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[우주의 속삭임(67)] NASA, 명왕성의 최대 위성 카론에서 이산화탄소 감지
- 태양에서 57억km 떨어진 태양계의 외곽에는 왜소행성인 명왕성이 있다. 호주보다 작은 명왕성은 평균 기온이 섭씨 영하 232도로, 산과 빙하, 분화구로 이루어진 얼음 세계이다. 왜소행성 또는 왜행성은 태양을 공전하는 태양계 내 천체의 일종으로 행성 조건은 충족하지 못하지만 소행성보다는 행성에 가까운 중간적 천체이다. 명왕성 주위에는 스틱스, 닉스, 케르베로스, 히드라, 카론 등 다섯 개의 위성이 돌고 있으며, 이중 카론이 가장 크다. 다른 대부분의 행성계와 달리 카론은 모체인 명왕성와 함께 '쌍성계'로 존재한다. 이는 두 행성이 모두 둘 사이의 공간 한 지점을 공전하는 것을 의미한다. 명왕성과 위성을 둘러싼 수수께끼는 여전히 많다. 그런 가운데 미국 사우스웨스트 연구소의 천문학자 실비아 프로토파파가 이끄는 연구팀이 카론 표면에서 이산화탄소와 과산화수소를 발견했다고 더컨버세이션이 전했다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈에 발표됐다. 나사(NASA)의 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 데이터에 기반한 이 발견은 비행성 또는 행성계가 어떻게 형성되었는지에 대한 중요한 단서를 제공한다. ◆ 명왕성 최대 위성 카론 과학자들은 1978년 명왕성의 궤도를 연구하던 중 처음으로 카론을 발견했다. 카론은 명왕성의 작은 쌍둥이와 비슷하다. 명왕성의 약 절반 크기로, 폭이 1200km가 조금 넘는다. 따라서 태양계에서 모체(명왕성)와 비교해 (상대적으로) 가장 큰 것으로 알려진 위성이다. 명왕성 자체는 지구의 달보다 작다. 명왕성의 크기는 달의 약 3분의 2이고 질량은 6분의 1이다. 카론의 질량은 명왕성의 약 8분의 1이다. 카론과 명왕성은 특이한 궤도를 가지고 있다. 카론이 명왕성 주위를 도는(공전) 동안 명왕성도 중심점을 공전한다. 즉 한 지점을 중심으로 카론과 명왕성이 같이 도는 것이다. 그들은 거의 이중 왜성처럼 움직인다. 이는 달과 지구와는 관계와는 다르다. 달은 지구를 중심으로 돌고, 지구는 위치를 바꾸지 않고 태양을 중심으로만 공전한다. 이것이 명왕성이 행성으로 인정받지 않고 왜소행성으로 분류되는 이유 중 하나다. ◆ 카론의 구성 2015년, 나사의 뉴 호라이즌스는 발사된 지 9년이 지난 후 명왕성과 그 위성을 근접 탐사했다. 탐사 결과는 최대 위성 카론이 다양한 화학 물질로 구성되어 있음을 보여주었다. 카론은 얼음이 풍부한 매우 차가운 위성이다. 여기에는 암모니아와 다양한 탄소 기반 화합물도 포함되어 있다. 카론에는 지구의 화산처럼 마그마를 쏟아내는 대신 얼음이 분출되는 극저온 빙화산(cryovolcano)이 있는 것으로 여겨진다. 명왕성의 구성과는 다르다. 카론에서 이산화탄소와 과산화수소를 새로 발견한 것은 인접 해왕성 너머 천체에서 다양한 프로세스가 어떻게 상호 작용하는지에 대한 다양한 정보와 지식을 얻고 미래 가능성도 예상할 수 있다. 그중 이산화탄소는 우리가 이해해야 할 핵심 분자다. 천체의 역사에 대해 많은 것을 알려주기 때문이다. 카론의 경우 이산화탄소는 얼음 표면 아래에서 발생하며, 소행성 및 기타 물체가 카론과 충돌해 분화구를 만들면서 새로운 지하 표면을 노출시키는 것으로 알려져 있다. ◆ 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 큰 발견 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 관측을 통해 카론에서 이산화탄소를 감지했다. 2021년에 작동을 시작한 이 우주 망원경은 폭 6.5m의 대형 거울을 장착해 매우 강력하고 민감하다. 제임스 웹은 사람의 눈이나 지구상에 설치된 대부분의 망원경이 감지할 수 없는 빛의 색상인 적외선을 볼 수 있다. 적외선은 행성에서 별, 은하계 등 다른 천체에 존재하는 다양한 분자를 찾는 데 중요한 빛이다. 이런 화합물을 찾기 위해 망원경은 분광법이라는 기술을 사용한다. 빛은 프리즘을 통과할 경우 무지개같이 나뉘는 것처럼, 빛의 파장에 따라 여러 색상으로 분해된다. 합물의 각 원소나 분자 역시 고유한 색상 특징을 가지고 있다. 분광법을 통해 그 색상을 찾아내고 원소의 종류를 판별한다. 분광법을 이용한 새로운 관찰을 통해 카론에서 지금까지 알려진 것과 달리 물, 얼음과 함께 이산화탄소와 과산화수소의 특징이 나타난 것이다. ◆ 고대 수수께끼에 대한 중요한 단서 카론의 형성은 과학계에서는 미스터리다. 가장 유력한 이론 중 하나는 달과 비슷한 방식으로 형성되었다는 것이다. 이 이론에 따르면 약 45억 년 전, 명왕성과 카론이 위치한 카이퍼 벨트에서 큰 물체가 명왕성과 충돌했고, 명왕성의 일부가 떨어져 나가 카론이 형성되었다. 또 명왕성과 충돌한 물체가 카론이었으며, 이들이 서로를 공전하는 궤도에 묶였을 가능성도 있다. 카론의 화학적 구성을 이해하면 카론이 어떻게 형성되었는지에 대한 이해를 높일 수 있다. 그런 의미에서 카론에서 이산화탄소와 과산화수소의 발견은 중요한 진전이다. 카론뿐만 아니라 명왕성 근처의 다른 천체에 대한 단서를 제공할 수도 있다. 카론에 대한 더욱 풍부한 정보들이 태양계의 먼 부분에 대한 이해를 높이는 데 도움이 될 것이라는 기대다.
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[우주의 속삭임(67)] NASA, 명왕성의 최대 위성 카론에서 이산화탄소 감지
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하수구 박테리아, 플라스틱 분해해 '먹이'로 활용⋯플라스틱 오염 해결 가능성 제시
- 하수구에서 서식하는 박테리아가 플라스틱을 분해하는 것으로 밝혀져 플라스틱 오염 해결 가능성을 제시했다. 미국 노스웨스턴 대학 연구팀이 코마모나스(Comamonas) 박테리아가 플라스틱을 분해하여 영양분으로 활용하는 메커니즘을 밝혀냈다고 PHYS.org가 3일(현지시간) 보도했다. 이 연구 결과는 환경 과학 분야 저명 학술지 '환경 과학 및 기술(Environmental Science & Technology)'에 게재됐다. 연구팀은 하수구에서 흔히 발견되는 코마모나스 박테리아가 플라스틱을 작은 조각(나노플라스틱)으로 분해한 다음, 특수 효소를 분비하여 플라스틱을 더 작은 단위로 분해하는 것을 확인했다. 박테리아는 이 과정에서 플라스틱에서 얻은 탄소 원자를 먹이로 사용한다. 코마모나스는 그람 음성균으로, 극성 편모를 이용하여 운동하는 호기성 세균이다. 다양한 유기물을 분해할 수 있는 능력을 가지고 있어, 환경 정화에 중요한 역할을 한다. 연구를 이끈 루드밀라 아리스틸드 교수는 "이번 연구는 하수구 박테리아가 플라스틱을 분해하고, 이를 탄소원으로 사용하는 전체 과정을 체계적으로 보여준 첫 번째 사례"라며 "플라스틱 분해에 관여하는 핵심 효소를 파악했으며, 이를 활용하여 환경 오염을 일으키는 플라스틱을 제거하는 기술 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 플라스틱 오염 문제 해결 기대 플라스틱, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 자연 분해가 어려워 환경 오염의 주범으로 꼽힌다. PET는 전 세계 플라스틱 사용량의 12%를 차지하며, 하수구에 존재하는 미세 플라스틱의 최대 50%를 차지한다. 미세 플라스틱은 크기가 최대 5mm에 달하며, 나노 플라스틱은 그보다 더 작은 크기로 10억분의 1미터 단위로 측정한다. 이번 연구 결과는 코마모나스 박테리아를 이용하여 PET를 포함한 플라스틱 오염 문제를 해결하는 데 새로운 가능성을 제시한다. 미세 플라스틱 생성 과정 이해에 도움 연구팀은 코마모나스 박테리아가 플라스틱을 나노 크기의 입자로 분해하는 것을 확인하고, 이 과정에서 박테리아가 어떤 도구를 사용하는지 밝혀냈다. 아리스틸드 교수는 "이번 연구는 하수 처리 과정에서 미생물 활동으로 나노플라스틱이 생성될 수 있음을 보여준다"며 "하수구에서 강과 호수로 이어지는 플라스틱의 이동 경로를 이해하는 데 중요한 정보를 제공한다"고 강조했다. 연구팀은 이번 연구 결과를 바탕으로 플라스틱 분해 효소의 효율성을 높이는 연구를 진행할 계획이다. 또한, 코마모나스 박테리아를 이용한 플라스틱 오염 정화 기술 개발에도 박차를 가할 예정이다.
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하수구 박테리아, 플라스틱 분해해 '먹이'로 활용⋯플라스틱 오염 해결 가능성 제시
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[신소재 신기술(116)] 양자 실험으로 '음의 시간' 증거 발견
- 과학자들이 양자 실험을 통해 '음의 시간' 증거를 발견했다. 캐나다 토론토 대학의 연구팀이 광자가 원자를 통과하는 과정에서 '음의 시간' 현상을 보이는 것을 관찰했다고 밝혔다고 IFL사이언스와 퓨처리즘 등 다수 외신이 전했다. 아직 동료 평가를 거치지 않은 이 연구는 과학 전문 매체 '사이언티픽 아메리칸'에 소개되며 학계의 주목을 받고 있다. 음의 시간은 시간이 마치 거꾸로 흐르는 것처럼 보이는 현상을 말한다. 시간은 일반적으로 과거에서 현재, 미래로 흐른다고 여겨진다. 하지만 양자역학의 세게에서는 시간이 마치 뒤로 가는 것처럼 보이는 현상이 나타날 수 있다. 이것을 '음의 시간' 또는 '시간 역행'이라고 부른다. 연구팀은 광자 펄스를 절대 영도에 가까운 온도의 원자 구름에 발사하는 실험을 진행했다. 그 결과, 광자가 원자에 흡수되지 않고 통과할 때에도 원자는 마치 광자를 흡수한 것처럼 일정 시간 동안 들뜬 상태를 유지하는 현상이 관찰됐다. 반대로 광자가 원자에 흡수된 경우에는 원자가 들뜬 상태에서 바닥 상태로 돌아가기 전에 광자가 다시 방출되는 현상이 나타났다. 이는 광자가 원자를 들뜨게 할 때, 즉 흡수될 때, 원자에 영향을 주지 않고 통과할 때보다 더 빠르게 원자 구름을 통과한다는 것을 의미한다. 연구팀은 이러한 현상을 '음의 시간 지연'이라고 설명하며, 양자역학적 불확정성과 중첩 현상으로 인해 발생한다고 분석했다. 즉, 광자와 같은 양자 입자는 동시에 두 가지 상태로 존재할 수 있으며, 이로 인해 측정 결과는 양수와 음수 값 모두를 가질 수 있다는 것이다. 이 연구는 시간에 대한 우리의 이해를 바꾸는 것은 아니지만, 광학 분야에서 음의 시간이 광자 전송과 관련하여 "일반적으로 인식되어 온 것보다 더 큰 물리적 의미를 가진다"는 것을 시사한다. 하지만 일부 전문가들은 이 연구 결과에 대해 신중한 입장을 보이며, 추가적인 연구를 통해 검증이 필요하다고 지적했다.
