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[우주의 속삭임(86)] 우주 팽창 속도, 표준 우주론에 의문 제기⋯제임스웹 망원경, 허블 망원경 측정값 검증
- 우주가 천문학자들의 예상보다 빠르게 확장되고 있는 것으로 나타나 우주론 연구에 새로운 국면을 예고했다. 미국 항공우주국(나사·NASA)의 제임스 웹 우주 망원경은 우주의 팽창 속도가 예상보다 8% 빠르다는 것을 확인했다. 우주는 마치 오븐 속에서 머핀을 굽는 것처럼 확장된다는 것이다. 즉, 빵 반죽이나 머핀 반죽을 넣어 오븐에 구으면 빵이나 머핀이 커지는 것처럼 우주가 팽창된다는 것. 이때 머핀 속의 건포도나 블루베리는 오븐 속에서 머핀 반죽이 부풀어 오르면서 서로 멀어진다. 제임스 웹 망원경의 최신 관측 결과는 우주의 팽창 속도에 대한 기존 이론에 의문을 제기했다. 이는 단순한 측정 오류가 아닌, 우주 자체의 미지의 특징이 현재의 팽창 속도를 설명할 수 있음을 시사한다. 우주론적 난제 '허블 텐션' 심화 제임스 웹이 수집한 2년간의 데이터는 허블 우주 망원경이 이전에 발견한 우주의 팽창 속도가 천체물리학자들이 우주의 초기 조건과 수십억 년에 걸친 진화에 대해 알고 있는 이론에 근거해 예상했던 것보다 8% 빠르다는 것을 입증했다. 이 불일치를 '허블 텐션'이라고 한다. 허블 텐션은 현재까지 최고 우주 모델로도 설명되지 않은 난제로 남아 있다. 이번 연구는 허블 우주 망원경의 측정값을 검증하며, 우주의 팽창 속도를 나타내는 허블 상수 측정에서 나타나는 불일치, 즉 '허블 텐션'을 해결하기 위한 중요한 단서를 제공한다고 스페이스닷컴, PHYS, KSL.닷컴 등 다수 외신이 전했다. 우주 가속 팽창을 공동 발견한 공로로 2011년 노벨상 수상자이자 이번 연구의 주요 저자인 존스 홉킨스 대학교의 애덤 리스 교수는 "관측된 우주 팽장 속도와 표준 모델의 예측 사이의 불일치는 우리의 우주에 대한 이해가 불전할 수 있음을 시사한다"며 "두 개의 NASA 주력 망원경이 서로의 발견을 확인하는 현 상황에서, 우리는 이 문제를 매우 심각하게 받아들여야 한다. 이는 도전이지만 동시에 우리 우주에 대해 더 많이 배울 수 있는 놀라운 기회이기도 하다"라고 말했다. 이번 연구는 천체물리학 저널(Astrophysical Journal)에 게재됐으며, 리스 교수의 노벨상 수상 업적인 '암흑 에너지'에 의한 우주 가속 팽창 이론을 기반으로 한다. 암흑 에너지는 별과 은하 사이의 광활한 공간에 스며들어 우주의 팽창을 가속화시키는 미지의 에너지다. 우주의 약 27%를 차지한다고 생각되는 '암흑 물질'은 눈에 보이지 않지만 일반 물질(별, 행성, 달, 지구상의 모든 물질)에 미치는 중력 효과를 바탕으로 그 존재가 추정되는 가설적 물질의 한 형태다. 지구상의 모든 물질은 우주의 약 5%를 차지한다. 우주의 약 69%를 차지하는 것으로 추정되는 '암흑 에너지'는 우주의 광대한 공간에 스며들어 중력을 상쇄하고 우주의 가속 팽창을 주도하는 에너지의 한 형태라고 가정된다. 우주가 정적이지 않고 확장되거나 수축될 수 있다는 이론은 1922년 물리학자 알렉산더 프리드먼이 처음 발표했다. 그는 우주가 확장되고 있다는 것을 수학적으로 확인했다. 우주의 확장 속도를 더 깊이 들여다 본 사람은 에드윈 허블이었다. 허블은 1929년 우주 전체가 확장되고 있으며 확장 속도가 증가하고 있다는 것을 확인한 유명한 논문을 발표했다. 수수께끼의 '허블 상수' 연구팀은 웹 망원경이 우주에서 보낸 첫 2년 동안 수집한 방대한 데이터를 활용하여 허블 망원경의 허블 상수 측정값을 검증했다. 초신성을 포함하는 거리를 정하는 세 가지 방법을 사용했으며, 특히 허블 망원경으로 측정하여 가장 정확한 '국부적' 허블 상수 값을 제공하는 것으로 알려진 거리에 초점을 맞추었다. 두 망원경의 관측 결과는 매우 유사하게 일치해 허블 망원경의 측정값이 정확함을 보여줬으며, 허블 텐션을 허블 망원경의 오류로 돌릴 만큼 큰 오차가 없음을 확인했다. 그러나 허블 상수는 여전히 수수께끼로 남아 있다. 망원경 관측을 기반으로 한 현재 우주의 측정값은 우주 마이크로파 배경 복사 데이터를 사용하여 보정된 표준 우주론 모델의 예측 값보다 높기 때문이다. 표준 우주론 모델에 따르면 허블 상수의 값은 약 67~68km/Mpc(메가파섹, 은하의 거리 단위)이어야 한다. 반면, 허블과 웹 망원경 데이터 기반 측정값은 일반적으로 70~76km/Mpc의 더 높은 값을 나타냈다. 평균값은 73km/s/Mpc다. 이러한 불일치는 측정 또는 관측 기술의 오류로 설명하기에는 너무 큰 차이이기 때문에 10년 이상 우주론자들을 혼란스럽게 했다. 메가파섹(Mpc)은 326만 광년에 해당하는 엄청난 거리를 말한다. 1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리로 5.9조마일이다. 웹 망원경의 새로운 데이터가 허블 망원경 측정의 유의미한 편향을 배제함에 따라, 허블 텐션은 아직 밝혀지지 않은 미지의 요인이나 우주론자들의 물리학적 이해의 틈에서 비롯될 수 있다고 연구팀은 보고했다. 존스 홉킨스 대학교에서 이 연구를 진행한 대학원생 사양 리는 "웹 망원경 데이터는 처음으로 고화질로 우주를 보는 것과 같으며 측정의 신호 대 잡음비를 실제로 향상시킨다"고 말했다. 우주 진화를 보여주는 허블 상수 이번 연구는 NGC 4258이라는 은하까지의 알려진 거리를 기준점으로 사용하여 허블 망원경의 전체 은하 샘플의 약 3분의 1을 다루었다. 더 작은 데이터 세트에도 불구하고 연구팀은 측정값 간의 차이를 2% 미만으로 줄이는 인상적인 정밀도를 달성했는데, 이는 허블 텐션 불일치의 약 8~9% 크기보다 훨씬 작다. 연구팀은 우주 거리 측정의 황금 표준인 세페이드 변광성 분석 외에도 동일한 은하에 걸쳐 탄소가 풍부한 별과 가장 밝은 적색 거성을 기반으로 측정값을 교차 검증했다. 세페이드 변광성은 변광성(變光星·광도가 변하는 별)의 한 유형으로 이들의 변광 주기와 절대광도 사이의 정확한 관계성으로 유명하다. 웹 망원경으로 관측된 모든 은하와 그 초신성은 허블 상수 72.6km/s/Mpc를 산출했으며, 이는 허블 망원경이 동일한 은하에서 발견한 72.8km/s/Mpc 값과 거의 동일하다. 이 연구에는 리스 교수의 SH0ES 팀(초신성, H0, 암흑 에너지 상태 방정식), 카네기-시카고 허블 프로그램, 그리고 다른 팀들의 웹 망원경 데이터 샘플이 포함됐다. 이러한 결합된 측정은 허블 망원경 세페이드 변광성을 사용하여 측정된 거리의 정확도에 대한 가장 정확한 결정을 가능하게 했다. 세페이드 변광성은 허블 상수를 결정하는 데 기본적인 역할을 한다. 세페이드 변광성들의 강도는 태양의 10³~10⁴배이다. 허블 상수는 태양계, 지구 또는 일상생활에 실질적인 영향을 미치지 않지만, 매우 큰 규모에서 우주의 진화를 보여준다. 이는 과학자들이 우주의 구조를 파악하고 빅뱅 이후 130~140억 년이 지난 현재 우주의 상태에 대한 이해를 심화하며 우주의 기본적인 측면을 계산하는 핵심 값이다. 존슨 홉킨스 대학교의 우주론자인 마크 카미온코프스키 교수는 허블 텐션을 해결하면 최근 몇 년 동안 밝혀진 표준 우주론 모델과의 다른 불일치에 대한 서로 다른 수요 관측 현상을 설명할 수 있다고 말했다. 그러나 우주의 구성과 가속 팽창의 96%를 차지하는 것으로 추정되는 미지의 구성 요소인 암흑 물질과 암흑 에너지의 본질을 완전히 설명하지는 못한다. 이번 연구에 참여하지 않은 카미온코프스키 교수는 "허블 텐션에 대한 한 가지 가능한 설명은 초기 우주에 대한 우리의 이해에 누락된 부분이 있는 경우다. 예를 들어 빅뱅 이후 우주에 예상치 못한 킥을 준 새로운 물질 성분인 초기 암흑 에너지가 존재할 수 있다"고 말했다. 그는 "그리고 재미있는 암흑 물질 특성, 이국적인 입자, 변화하는 전자 질량, 또는 원시 자기장과 같은 다른 아이디어들도 있다. 이론가들은 상당히 창의적일 수가 있다"고 덧붙였다.
