더 빠르게 움직이고 있습니다. 글쎄요. 이런 일은 있을 수 없습니다."

제 이름은 그렉 스프릭스입니다. 저는 로렌스 리버모어 국립연구소에서 일하고 있습니다. 그 전에는 로스 알라모스 국립연구소의 임계 질량 실험실에서 근무했습니다. 오늘은 (영화 속) 핵폭발에 대해 살펴보고 그것이 얼마나 현실적인지 판단해 보려고 합니다.

<다크 나이트 라이즈>(2012)

사실, 괜찮은 장면 중 하나였습니다. (핵폭발의) 모양도 적당했고 발광 시간도 적절했습니다. 화구는 결국 냉각되고 복사열 전달에 의해 매우 빠르게 냉각됩니다. 화구가 계속 빛을 내는 시간을 글로우 타임이라고 합니다.

이 버섯구름은 40,000피트(약 12km) 상공까지 올라갈 수 있기 때문에 멀리서도 볼 수 있습니다. 바람이 사람들 쪽을 향해 불지 않는 한 핵 낙진에 대한 위험은 없습니다. 일반적인 경험 법칙이 있습니다. 버섯구름의 머리를 보았을 때 흰색이면 대부분 낙진이 전혀 없을 것입니다. 더럽게 보인다면 화구에 흙이 들어갔고 운반 물질이 생겨서 핵폭탄 파편이 내려와 국지적인 낙진을 일으킬 수 있다는 뜻입니다. 따라서 물 위에서 폭발했다면 낙진은 거의 발생하지 않습니다.

다리 위에 서 있던 사람들은 바람을 느낍니다. 너무 빨리 말이죠. 충격파가 다가오는 데 시간이 좀 걸렸어야 했죠. 

저는 7점을 주고 싶어요. 섬광도 좋았고 폭발의 모양도 좋았습니다.

<아마겟돈>(1998)

폭발이 벌어지고 그 균열을 통해 플라스마가 분출되고 있습니다. 소행성이 충분히 작고 정말로 저렇게 할 수 있다면 소행성을 깨뜨릴 수 있습니다. 만약 큰 소행성이라면 그것을 완전히 파괴할 수 있을 만큼의 큰 폭탄을 얻는 것은 정말 대단히 어려운 일이 될 것입니다.

물론 우주 공간에는 충격파가 생기지 않으며, 만약 충격파가 생긴다 해도 왜 원반 모양이죠? 구형 충격파여야 합니다. 밝은 섬광이 발생하고 20마이크로초 이내에 모든 것이 식을 것이므로 영화에서처럼 긴 섬광 시간이나, 지구에 있는 사람들이 위를 올려다보며 흰색 섬광을 보는 일은 없을 겁니다. 섬광이 보이더라도 10~20마이크로초 동안만 지속될 겁니다.

소행성이 충분히 작아서 깨뜨릴 수 있다면 대기 중에 소멸될 수도 있습니다. 스스로 타버릴 수도 있죠. (소행성의) 이 2개의 반쪽들은 예측하기 힘드네요.

현실적인 면에서 1점 주고 싶어요.

실제로 소행성에 가서 거기를 뚫은 뒤 (핵폭탄으로) 소행성을 부순다고 하면 어떻게 부서지고 조각이 어디로 날아갈지 어떻게 예측하죠?

<오펜하이머>(2023)

케이블로 (원자폭탄을) 고정하려고 했죠. 테스트였습니다. 이 특정한 디자인으로 제대로 작동할지 확신할 수 없었기 때문에, 일종의 프로토타입으로 만들었고 모든 것을 견고하게 만들기 위해 많은 노력을 기울이지는 않았습니다. 그들은 기본적으로 덕트 테이프를 가지고 부품들을 제자리에 고정시켰습니다. 실제 폭탄은 좀 더 구조화되고 실제 무기가 될 수 있도록 설계되었겠죠. 폭탄을 탑에 매달아 놓은 이유는 충격파를 측정하기 위해 지상 위로 올려놓기 위해서였습니다. 첫 번째 실험이었기 때문에 불확실성이 많았습니다. 실제로 효과가 있을지, 효과가 있다면 얼마나 많은 에너지가 방출될지에 대한 불확실성이 많았습니다. 그래서 과학자들은 폭발을 촬영할 수 있어야 했고, 충격파가 지표면과 상호 작용하는 것을 원치 않았습니다. 그들은 충분히 높은 곳에 매달아 놓으면 흙들이 날아오르면서 발생하는 핵 낙진의 양을 어느 정도 억제할 수 있을 것이라고 생각했습니다.