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[신소재 신기술(116)] 양자 실험으로 '음의 시간' 증거 발견
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북해 해안에서 미세플라스틱 핫스팟 발견⋯"플라스틱 오염 심각"
- 영국 북해 해안에서 미세 플라스틱 오염 핫스팟이 발견되어 해양 오염의 심각성을 드러냈다. 영국 환경·어업·양식 과학센터(CEFAS) 연구팀은 2022년 북해 해역에서 특수 제작된 '뉴스턴 미세 플라스틱 카타마란(기계식 유량계와 플라스틱 포집망이 달린 부유식 뗏목)'을 이용하여 미세 플라스틱 농도를 측정했다. 그 결과, 북해 남부 해안에서 미세 플라스틱 농도가 최대 2만5000개/㎢ 이상으로 나타났으며, 평균 농도는 약 8700개/㎢ 이상으로 나타났으며, 평균 농도는 약 8700/㎢ 에 달했다. 이는 인근 스코틀랜드 해역(평균 4500개/㎢)이나 북동 대서양(평균 3200개/㎢)보다 훨씬 높은 수치이다. 최대 5mm에 달하는 미세 플라스틱의 주요 성분은 폴리에틸렌(67%), 폴리프로필렌(16%), 폴리스티렌(8%) 등으로, 일상생활에서 흔히 사용되는 비닐봉투, 플라스틱 용기, 장난감 등에서 발생하는 것으로 추정된다. 중플라스틱(5~25mm)과 거대플라스틱(25mm) 이상은 각각 2000개/㎢과 1000개/㎢의 농도로 존재했으며 주로 큰 플라스틱이 분해되어 파생된 파편과 필라멘트로 구성되어 있지만 마이크로비즈와 필름도 발견됐다. 연구팀은 이러한 미세 플라스틱 핫스팟이 해류를 통해 다른 나라에서 유입된 플라스틱 쓰레기의 영향을 받았을 것으로 분석했다. 영국에서는 2018년부터 화장품과 퍼스널 케어 제품에 마이크로비즈 사용이 금지되었지만, 북해 해안에서 발견된 플라스틱은 해류를 타고 다른 나라에서 이 지역으로 유입된 것으로 추정된다. 모든 해양 쓰레기에서 11가지 색상의 플라스틱이 확인되었으며, 대부분 흰색으로 비닐봉지에서 비롯된 것으로 나타났다. 연구팀은 북해의 미세 플라스틱 오염 농도는 스페인 북부 해안(2017년, 약 25만4000개/㎢), 포르투갈 서부 해안(2019년, 약 4만개/㎢), 카나리아 제도(2024년, 약 100만개/㎢) 등 다른 지역보다는 낮지만, 해양 생태계에 심각한 위협이 될 수 있다는 점을 강조했다. 연구팀은 플라스틱 오염 문제를 위해 영국 해양 전략, 북동 대서양 환경 전략, 유엔 환경 계획 등 다양한 국가 및 국제적 노력이 필요하다고 강조했다. 이번 연구 결과는 프론티어스 인 마린 사이언스(Frontiers in Marine Science)에 게재됐다. 플라스틱 수요는 매년 4억톤을 초과하는 등 꾸준히 증가하고 있다. 한국의 잠실에 있는 롯데타워는 무게가 약 75만톤이다. 플라스틱 4억톤은 롯데타워 약533개를 합친 것과 같은 엄청난 양이다. 참고로 롯데타워는 높이 553m로 2024년 10월 2일 기준 세계에서 여섯 번째로 높은 빌딩이다. 최근 연구에 따르면 미세 플라스틱은 호흡만으로도 우리 몸에 침투할 수 있다. 지난 9월 16일 JAMA 네트워크 오픈 저널에 발표된 연구에 따르면 미세 플라스틱이 처음으로 인간의 후각 중추에서 발견됐다. 입자의 크기는 5.5 마이크론에서 26.4 마이크론까지 다양했다. 그동안의 연구에서는 뇌 장벽이 미세 플라스틱과 같은 독성 입자가 뇌에 들어가지 못하도록 막는 것으로 여겨졌다. 해당 연구는 뇌에서 처음으로 미세 플라스틱이 발견된 것으로 연구진은 치매와 같은 신경계 질환을 일으킬 수 있다고 우려했다. 이전 연구에서는 인간의 폐, 태반, 내장, 간, 혈액, 고환, 심지어 정액에서도 미세 플라스틱이 발견됐다. 인체 곳곳에서 미세 플라스틱이 검출되고 있는 현실은 매우 우려스럽다. 마래 세대를 위해 바다, 육지, 그리고 우리가 숨쉬는 공기까지 플라스틱 오염을 줄이기 위한 전 세계적인 노력이 시급하다.
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북해 해안에서 미세플라스틱 핫스팟 발견⋯"플라스틱 오염 심각"
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[우주의 속삭임(65)] 화성 암석 화석 지형, 200억 년 전 고대 기후 암시
- 지구의 이웃인 '붉은 행성' 화성의 과거 기후가 지금과 많이 달랐다는 것은 잘 알려진 사실이다. 흐르는 물, 풍부한 얼음, 더 조밀한 대기가 고대 화성의 주요 특징이었다. 모든 기후적인 특성이 사라졌지만, 그 증거는 곳곳에 남아 있다. 천문학자들은 장기간에 걸쳐 화성에 존재하는 지형에 대한 다양한 심층 분석을 수행했고, 그런 가운데 과거 지형의 화석 및 암석 증거를 발견했다고 IFL사이언스가 전했다. 이 연구는 지형학(Geomorphology) 저널에 게재됐다. 학자들은 남아 있는 증거를 '고대 지형(paleo-bedforms)'이라고 부른다. 바람에 의한 모래언덕의 잔물결, 빙하의 작용, 강의 흐름, 호수의 파도는 화성 탐사선에 의해 관찰되고 궤도에서 촬영됐다. 10년 넘게 진행된 이 프로젝트를 통해 고대 지형에 대한 전 세계 조사가 이루어졌다. 그 결과 바람이나 물에 의해 깎여진 화성 전역의 고대 기후에 대한 증거가 드러났다. 연구팀은 나사(NASA)의 화성 정찰 궤도선(Mars Reconnaissance Orbiter)에 장착된 HiRISE 카메라가 촬영한 이미지를 이용, 바람에 의해 화성 모래에 깎여진 고대 사구(모래언덕)와 고대 잔물결을 발견했다. 또 물에 의해 형성된 하천의 모래언덕과 사구 캐스트 구덩이도 찾아냈다. 고대 사구는 너무 침식돼 얕게 움푹 들어간 부분만 남았다. 행성과학연구소의 매튜 초이나키 박사는 "이러한 고대 사구의 대부분은 현대 사구와 같지만, 더 낡은 모양으로 보인다"고 말했다. 바람과 물이 어떻게 영향을 미쳐 화석화시킬까. 전자의 경우, 연구팀은 바람이 모래를 형성하고 바람이 가라앉으면서 먼지 모래가 천천히 굳어 암석이 된다고 본다. 이는 고대 화산 폭발로 인한 용암이나 화산재에 묻히면 가속될 수 있다. 후자인 물의 경우, 하천에 의한 것은 찾기 어렵고 고대 대홍수 상황에서만 발견되었다. 대부분의 고대 지형은 약 20억 년 전이거나 최근의 것이다. 이 지형은 묻혀 있다가 느린 침식으로 인해 다시 드러났거나, 아니면 에초에 묻히지 않은 채로 남아 있다. 이러한 지형은 마리너 계곡(Valles Marineris), 녹스 미궁(Noctis Labyrinthus), 헬라스 분지(Hellas Planitia)처럼 화성의 유명한 지역을 포함해 화성 전역에서 발견되고 있다. 초이나키 박사는 "화성의 많은 지형이 현재 활동하고 이동하고 있지만, 다른 여러 지형은 정적이며 결국 암석화로 이어질 수 있는 일종의 안정화 과정이라는 증거를 보여주고 있다"면서 "이 연속체를 이해하면 화성의 변화하는 기후 조건을 더 잘 이해할 수 있을 것"이라고 밝혔다.
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[우주의 속삭임(65)] 화성 암석 화석 지형, 200억 년 전 고대 기후 암시
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[우주의 속삭임(64)] 허블 우주망원경, 블랙홀 빔이 별의 폭발 촉진 밝혀
- 천문학자들이 NASA/ESA(미 항공우주국/유럽우주국) 허블 우주 망원경을 통해 거대한 은하의 중심에 있는 초거대 블랙홀에서 토치처럼 분출하는 제트 빔이 별의 폭발을 촉진하는 것으로 보인다는 사실을 발견했다. '신성(novae)'이라고 불리는 이 별은 제트 빔 인근에 존재하면서 빔과 밀접하게 상호 작용하는 것으로 보인다. 이 연구는 arXiv에 게재됐다. 연구팀을 이끈 스탠포드 대학의 알렉 레싱 박사는 "무슨 일이 벌어지는지는 불확실하지만 매우 흥미로운 발견이다. 이것은 블랙홀 제트 빔이 주변 천체와 상호 작용하는 방식에 대한 새로운 시각을 제공한다"고 말했다. 신성의 폭발은 노후화된 정상적인 별이 타버린 백색 왜성 동반성 위로 수소를 쏟아붓는 이중성계에서 일어난다. 왜성이 1마일(1.6km) 깊이로 수소 표층을 가득 채우면, 그 표층은 거대한 핵폭탄처럼 폭발한다. 단 왜성은 신성 폭발로 인해 파괴되지 않는다. 폭발로 표층의 수소를 분출한 후 원상태로 돌아가 신성 폭발 주기가 다시 시작된다. 연구팀은 허블 망원경을 통한 조사기간 동안, 거대 은하의 다른 곳보다 제트 빔 근처에서 두 배나 많은 신성 폭발을 발견했다. 제트 빔은 소용돌이치는 물질로 이루어진 원반으로 둘러싸인 65억 태양 질량의 중앙 블랙홀에 의해 발사된다. 블랙홀은 거의 빛의 속도로 우주를 가로지르는 3000광년 길이의 플라스마 제트 빔을 발사했다. 높은 에너지의 빔에 걸린 것은 무엇이든 끓거나 타오를 것이다. 빔에 걸리지 않아도 근처에 있는 신성과 같은 존재들이 위험한 것은 마찬가지다. 제트 빔 근처에서 두 배나 많은 신성이 발견되었다는 것은 빔 근처에 신성을 형성하는 이중성계가 두 배 많거나, 이들 행성계가 은하계의 다른 곳에 있는 유사한 성계보다 두 배 더 분출한다는 것을 의미한다. 레싱 박사는 "제트 빔이 주변 지역을 떠도는 별에 뭔가 영향을 미치고 있음은 분명하다. 제트 빔이 수소 연료를 백색 왜성에 쏟아부어 왜성이 더 자주 분출하게 하는 것일 수도 있다"고 추정했다. 연구팀이 추정한 또 다른 시나리오는 제트 빔이 왜성의 동반성을 가열해 왜성으로 더 많은 수소를 공급한다는 것이다. 그러나 연구팀은 이 정도로는 신성 폭발을 일으킬 만큼의 충분한 수소 공급이 이루어지지 않는다고 결론지었다. 1990년 허블 관측이 시작된 직후, 천문학자들은 1세대 카메라(FOC)를 사용해 괴물 블랙홀이 숨어 있는 M87의 중심부를 관측했다. 당시에도 학자들은 블랙홀 주변에서 비정상적인 일이 일어나고 있다는 것을 발견했었다. 그러나 FOC의 시야가 너무 좁아서 더 이상의 큰 진전은 이루어지지 않았다. 그러나 광시야 카메라로 재무장한 허블 망원경은 1년에 가까운 기간 동안 새로운 정보를 다량 제공했다. 연구팀은 5일마다 M87을 들여다보고 이미지를 촬영했다. 모든 M87 이미지를 통합해 M87의 가장 자세한 이미지를 도출했다. 그 결과 카메라가 포착할 수 있는 M87의 3분의 1의 영역에서 94개의 신성을 발견됐다. 알려진 모든 신성을 M87 이미지에 표시하면 제트 빔을 따라 신성이 대거 집중해 있다는 것이 나타난다. 데이터에 의한 통계 분석과 이미지로 확인된 것이다. ESA 연구원인 키아라 서코스타는 "우리는 흥미롭지만 당혹스러운 현상을 목격하고 있다"면서 "블랙홀의 제트 빔이 은하와 상호 작용하고, 잠재적으로 별 형성에 영향을 미치는 방식을 더 깊이 이해할 수 있다는 점에서 소중한 발견"이라고 강조했다. 신성은 우주에서 매우 흔하게 발생한다. 매일 M87 어딘가에서 신성이 하나씩 폭발한다. 관찰 가능한 우주 전체에 적어도 1000억 개의 은하가 존재하기 때문에, 우주 어딘가에서 매초 약 100만 개의 신성이 폭발하고 있다.