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[우주의 속삭임(86)] 우주 팽창 속도, 표준 우주론에 의문 제기⋯제임스웹 망원경, 허블 망원경 측정값 검증
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[기후의 역습(99)] 나사 위성, 35년 전보다 10배 더 푸른 남극 공개
- 얼음과 거의 동의어로 인식되는 대륙인 남극대륙의 하얀 단색 풍경이 적어도 가장자리 주변에서는 더욱 푸르러지고 있다. 랜드샛(Landsat) 위성이 35년 동안 관측한 내용을 분석한 결과, 남극반도의 식생 면적은 1986년 이후 10배 이상 증가했다고 나사(NASA)가 홈페이지를 통해 밝혔다. 빙하가 줄어들고 기온이 상승함에 따라, 식물들은 이 지역은 물론 다른 한랭 기후 지역으로 이동할 기회가 더 많아지고 있다. 연구진은 남극반도에서의 녹지 확장이 남극 생태계의 변화를 알리는 신호일 수 있으며, 이는 남극반도의 미래에 대한 의문을 불러일으킨다고 우려한다. 연구진은 랜드샛5에서 랜드샛8까지의 관측 이미지를 토대로 분석한 결과, 남극반도의 식생지 면적이 1986~2021년 사이에 0.86㎢에서 11.95㎢로 증가했다고 밝혔다. 주목할 점은 녹지 공간의 확장이 2016년부터 가속화되었다는 것이다. 최근 네이처 지오사이언스에 발표된 이 연구는 엑서터 대학교의 환경 과학자 톰 롤랜드와 하트퍼드셔 대학교의 원격 감지 전문가 올리 바틀릿이 주도했다. 분석 결과는 지도(사진)로 요약되어 소개됐다. 지도는 분석 대상 기간 중 선택된 특정 연도에 고도 300m 이하의 얼음이 없는 땅의 녹지 양을 보여준다. 각 육각형의 그늘은 식생 지수(NDVI) 값으로, 위성에 의해 표시되는 식물 녹색도 및 밀도 수준을 나타낸다. NDVI 값은 성장기가 끝날 때까지 이어지는 매년 3월의 랜드샛 관측에서 파생되었다. 지도는 사우스 셰틀랜드 제도(각 지도의 왼쪽 상단)를 가로질러 식물 성장이 가능한 남쪽 한계선까지 반도의 서쪽 아래로 식물 번식이 확장되었음을 보여준다. 남극반도에 대한 과거 현장 연구에서도 녹색 이끼류가 광대한 면적을 차지하면서 수직으로 축적돼 '둑'을 형성한 것으로 나타났다. 이끼는 매년 새로운 세로 층을 형성했다. 롤랜드 연기팀은 종전 연구에서 반도 서쪽을 따라 이끼 둑에서 채취한 샘플로 탄소 연대를 측정했다. 분석 결과, 이끼가 축적되는 속도는 지난 50년 동안 증가했으며, 이는 기후 변화 속에서 생물학적 활동이 증가했음을 시사했다. 연구진은 이곳의 식물이 영역을 위쪽으로, 즉 수직으로 확장하는 것뿐만 아니라 수평, 즉 바깥쪽으로도 확장하고 있는지를 탐구했다. 이번 연구는 수십 년 동안의 랜드샛 기록을 활용해 이를 확인한 것이다. 롤랜드는 "핵심 샘플을 기반으로 조사한 결과 예상치 못한 심각한 결과가 나왔다"고 말했다. 녹색화의 속도도 빨랐다. 서남극에서 남극해로 튀어나온 남극반도는 지구에서 가장 빠르게 온난화되는 곳 중 하나다. 대부분의 빙하가 녹아 후퇴하고 있다. 최근 몇 년 동안 새로운 이끼류 식물이 증가한 것은 남극 해빙(바다위 얼음) 면적이 감소하고, 녹는 바닷물이 증가하며, 이것이 더욱 따뜻하고 습한 조건을 만들어낸 데 기인할 수 있다고 연구진은 언급했다. 식물이 남극반도에서 성장하면서 이 독특한 서식지의 생물다양성에 대한 의문이 제기됐다. 빙하 후퇴 후에 무엇이 올 것인가에 대한 의문이다. 연구진이 우려하는 것은 이끼가 있는 곳에서 토양 형성이 뒤따르면서, 외래종 식물이 성장의 발판을 찾을 기회가 더 많아진다는 것이다. 그렇게 되면 이 지역의 생물다양성이 침식되거나 왜곡될 수 있다. 남극에는 수백 종의 토종 이끼, 우산이끼, 지의류, 균류가 서식하고 있지만, 토종 꽃식물은 두 종뿐이다. 관광과 연구 목적으로 남극대륙에 인간의 발길이 많아지면 토종이 아닌 종이 유입될 수 있다. 이미 북부 남극반도와 인근 섬에서 침입 사례가 여러 건 기록되었다. 연구진은 추운 고위도 생태계에서 온도 제한이 풀리면 생물 보안이 위협받을 것이라고 우려했다. 롤랜드 연구팀은 랜드샛 위성 데이터의 실체를 확인하기 위해 현장으로 돌아가 변화를 더 세부적으로 관찰하고 변화를 직접 확인한다는 계획이다.
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- ESGC
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[기후의 역습(99)] 나사 위성, 35년 전보다 10배 더 푸른 남극 공개
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[우주의 속삭임(85)] 우주 거대 은하 생성, 미스터리 해결 근접
- 오랫동안 천문학자들의 궁금증을 풀어주지 못했던 은하 생성의 비밀이 풀릴 수 있을까. 수십 년 동안 전문가들을 당혹스럽게 했던 우주에서의 거대 은하 생성에 대한 미스터리를 해결할 실마리가 잡혔다고 PHYS가 전했다. 천문학자들이 거대한 타원 은하의 탄생지를 발견했으며, 이것이 은하가 어떻게 만들어졌는지에 대한 새로운 단서를 제공한다고 밝혔다. 고대 은하의 생성은 평평한 원반과 같은 우리 은하수에 비해 부풀어 오른 축구공처럼 보이며, 이는 천체물리학자들에게 여전히 미스터리로 남아 있다. 그런데, 전 세계 전문가들과 협력하는 영국 사우샘프턴 대학교의 천체 연구팀이 새로운 연구를 통해 이 수수께끼가 마침내 풀릴 수 있을 것이라고 밝혔다. 연구팀원인 사우샘프턴 대학교의 안나그라지아 풀리시 박사는 초기의 우주에서 차가운 가스의 대량 흐름과 은하 간의 충돌이 이러한 거대한 시스템을 만들었을 가능성이 있다고 말했다. 풀리시는 "두 개의 원반형 은하가 충돌하면서 별이 형성되는 연료인 가스가 중심부로 가라앉았고, 수조 개의 새로운 별이 생성되었다. 이러한 우주의 충돌은 약 80억~120억 년 전에 일어났는데, 당시 우주는 훨씬 더 활발한 진화 단계에 있었다"고 설명했다. 그녀는 "연구팀의 발견은 천문학에서 오랫동안 미스터리로 남아 있던 문제를 해결하는 데 한 걸음 더 다가가게 했다. 이는 초기 우주에서 은하가 어떻게 만들어졌는지에 대한 우리의 이해를 재정의할 것"이라고 덧붙였다. 네이처에 게재된 이 연구는 사우샘프턴 대학교, 중국 퍼플마운틴 천문대, 중국과학원 등이 협력해 수행했다. 연구팀은 칠레 아타카마 사막에 있는 세계 최대의 전파 망원경 ALMA를 사용해 먼 우주에서 별을 형성하는 100개 이상의 은하를 분석했다. 퍼플마운틴 천문대의 연구 책임자인 칭화 탄 박사는 팀이 멀리 떨어진 매우 밝은 은하에서 방출되는 빛의 분포를 살펴보는 새로운 기술을 사용해 이를 발견하게 됐다고 말했다. 그녀는 "이것은 멀리 떨어진 은하의 핵에 위치한 강렬한 별 형성 에피소드를 통해 구형 은하체가 직접 형성된다는 최초의 실제 증거다. 천체물리학자들은 수십 년 동안 이 과정을 이해하려고 노력해 왔다"고 부연했다. 그녀는 또 "이 은하들은 빠르게 형성된다. 가스가 블랙홀에 공급되도록 내부로 빨려 들어가 별의 폭발을 촉발시키는데, 별들은 우리 은하보다 10~100배 빠른 속도로 생성된다"고 설명했다. 연구진은 오픈소스 아카이브 프로젝트를 사용해 많은 먼 은하에 대한 고품질 관측 데이터를 수집했다. 연구팀은 JWST 및 유클리드(Euclid) 위성에 탑재된 망원경과 중국 우주정거장에서 수집한 데이터 및 연구 결과를 통합해 은하의 별 구성을 매핑할 것이라고 밝혔다. 풀리시 박사는 "이 연구는 초기 은하 형성에 대한 보다 완전한 그림을 제공하고, 우주가 태초부터 어떻게 진화해 왔는지에 대한 이해를 심화시킬 것"이라고 덧붙였다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(85)] 우주 거대 은하 생성, 미스터리 해결 근접
