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2025-04-19 (토)

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[퓨처 Eyes(48)]세계 최초, 전자의 움직임 포착하는 '아토현미경' 개발 - 과학계 새 지평 열다

미국 애리조나 대학교 연구팀이 세계 최초로 전자의 움직임을 포착하는 투과 전자 현미경, 일명 '아토현미경' 개발에 성공했다. 이 현미경은 찰나의 순간에도 지구를 수십 바퀴 돌 수 있는 전자의 움직임을 포착할 수 있을 정도로 강력하다. 전자는 아주 작은 입자로 원자를 구성하는 기본 요소 중 하나다. 전자는 음(-)의 전하를 띠고 있으며, 원자핵 주변을 빠르게 돌고 있다. 전자의 움직임은 전기, 빛, 화학 반응 등 다양한 현상의 근본적인 원인지 된다. 연구팀은 움직이는 전자의 정지 프레임 화면을 찍을 만큼 강력한 아토현미경 개발이 물리학, 화학, 생명공학, 재료 과학 등 다양한 분야에 획기적인 발전을 가져올 것으로 기대하고 있다. 연구를 주도한 모하메드 하산(Mohammed Hassan) 물리학 및 광학 과학 부교수는 "이 투과 전자 현미경은 최신 스마트폰에 탑재된 고성능 카메라와 같다"며 "이전에는 볼 수 없었던 전자의 움직임을 관찰하고, 이를 통해 과학계가 전자의 행동과 양자 물리학을 더 깊이 이해할 수 있기를 바란다"고 밝혔다. 전자 빔 투과로 상세 이미지 생성 투과 전자 현미경은 빛 대신 전자 빔을 사용하여 물체를 최대 수백만 배까지 확대하는 장비다. 기존 광학 현미경으로는 볼 수 없는 미세한 부분까지 관찰할 수 있어 과학 연구에 널리 활용되고 있다. 다시 말하면, 투과 전자 현미경은 가시광선을 사용하는 대신 전자 빔을 연구 중인 샘플에 통과시킨다. 전자와 샘플 사이의 상호작용은 렌즈로 포착되고 카메라 센서로 감지되어 샘플의 상세한 이미지를 생성한다. 이와 같은 원리를 사용하는 초고속 전자 현미경은 2000년대 처음 개발됐으며, 레이저를 사용해 펄스 전자 빔을 생성한다. 이 기술은 현미경의 시간적 해상도, 즉 시간에 따른 샘플의 변화를 측정하고 관찰할 수 있는 능력을 크게 향상시킨다. 이러한 초고속 현미경에서는 카메라의 셔터 속도에 따라 이미지 품질이 결정되는 대신 투과전자 현미경의 해상도는 전자 펅스의 지속 시간에 따라 결정된다. 펄스가 빠를수록 이미지가 더 선명해진다. 연구팀이 개발한 아토현미경은 펨토초(femtosecond, 1000조분의 1초)보다 훨씬 빠른 아토초(attosecond, 100경 분의 1초-팸토초보다 1000배 더 짧음) 단위로 전자 펄스를 생성한다. 이는 2023년 노벨 물리학상을 수상한 과학자들의 연구를 기반으로 한 것으로, 극자외선 방사선 펄스를 아토초 단위로 측정하는 기술을 응용했다. 아토현미경은 강력한 레이저를 두 개의 초단파 광 펄스로 변환하여 작동한다. 첫 번째 펄스는 샘플에 에너지를 공급하여 전자를 움직이게 하고, 두 번째 펄스는 아토초 단위로 전자 펄스를 생성하여 샘플을 탐색한다. 두 펄스의 정밀한 동기화를 통해 전자의 움직임을 원자 수준에서 실시간으로 관찰할 수 있다. 하산 교수는 "전자 현미경 내부의 시간 해상도 개선은 오랜 숙원이었다"며 "이제 '아토현미경'을 통해 처음으로 전자의 움직임을 볼 수 있게 되었다"고 말했다. 