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셸, '녹색 불꽃' 전략으로 LNG 시장 장악 박차
- 에너지 대기업 셸이 2030년까지 LNG 판매량을 연간 4%에서 5%까지 늘릴 계획을 밝혔다. 이는 배출량 감소와 동시에 더 많은 가치를 창출하겠다는 목표의 일환이다. 지난 25일(현지시각) 트레이드윈즈에 따르면 셸은 뉴욕에서 열리는 2025년 자본 시장의 날에 앞서 전략을 발표하며, 통합 상류 및 가스 사업 전반에서 2030년까지 매출을 매년 1%씩 성장시킬 것이라고 전했다. 또한, 2030년까지 하루 140만 배럴의 액체 생산량을 유지하되 탄소 집약도는 점차 낮출 계획이다. 와엘 사완 셸 최고 경영자는 "우리는 세계 최고의 통합 가스 및 LNG 사업체이자 가장 고객 중심적인 에너지 마케터 및 트레이더가 되는 동시에 상당한 수준의 액체 생산을 유지하고자 한다"고 밝혔다. 그는 이어 "셸이 더욱 단순하고, 더 탄력적이며, 더 경쟁력 있는 기업으로 전환되고 있다"고 강조했다. 이번 발표에서 셸은 배출량 감소와 더불어 더 많은 가치를 창출한다는 전반적인 목표를 제시했다. 구체적으로 올해 말까지 20억 달러(약 2조 9356억 원)에서 30억 달러(약 4조 4034억 원)의 구조적 비용 절감을 목표로 하고 있으며, 2028년 말까지는 2022년 대비 누적 50억 달러(약 7조 3390억 원)에서 70억 달러(약 10조 2746억 원)의 비용 절감을 목표로 설정했다. 또한, 2025년부터 2028년까지 연간 자본 지출을 220억 달러(약 32조 2916억 원)에서 200억 달러(약 29조 3560억 원)로 줄일 예정이다. 셸의 에너지 전환 전략 2024에 명시된 기후 목표와 야망은 변함없이 추진될 전망이다.
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셸, '녹색 불꽃' 전략으로 LNG 시장 장악 박차
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[우주의 속삭임(105)] 화성 지하에 대규모 물 존재 시사⋯지진 데이터 분석 결과
- NASA 인사이트호의 지진 관측 자료 분석 통해 지하 10~20km 깊이에 액체 상태 물 존재 가능성 강력히 제기 화성 지하에 광대한 양의 물 존재 가능성 시사하는 새로운 지진 데이터 분석 결과가 발표돼 학계의 주목을 받고 있다. 일본 히로시마 대학 연구팀이 미국 항공우주국(NASA)의 화성 탐사선 인사이트(InSight)호가 수집한 지진 데이터를 분석한 새로운 연구 결과에 따르면, 화성 지하 깊은 곳에 상당한 양의 액체 상태 물이 존재할 가능성을 강력하게 시사하고 있다고 스페이스닷컴이 전했다. 2024년, 연구진은 화성 지하 11.5~20km 깊이에 액체 상태의 물이 스며들어 있을 가능성을 제기했으며, 이는 화성 지진 발생 시 감지된 지진파의 속도를 근거로 한 주장이었다. 히로시마 대학의 카타야마 이쿠오 교수와 해양지구과학기술연구소의 아카마츠 유야 연구원은 인사이트호의 지진 자료를 분석하여 이러한 주장을 뒷받침하는 추가적인 증거를 발견했다. 카타야마 교수는 성명을 통해 "수많은 연구들이 수십억 년 전 고대 화성에 물이 존재했음을 시사한다"며, "하지만 우리의 모델은 현재 화성에도 액체 상태의 물이 존재함을 나타낸다"고 밝혔다. 이번 연구는 2018년부터 2022년까지 화성 표면에서 운영된 인사이트 미션의 지진 실험 장비(SEIS)가 수집한 지진 데이터를 기반으로 한다. SEIS는 화성에서 작동한 최초의 지진계로, 화성 지진으로부터 발생하는 세 가지 유형의 지진파(P파, S파, 표면파)를 감지했다. P파는 음파와 유사하게 앞뒤로 진동하며, S파는 진행 방향에 수직으로 위아래로 진동한다. 표면파는 연못의 잔물결처럼 화성 표면을 따라 이동한다. 새로운 연구는 지하 P파와 S파에 초점을 맞췄다. P파는 더 빠른 지진파이며, S파는 더 느리고 액체를 통과할 수 없다. 액체는 운동 방향에 수직인 진동을 허용하지 않기 때문이다. 이러한 두 가지 유형의 지진파를 측정하는 지진계는 신호의 강도와 지진계에 도달하는 데 걸린 시간을 통해 파동이 통과한 지하 매질(물 또는 암석 등)의 밀도와 구성을 파악하는 데 도움을 준다. 카타야마 교수와 아카마츠 연구원은 지진 데이터에서 10~20km 깊이에서 화성 내부의 특성이 갑자기 변하는 것으로 보이는 두 개의 전이 영역에 주목했다. 이 깊이는 이전 연구에서 액체 상태의 물의 증거가 발견되었다고 주장된 영역과 매우 유사하다. 이전에는 지구물리학자들이 이러한 전이 영역이 상부의 화산재와 하부의 충돌 분출물 사이의 차이, 그리고 20km 깊이에서 다공성 암석(틈과 공동으로 채워진 암석)에서 고체 암석으로의 변화를 나타낸다고 주장했다. 그러나 카타야마 교수와 아카마츠 연구원은 이러한 설명 외에 다른 요인이 작용한다고 주장한다. SEIS가 감지한 P파와 S파 분석 결과에 따르면, 10~20km 깊이의 다공성 암석 내 틈과 공동에 물이 존재한다는 것이다. 연구진은 지진 데이터 기반 가설을 검증하기 위해 스웨덴 뤼다홀름 지역의 섬록암(현무암과 유사한 화성 암석의 유사체)을 대상으로 실험을 수행했다. 실험 결과, 습한 조건에서 섬록암은 SEIS가 감지한 것과 유사한 지진 신호를 나타냈다. 이전 연구에서는 화성 지하 깊은 곳에 표면 전체를 1~2km 깊이의 바다로 덮을 수 있을 만큼의 물이 존재할 수 있다고 추정했다. 이러한 막대한 양의 액체 상태 물의 존재가 확인될 경우, "미생물 활동의 가능성"을 시사할 수 있다고 카타야마 교수는 언급했다. 안타깝게도 현재 기술로는 화성에 존재 가능한 물에 도달하거나 그곳에 존재할지도 모르는 생명체를 탐사할 방법이 없다. 따라서 화성의 물을 포함한 수많은 미스터리는 당분간 지하에 묻혀 있을 것으로 보인다. 카타야마 교수와 아카마츠 연구원의 이번 연구 결과는 저명한 과학 저널인 '지질학(Geology)'에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(105)] 화성 지하에 대규모 물 존재 시사⋯지진 데이터 분석 결과
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[퓨처 Eyes(75)] 액체처럼 흐르는 황금빛 고체, '초고체' 탄생
- 레이저 빛을 초고체로 만드는 혁신적인 기술이 처음으로 개발됐다. 마법은 더 이상 동화속 이야기가 아니었다. 한 줄기 레이저 광선이 불가능을 현실로 바꾸며, 액체와 고체의 낯선 경계를 허무는 '황금빛 고체'를 눈 앞에 펼쳐냈다. 물리학자와 나노 기술자들로 구성된 국제 공동 연구팀이 마치 연금술같은 놀라운 기술로 레이저 빛을 '초고체(supersolid)'라는 미지의 물질 상태로 변환하는 데 세계 최초로 성공하며 오랫동안 과학계가 품어온 꿈을 마침내 실현했다. 이번 쾌거는 응축 물질 물리학의 오랜 숙원을 해결했을뿐 아니라, 상상조차 어려웠던 양자역학의 새로운 가능성을 활짝 열어젖힌 역사적인 순간으로 기록될 것이다. 해당 연구에 대해서는 네이처닷컴, 웹사이트 PHYS.org와 뉴사이언티스트, 퍼퓰러메카닉스 등 다수 외신이 심층적으로 다루었다. 일반적으로 양자 초고체는 양자 세계에서만 존재하는 실체로, 초저온 원자를 통해서만 형성되었지만 이탈리아 레체에 있는 국립연구위원회 나노기술 연구소(CNR Nanotec)의 과학자들이 이끄는 새로운 연구에서는 처음으로 빛을 사용하여 이 양자 물질 상태를 만들었다. 이전 연구에 따르면 초고체는 점도가 0이고 소금 결정에서 원자가 배열되는 방식과 유사한 결정과 같은 구조로 형성된다는 것이 밝혀졌다. 저명 학술지 '네이처'에 실린 이번의 놀라운 연구는 이탈리아 국립연구위원회(CNR)의 디미트리오스 트리포게오르고스 연구원의 지휘 아래 나노기술, 공학, 물리학 등 여러 분야의 국제적인 전문가들이 머리를 맞대 융합 연구를 거듭한 끝에 이룩한 값진 결실이다. 연구팀은 '빛의 연금술'이라고도 불러도 좋을만큼 혁신적인 접근 방식을 통해, 레이저 빛을 영원히 도달할 수 없는 꿈만 같았던 초고체로 완전히 탈바꿈시키는 기적을 만들어냈다. 레이저광으로 초고체 최초 구현 먼저 팀은 초고체를 만들기 위해 특수한 능선으로 형성된 갈륨 비소화물 조각에 레이저를 발사했다. 빛이 능선에 부딪히면서 빛과 재료 사이의 상호작용으로 플라리톤(polariton)이 형성됐다. 폴라리톤은 미리 설계된 방식으로 능선에 의해 제한됐고, 그로 인해 폴라리톤은 스스로 초고체를 형성했다. 그런 다음 연구팀은 만들어진 결과물이 진짜 초고체인지를 테스트했다. 이는 빛으로 만들어진 초고체가 이전에 생성된 적이 없다는 사실 때문에 매우 힘들었다. 그럼에도 연구팀은 초고체가 고체이자 유체이며 점성이 없다는 것을 확인했다. 트리포게오르고스 연구원은 감격에 찬 목소리로 "우리는 실제로 빛을 고체로 만들었다. 정말이지 믿기 어려울 정도로 놀라운 성취다"라고 외쳤다. 그의 목소리에는 이번 연구가 과학 역사의 새로운 장을 여는 기념비적인 사건이라는 평가가 충분히 담겨 있다. 미지의 물질 초고체, 과학계의 오랜 염원 초고체, 이름만 들어도 왠지 모르게 신비로운 느낌을 주는 이 물질은 마치 두 개의 얼굴을 가진 야누스와 같다. 점성이 전혀 없는 '초유동성'과, 원자들이 규칙적으로 빽빽하게 들어선 고체의 결정 구조를 동시에 지니고 있기 때문이다. 흐르는 액체의 자유로움과 단단한 고체의 견고함을 동시에 가진 초고체는 오랫동안 과학자들의 상상력을 자극하며, 미지의 영역 속에 머물러 있었다. 소금 결정처럼 질서 정연하게 늘어선 원자들 사이를 액체처럼 자유롭게 움직이는 초고체의 기묘한 이중성은, 현대 과학의 오랜 난제 중 하나였다. 특히 초고체는 극도로 낮은 기온, 즉 일반적인 상상으로는 가늠하기 어려운 극한 환경에서, 그것도 원자라는 극히 제한적인 재료로만 만들수 있었기에, 그 심오한 비밀을 파헤치는 것은 마치 별을 헤는 것만큼이나 어려운 일이었다. 반도체, 레이저 그리고 '폴라리톤'⋯빛의 마법이 현실이 되다 하지만 '불가능은 없다'는 인간의 불굴의 의지와 끊임없는 탐구 정신은, 마침내 과학의 역사를 진전시키는 놀라운 결과를 낳았다. 이번 연구팀은 오랫동안 굳어져 왔던 기존 연구의 틀을 과감하게 부수고, 완전히 새로운 길을 개척했다. 극저온, 원자라는 낡은 공식을 과감히 버리고, '알루미늄 갈륨비소' 반도체와 레이저 빛의 절묘한 조합을 통해 초고체 창조라는 꿈을 마침내 현실로 불러왔다. 연구진은 나노미터(10억분의 1미터) 수준의 초정밀 기술을 동원해 좁고 규칙적인 능선 패턴을 새겨 넣은 특별한 알루미늄 갈륨비소 웨이퍼를 제작하고, 이 혁신적인 반도체 구조에 레이저를 정밀하게 쏘았다. 레이저 빛이 능선에 부딪히는 찰나, 빛과 물질 사이에서 지금껏 상상 속에서만 가능했던 마법과 같은 상호작용이 눈앞에서 펼쳐졌다. 그 결과, '폴라리톤'이라는, 이전에는 알려지지 않았던 새로운 종류의 혼성 입자가 마치 마법처럼 탄생했다. 능선 패턴이라는 특수한 환경은 폴라리톤의 움직임과 에너지 레벨을 숙련된 조련사처럼 정교하게 통제했고, 마침내 폴라리톤들은 스스로 응축하며 꿈에서 그리던 물질, 초고체로 변신했다. 양자 기술 혁명의 도화선, 빛 기반 초고체의 무한한 가능성 이번 연구가 더욱 값진 이유는 단순히 빛을 초고체로 바꾸는 데 성공한 것을 넘어, 빛으로 만들어진 초고체의 놀라운 특성을 과학적인 실험으로 명확하게, 그리고 최초로 입증했다는 점이다. 공동 연구팀의 핵심 연구자인 다니엘레 산비토 CNR 연구원은 "빛으로 초고체를 만들고, 실제로 존재한다는 것을 실험적으로 증명하는 것은 과거에는 상상조차 할 수 없었던 미지의 영역에 발을 내딛는 것과 같았다. 