실제로 과학자들을 위해 여러 개의 방공호를 지었습니다. 가장 가까운 방공호는 약 5마일(8km) 떨어진 곳에 있었던 것 같아요. 물론 모두 고글을 쓰고 있었죠. 폭발이 일어나면 엄청나게 빛이 나와서 고글로 눈을 보호했습니다. 이게 고글입니다. 아주, 아주 어두워요. 지금은 아무것도 안 보이네요. 여긴 칠흑같이 어둡습니다. 하지만 핵폭탄이 터지면 볼 수 있죠.

사람들은 충격파가 자신에게 닿을지도 모른다는 생각에 누웠고, 누워 있으면 충격파가 직접 닿지 않을 것이라고 생각했습니다. 충격파가 다가올 때 표면적이 넓어지면 안 됩니다. 평평하게 누워 있어야 합니다. 실험 결과 수치가 사람들이 예상했던 것보다 약간 높았고 바람이 더 세게 불어왔고, 사람들이 실제로 약간의 화상을 입었던 상황이었습니다. 

자외선 차단제가 큰 도움이 되지 않았을 것 같습니다. 사람에게 닿는 것은 열유속이라서요. 조금은 도움이 되었을 것 같지만 그다지 많지는 않았을 거예요.

폭탄의 모습, 탑에 매달았던 것 등 정확성을 고려하면 7점 정도네요.

<인디아나 존스: 크리스탈 해골의 왕국>(2008)

1950년대에는 핵무기를 노출시키지 않으려고 아주 신경 썼습니다. 탑에 매단 폭탄은 실제로 탑 꼭대기에 타워 캡이라고 불리는 구조물로 가렸습니다. 합판으로 벽을 만들거나 일종의 커튼으로 덮었죠. 당시 사람들은 다른 나라의  정찰기가 날아와서 폭탄의 사진을 찍을까 걱정이 많았어요. (영화에서는) 폭탄이 그냥 케이블로 매달려 있네요. 다시 말하지만, 역사 고증에 안 맞습니다.

납이 들어간 냉장고가 이상했습니다. 납 중독에 대해서는 누구나 알 텐데요. 왜 납이 들어있는 냉장고가 나오죠? 실제로 인디아나 존스가 살아남을 수 있을 정도로 방사능을 막으려면 몇 피트 두께의 납이 필요합니다. 집에 지하실이 있었다면 저는 나가서 지하실로 들어갔을 겁니다. 그것이 열 폭발과 충격파로부터 살아남을 수 있는 유일한 방법일 테니까요.

몇 가지 물리 법칙은 정확합니다. 핵폭발 후 가장 먼저 일어나는 일은 엄청난 양의 즉발 방사가 폭발하는 것이죠. 핵분열 과정에서 중성자와 즉발 감마선이 방출됩니다. 그걸 볼 필요는 없습니다. 관찰자가 충분히 가까이 있으면 실제로 느낄 수 있으며 아주 안 좋은 꼴을 당할 겁니다. 다음은 매우 강렬한 열선파가 있다는 것입니다. 핵폭발로 인한 매우 강렬한 열 폭발은 재래식 폭발물로는 얻을 수 없는 것이죠. 따라서 폭발 지점과 가까운 곳에 있는 모든 것, 예를 들어 앞마당에 세워둔 마네킹은 모두 불에 탑니다. 하지만 시간 측정이 잘못됐습니다. 소각은 매우 빠르게 이루어지죠. 마네킹은 1/10초 만에 연기로 사라졌을 겁니다.

유리창의 경우 열선파가 유리를 바로 통과하기 때문에 창이 깨지지 않죠. 그리고 충격파가 도달하기 전까지 실제로 물건들이 깨지지 않습니다.