아토현미경 개발의 의미 아토현미경의 개발은 과학계에 새로운 지평을 여는 혁신적인 성과로 평가된다. 전자의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있게 됨으로써, 과학자들은 다음과 같은 분야에서 획기적인 발전을 이룰 수 있을 것으로 기대하고 있다. 1) 물질의 근본적인 특성 규명 아토현미경을 통해 물질 내 전자의 상호작용 및 에너지 전달 과정을 밝혀낼 수 있다. 이는 새로운 소재 개발, 에너지 효율 향상, 촉매 반응 개선 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 2) 생명 현상의 이해 증진 생체 분자 내 전자의 이동 및 화학 반응 과정을 관찰하여 생명 현상의 메커니즘을 밝히고, 질병 치료 및 신약 개발에 기여할 수 있다. 3) 양자 컴퓨팅 기술 발전 양자 컴퓨팅의 핵심 요소인 큐비트의 동작 원리를 이해하고, 양자 컴퓨터 개발에 필요한 기술적 난제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있다. 이번 연구 결과는 과학 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-08-29 10:53:00
[기후의 역습(38)] 안데스산맥 빙하, 1만1천 년 만에 최소 면적 기록

선사시대에 얼음으로 뒤덮였던 남미 안데스산맥 빙하가 녹아 바위를 드러내고 있다. 이곳 열대 빙하는 1만 1700년 만에 가장 작은 크기로 줄어들어 기후 변화의 직격타를 맞고 있는 것으로 밝혀졌다. 이는 보스턴 칼리지 연구팀이 조사한 것으로, 연구 결과는 '사이언스' 저널에 게재됐다고 PHYS가 전했다. 보스턴 칼리지 연구팀이 안데스산맥의 4개 빙하에 인접한 암석 샘플을 분석한 결과 빙하 후퇴가 예상보다 심각했다. 지구과학자들은 과거에도 적도에 접한 열대 지방의 기온이 올라감에 따라 이 지역 빙하가 녹거나 후퇴할 것이라고 예측했는데, 이번 조사 결과에 따르면 빙하의 후퇴는 지금까지의 예측을 뛰어넘어 훨씬 빠르게 진행됐다. 연구팀을 이끈 제러미 샤쿤 박사는 "현재의 빙하 면적과 크기가 지난 1만 1000년 동안 과거 어느 때보다 작다는 강력한 증거가 있다"고 말했다. 그는 "최근 빙하 후퇴가 적설량 감소나 구름의 변화가 아닌 기온 상승 때문이라는 점을 감안할 때, 열대 지방은 이미 홀로세(신생대 제4기 마지막부터 현재까지 진행 중인 지질 시대) 범위를 벗어나 인류세(인간 활동이 지구환경에 영향을 미친 산업혁명 이후 현재)로 들어와 있다는 것을 발견했다"고 설명했다. 따라서 빙하는 이제 더 이상 홀로세 간빙기로 분류되지 않을 것으로 보인다. 홀로세 간빙기는 문명이 탄생하고, 물이 마을과 도시의 형성 및 농업과 상업 활동의 번성을 결정한 중요한 시대다. 그러나 빙하에 관한 한 종말을 향해 나아가고 있는 시대, 즉 인류세로 분류하는 것이 옳다는 게 보고서의 지적이다. 보고서는 전 세계 빙하의 대부분이 예상보다 훨씬 빠르게 녹아내리고 있으며, 기후학에서 예상하는 일정보다 적어도 수십 년 앞설 가능성이 있다고 시사한다. 샤쿤은 "안데스 빙하 감소는 빙하가 중요한 기준점을 넘어섰다는 지구상의 첫 번째 강력한 증거다. 이는 지구상 모든 곳의 빙하에 대한 '탄광의 카나리아(다가올 위험을 먼저 알려주는 존재)'다"라고 설명했다. 