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[우주의 속삭임(64)] 허블 우주망원경, 블랙홀 빔이 별의 폭발 촉진 밝혀
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[우주의 속삭임(63)] EOS 망원경, 역대 최고 해상도 '은하 적외선 지도' 공개
- 우리 은하계에 대한 역대 최고 해상도를 가진 적외선 지도가 공개됐다. 천문학자들이 유럽남방천문대(ESO)의 VISTA 망원경을 이용해 15억개 이상의 천체를 담은 은하수 적외선 지도를 발표했다. 해당 연구에 대해서는 PHYS.org와 라이브사이언스 등 다수 외신이 26일(현지시간) 보도했다. 이는 역대 최고 해상도의 은하 지도로, 연구팀은 13년 이상 은하 중심부를 관측했다. 이번 연구 결과는 천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics) 저널에 게재됐다. 연구를 이끈 칠레 안드레스 베요 대학의 단테 미니티 천체물리학자는 "이번 발견으로 우리 은하에 대한 시각이 영원히 바뀌었다"고 말했다. 이 기록적인 지도는 ESO의 VISTA 망원경으로 촬영한 20만 장의 이미지로 구성됐다. 또한 500테라바이트의 데이터로 ESO 망원경으로 수행된 관측 프로젝트 중 가장 큰 규모이다. 테라바이트(Terabyte)는 컴퓨터 저장 용량을 나타내는 단위 중 하나로 1테라바이트(TB)는 1000기가 바이트(GB) 또는 약 1조 바이트에 해당한다. 2009년 첫 관측을 시작한 VISTA(Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy)는 칠레 파라날 천문대에 위치한 유럽남방천문대(ESO) 소속의 4m급 광시야 탐사 망원경이다. 주로 근적외선 영역을 관측해 가시광선으로는 볼 수 없는 차가운 천체나 먼지에 가려진 천체들을 연구한다. 또한 1.65도의 넓은 시야(광시야)를 가지고 있어 넓은 영역의 하늘을 빠르게 탐사할 수 있다. 게다가 6700만 화소의 적외선 카메라 VIRCAM을 탑재해 고해상도 이미지를 얻을 수 있다. 연구팀은 VISTA의 적외선 카메라 VIRCAM을 사용하여 은하에 퍼져있는 먼지와 가스를 투과하여 은하수에서 제일 깊이 숨겨진 곳의 복사(radiation, 에너지가 파동 또는 입자의 형태로 공간을 이동하는 현상)를 관측할 수 있었고, 이를 통해 은하 환경에 대한 독특한 시야를 열었다. 이 방대한 데이터 세트는 보름달 8600개에 해당하는 하늘 영역을 커버하며, 같은 팀이 2012년 공개한 이전 지도보다 약 10배 더 많은 천체를 포함한다. 여기에는 먼지 구름에 싸여 있는 갓 태어난 별들과 은하수에서 가장 오래된 별 수백만 개가 밀집된 구상 성단이 포함된다. 적외선 관측을 통해 VISTA는 갈색 왜성(별과 행성의 중간 단계에 있는 천체)이나 별을 공전하지 않는 자유롭게 떠다니는 행성과 같은 매우 차가운 천체도 포착할 수 있었다. 관측은 2010년에 시작되어 2023년 상반기에 종료되었으며, 총 420일에 걸쳐 진행됐다. 하늘의 각 영역을 여러 번 관측함으로써 연구팀은 이러한 천체의 위치뿐만 아니라 움직임과 밝기 변화도 추적할 수 있었다. 연구팀은 주기적으로 밝기가 변하는 별들을 관측해 우주의 거리를 측정하는 데 사용했다 이를 통해 이전에는 먼지에 가려져 있던 은하수 내부 영역의 정확한 3D 지도를 얻을 수 있었다. 또한 은하수 중심의 초거대질량 블랙홀과의 근접 조우 후 빠르게 튕겨 나간 별들인 초고속 별도 추적했다. 새로운 지도에는 VISTA 망원경을 이용한 우리 은하 변광체 탐사(VVV)와 그 후속 프로젝트인 VVV eXtended(VVVX) 탐사의 일환으로 수집된 데이터가 포함되어 있다. 브라질 산타 카타리나 연방 대학교의 천체물리학자이자 이 논문의 주 저자인 로베르토 사이토 박사는 "이 프로젝트는 훌륭한 팀 덕분에 가능했던 기념비적인 노력이었다"고 말했다. VVV 및 VVVX 탐사는 이미 300개 이상의 과학 논문을 탄생시켰다. 이제 탐사가 완료되었으므로 수집된 데이터에 대한 과학적 탐구는 앞으로 수십 년 동안 계속될 것이다. 한편, ESO의 파라날 천문대는 미래를 위해 더욱 업그레이드되고 있다. VISTA는 새로운 장비인 4MOST로 업그레이드될 예정이며, ESO의 초대형 망원경(VLT)은 MOONS 장비를 갖추게 될 것이다. 이 두 장비는 함께 이번 탐사에서 조사된 수백만 개의 천체에 대한 스펙트럼을 제공하여 앞으로도 수많은 새로운 발견을 가져올 것으로 기대된다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(63)] EOS 망원경, 역대 최고 해상도 '은하 적외선 지도' 공개
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대기 오염, 어린이 뇌 백질 발달에 영향 미쳐
- 대기 오염이 어린이 뇌 백질 발달에도 커다란 영향을 미치는 것으로 나타났다. 바르셀로나 세계 보건 연구소(ISGlobal)가 주도한 연구에 따르면, 대기오염이 어린이의 뇌 백질 발달에 장기적인 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀졌다고 뉴로사이언스가 25일(현지시간) 보도했다. 뇌 백질은 뇌의 주요한 구성 요소 중 하나로, 주로 신경 세포의 축삭 다발로 이루어져 있다. 축삭은 신경 세포에서 정보를 전달하는 긴 섬유이며, 백질은 이 축삭들이 모여 있는 부분이다. 백질은 축삭을 둘러싸고 있는 미엘린(myelin)이라는 물질 때문에 흰색을 띤다. 백질은 뇌 전체에 걸쳐 넓게 분포하며, 뇌의 각 영역을 연결하는 복잡한 네트워크를 형성한다. 임산부와 어린이를 위한 대기 오염 문제 해결의 중요성을 강조하고 있는 이 연구 결과는 환경 연구 저널(Environment Resrarch)에 게재됐다. 최근 연구들은 대기오염이 어린이의 신경 발달에 영향을 미친다는 증거를 제시하고 있다. 특히 뇌 영역 간 연결에 중요한 역할을 하는 백질에 대한 대기오염의 영향을 뇌 영상 기술을 통해 확인했다. 그러나 이러한 연구들은 특정 시점만을 관찰하고, 아동기 전체에 걸친 추적 관찰이 부족하다는 한계가 있었다. ISGlobal 연구팀은 네덜란드 로테르담에서 진행된 '제너레이션 R 스터디(Generation R Study)에 참요한 4000명 이상의 출생 코호트를 대상으로 연구를 진행했다. 연구팀은 가족들의 주거지를 기반으로 임신 및 아동기 동안 14가지 대기오염 물질에 대한 노출량을 추정했다. 또한 1314명의 어린이를 대상으로 약 10세와 14세에 촬영한 두 번의 뇌 스캔 데이터를 활용하여 백질 미세 구조의 변화를 조사했다. 분석 결과, 미세먼지(PM2.5)및 질소산화물(NOx)과 같은 특정 오염 물질에 대한 노출은 뇌백질 발달의 차이와 관련이 있는 것으로 나타났다. 특히 임신 중 PM2.5 노출 증가, 아동기 동안 PM2.5, PM10, PM2.5-10, NOx 노출 증가는 뇌 내 물 분자 확산 방식을 측정하는 '분별 이방성' 수치 감소와 연관됐다. 이러한 연관성은 청소년기까지 지속되어 대기오염이 뇌 발달에 장기적인 영향을 미친다는 것을 시사한다. 대기오염 노출 수준이 증가할 때마다 분별 이방성 발달은 5개월 이상 지연되는 것으로 나타났다. 연구팀은 또한 일부 오염 물질이 백질의 무결성을 반영하는 '평균 확산도' 변화와 관련이 있음을 발견했다. 평균 확산도는 뇌가 성숙함에 따라 감소하는 경향이 있다. 임신 중 미세먼지(PM2.5) 내 실리콘과 같은 오염 물질에 대한 노출 증가는 초기에는 평균 확산도를 높였지만, 아이들이 성장하면서 더 빠르게 감소했다. 이는 대기오염의 일부 영향이 시간이 지남에 따라 감소할 수 있음을 나타낸다. 전반적으로 이 연구는 임신 및 초기 아동기의 대기오염 노출이 뇌 백질에 지속적인 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 특히 이러한 결과는 세계보건기구(WHO)가 권장하는 최대 허용치를 초과하지 않지만 유럽연합(EU) 권장치보다는 낮은 PM2.5 및 PM10 농도에 노출된 어린이에게서도 나타났다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 이 연구 결과가 곧 유럽 의회에서 승인될 것으로 예상되는 더 엄격한 유럽 대기오염 지침의 필요성을 뒷받침한다면서, 대기오염 문제 해결을 위한 정책적 노력의 중요성을 거듭 강조했다.