우리 손으로 만들어낸 초고체가 과연 고체와 액체의 성질을 모두 가진 진정한 초고체인지, 아무도 걸어보지 않은 길을 걸으며 확인하는 과정은 마치 미지의 대륙을 탐험하는 것만큼이나 험난하고 가슴 뛰는 여정이었다"며 연구 과정 당시의 숨 막힐 듯한 긴장감을 전했다. 수많은 밤을 지새우는 실험과 고도의 분석을 거듭한 끝에, 연구진은 빛으로 빚어낸 초고체가 고체와 액체의 이중적인 모습을 완벽하게 드러내며, 점성이 '0'이라는 믿기 힘든 특성을 가지고 있음을 전 세계 과학계에 당당히 선언하는 데 성공했다. 프랑스 소르본 대학교의 알베르토 브라마티 교수는 "이번 연구는 응축 물질 물리학 분야의 오랜 숙제를 마침내 해결했을 뿐 아니라, 물질의 상전이, 특히 양자 물질이 그 상태를 변화시키는 근본 원리에 대한 깊이 있는 통찰력을 인류에게 선사하는 획기적인 과학적 성취"라고 극찬하며, "빛 기반 초고체 연구는 앞으로 양자 기술 분야에 지금껏 상상조차 할 수 없었던 혁신적인 응용 가능성을 활짝 열어줄 것이다"라고 밝은 미래를 예견했다. 트리포게오르고스 연구원은 "빛으로 만든 초고체는 기존의 원자 초고체에 비해 훨씬 정밀하게 제어할 수 있고, 훨씬 더 편리하게 다룰 수 있는 엄청난 잠재력을 품고 있다"고 강조하며, "이번 연구를 기회 삼아, 이제까지는 그 누구도 감히 상상하지 못했던 미지의 물질 세계를 탐험하고, 궁극적으로 우리 인류의 미래를 획기적으로 바꿀 양자 기술 발전에 작게나마 기여할 수 있기를 간절히 희망한다"는 뜨거운 열정을 내비쳤다. 한 줄기 빛에서 시작된 작은 불꽃이, 마침내 과학 역사의 거대한 불꽃으로 타오르기 시작했다. 빛의 연금술로 빚어낸 꿈의 물질, 초고체가 우리에게 선사할 미래는 과연 어떤 모습일까? 응축 물질 물리학은 물론, 양자 컴퓨팅, 양자 센서 등 모든 첨단 기술 분야를 뿌리부터 뒤흔들 혁명의 드라마가, 바로 지금, 눈앞에서 펼쳐지려 하고 있다. ◇ 참조: Dimitrios Trypogeorgos et al, Emerging supersolidity in photonic-crystal polariton condensates, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08616-9 광자를 사용하여 만든 초고체, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-00637-8
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[퓨처 Eyes(75)] 액체처럼 흐르는 황금빛 고체, '초고체' 탄생
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[우주의 속삭임(100)] 화성의 붉은색, 냉수 속 철 산화물 '페리하이드라이트' 때문일 가능성 제기
- 화성을 상징하는 붉은 색은 건조 광물인 '적철석' 이 아닌, 물이 풍부한 철광물인 페리하이드라이트(ferrihydrite) 때문이라는 의견이 제기됐다. 화성은 특유의 붉은색으로 인해 오랜 기간 '붉은 행성'으로 불렸다. 최근 과학계는 이 독특한 색채의 기원을 밝혀낼 잠재적 단서를 발견해, 기존의 통념을 뒤집는 새로운 이론을 제시했다. 화성의 먼지는 산화철을 포함한 다양한 광물이 뒤섞인 것으로 알려져 있다. 새로운 연구에 따르면 산화철 중 하나인 물이 풍부한 페리하이드라이트가 화성의 붉은 색의 원인이라고 미국 항공우주국(나사·NASA)은 설명했다. 미국 브라운 대학교 지구·환경·행성 과학부의 박사후 연구원인 주저자 애덤 발란티나스는 "화성이 왜 붉은지에 대한 근본적인 질문은 아마도 수천 년에서 수백 년 동안 이어져 왔다"고 말했다. 발란티나스는 "저희 분석에 따르면 페리하이드라이트는 먼지의 모든 곳에 있으며 아마도 암석 형성에도 있을 것이다. 페리하이드라이트가 화성이 붉은 이유라고 생각한 것은 처음은 아니지만, 관찰 데이터와 새로운 실험 방법을 사용해 실험실에서 화성 먼지를 만들어 테스트할 수 있다"고 설명했다. 화성은 지구 가까이에 위치한 거리 상의 이점과 수십년 동안 탐사선을 보냄으로써 태양계에서 가장 광범위하게 연구된 행성 중 하나다. 궤도선과 착륙선은 화성의 붉은색이 행성을 뒤덮은 먼지 속 산화된 철 광물에서 비롯된다는 자료를 제공해 왔다. 과거 화성 암석 속 철은 물 또는 물과 대기 중 산소와 반응하여 지구에서 녹이 형성되는 것과 유사한 방식으로 산화철을 생성했다. 수십억 년에 걸쳐 산화철은 먼지로 분해되어 화성의 바람에 의해 이동하며 행성 전체에 퇴적되었고, 이는 현재에도 먼지 회오리와 대규모 먼지 폭풍을 일으키고 있다. 미국 브라운대학교 연구팀이 시뮬레이션된 화성 먼지를 보여주는 실험실 샘플. 황토색은 철분이 풍부한 페리히드라이트의 특징으로, 화성의 고대 물 활동과 환경 조건에 대한 중요한 통찰력을 제공하는 광물이다. 이 미세 분말 혼합물은 페리히드라이트와 현무암으로 구성되어 있으며 입자 크기가 1마이크로미터(머리카락 지름의 1/100) 미만이다(샘플 규모: 가로 1인치). 사진=애덤 발란티나스 그동안 우주선의 관측에만 의존한 화성 산화철 분석에서는 물의 흔적이 감지되지 않아 연구자들은 산화철이 적철석(hematite)일 것이라는 가설을 세웠다. 철광석의 주요 구성 성분인 건조 광물 적철석은 수십억 년에 걸쳐 화성 대기와의 반응을 통해 형성되었을 것으로 추정됐다. 이는 적철석이 화성 표면에 호수와 강이 존재했던 것으로 추정되는 시기 이후에 형성되었음을 의미했다. 그러나 브라운대학교 연구팀은 다수의 탐사 임무에서 수집된 자료와 모사된 화성 먼지를 결합한 새로운 연구 결과는 적철석이 아닌 냉수 환경에서 형성되는 광물인 페리하이드라이트(ferrihydrite)가 붉은색의 원인일 수 있다는 가능성을 제시했다. 이는 수백만 년 전 화성의 환경과 잠재적 거주 가능성에 대한 과학적 이해를 변화시킬 수 있음을 시사한다. 해당 연구 결과는 지난 25일 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표됐다. 연구를 주도한 애덤 발란티나스 박사후 연구원은 "화성은 여전히 붉은 행성이다. 다만, 화성이 왜 붉은색인지에 대한 우리의 이해가 변화했을 뿐이다"라고 밝혔다. 지구 실험실서 화성 먼지 재연 연구팀은 유럽우주국(ESA)의 화성 익스프레스 궤도선과 엑소마스 미량 가스 궤도선, 그리고 NASA의 화성 정찰 궤도선과 큐리오시티, 패스파인더, 오퍼튜니티 로버에서 수집된 자료를 활용했다. 미량 가스 궤도선의 CaSSIS 컬러 카메라는 화성 먼지 입자의 정확한 크기와 구성을 밝혀 연구자들이 지구에서 자체적으로 먼지를 제작할 수 있도록 했다. 연구진은 다양한 유형의 산화철을 사용하여 실험실에서 자체적인 화성 먼지를 만들었다. 모사된 먼지는 특수 분쇄기를 통해 화성의 먼지와 동일한 크기의 입자로 제작됐으며, 두께는 사람 머리카락의 1/100에 해당한다. 연구팀은 화성 궤도를 돌며 행성을 연구하는 궤도선에서 사용하는 기술과 유사한 X선 기계와 반사 분광계를 사용하여 먼지를 분석했다. 이후 실험실 자료와 우주선 자료를 비교했다. 발란티나스 연구원은 화성 익스프레스의 OMEGA 반사 분광계는 화성의 먼지가 가장 많은 지역에서도 물이 풍부한 광물의 증거를 보여주었으며, CaSSIS 자료는 실험실 시료와 비교했을 때 적철석이 아닌 페리하이드라이트가 화성 먼지와 가장 잘 일치한다는 것을 보여줬다고 밝혔다. CaSSIS 카메라 개발을 주도한 스위스 베른 대학교 물리학 연구소의 니콜라스 토마스 교수는 "우리는 현무암과 혼합된 페리하이드라이트가 화성에서 우주선이 관측한 광물과 가장 잘 일치한다는 것을 발견했다"고 말했다. 미량 가스 궤도선 자료를 사용하여 스위스 베른 대학교에서 연구를 시작한 발란티나스 연구원은 "주요 시사점은 페리하이드라이트가 표면에 물이 존재했을 때만 형성될 수 있기 때문에 화성이 우리가 이전에 생각했던 것보다 더 일찍 녹슬었다는 것이다. 또한 페리하이드라이트는 현재 화성의 조건에서도 안정적으로 유지된다"고 밝혔다. 물이 풍부했던 과거 화성 발란티나스 연구원은 화성의 붉은색에 대한 미스터리가 수천 년 동안 지속되어 왔다고 말했다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 로마인들은 화성의 색이 피를 연상시킨다는 이유로 전쟁의 신의 이름을 따서 화성이라고 명명했으며, 이집트인들은 화성을 '헤르 데셰르(Her Desher)', 즉 "붉은 것"이라고 불렀다. 발란티나스 연구원은 화성의 색이 물이 없는 형태의 녹인 적철석이 아닌 페리하이드라이트와 같은 물을 함유한 녹슨 광물 때문일 수 있다는 사실이 연구진을 놀라게 했다고 말했다. 하지만 이는 화성의 지질학적, 기후학적 역사에 대한 흥미로운 단서를 제공한다고 그는 덧붙였다. 발란티나스는 "물이 함유된 녹이 화성 표면 대부분을 덮고 있다는 것은 화성의 고대 과거에 액체 상태의 물이 이전에 생각했던 것보다 더 광범위하게 존재했을 수 있음을 시사한다. 이는 화성이 한때 액체 상태의 물이 존재했던 환경을 가지고 있었음을 의미하며, 물은 생명체의 필수 조건이다. 우리 연구는 화성에서 페리하이드라이트 형성에 산소(대기 또는 다른 출처에서)와 철과 반응할 수 있는 물이 모두 필요했음을 보여준다"고 말했다. 페리하이드라이트, 30억년 전 생성 가능성 이번 연구는 광물이 정확히 언제 형성되었는지 밝히는 데 초점을 맞추지는 않았다. 하지만 페리하이드라이트는 냉수에서 형성되기 때문에 수백만 년 전 화성이 더 따뜻하고 습했던 시기가 아닌 약 30억 년 전에 생성되었을 가능성이 있다. 발란티나스는 "이 시기는 화성에서 격렬한 화산 활동이 일어나 얼음이 녹는 현상과 물과 암석 사이의 상호작용을 촉발하여 페리하이드라이트 형성에 유리한 조건을 제공했을 가능성이 높은 시기였다. 이 시기는 화성이 초기 습한 상태에서 현재의 사막 환경으로 전환되는 시기와 일치한다"고 말했다. 페리하이드라이트는 먼지뿐만 아니라 화성 암석층에도 존재할 가능성이 있다. 이를 확인하는 가장 좋은 방법은 붉은 행성에서 암석과 먼지 실제 표본을 확보하는 것이다. 퍼시비어런스 로버는 이미 암석과 먼지를 포함하는 여러 표본을 수집했으며, NASA와 ESA는 화성 표본 귀환 프로그램(Mars Sample Return program)을 통해 2030년대 초까지 지구로 가져오는 것을 목표로 하고 있다. ESA의 미량 가스 궤도선 및 화성 익스프레스 프로젝트 과학자인 콜린 윌슨은 "이 귀중한 표본을 실험실로 가져오면 먼지에 페리하이드라이트가 얼마나 포함되어 있는지, 그리고 이것이 화성의 물의 역사와 생명체 존재 가능성에 대한 우리의 이해에 어떤 의미를 갖는지 정확히 측정할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 한편 이번 연구 결과는 발란티나스 연구원과 동료들에게 먼지 폭풍을 통해 화성 전체로 퍼져나가기 전 페리하이드라이트의 원래 생성 위치와 페리하이드라이트가 형성되었을 때 화성 대기의 정확한 화학적 구성 성분 등 새로운 미스터리를 안겨주었다. 호건 교수는 먼지가 언제 어디서 형성되었는지 이해하는 것은 과학자들이 초기 지구와 유사한 행성의 대기가 어떻게 진화했는지에 대한 통찰력을 얻는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 호건 교수는 "페리하이드라이트는 눈이 녹거나 따뜻한 기후에서 짧은 기간 동안 강렬한 강우로 인해 단기간에 많은 물이 이동하는 지구의 토양에서 매우 흔하게 발견된다. 우리는 또한 (큐리오시티 로버가 탐사하고 있는 화성의) 게일 분화구의 호수 퇴적물에서도 페리하이드라이트의 증거를 발견했다. 이 퍼즐을 풀 수 있는 가장 좋은 방법은 화성 먼지 표본을 지구의 실험실로 가져오는 것이다"라고 덧붙였다.