안데스산맥에서의 연구팀의 목표는 지난 1만 1000년 동안 열대 빙하가 어떻게 줄었는지를 확인하는 것이었다. 팀은 안데스산맥이 퍼져 있는 콜롬비아, 페루, 볼리비아에서 최근 빙하가 녹아 드러난 기반암의 성분을 측정했다. 베릴륨-10과 탄소-14라는 두 가지 희귀한 동위 원소가 우주에서 온 우주 방사선에 노출되면 기반암 표면에 축적된다. 빙하 밑에 있다가 최근 노출된 기반암에서 이들 동위 원소의 농도를 측정하면 과거에 기반암이 노출된 시간을 확인할 수 있다. 이를 통해 빙하가 오늘날과 비교해 어땠는지 또한 알 수 있다. 햇볕에 그을린 정도를 통해 사람이 햇볕에 얼마나 오래 노출되었는지 알 수 있는 것과 유사하다. 연구팀은 4개의 열대 빙하 앞에서 측정한 18개의 기반암 샘플에서 베릴륨-10이나 방사성 탄소-14를 거의 발견하지 못했다. 이는 이곳 빙하가 마지막 빙하기에 형성된 이후 우주 방사선에 노출된 적이 없다는 것을 말해준다. 다시 말해 이 지역은 최근까지 빙하에 덮여 드러나지 않았으며, 현재의 빙하는 전례없는 수준으로 녹고 있다는 방증이다. 한편, 20년 전 세계에서 가장 큰 열대 빙하인 페루 퀘르카야 빙하를 연구하던 과학자들은 빙하에 있던 식물의 잔해가 빙하가 녹으면서 같이 흘러내리는 것을 발견했다. 방사성 탄소 연대 측정 결과, 이 식물의 나이는 5000년으로 추정됐다. 이는 퀘르카야 빙하가 5000년 전에 훨씬 더 컸음을 의미한다. 그렇지 않았다면 식물은 이미 없어졌을 것이기 때문이다. 샤쿤은 퀘르카야에서의 발견은 현대의 빙하 후퇴 규모가 홀로세 변동의 한계를 넘어서고 있는지까지는 불분명하다고 말했다. 연구팀은 알래스카에서 티에라 델 푸에고에 이르기까지 아메리칸 코딜레라 산맥의 전체에 걸쳐 빙하에 동일한 기술을 적용해 탐사하고 있다. 팀은 작년에 북미에서의 샘플링 결과를 발표했으며 곧 남미 남부에서의 연구 결과도 발표할 계획이다. 결과물을 모두 모으면 현재의 빙하 후퇴에 대한 총체적인 판단을 내릴 수 있을 것이라는 기대다.
- 포커스온
2024-08-06 13:24:00
[우주의 속삭임(39)] 달, 지구 멸종 위기종의 '노아의 방주' 될까?

달이 지구에서 멸종 위기에 처한 생물의 생물학적 냉동 샘플을 보관하는 장소가 될 수 있을까. 수십억 년 동안 햇빛을 받지 못한 달의 극저온 암흑 지역이 멸종 위기종 샘플을 보관할 적당한 장소로 사용될 수 있다는 새로운 연구가 발표돼 주목된다고 스페이스닷컴이 전했다. 지구에는 최대 800만 종의 생물이 존재하며, 이 중 100만 종 이상이 멸종 위기에 처해 있을 것으로 추정된다. 그러나 더 우려되는 것은 이 추정치가 빙산의 일각일 수 있다는 점이다. 인간이 찾아내 공개되기도 전에 멸종되는 종이 많을 수도 있기 때문이다. 실제로 생물 도감에 올라 있는 종은 전체 종의 적은 비중이라는 주장도 많다. 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'이라는 공정을 사용한다. 이는 본질적으로 세포 물질을 심층 동결하고 달의 영구적인 자연 환경을 이용해 생물학적 정지 상태를 유지하는 것이다. 연구팀은 "지상의 경우 수많은 인위적 요인으로 인해 많은 종과 생태계가 불안정하고, 환경 악화로 멸종 위협에 직면해 있다. 종의 위기는 자연 환경에서 회복될 수 있는 능력보다 더욱 빠른 속도로 진행되고 있다"고 우려했다. 