가끔 우리는 우주 정거장에 머물고 있는 우주비행사들이 무중력상태에서 한가롭게 둥둥 떠다니면서 환상적인 지구의 모습을 바라보는 장면들을 신문지상이나 뉴스, 또는 SNS를 통해서 보게 됩니다. 하지만, 실제 우주 공간에 머물고 있는 우주 비행사들은 동영상 등에서 보이는 것처럼 한가로운 시간을 보내기 보다는 대부분의 시간을 수많은 실험들을 진행하며 바쁜 일정을 소화 합니다. 이들은 우주정거장이나 왕복선에 머무르는 동안 우주 비행에 필요한 주목적의 실험 외에도 여러 실험단체에서 의뢰된 다양한 실험들을 시행하고 있습니다. 

처음 유인 우주선들이 지구 밖으로 보내졌을 때에 진행된 대부분의 실험들은 무중력 공간에서 우주비행사들의 생존방식들에 관한 것이었습니다. 중력이 있는 지구에서는 당연하게 여겨지던 많은 일들이 우주 공간상에서는 일어나지 않거나, 심지어 반대로 일어나기도 하기 때문입니다. 음식을 입으로 섭취하여 식도로 넘기면 자연스럽게 소화기관을 지나며 내려가는 것, 배변 시 자연스럽게 소변, 대변이 아래쪽 변기로 떨어지는 것 등이 모두 중력에 의해 가능한 것들입니다. 무중력 상태에서는 이런 당연한 대사활동 조차도 불가능한 일들이 되어 버립니다. 섭취된 음식물은 중력의 도움 없이 온전히 소화기관의 근육작용만으로 이동되어야 하기 때문에 소화불량에 걸리기 쉽고, 배설물들이 아래로 내려가는 대신 공중에 둥둥 떠다니기 때문에 배설물을 모으는 새로운 방식의 처리 시스템이 필요하게 됩니다. 실제로 인간을 우주로 내보내기 전에 침팬치를 태우고 우주여행 뒤 돌아온 왕복선의 가장 심각한 문제 중 하나는 왕복선 내부에 흩어져 있는 침팬치의 배설물이었다고 합니다. 

초기에 우주비행사의 신체조건과 관련된 실험들이 가장 중요한 실험들이었다면, 이후에는 인간이 우주에서 살아남기 위해 필요한 정보들을 수집하는 실험들이 주목받기 시작합니다. 공상과학영화 ‘마스(Mars)’에서 주인공이 화성에서 살아남기 위해 감자 재배를 하는 것과 비슷하게, 무중력상태에서 많은 식물들의 성장과정에 관한 실험은 국제 우주정거장(ISS)에서 실행되고 있는 실험 중 가장 중요한 실험 중에 하나로 꼽히고 있습니다. 머지 않은 미래에 우주로의 여행이 가능해졌을 때, 기본적인 식량을 어떻게 공급할 것인가에 대한 해답을 찾기 위한 실험입니다. 

다음으로 중요시되는 실험들은 중력의 영향을 받는 지구상에서는 수행하기 힘든 순수 과학관련 실험들입니다. 예를 들면, 초극저온 상태를 만들어 내기 위한 실험이라던가, 불꽃이 연소되는 과정에 대한 비밀을 밝히기 위한 실험들입니다. 초극저온 상태에서는 원자, 분자 단위의 물질들의 움직임을 최소화시키고, 그 물질의 기본 성질을 연구하는 데에 큰 도움이 되지만, 중력이 있는 곳에서는 만들어 내기 힘든 조건이기 때문에 우주 공간에서 실험이 진행됩니다. 불의 연소 작용은 누구나 쉽게 사용하는 것이지만, 실제적으로 연소의 과학적 원리는 아직 정확히 밝혀져 있지 않습니다. 과학자들은 이것이 중력에 의해서 연료 분자들의 움직임이 너무 복잡해지는 것과 관련이 있다고 보고, 무중력상태에서 단순화된 연료분자들의 연소과정을 이해한다면 연료효율을 증가시킬 수 있는 열쇠가 될 것으로 기대하고 있습니다. 

과학적으로 의미가 있는 중요한 실험들이 우주공간에서 수행되고 있지만, 그 외에도 재미있고 기상천외한 실험들이 우주 공간상에서 이루어지고 있습니다. 이중 가장 유명한 실험 중의 하나는 물방울에 관한 실험들입니다. 물방울이라고 하면 우리는 촛불과 비슷한 모양으로 윗부분은 얇고, 아래 부분이 두툼한 형태를 생각하게 되는데, 이렇게 아래쪽이 볼록한 모양은 중력에 의해 물 분자들이 아래쪽으로 쏠리는 현상에 의한 것이고, 중력이 존재하지 않는 우주공간에서의 물방울은 유일한 힘인 표면장력에 의해 완벽한 구의 형태를 갖게 됩니다. 이와 비슷하게 붓의 끝부분의 모양과 비슷한 형태를 갖는 촛불도 우주 공간에서는 동그란 형태의 불꽃 모양을 갖습니다. 초가 타면, 초의 성분, 즉 파라핀이 기체 상태로 바뀌어 주변의 공기와 함께 대류현상에 의해 위쪽으로 상승하면서 붓끝 모양을 촛불형태를 갖게 되는데, 무중력 상태에서는 대류 현상이 일어나지 않기 때문에 기체 상태의 파라핀과 주변의 공기가 초 심지 주변에 몰려있게 되고, 이 때문에 동그란 구 형태의 불꽃을 갖게 되는 것입니다. 

일본의 한 화장품회사는 우주왕복선에서 사용할 독특한 향을 개발하기 위한 실험을 의뢰하기도 했습니다. 꽃의 향기는 꽃에서 만들어지는 휘발성 분자의 성분에 따라 결정되는데, 이 향기는 꽃의 품종, 환경 등에 의해 미세하게 결정된다고 합니다. 이 회사는 우주의 무중력상태에서 만들어지는 장미꽃의 향기를 알아내기 위해서 1998년에 발사된 우주왕복선에 두 송이의 장미꽃을 실어 보냈고, 꽃이 개화했을 때 생겨난 향기 분자를 분석기로 통해 데이터를 밝혀냄으로써 지구상에서는 절대 만들어지지 않는 향을 개발되어, 이를 이용한 향수 상품을 출시하기도 했습니다. 

이렇듯 분야에 상관없이 많은 연구단체들은 그들의 연구계획서를 NASA 등의 우주 연구 센터에 의뢰를 하고 있고, 이 중 선택된 실험들이 끊임없이 무중력상태에서 실행되고 있습니다. 중력장의 영향을 받는 지구 내에서 벌어지는 사실들의 원리를 알기 위해 중력이 없는 상태에서 실험을 실행한다는 것이 아이러니하게 들릴 수도 있지만, 이는 또한 우리들이 당연하다고 생각하는 무언가가 이미 우리가 인지하지 못하는 것에 의해 이미 심하게 편향된 결과일 수도 있다는 것을 일깨워 줍니다.