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[우주의 속삭임(84)] 중국, 달 뒷면서 채취한 암석 분석 결과 화산 분출 확인
- 달의 뒷면에서 채취한 용암 샘플을 처음으로 분석한 결과, 28억 년 전에 그곳에서 화산이 분출했다는 사실이 밝혀졌다고 스페이스닷컴이 전했다. 달은 지구와 조석으로 고정되어 있어 항상 같은 면이 지구를 향하고 있다. 달 뒷면은 지구와 가까운 쪽(지구에서 보이는 달 표면)보다 탐사가 덜 이루어졌다. 중국에서 발사한 착륙선 두 대만이 달의 뒷면에 도착했다. 최근 사이언스 저널에 발표된 연구에서 연구진은 창어 6호 착륙선이 지구로 가져온 암석 샘플을 분석했다. 2024년 임무에서 창어 6호는 남극-에이트켄 분지에서 약 1.9kg의 암석을 가져왔다. 이는 달의 뒷면에서 지구로 가져온 최초의 샘플이었다. 중국과학원 광저우 지구화학연구소의 연구팀은 이 샘플의 동위 원소와 화학적 구성을 분석하여 연대와 출처를 찾았다. 동위 원소는 핵에 같은 수의 양성자를 갖고 있지만, 중성자 수는 다른 원소의 원자이다. 중성자 수는 방사성 붕괴 중 시간이 지남에 따라 변하므로, 샘플에서 다른 동위 원소의 비율은 샘플이 얼마나 오래되었는지 나이를 측정하는 좋은 방법이다. 연구에서 현무암이라고 불리는 굳어진 용암이 28억 년 된 것으로 밝혀졌다. 이전의 연구에서는 적어도 20억 년 전까지 달의 가까운 쪽에서 화산 활동이 있었음을 발견했으며, 새로운 연구는 달의 먼 쪽에서도 화산 활동이 있었음을 보여준다. 2020년 달 앞면에 착륙했던 창어 5호 탐사선이 가져온 샘플에 대한 다른 최근의 연구에서는 불과 1억 2000만 년 전에도 달에서 화산이 분출되었을 수 있음을 암시하고 있다. 연구진은 또한 현무암을 만든 용암이 칼륨, 희토류 원소 및 인이 적은 달의 맨틀 부분에서 나왔다는 것을 발견했다. 이 원소들은 달의 가까운 쪽에 있는 용암에 널리 퍼져 있다. 연구진은 이 수수께끼 같은 불균형이 남극-에이트켄 분지를 만든 충돌 분화구 때문일 수 있다고 보고서에 썼다. 달 전체에 영향을 미칠 만큼 컸던 이 충돌은 이러한 원소를 포함하고 있는 암석을 재편했을 가능성이 있으며, 충돌 지점 바로 아래의 맨틀을 녹여 이러한 원소를 고갈시켰을 수 있다. 이러한 원소의 불균형은 달의 두 면 사이의 또 다른 이상한 차이를 설명할 수 있다. 거대한 용암류인 현무암 바다는 달 앞면의 30%를 덮고 있지만, 반대 면에서는 2%만 덮고 있다. 연구진은 칼륨이나 우라늄과 같이 반대 면에는 없는 일부 원소는 방사성이 있으며 붕괴하면서 열을 방출했다고 말했다. 달의 반대편 아래에 있는 맨틀에 이러한 원소가 없다는 점은 이러한 녹은 현무암이 없는 이유를 설명할 수 있다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(84)] 중국, 달 뒷면서 채취한 암석 분석 결과 화산 분출 확인
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[우주의 속삭임(83)] 금성, 생명체 존재했던 '푸른 행성'이었을까? 연구 결과는 '회의적'
- 지구와 쌍둥이처럼 흡사한 금성에 과연 생명체가 존재하고 있었을까. 최근 과학계에서는 금성이 과거 생명체가 있었을 가능성에 대한 논쟁이 뜨겁다. 금성은 태양계의 두 번째 행성이지만 금속 눈, 이산화탄소 대기, 수많은 화산과 산성비가 내려 지구의 '사악한 쌍둥이'로 불리고 있다. 지구와 질량 및 태양과의 거리가 비슷한 금성은 현재 납도 녹일만큼 뜨거운 표면 온도(섭씨 약 500도)와 황산 구름으로 뒤덮인 '지옥의 행성'이다. 하지만 고대에는 지구와 훨씬 유사한 환경이었을 것이라는 추측이 지배적이었다. 새로운 연구 "금성은 탄생부터 뜨거웠다" 최근 영국 케임브리지 대학교 연구팀은 금성의 대기 화학 조성을 분석한 결과, 금성 표면에 물로 이루어진 바다가 존재했을 가능성이 낮다는 연구 결과를 발표했다고 스페이스 닷컴이 2일(현지시간) 보도했다. 이는 '금성은 탄생부터 뜨거웠다'는 가설에 힘을 실어주고 있다. 연구팀은 금성 대기 중 물, 이산화탄소, 카르보닐황화물의 파괴 속도와 화산 활동을 통한 보충 속도를 분석했다. 화산 활동은 행성 내부 물질을 표면으로 운반하고 가스 형태로 방출하기 때문에 행성 내부 상태를 파악하는 중요한 지표가 된다. 지구의 화산 폭발은 물이 풍부한 내부 구조 때문에 대부분 수증기로 이루어져 있다. 반면, 금성의 화산 가스에서 수증기가 6%에 불과하다는 사실을 연구팀은 발견했다. 이는 금성 내부가 매우 건조하며, 표면에 바다를 형성할만큼 충분한 물을 가지고 있지 않았음을 시사한다. 금성은 극도로 두꺼운 대기를 가지고 있으며, 이산화탄소가 풍부한 대기에 의해서 온실효과가 발생해 금성 표면의 온도를 섭씨 약 460도까지 높인다. 이산화탄소에 의한 온실효과가 없다고 가정한다면 금성의 온도는 현재 지구의 표면 온도와 비슷하게 된다. "금성, 지구와 다른 진화 과정을 거친 행성" 이번 연구를 이끈 테레자 콘스탄티누 케임브리지 대학 천문학 연구소 박사 과정 연구원은 "금성은 태양계 외행성 연구에 중요한 의미를 지닌다"며 "생명체 거주 가능 구역의 경계에서 지구와 매우 다른 진화 과정을 거친 행성을 탐구할 수 있는 기회를 제공하기 때문"이라고 설명했다. 2029년 발사 예정인 미 항공우주국(나사·NASA)의 다빈치(DAVINCI) 미션은 금성 대기 탐사를 통해 이러한 의문에 답을 제시할 것으로 기대된다. 다빈치 탐사선은 금성 대기를 통과하며 중요한 데이터를 수집하고, 착륙 과정에서 7초간 금성 표면을 관측할 수 있을 것으로 예상된다. "생명체 존재 가능성 낮지만, 외계 행성 연구에 중요한 단서 제공" 콘스탄티누 연구원은 "과거 금성에 생명체가 살 수 있었다면, 이미 발견된 외계 행성들에도 생명체가 존재할 가능성이 높아진다"면서도 "하지만 이번 연구 결과는 금성과 유사한 외계 행성들이 생명체 거주 가능성이 낮음을 시사한다"고 밝혔다. 연구팀은 금성이 과거 지구와 유사한 환경이었기를 바랐지만, 이번 연구 결과는 그렇지 않았음을 보여준다. 이에 연구원은 "실망스럽지만, 최소한 우리가 아는 생명체가 존재할 가능성이 높은 행성에 탐사를 집중하는 것이 더욱 효율적"이라고 강조했다. 이번 연구 결과는 천문학 및 천체물리학 분야의 온라인 국제전문학술지 '네이처 천문학(Nature Astronomy)'에 게재됐다. 금성은 왜 지구의 '사악한 쌍둥이' 행성일까? 금성은 지구와 질량과 크기, 구성 성분 등이 비슷한 행성이다. 그로 인해 종종 금성은 '지구의 사악한 쌍둥이'라는 별명으로 불리고 있다. '사악한 쌍둥이'는 비록 쌍둥이로 태어났지만 살면서 서로 다른 길을 걸어 결국에는 다른 운명을 맞이한 사람을 부를 때 쓰는 용어다. 그렇다면 행성인 금성을 지구의 사악한 쌍둥이라고 부르는 이유는 무엇 때문일까. 금성과 지구는 태양계 행성 중에서 마치 쌍둥이처럼 크기와 질량이 가장 비슷하다. 금성의 지름은 지구의 약 95%이고, 질량은 81%정도다. 밀도도 비슷해서 중력도 거의 같다. 그로 인해 초기 태양계 형성 당시 지구와 금성은 비슷한 구성성분으로 이루어져 있었을 것으로 추정된다. 암석형 행성이라는 공통점도 있다. 이와 같이 쌍둥이처럼 닮은 점도 있지만, 금성과 지구의 환경은 극명하게 다르다. 지구는 생명체가 번성하는 푸른 행성이지만, 금성은 표면 온도가 464℃에 달하고 대기압이 지구의 92배에 달하는 고온 고압의 환경이다. 게다가 금성의 대기는 이산화탄소로 가득차 있고 황산 구름이 뒤덮고 있어 생명체가 살 수 없는 마치 '지옥'과 같은 환경이다. 이처럼 금성은 지구와 쌍둥이처럼 닮았지만 전혀 다른 운명을 맞이한 '사악한 쌍둥이'와 같은 양상을 보이고 있다. 즉, 금성은 지구와 전혀 다른 극단적인 환경으로 인해 생명체가 살 수 없어서 '사악한 행성'이 된 것이다.