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[우주의 속삭임(100)] 화성의 붉은색, 냉수 속 철 산화물 '페리하이드라이트' 때문일 가능성 제기
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[우주의 속삭임(99)] 화성 고대 해안선 발견, 과거 대양 존재 가능성 제시
- 현재는 먼지로 뒤덮인 건조한 사막과 같은 화성에 과거 호수뿐 아니라 대양까지 존재했을 가능성이 제기됐다. 미국과 중국 공동 연구팀의 최근 연구 결과에 따르면 지표 투과 레이더 관측을 통해 약 40억 년 전 화성에 해변과 유사한 지하 지형이 확인됐다고 과학 기술 전문 매체 컨버세이션과 사이언스얼럿이 24일(현지시간) 보도했다. 이는 화성이 과거 북반구에 거대한 바다를 품고 있었음을 시사하는 강력한 증거로 평가된다. 이 연구에는 중국 광저우 대학의 리 젠후이(Jianhui Li)가 이끄는 중국과 미국 과학자 팀이 참여했으며, 중국 국가우주국(CNSA)의 무인 화성 탐사선 주룽(Zhurong)이 수행한 작업을 기반으로 했다. 연구진은 해당 바다를 '듀테로닐루스(Deuteronilus)'라 명명했다. 펜실베이니아 주립대학교의 지질학자 벤자민 카르데나스는 "화성에서 고대 해변 및 삼각주와 유사한 지형을 발견했다"며, "바람, 파도, 풍부한 모래 등 휴양지 해변과 유사한 증거를 확인했다"고 밝혔다. 화성 탐사 로버는 지질, 토양, 대기를 포함한 여러 측면을 연구한다. 종종 물의 증거를 찾는데, 물은 화성에서 생명의 존재 여부를 결정하는 주요 요소이기 때문이다. 퇴적암은 화성에 물이 존재하고, 생명체가 존재할 수 있다는 증거를 담고 있을 수 있기 때문에 종종 조사 대상이 된다. 나사의 퍼시비어런스 로버는 현재 델타 퇴적물에서 생명체를 찾고 있다. 델타는 이집트의 나일 델타처럼 강의 하구에 대량의 토사와 같은 퇴적물이 쌓인 삼각형 지형인 삼각주(river delta)를 말한다. 퍼시비어런스 로버는 너비가 약 45km인 제제로 분화구에 있는 삼각주를 탐사하고 있으며, 고대 호수가 있었던 곳으로 추정된다. 반면 중국의 주룽 로버는 화성 북반구에 위치한 유토피아 평원에서 고대 바다 흔적을 찾고 있다. 화성의 물의 역사는 여전히 풀리지 않은 거대한 수수께끼이다. 표면만 보면 액체 상태의 물이 존재했던 흔적을 찾기 어렵고, 전 세계적인 먼지 폭풍은 화성의 건조함을 더욱 강조한다. 그러나 점차 늘어나는 증거들은 화성이 과거 표면에 액체 상태의 물을 풍부하게 보유했음을 보여준다. 화성에 물이 존재했다는 사실은 더 이상 논쟁의 여지가 없으나, 물의 양과 소멸 시기, 소멸 원인 등은 여전히 미스터리로 남아있다. 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 지구물리학자 마이클 망가는 "대양은 행성의 기후와 표면 형성에 큰 영향을 미치며, 잠재적인 생명체 서식 환경이 될 수 있다"고 설명했다. 이어, "화성 탐사에서 '물을 따라가라'는 주제가 중요한 이유이며, 특히 해저에 존재했을 가능성이 있는 해변 퇴적물을 관측하는 것은 매우 흥미로운 일"이라고 덧붙였다. 화성, 과거 충분한 물 존재 시사 중국 국가우주국(CNSA)의 주룽(Zhurong) 화성 탐사 로버가 수집한 데이터를 활용한 중국-미국 공동 연구팀(광저우 대학교의 엔지니어 리젠후이 및 지질학자 류하이 주도)은 과거 화성에 충분한 양의 물이 존재했음을 시사하는 새로운 증거를 제시했다. 주룽 로버는 유토피아 평원(Utopia Planitia)을 이동하며 지표 투과 레이더(GPR)를 통해 지하 80미터 깊이까지 암석층을 측정했다. 이 기술은 전파를 지하로 보내고, 밀도가 다른 물질을 만나 반사되는 파형을 분석하여 지하 구조의 3차원 지도를 생성한다. 주룽 로버의 데이터를 기반으로 한 이전 연구에서 해안선으로 추정되는 지형이 발견되었으나, 그 해석은 확정되지 않았다. 그러나 이번 GPR 데이터 분석 결과, 주룽 로버의 이동 경로를 따라 15도 각도로 상승하는 두꺼운 물질층이 발견되었으며, 이는 지구의 고대 해안선과 유사한 특징을 보였다. 망가 교수는 "해당 구조는 사구, 충돌 분화구, 용암류와는 다른 형태를 보였으며, 이는 대양의 존재 가능성을 시사한다"고 말했다. 또한, "이러한 지형의 방향은 과거 해안선과 평행하며, 장기간에 걸쳐 모래 해변이 형성되었음을 뒷받침하는 적절한 방향과 경사를 가지고 있다"고 설명했다. 이러한 지형은 강에서 퇴적물이 유입되고 파도와 조석 작용이 존재하는 거대한 액체 상태의 대양을 암시한다. 또한, 지구에서 퇴적물이 형성되는 데 걸리는 시간과 비교했을 때, 화성에는 수백만 년 동안 물 순환이 존재했음을 시사한다. 이러한 퇴적물은 호숫가에서는 형성될 수 없다. 망가 교수는 "수역이 클수록 조석 간만의 차이가 커지고, 바람이 더 큰 파도를 만들 수 있는 공간과 시간이 확보된다"며, "큰 조석과 파도는 해변 형성에 도움을 준다"고 설명했다. 화성에는 지구의 달과 같은 조석에 큰 영향을 미치는 위성이 없다. 태양 또한 지구의 조석에 영향을 미친다. 화성의 조석은 지구와는 다른 형태일 수 있지만, 분명히 존재했을 것이며, 풍부한 바람은 표면 파도를 생성했을 것으로 추정된다. 이번 발견은 화성에 과거 생명체가 살 수 있는 환경이 존재했을 가능성을 높이고, 적절한 장비를 갖추고 탐사할 경우 고대 생명체의 흔적을 찾을 수 있는 장소를 제시한다. 망가 교수는 "물, 육지, 대기가 함께 존재하는 해안 환경은 잠재적인 생명체 서식 환경이다. 이러한 환경이 언제 어디에 존재했는지 아는 것은 탐사 방향을 설정하고 위성 관측과 같은 다른 관측 결과를 해석하는 데 도움이 된다"고 말했다. 또한, "해안선은 과거 생명체의 흔적을 찾기에 좋은 장소이며, 지구의 초기 생명체는 공기와 얕은 물의 경계와 같은 곳에서 시작된 것으로 추정된다"고 덧붙였다. 망가 교수 팀의 최근 연구에 따르면, 화성의 물은 대부분 내부로 흡수되어 현재 접근 불가능한 액체 저장소 형태로 존재할 수 있다. 이번 연구는 화성의 흥미롭고 신비로운 과거에 이러한 저장소를 채울 만큼 충분한 액체 상태의 물이 존재했음을 시사하는 또 다른 퍼즐 조각이 될 수 있다. 다음 단계는 액체 상태의 대양에 대한 가설을 더욱 심층적으로 검증하고, 외계 행성의 파도와 조석을 모델링하는 것이다. 본 연구 결과는 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재됐다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(99)] 화성 고대 해안선 발견, 과거 대양 존재 가능성 제시
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[우주의 속삭임(95)] 맨틀 속 숨겨진 초대륙, 지구 역동성 비밀 밝히나
- 우리 행성 지구는 겉보기와는 달리 그 내부에서 끊임없이 역동적인 활동이 일어난다. 특히 지구의 얇은 지각과 액체 상태의 외핵 사이에 위치한 맨틀은 지구 전체 부피의 80% 이상을 차지하며, 그 비밀스러운 활동은 오래전부터 과학자들의 호기심을 자극해 왔다. 최근 CNN은 "지구 내부에 숨겨진 2개의 초대륙"에 대한 새로운 연구 결과를 보도하며 맨틀에 대한 우리의 이해를 한 단계 끌어올렸다. 맨틀, 단순한 공간 그 이상 맨틀은 지구 전체 부피의 약 84%를 차지하는 곳으로, 오랫동안 과학자들은 이곳이 '걸쭉한 캐러멜'과 같은 균일한 물질로 이루어져 있다고 믿었다. 하지만 실제 맨틀은 '초콜릿 칩이 박힌 쿠키'처럼 거대한 혼합되지 않은 영역들을 포함하고 있으며, 이 영역들이 지구의 역동성에 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀지고 있다. 특히 주목받는 것은 지각 아래 깊숙이 자리 잡은 두 개의 거대한 '초대륙'이다. 하나는 아프리카 대륙 아래에, 다른 하나는 태평양 아래에 숨겨져 있는 이 초대륙들은 맨틀 깊숙한 곳에서 '닻'과 같은 역할을 하며 맨틀 전체의 움직임에 영향을 미칠 것으로 추정된다. 새로운 연구 결과는 이 초대륙들이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 더 오래되었을 가능성을 제시하며, 맨틀이 단순히 잘 섞인 공간이 아님을 보여준다. 이러한 숨겨진 구조들은 판의 움직임을 포함한 맨틀 활동을 조절하며, 이는 우리가 경험하는 지진이나 화산 활동과도 밀접한 관련이 있다. 애리조나 주립 대학의 클레어 리처드슨 박사는 "이러한 발견은 맨틀 대류와 판 구조론, 그리고 결과적으로 우리가 지표면에서 경험하는 지진 및 화산 활동과 같은 현상에 대한 더 나은 이해에 기여할 것"이라고 말하며 이번 연구의 중요성을 강조했다. 지진파를 이용한 심층부 탐사 연구자들은 지진파가 맨틀 내부를 통과하면서 속도나 감쇠(에너지 손실)가 어떻게 변하는지를 분석하여 초대륙의 비밀을 밝혀냈다. 지진파는 맨틀 내부의 밀도, 온도, 구성 물질에 따라 속도가 달라지는데, 초대륙은 주변보다 밀도가 낮고 온도가 높아 지진파의 속도를 느리게 만든다. 또한, 지진파의 감쇠 정도를 통해 맨틀 물질의 나이를 추정할 수 있다. 광물 결정 크기가 작을수록 파동 에너지를 더 많이 흡수하여 감쇠가 크게 일어나는데, 초대륙에서는 감쇠가 적게 일어나는 것으로 보아 주변보다 훨씬 오래된 물질로 이루어져 있음을 알 수 있다. 즉, 초대륙은 주변 맨틀보다 더 단단하고 안정적인 구조라는 의미다. 위트레흐트 대학의 아르웬 데우스 교수는 "우리는 지진파가 느려진다는 것만 알았다"라며 과거 연구의 한계를 지적하며, "이번 연구를 통해 초대륙이 맨틀 대류에 적극적으로 참여하는지, 아니면 단순히 '밀집된 더미'처럼 그 자리에 머물고 있는지에 대한 의문이 풀릴 수 있을 것"이라고 덧붙였다. 오래된 닻, 판 구조론의 새로운 열쇠 이번 연구 결과는 판 구조론에 대한 우리의 이해를 근본적으로 바꿀 수 있다. 초대륙이 맨틀 내부에서 '오래된 닻' 역할을 한다면, 이는 판의 움직임이 단순히 맨틀 대류에 의해 결정되는 것이 아니라 초대륙과 같은 고정된 구조에 의해서도 영향을 받을 수 있다는 것을 의미한다. 탈라베라-소자 박사는 "우리 연구는 LLSVP(큰 저속도 전단 영역)가 오래 지속되는 특징이며, 적어도 5억년 이상, 아마도 더 오래되었을 가능성을 지적한다"라며, "이는 그들이 핵-맨틀 경계의 바닥에서 닻 역할을 하며 맨틀 대류에서 살아남았다는 것을 의미하며, 맨틀이 잘 혼합되지 않았다는 것을 시사한다"라고 말했다. 또한, 초대륙은 지구 화학적 원소의 저장소일 가능성도 제기되고 있다. 특정 화산의 용암에서 발견되는 지구 생성 초기부터 존재했던 화학 원소들이 초대륙에 저장되어 있다가 분출될 수 있다는 것이다. 이는 초대륙이 단순한 암석 덩어리가 아니라 지구 화학 순환에 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 데우스 교수는 "이러한 LLSVP는 오랫동안 그곳에 있었다. 그들이 10억 년 동안 그곳에 있었다면 40억 년 동안 그곳에 있었을 수도 있다. 그들은 이러한 화학적 원시 원소가 위치할 수 있는 숨겨진 저장소일 가능성이 크다. 우리는 지금 그것을 증명할 수는 없지만 지구 화학자들이 이것을 조사할 수 있다"라고 말하며 앞으로의 연구에 대한 기대감을 나타냈다. 미래를 향한 발걸음 맨틀 내부에 숨겨진 초대륙의 발견은 지구의 역동성을 이해하는 데 중요한 발걸음이다. 이번 연구 결과는 맨틀 대류와 판 구조론에 대한 우리의 이해를 넓혀줄 뿐만 아니라, 지진이나 화산 활동과 같은 자연 현상을 예측하고 대비하는 데에도 기여할 수 있을 것이다. 리처드슨 박사는 "이 모델은 많은 지진학자들이 지구 내부의 다른 물리적, 화학적 특성을 이해하는 데 사용하는 측정에 궁극적으로 영향을 미치는 지진 에너지를 약화시키는 지구의 영역을 매핑한다"라며 이번 연구가 지진학 연구에 미칠 영향을 강조했다. 맨틀은 아직 풀리지 않은 수많은 비밀을 간직하고 있다. 하지만 과학자들의 끊임없는 노력과 새로운 기술 개발을 통해 우리는 지구 내부의 미스터리를 하나씩 풀어갈 수 있을 것이다. 해당 연구는 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(95)] 맨틀 속 숨겨진 초대륙, 지구 역동성 비밀 밝히나