충격파가 생기고 자동차가 그 앞에 계속 가고 있는데 냉장고가 충격파보다 빠르게 날아옵니다. 충격파가 냉장고를 쳐서 냉장고가 날아간 건데, 이제 냉장고가 충격파보다 더 빠르게 움직이고 있습니다. 글쎄요. 이런 일은 있을 수 없습니다. 충격파가 사라지면서 결국 우리가 음파라고 부르는 것으로 변질됩니다. 음파는 음속으로 이동합니다. 따라서 이 냉장고가 시속 760마일로 땅에 부딪힌다고 상상해 보세요. 납이 들어 있더라도 그 정도의 충격을 견딜 수 있는 구조적 강도는 없다고 생각됩니다. 

충격이 처음 발생하면 바깥쪽으로 이동하고, 폭발이 발생한 곳에는 매우 낮은 밀도의 기포가 남게 되며, 이로 인해 엄청난 부력이 발생합니다. 그리고 그 기포가 상승하기 시작하면 모든 것을 다시 빨아들입니다. 이를 부위상이라고 합니다. 따라서 이 경우 인디아나 존스는 밖으로 튕겨져 나가는 게 아니라, 밖으로 튕겨졌다가 다시 빨려 들어갔을 것입니다.

사실성 측면에서 3점을 주고 싶네요. 열선파도 정확했고 충격파의 포지티브 위상도 맞았어요 하지만 나머지는 엉망이었습니다.

<브로큰 애로우>(1996)

침하 분화구는 지하에 생성된 공동에 의해 생성됩니다. 폭발이 일어나면 물질이 기화되지만 물질은 여전히 플라즈마 상태일 뿐 그대로 남아 있습니다. 그리고 흙과 암석에는 많은 공기층이 있습니다. 그리고 기본적으로 발생하는 일은 그 아래에 매우 높은 온도와 고압의 공간이 생겨서 주변의 모든 것을 압축한다는 것입니다. 마치 두꺼운 스티로폼 조각을 가져다가 밟는 것과 비슷합니다. 그리고 주변의 흙과 암석 등을 더 높고 밀도가 높은 층으로 뭉쳐서 공동을 남깁니다.

이것이 영화 속 핵폭발의 문제점 중 하나입니다. 모든 것을 한 장면에 다 담으려고 한다는 거죠. 이 밝은 섬광은 어디서 나온 거죠? 폭탄이 지하에서 터졌다면, 여러분은 밝은 섬광을 볼 수 없을 겁니다.

지표면에선 확실히 충격파가 발생하며 매우 빠르게 움직입니다. 이 영화 장면에서 묘사된 방식은 마치 흙이 부풀어 오르고 느린 속도로 움직이는 일종의 해일처럼 보입니다. 지하 핵폭발 실험을 실제로 촬영했습니다. 네바다의 실험장에서 약 800번의 테스트를 진행했습니다. 대기권 실험을 중단한 후 모든 실험을 지하에서 하기로 결정했죠. 영화에서 보여준 것처럼 흙덩이가 움직이는 식의 해일은 없습니다. 그리고 상공을 비행하는 헬리콥터를 손상시킬 만한 충격파도 지상에서 발생하지 않았을 거고요.

대기권에서 핵폭발이 일어나지 않는 한 EMP는 발생하지 않습니다. EMP는 지구상의 통신, 전자 장비에 간섭을 일으킬 수 있죠. 대기권에서는 그러한 높은 전류를 생성합니다. 지하에서 폭발하면 그런 전류가 발생하지 않습니다. 영화 제작진은 기본적으로 알고 있던 모든 핵무기 효과들을 지하에서 발생한 폭발 하나에다 모두 적용하려고 했습니다.

1점을 주고 싶습니다. 분명 비현실적입니다.