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[우주의 속삭임(83)] 금성, 생명체 존재했던 '푸른 행성'이었을까? 연구 결과는 '회의적'
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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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[우주의 속삭임(82)] 나사 큐리오시티 로버, 화성의 신비한 거미줄 바위 발견
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지하수 뽑아 썼더니…지구 자전축 80cm 기울어져
- 지하수를 퍼 올려 사용하는 것이 기후 변화에 영향을 미치고 있음은 잘 알려져 있다. 그렇다면 지하수 사용이 지구의 자전 기울기를 바꾼다는 것이 가능할까. 답은 ‘사실’이라고 어스닷컴이 전했다 지구는 끊임없이 변화하고 적응하는 역동적인 존재다. 믿기 어렵지만 물 사용처럼 사소해 보이는 행위도 지구의 물리적 방향을 어지럽힐 수 있다. 20년도 채 되지 않는 기간 동안 지하수 펌핑으로 지구가 80cm(31.5인치) 기울어졌다. 이는 해수면이 약 0.6cm(0.24인치) 상승하는 것과 같다. 연구는 서울대학교가 주도했으며 결과는 학술지 지구물리학연구회보에 게재됐다. 연구를 주도한 서기원 서울대학교 지구물리학 교수는 "연구에 따르면 기후 관련 원인 중 지하수의 이용이 지구 자전축의 이동에 가장 큰 영향을 미쳤음을 보여준다"라고 말했다. 지하수는 지구 표면 아래에 있는 물로, 토양, 모래, 암석 지층의 공간을 채운다. 지하수는 땅에 스며드는 비 등 강수에서 비롯되며, 점차 대수층이라고 불리는 지하 저수지로 내려간다. 강이나 호수에서 볼 수 있는 물과 달리 지하수는 숨겨져 있어 자연의 숨겨진 물 은행과 같은 역할을 한다. 지하수는 물 순환에서 중요한 역할을 하며, 지표수가 부족한 건조한 기간에도 안정적으로 물을 공급해 준다. 인간은 다양한 용도로 지하수를 사용한다. 여러 곳에서 지하수를 주요 식수원으로 사용한다. 특히 지표수를 쉽게 구할 수 없는 시골 지역이 그렇다. 농부들은 관개에 지하수를 활용하며, 이를 통해 비가 충분하지 않아도 농업을 지속할 수 있다. 또 산업체는 제조 공정과 냉각 시스템 등에 지하수를 사용한다. 연구진은 1993~2010년까지의 장기 데이터를 분석한 결과 이 기간 동안 2조 1500억 톤의 지하수를 펌핑했으며, 그 결과로 지구의 기울기가 변했다고 밝혔다. 어스닷컴은 이 수치가 이해하기는 어렵지만, 관개와 물 소비가 얼마나 엄청난지를 강조하고 있다고 지적했다. 서 교수는 "지구의 자전극의 변화를 관찰함으로써 글로벌 규모의 물 저장 변화를 이해할 수 있다고 설명한다. 이러한 변화를 특히 북미 서부와 인도 북서부의 물 이동과 연결하는 것은 일상적인 인간 행동이 전 지구에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지를 보여준다는 것이다. 지하수 펌핑이 지구의 기울기와 기후에 미치는 영향을 이해하는 것은 새로운 출발이 될 수 있다는 평가다. 해수면 상승과 기후 문제를 완화하기 위한 전략을 세우는 데 도움이 될 수 있다는 것이다. 나사 제트추진연구소(JPL)의 수렌드라 아디카리 박사는 "자전축과 지하수 펌핑의 관계를 정량화한 것은 중요한 성과“라고 말했다. 연구 결과는 지구의 자전과 기후 변화에 미치는 부정적인 영향을 줄이기 위해 지속 가능한 지하수 관리가 우선되어야 한다고 권고한다. 이를 위해서는 관개 시스템 개선, 빗물 수집, 도시 수자원 관리 개선과 같은 혁신적인 수자원 관리가 필요하다는 지적이다. 나아가 수자원의 공평한 분배와 소비를 위해 글로벌 협력이 시급하다고 제안하고 있다.
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지하수 뽑아 썼더니…지구 자전축 80cm 기울어져
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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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- IT/바이오
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[기후의 역습(90)] NASA 위성, 세계 담수 고갈 위기 포착…심각한 물 부족 사태 예고
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[기후의 역습(89)] 나사 슈퍼컴퓨터, 인류 위협하는 탄소 배출량 3D 모델 공개
- 나사(NASA)가 슈퍼컴퓨터를 이용해 데이터를 분석, 인류에게 위협이 되는 기후 변화의 주범인 전 세계 탄소 배출량을 보여주는 3D 모델을 공개했다고 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 메릴랜드주에 소재한 나사 고다드 우주비행센터의 게시글에 따르면, 고다드 산하 기후 시뮬레이션 센터는 3D 모델링 및 애니메이션과 같은 할리우드 영화 제작 도구를 사용해 디스커버(Discover) 슈퍼컴퓨터로 데이터 세트를 분석, 자세하고 정확한 탄소 배출량의 시각화에 성공했다. 이 애니메이션 프로젝트는 슈퍼컴퓨팅 파워와 SVS(고다드 센터의 과학시각화 스튜디오) 장비로 수행됐다. 대량의 데이터를 슈퍼컴퓨터로 분석하고, 이를 SVS에서 애니메이션과 같은 시각화 데이터로 변환해 일반인들도 쉽게 이해할 수 있도록 한 것이다. 애니메이션 모델은 전 세계 발전소, 대형 화재, 도시 활동의 영향으로 인해 배출돼 지구 대기권으로 진입하는 탄소 배출량을 그림으로 나타낸다. 또 탄소 배출이 대기권의 기류와 다양한 기상 패턴을 통해 지구 전체에 어떻게 퍼져 나가는지도 보여준다. 고다드의 기후 과학자 레슬리 오트는 게시글에서 "정책 입안자와 과학자 모두 탄소가 어디서 배출되는지, 그것이 지구에 어떤 영향을 미치는지를 이해하고자 노력했으며, 결국 3D 애니메이션 모델로 탄생했다"고 말했다. 오트는 "이 모델을 활용하면 탄소 발생이 다양한 기상 패턴을 통해 대기권과 어떻게 상호 연결되어 있는지를 확인할 수 있다"고 부연했다. 3D로 만들어진 탄소 발생 애니메이션을 보면 미국, 남아시아, 중국의 경우 탄소 배출의 대부분은 발전소, 자동차, 트럭, 산업 시설에서 발생한다. 반면 아프리카와 남미에서는 토지 관리, 산림 벌채, 농업을 위한 인위적인 화재, 석유와 석탄 등 화석연료 연소와 관련된 탄소 배출이 주로 이루어진다. 만들어진 탄소 발생 시각 자료는 지구 전역에서 '맥박이 뛰는 것처럼' 동적으로 발생하는 탄소 배출 현황을 역력히 보여준다. 맥박처럼 뛰는 모양은 불꽃이 위아래로 타오르는 것과 함께, 나무와 식물이 광합성을 할 때 탄소가 흡수 및 방출되는 것을 나타낸다. 이 모델은 기후 변화의 악화에 결정적인 영향을 미치는 엄청난 양의 탄소 배출을 보여준다는 점에서 의미가 크다. 탄소 배출량이 많을수록 대기는 더 따뜻해진다. 2023년은 역대 가장 가장 더운 해로 기록됐으며, 지난 10년 모두 역사상 가장 더운 상위 10개 연도였다. 기후 변화에 관한 정부 간 패널(IPCC)에 따르면, 인간 활동은 명백하게 지구 온난화를 일으켰으며, 이로 인해 더 강렬한 열파, 폭풍, 산불, 해수면 상승을 포함한 심각한 기상 이변이 일어나고 있다.
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[기후의 역습(89)] 나사 슈퍼컴퓨터, 인류 위협하는 탄소 배출량 3D 모델 공개
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[우주의 속삭임(81)] 소행성이 지구에 충동할 확률은 얼마나 될까?
- 소행성(또는 혜성)이 지구에 충돌할 가능성은 얼마나 될까. 확률은 희박하지만 그렇다고 일어나지 않으리라는 보장은 없다. 이와 관련된 각종 연구와 보고서를 살펴보면, 사람의 일평생 동안, 피해를 입을 만큼의 큰 충돌은 거의 없다고 보아도 무방할 듯하다. 사람들은 우주 암석을 비롯한 소행성이 언제든 지구에 진입해 충돌할 수 있다는 사실을 알고 있다. 충돌은 항상 일어나기 때문이다. 지난달 22일에는 소행성 하나가 동태평양 상공의 지구 대기에 진입해 타버렸다. 사람들이 이 소식을 접하지 못했던 것은 행성의 너비가 약 1m에 불과했고 금방 타 없어졌기 때문이다. '2024 UQ'로 알려진 이 소행성이 언론에 보도된 유일한 이유는 'A11dc6D'로도 이름 붙여진 이 물체가 사전에 발견되어서다. 소행성이 지구와 진입하는 일은 드물지만, '2024 UQ'는 올해 세 번째였기 때문에 큰 관심을 끌지 못하고 그냥 지나갔다. 훨씬 더 많은 소행성이 예고 없이 지구에 도착한다. 소행성으로 간주될 수 있는 최소 크기는 정해진 것이 없다. 이 때문에 오리온자리 유성우나 황소자리 유성우와 같은 최근의 유성우에서 빛의 쇼를 만들어낸 모든 혜성의 조각이 이 범주에 포함될 수 있다. 소행성이 지구 표면에 충돌하지 않고 대기에만 부딪힌 후 타버리는 경우도 많지만, 지구와 충돌하는 경우도 흔하다. 올해 예측된 소행성 세 개 중 첫 번째인 소행성 '2024 BX1'은 착륙 지점에서 가장 가까운 독일 마을의 이름을 따서 리벡 운석이라는 이름이 지어졌다. 운석 파편 약 200개가 수집되었고, 파편의 총 질량은 탄산음료 한 병보다 적었지만, 많은 양이 지구에 충돌했다. 위험한 소행성이 지구에 충돌할 가능성을 계산하는 방법은 두 가지가 있다. 하나는 궤도를 따라 지구에 가까이 오는 모든 물체를 관찰하고, 그중 하나가 지구와 충돌할 가능성을 계산하는 것이다. 이러한 소행성의 경로는 혼란스러운 요소가 있어 완벽한 계산은 불가능에 가깝다. 이론적으로 소행성이 서로를 강타해 궤도 또는 방향을 바꿔 2029년이나 2036년에 지구에 충돌할 수도 있지만, 그 가능성은 매우 낮다. 공룡을 죽일 정도의 소행성(대략 10km) 크기의 물체가 태양계 내부를 돌며 몇 세기 안에 지구에 충돌할 가능성이 있다면, 학계는 당연히 그 존재와 위험성을 파악하고 있다. 국지적으로 피해를 줄 만큼 큰 물체의 경우 위험이 더 크다. 며칠 전 지름 100m 소행성이 지구를 약 540만km 떨어진 거리에서 지나갔다. 이는 달보다 14배 더 먼 거리다. 이 정도 규모가 지구와 충돌하면 도시를 파괴한다. 이 소행성은 올해 발견한 것으로 '2024 VQ4'로 명명됐다. 그 후 '2023 WK3' 소행성이 더 먼 거리에서 지구를 지나갔는데, 이 소행성은 2024 VQ4보다 거의 3배 더 크다. 나사(NASA)는 태양계 내부에 이 정도 크기의 소행성이 약 2만 5000개 있다고 추정하고 있는데, 천문학계는 그 중 약 40%를 발견했다. 파악된 소행성 모두 큰 위험을 초래하지 않았지만, 발견되지 않은 소행성들도 안전할 것이라고 확신할 수는 없다. 지난 2013년, 사망자는 없었지만 1500명이 다칠 만큼 극심한 폭발이 있었던 첼랴빈스크 소행성 충돌은 충격이었다. 따라서 앞으로 수십 년 안에 그런 일이 다시 일어날 가능성 자체는 있을 것으로 추론하는 것이 합리적이다. 첼랴빈스크보다 더 큰 경우는 1908년의 통구스카 대폭발 사건뿐이었다. 그런 사건이 1세기에 한 번 일어나는지, 1000년에 한 번 일어나는지는 알 수 없지만, 이보다 흔하게 일어날 가능성은 매우 희박하다. 지구는 약 6억 년 전 동물이 출현한 이래 적어도 5번의 대량 멸종을 겪었다. 그 중 마지막 멸종은 화산이 아니라 소행성에서 비롯된 것으로 보인다. 이를 근거로 계산하면 이런 일이 해마다 일어날 확률을 약 6억 분의 1로 추정된다. 앞으로 1세기가 지나도 그 확률은 여전히 100만 분의 1을 크게 밑돈다. 한편, 소행성 탐지와 추적 만이 전 세계 우주 기관이 하는 전부는 아니다. 나사와 같은 우주 기관은 필요한 경우 지구로 들어오는 소행성의 방향을 바꾸는 방법을 테스트하고 있다. 2022년 나사의 DART 임무는 소행성의 궤도를 변경하기 위해 이중 소행성계에서 충돌첼르 충돌시켰다. 이 시도는 성공적이었다. 중국도 2030년까지 소행성을 편향시키는 자체 임무를 개발하고 있다.