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[퓨처 Eyes(69)] 화성까지 45일! '꿈의 엔진' 핵추진 로켓, SF영화 현실로 만든다
- "화성으로 가는 길, 이제 6개월이 아닌 45일이면 충분하다!" SF 영화 속에서나 가능했던 이야기가 현실이 될 날이 머지않았다. 미국 항공우주국(NASA)이 핵열 추진 로켓 연료 시험에 성공하며 인류를 화성으로 빠르게 실어 나를 '꿈의 엔진' 개발에 박차를 가하고 있다. 영화 '마션'의 주인공 마크 와트니처럼 화성에서 감자를 키우는 일도 더는 꿈같은 이야기만은 아닐지 모른다. 데일리 갤럭시, 뉴 아틀라스 등 외신에 따르면 NASA는 마셜 우주 비행 센터에서 제너럴 아토믹스 일렉트로매그네틱 시스템스(GA-EMS)와 공동 개발한 첨단 핵열 추진(NTP) 원자로 연료 시험에 성공했다. 이 기술은 현재 6개월이 걸리는 화성 여행 시간을 획기적으로 단축할 뿐 아니라 우주비행사 안전, 임무 효율, 심우주 탐사 등 다양한 과제를 해결할 핵심 기술로 주목받고 있다. 핵분열 에너지로 추진력⋯기존 로켓보다 2~3배 빨라 핵열 추진 로켓은 핵분열 에너지를 이용해 추진력을 얻는 차세대 우주선 기술이다. 액체 수소와 같은 추진제를 원자로 노심을 통해 펌핑하면 우라늄 원자의 핵분열로 발생하는 열이 추진제를 가열, 고온의 가스로 변환시킨다. 이 가스는 노즐을 통해 팽창하며 강력한 추력을 생성한다. 기존 화학 로켓의 연소 방식보다 훨씬 효율적이며, 2~3배 빠른 속도를 낼 수 있다. NASA는 이번 시험에서 연료가 2,727°C(4,940°F)가 넘는 극한의 온도와 수소가 풍부한 환경에서도 견딜 수 있음을 확인했다. 특히 이번 시험은 실제 우주 환경을 모사하기 위해 극저온, 고온 및 급격한 온도 변화를 포함한 다양한 조건에서 진행됐다. 시험 결과, 연료는 극한 환경에서도 균열이나 파편 발생 없이 안정적인 성능을 유지했다. GA-EMS 스콧 포니 사장은 "최근 시험 결과는 NTP 원자로용 연료 설계를 성공적으로 입증하는 데 중요한 이정표"라며 "연료는 극도로 높은 온도와 우주에서 작동하는 NTP 원자로가 일반적으로 겪는 뜨거운 수소 가스 환경에서 견뎌야 한다"고 강조했다. 핵열 추진 로켓의 핵심은 바로 이 연료에 있다. 극한의 온도와 부식성 환경에서 견딜 수 있는 연료 개발이 핵열 추진 로켓 실현의 가장 큰 난관이었기 때문이다. GA-EMS는 이번 시험을 통해 이 난관을 극복했을 뿐 아니라, 기존 화학 로켓 엔진보다 2~3배 더 효율적인 시스템을 구축할 수 있는 가능성을 보여줬다. GA-EMS 핵 기술 및 재료 부문 부사장인 크리스티나 백 박사는 "GA-EMS 실험실에서 비수소 환경 시험을 수행했으며, 연료가 최대 3,000K(4,940°F, 2,726°C)의 온도에서 매우 우수한 성능을 발휘함을 확인했다"고 설명했다. 화성 탐사 난제 해결⋯안전성·효율성↑ 화성 유인 탐사는 지구와 화성 사이의 엄청난 거리(평균 2억 2530만km), 장기간 우주 방사선 노출, 장비 고장 가능성, 제한적인 의료 지원 등 수많은 난제를 안고 있다. NASA 관계자는 "편도 최대 20분의 통신 지연, 장비 고장 또는 의료 응급 상황 발생 가능성, 식량 및 물자 배급의 중요성에 직면해 우주비행사는 지구 팀의 최소한의 지원으로 다양한 상황에 대처할 수 있어야 한다"고 설명했다. 핵열 추진 기술을 통해 이동 시간을 45일로 단축하면 이러한 위험을 크게 줄일 수 있다. 방사선 노출 시간, 필요한 소모품, 기술적 오작동 발생 가능성 모두 줄어들기 때문이다. 크리스티나 백 박사는 "NASA MSFC의 소형 연료 요소 환경 시험(CFEET) 시설을 사용하여 수소 대표 온도 및 램프 속도에서 열 순환 후 연료의 생존 가능성을 성공적으로 시험하고 입증한 최초의 기업"이라고 밝혔다. GA-EMS는 NASA의 CFEET 시설을 활용해 연료 시험에 성공한 최초의 기업이라는 점에서 핵열 추진 연료 개발의 선두 주자임을 다시 한번 증명했다. 심우주 탐사, 달·화성 거주지 건설⋯인류, 우주로 핵열 추진 기술은 화성 탐사를 넘어 심우주 탐사, 달 및 화성에 지속 가능한 인간 거주지 건설 등 인류의 우주 진출을 가속화할 핵심 기술로 평가받는다. 스콧 포니 GA-EMS 사장은 "더 빠른 추진 시스템은 외행성으로의 더 야심찬 임무를 가능하게 할 뿐 아니라 달과 화성에 지속 가능한 인간 거주지를 구축하는 데 중요한 역할을 할 수 있다"고 말했다. 핵열 추진 시스템은 이동 시간 단축과 우주선 탑재량 증가를 통해 인류의 지구 밖 존재를 확장하려는 우주 기관들의 장기적인 비전을 지원할 수 있다. NASA는 앞으로도 GA-EMS와 같은 업계 파트너와 협력하여 NTP 시스템을 최적화하고 아르테미스 프로그램, 2030년대 화성 유인 탐사 등 향후 우주 임무에 활용할 계획이다. 핵열 추진 연료 시험 성공은 단순한 기술적 성과를 넘어 인류의 우주 탐험 역사에 새로운 장을 여는 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. NASA와 GA-EMS는 이번 시험 결과를 바탕으로 핵열 추진 로켓 엔진 개발에 박차를 가할 계획이며, 향후 10년 안에 핵열 추진 로켓을 활용한 우주 탐사 임무가 시작될 것으로 예상된다. 인류는 오랫동안 우주를 향한 꿈을 꾸어왔다. 달에 첫 발을 내딛었던 순간부터 화성 유인 탐사, 더 나아가 심우주 탐사까지, 그 꿈은 끝없이 이어지고 있다. 이제 핵열 추진 로켓이라는 새로운 날개를 단 인류는 어떤 미래를 향해 나아갈까? 핵열 추진 로켓은 단순한 이동 수단을 넘어 인류의 꿈을 현실로 만들고, 우주 시대의 새로운 장을 열어갈 열쇠가 될 것이다.
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[퓨처 Eyes(69)] 화성까지 45일! '꿈의 엔진' 핵추진 로켓, SF영화 현실로 만든다
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[우주의 속삭임(92)] 화성서 포착된 '강낭콩' 형상, 생명체 존재 가능성 시사
- 미국 항공우주국(나사·NASA)의 화성 정찰 궤도선(MRO)이 화성 북반구의 모래 언덕에서 '얼어붙은 강낭콩'을 연상시키는 독특한 형상을 포착했다고 라이브사이언스가 보도했다. 이 위성 사진은 2022년 9월 촬영되어 2024년 12월 공개됐으며, 과학자들이 과거 화성에 물과 생명체가 존재했을 가능성을 탐구하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 얼어붙은 모래 언덕, 이산화탄소 서리로 화성의 겨울 입증 포착된 모래 언덕들은 화성 북반구의 겨울철 특유의 이산화탄소 서리에 덮여 움직임 없이 고정된 상태를 보여준다. 지구와 화성의 모래 언덕은 일반적으로 바람에 의해 이동하며 형상을 바꾸는 것으로 알려져 있지만, 화성의 겨울에는 서리가 이를 덮어 고요한 모습을 유지한다. 봄이 되어 서리가 녹기 전까지 이러한 상태는 지속된다. 화성의 온도는 극히 낮으며 평균적으로 약 -60℃(-80℉)로 추정된다. 극지방은 겨울 철에 약 -125℃(-193℉)까지 떨어질 수 있다. 이산화탄소(CO₂)는 대기압에 따라 어는 온도가 달라진다. 지구의 대기압(1기압)에서 이산화탄소는 -78.5℃(-109.3℉)에서 고체(드라이아이스)로 변한다. 화성의 대기압(약 0.006기압)에서는 이산화탄소가 더 높은 온도에서 어는 경향이 있으며 일반적으로 약 -123℃(-189℉)에서 고체 상태가 형성된다. 과거 물의 흔적 암시하는 단서 과학자들은 서리로 덮인 이 독특한 지형을 통해 화성 표면에 물이 장기간 존재했을 가능성을 연구하고 있다. 비록 서리 자체는 물이 아닌 이산화탄소로 이루어져 있지만, 과거의 화성 환경이 액체 상태의 물을 유지할 수 있는 기후 조건을 제공했을 가능성을 엿볼 수 있는 단서를 담고 있다. 화성의 자전축은 지구보다 훨씬 극적으로 변화하며, 이는 계절적 변화뿐만 아니라 이산화탄소의 생성과 소멸 과정에도 큰 영향을 미친다. 자전축이 크게 기울어진 시기에는 이산화탄소 얼음이 승화하여 대기 밀도가 증가했다. 이는 액체 상태의 물이 안정적으로 존재할 수 있는 환경을 조성했을 가능성이 있다. 화성 기후 변화의 퍼즐을 맞추다 현재 과학자들은 화성의 이산화탄소 서리 형성과 계절적 변화를 연구하며 과거 화성의 기후를 재구성하고 있다. 이러한 연구는 서리가 형성한 지질학적 구조를 통해 화성의 기후와 환경 변화를 이해하는 데 기여할 것으로 보인다. 만약 화성의 과거에 물이 장기간 존재했던 시기가 있었다면, 이는 화성에서 미생물이 진화하고 생존했을 가능성을 높이는 증거가 될 수 있다. 심지어 현재에도 특정 환경에서 미생물이 생존하고 있을 가능성을 배제할 수 없다. 화성의 '강낭콩' 모래 언덕은 단순한 시각적 신비를 넘어, 화성 탐사의 새로운 가능성을 열어줄 중요한 단서를 제공하고 있다. 과거와 현재를 아우르는 화성의 환경 연구는 인류가 우주에서 생명체의 흔적을 찾는 여정에서 새로운 돌파구를 마련할 것으로 기대된다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(92)] 화성서 포착된 '강낭콩' 형상, 생명체 존재 가능성 시사
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[우주의 속삭임(88)] 화성 지하 깊은 곳에서 물 발견…생명체 존재하나?