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- 생활경제
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대기 오염, 어린이 뇌 백질 발달에 영향 미쳐
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전 세계 어린이 3명 중 1명 근시…2050년 40%까지 증가 전망
- 전 세계 어린이 3명 중 1명이 근시라는 연구 결과가 나왔다. 그중 한국 어린이는 70% 이상이 근시로 나타났다. 중국 과학자들이 진행한 새로운 연구에 따르면 2023년 전 세계 어린이의 3분의 1 이상이 근시를 겪고 있으며, 이 비율은 2050년에는 거의 40%까지 증가할 것으로 예상된다고 CNN이 보도했다. 근시는 가까운 물체는 선명하게 보이지만 먼 물체를 흐릿하게 보이는 시력 장애다. 심한 경우 두통이나 눈의 피로를 겪을 수 있다. 반대로 노안은 나이가 들면서 수정체의 탄력이 감소하고, 수정체를 조절하는 근육의 힘이 약해져서 가까운 곳에 초점을 맞추는 능력이 떨어지는 노화현상이다. 일반적으로 40대 중반부터 노인이 시작된다. 연구에 따르면 지난 30년 동안 어린이와 청소년의 근시 유병률은 1990년 24%에서 2023년 약 36%로 크게 증가했다. 중국 관저우 중산대 연구팀은 6개 대륙 50개국의 어린이 및 청소년 540만명 이상을 대상으로 한 276개 연구 결과를 분석해 이러한 연구 결과를 도출했다. 연구팀은 근시의 증가는 대체로 점진적이었지만 코로나19 팬데믹(대유행) 이후 눈에 띄게 급증했다고 밝히며 지역적 차이도 지적했다. 특히 동남아시아 어린이의 근시율이 35%로 가장 높았으며, 이는 백인 어린이의 두 배가 넘는 수치이다. 연구팀은 이러한 현상이 동아시아 어린이들이 다른 지역보다 이른 2~3세에 정규 교육을 시작하는 것과 관련이 있을 수 있다고 설명했다. 연구 결과에 따르면 도시 지역(28.55%)에 거주하는 개인, 여자(33.57%), 청소년(47.00%), 고등학생(45.71%)이 근시 유병률이 더 높은 것으로 나타났다. 국가별로는 일본 어린이의 근시율이 86%로 가장 높았고, 한국이 74%로 그 뒤를 이었다. 이어 러시아, 싱가포르, 중국 순이었다. 연구팀은 어린 아이들이 성인보다 환경적 요인에 더 취약하다고 강조했다. 특히 미취학 아동은 시각 발달의 중요한 시기가 있어 가소성이 높기 때문에 주의가 필요하다고 밝혔다. 또한 향후 어린이 및 청소년의 근시 유병률이 계속 증가해 2040년에는 36.6%, 2050년에는 39.8%(약 7억4000만명)에 이를 것으로 전망했다. 연구팀은 청소년 등 어린이들이 정기적으로 눈 보호 조치를 취하는 습관을 기르도록 권장했다. 또한 학생들은 신체 활동 시간을 늘리고 휴대폰 사용, TV 시청, 비디오 게임, 인터넷 서핑 등 비활동적인 시간을 줄여야 한다고 조언했다. 아울러 교육부 등 관계 당국에는 학생들의 숙제와 과외 부담을 줄이고 시력 검사, 근시 조기 발견 및 치료를 장려할 것을 촉구했다. 연구 결과에 따르면 이에 대한 확실한 증거는 전 세계적으로 여전히 보고되지 않았다고 한다. 이번 연구는 지난 9월 24일 영국 안과학회지(British Journal of Ophthalmology)에 게재됐다. 모든 질병과 마찬가지로 근시도 조기에 발견하는 것이 치료에 도움이 된다. 6개월~1년에 한 번 정기적으로 안과 검진을 받는 것이 좋다. 특히 어린이의 경우, 시력 발달이 완성되지 않은 상태이므로 근시 예방에 더욱 신경써야 한다. 부모들은 자녀의 생활 습관을 주의 깊게 관찰하고, 필요한 경우에는 안과 전문의와 상담해 적절한 조치를 취하는 것이 중요하다. 전문가들은 근시를 예방하기 위해서는 야외 활동을 늘리고 근거리 작업 시간을 줄이는 것이 도움이 된다고 말했다. 햇빛은 눈의 성장을 조절하는 호르몬 분비에 영향을 미쳐 근시 진행을 억제하는 효과가 있다. 하루 2시간 이상은 야외에서 활동하는 것이 좋다는 것. 또한 스마트폰, 컴퓨터, 책 등을 가까이서 오래 보는 것은 근시를 유발하거나 악화시킬 수 있다. 30분 작업 후 5~10분 휴식을 취하고 먼 곳을 바라보는 것이 좋다. 책이나 컴퓨터 화면 등을 볼 때 너무 가까이 하거나 엎드려서 보는 것은 눈에 부담을 줄 수 있다. 허리를 편 자세에서 30~40cm 이상 거리를 유지하는 것이 도움이 된다.
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전 세계 어린이 3명 중 1명 근시…2050년 40%까지 증가 전망
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[우주의 속삭임(62)] NASA 탐사선, 화성에서 특이한 '줄무늬 바위' 발견
- 나사(NASA)의 퍼시비어런스(Perseverance) 화성 탐사선이 화성의 제제로(Jezero) 분화구에서 얼룩말과도 같은 특이한 '줄무늬 바위'를 발견했다고 라이브사이언스가 전했다. 이 바위는 지금까지 화성에서 보았던 어떤 바위와도 다르다. 이 탐사선은 이달 초 선체에 높이 장착된 카메라를 통해 흑백 줄무늬 바위의 이미지를 포착했다. 나사의 천문학자들은 퍼시비어런스 탐사선이 이미 그 지역을 떠난 후인 이달 13일 이미지를 획득했다고 전했다. 천문학자들이 '프레야 캐슬(Freya Castle)'이라고 명명한 이 바위는 이전에 볼 수 없었던 질감을 가지고 있다. 나사 담당자는 "이 바위의 화학적 조성에 대한 지식은 제한되어 있지만, 초기 해석은 화성 또는 변성 과정에서 줄무늬를 만들었을 수 있다는 것"이라고 밝혔다. 화성 과정은 마그마의 결정화와 관련된 것이며, 변성 과정은 높은 열과 압력으로 인해 암석 구성이 변화하는 과정이다. 프레야 캐슬은 가로 약 20cm이다. 이 얼룩말 바위는 주위의 기반암과 다르기 때문에, 다른 곳에서 옮겨져 왔을 가능성도 있다. 한 가지 가능성은 바위가 분화구 위쪽에서 굴러 떨어졌을 수 있다는 것이다. 나사 측은 "이는 매우 재미있는 가능성”이라면서 "계속 오르막길을 이동하면서 퍼시비어런스 탐사선이 새로운 유형의 바위를 발견해 더 자세한 측정을 할 수 있기를 희망한다"고 기대했다.
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[우주의 속삭임(62)] NASA 탐사선, 화성에서 특이한 '줄무늬 바위' 발견
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[퓨처 Eyes(52)] 인간 게놈, '5D 메모리 크리스탈'에 담겨 수십억 년 보존
- 영국 과학자들이 인간 게놈(유전자) 전체를 '5D 메모리 크리스털'에 저장하는 데 성공했다고 CNN과 파퓰러 사이언스, 라이브사이언스 등 다수 외신이 보도했다. 이 기술은 미래에 인류 멸종 위기 극복에 기여할 수 있을 뿐만 아니라 멸종 위기 동식물 종 보존에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 사우스햄튼 대학교 연구팀은 열과 화학적으로 가장 안정적인 물질 중 하나인 거의 순수한 실리카로 만든 유리인 용융 석영의 특성을 모방한 합성 소재를 개발해 5D 메모리 크리스털을 만들었다. 이 특수 크리스털은 수십억 년 동안 최대 360테라바이트[Terabyte, 컴퓨터 데이터 저장 용량을 나타내는 단위 중 하나로, 1테라바이트(TB)=1000기가바이트(GB) 또는 약 1조 바이트에 해당]의 정보를 저장할 수 있다. 연구팀이 개발한 동전 크기의 이 메모리 크리스털은 현재 독일 할슈타트에 있는 버려진 소금 광산 깊숙한 곳에 있는 '인류 기억 기록 보관소'에 보관될 예정이다. 이 팀이 개발한 크리스털은 2014년에는 '가장 내구성 있는 디지털 저장 장치'로 기네스 세계 기록에 등재되기도 했다. 섭씨 1천도·우주 방사선 등 극한의 조건 견뎌 사우스햄튼 대학 측은 지난 19일 보도자료를 통해 5D 메모리 크리스털은 섭씨 1000도의 고온, 1제곱센티미터당 10톤(아프리카 코끼리 두 마리의 무게에 해당)의 압력이라는 극한의 환경 조건에서도 견딜 수 있다고 밝혔다. 또한 우주 방사선에 장기간 노출되어도 견딜 수 있어 우주를 통한 긴 여행에도 살아남을 수 있다. 또한 이 크리스털은 영구 보존이 가능하다. 현재 138억 년(우주의 나이와 비슷한 시간) 동안 데이터 유지가 가능한 것으로 알려졌다. 현재 우리가 살고 있는 지구는 50억년 후 태양이 파괴되면 사라질 것으로 추정된다. 단순 계산으로 이 메모리 크리스털은 지구가 파괴된 후에도 데이터 유지가 가능하다. 사우스햄튼 대학교 광전자공학 피터 카잔스키 교수가 주도한 연구팀은 크리스털 결정 내에 정보를 저장하기 위해 초고속 레이저를 사용해 5차원 매트릭스 내에 쌓인 수백만개의 20나노미터(0.0000008인치, 1나노 미터는 10억분의 1미터) 폭의 노드에 데이터를 새겨 넣었다. 정보는 나노 구조의 5가지 차원(높이, 길이, 너비, 방향, 위치)으로 변환되어 저장되므로 '5D'라고 불린다. 팀은 "두 개의 광학 차원과 세 개의 공간 좌표가 포함돼 있다"고 밝혔다. 유기체 복원 가능 게놈 영구 저장 5D 메모리 크리스털은 기존 3D 광학 저장 기술에 '복굴절' 현상을 추가하여 개발됐다. 복굴절은 빛이 매질을 통과할 때 편광 방향에 따라 굴절률이 달라지는 현상이다. 이를 이용해 각각의 미세한 데이터 저장 공간에 1비트가 아닌 8비트(1바이트)의 데이터를 저장할 수 있게 됐다. 카잔스키 교수는 "5D 메모리 크리스털은 미래에 과학 기술이 허락한다면 식물과 동물 등 복잡한 유기체를 복원할 수 있는 게놈 정보의 영구 저장소를 구축할 가능성을 열어준다"고 설명했다. 팀은 DNA의 뉴클레오타이드 또는 염기를 나타내는 네 글자, 즉 아데닌(A), 시토신(C), 구아닌(G) 티민(T)을 사용해 전체 인간 게놈을 설명했다. 국립인간게놈 연구소에 따르면 전체 게놈은 약 30억 글자 길이이다. 또한 연구팀은 먼 미래에 정보를 해독할 존재를 고려하여 시각적 키를 메모리 크리스털에 포함시켰다. 팀은 먼 미래에 누가, 또는 무엇이 정보를 검색할지 고려했다. 그것은 지능(종 또는 기계)일 수도 있고, 너무 먼 미래에 발견되어 참조 프레임이 존재하지 않을 수도 있기 때문이다. 카잔스키는 "크리스탈에 새겨진 시각적 열쇠는 발견자에게 내부에 어떤 데이터가 저장되어 있고 어떻게 사용할 수 있는지에 대한 지식을 제공한다"고 말했다. 현재 과학 기술로는 단일 게놈만으로 종을 부활시키는 것은 불가능하다. 그러나 연구팀은 인간에서 진화했거나 외계에서 온 진보된 문명이 이를 달성하는 데 필요한 지식과 기술을 보유하고 있을 것으로 예상하고 있다. 이번에 사우스햄튼 대학교 연구팀이 개발한 메모리 크리스탈은 5D 메모리 크리스탈의 잠재력을 보여주는 중요한 이정표다. 현재 실험 단계에 있는 이 메모리 크리스탈은 상용화를 위해서는 추가적인 연구 개발이 필요하다. 상용화될 경우, 우리가 데이터를 저장하고 활용하는 방식을 근본적으로 바꿀 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 외부 전문가들은 이 연구에 대해 "매우 인상적"이라면서도 미래에 데이터를 읽는 방법에 대한 의문을 제기했다. 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 토마스 헤이니스는 CNN에 "수백 년 후에도 데이터를 읽을 수 있는 장치를 만들 수 있을지, 그 장치가 여전히 작동할지 의문"이라고 지적했다. 이 기술은 2016년 세계인권선언, 대헌장, 킹 제임스 성경과 같은 중요 문서 저장에 사용된 바 있다. 지구의 멸종 위기 종, 달에 보관 지구 종말에 대비해 인류의 유산을 남기려는 과학자들의 노력은 이어지고 있다. 올해 초 과학자들은 지구의 멸종 위기 종을 달에 보관하여 보호하는 계획을 발표하기도 했다. 이는 지구에 대재앙이 발생할 경우를 대비한 것이다. 스미소니언 국립 동물원 및 보존 생물학 연구소의 메리 하게돈 연구팀은 지구상 생물종의 멸종에 대비해 달에 멸종 위기 생물 샘플 저장소를 만드는 것이 가능한가를 탐구했다. 새로운 개념의 냉동 세포 저장소는 궁극적으로 섬유질 세포로 동물 피부 샘플을 냉동 보존해 섬유아세포라고 하는 세계의 멸종 위기종의 다른 조직이나 기관을 연결하는 것이다. 달 생물 저장소는 '냉동 보존'을 통해 가능하다는 주장이다. 달의 극지방에는 20억 년 이상 햇빛이 비치지 않는 분화구 바닥과 같은 영구적으로 그늘진 지역이 있다. 이 지역의 온도는 대개 섭씨 영하 196도 이하로 유지된다. 연구팀은 달의 이러한 낮은 온도를 활용해 장기 냉동보존 저장 시설을 건설하고 샘플을 수동 냉각할 것을 제안했다. 물론 이를 실현하는 데는 앞으로도 수십 년이 걸릴 것으로 예상된다. 이처럼 과학자들은 현재에도 일어나고 있는 멸종 위기 동식물 보존을 위해 다각적인 노력을 기울이고 있다. 또한 DNA 타임 캡슐 역할을 할 것으로 보이는 5D 메모리 크리스털은 인류의 지식과 생물 다양성을 보존하며, 먼 미래 세대에게까지 그 유산을 전달할 수 있는 혁신적인 기술로 기대된다.