연구팀은 위기에 처한 생물 종을 구할 수 없다면, 적어도 냉동 보존을 통해 일부 생물을 구할 수 있다고 주장했다. 또한 보관하는 샘플을 이용해 복제할 수도 있다고 했다. 팀은 "우리는 이미 지구상에서 생물학적 샘플을 냉동 보존할 수 있는 기술과 능력을 보유하고 있지만, 장기적인 보관은 어려운 것으로 판명됐다"고 말했다. 그 이유는 지구에는 냉동 보관하기에 충분한 자연적 장소가 없고, 따라서 샘플을 냉동 보관하기 위해 기술과 돈에 의존해야 하기 때문이다. 반면 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. 프로젝트가 실행돼도 극복해야 할 물류적인 장애물이 적지 않다. 샘플은 우주로의 수송을 위해 적절하게 포장되어야 하며, 달의 높은 수준의 방사선으로부터 보호되어야 한다. 여기에 더해 국제 협력과 자금 조달 문제도 있다. 그래도 달은 생물 저장소로서 적절한 장소라는 지적이다. 연구팀은 이미 육식성 푸른 반점 물고기인 청별망둑(Asterropteryx semipunctata)으로 이 프로젝트를 진행하기 위한 연구를 시작했다. 이 연구 보고서는 '바이오사이언스(BioScience)' 저널에 게재됐다.
- IT/바이오
2024-08-06 07:19:00
전자동 치과 로봇, 세계 최초로 인간 대상 수술 실시

AI 제어 자율 로봇이 치과계에서 처음으로 인간 환자를 대상으로 치과 시술을 성공적으로 수행했다. 특히 인간 치과의사가 할 수 있는 것보다 약 8배 빠른 속도로 해 냈다고 뉴아틀라스가 전했다. 미국 보스턴에서 설립된 스타트업 퍼셉티브(Perceptive)가 만든 이 치과 로봇은 휴대용 3D 체적 스캐너와 광간섭 단층촬영(OCT) 장치를 사용해 치아, 잇몸, 심지어 치아 아래의 신경까지 포함한 입의 자세한 3D 모델을 구축한다. 입의 체적 모델을 구축하는 OCT는 광선만 사용하므로 인체에 유해한 X선 방사선이 전체 과정에서 배제되고, 고해상도 촬영이 가능하며, 충치의 상태까지 약 90%의 정확도로 자동으로 감지된다고 한다. 물론 치과의사와 환자와의 상담과 시술에 대한 의사결정 과정은 거친다. 일단 결정이 내려지면 로봇 치과 의사가 수술을 인계받는다. 로봇 치과 의사에 수술 계획과 과정이 전달되면 로봇이 수술을 진행한다. 치과 로봇의 첫 번째 전문 분야는 치과 크라운(인공 금속관을 씌우는 치과 시술)을 위한 치아 준비다. 퍼셉티브는 인간 의사 시술의 경우 크라운은 일반적으로 두 번으로 나뉘어 시행되며 총 두 시간 정도 걸리는 과정이라고 밝혔다. 그러나 로봇 치과의사는 이를 15분에 안에 마친다고 한다. 퍼셉티브는 치과 로봇이 '움직임이 매우 많은 조건에서도' 안전하게 업무를 처리할 수 있다고 주장하며, 움직이는 인간 환자에 대한 시술은 모두 성공적이었다고 밝혔다. 퍼셉티브의 설립자 겸 CEO 크리스 시리엘로는 "세계 최초의 완전 자동화된 로봇 치과 시술을 성공적으로 완료했다"며 "이 의학적 혁신은 치과 시술의 정밀성과 효율성을 높이고, 더 나은 치과 치료에 대한 접근성을 높여 환자 경험과 임상 결과를 개선한다. 우리는 시스템을 발전시키고 환자를 위한 확장 가능하고 완전 자동화된 치과 의료 솔루션을 개척하기를 희망한다"고 말했다. 퍼셉티브의 임상 자문위원회 위원 카림 자클라마는 "퍼셉티브의 AI 기반 로봇 시스템은 치의료계를 혁신할 것이다. 