- 화성 내부를 세밀히 들여다본 결과, 지하 깊은 곳에 물이 숨어 있는 것으로 추정돼 생명체의 존재에 대한 새로운 희망을 주고 있다고 어스닷컴이 전했다. 이 분석 및 연구 결과는 UC 버클리 및 샌디에이고 캠퍼스의 연구진이 수행하고, 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 실렸다. 최근의 연구에서 나온 증거에 따르면, 액체 상태의 물은 화성 표면 아래 깊은 곳에 고립돼 내부의 균열(틈)과 구멍에 갇혀 있는 것으로 보인다. 이를 근거로 전문가들은 화성의 바다 약 1마일(1.6km) 아래 전체를 덮을 만큼의 충분한 물이 있을 수 있다고 추정했다. 이 발견은 화성의 물 대부분이 수십억 년 전에 우주로 사라졌다는 오래된 이론을 완전히 뒤바꾸는 것이다. 우주로 날아가지 않고 상당한 물이 화성에서 전혀 사라지지 않고 지하 깊은 곳에 남아 있을 수 있다는 것이다. 화성 지하의 비밀 나사(NASA)의 인사이트(InSight) 임무가 화성 표면의 황량한 풍경 아래 깊은 곳에서 수집한 지진 판독값은 숨겨진 거대한 저류층(저수지)이 있다는 아이디어를 뒷받침하고 있다. 연구진은 화성의 지진, 운석 충돌, 화산의 속삭임에서 나오는 신호를 연구해 화성 지하에 무엇이 있는지를 지도화(매핑)했다. 신호의 파동이 다른 층을 어떻게 통과하는지를 해석함으로써, 연구진은 이 데이터에 가장 부합하는 물질이 물에 젖은 암석이라는 것을 발견했다. 액체는 지하 깊은 곳의 작은 틈에 갇혀 있는 것으로 나타났다. 연구진인 UC 버클리의 마이클 망가 교수는 화성 표면 훨씬 아래 물이 숨겨진 곳은 결코 생명체가 거주하기 어려운 지역이 아니라고 주장했다. 그는 "지하수는 충분히 거주 가능한 환경이 될 수 있다"고 지적했다. 화성의 물과 생명체의 가능성 물론 지금까지 화성에서 직접적인 생체 신호가 나타난 적은 없다. 그러나 지하에 생명체가 서식하기에 적합한 지역이 있다는 개념은 일단 상상력을 자극한다. 지구상의 유기체 역시 엄청나게 깊은 지하나 칠흑 같은 동굴에서 살아남는다. 화성의 지각 아래에도 비슷한 조건과 환경이 존재할 수 있다. 망가 교수는 "이번 연구가 화성에서 생명체가 있다는 직접적인 증거는 아니지만, 적어도 원론적으로는 생명을 유지할 수 있는 장소임을 확인했다"고 설명했다. 심층 굴착과 높지 않은 확률 새로 발견된 저수지는 과학적으로 흥미로운 자료를 풍부하게 보유하고 있을지 모르지만, 이는 약 7~13마일(11~21km) 깊이에 존재한다. 지구에서 그 깊이까지 굴착하는 것은 현재의 엔지니어링 능력을 넘어서는 것이다. 인간이 기록한 가장 깊은 굴착은 러시아의 콜라 심층 시추공이었으며, 깊이는 7.6마일(12km) 정도였다. 화성에서 발견된 깊이의 물 공급원을 활용하거나 탐사하는 것은 현재의 지구의 기술로는 사실상 불가능해 보인다. 이는 현지에서 활동할 우주인이 이 물을 자원으로 활용할 것이라는 환상을 깬다. 지하에 물이 풍부할 지는 몰라도, 현재로서는 '그림의 떡'이라는 말이다. 과거의 단서 옛날 화성은 아마도 더 습했을 것으로 추정된다. 궤도 이미징과 탐사선 임무 데이터는 강과 호수가 지형을 깎아냈던 시기를 알리는 특징을 보인다. 지질학적 증거는 액체 상태의 물이 특정 광물을 형성하는 데 영향을 미쳤음을 보여준다. 이번 연구는 화성에 물을 공급했던 원천의 상당 부분이 완전히 사라지지 않았다는 것을 암시한다. 대신, 물은 화성의 지각 깊숙이 스며들어 그 이후에도 그대로 남아 있었을 가능성을 내보인다. 화성 역사의 창 UC 샌디에이고 스크립스 해양연구소의 바샨 라이트 교수는 오늘날 화성에 액체상태의 물이 얼마나, 어디에 존재하는지 아는 것이 중요하다고 강조했다. 특히 화성의 물 순환을 이해하는 것은 기후, 표면 및 내부의 진화를 이해하는 데 중요하다는 지적이다. 화성의 지하 저수지를 탐사하면 고대 화성이 형성된 과정을 엿볼 수 있는 기회도 얻을 수 있다. 화성이 습한 환경에서 차갑고 건조한 상태로 전환된 이유를 설명할 수 있다는 것이다. 화성의 물과 미래 연구 2022년 종료된 인사이트 임무는 화성의 구조에 대한 풍부한 단서를 제공할 만큼 충분히 긴 시간 동안 지진 활동을 기록했다. 그 판독 결과는 이제 화성이 물을 숨긴 위치에 대한 다른 관점을 불러일으켰다. 지하 저수지에 접근해 분석하는 것은 여전히 먼 꿈이지만, 저수지가 존재한다는 사실을 아는 것만으로도 전문가들이 화성을 사람이 거주 가능한 장소로 생각하는 방식이 바뀐다. 향후 지하의 물은 미래 새로운 장비와 우주 임무에도 영감을 줄 것으로 보인다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(88)] 화성 지하 깊은 곳에서 물 발견…생명체 존재하나?
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[먹을까? 말까?(83)] 초가공식품, 대장암 위험 높인다?⋯염증과의 연관성 확인
- 초가공식품 섭취가 대장암의 발병 위험을 높일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 사우스플로리다대학(USF) 연구팀에 따르면 초가공식품은 비정상적인 염증 반응과 면역 체계 억제를 초래해 암세포 증식을 촉진하는 것으로 밝혀졌다고 사이언스 얼럿이 전했다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 대장암은 세계에서 세 번째로 흔한 암이며, 암 사망 원인 중 두 번째를 차지한다. 특히 50세 이상에서 주로 발병하나, 최근 연구에 따르면 젊은 층에서도 대장암 진단 사례가 증가하고 있다. '초가공식품(ultra-processed foods)'은 산업적으로 가공된 식품으로, 첨가물이 많이 포함되어 있으며 본래의 원재료 성분이 거의 남아 있지 않은 식품을 말한다. 일반적으로 맛, 질감, 색상, 보존성을 높이기 위해 첨가물을 사용하거나, 섬유질과 영양소가 제거된 식품이 이에 해당된다. 간편하게 먹을 수 있는 가공식품으로는 냉동 피자, 냉동 만두, 컵라면, 즉석밥, 즉석국, 감자칩, 가공된 햄버거,초콜릿바, 인스턴트 수프 등이 있다. 대장암과 염증의 관계 대장암은 만성적인 염증과 밀접한 관련이 있다. 염증은 몸의 방어 체계가 활성화되는 신호로 작용하지만, 균형이 깨지면 면역 체계가 억제되고 세포 증식이 과도하게 이루어져 암세포가 성장하기 쉬운 환경이 조성된다. 사우스플로리다대학의 티모시 예이트먼 교수(외과학)는 "건강하지 않은 식단은 체내 염증을 증가시키는 것으로 잘 알려져 있다. 이제 우리는 이러한 염증이 대장암 종양에도 영향을 미친다는 것을 확인했다"며, "초가공식품 중심의 식단은 만성 염증을 유발하고 면역 체계를 억제해 암 성장을 돕는다"고 설명했다. 초가공식품이 미치는 영향 초가공식품은 면역 균형을 유지하는 데 필요한 지방산과 섬유질이 부족하다. 특히 오메가-6 지방산이 풍부한 식단은 만성 염증을 악화시키고 대장암과의 강한 연관성을 보인다. 식물성 기름(해바라기유, 유채유, 옥수수유 등)에 포함된 리놀레산은 염증을 유발하는 아라키돈산(AA)으로 대사된다. 이는 대장암 발병 메커니즘을 이해하는 데 중요한 단서로 작용한다. 연구팀은 액체 크로마토그래피와 질량 분석법(LC-MS/MS)을 이용해 81명의 대장암 환자와 건강한 대조군의 대장 조직에서 지방산을 분석했다. 암 조직에는 염증을 촉진하는 분자가 다량 존재했으며, 이를 억제하고 염증을 해결하는 매개체는 극히 부족했다. 건강한 식단으로 염증 완화 가능 반면, 가공되지 않은 다양한 식품에는 우리 몸의 염증을 가라앉히는 균형잡힌 지방산이 들어 있다. 아보카도와 같은 식품에 포함된 오메가-3 지방산은 염증을 해소하는 생리활성 지질로 대사된다. 이는 염증을 억제하고 암세포의 성장을 막는 데 도움을 줄 수 있다. 연구에 참여한 USF의 가네시 할라데 교수(약리학)는 "가공식품에서 유래한 지질은 면역 체계를 직접적으로 교란해 만성 염증을 유발한다"며, "오메가-3 지방산이 풍부한 건강한 식단은 암 환자의 염증 반응을 개선할 수 있다"고 강조했다. 연구팀은 암 종양 주변 환경의 면역 잠재력을 활용해 대장암 치료에 적용할 수 있는 가능성을 열었다. 이러한 연구는 대장암뿐만 아니라 다른 암 유형에서도 유사한 효과를 기대할 수 있다. 이번 연구는 의학 저널 거트(Gut)에 게재됐다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(83)] 초가공식품, 대장암 위험 높인다?⋯염증과의 연관성 확인
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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
- 미국 캘리포니아 공과대학교(칼텍·Caltech) 과학자들이 생체적합형 미세 하이브리드 마이크로 로봇을 개발해, 치료용 약물을 원하는 신체 부위에 주입하는 데 성공했다. 미래에는 치료용 약물을 체내 필요한 곳에 정확히 전달하는 것이 소형 로봇의 과제가 될 것이다. 금속 휴머노이드 로봇이나 생체를 모방한 로봇이 아니라 눈에 보이지 않을 정도로 작은 거품과 같은 구체가 될 것이다. 체내 실핏줄을 따라 이동해야 할 것이기 때문이다. 이러한 로봇의 개발은 까다롭다. 위산과 같은 체액으로부터 생존해야 하고 외부에서 제어가 가능해야 한다. 그래야 정확하게 목표 부위로 향할 수 있다. 또 목표에 도달했을 때만 치료제를 방출해야 하며, 그 후에는 인체에 해를 끼치지 않고 신체 내에서 흡수되어야 한다. 이런 모든 요건을 충족하는 마이크로 로봇이 칼텍(Caltech) 연구팀에 의해 개발되었다고 칼텍이 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 연구팀은 로봇을 사용해 쥐의 방광에 발생한 종양의 크기를 줄이는 치료제를 성공적으로 전달했다. 관련 논문은 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 저널에 게재됐다. 연구팀이 개발한 로봇은 '생체흡수성 음향 마이크로 로봇(BAM)'이라고 명명됐다. 연구팀의 레이 가오 박사는 "약물을 신체에 주입하면 신체 모든 곳으로 확산된다. 우리가 개발한 마이크로 로봇은 종양 등 치료 대상 부위로 직접 안내해 통제되고 효율적인 방식으로 약물을 방출할 수 있다"고 말했다. 마이크로 또는 나노 로봇 개념은 새로운 것은 아니다. 전문가들은 지난 20년 동안 마이크로 로봇을 개발해 왔다. 그러나 혈액, 소변 또는 타액과 같은 복합적인 생체 유체에서 로봇을 정밀하게 움직이는 것은 매우 어렵기 때문에 생물 대상 적용은 제한적이었다. 특히 생체적합성 및 생체흡수성으로 신체에 독성 물질을 남기지 않아야 하는데, 이 역시 난제였다. 칼텍에서 개발한 마이크로 로봇은 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트라는 하이드로겔로 만들어진 미세한 구체다. 하이드로겔은 액체 또는 수지 형태로 시작해 내부에 있는 폴리머 네트워크가 굳어지면 고체가 되는 재료이다. 이러한 특성으로 하이드로겔은 다량의 액체를 유지할 수 있고, 많은 하이드로겔이 생체적합성을 갖는다. 또한 적층 제조 방법을 통해 구체의 외부에 치료용 약물을 탑재, 신체 내 목표 부위로 운반할 수 있다. 하이드로겔 레시피를 만들기 위해 연구팀의 일원이었던 줄리아 그리어는 '2광자 중합(TPP) 리소그래피'라는 기술을 활용, 3D 프린팅을 연상시키는 방식으로 복잡한 형태의 구조를 층층이 쌓아 올려 완성했다. 이 기술은 적외선 레이저 펄스를 사용해 특정 패턴에 따라 매우 정밀한 방식으로 감광성 폴리머를 가교시키는 기술이다. 그리어 팀은 직경 30마이크론의 미세 구조를 인쇄하는 데 성공했다. 이는 사람의 머리카락 직경과 비슷하다. 최종적으로 마이크로 로봇은 구체의 바깥쪽 내부에 자성 나노 입자와 치료 약물을 넣었다. 자성 나노 입자는 외부에서의 통제를 위한 것으로, 외부 자기장을 사용해 로봇을 원하는 위치로 안내할 수 있게 한다. 로봇이 목표 부위에 도달하면 그 자리에 머무르고 약물을 주입하게 된다. 연구팀은 마이크로 로봇의 외부를 친수성으로 설계해 구형 로봇이 신체를 통과할 때 뭉치지 않도록 했다. 그러나 마이크로 로봇의 내부는 기포를 가두어야 하기 때문에 친수성이어서는 안 된다. 그렇지 않으면 기포는 쉽게 붕괴되거나 용해된다. 가두어진 기포는 로봇을 이동시키고 실시간 이미징으로 추적하기 위해 중요하다. 외부는 친수성이고 내부는 소수성, 즉 물에 대한 저항성을 모두 갖춘 하이브리드 마이크로 로봇을 만들기 위해 연구팀은 2단계 화학적 변형을 고안했다. 먼저, 하이드로겔에 긴 사슬 탄소 분자를 부착해 전체 구조를 소수성으로 만들었다. 그런 다음 산소 플라즈마 에칭 기술을 사용해 외부의 긴 사슬 탄소 구조 일부를 제거함으로써 외부는 친수성으로, 내부는 소수성으로 남겼다. 이것이 이번 연구 프로젝트의 핵심 혁신이었다. 가오는 "내부는 소수성이고 외부는 친수성인 비대칭 표면 변형을 통해 소변이나 혈청과 같은 생체 유체에 장시간 기포를 가둘 수 있게 됐다“고 설명했다. 구형 마이크로 로봇 안에 있는 기포는 초음파 영상 대조제 역할을 한다. 기포를 통해 생체 내에서 움직이는 로봇을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 연구팀은 마이크로 로봇이 목표 지점으로 이동하는 것을 추적하는 방법도 개발했다. 연구의 마지막 단계는 방광 부위에 종양이 있는 쥐에 대한 테스트였다. 연구팀은 21일 동안 마이크로 로봇을 통해 네 차례 치료제를 전달했다. 그 결과 로봇이 전달하지 않은 치료제보다 종양을 줄이는 데 더 효과적이라는 사실이 규명됐다. 연구팀은 이번 개발 결과는 환자에 대한 약물 전달 및 정밀 수술을 위한 매우 유망한 플랫폼이 될 것이라고 자평하고 사람에 대한 임상 실험을 거쳐 상용화가 필요하다고 주장했다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