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[퓨처 Eyes(52)] 인간 게놈, '5D 메모리 크리스탈'에 담겨 수십억 년 보존
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[신소재 신기술(113)] 美 조지아 공대, 리튬이온배터리 획기적 개선 음극재 개발
- 전기자동차(EV) 시장의 케즘(chasm·일시적 수요 정체) 극복 방안의 하나로 '차세대 배터리'가 거론되는 가운데 미국에서 새로운 음극 소재가 개발됐다. 조지아 공과대학은 홈페이지를 통해 하이롱 첸(Hailong Chen) 교수가 이끄는 다기관 연구팀은 리튬이온배터리(LIBs)를 획기적으로 개선할 수 있는 저렴한 새로운 음극 소재를 개발했다고 밝혔다. 이는 전기자동차 시장과 대규모 에너지 저장 시스템을 변화시킬 가능성이 있다. 조지아공대 우드러프 기계공학부 및 재료과학·공학부 하이롱 첸 부교수는 "오랫동안 사람들은 기존 음극재보다 저렴하고 지속 가능한 대안을 찾고 있었다. 우리가 그걸 찾은 것 같다"고 말했다. 연구팀에 따르면 획기적인 소재인 삼염화철(FeCl3)은 일반적인 음극재 비용의 1~2%에 불과하지만 동일한 양의 전기를 저장할 수 있다. 음극재는 용량, 에너지 및 효율성에 영향을 미치며 배터리 성능과 수명, 경제성에 중요한 역할을 한다. 첸 교수는 "우리 음극재는 게임 체인저가 될 수 있다"며 "이는 전기차 시장 뿐만 아니라 전체 리튬 이온 배터리 시장을 크게 개선할 것"이라고 말했다. 연구 결과는 학술지 네이처 서스테너빌리티(Nature Sustainability)에 게재됐다. 1990년대 초 소니에 의해 처음 상용화된 리튬이온배터리(LIB)는 스마트폰이나 테블릿과 같은 개인용 전자제품의 폭발적인 성장을 촉발했다. 이 기술은 결국 전기자동차에 동력을 공급하는 신뢰할 수 있고 충전 가능한 고밀도 에너지원으로 발전했다. 그러나 개인용 전자 제품과 달리 전기차와 같은 대규모 에너지 사용자는 LIB 비용에 특히 민감하다. 현재 배터리는 전기차 총 비용의 50%를 차지하며, 이로 인해 이러한 청정 에너지 자동차는 내연 기관 자동차보다 더 비싸다. 더 나은 배터리 구축 구식 알카라인 배터리와 납축 배터리에 비해 리튬이온배터리는 더 작은 패키지에 더 많은 에너지를 저장하고 충전 장치에 더 오래 전원을 공급한다. 그러나 리튬이온배터리에는 코발트나 니켈과 같은 희귀 속이 포함되어 있으며 제조 비용이 높다. 지금까지 LIB용으로 네 가지 유형의 음극만 성공적으로 상용화됐다. 기존 LIB는 액체 전해질을 사용하여 에너지 저장 및 방출을 위한 리튬 이온을 운반한다. 저장할 수 있는 에너지 양에는 엄격한 제한이 있으며 누출 및 화재가 발생할 수 있다. 그러나 모든 고체리튬이온배터리는 고체 전해질을 사용하여 배터리 효율성과 안정성을 크게 높이고 더 안전하게 더 많은 에너지를 저장할 수 있도록 한다. 아직 개발 및 테스트 단계에 있는 이러한 배터리는 상당한 개선이 될 것이다. 연구팀이 개발한 FeCl3 음극, 고체 전해질 및 리튬 금속 양극을 사용하면 전체 배터리 시스템 비용이 현재 LIB의 30-40%에 불과하다. 첸 교수는 "이는 전기차를 내연 기관 자동차보다 훨씬 저렴하게 만들뿐만 아니라 새롭고 유망한 형태의 대규모 에너지 저장 장치를 제공해 전력망의 복원력을 향상시킨다"고 말했다. 이어 "또한 우리가 개발한 음극은 전기차 시장의 지속 가능성과 공급망 안정을 크게 향상시킬 것"이라고 기대했다. 음극재로 염화철(FeCl3) 주목 음극재로서의 FeCl3에 대한 첸의 관심은 고체 전해질 재료 연구에서 시작됐다. 그의 연구실은 2019년부터 기존 상용 산화물 기반 음극을 사용해 고체 배터리를 만들려고 시도했다. 결과는 좋지 않았다. 음극과 전해질 재료가 잘 맞지 않았던 것. 연구원들은 염화물 기반 음극이 염화물 전해질과 더 나은 쌍을 이루어 더 나은 배터리 성능을 제공할 수 있다는 점에 착안했다. 첸 교수는 "우리는 시도해볼 가치가 있는 후보(FeCl3)를 찾았다. 결정구조가 리튬이온 저장 및 운송에 잠재적으로 적합했기 때문이다"라고 설명했다. 현재 전기차에서 가장 많이 사용되는 음극은 산화물이며 엄청난 양의 값비싼 니켈과 코발트가 필요하다. 이는 독성이 있을 수 있으며 환경 문제를 야기할 수 있는 중금속이다. 이와 대조적으로 연구팀이 개발한 새로운 음극에는 철(Fe)과 염소(Cl)만 포함되어 있다. 이는 강철과 식용 소금에서 발견되는 풍부하고 저렴하며 널리 사용되는 원소들이다. 초기 테스트에서 FeCl3는 다른 훨씬 더 비싼 음극만큼 또는 더 나은 성능을 발휘하는 것으로 나타났다. 예를 들어 널리 사용되는 음극 리튬철인산염(LiFePO4, LIF)보다 작동 전압이 더 높다. 작동 전압은 배터리가 장치에 연결될 때 제공하는 전기력으로 정원에서 사용하는 호스의 수압과 유사하다. 연구팀은 이 기술이 5년 이내에 전기차에서 상업적으로 실행 가능할 수 있을 것으로 기대했다. 첸은 현재로서는 연구팀이 FeCl3와 관련 소재를 계속 연구할 것이라고 말했다. ◇ 참고: Zhantao Liu, Jue Liu, Simin Zhao, Sangni Xun, Paul Byaruhanga, Shuo Chen, Yuanzhi Tang, Ting Zhu, Hailong Chen. 「모든 고체 리튬 이온 배터리를 위한 저비용 삼염화철 음극」 Nature Sustainability.
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[신소재 신기술(113)] 美 조지아 공대, 리튬이온배터리 획기적 개선 음극재 개발
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[우주의 속삭임(61)] NASA, 지구 근접 통과한 거대한 눈사람 모양 소행성 이미지 공개
- 나사(NASA)의 천문학자들이 지구에 근접해 통과한 눈사람 모양의 매혹적인 소행성 이미지를 공개했다고 라이브사이언스가 전했다. '2024 ON'이라는 이름의 이 소행성은 지난 17일 지구에서 100만km 떨어진 거리에서 안전하게 지구를 지나갔다. 이는 달과 지구 사이의 거리의 약 2.6배에 해당하는 거리다. 이 소행성은 시속 3만1933km로 이동 중이었으며, 이는 음속의 약 26배이다. 나사가 공개한 새로운 이미지는 16일 캘리포니아 중부 바스토우 근처의 골드스톤 태양계 레이더(Goldstone Solar System Radar)에 의해 포착됐다. 이미지는 고층 빌딩 크기의 이 소행성이 땅콩과 매우 닮았다는 사실을 보여주었다. 그러나 실제로 눈사람 또는 땅콩 모양의 소행성은 아니었다. 2024 ON은 사실은 두 개의 소행성이 서로 밀접하게 가까워진 후 자체 중력에 의해 접촉한 쌍성의 형태로 고정되었기 때문에 일어난 모양이었다. 과거 유명한 다른 접촉 쌍성으로는 화성과 목성 사이의 주요 벨트에 있는 소행성 딘키네시(Dinkinesh)를 공전하는 소행성 '인 셀람(Selam)'과 2015년 나사의 뉴 호라이즌 탐사선이 연구한 명왕성 궤도 너머의 극저온 천체인 '아로코스(Arrokoth)'가 있었다. 나사는 이와 관련 "발견된 소행성은 잠재적으로 위험한 천체로 분류되었지만 가까운 미래에 지구에 위험을 초래하지는 않는다"라며 "골드스톤 태양계 레이더 측정을 통해 천문학자들은 수십 년 동안 지구와 소행성 사이의 거리 측정과 함께 소행성의 미래 운동에 대한 불확실성을 크게 줄일 수 있었다"고 밝혔다. 나사는 지구에서 750만km 이내에 들어오는 모든 우주 물체들이 지구에 즉각적인 위협이 되지 않더라도 '잠재적으로 위험하다'고 간주한다. 그 이유는 그러한 소행성의 궤도를 조금만 움직여도(예를 들어 다른 소행성과 부딪히는 경우) 지구와 충돌할 수 있기 때문이다. 나사는 24시간마다 밤하늘 전체를 스캔해 약 2만 8000개에 달하는 소행성의 위치와 궤도를 추적한다. 나사는 이 모든 지구 근처 소행성의 예상되는 향후 궤적을 추정해 냈는데, 그 결과 지구는 앞으로 최소한 100년 동안은 종말론적인 소행성 충돌 위험에 직면하지 않을 것임을 발견했다.