절차를 간소화하고 환자에게 편안함을 더할 것이며, 특히 구강 내 스캐너와 같은 고급 이미징 기능은 종전과 비교할 수 없는 세부 정보를 제공해 문제를 더 정확하게 조기 진단하고 환자와 더 효과적으로 소통할 수 있게 해준다. 이러한 효율성 덕분에 개인화된 환자 치료에 더 집중하고 의자에 앉아 있는 시간을 줄여 더 많은 환자를 효과적으로 치료할 수 있다"고 설명했다. 고정밀 인간 제어 로봇 수술은 이미 빠른 속도로 발전하고 있다. 인간 의사의 안정적인 손에 대한 전통적인 필요성은 사라지고 있다. 휴머노이드 분야에서 보듯, 로봇을 원격 조작하기 시작하는 순간, 로봇이 언젠가는 인간과 동일한 작업을 수행하도록 훈련될 것이며, 치과 분야도 마찬가지다. 크라운과 같이 60분짜리 마라톤 시술을 두 번 하는 대신 15분 만에 로봇 치과의사의 시술로 끝낼 수 있다면, 그것은 엄청난 개선이다. 시스템은 비용이 들겠지만, 많은 시간을 절약하기 때문에 충분히 상쇄할 수 있다. 환자 입장에서는 오히려 치료비가 줄어드는 효과가 크다. 그러나 이 치과 로봇은 아직 FDA 승인을 받지 못했다. 퍼셉티브는 로봇 치과의사의 출시 일정을 정하지 않았다. 대중이 로봇 치료를 받을 수 있기까지는 몇 년이 걸릴 수 있다. 퍼셉티브는 로봇의 기능을 확장하고 치료 범위를 넓한다는 계획이다.
- IT/바이오
2024-08-02 14:20:00
[우주의 속삭임(28)] 태양, X급 플레어 방출해 호주·일본 등 전파장애 발생

태양 흑점이 최근 또 폭발해 호주와 동남아시아에서 일시적인 전파 방해가 발생한 것으로 확인됐다. 올해 5월 대폭발 이후 태양 활동이 비교적 잠잠했던 가운데, 지난 7월 14일(한국 시간) 강력한 X등급 태양 플레어가 발생했다고 스페이스닷컴이 전했다. 이는 태양 플레어 중 가장 강력한 등급이다. 미국 항공우주국(나사·NASA)는 지난 7월 13일(현지시간) 분출된 X1.2 태양 플레어의 이미지를 공유했다. 이번 태양 플레어는 흑점 AR3838에서 발생했으며, NASA의 태양활동관측위성(SDO)이 우주에서 이 역동적인 장면을 포착했다. 플레어 발생 직후 호주, 동남아시아, 일본 등 일부 지역에서 단파 무선 통신 장애가 발생했다. 이는 강력한 태양 플레어 발생 시 방출되는 강력한 X선 및 극자외선으로 인해 흔히 발생하는 현상이다. 다만, 이번 플레어는 코로나 질량 방출(CME)을 동반하지 않아 지구 자기장에 큰 영향을 미치지 않을 것으로 예상된다. 태양 플레어는 태양 표면에서 발생하는 폭발 현상으로 강력한 전자기 방사선을 방출한다. 태양 대기 중 축적된 자기 에너지가 방출될 때 발생하며, 그 강도에 따라 A, B, C, M, X 등급으로 분류된다. X등급은 가장 강력한 것이며, M등급은 X등급보다 10배 약하다. 이번 태양 플레어는 X1.27등급으로 관측됐다. 태양 플레어의 방사선은 빛의 속도로 지구로 이동해 도착 즉시 대기를 이온화(전기적으로 충전)한다. 이러한 이온화는 고주파 단파 무선 신호가 통과할 수 있는 밀도가 높은 환경을 조성해 정거리 통신을 용이하게 한다. 전파가 이온화된 층에서 전자와 상호 작용할 때 충돌이 증가해 에너지를 잃게 되고, 이로 인해 전파 신호가 저하되거나 완전히 흡수될 수 있다. 미국 국립해양대기청(NOAA)은 15일 "눈에 보이는 태양 원반에는 흑점군이 많이 존재하며, 7월 15일부터 18일까지 사소하거나 중간 정도의 플레어가 발생할 가능성이 높다"고 보고했다. 