- 우주는 더 이상 단순한 탐험의 공간이 아니다. 국제우주정거장(ISS)과 민간 우주 임무에서 진행된 줄기세포 실험에서 의료 과학의 판도를 바꿀 혁신적인 결과가 나왔다. ISS의 미세중력 환경에서 배양된 줄기세포가 지구에서는 실현할 수 없었던 뛰어난 능력을 발휘한 것이다. 미국 플로리다 메이요 클리닉과 세다스-사이나이 연구진은 이번 실험 결과가 질병 치료와 재생의학 연구에 새로운 지평을 열 것이라고 최근 발표했다. 우주에서는 줄기세포가 스스로 3차원 구형 배열을 형성했다는 점이 연구진에게 가장 큰 놀라움을 안겨 주었다. 지구의 중력 때문에 평면 배양 접시 위에서만 자라던 줄기세포가 우주의 미세중력 아래에서는 스스로 진화하듯 3차원 조직 구조를 만들어 낸 것이다. 이는 인체 조직에 가까운 구조로, 면역 조절과 염증 완화 능력을 크게 향상시켰다. 플로리다 메이요 클리닉의 아바 주바이르 박사는 "우리는 세포가 3차원으로 자라리라고는 기대하지 않았다. 그러나 미세중력 환경은 세포가 자연스럽게 구형 배열을 형성하도록 했다. 이는 지구에서는 불가능했던 현상"이라고 설명했다. 이처럼 우주의 미세중력은 줄기세포의 자가 조립 능력을 활성화하며, 새로운 의료 혁신의 가능성을 열어주었다. 이번 연구는 NPJ 마이크로그래비티(NPJ Microgravity)에 게재됐으며, 우주 환경을 활용한 줄기세포 연구가 새로운 의료 혁신을 가져올 것으로 기대된다. [미니해설] 우주 실험이 밝혀낸 줄기세포의 비밀⋯불로장생의 꿈 '성큼' 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中 伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 줄기세포는 그 자체로 현대 의학의 혁신적인 가능성을 품고 있다. 복제와 분화 능력은 조직 재생과 질병 치료의 핵심 자원으로 평가받는다. 그러나 기존 기술은 여전히 복잡한 한계를 지니고 있다. 이런 상황에서 우주에서 진행된 줄기세포 배양 실험은 재샌의학 분야에 새로운 방향을 제시하며 주목받고 있다. 미세중력, 줄기세포 배양의 최적 환경 미세중력은 중력이 거의 없는 상태를 말한다. '무중력' 이라고도 불리지만, 중력이 완전히 없는 것은 아니고 지구 표면 중력의 100만분의 1 정도로 매우 작은 중력만 존재하는 환경이다. 지구 궤도를 도는 우주정거장에서는 지구 중력의 영향을 거의 받지 안항 미세중력 환경이 조성된다. 우주 환경에서 줄기세포를 배양하는 일은 간단하지 않았다. 미세중력 상태에서는 액체가 접시 밖으로 흘러나갈 위험이 있었기 때문이다. 하지만 연구진은 96웰 플레이트의 액체 표면 장력을 활용해 세포를 고정하는 기술을 개발하여, 성공적으로 배양 과정을 진행할 수 있었다. 아룬 샤르마 세다스-사이나이 연구소 박사는 "표면 장력을 활용한 이번 기술은 실험 성공의 핵심이었다. 맞춤형 장비 없이도 우주 실험을 가능하게 한 중요한 성과였다"라고 말했다. 우주에서의 새로운 가능성: 노화 관련 질환 치료 미세중력 환경은 줄기세포가 더 자연스러운 성장 상태를 유지하며, 면역 조절 능력과 염증 완화 효과를 향상시키는 데 기여했다. 이는 단순한 발견을 넘어, 줄기세포의 응용 가능성을 확장하는 중요한 과학적 단서를 제공한다. 연구진은 미세중력 환경에서 줄기세포를 대량으로 제조할 방법을 모색 중이다. 이는 줄기세포 기술의 상업적 생산과 재생의학 응용을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. 이번 연구는 노화 관련 질환의 치료에 새로운 전환점을 마련했다. 줄기세포는 뇌졸중, 암, 치매와 같은 질환 치료에서 중요한 역할을 할 가능성을 보여주었다. 또한, 우주 환경에서 배양된 줄기세포는 지구로 돌아온 뒤에도 복제 안정성과 확장 능력을 유지하며 의료 응용 가능성을 높였다. 클라이브 스벤슨 세다스-사이나이 연구소 교수는 "우리가 수행한 연구는 시작에 불과하다. 우주에서 제조된 줄기세포는 재생의학을 혁신할 독특한 특성을 갖고 있다"고 말했다. 우주 시대의 의료 혁명: '불로장생'의 가능성 이번 연구 결과는 단순한 과학적 발견을 넘어, 재생의학의 새로운 장을 열었다. 우주라는 실험실은 줄기세포 기술의 대량 생산과 상업적 생산 가능성을 제시하며, 인류의 오랜 꿈인 '불로장생'을 현실로 만들 가능성을 보여준다. 우주에서 시작된 줄기세포 연구는 더 이상 공상과학의 영역이 아니다. 미세중력이라는 우주의 독특한 환경은 질병 치료와 장기 이식 기술에 혁신적인 변화를 가져올 것이다. 미래의 어느 날, 우리는 줄기세포 기술 덕분에 질병의 고통에서 벗어나 건강하게 오래 사는 꿈을 이룰지도 모른다. 그리고 그 꿈을 현실로 만들 열쇠는 바로 우주에서 진화한 작은 세포들이 쥐고 있을 것이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
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[우주의 속삭임(82)] 나사 큐리오시티 로버, 화성의 신비한 거미줄 바위 발견
- 나사(NASA)의 화성 탐사선 큐리오시티(Curiosity) 로버가 화성에서 거미줄과 같은 패턴의 바위 지대를 발견했다. 게디즈 발리스(Gediz Vallis) 수로의 물 활동을 조사하던 큐리오시티 로버의 다음 임무는 '상자형 구조물'이라고 알려진 이 바위 지대에 대한 탐사가 될 것으로 보인다고 사이테크데일리가 전했다. 복잡한 거미줄 패턴으로 구성된 이 암석은 행성 표면을 따라 수 마일에 걸쳐 펼쳐져 있다. 이 지역을 연구하기 위해 큐리오시티는 지난 9월 말, 해협 내의 유황석 등 다양한 특징을 보여주는 360도 파노라마를 촬영했다. 큐리오시티의 임무는 고대 화성에 미생물 생명체가 존재했다면, 이를 위해 필요했을 조건의 증거를 찾는 것이다. 수십억 년 전, 화성에는 호수와 강이 있었고, 높이 5000m의 샤프산 기슭에 위치한 게디즈 밸리스 해협은 중요한 정보를 제공할 수 있다. 이 해협은 화성이 물을 잃어갈 당시의 환경이 어땠는지 보여줄 수 있다. 샤프산의 오래된 지층은 건조한 기후에서 형성되었지만, 수로의 존재는 기후가 크게 변화하면서 때때로 물이 이 지역을 통해 흘렀음을 시사한다. 지난 2012년 착륙 이후 약 33km를 이동한 큐리오시티는 현재 게디즈 발리스 해협의 서쪽 가장자리를 따라 이동하고 있다. 그 과정에서 여러 장의 파노라마를 수집했으며, 거미줄 모양의 바위도 발견됐다. 나사의 화성 정찰 궤도선(MRO)으로 보면 이 상자 모양은 표면을 가로질러 뻗어 있는 거미줄처럼 보인다. 샤프산의 마지막 물줄기에 의해 운반된 광물이 표면 암석의 균열로 가라앉은 후 굳어지면서 형성된 것으로 여겨진다. 암석 일부가 침식돼 떨어져 나가면서, 갈라진 틈에 굳어진 광물들과 거미줄 같은 상자 모양의 구조물만 남았다. 지구에서도 상자 모양의 구조물은 절벽과 동굴에서 목격됐다. 그러나 샤프산의 상자 모양의 구조물은 화성에서 물이 사라지면서 형성되었고, 10~20km에 달하는 지역에 걸쳐 있다는 점에서 지구의 그것과는 다르다. 큐리오시티 로버를 통해 화성을 연구하는 라이스 대학교의 커스틴 지바흐 박사는 "능선 지대의 거미줄 모양 암석에는 지하에서 결정화된 광물이 포함되어 있을 것이다. 그곳은 더 따뜻했을 것이고, 짠 액체 상태의 물이 흘렀을 수 있다"고 말했다. 또 "초기 지구 미생물들도 비슷한 환경에서 생존할 수 있었을 것이다. 그래서 화성의 탐사는 흥미롭다"고 강조했다. 한편 연구진은 360도 파노라마에서 보이는 '피나클 릿지' 잔해 더미를 포함해 수로 내에서 다양한 특징을 형성한 타임라인을 구성하고 있다. 강, 젖은 토석류, 마른 눈사태 등이 모두 흔적을 남겼다. 또한 넓게 퍼져 있는 유황석 지대에 대한 몇 가지 질문에 대한 답도 찾고 있다. MRO가 촬영한 이 지역의 이미지는 밝은색의 눈에 띄지 않는 패치처럼 보였다. 유황석은 MRO의 고해상도 이미징 장비로도 볼 수 없을 정도로 작았는데, 큐리오시티 로버가 부순 돌 내부에서 노란색 결정의 유황석이 드러났다. 그리고 로버의 장비는 돌이 순수한 유황임을 확인했다. 이는 화성에서 과거 어떤 임무에서도 본 적이 없는 것이었다. 유황이 형성된 이유는 밝혀지지 않았다. 지구에서는 화산과 온천 활동으로 생겨나지만, 샤프산에서는 그 증거가 없다. 이는 앞으로 해결되어야 할 숙제다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(82)] 나사 큐리오시티 로버, 화성의 신비한 거미줄 바위 발견
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[신소재 신기술(137)] 혈액으로 만든 맞춤형 3D 프린팅 임플란트, 재생 의료의 새 지평 열까
- 영국에서 자신의 혈액을 사용해서 재생 치유 능력을 60% 이상 높인 3D 프린팅 임플란트가 개발됐다. 우리 몸의 면역 체계는 재생 혈종(RH)을 조절하여 작은 파열이나 골절을 효과적으로 치료하는 능력을 가지고 있다. RH는 다양한 분자 및 세포 과정을 조율하는 복잡하고 역동적인 환경으로 완전한 조직 복구를 보장한다. 최근 영국 노팅엄 대학교 약학 및 화학 공학 연구팀은 이러한 자연 치유 과정을 활용하여 개인 맞춤형 재생 소재를 만드는 '생체협력적' 접근법을 제시했다. 혈액을 기반으로 하는 이 기술은 부상 및 질병 치료에 효과적인 맞춤형 재생 혈액 제품 개발로 이어질 수 있다. 해당 논문에 대해서는 테크 익스플로리스트와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 보도했다. 연구팀은 자연 조직 치유에 관여하는 필수 과정을 유도하는 펩타이드 분자 조직을 사용해 조직 재생을 촉진하는 생체 소재를 개발했다. 대부분의 신체 조직은 복잡한 치유 과정을 통해 작은 파열이나 골절을 효율적으로 재생시킬 수 있다. 초기 단계에서는 액체 혈액이 고체 RH를 형성하는 데, 이는 재생에 필수적인 세포, 거대 분자와 요소를 포함하는 살아 있는 미세 환경이라 할 수 있다. 팀은 합성 펩타이드와 환자의 혈액을 결합하는 자가 조립 기술을 개발해 자연 치유 과정의 핵심 분자, 세포 및 메커니즘을 포착하는 소재를 만들었다. 이를 통해 RH를 모방하고 구조적 및 기능적 특성을 향상시키는 재생 소재를 제작할 수 있었다. 이러한 소재는 정상적인 혈소판 행동, 성장 인자 생성, 치유에 필수적인 세포 모집 등 RH의 자연적 기능을 유지하면서 쉽게 조립하고 조작 및 3D 프린팅이 가능하다. 연구팀은 이 방법을 사용해 동물 모델에서 동물 자신의 혈액을 활용하여 뼈를 성공적으로 복구하는 것을 입증했다. 팀은 두개골에서 뼈 일부를 수술로 제거한 쥐를 대상으로 실험을 진행했다. 쥐의 혈액에서 새로운 RH 구조물을 배양해 제거된 두개골 뼈 틈새에 이식한 결과, 부상 부위가 재생의 징후를 보였다. 6주 후 새로운 RH 구조물이 투입된 쥐는 새로운 뼈가 최대 62% 생성됐다. 반면, 시중에서 판매되는 뼈 대체물을 사용한 쥐는 50%가 재생됐다. 아무 것도 처리하지 않은 대조군 쥐는 뼈가 30%만 재생되는 데 그쳤다. 알바로 마타 노팅엄 대학교 생체 의학 공학 및 생체 재료 교수는 "수년 동안 과학자들은 자연 재생 환경을 재현하기 위한 합성적 접근 방식을 연구해 왔지만, 고유한 복잡성으로 인해 어려움을 겪었다"며 "이번 연구에서는 재생 환경을 재현하는 대신 생물학적 시스템과 협력하는 방식을 택했다"고 설명했다. 코시모 리고리오 공학부 박사는 "사람들의 혈액을 고도로 재생 가능한 임플란트로 쉽고 안전하게 바꿀 수 있는 가능성은 매우 흥미롭다"며 "혈액은 사실상 무료이며 환자로부터 비교적 많은 양을 쉽게 얻을 수 있다. 우리의 목표는 환자의 혈액을 풍부하고 접근 가능하며 조정 가능한 재생 임플란트로 빠르고 안전하게 변화하기 위해 임상 환경에서 쉽게 접근하고 사용할 수 있는 도구 키트를 구축하는 것이다"라고 밝혔다. 이 연구는 어드밴스트 머티리얼(Advanced Materials) 저널에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(137)] 혈액으로 만든 맞춤형 3D 프린팅 임플란트, 재생 의료의 새 지평 열까