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[우주의 속삭임(61)] NASA, 지구 근접 통과한 거대한 눈사람 모양 소행성 이미지 공개
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세레스 보고서…글로벌 식품사들, 온실가스 배출 감축 노력 불구 "성과는 지지부진"
- 글로벌 식품 회사, 특히 북미 대기업들은 정부의 강력한 정책에 부응해 온실가스 배출량을 줄이기 위한 노력을 배가하고 있다. 그러나 일부가 온실가스 배출량을 약간 줄이고 있고 소비자와 정부 규제 기관이 강하게 밀어붙이고 있음에도 불구하고 대부분은 실질적으로 의미 있는 감축을 이루지 못하고 있는 것으로 나타났다. 그런 가운데 투자자 옹호 단체인 세레스(Ceres)가 관련 조사 결과를 진행해 주목받고 있다고 기후 변화에 대응하는 비영리기관 ICN이 홈페이지를 통해 전했다. 세레스가 북미 50대 식품 및 농업 기업들이 온실가스 배출량을 공개하고, 이를 줄이기 위한 목표를 설정했는지의 여부를 추적한 것. 사실상 글로벌 식품사를 대상으로 한 조사로 해석할 수 있다. 세레스는 온실가스 감축 목표를 설정한 회사들이 실제로 배출량을 줄였는지를 분석해 보고서에 담았다. 세레스의 메릴 리처드 총괄은 "이 부문의 기업 배출량이 실제로 감소하고 있는지를 평가한 것은 이번이 처음"이라고 밝히고, 조사 결과에 따르면 대답은 "그렇다"는 결론이었다고 한다. 기업이나 다른 기관에서 배출하는 온실가스 배출은 몇 가지의 범위로 그룹화된다. 범위 1의 배출은 기업의 직접 운영에서 발생하는 온실가스다. 범위 2는 에너지 사용에 따른 배출이다. 그런데 식음료 기업과 관련된 대부분의 온실가스 배출은 공급망으로 알려진 범위 3에서 발생한다. 이는 기업이 최종 제품을 생산하기 위해 의존하는 작물을 재배하거나 가축을 기르는 농부들로부터 기인한다. 예를 들어, 기업의 공급업체가 삼림이 벌채된 땅에서 농작물이나 가축을 기르는 경우, 숲을 벌목할 때 방출되는 엄청난 양의 탄소로 인해 배출량이 더 높아진다. 이것이 전 세계 식량 시스템이 온실가스 배출량의 최대 40%를 차지하는 이유 중 하나다. 식품 산업에서 이 범위 3은 기업 전체 배출량의 약 90%를 차지한다. 리처드는 "시사점은 범위 1과 2, 즉 운영 배출량과 전기 사용으로 인한 배출량에 대해서는 감축의 진전이 이루어지고 있지만, 범위 3에서는 진전이 거의 없다는 것이다"라며 "이러한 공급 및 가치 사슬에서의 온실가스 배출은 배출 감축의 진전에 큰 걸림돌이 되고 있다"고 말했다. 세레스가 추적한 50개 식품 회사 중 23개 회사가 지난 2년 동안 범위 1 및 2에서 배출량을 줄였지만, 범위 3에서 배출량을 줄인 회사는 12개에 불과하다는 사실을 발견했다. 기업은 범위 1 및 2에서 배출을 잘 통제해 재생 에너지로의 전환이나 보다 에너지 효율적인 생산 프로세스 조치를 취함으로써 배출량을 줄일 수 있지만, 공급망에서 발생하는 배출은 처리하기가 더 어렵다. 범위 3에서 배출량을 낮출 수 있었던 기업은 온실가스 감축 목표를 설정한 기업들이었다. 회사 유형 간에 큰 차이는 없었지만, 온실가스 감축을 우선시하는 기업들이 진전을 이루고 있었다는 의미다. 세레스는 그런 기업으로 크래프트 하인즈(Kraft Heinz), 맥도날드(McDonald's), 허쉬(Hershey), 제너럴 밀스(General Mills), 스타벅스(Starbucks), 곡물 거래 대기업 ADM 등을 거론했다. 이들은 범위 3에서의 배출량을 줄이기 위한 목표를 세운 기업들이었다. 연구 결과에 따르면 범위 3에서 배출량을 줄이는 것은, 온실가스를 배출하는 육류와 같은 탄소 집약적 상품이나 산림 벌채 또는 토지 이용 변화와 관련된 작물의 공급망에 의존하는 기업에게 특히 어려운 과제다. 이 문제는 글로벌 농업에 투자하는 은행과 금융 기관에까지 확대되고 있다. 지난 3월, 미국 증권거래위원회(SEC)는 기업이 기후 리스크를 규제 당국에 공개하도록 요구하는 규칙을 확정했다. 2023년 유럽연합(EU)에서 발효된 유사한 보고 의무는 기업이 배출량 감축을 위한 계획을 공개하도록 강제한다. 새로운 규정은 식품 및 농업 기반 기업이 누적 탄소 발생을 줄이도록 더 많은 압력을 가할 것이다. 이들 기업의 상품은 날씨에 매우 의존적이다. 그렇기 때문에 식품 및 농업 기업은 기후 변화로 인한 극단적인 날씨에 매우 취약하다. 결국, 스스로 감축하지 않으면 악순환의 고리에 빠져들 것이라는 경고다. 리처드는 "식품 기업들이 이러한 온실가스 배출량을 해결하지 못한다면, 그들은 결국 자신들의 무덤을 스스로 파는 격이 될 것"이라고 강조했다.
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세레스 보고서…글로벌 식품사들, 온실가스 배출 감축 노력 불구 "성과는 지지부진"
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빛 공해 인공조명, 물고기 행동과 후손에게까지 악영향
- 야간 인공조명이 물고기 행동에 큰 영향을 미치고 자손에게도 대물림되는 것으로 밝혀졌다. 최근 연구에 따르면 특히 청색 스펙트럼의 빛 공해는 물고기의 행동을 단 며칠 만에 변화시키고 그 영향이 후손에게까지 미칠수 있다고 PHYS가 보도했다. 독일의 세계적인 연구소인 막스 플랑크 동물행동연구소 연구팀은 세계적인 빛 공해의 주요 원인으로 여겨지는 야간 인공조명에 노출된 암컷 제브라피쉬의 반응을 연구했다. 연구 결과 9일 동안 다양한 파장의 야간 인공 조명에 노출된 물고기들은 헤엄치는 횟수가 줄었다. 물고기들은 또한 서로 더 가깝게 붙어 다니며 수족관 근처 벽에서 더 많은 시간을 보내는 '불안 유사 행동(anxiety-like behavior)'을 보였다. 이러한 불안 유사 행동은 모든 파장의 빛에 노출된 물고기에서 관찰되었지만, 청색 스펙트럼의 단파장은 가장 빠르고 강력한 변화를 일으켰다. 또한 빛 공해는 장기적인 영향을 미칠 수도 있다는 사실도 드러났다. 빛에 노출된 어미에게서 태어난 새끼들은 빛에 노출된 적이 없음에도 불구하고 헤엄치는 횟수가 적었다. 이 연구는 종합환경과학(Science of The Total Environment) 저널에 게재됐다. 빛 공해, 대부분의 생물에 악영향 야간 인공조명은 밤에 어두워야 할 곳에 빛을 더함으로써 환경을 오염시킨다. 이는 거리의 가로등, 건물이나 산업 지역을 밝히는 옥외 조명과 밤에도 우리 주의를 끄는 실내 기기들을 통해 존재한다. 이들 야간 인공 조명은 빛과 어둠의 주기에 의해 조절되는 생물학적 과정의 자연스러운 리듬을 방해해 대부분의 생물에게 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 야간 인공조명의 부정적인 영향이 청색 스펙트럼 빛에 노출된 인간에게서 발생한다는 사실을 바탕으로, 다양한 파장의 빛이 물고기의 행동에 어떤 영향을 미치는 지 알아보고자 했다. 막스 플랑크 동물행동연구소의 박사 과정 학생으로 연구를 수행한 제1저자인 웨이웨이 리(Wei WEi Li)는 "수면은 밤에 인공 조명으로 인해 방해 받는 동물의 주요 과정 중에 하나로 그것이 동물의 생활 능력에 어떤 의미가 있는 지 궁금했다"고 말했다. 팀은 암컷 제브라피쉬를 가시광선 스펙트럼의 9개 개별 파장과 백색광을 포함한 10가지 야간 조명 조건에 노출시켰다. 빛은 20럭스로 설정되었는데, 이는 멀리서 보는 가로등의 밝기와 동물들이 외부 환경에 노출될 수 있는 밝기와 유사하다. 연구 결과, 물고기는 모든 파장의 빛에서 8일 동안 노출된 후 헤엄치는 횟수가 줄었고, 서로 가깝게 붙어 다녔으며, 수족관 벽 근처에서 더 많은 시간을 보냈다. 이는 동물의 불안을 나타내는 '접촉주성(thigmotaxis)' 또는 '벽 껴안기 행동'으로 알려져 있다. 그러나 청색광의 영향은 훨씬 더 빨리 나타났다. 노출 5일만에 물고기는 불안 유사 행동을 나타냈으며, 470nm의 빛이 가장 강력한 영향을 미쳤다. 이 연구는 메커니즘을 밝히는 것을 목표로 하지는 않았지만 연구팀은 수면 부족이 데이터 패턴의 근본 원인일 수 있다고 추정했다. 행동 변화가 즉시 나타나지 않고 5일 또는 8일 밤의 노출 후에 나타났다는 사실은 수면 부족으로 설명될 수 있다는 것이다. 빛공해 영향, 자손에게 대물림 이번 연구는 또한 빛 공해의 영향이 개체에만 그치지 않고 자손에게까지 전달된다는 것을 보여주었다. 연구팀은 야간 인공조명에 노출 연구에 사용된 암컷 제브라피쉬를 번식시킨 뒤 태어난 새끼들을 자연광 조건에서 키웠다. 15일 후 연구팀은 작은 물고기의 활동 수준을 정량화하기 위해 설계된 특수 자동 추적 소프트웨어를 사용해 새끼들의 수영 행동을 테스트했다. 빛 공해에 노출된 어미의 새끼들은 밤에 빛에 노출되지 않았음에도 불구하고 낮에 움직임이 감소했다. 연구의 주저자인 중국 수생물학연구소의 밍 두안(Ming Duan)은 "우리는 빛 공해가 물고기의 자연스러운 행동을 방해한다는 사실을 발견했으며, 이러한 방해는 체력에 영향을 미칠 수 있다"고 말했다. 연구팀은 야생 동물에 대한 야간 인공조명의 영향을 완화하기 위해서는 인공 광원에서 방출되는 빛의 종류에 특별한 주의를 기울여야 한다고 말했다. 특히 동물들이 잠을 자려고 하는 곳에서 청색 파장 광원의 사용을 최소화하는 것이 중요하다고 강조했다.