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[우주의 속삭임(81)] 소행성이 지구에 충동할 확률은 얼마나 될까?
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[우주의 속삭임(80)] 블랙홀 둘러싸고 있는 코로나 모양 첫 공개
- 블랙홀을 둘러싸고 있는 코로나 모양이 처음으로 공개됐다. 지구상에서 개기일식을 관찰하면, 태양을 가린 달 주위를 밝은 빛의 후광이 둘러싸고 있는 현상을 보게 된다. 이는 코로나라고 불리는 것으로, 태양의 확산된 외기권을 말한다. 이 외기권은 너무 얇아서 지구에서 보면 진공으로 생각되지만, 코로나 온도가 섭씨 수백만 도에 달하는 강한 에너지이기 때문에 개기일식 때 볼 수 있다. 우주의 블랙홀 역학에 따르면 블랙홀에도 코로나가 있다. 또한 태양의 코로나와 마찬가지로 블랙홀 코로나도 관찰하기 어렵다. 그런데 최근 천체물리학저널(The Astrophysical Journal)에 실린 연구에서 블랙홀 코로나 영역에 대한 관찰이 이루어졌다고 사이언스얼라트가 전했다. 활성 블랙홀의 경우, 일반적으로는 블랙홀을 둘러싸고 있는 도넛 모양의 가스와 먼지 토러스가 있다. 또 블랙홀의 회전면을 따라 정렬된 가열된 물질의 강착원반(디스크)이 있는 것으로 추정된다. 블랙홀의 극지방에서 흘러나오는 것은 거의 빛의 속도로 빠르게 멀어지는 이온화된 가스 제트이다. 우리가 관측하는 다양한 유형의 활성 은하핵(AGN)은 이 모델로 설명할 수 있다. 이유는 지구를 향하는 블랙홀의 방향에 따라 AGN의 모양이 변화하기 때문이다. 모델에 따르면, 강착원반의 가장 안쪽은 밀도가 진공에 가까운 과열 영역이며, 이는 블랙홀로 흘러 들어간다. 블랙홀 코로나는 태양의 코로나와 비슷하지만, 온도는 태양의 수백만 도에 비해 훨씬 높은 수십억 도에 달한다. 그러나 넓게 확산되어 있기 때문에, 그 빛은 강착원반의 빛에 압도된다. 연구팀은 블랙홀의 코로나를 연구하기 위해 개기일식 중 태양의 코로나를 관찰하는 것과 유사한 기법을 사용했다. 블랙홀이 지구를 기준으로 하는 방향은 일부 블랙홀의 경우 가스와 먼지의 토러스가 강착원반 영역에 대한 우리의 시야를 가리는 반면, 다른 블랙홀의 경우 원반을 직접 볼 수 있다. 이를 가려진 블랙홀과 가려지지 않은 블랙홀이라고 한다. 가려진 블랙홀은 강착원반의 빛이 시야에서 가려지기 때문에 개기일식으로 가려진 태양과 유사하다. 블랙홀의 코로나도 마찬가지이다. 그러나 블랙홀 코로나는 너무 뜨거워서 극도로 높은 에너지의 X선을 방출한다. 이 X선은 토러스의 물질을 산란시키고 우리의 시야로 반사될 수 있다. 연구진은 나사(NASA)의 이미징X선편광측정탐사선(IPXE)에서 얻은 데이터를 사용, 우리 은하의 백조자리 X-1과 X-3, 대마젤란 성운의 LMG X-1과 X-3 등 12개의 가려진 블랙홀 데이터를 수집했다. 연구진은 이들 블랙홀의 코로나에서 산란된 X선을 관찰할 수 있었으며, 블랙홀 사이의 패턴도 감지할 수 있었다. 데이터에 따르면 코로나는 태양의 코로나와 비슷한 구체로 블랙홀을 둘러싼 것이 아니라 강착원반과 비슷한 원반으로 블랙홀을 둘러싸고 있다. 이번 연구는 천문학계에서 블랙홀 모델을 다듬는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 블랙홀이 어떻게 물질을 소비하고, 먼 은하에서 관측하는 AGN에 동력을 공급하는지를 이해하는 데 기여할 것으로 보인다.
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[우주의 속삭임(80)] 블랙홀 둘러싸고 있는 코로나 모양 첫 공개
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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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'최후의 날' 남극 빙하, 예상보다 빨리 녹아…지구공학 논의 촉발
- '최후의 날 빙하(Doomsday Glacier)'라고도 불리는 남극의 스웨이츠 빙하(Thwaites Glacier)가 기후 변화로 예상보다 빠르게 녹아내리고 있다. 이로 인해 기후 변화 솔루션으로서 지구 공학에 대한 논의가 본격화되고 있다고 PHYS가 전했다. UC 어바인 캠퍼스와 워털루 대학교 전문가들이 주도한 최근의 연구에서, 연구진은 온난화된 조류가 스웨이츠 빙하의 녹는 속도를 높이고, 컴퓨터 모델에서 예측한 것보다 더 빨리 후퇴하고 있다는 사실을 발견했다. 스웨이츠 빙하의 운명이 여전히 불확실한 가운데, 학계 일각에서는 빙하가 녹는 속도를 늦추기 위해 환경을 바꾸는 아이디어로 눈을 돌리고 있다. ◇ 따뜻한 조류로 인한 가속 용융의 이해 스웨이츠 빙하는 서남극 빙상(WAIS)의 바다를 마주한 가장자리를 따라 위치한 빙하 중 하나다. WAIS는 텍사스의 거의 3배 크기의 거대한 얼음으로, 서남극 대륙의 해수면 아래 분지에 위치해 있다. 바다가 분지를 채우고 얼음을 녹이거나 떨어뜨리는 것을 막는 유일한 방벽은 빙하이다. 이러한 상황으로 인해 과학자와 언론은 플로리다주 전체보다 큰 스웨이츠 빙하를 '최후의 날 빙하'라고 부르게 되었다. 그 이유는 이 빙하가 무너지면 따뜻한 바닷물이 WAIS를 녹여 해수면을 거의 335cm까지 올릴 수 있기 때문이다. 이렇게 되면 많은 해안 대도시와 작은 섬나라들이 극도의 위험에 처하게 된다. 참고로 스웨이츠 빙하는 한국 면적의 약 1.9배에 달하는 엄청나게 큰 규모이다. 텍사스는 한국 면적의 약 6.9배에 달한다. 스웨이츠 빙하는 기후 변화로 인해 매년 500억 톤의 얼음을 잃으면서 빠르게 후퇴하고 있으며, 이미 지구 해수면 상승의 4%를 차지하고 있다. 재앙적인 해수면 상승으로 인해 스웨이츠 빙하의 붕괴와 그에 따른 WAIS의 퇴출은 기후 과학에서 티핑 포인트(임계점)라고 알려졌다. 티핑 포인트는 임계점(이 경우 대기 및 해양 온난화)을 넘어 기후 시스템에 대규모의 가속화되고 돌이킬 수 없는 변화로 이어지는 경우이다. 스웨이츠 빙하가 녹으면 WAIS가 붕괴되고, 이는 돌이킬 수 없는 해수면 상승을 일으켜 수백만 명을 위험에 빠뜨리고 다른 빙하의 온난화를 가속할 것이다. UC 어바인과 워털루 대학교 연구진이 주도한 이번 빙하 연구는 고해상도 위성 이미지와 수문 데이터를 사용해 얼음 아래의 따뜻한 조류 흐름과 그에 따라 얼음이 더 빨리 녹는 지역을 식별했다. 얼음이 녹는 속도를 이해하는 것은 해수면 상승을 예측하는 데 중요하다. 워털루 대학교의 빙하학과 크리스틴 다우 교수는 "우리는 그 얼음이 사라지는데 100년, 또는 500년이 걸리기를 바랬지만 그보다 훨씬 빨리 사라질 수도 있다는 우려가 있다"고 말했다. 물론 WAIS에 대한 희망이 없는 것은 아니다. 다트머스 대학과 에든버러 대학교 연구진의 분석에 따르면, 스웨이츠 빙하는 이전에 생각했던 것처럼 해양 빙하 절벽 불안정성(MICI)이라는 과정에 그리 취약하지 않다. MICI 가설은 높은 빙하 절벽은 빙하가 후퇴하면서 불안정하고 더 쉽게 무너진다는 것이지만, 이 연구는 스웨이츠 빙하가 얇아지면 실제로 빙하 붕괴 속도가 감소하고 빙하 절벽이 안정화될 수 있다고 주장한다. ◇ 해결책으로서의 지구공학에 대한 논쟁 불확실성과 함께 스웨이츠 빙하가 예상보다 빨리 녹아 급격하고 극심한 해수면 상승 발생 가능성에 직면하여, 일부 과학계에서는 가능한 해결책으로 빙하 지구공학에 초점을 맞추고 있다. 빙하 지구공학은 지구 온도가 상승하더라도 빙하 후퇴를 늦추거나 멈추도록 기술과 인프라를 사용하는 프로세스를 말한다. 시카고 대학의 '기후 시스템공학 이니셔티브'에 소속된 빙하학자 그룹은 지난 7월 급속히 녹는 빙하 위협에 대응해 빙하 지구공학에 대한 더 많은 연구를 진행할 것을 촉구하는 보고서를 발표했다. 보고서에 참여한 라플란드 대학교 북극 센터의 존 무어 교수는 빙하 지구공학 연구의 시급성을 설명했다. 그는 빙하 지구공학을 적용할 만큼 충분히 이해하려면 15~30년이 걸릴 것이기 때문에 즉시 시작해야 한다고 역설했다. 빙하 지구공학 아이디어 중에는 스웨이츠 빙하 등 위험에 처한 곳에 따뜻한 조류가 흘러드는 것을 막는 거대한 잠수함 커튼을 만드는 것도 포함돼 있다. 커튼은 천으로 만들 수 있으며, 커튼에 구멍을 뚫고 공기를 펌핑하는 파이프를 설치해 스웨이츠 빙하와 따뜻한 바닷물 사이에 놓는다는 것이다. 이와 같은 빙하 지구공학적 개입은 올바르게 구현된다면 매우 유용할 수 있다는 지적이다. 그러나 아이디어 중 다수는 달성하기 어렵거나 불가능하다는 주장도 만만치 않다. 오히려 탄소 배출을 줄이자는 목표를 흐리게 만든다는 주장이다. 지구공학에 지나치게 의존하면 탄소 배출을 억제하는 조치를 취하지 못할 수 있다는 것이다. 그러나 학계는 지구공학이 만병통치약은 아니더라도 강력한 치료제가 될 수는 있다고 본다. 빙하 지구공학이 기후 변화에 대한 만병통치약과 같은 해결책은 아니지만, 진통제 역할은 할 수 있다고 본다. 진통제는 심한 고통을 덜어 주면서 신체가 병을 치료할 수 있도록 지원한다. 여전히 빙하 지구공학에 대한 논쟁은 진행 중이다.