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[기후의 역습(90)] NASA 위성, 세계 담수 고갈 위기 포착…심각한 물 부족 사태 예고
- 나사(NASA)와 독일의 그레이스(GRACE) 위성을 이용해 관측한 국제 연구팀은 지구의 담수 총량이 2014년 5월부터 급격히 감소하기 시작했으며 그 이후 계속 낮은 수준을 유지하고 있다는 증거를 발견했다고 나사가 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 지구물리학 서베이에 실린 보고서에서 연구진은 이러한 변화가 지구의 대륙이 지속적으로 더욱 건조한 단계에 접어들었음을 나타낼 수 있다고 지적했다. 나사 고다드 우주비행센터의 수문학자 매튜 로델은 "2015년부터 2023년까지 위성 측정 결과 육지에 저장된 담수의 평균 양(호수와 강과 같은 액체 상태의 지표수와 지하 대수층의 물 포함)이 2002년부터 2014년까지의 평균 수준보다 1200㎢ 낮았다"고 말했다. 이는 미국 5대호 중 이리호에서 잃어버린 양의 2.5배다. 가뭄이 들면 관개 농업의 확장과 함께 농장과 도시는 지하수에 더 많이 의존해야 하며, 이는 지하수 공급 감소의 악순환으로 이어질 수 있다. 담수 공급이 격감하고, 강우로 보충되지 않으며, 결국 더 많은 지하수가 소모된다. 2024년에 발표된 유엔 물 스트레스 보고서에 따르면, 이용 가능한 물의 감소는 농부와 지역 사회에 부담을 주고, 사람들이 오염된 수원으로 눈을 돌리게 된다. 그러면 기근, 갈등, 빈곤, 질병 증가로 이어질 가능성이 있다. 연구진은 독일 항공우주센터, 독일 지구과학연구센터, 나사가 운영하는 그레이스 위성의 관측을 통해 담수의 급격한 전 세계적인 감소를 확인했다. 그레이스 위성은 지구 중력의 변동을 매월 측정하여 지상 및 지하의 물 질량 변화를 보여준다. 최초의 그레이스 위성은 2002년 3월부터 2017년 10월까지 운행했다. 후속 그레이스-FO 위성은 2018년 5월 발사됐다. 연구에서 보고된 세계 담수량 감소는 브라질 북부와 중부에서 발생한 대규모 가뭄으로 시작되었고, 그 직후 호주, 남미, 북미, 유럽, 아프리카의 가뭄으로 이어졌다. 2014년 후반부터 2016년까지 열대 태평양의 해수 온도가 상승하면서 1950년 이래 가장 심각한 엘니뇨 현상이 발생했고, 대기 중 제트기류의 변화가 일어나 전 세계의 날씨와 강우 패턴이 바뀌었다. 그러나 엘니뇨가 가라앉은 후에도 세계 담수량은 회복되지 않았다. 연구진은 그레이스가 관찰한 세계에서 가장 극심한 가뭄 30건 중 13건이 2015년 1월 이후에 발생했다고 보고했다. 연구진은 지구 온난화가 지속적인 담수 고갈의 원인일 수 있다고 의심하고 있다. 지구 온난화로 인해 대기가 더 많은 수증기를 보유하게 되어 더 극심한 강수가 발생한다. 총 연간 강수량과 강설량은 크게 변하지 않을 수 있지만, 강렬한 강수 사이의 오랜 기간 동안 토양은 건조해지고 더 단단해진다. 그러면 비가 올 때 땅이 흡수할 수 있는 물의 양이 줄어든다. 전 세계적으로 담수 수위는 2014~2016년 엘니뇨 이후 지속적으로 낮게 유지되고 있으며, 더 많은 물이 수증기로 대기에 갇혀 있다. 온난화는 지표면에서 대기로의 물의 증발과 대기의 수분 보유 용량을 모두 증가시켜 가뭄의 빈도와 강도를 증가시킨다. 담수의 급격한 감소가 주로 지구 온난화 때문이라고 의심할 만한 이유가 있지만, 두 가지를 확실하게 연결하기는 쉽지 않다. 기후 예측에는 불확실성이 많으며 측정과 모델에는 항상 오류가 있기 때문이다. 지구 담수가 2015년 이전 수준으로 회복될지, 안정적으로 유지될지, 아니면 감소세를 이어갈지는 아직 알 수 없다. 현대 기온 기록상 가장 더웠던 9년이 담수의 급격한 감소와 일치했다는 점을 고려할 때, 이는 우연이 아니며 앞으로 일어날 일의 징조일 수 있다고 연구진은 말했다.
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[기후의 역습(90)] NASA 위성, 세계 담수 고갈 위기 포착…심각한 물 부족 사태 예고
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[신소재 신기술(136)] 나노파스타, 상처 드레싱의 새로운 혁명…초박막 기술로 치유 잠재력
- 유니버시티 칼리지 런던(ULC: University College London)의 화학자 팀이 일반 밀가루, 액체, 그리고 청색광 파장보다 좁은 372나노미터 폭에 불과한 가닥을 만들 수 있는 전기 충전 장비를 이용, 세계에서 가장 얇은 스파게티를 만들었다고 ULC가 공식 홈페이지를 통해 전했다. 만들어진 스파게티는 소위 나노파스타로서, 너무 가늘기 때문에 전자 현미경으로만 볼 수 있다고 한다. 전분으로 만들어졌지만 너무 가늘어 식재료로 사용될 수는 없고, 의학 등 다른 용도로 활용이 기대된다. 이 연구는 나노스케일 어드밴시스 저널에 발표됐다. 게시글에 따르면, ULC 화학자 팀은 나노파스타를 사용해 2cm 폭의 매트를 만들었다. 매트는 당연히 육안으로 보이지만, 매트를 구성하고 있는 개별 섬유는 보이지 않는다. 밀가루와 액체 포름산은 '전기 방사'라는 기술을 사용해 방적됐다. 생 파스타 혼합물은 전하로 바늘 끝을 통해 당겨져 머리카락보다 200배 더 얇은 스파게티를 형성했다. 연구를 주도한 애덤 클랜시 박사는 게시글에서 "스파게티는 물과 밀가루 혼합물을 금속 구멍에 밀어 넣어 만들어진다. 연구팀도 같은 방법을 사용했지만, 전하로 밀가루 혼합물을 끌어당겼다는 점이 다르다. 같은 스파게티지만 이것이 훨씬 가늘다"라고 말했다. 개발된 스파게티는 세계에서 가장 얇다. 지금까지 개발된 두 번째로 얇은 것은 너비가 400마이크론으로 이번에 개발된 것보다 약 1000배 더 굵으며, 이는 기계로 만들어지지 않았다. 수 필린데우(Su filindeu: 신의 실을 의미하거나 아랍어로 머리카락을 의미하는 단어에서 유래했을 수 있음)라는 이름의 스파게티는 사르데냐의 누오로 시에서 약 10명의 여성이 직접 만들었다. 연구팀의 개러스 윌리엄스 교수는 "개발된 스파게티는 안타깝게도 파스타(스파게티를 포함한 면요리 통칭)로는 유용하지 않다. 팬에 넣으면 1초도 채 걸리지 않아 너무 익는다"고 말했다. 그렇다면 이 얇은 스파게티 기술을 어디에 쓸 수 있을가. 연구팀이 제안하는 것은 의학 분야다. 당연히 연구팀도 새로운 파스타를 개발하려고 한 것이 니었다. 연구팀은 개발된 전분 나노실, 즉 나노파스타를 다른 기술 응용 분야에 활용할 계획이며, 그중 몇몇은 의료계에서 사용될 것을 기대하고 있다. 윌리엄스는 "전분으로 만든 나노섬유는 다공성이기 때문에 상처 드레싱에 사용할 수 있는 잠재력을 갖고 있다. 또 세포 조직을 재생하기 위한 지지대로 활용하는 연구가 활발하다"고 설명했다. 클랜시도 "전분은 풍부하고 재생 가능하기 때문에 유망한 활용 소재다. 셀룰로스에 이어 지구상에서 두 번째로 큰 바이오매스 공급원이며 생분해성이 있어 체내에서 분해될 수 있다"고 덧붙였다. 그러나 전분을 정제하려면 많은 가공이 필요하다. 이번 연구 성과는 밀가루를 사용해 나노섬유를 만드는 더 간단한 방법이 가능하다는 것을 보여주었다. 연구팀은 다음 단계로 나노파스타의 특성을 추가 조사할 계획이다. 예를 들어, 나노파스타는 얼마나 빨리 분해되는지, 세포와 어떻게 상호 작용하는지, 그리고 대량 생산이 가능한지 등을 연구할 방침이다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(136)] 나노파스타, 상처 드레싱의 새로운 혁명…초박막 기술로 치유 잠재력
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[신소재 신기술(134)] UC 버클리, '뜨거운 이산화탄소 가스 포집' 획기적 기술 개발
- 산업 공정에서 발생하는 뜨거운 이산화탄소를 포집할 수 있는 혁신적인 기술이 개발됐다. 시멘트나 강철을 생산하는 산업 플랜트는 강력한 온실가스인 이산화탄소를 대량으로 배출하지만, 배기가스가 너무 뜨거워 최첨단 탄소 제거 기술을 사용할 수 없다. 배기가스를 냉각하려면 많은 에너지와 물이 필요하며, 이는 일부 가장 오염이 심한 산업에서 이산화탄소 포집 기술을 도입하는 장벽으로 작용한다. 그런데 UC 버클리의 화학자 연구진이 스펀지처럼 작용해 산업 배기가스와 비슷한 높은 온도에서 이산화탄소를 포집할 수 있는 소재를 발했다. UC 버클리 공식 홈페이지에 따르면, 발견된 소재는 금속-유기 프레임워크(MOF)의 일종으로, 사이언스 저널에 게재됐다. 발전 또는 산업 플랜트 배기가스에서 탄소를 포집하는 주요 방법은 액체 아민을 사용하여 이산화탄소를 흡수하는 것이다. 그러나 이 방법은 섭씨 40~60도 사이에서만 효율적으로 작동한다. 시멘트 제조 및 제강 공장은 200도를 넘는 배기가스를 생성하고 일부 산업 배기가스는 500도에 달한다. 아민이 추가된 MOF 하위 분류를 포함해 현재 시범 운영 중인 새로운 소재는 150도 이상의 온도에서는 분해되거나 덜 효율적이다. 이렇게 뜨거운 이산화탄소를 가져와 기존의 탄소 포집 기술을 적용하려면 적절한 온도로 냉각해야 하고, 비싼 인프라가 필요하다. 이번 연구를 진행한 UC 버클리 커티스 카쉬 박사는 "우리 기술이 탄소 포집 방식을 근본적으로 바꿀 수 있을 것"이라며 "개발된 MOF가 전례 없이 높은 온도에서 이산화탄소를 포집할 수 있다는 것이 입증됐다. 과거의 다공성 소재로는 불가능했던 것"이라고 설명했다. 아민 기반 탄소 포집에 대한 일반 연구에서 벗어나 고온에서도 작동하는 MOF의 새로운 매커니즘을 수립했다는 것이다. 개발된 소재는 다공성 결정질 금속 이온 및 유기 링커 배열을 특징으로 하며, 내부 면적은 스푼당 약 6개의 축구장 크기에 달해 이산화탄소를 흡착하기에 충분히 넓은 면적이다. 연구진은 시뮬레이션에서 새로운 MOF가 평균 20%~30%의 이산화탄소 농도를 보이는 시멘트 및 철강 제조 플랜트의 배출가스와 약 4% 농도의 이산화탄소를 포함한 천연가스 발전소의 배출가스에서 뜨거운 이산화탄소를 포집할 수 있음을 보여주었다. 포집된 이산화탄소를 지하에 저장하거나 연료 또는 기타 부가가치 화학 물질을 만드는 데 사용하는 것은 온실가스를 줄이는 핵심 전략이다. 지구 온난화와 기후 변화에 대응하는 유력한 솔루션으로 각광받고 있다. 재생 에너지 발전과 달리 화석연료를 주로 사용하는 산업 플랜트는 지속 가능성을 확보하는 것이 더욱 어렵기 때문에 이산화탄소 포집이 매우 중요하다. 아민 기반 흡착제는 수십 년 동안 탄소 포집 연구의 초점이었다. MOF는 원래 독일 아우크스부르크 대학교의 연구진이 발견했다. MOF가 이산화탄소로 채워지면 이산화탄소의 분압을 낮추어 제거하거나 탈착할 수 있다. MOF는 재사용한다. 연구진은 MOF를 변형해 다른 가스를 흡착할 수 있는지 추가 확인 작업에 나서고 있다. 이 소재가 더 많은 이산화탄소를 흡착할 수 있도록 기능 개선도 진행하고 있다.
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- 경제
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[신소재 신기술(134)] UC 버클리, '뜨거운 이산화탄소 가스 포집' 획기적 기술 개발
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[우주의 속삭임(78)] 목성에는 단단한 땅이나 바위가 없다…그 이유는?