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빛 공해 인공조명, 물고기 행동과 후손에게까지 악영향
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[우주의 속삭임(60)] 달 표면 전체에서 물의 흔적 발견
- 달은 물에 관한 한 다크호스일 수 있다. 의외의 결과를 가져올 수 있다는 의미다. 달의 광물 지도에 대한 새로운 분석에 따르면, 물과 수소와 산소로 구성된 또 다른 분자인 ‘수산기(산소 원자 하나와 수소 원자 하나로 구성됨)'는 달의 모든 위도와 지형에 걸쳐 여러 위치에서 발견될 수 있으며, 심지어는 태양이 가장 강력하게 비추는 곳에서도 나타날 수 있다고 사이언스얼라트가 전했다. 이는 여러 가지 의미를 내포하고 있는 발견이다. 달의 지질학적 역사와 진행 중인 과정을 이해하고, 지구의 달에 대한 유인 우주 임무에 정보를 제공할 수 있다. 행성과학연구소(Planetary Science Institute)의 로저 클라크 박사는 "미래의 우주인은 달에서 물이 풍부한 지역을 활용하고 달의 적도 근처에서도 물을 찾을 수 있을 것이다. 과거에는 극지방, 특히 극지방의 짙은 그늘진 분화구에서만 물이 발견될 수 있다고 생각했지만 이제는 다르다"고 말했다. 달은 건조하고 습기가 없는 천체로 보인다. 어떤 면에서는 그렇기도 하다. 표면에는 웅덩이에 고여진 물이 없다. 호수나 강도 없다. 그러나 연구에 따르면, 달에는 물이 숨겨져 있다는 사실이 많이 나타나고 있다. 그렇다면 달에는 물이 어디에 숨겨져 있을까. 과거의 연구에 따르면, 고위도의 달 분화구 깊은 곳에 많은 양의 물이 있을 수 있다. 분화구 같은 깊은 곳은 태양의 직사광선과 열에 노출되지 않으므로 수 미터 두께의 얼음이 쌓여 있을 수 있다는 것이다. 최근 다른 연구에 따르면, 달의 다른 부분에도 물이 있을 수 있는 것으로 나타난다. 이번 클라크 연구팀의 분석 결과도 이를 뒷받침한다. 물과 수산기는 달 표면의 암석과 흙을 형성하는 광물에 결합되어 달에서 매우 풍부한 것으로 보인다는 것이다. 연구팀은 2008년과 2009년에 달을 공전한 찬드라얀-1 우주선의 달광물학매퍼(M3) 장비에서 얻은 데이터를 이용해 달의 분광 이미지를 수집했다. 이 데이터로 달에서 반사된 적외선을 기록하여 물과 수산기와 일치하는 스펙트럼의 색상을 찾아냈다. 연구팀은 물과 수산기가 달의 모든 위도에서 찾을 수 있다는 사실을 발견했지만, 달의 암석에서는 분자가 덜 풍부한 것으로 나타났다. 그러나 운석 등의 충돌 중에 파내어진, 물이 풍부한 암석은 충돌이 발생하는 모든 곳에서 발견될 수 있다. 물은 한곳에 영원히 머물지 않는다. 연구진은 달 표면의 물이 분화구 형성 과정에서 노출된 후 수백만 년에 걸쳐 태양풍의 복사에 의해 서서히 파괴된다는 사실을 발견했다. 그러나 이 과정에서 수산기가 남는다. 수산기는 또한 태양풍에 의해 생성되며, 이 태양풍은 달 표면에 태양 수소를 증착시키고, 이 수소는 그곳에서 산소와 결합해 분자를 생성할 수 있다. 클라크는 "모든 증거를 종합해 보면, 달의 표면은 지질이 복잡하며, 지하에는 상당한 양의 물이 있고, 표면층에는 수산기 층이 있다"면서 "분화구 형성과 화산 활동은 모두 물이 풍부한 물질을 표면으로 올릴 수 있으며, 이 모두가 달 데이터에서 관찰됐다"고 지적했다. 연구팀은 또한 화성암의 일종인 휘석의 물 특징이 햇빛이 닿는 각도에 따라 변한다는 것도 발견했다. 이는 달의 수수께끼를 정리해준다. 과학자들은 그동안 이 변화의 특징을 관찰해 왔지만, 그것이 무엇을 의미하는지 알지 못했다. 그것은 마치 물이 달에서 움직이고 있음을 암시하는 듯했다. 팀이 만든 지도는 달의 또 다른 수수께끼인 '달의 소용돌이'에 대한 추가 정보도 제공한다. 이는 달 표면에서 이상하게 소용돌이치는 패턴이며, 전문가들은 확실치 않지만 자기장이 역할을 할 수 있다고 추정한다. 클라크 연구팀은 소용돌이에 물이 거의 없다는 것을 알아냈다. 연구팀은 이 소용돌이가 물의 흔적만 남긴 고대 소용돌이일 수 있다고 보고 있다. 이번 연구는 달의 소용돌이의 실체를 알아내는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 행성과학저널(The Planetary Science Journal)에 게재된 이 연구는 달을 탐사하는 우주인들에게 물 공급이 가능할 수 있음을 시사한다. 수산기가 풍부한 미네랄을 처리함으로써 미래의 우주인은 실제로 돌에서 물을 추출할 방법을 찾을 수 있을 것이라는 기대다.
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[우주의 속삭임(60)] 달 표면 전체에서 물의 흔적 발견
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[우주의 속삭임(59)] 블랙홀, 냉각된 별일까? 아인슈타인 이론 도전하는 새로운 가설
- 블랙홀은 '얼어붙은 별'이라는 새로운 이론이 등장했다. 극도로 강력한 중력을 가진 블랙홀은, 그 중력이 너무 강해서 빛조차도 탈출할 수 없기 때문에 '검은 구멍'이라고 불린다. 또한 블랙홀은 엄청난 질량을 아주 작은 공간에 압축하고 있어서, 주변의 모든 것을 끌어당긴다. 블랙홀의 중심에는 '특이점'이라고 불리는 점이 있다. 이곳에서는 밀도와 중력이 무한대가 되어 우리가 알고 있는 물리 법칙이 적용되지 않는다. 또한 빛 조차도 빠져나갈수 없는 경계인 '사건의 지평선'이라는 두 가지 특징을 갖는다. 하지만 이 모델은 양자 역학이 도입되면서 심각한 문제에 부딪혔다. 게다가 1970년대에 스티븐 호킹은 사건의 지평선 근처의 양자 효과가 우주 진공에 입자를 생성하는 '호킹 복사(호킹의 복사 역설)'라고 알려진 과정을 일으킨다는 사실을 발견했다. 블랙홀은 이처럼 과학 법칙을 거스르는 특이한 존재로, 해결할 수 없는 많은 역설과 연관되어 왔다. 최근 남아프리카공화국의 로즈대학교와 이스라엘의 벤구리온 대학교 공동 연구팀은 블랙홀에 대한 우리의 모든 지식을 바꿀 수 있는 새로운 이론을 제시했다. 연구팀은 얼어붙은 별 모델에 대한 상세한 이론 분석을 수행했으며, 이 모델이 사건의 지평선과 특이점이 모두 없기 때문에 블랙홀이 실제로 '얼어붙은 별(frozen star)'일 수 있다고 주장했다. 얼어붙은 별은 냉각되어 더 이상 빛이나 열을 방출하지 않는 별의 잔해로, 흑색 왜성(black dwarf)이라고도 불리며 별의 마지막 단계를 나타낸다. 일반적으로 과학자들은 별이 흑색 왜성에 도달하는데 수 조년이 걸린다고 추정한다. 우리 우주는 137억년 밖에 되지 않았기 때문에 아직 흑색 왜성은 존재하지 않는다. 그러나 연구팀은 이번 연구에서 흑색 왜성과 블랙홀 사이의 유사성을 자세히 분석해, 기존 블랙홀 모델과 관련된 많은 역설을 해결할 수 있음을 발견했다. 현재 블랙홀 모델의 문제점 과학계는 블랙홀에 관해서는 1915년 알버트 아인슈타인이 일반 상대성 이론에서 제시한 내용을 따르고 있다. 아인슈타인에 따르면 블랙홀에는 두 가지 특징이 있다. 첫째, 중심에 '특이점(singularity)'이라고 하는 무한 밀도의 점이 존재한다. 둘째, 블랙홀에는 '사건의 지평선(event horizon)'이 있어 빛조차도 탈출할 수 없는 경계를 형성한다. 이 이론은 널리 받아들여지고 있지만, 몇 가지 문제점에 직면해 있다. 예를 들어 실제 관측 결과는 자연에 무한대가 존재하지 않음을 시사하며, 이것이 물리학에서 모든 것이 유한하다고 간주되는 이유다. 또 다른 모순은 앞서 말했듯이 스티븐 호킹의 복사 역설에서 발생한다. 이 역설은 블랙홀이 복사를 방출하고 시간이 지남에 따라 질량을 천천히 잃어 결국 완전히 증발한다고 제안한다. 그러나 아인슈타인은 블랙홀에서 아무것도 빠져나갈 수 없다고 했다. 또한 블랙홀이 증발하면 블랙홀을 형성한 물질이 파괴된다. 그러나 이것은 정보 보존의 법칙에 위배된다. 정보 보존 법칙은 물질과 마찬가지로 정보도 생성되거나 파괴될 수 없다고 명시하며, 양자 역학의 기초를 형성한다. 연구팀은 블랙홀을 특이점과 사건의 지평선이 없는 '얼어붙은 별'로 간주하면 이러한 모든 역설이 해결된다고 밝혔다. 블랙홀은 얼어붙은 별일까? 연구팀은 블랙홀의 엔트로피 및 열 복사와 같은 열역학적 특성의 이론적 값이 흑색 왜성의 값과 유사함을 입증했다. 이번 연구의 제1 저자인 이스라엘 벤 구리온 대학교의 라미 브루스타인 물리학 교수는 라이브 사이언스와의 인터뷰에서 "우리는 얼어붙은 별이 사건의 지평선이 없지만 (거의) 완벽한 흡수체처럼 행동하고 중력파의 원천으로 작용하는 방법을 보여주었다"며 이러한 물체는 블랙홀처럼 그 위에 떨어지는 거의 모든 것을 흡수할 수 있다고 지적했다. 그는 "게다가 이 천체들은 기존 블랙홀 모델과 동일한 외부 기하학적 구조를 갖고 있으며 기존의 열역학적 특성을 재현한다"고 덧붙였다. 블랙홀이 얼어붙은 별이라면 무한 밀도의 점이나 특이점이 없다는 것을 의미한다. 이는 블랙홀이 실제 세계의 물체와 동일한 유한성 관련 규칙을 따른다는 것을 시사한다. 또한 사건의 지평선이 없다는 것은 복사와 입자가 경계를 탈출할 수 있음을 의미하며, 이는 호킹이 블랙홀에서 빛이 방출된다는 주장과 일치한다. 브루스타인은 "우리는 얼어붙은 별이 지평선이 없음에도 불구하고 (거의) 완벽한 흡수체처럼 행동하고 중력파의 원천 역할을 하는 방법을 보여주었다. 또한 기존 블랙홀 모델과 동일한 외부 기하학적 구조를 생성하고 기존의 열역학적 특성을 재현한다"고 말했다. 그러나 이 연구에도 몇 가지 한계가 있다. 예를 들어 흑색 왜성은 내부 구조를 가지고 있다고 믿어지지만 블랙홀의 경우에는 그렇지 않다. 또한 블랙홀이 실제로 얼어붙은 별이라는 것을 확인하는 실험적 증거는 없다. 따라서 이 가설을 검증하려면 추가 연구가 필요하다. 이 연구는 '피지컬 리뷰 D(physical Review D)' 저널에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(59)] 블랙홀, 냉각된 별일까? 아인슈타인 이론 도전하는 새로운 가설
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[기후의 역습(61)] 메가 엘리뇨, 인간 비롯한 생물 '대량 사망' 초래 위험
