2005년 8월 29일 미국 뉴올리언스 지방에는 유래를 찾기 힘든 수퍼 허리케인 카트리나가 강타하였습니다. 최대 풍속 시속 250킬로미터 이상의 가히 상상조차 하기 힘든 비바람을 몰고 온 카트리나는 케이쥰 음식과 관광으로 유명한 뉴올리언스를 사실상 폐허로 만들어 버렸습니다. 2500명이 넘는 사상자와 70조원이 넘는 재산 손실은 미국조차도 세계 여러나라들에게 도움을 요청해야했을 정도로 큰 피해를 미국에 안겨주었습니다. 이러한 기상 재해는 비단 다른 나라의 얘기가 아니라서 우리나라도 2003년 태풍 매미 그리고 2010년 태풍 곤파스가 중부 및 남부 지방에 큰 인명 및 재산 피해를 안겨주었습니다. 이처럼 우리의 삶과 뗄레야 뗄 수 없는 기상 현상을 미리 예보하는 것은 우리의 귀중한 재산과 생명을 보호하는 가장 중요한 우선순위 중의 하나입니다. 그런데 기상 현상은 지상의 관측소에서부터 인공위성에까지 측정되는 방대한 정보를 복잡한 물리 및 화학 계산을 통하여 예상될 수 있습니다. 그러나, 이러한 방대한 정보와 복잡한 계산은 인간의 힘이나 개인용 컴퓨터로는 기상 재해가 닥치기 전에 정확히 계산될 수 없습니다. 그리하여 우리나라를 비롯한 많은 외국에서 수퍼컴퓨터의 빠른 계산 능력을 이용하여 보다 정확한 기상 예보를 위해 힘쓰고 있습니다.

 이와 더불어 장기적이고 전지구적인 미래의 기후 변화의 예상이 점점 주목받고 있습니다. 예를 들어 화산 폭발과 산불 등으로 인한 화산재와 에어로졸이 올해와 내년의 기후에 어떤 영향을 미치는지 미리 예상하는 것은 농어업 및 각 산업에서 아주 중요합니다. 예를 들어1991년 필리핀 피나투보(Pinatubo) 화산이 폭발하였을때, 성층권에까지 상승한 화산재와 이산화황은 태양 빛의 지구 입사량을 약 10%로나 감소시켰습니다. 그로 인하여 지구 평균 온도는 섭씨 0.4도나 떨어져 유난히 추운 겨울이 우리에게 찾아왔습니다. 이러한 자연에서 기인하는 기후 변화와 더불어 인류가 일으키는 기후 변화도 있는데 바로 지구 온난화입니다. 과거 200여년간 인류 증가 및 산업화에 따라 급증한 화석 연료의 사용으로 인하여 증가한 온난화 가스는 유래 없는 기후 변화를 장기적으로 일으킬 것으로 과학자들은 예상하고 있습니다. 이처럼 화산 폭발 혹은 온난화로 인하여 발생될 기후 변화를 예상하는 것은 미래 인류의 삶과 직결된 아주 중요한 문제입니다. 그러나 기후 변화를 예측하기 위해서는 대기권, 수권, 지권을 포함한 생물권의 복잡한 상호 작용을 모두 고려하여야 합니다. 이러한 연구는 실험실에서의 실험이나 개인용 컴퓨터로는 수행될 수 없는 최신 계산과학과 수퍼 컴퓨터를 통하여만 이루어질 수 있습니다. 이처럼 계산과학은 인류가 직면한 미래 기후 변화을 예상하고 대비하기 위한 초석을 제공하고 있습니다.

여러분은 2004년 1월 화성에 무사히 착륙한 화성탐사로봇 로버(Rover)를 기억하실겁니다. 6개의 바퀴가 달린 무인로봇은 화성 표면을 자유롭게 돌아다니며 우리에게 화성의 생상한 모습과 함께 화성에 대한 많은 과학적 지식을 전해주었는데 그 로버가 무사히 화성에 착륙하는데 계산과학이 큰 공헌을 하였다는 사실을 알고 있는 사람은 그리 많지 않습니다. 로저를 탑재한 착륙선이 화성 표면에 착륙하기 위해서는 음속의 25배에 이르는 속도로 화성의 대기를 지납니다. 즉, 화성의 대기를 지나는 동안 벌어지는 아주 작은 상황 변화에서 착륙선은 심각한 위기를 맞을 수 있습니다. 화성은 우리가 전파를 발사하여도 무려 십분이나 걸려서 받을 수 있는 먼 곳에 때문에 우리가 즉각적으로 상황을 파악하고 착륙을 조정하는 것은 불가능합니다. 즉, 지구에서 신호를 받고 즉각 대응하여 명령을 보내더라도 로저를 태운 착륙선은 신호를 보낸지 20분이나 지나서야 지구에서의 명령을 받게 됩니다. 즉, 그 사이에 로저를 싣은 착륙선은 대기와의 마찰열로 타버릴지도 모릅니다. 그렇다면 착륙 과정에서 벌어질 수 있는 수만가지가 넘는 모든 상황을 미리 고려하여 착륙선이 스스로 상황에 적절히 대응할 수 있게 해야 합니다. 그렇다면 그 수만가지가 넘는 상황을 어떻게 미리 예측할 수 있을까요? 미국의 나사, 제트추진연구소 그리고 코넬대학교의 연구진들은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 착륙선이 직면할 수 있는 수만가지나 이르는 상황을 미리 예측하였습니다. 이를 통해 비용과 시간을 획기적으로 절약하고 3년 반의 긴 여정과 8억 달러의 비용이 들어간 화성 탐사가 무사히 진행될 수 있었답니다. 이처럼 계산과학은 인류의 미래를 열어갈 우주 탐사에서 아주 중요한 역할을 담당하고 있습니다.