<어벤져스>(2012)

핵무기를 고층대기가 아닌 실제 우주 공간에서 폭발시키면 핵무기 자체에 축적되는 모든 에너지로 인해 폭탄이 기화 됩니다. 우주 공간에서는 충격파가 없습니다. 충격파는 다른 매질을 통해 이동할 때만 발생할 수 있습니다. 그런데 영화에서는 핵폭발 자체와 관련이 없는 가스 덩어리를 보여줍니다. 너무 많은 질량이 보이죠. 또한 거의 즉시 냉각될 겁니다. 우주 공간에 있으면 이러한 복사 냉각이 일어나고 밝은 섬광이 10~20 마이크로초 동안 지속되다가 완전히 어두워집니다. (영화에서처럼 나오는 건) 실제로 핵폭탄이 아니라, 무언가 폭발하는 연료였을 수도 있습니다. 또 폭발이 우주선을 따라서 쭉 이어졌다면 더 오래 지속됐을 수도 있죠. 하지만 순간적인 폭발이었다면 거의 즉시 냉각되었을 겁니다.

제가 보기에 가장 별로네요. 1점입니다.

<어쌔신: 더 비기닝>(2017)

이런 건 본 적 없네요. 왜 저런 구멍이 생겼는지 모르겠어요. 어디서 저런 아이디어가 나온 거죠?

저렇게 깊은 곳에서 폭발했다면 구름이 전혀 보이지 않았을 수도 있습니다. 일종의 지하 핵실험과 같죠. 충분히 깊숙한 곳에서 터지면 표면에 미치는 영향이 전혀 보이지 않습니다. 폭발이 일어나면 저밀도 영역이 생성되고 기본적으로 물 밑에 큰 기포가 생깁니다. 그리고 그것은 부력 효과가 있습니다. 그리고 그것이 튀어 오르면서 물 분출을 일으키죠.

충격파가 이동하고 물 분출이 일종의 형태를 띄네요. 이런 종류의 폭발은 파도를 일으킵니다. 아주 큰 파도는 아니지만 파도를 만들긴 합니다. 항공모함을 파괴할 정도는 아니고요. 충격파가 물속을 통과한 후 배의 선체에 부딪혔을 것입니다. 그리고 그렇게 강한 충격파로 측면을 강타하면 갑판의 안테나가 파손될 가능성이 있습니다. 하지만 수면 위로 충격파가 가해져 배가 뒤집어지는 일은 없었을 겁니다. 2차 세계대전 후 첫 번째 수중 핵실험이었던 오퍼레이션 크로스로드에서, 수중에서 폭발시키면 해군 함대에 어떤 영향을 미칠지 알아보고자 했습니다. 그래서 그들은 많은 구축함과 항공모함을 비키니 환초 한가운데에 배치하고 그 아래에서 폭탄을 터뜨렸습니다. 함선들은 결국 핵 낙진으로 인해 많은 피해를 입었습니다. 다시 말하지만, 수면과 충분히 가까웠기 때문에 충격파가 배를 치고 선체에 부딪혀 손상을 입힐 수 있었던 겁니다. 하지만 대부분의 경우 갑판에 떨어진 것은 방사성 물질이었습니다.

물속에서 발생한 충격파가 공중으로 전파되어 헬리콥터를 나가 떨어지게 한다는 것은 아마도 현실적이지 않을 것입니다. 하지만 다시 말하지만, 충분히 가까워서 물 분출에 맞았다면 헬리콥터를 확실히 떨어트렸겠죠.

이것도 점수가 낮네요. 아마 2점 정도.

<닥터 스트레인지러브>(1964)

저는 ‘운명의 날 장치’에 대해서는 전혀 들어본 적 없습니다. 할리우드가 만들어낸 거죠.

폭격기가 피할 시간을 벌기 위해서는 폭탄에 낙하산을 달아야 합니다. 그래서 폭탄이 떨어지면 잠시 자유 낙하를 한 후 낙하산이 펼쳐지고 천천히 내려가기 시작하죠. 그 사이에 폭격기는 방향을 급격히 90도로 꺾어서 날아가고, 그렇게 해야 폭탄이 실제로 터졌을 때 폭격기와의 거리가 가장 멀어지게 됩니다. 충격파가 비행기를 파괴하지 않을 정도로 폭발 지점에서 충분히 멀리 떨어져 있어야 합니다.

이 영화 속 폭발 장면들은 실제 핵폭발을 찍은 겁니다. 그(스탠리 큐브릭 감독)는 일부러 실제 영상을 영화 속에 집어넣었죠.

폭발에는 10점, 나머지 부분에는 2점을 주겠습니다.