- 지구에서 수십억 년 동안 수많은 형태로 존재했던 생명체는 페름기 말, 유례 없이 끔찍했던 대량 멸종 사건을 겪었다. 대멸종으로 알려진 이 시기에 지구상의 모든 생물종의 약 90%가 사라졌고, 전 세계적으로 해양과 지상이 붕괴했다. 이 재앙의 원동력은 '시베리아 트랩'에서 대량으로 이산화탄소가 쏟아져 나온 것으로 추정되는 극심한 지구 온난화였다. 시베리아 트랩은 러시아의 초거대 현무암질 용암대지로 엄청난 화산 폭발에 의한 것이었다. 지구 역사상 가장 큰 규모였던 이 거대한 화산 활동이 대멸종의 원동력이었을 가능성이 높지만, 전문가들은 멸종의 점화 스위치를 켠 자연적 메커니즘이 무엇이었는지를 정확히 확신하지 못했다. 한편, 나무와 곤충 등 일반적으로 건강한 생명체가 왜 멸종의 영향을 받았는지, 그리고 왜 동물들이 더 서늘한 기후 지대로 이주하지 않았는지 등 다른 수수께끼도 남아 있었다. 영국 브리스톨 대학교와 중국 우한 지구과학 대학교의 새로운 연구에 따르면, 지구 온난화로 인해 최근 10년 주기에 걸쳐 조건이 격렬하게 변동해 오늘날 예측 가능한 기후 패턴보다 훨씬 오래 지속되는 '메가 엘니뇨'가 발생했다고 퍼퓰러사이언스가 전했다. 이 연구의 결과는 지난주 사이언스 저널에 게재됐다. 브리스톨 대학교의 알렉산더 판스워스 박사는 "기후 온난화만으로는 이처럼 파괴적인 멸종을 초래할 수 없다. 오늘날 우리가 보고 있듯이 열대 지방이 너무 더워지면 생물종은 더 시원한 고위도로 이동하기 때문이다"라며 "우리 연구에 따르면 온실가스가 증가하면 지구 대부분 지역이 더워질 뿐만 아니라 날씨와 기후 변동성이 커져서 생명체가 생존하기에 더 어려운 상황이 된다"고 밝혔다. 엘니뇨는 일반적으로 1~2년 동안 지속되며, 강수량과 기온 패턴에 큰 변화를 가져올 수 있다. 그러나 올해의 경우 메가 엘니뇨로 인해 6월에 전 세계적으로 광범위한 폭염이 발생했고, 이는 인위적인 탄소 배출과 함께 2023~2024년 기록상 가장 더운 해로 귀결되었다. 그러나 약 2억 5100만 년 전에도 이러한 기후 패턴이 각각 최소한 10년 이상 지속되었다. 이러한 메가 엘니뇨 현상으로 인해 장기간 가뭄이 발생하고, 뒤를 이어 장기간 홍수가 발생해 생물종이 변화하는 환경에 적응하기가 어려웠을 것으로 추정된다. 연구진은 뱀장어와 비슷한 멸종된 무악류 척추동물인 코노돈트의 화석 이빨에서 산소 동위 원소를 분석해 이러한 '파괴적인' 기후 변동성의 증거를 발견했다. 코노돈트는 페름기 멸종에서 살아남은 몇 안 되는 동물 중 하나였다. 분석 결과 연구진은 지구 중위도와 저위도에서 온도에 의한 구역 구분이 완전히 붕괴되었다는 사실을 발견했다. 모든 곳이 고르게 너무 더워졌다는 것이다. 판스워스는 "이러한 기후 변화는 오늘날 목격된 것보다 훨씬 더 강렬하고 장기적인 엘니뇨 현상이 있었기 때문에 특히 심각했다"라며 "이로 인해 코노돈트를 비롯한 생물종은 단순히 충분히 빨리 적응하거나 진화할 준비가 되어 있지 않았다"고 말했다. 또 이 기간에 속한 암석층에서 발견된 숯은 세계가 장기간의 가뭄으로 엄청난 산불에 시달렸다는 것을 확인시켜 주고 있다. 연구진은 당시 지구를 "위기 상태에 갇힌 상황"으로 묘사하며, "대륙이 불타고 바다가 정체되어 있었다"고 썼다. 지구상 어느 곳도 안전하지 않았으며, 특히 육상 동물이 가장 큰 타격을 입었고, 거의 모든 육상 동물이 지구의 거친 기후에 적응할 수 없었다고 설명했다. 중국 지구과학대학의 야동 썬 박사는 "그 시기에는 빠르게 이동할 수 있는 종만 살아남을 수 있었는데, 그럴 식물이나 동물은 많지 않았다"라고 밝혔다. 그는 "그러나 다행히도 몇 종은 살아남았고, 그렇지 않았다면 인류도 오늘날 존재하지 않았을 지도 모른다. 대멸종은 지구상의 생명체의 종말에 가까웠지만, 완전히 종말은 아니었다"고 부연했다.
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[기후의 역습(61)] 메가 엘리뇨, 인간 비롯한 생물 '대량 사망' 초래 위험
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GM, 브레이크 경고 결함으로 45만 대 리콜…'안전 또 비상'
- 제너럴 모터스(GM)가 브레이크 경고등 결함으로 45만 대에 달하는 트럭과 SUV를 리콜한다. 올해 들어 두 번째 대규모 리콜이다. 21일(현지시간) GM은 브레이크 액 부족 시 경고등이 작동하지 않을 수 있는 결함이 발견돼 2023~2024년형 쉐보레 실버라도, GMC 시에라, 타호, 서버번, 캐딜락 에스컬레이드 등 45만 대를 리콜한다고 밝혔다. 미국 도로교통안전국(NHTSA)은 해당 차량의 전자 브레이크 제어 모듈 소프트웨어 오류로 브레이크 액이 부족해도 경고등이 켜지지 않을 수 있다고 설명했다. 이로 인해 운전자는 브레이크 성능 저하를 사전에 인지하지 못하고 사고 위험에 노출될 수 있다. GM은 해당 결함이 브레이크 제어 소프트웨어와 캘리브레이션 불일치에서 비롯된 것으로 추정하고 있다. 이번 리콜은 무선 소프트웨어 업데이트를 통해 진행될 예정이다. GM 측은 "고객 안전을 최우선으로 생각하며 문제 해결을 위해 최선을 다하겠다"고 밝혔다. GM은 지난 3월에도 테일게이트 결함으로 80만 대의 픽업트럭을 리콜한 바 있다. 연이은 대규모 리콜로 GM의 품질 관리에 대한 우려가 커지고 있다. 한편, GM은 이번 리콜과 별개로 소프트웨어 문제로 신형 트럭 라인의 판매를 일시 중단했다.
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- 산업
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GM, 브레이크 경고 결함으로 45만 대 리콜…'안전 또 비상'
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인간 뇌조직에서 미세 플라스틱 첫 검출⋯잠재적 위험성 제기
- 인간 뇌조직에서 미세 플라스틱이 처음으로 검출되어 잠재적인 건강 위험에 대한 우려가 높아지고 있다. 국제 연구팀이 15명의 사망자 뇌 조직 중 8명의 후각 신경구(코에서 냄새 정보를 받아 들이는 뇌조직 덩어리)에서 미세 플라스틱을 발견했다고 사이언스얼라트와 CNN 등 다수 외신이 보도했다. 이는 뇌 혈전에서 미세 플라스틱이 발견된 이후 뇌조직 자체에서 미세 플라스틱을 보고한 첫 번째 연구다. 베르린 자유 대학의 박사후 미세 플라스틱 연구원이자 이번 연구의 주저자인 루이스 페르난도 아마토-로렌소는 CNN에 "이 구조에 존재하면 뇌의 다른 영역으로 전이될 수 있다"고 밝혔다. 아마토-로렌소는 입자의 크기와 모양이 섬유보다 작기 때문에 뇌와 척수를 여러 유해 물질로부터 보호하는 막인 혈액뇌장벽의 미세아교세포를 우회할 가능성이 더 높다고 덧붙였다. 이전 연구에서 미세 플라스틱과 나노 플라스틱은 우리 몸의 폐 조직과 모유와 태반, 고환 등 생식기에서도 발견됐다. 아울러 플라스틱 페트 병에 든 생수 등 마시는 물에서도 미세 플라스틱이 검출돼 경종을 울렸다. 연구팀은 출판된 논문에서 나일론의 현미경 사진을 게재했으며 "미세 플라스틱은 다양한 인체 조직에서 발견됐지만 인간의 뇌에서 존재한다는 사실은 기록되지 않았으며, 이는 잠재적인 신경 독성 효과와 미세 플라스틱이 뇌 조직에 도달하는 메커니즘에 대한 중요한 의문을 제기한다"고 기술했다. 이번 연구는 지난 16일 미국의학협회 저널 '자마 네트워크 오픈(JAMA Network Open)'에 발표됐다. 검출된 미세 플라스틱은 주로 입자 및 섬유 형태였으며, 폴리프로필렌이 가장 많이 발견됐다. 입자 크기는 5.5마이크로미터(㎛)에서 26.4마이크로미터 사이로, 평균적인 인간 머리카락 너비(약 8만 나노미터)의 1/4도 되지 않았다. 이보다 작은 것은 나노 플라스틱으로 10억분의 1미터 단위로 측정해야 한다. 폴리프로필렌은 포장재부터 자동차 부품, 의료 기기에 이르기까지 가장 널리 사용되는 플라스틱 중 하나이다. 이전 연구에서는 대기 오염 입자가 후각 경로를 따라 올라가는 것을 발견했지만, 이번 연구에서는 미세 플라스틱이 후각구 바로 아래 쪽의 작은 구멍을 통해 뇌까지 동일한 경로를 이용할 수 있음을 시사한다. 연구팀은 "코와 후각구에서 미세 플라스틱이 확인된 것은 취약한 해부학적 구조와 함께 후각 경로가 외인성 입자가 뇌로 들어가는 중요한 진입 지점이라는 개념을 강화한다"고 설명했다. 미세 플라스틱의 건강 영향은 아직 명확하지 않지만. 뇌 내 합성 물질 농도 증가는 긍정적인 신호가 아니다. 최근 연구에 따르면 미세 플라스틱은 신경 손상 및 신경 질환 위험 증가와 연관 있을 수도 있다. 또한 대기 오염과 인지 문제 사이의 연관성은 이미 잘 알려져 있다. 만약 미세 플라스틱이 비강으로 유입된다면 문제를 악화시킬 가능성이 있다. 연구팀은 "파킨슨병과 같은 일부 신경 퇴행성 질환은 초기 증상으로 비강 이상과 관련이 있는 것으로 보인다"고 말했다. 생분해성이 더 높은 플라스틱을 생산하려는 지속적인 노력에도 불구하고, 플라스틱 생산량은 지난 20년 동안 두 배로 늘었다. 지난 9월 4일 '네이처' 저널에 게재된 또다른 연구에 따르면 전 세계는 매년 5700만톤의 플라스틱 오염을 발생시키고 있다. 영국 리즈대학교 연구팀은 매년 발생하는 오염 물질은 약 5200만톤으로, 뉴욕시 센트럴 파크를 엠파이어스테이트 빌딩 높이만큼 플라스틱 쓰레기로 채울 수 있는 수준이라고 밝혔다. 5200만톤의 플라스틱 쓰레기를 서울의 여의도에 쌓으면 높이는 약 1만5600km에 이른다. 이는 지구 반지름(약 6371km)의 두 배가 넘는 엄청난 높이다. 참고로 지구에서 가장 높은 에베레스트 산의 해발 고도는 약 8846미터이다. 이번 연구는 플라스틱 오염의 심각성을 다시 한 번 강조하며, 미세 플라스틱의 건강 영향에 대한 추가 연구의 필요성을 제기한다.
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인간 뇌조직에서 미세 플라스틱 첫 검출⋯잠재적 위험성 제기
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