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- 포커스온
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'최후의 날' 남극 빙하, 예상보다 빨리 녹아…지구공학 논의 촉발
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[우주의 속삭임(76)] 블랙홀, 우주 팽창의 비밀 쥐고 있나…암흑 에너지 연관성 연구 결과 발표
- 우주의 팽창을 가속화시키는 미지의 힘, 암흑 에너지의 정체를 밝힐 단서가 블랙홀에 있을 가능성이 제기됐다. 미국 애리조나주립대학교 케빈 크로커(Kevin Croker) 교수 연구팀은 블랙홀이 암흑 에너지와 연관되어 우주 팽창에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 사이언스얼라트가 전했다. 현재 이론에 따르면 우주의 초기 성장 시기는 인플레이션 시기였다. 빅뱅 직후 우주는 무(無)에서 상당히 큰 무언가로 순식간에 변했다. 이후 한동안 상대적으로 느리게 성장하다가 약 50억년 전 암흑 에너지에 의해 팽창이 지배되기 시작했다. 연구팀은 암흑 에너지 분광기(DESI)를 이용하여 거대 질량 별의 붕괴로 생성되는 블랙홀의 성장 속도를 분석하고, 이를 우주 팽창 속도와 비교했다. 그 결과 블랙홀의 형성과 우주 팽창 사이에 뚜렷한 상관관계가 있음을 확인했다. 즉, 블랙홀이 생성될수록 우주 팽창 속도가 빨라지는 경향을 보인 것이다. 이러한 현상은 '우주론적 결합(cosmological coupling)' 이론으로 설명될 수 있다. 이 이론에 따르면, 블랙홀은 일반 물질을 암흑 에너지로 변환시키는 역할을 하며, 이 과정에서 우주 팽창이 가속화된다. 연구팀은 블랙홀의 암흑 에너지 변환율을 계산한 결과, 현재 우주에서 관측되는 팽창 속도와 일치하는 것을 확인했다. 또한, 이 연구는 블랙홀이 암흑 에너지의 근원일 가능성을 제시하며, 우주 팽창의 미스터리를 풀 수 있는 중요한 단서를 제공한다는 점에서 학계의 주목을 받고 있다. 연구팀은 향후 추가적인 연구를 통해 블랙홀과 암흑 에너지의 연관성을 더욱 명확히 규명할 계획이다. 이 연구 결과는 우주론 및 천체입자물리학 저널(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(76)] 블랙홀, 우주 팽창의 비밀 쥐고 있나…암흑 에너지 연관성 연구 결과 발표
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[기후의 역습(81)] 나사, 남극 빙하의 특이한 '바다 연기' 공개
- 남극 서부의 주요 빙하가 이달 초 나사(NASA) 위성 관측에서 마치 '연기를 피우고 있는 듯한' 희귀한 광경을 포착했다고 CNN, 어스닷컴 등 외신이 전했다. 빙하에서 나타난 ‘바다 연기’는 실제 연기가 아니라 안개였던 것으로 밝혀졌다. 위성 이미지에서 파인 아일랜드 빙하(Pine Island Glacier)는 바다와 만나는 어두운 바닷물 표면 위에서 솜털 같은 흰색 연기처럼 보였다. 파인 아일랜드 빙하 및 인근의 스웨이츠 빙하는 서남극 빙상에서 아문센해로 흐르는 얼음의 주요 경로 중 하나로 주목받고 있다. 또한 남극 대륙에서 가장 빠르게 후퇴하는(녹아내리는) 빙하 중 하나다. 기묘한 이미지였던 ‘바다 연기’는 물과 바람이 만들어낸 것이었다. 나사에 따르면 강한 바람이 얼음과 차가운 물을 밀어내고 심해의 더 따뜻한 물이 표면으로 솟구치게 했다. 따뜻한 물이 매우 건조하고 차가운 공기에 따뜻하고 습한 공기를 불어 넣었다. 온도 차이로 인해 그 공기의 수분이 응축되어 안개가 형성된 것이다. CNN은 이를 지상에서 보면 마치 누군가가 물 위의 유령의 집에서 안개를 만드는 기계를 작동한 것처럼 보이다고 전했다. 물 표면에 가까운 지역은 연기와 비슷한 안개에 휩싸이게 되기 때문에 '바다 연기'라는 별명이 붙었다. 바다 연기 자체는 드문 일은 아니라고 한다. 차갑고 건조한 공기가 예외적으로 따뜻한 수역을 지날 때마다 발생할 수 있다. 때때로 북극의 첫 번째 겨울 폭풍이 비교적 따뜻한 호수를 지날 때 볼 수 있다. 그러나 나사에 따르면 이런 현상을 아일랜드 빙하에서 위성으로 관측하는 것은 드문 일이었다. 이 지역은 보통 구름에 가려져 있기 때문이라고. 파인 아일랜드 빙하는 남극 대륙에서 중요하고 엄격하게 모니터링되는 지역이다. 지구 온난화의 영향을 받아 존재가 위협받고 있기 때문이다. 이 빙하는 인접한 거대한 빙상의 배관 역할을 하여 인접한 바다로 얼음을 흘려보낸다. 이런 얼음의 흐름은 빙하가 1990년대부터 따뜻한 공기, 물, 눈 부족으로 균형을 잃고 얼음이 축적되지 않게 되면서 크게 증가해 왔다. 이 빙하는 인근 '최후의 보루'라고 알려진 빙하인 스웨이츠 빙하와 함께 지난 수십 년 동안 가속적으로 얼음을 잃고 있다. 얼음이 녹아 해수면을 몇 피트(1피트는 30.48cm) 올릴 가능성이 있다. 스웨이츠 빙하는 또 해수면을 10피트(약 3m)나 올릴 만큼 얼음이 많은 남극 빙상들이 붕괴되는 것을 막는 중요한 댐 역할을 담당하고 있다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(81)] 나사, 남극 빙하의 특이한 '바다 연기' 공개
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[우주의 속삭임(75)] 태양계 밖 황소자리에서 처음으로 복합 탄소 발견
- 지구에서 430광년 떨어진 황소자리 분자 구름 내에 위치한 심우주에서 거대 복합 탄소가 발견됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 이는 천체화학의 오랜 미스터리, 즉 '생명의 핵심 구성 요소인 탄소가 어디에서 왔는가'를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 추가 단서를 제공할 것으로 기대된다. 피렌(pyrene)이라고 불리는 이 분자는 탄소의 4개의 융합된 평면 탄소 고리로 구성되어 있다. 따라서 다환 방향족 탄화수소(PAH)로 분류되며, 이는 가시 우주에서 가장 풍부한 복합 분자 중 하나다. PAH는 1960년대에 탄소질 콘드라이트로 알려진 운석에서 처음 발견되었는데, 이는 우리 태양계를 형성한 원시 성운의 잔해이다. 매사추세츠 공과대학(MIT) 화학과 브렛 맥과이어 교수는 "별과 행성 형성의 큰 의문 중 하나는 초기 분자 구름에서 추출한 화학 물질 중 얼마나 많은 부분이 유전되어 태양계의 기본 구성 요소를 형성하는가 하는 것이다"라고 말했다. PAH는 우주에서 발견되는 탄소의 약 20%를 차지하는 것으로 추정되며, 별의 형성에서 사멸까지의 별의 일생 여러 단계에서 존재한다. PAH는 자외선(UV) 방사선에 대한 안정성과 복원력으로 인해 심우주의 혹독한 환경에서도 생존할 수 있다. 연구진은 지구 근처에서 발견된 소행성 류구(Ryugu)로부터 수집한 샘플에서 피렌이 높은 수준으로 발견된 후, 황소자리 구름에서도 다른 PAH를 찾기 시작했고 이번에 복합 탄소 분자를 발견하게 된 것이다. 태양계의 발상지에서 이런 분자를 발견한 것은 천문학자들이 오랫동안 찾아왔던 직접적인 연결 고리를 제공한다. 