우주에는 존재하지만 확인하기 어려운 것들이 있다. 블랙홀은 1915년 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 존재가 예견된 이래 그 모양을 직접 눈으로 확인할 수 없었다. 강한 중력으로 시공간마저 크게 휘어 빛도 빠져나올 수 없기 때문이다. 그럼에도 블랙홀의 존재를 인지할 수 있었던 까닭은 그 존재로 생기는 여러 현상을 관찰한 까닭이다. 블랙홀 뒤에 가려진 별을 블랙홀 주변에서 굴절된 빛을 통해 관찰한 것도 그 예 중 하나다. 지난 4월엔 지구 곳곳에 설치된 8개 전파망원경으로 예측 104년 만에 블랙홀의 존재를 확인할 수 있었다.

지구도 마찬가지다. 지구는 반지름이 6400㎞에 이르기 때문에 직접 조사 대신 다양한 간접적 방법이 활용되고 있다. 지구 내부의 가장 깊은 곳에 자리잡은 핵은 밀도가 높은 철과 니켈을 주성분으로 하며, 방사성 동위원소 붕괴와 지구 생성 초기에 쌓인 에너지로 인해 늘 많은 열을 배출한다. 이 때문에 고체 상태의 내핵과 액체 상태의 외핵으로 구분돼 있다.

외핵과 내핵의 물성 차이는 이미 1900년대 초반 지진학적 관측으로 확인됐다. S파가 외핵을 통과하지 못한다는 관측으로부터 외핵이 액체임이 확인됐고 외핵과 내핵의 경계에서 반사된 지진파를 통해 고체 상태의 내핵의 존재를 알게 됐다.

액체 외핵의 발견으로 지구 자기장이 만들어지는 원리와 지구의 운동도 설명이 가능해졌다. 내핵과 맨틀 사이에 자리잡은 액체 외핵으로 인해 지구는 작은 공을 내부에 갖고 있는 공 모양을 띠게 된다. 바깥 공이 구를 때 두 공 사이의 공간이 액체로 채워져 있으므로 안쪽 공은 바깥 공과 동일한 운동을 하지 않는다.초기 지구 내부는 불균질한 물질들로 서로 뒤섞여 있는 거대한 고체 덩어리였다. 이후 지구 내부 구성 물질의 밀도에 따라 분화가 일어나며 현재와 같은 지각, 맨틀, 외핵과 내핵을 가진 층상 구조로 성장했다. 외핵이 액체 상태로 발달함에 따라 지구 전체적으로 하나였던 자전운동이 외핵을 기준으로 둘로 나뉜 상태가 된 것이다. 밀도가 높고 부피가 작은 내핵에서의 자전 속도보다 맨틀과 지각에서의 자전 속도는 더 느리다.

만약 외핵이 고체라면 지표에서 관측되는 지구의 자전 속도는 지금보다 빨라져 하루도 지금보다 더 짧아졌을 것이다. 지구 내부를 직접 탐사할 수 없는 상황에서 오랫동안 맨틀과 내핵 간의 자전운동 차이를 확인하기 어려웠다. 지구핵과 맨틀에서 자전운동의 차이는 1990년대 후반에 이르러서야 광물의 정렬로 나타나는 광물의 물리학적 비등방성 성질을 활용해 측정이 가능해졌다.

동일한 암석이라도 광물이 정렬된 방향에 따라 암석의 강도와 지진파 전파 속도 차이가 난다는 점에서 착안했다. 수십년의 시간 간격을 두고 동일한 위치에서 발생한 지진의 지진파를 비교해 내핵을 통과하는 지진파 속도가 서로 차이가 나는 것을 확인한 것이다. 이를 통해 내핵이 비등방성 성질을 가지고 있을 뿐 아니라 내핵이 맨틀과 서로 다른 각속도로 자전을 하고 있음을 확인했다. 만약 내핵이 비등방성을 띠지 않았다면, 맨틀과 내핵의 자전운동 차이는 아직도 알지 못했을 것이다.

자연에는 아직 알지 못하는 많은 부분이 남아 있다. 자연에는 보이지 않는 것이 없다. 우리가 보지 못하는 것은 단지 볼 수 있는 적절한 눈과 도구를 가지지 못했을 뿐이다.