- 목성에는 지구에서 밟는 풀이나 흙과 같이 사람이 걷거나 우주선이 착륙할 수 있는 단단한 표면이 없다. 그 이유는 뭘까. 온갖 특이한 현상을 연구하는 물리학계에서도 '표면이 없는 세계'라는 개념은 이해하기 어렵다고 한다. 나사(NASA)의 로봇 탐사선 주노(Juno)가 이상한 행성인 목성 궤도를 9년째 공전하고 있는 지금도 목성의 많은 부분은 여전히 미스터리로 남아 있다. 태양에서 다섯 번째 행성인 목성은 화성과 토성 사이에 있다. 태양계에서 가장 큰 행성으로, 1000개 이상의 지구가 들어갈 만큼 크고 여유 공간도 있다. 태양계의 수성, 금성, 지구, 화성 등 네 개의 내행성은 모두 단단한 암석 물질로 이루어져 있지만, 목성은 태양과 유사한 구성을 가진 가스 행성이다. 소용돌이치고, 폭풍우가 몰아치며, 격렬하게 난기류를 일으키는 가스 덩어리의 거대 구체다. 목성의 일부 지역에서는 바람이 시속 약 640km 이상으로 불고 있다. 이는 지구의 5등급 허리케인보다 약 3배 빠른 속도다. 지구 대기권 꼭대기에서 시작해 약 100km 아래로 내려가면 기압이 지속적으로 증가한다. 궁극적으로는 땅이든 물이든 지구 표면에 부딪힌다. 목성의 경우, 대부분이 수소와 헬륨으로 이루어진 대기권의 꼭대기에서 내려가기 시작하면 지구와 마찬가지로 더 깊이 들어갈수록 압력이 증가한다. 목성의 압력은 엄청나다. 위의 가스층이 점점 더 아래로 밀려 내려감에 따라, 그것은 마치 바다 밑바닥에 있는 것과 같다. 지구의 물 대신 목성은 가스로 둘러싸여 있다. 압력이 너무 강해져서 인체가 붕괴될 것이다. 압력에 눌려 사망하게 되는 것이다. 1600km 아래로 내려가면 뜨겁고 밀도가 높은 가스가 이상하게 작동하기 시작한다. 가스는 액체 수소 형태로 바뀌어 물이 없는 바다를 만들어낸다. 물이 없다는 점은 다르지만, 태양계에서 가장 큰 바다라고 할 수 있다. 약 3만 2000km를 내려가면 수소는 흐르는 액체 금속에 더욱 가까워진다. 이 물질은 너무 이질적이다. 과학자들도 그 때문에 큰 어려움을 겪었으며, 최근에야 실험실에서 이 물질을 재현했다. 이 액체 금속 수소의 원자는 매우 단단히 압축돼 전자가 자유롭게 돌아다닐 수 있다. 이러한 층 전환은 갑작스러운 것이 아니라 점진적으로 이루어진다. 수소 가스에서 액체 수소로, 그리고 금속 수소로의 전환은 천천히 부드럽게 이루어진다. 어떤 지점에도 날카로운 경계나 고체 물질 또는 표면은 없다. 이렇게 내려가면 궁극적으로 목성의 핵에 도달하게 된다. 이것은 목성 내부의 중심 영역이며 표면과 혼동해서는 안 된다. 학자들은 여전히 목성 핵 물질의 정확한 성질에 대해 논쟁하고 있다. 그중에서 가장 호응을 받는 모델은 암석과 같은 고체가 아니라, 액체와 고체의 뜨겁고 밀도가 높은 금속성 혼합물과 비슷하다는 것이다. 목성 핵의 압력은 엄청나서 마치 지구 대기 1억 개가 누르는 것과 같다. 또는 신체의 각 제곱인치 위에 엠파이어 스테이트 빌딩 두 개가 얹히는 것과 같다. 압력만이 유일한 문제는 아니다. 목성의 핵에 도달하려는 우주선은 섭씨 2만 도의 극심한 열에 녹을 것이다. 이는 태양 표면보다 3배 더 뜨거운 온도다. 목성은 이상하고도 무서운 곳이다. 그러나 목성이 없었다면 인간이 존재하지 않았을 수도 있다. 그 이유는 목성이 지구를 포함한 태양계 내행성을 보호하는 방패 역할을 하기 때문이다. 목성은 엄청난 중력으로 수십억 년 동안 소행성과 혜성의 궤도를 바꾸어 놓았다. 목성의 개입이 없었다면 우주 잔해 중 일부가 지구에 충돌했을 수도 있다. 만약 하나의 충돌이 대격변 수준이었다면 지구는 멸종 수준의 사건을 일으켰을 것이다. 공룡의 대멸종을 연상하면 납득할 수 있다. 목성은 지구 생명체의 존재에 도움을 주었을지 모르지만, 목성 자체는 생명체가 살기에 매우 부적합한 곳이다. 그러나 목성의 위성인 유로파는 다르다. 태양계의 다른 곳에서 생명체를 찾을 수 있는 가장 좋은 기회가 될 수 있다. 나사의 유로파 클리퍼(Europa Clipper)는 지난 10월에 발사된 로봇 탐사선으로, 유로파를 약 50회 비행하며, 이를 통해 위성의 거대한 지하 바다를 연구할 계획이다. 탐사선은 2030년 4월에 도착할 예정이다.
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[우주의 속삭임(78)] 목성에는 단단한 땅이나 바위가 없다…그 이유는?
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미세 플라스틱, 구름 형성 촉진…극한 날씨와 기후변화 가속 우려
- 미세 플라스틱이 대기 중 구름 형성을 촉진시켜 극한 날씨와 기후 변화를 가속화시킨다는 연구 결과가 최근 발표됐다. 구름은 대기 중의 보이지 않는 기체인 수증기가 먼지와 같은 작은 부유 입자와 결합해 물방울이나 얼음 결정으로 변할 때 형성된다. 최근 발표된 연구에서 미세 플라스틱 입자도 동일한 효과를 낼 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또 미세 플라스틱이 없는 물방울보다 섭씨 5~10도 더 따뜻한 온도에서 얼음 결정이 생성될 수 있음도 보여주었다고 더컨버세이션이 전했다. 연구 결과는 공기 중에 미세 플라스틱이 없었다면 구름이 형성되지 않았을 좀 더 따뜻한 조건에서 미세 플라스틱이 구름을 생성함으로써 날씨와 기후에 적지 않은 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 대기 화학자 중심으로 구성된 연구진은 다양한 유형의 입자가 액체 물과 접촉할 때 어떻게 구름 속에서 얼음이 형성되는지를 분석했다. 대기에서 지속적으로 발생하는 이 과정은 '핵 형성'이라고 부른다. 대기 중의 구름은 액체 물방울, 얼음 입자 또는 두 가지의 혼합물로 구성된다. 기온이 섭씨 0도에서 영하 38도 수준인 중상층 대기의 구름에서 얼음 결정은 일반적으로 건조한 토양의 미네랄 먼지 입자나 꽃가루 또는 박테리아와 같은 생물 입자 주위에 형성된다. 미세 플라스틱도 그런 입자 중 하나다. 미세 플라스틱은 너비 5mm 미만으로 연필 끝에 달린 지우개 정도의 크기다. 일부는 이보다 더 작고 미세하다. 미세 플라스틱은 매우 작기 때문에 공기 중으로 쉽게 이동할 수 있다. 구름 속의 얼음은 날씨와 기후에 중요한 영향을 미친다. 대부분의 강수는 얼음 입자로 시작되기 때문이다. 전 세계 대부분 지역의 구름은 대기 중으로 높이 확장되고 차가운 공기가 구름 꼭대기 수분을 얼린다. 얼음이 형성되면 주변의 액체에서 수증기를 끌어당기고, 얼음 결정은 떨어질 만큼 무거워진다. 얼음이 형성되지 않으면 구름은 비나 눈으로 내리기보다는 증발하는 경향이 있다. 구름은 또한 여러 가지 방식으로 날씨와 기후에 영향을 미친다. 지구 표면에서 들어오는 햇빛을 반사하여 냉각 효과를 내기도 하고 지구 표면에서 방출되는 일부 복사선을 흡수해 온난화 효과를 증폭시킨다. 반사되는 햇빛의 양은 구름에 포함된 액체 상태의 물과 얼음의 양에 따라 달라진다. 미세 플라스틱이 구름에서 얼음 입자를 증가시키면, 이 비율의 변화는 구름이 지구의 에너지 균형에 미치는 영향을 바꿀 수 있다. 물이 섭씨 0도에서 언다고 하지만, 항상 그런 것은 아니다. 먼지 입자와 같이 핵을 형성할 물질이 없다면 물은 섭씨 영하 38도까지 얼지 않고 과냉각될 수 있다. 더 따뜻한 온도에서 동결하려면 물에 녹지 않는 물질이 물방울에 존재해야 한다. 이 입자는 첫 번째 얼음 결정이 형성될 수 있는 표면을 제공한다. 미세 플라스틱이 존재하면 얼음 결정이 형성돼 비나 눈이 더 많이 내릴 수 있다. 연구진은 미세 플라스틱 조각이 물방울의 핵 역할을 할 수 있는지를 확인하기 위해 대기 중에서 가장 널리 퍼진 네 가지 플라스틱, 즉 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이용했다. 각각은 깨끗한 상태와 자외선, 오존 및 산에 노출된 상태 두 가지로 테스트되었다. 이 모든 것이 대기 중에 존재하며 미세 플라스틱의 구성에 영향을 미칠 수 있다. 연구진은 미세 플라스틱을 작은 물방울에 현탁시키고, 물방울을 천천히 냉각시켜 어는 시점을 관찰했다. 또한 플라스틱 조각의 표면을 분석해 분자 구조를 파악했다. 얼음 핵 형성은 미세 플라스틱의 표면 화학 성질에 따라 달라질 수 있기 때문이었다. 테스트한 대부분의 플라스틱에서 물방울의 50%는 섭씨 영하 22도로 냉각될 때까지 얼었다. 일부 미세 플라스틱은 미세 플라스틱이 없는 물방울보다 더 따뜻한 온도에서 얼음 핵을 형성했다. 자외선, 오존 및 산에 노출되면 입자의 얼음 핵 형성 활동이 감소하는 경향이 있었다. 이는 얼음 핵 형성이 미세 플라스틱 입자 표면의 작은 화학적 변화에 민감하다는 것을 시사한다. 그러나 이 플라스틱들은 여전히 얼음 핵을 형성하므로 구름 속 얼음의 양에 영향을 미칠 수 있다. 미세 플라스틱이 날씨와 기후에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 구름이 형성되는 고도에서의 농도를 알아야 한다. 또 미네랄 먼지 및 생물학적 입자 등 얼음 핵 형성이 가능한 다른 입자와 비교해 미세 플라스틱의 농도를 확인해야 한다. 이러한 측정을 통해 미세 플라스틱이 구름 형성에 미치는 영향을 모델링할 수 있다. 플라스틱 조각은 크기와 구성이 다양하다. 향후 연구에서는 가소제와 착색제 등 첨가제가 포함된 플라스틱과 미세 플라스틱 입자를 이용해 분석을 진행할 계획이다.
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미세 플라스틱, 구름 형성 촉진…극한 날씨와 기후변화 가속 우려
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[신소재 신기술(129] 암흑물질 실험서 중성미자 '구름' 첫 포착
- 이탈리아와 중국 과학자들이 최근 진행한 암흑물질 실험에서 중성미자 구름을 처음으로 포착해 학계의 이목을 집중시키고 있다. 우주에서 가장 풍부한 입자인 중성미자는 전하가 없고 질량이 거의 없는 아원자 입자로, 물질과 거의 상호 작용하지 않는 특징을 지닌다. 또한 감지 되지 않고 모든 물체를 통과하는 기이한 특성 때문에 '유령 입자'로 불리기도 한다. 참고로 원자를 구성하는 입자 중에서 가장 가벼운 전자조차도 중성미자보다 600만배 더 무겁다. 양성자는 전자보다 약 1836배 더 무겁고, 중성자는 전자보다 약 1839배 더 무겁다. 최근 이탈리아와 중국에서 각각 독립적으로 운영되는 암흑물질 검출 실험인 제논(XENON)과 판다X(PandaX) 연구팀이 암흑물질 주변에서 중성미자 구름을 처음으로 포착했다고 발표했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 제논 실험에 참가한 페이 가이오는 "이것은 암흑 물질 실험을 통해 천체물리적 중성미자를 측정한 최초의 사례"라고 말했다. 중성미자-핵 탄성 산란 통해 검출 중성미자는 일반적으로 중성미자-핵 탄성 산란(CEvNS) 과정을 통해 검출된다. 이는 중성미자가 양성자나 전자와 상호 작용하는 것이 아니라 원자핵 전체와 상호 작용하는 과정이다. 연구를 진행하는 동안 연구진은 2년 동안의 실험 데이터를 검토했다. XENON과 PandaX 연구팀은 액체 제논 검출기를 사용하여 암흑물질 입자 또는 중성미자가 제논 원자와 상호 작용하는 방식을 연구하는 과정에서 태양 핵에서 발생하는 붕소-8의 방사성 베타 붕괴에서 나오는 CEvNS 신호를 확인했다. XENON 연구팀은 11개의 CEvNS 신호를, PandaX 연구팀은 75개의 신호를 보고했으며, 두 실험 모두 통계적 신뢰도는 2.64 시그마(PandaX)와 2.73 시그마(XENON)로 유사했다. 듀크 대학교의 물리학 교수인 케이트 숄버그는 "저를 포함한 대부분의 사람들이 이 공동연구가 중성미자 안개를 측정했다고 확신한다"고 말했다. 이번 연구 결과는 암흑물질 주변에 밀집된 중성미자 구름의 존재를 시사하며, 이는 암흑물질 탐색에 새로운 과제를 제기한다. 중성미자는 검출이 어렵기 때문에 우주에 풍부하게 존재하는 중성미자는 암흑물질 검출 시 배경 잡음을 생성하여 암흑물질 신호를 구별하기 어렵게 만들 수 있다. 전문가 "중성미자 구름 위협 과장되었을 가능성…추가 연구 필요" 그러나 멜버른 대학교의 암흑물질 입자 물리학 전문가인 엘리사베타 바르베리오는 "중성미자 구름으로 인한 '존재적 위협'은 과장되었을 가능성이 있다"며 "이러한 배경 잡음이 암흑물질 연구의 진전을 막기 전에 해야 할 일이 많다"고 밝혔다. 그는 이번 실험에는 참가하지 않았다. 이번 연구 결과는 암흑물질과 중성미자 사이의 상호 작용을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하며, 향후 암흑물질 탐색 연구에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이 연구는 미국 물리학회에서 발행하는 학술지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐다.
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[신소재 신기술(129] 암흑물질 실험서 중성미자 '구름' 첫 포착
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