맥과이어는 "이는 초기 분자 구름에서 나온 이 물질이 우리 태양계를 구성하는 얼음, 먼지 및 암석체로 들어간다는 매우 강력한 증거"라고 설명했다. 이 발견은 전파 천문학을 이용한 것으로, 전파 천문학은 별, 행성, 은하, 먼지 구름과 같은 천체를 전파의 파장으로 관찰하는 천문학의 주요 분야다. 천문학자들은 다양한 천체에서 발생하는 전파를 연구함으로써 특정 대상의 구성, 구조 및 운동을 파악한다. 우주에서 분자를 식별하는 데 사용되는 다른 장비와 비교해, 전파 망원경은 일반 분자 그룹이 아닌 개별 분자를 관찰할 수 있는 기능을 제공한다. 전파 망원경은 분자가 특정 주파수에서 방출하거나 흡수하는 전자기파의 고유한 ‘지문(특성)’을 감지하고 출력한다. 각 분자는 고유한 회전 및 진동 에너지 레벨을 갖는다. 특성 전파는 분자가 이러한 레벨 사이를 전환할 때 생성된다. 전파 망원경은 이를 탐지해 연구에 제공하는 것이다. 이번 탄소 분자에 대해 UBC 화학과의 일사 쿡 교수는 "이는 2021년 처음 발견한 이후 우주에서 확인된 일곱 번째 개별 PAH"라고 말했다. 그는 "PAH는 생명의 구성 요소와 유사한 화학 구조를 갖고 있다. 이 분자가 어떻게 형성되고 우주로 운반되는지에 대해 더 많이 알게 되면 우리 태양계와 그 안의 생명에 대해 더 많이 알게 될 것이다"라고 부연했다. 태양계의 기원지에서 피렌을 발견한 것 외에도, 연구팀에게 더욱 흥미로웠던 것은 구름의 온도가 단지 10켈빈(섭씨 영하 263도)으로 측정되었다는 사실이다. 지구에서 PAH는 화석연료의 연소와 같은 고온 과정을 통해 형성된다. 따라서 이 추운 환경에서 PAH를 발견한 것은 놀라운 일이었다. 쿡 교수는 "향후 연구는 PAH가 극도로 추운 곳에서 형성될 수 있는지, 아니면 우주의 다른 곳에서 오래된 별의 죽음을 통해 형성돼 이동할 수 있는지 여부를 탐구하는 것이 목표"라고 말했다.
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[우주의 속삭임(75)] 태양계 밖 황소자리에서 처음으로 복합 탄소 발견
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[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재…행성 과학 새 지평 열어
- 토성의 위성 중 하나인 타이탄의 메탄 층에 대한 미스터리가 한겹 풀렸다. 타이탄은 토성의 위성 중 가장 큰 천체로, 태양계 내에서는 목성의 위성 가니메데에 이어 두 번째로 크다. 미국 하와이대학교 마노아 캠퍼스의 행성 과학자들은 새로운 연구를 통해 타이탄의 얼음 속에 메탄 가스가 갇혀 최대 10km 두께의 독특한 지각을 형성하고 있음을 밝혀냈다고 사이테크데일리가 보도했다. 이 지각은 그 아래 얼음층을 따뜻하게 하고 타이탄의 메탄 대기를 설명하는 데 도움이 될 것으로 예상된다. 타이탄의 메탄 미스터리 풀다 토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 태양계에서 지구 외에 대기와 액체 상태의 바다, 강, 호수를 가진 유일한 천체다. 극도로 추운 기온 때문에 이 액체들은 메탄과 에탄 같은 탄화수소로 이루어져 있으며, 표면은 단단한 고체 물 얼음으로 구성되어 있다. 하와이 지구물리학 및 행성학 연구소(HIGP)의 로렌 슈어마이어 연구원이 이끄는 연구팀은 타이탄의 충돌 크레이터가 예상보다 수백 미터 얕다는 사실을 발견했다. 나사(NASA) 데이터에 따르면 타이탄에서 확인된 크레이터는 90개에 불과하며, 이는 타이탄의 표면과 지질학적 역사에 대한 흥미로운 질문을 제공한다. 크레이터 분석을 통한 통찰 슈어마이어 연구원은 "다른 위성들을 기반으로 했을 때 타이탄 표면에 더 많은 충돌 크레이터가 있고, 그 크레이터들은 우리가 관찰한 것보다 훨씬 더 깊을 것으로 예상했기 때문에 분화구가 실제로는 얕다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 그는 "우리는 타이탄 특유의 무언가가 크레이터를 얕게 만들고 비교적 빠르게 분화구를 사라지게 한다는 것을 깨달았다"고 덧붙였다. 연구팀은 이 미스터리를 조사하기 위해 컴퓨터 모델을 사용해 타이탄의 얼음층이 메탄 클래스레이트 얼음층으로 덮여 있을 경우, 충돌 후 지형이 어떻게 변화흐는 지 시뮬레이션했다. 메탄 클래스레이트 얼음은 결정 구조 내에 메탄가스가 갇힌 일종의 고체 물 얼음이다. 타이탄 크레이터의 초기 형태는 알려져 있지 않기 때문에 연구팀은 비슷한 크기의 목성의 가니메데의 크레이터를 기반으로 두 가지 초기 깊이를 모델링하여 비교했다. 슈어마이어 연구원은 "이 모델링 접근 방식을 사용하여 메탄 클래스레이트 지각의 두께를 5~10km로 제한할 수 있었다. 이 두께를 사용한 시뮬레이션에서 관측된 크레이터와 가장 일치하는 크레이터 깊이가 생성되었기 때문이다"라고 설명했다. 그는 "메탄 클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 따뜻하게 하고 놀라울 정도로 빠른 지형 이완을 유발하며, 이는 지구의 빠르게 움직이는 따뜻한 빙하와 비슷한 속도로 크레이터를 얕게 만든다"라고 부연했다. 타이탄 대기에 미치는 메탄의 영향 메탄 얼음층의 두께를 추정하는 것은 타이탄의 메탄 대기 기원을 설명하고 연구자들이 타이탄의 탄소 순환, 액체 메탄 기반 '수문 순환(물이 끊임 없이 이동하는 현상)' 및 기후 변화를 이해하는 데 도움이 되기 때문에 중요하다. 슈어마이어 연구원은 "타이탄은 온실가스 메탄이 대기를 어떻게 따뜻하게 하고 순환하는지 연구할 수 있는 천연 실험실"이라고 말했다. 그는 "시베리아 영구 동토층과 북극 해저 아래에서 발견되는 지구의 메탄 클래스레이트 수화물은 현재 불안정해지고 메탄을 방출하고 있다. 따라서 타이탄에서 얻은 교훈은 지구에서 일어나는 과정에 중요한 통찰력을 제공할 수 있다"고 덧붙였다. 타이탄의 생명체 존재 가능성 이러한 새로운 발견에 비추어 볼 때 타이탄에서 볼 수 있는 지형은 따뜻할 수도 있다. 메탄 클래스레이트 얼음 지각의 두께를 제한함으로써 타이탄의 내부가 이전에 생각했던 것처럼 차갑고 딱딱하며 비활성 상태가 아니라 따뜻할 가능성이 있음을 알 수 있다는 것. 슈어마이어 연구원은 "메탄 클래스레이트는 일반적인 물 얼음보다 강하고 단열성이 뛰어나다"면서 "클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 단열하고 물 얼음층을 매우 따뜻하고 연성으로 만들며 타이탄의 얼음층이 천천히 대류하고 있거나 대류했음을 의미한다"고 설명했다. 향후 탐사 임무 슈어마이어 연구원은 "두꺼운 얼음층 아래 타이탄의 바다에 생명체가 존재한다면, 생명체의 흔적(바이오마커)은 우리가 미래 임무를 통해 더 쉽게 접근하거나 볼 수 있는 곳까지 타이탄의 얼음층 위로 운반되어야 할 것"이라면서 "이는 타이탄의 얼음층이 따뜻하고 대류하는 경우 발생할 가능성이 더 크다"고 말했다. 연구팀은 2028년 7월 발사되어 2034년 타이탄에 도착할 예정인 NASA 드래곤플라이 미션을 통해 이 위성을 가까이에서 관찰하고, 셀크라는 크레이터를 포함한 얼음 표면을 추가로 조사할 수 있는 기회를 갖게 될 것이다. ◇ 참고: Schurmeier, L. R., Brouwer, G. E., Kay, J. P., Fagents, S. A., Marusiak, A. G., & Vance, S. D. (2024). Rapid Impact Crater Relaxation Caused by an Insulating Methane Clathrate Crust on Titan. The Planetary Science Journal, DOI: 10.3847/PSJ/ad7018
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[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재…행성 과학 새 지평 열어
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[기후의 역습(78)] 울긋불긋 단풍은 옛말?…기후변화로 잎 갈화 현상 일반화
- 과거 오랫동안 지구가 그리는 색상은 계절의 변화만큼이나 신뢰할 수 있었다. 가을에는 잎이 선명한 주홍색으로 변했고 플로리다 해안의 수정처럼 맑은 물은 반짝이는 청록색이었다. 그런데 최근 들어 기후 변화가 이러한 자연의 경이로운 색상을 바꾸고 왜곡하고 있다고 독립매체 인디펜던트가 전했다. 지난해는 지구 역사상 가장 더운 해로 기록됐다. 올해는 또 육지 안팎에서 여러 차례의 기상 기록이 세워졌다. 멕시코만에서 극강한 허리케인이 발생했고, 미국 남부 전역에서는 폭우로 인해 수십 명이 사망했다. 가을은 일반적으로 무더위가 한풀 꺾이는 계절이지만, 애리조나주의 주도 피닉스는 가을이 시작된 지 며칠 만에 폭염이 닥쳐 기온 최고치를 기록했고, 북동부도 비정상적으로 뜨겁고 건조한 날씨를 보였다. 비영리 단체인 클라이밋 센트럴(Climate Central)에 따르면 1970년 이후 미국 도시 수백 곳에서 가을 평균 기온이 섭씨 2.5도 상승했다. 단풍을 구경하는 가을의 즐거움이 이제 기후 위기로 취약해지고 있다는 지적이다. 지난 8월 클라이밋 센트럴의 보고서에 따르면, 기후 변화로 인해 나뭇잎에 단풍이 드는 요인이 근본적으로 바뀌고 있다고 한다. 잎이 나오는 시기와 색깔은 모두 기온, 강수량 및 기타 기후 조건의 영향을 받는다. 일반적으로 선선한 기온은 단풍을 촉진하지만, 1970년부터 작년까지 전국 212개 지역의 가을밤 기온은 평균 2.7도 이상 올랐다. 더운 기온은 겨울이 오기 전에 식물이 성장을 멈추는 자연스러운 신호를 늦춘다. 식물이 성장을 멈춘다는 의미는 포도당을 만드는 잎의 엽록소가 줄어들고 그 자리를 단풍 색깔로 물들인다는 뜻이다. 이게 늦어지면 단풍도 지연된다. 그 결과 북동부 수목선을 단풍으로 물들이는 시즌이 더 늦어지고 시기는 더욱 짧아진다. 해가 짧아지고 햇빛에 노출되는 시간이 줄어들면서 식물은 광합성을 줄인다. 광합성은 햇빛을 이용해 식물이 생존에 필요한 에너지를 만드는 과정이다. 광합성이 줄어들면 엽록소가 감소하고, 잎은 밝은 주황색, 노란색, 빨간색, 심지어 보라색으로 변한다. 그러나 극심한 가뭄과 더위는 단풍을 물들이기 전에 잎을 갈색으로 바꿀 수 있다. 한편, 뉴잉글랜드의 다채로운 수목 지대에서 거의 1만 마일(약 1만6093km) 떨어진 얼어붙은 남극 대륙이 녹색으로 변하고 있다. 네이처 지구과학 저널에 최근 발표된 연구에 따르면 남극 반도 전역의 식물은 지난 40년 동안 10배 이상 증가했다. 남극은 지구 평균보다 더 빨리 온난화되고 있다. 이 연구는 식물이 남극 대륙에서 빠르게 확산되고 있으며, 기온의 지속적인 상승으로 미세 조류가 섞인 녹색 눈은 더 넓게 퍼질 가능성이 있음을 보여주고 있다. 기후 변화 영향으로 인해 세계의 바다도 푸른색에서 녹색으로 변하고 있다. 국제 연구진은 20년 이상 축적된 나사(NASA) 위성 이미지를 분석해 세계 바다의 절반 이상에서 이러한 변화를 발견했다. 연구는 바다의 녹색화가 엽록소를 생성하는 식물성 플랑크톤과 같은 미세 조류의 증가를 의미하며, 이로 인해 상대적으로 바닷물의 비율이 감소하기 때문일 수 있다고 주장했다. 이는 바다가 탄소와 지구의 열을 흡수하는 능력에 큰 영향을 미친다. 지구 온난화가 계속되고 화석 연료 소모에 의한 탄소 배출이 온난화를 가속함에 따라 악순환은 이어진다. 그럴수록 지구 전역에서 나뭇잎들이 가을이 되어도 종래와는 다른 색깔이 나타날 것이라는 지적이다.
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[기후의 역습(78)] 울긋불긋 단풍은 옛말?…기후변화로 잎 갈화 현상 일반화
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[신소재 신기술(124)] COF 소재, 탄소 포집 능력 극대화⋯소량으로도 효과 탁월
- 소량의 물질로 대기 중 이산화탄소를 효과적으로 제거하는 새로운 탄소 포집 기술이 미국에서 개발됐다. 이산화탄소를 비롯한 온실가스는 배출은 쉽지만, 이를 다시 포집하는 것은 어려운 과제였다. 대기 중 탄소를 제거하는 기술은 기후 위기의 영향을 줄이는 중요한 방법이지만, 아직 많은 기술이 설계 단계에 있거나 효율성이 낮아 실질적인 효과를 거두기가 어려웠다. 미국 캘리포니아 버클리캠퍼스(UC Berkeley) 연구팀은 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 직접 포집하는 과정을 단순화하는 새로운 기술을 개발했다고 홈페이지를 통해 발표했다. 해당 내용은 IFL사이언스에서 다루었다. 현재 이산화탄소를 포집하는 기술은 크게 자연 기반 기술과 인공 기술로 나눌 수 있다. 먼저 자연 기반 기술에는 나무를 심고 관리하는 방법이 있다. 가장 오래되고 검증된 방법이지만 토지 이용에 제약이 있고 효과가 나타나기까지 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 또한 토양의 탄소를 제거해 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추는 방법과 해조류 등을 통해 해양의 이산화탄소 흡수 능력을 향상시키는 해양 기반 기술이 있다. 인공 기술 중 직접 공기 포집(DAC)은 공기 중 이산화탄소를 직접 포집해 저장하거나 활용하는 기술이다. 이는 토지 사용 면적이 적고, 이산화탄소를 직접 제거해 효과가 빠르다. 그밖에 이산화탄소를 암석이나 광물과 반응시켜 탄산염 형태로 저장하는 기술, 바이오에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS) 등이 있다. 나사(NASA) 과학자들에 따르면 인간 활동의 여파로 현재 이산화탄소 수치는 산업혁명 이전보다 50% 더 높다. COF 소재란? UC버클리 연구팀이 이번에 개발한 새로운 탄소 포집 기술인 다공성 소재 '공유 결합 유기 골격(COF)'은 기존 DAC 기술의 한계 중 하나인 물이나 기타 오염 물질에 의한 분해 없이 주변 공기에서 CO₂를 포집한다. 이 기술의 핵심은 '공유 결합 유기 골격-999(COF-999)'라는 소재이다. COF-999는 규칙적인 내부 기공을 가진 단단한 결정 구조로, 이산화탄소와 상호 작용하는 아민(amine, NH₂ 그룹)으로 내부가 장식되어 있다. 아민은 이산화탄소를 흡착한 후 방출하는 사이클을 통해 탄소를 포집하고 저장하는 데 사용될 수 있다. 이 기술은 기존 탄소 포집 기술의 한계를 극복하는 획기적인 발전으로 평가 받는다. 기존 탄소 포집 기술은 이산화탄소 농도가 높은 곳에서 효과적으로 작동했다. 반면, 연구팀이 개발한 새로운 다공성 물질은 공기 중의 이산화탄소가 다공성 물질 사이를 통과하면서 흡착되는 방식으로, 대기 중의 낮은 이산화탄소 농도를 효율적으로 제거할 수 있다. 연구 책임자인 오마르 야기 교수는 "이 물질을 튜브에 넣고 버클리의 바깥 공기를 통과 시켰더니 공기 중 이산화탄소가 완전히 제거되었다"며 "성능 면에서 비교할 대상이 없을 정도로 획기적인 기술"이라고 강조했다. 소량으로도 높은 탄소 포집 효과 연구팀은 250g의 물질로 1년에 20kg의 이산화탄소를 제거할 수 있을 것으로 예상했다. 팀은 이는 다 자란 나무가 1년 동안 공기 중의 이산화탄소를 제거하는 것과 같은 효과를 지닌다며, 기존 탄소 포집 시스템과 함께 사용하여 효율성을 높일 수 있다고 설명했다. 야기 교수는 "COF-999는 화학적 및 열적으로 안정적인 구조를 가지고 있으며, 에너지 소비가 적고 100회 이상 사용해도 성능 저하가 없다"며 "대기 중 탄소 포집에 가장 적합한 물질"이라고 설명했다. 머신러닝 활용으로 기술 개선 기대 연구팀은 머신러닝 기술을 활용해 이 기술을 더욱 발전시킬 계획이다. 이와 더불어 기후 위기를 늦추기 위해서는 배출량 감소 노력과 파리협정 준수가 중요하다고 강조했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.
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[신소재 신기술(124)] COF 소재, 탄소 포집 능력 극대화⋯소량으로도 효과 탁월
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