태양에서 분출하는 12개의 흑점 영역 중 3838영역은 이번 X1.2 등급으로 분류된 플레어의 원인이다. NOAA는 흑점 영역이 "자기적으로 복잡하다"고 밝혔다. NASA에 따르면. 이 태양 주기는 솔라 사이클 25(Solar Cycle 25)로 알려져 있으며, 2019년 12월 시작되어 현재 최대치에 접근하고 있다. 11년 주기로 측정한 결과, 태양은 올해 피크 활동 주기를 거치는 동안 많은 강력한 태양 플레어를 방출했다. NOAA에 따르면, 태양 플레어 폭발은 태양의 플라스마가 지구를 둘러싼 자기장에 파고들 때 발생하는 태양 코로나 질량 방출과 관련이 있다. 태양 물질이 지구에 도착하면 지자기 폭풍이 발생한다. 예를 들어 올해 5월 11일 NOAA가 강력한 G4 지자기 폭풍 경보를 발령했을 때와 같이 북극광(오로라)과 같은 천체 현상이 발생할 수 있다. 당시 북극광은 미국 남쪽까지 진출해 텍사스 주에서도 관측됐다. 지난주 지자기 활동으로 5월에 나타났던 북극광은 예측되지 않았다. 그러나 NOAA는 태양 활동으로 인해 통신이 중단될 가능성이 있다고 보고했다. 한편, 15일(현지시간) 뷰몬트 언테프라이즈에 따르면 12개 이상의 활성 흑점이 계속해서 태양 플레어를 분출하고 있어서 과학자들은 이번 주 후반에 '가능한' 지자기 활동이 예측되어 위성 통신이 중단될 가능성이 있다고 밝혔다.
- IT/바이오
2024-07-16 17:17:00
[우주의 속삭임(22)] 태양 입자 폭발, 지구 오존층 파괴…방사선 노출 위험 고조

핀란드와 영국, 미국 등 국제 연구팀이 태양에서 발생하는 강력한 입자 폭발 현상이 지구의 오존층을 심각하게 파괴해 장기간 지구 표면에 방사선 노출량을 증가시킬 수 있음을 밝혔다고 PHYS.org가 2일(현지시간) 보도했다. 올해 5월초 발생한 강력한 오로라는 태양 폭풍이 방출하는 방사선 에너지를 보여주는 사례였다. 태양은 때때로 더 파괴적인 현상을 일으키기도 한다. '태양 입자 방출(solar particle events)'이라고 알려진 이 현상은 태양 표면에서 직접 방출되는 양성자 폭발로, 마치 탐조등처럼 우주 공간으로 뻗어 나갈 수 있다. 연구에 따르면, 지구는 약 1000년마다 극심한 태양 입자 방출 현상에 노출되며, 이는 오존층에 심각한 손상을 입히고 지표면의 자외선(UV) 복사량을 증가시킬 수 있다. 지난 7월 1일 미국 국립과학원 아카데미 회보에 게재된 논문에서 연구팀은 이러한 극한 상황이 발생했을 때 나타나는 현상을 분석했다. 또한 지구 자기장이 약화되었을 때 이러한 현상이 지구 생명체에 미치는 영향이 매우 클 수 있음을 보여줬다. 이 논문의 주저자는 판란드 오울루대학교(University of Oulu)의 프레이드리그 아르세노비치(Predrag Arsenovic)이며, 공동 저자는 영국 레딩대학교(University of Reading)의 매튜 오웬스(Mathew Owens), 미국 콜로라도대학교 볼더(University of Colorado Boulder)의 마이크 록우드(Mike Lockwood), 오울루대학교의 일리야 우소스킨(Ilya Usoskin), 레딩대학교의 루크 바나드(Luke Barnard) 등이다. 극지방 자기장, 오로라 형성 지구 자기장은 태양에서 방출되는 전하를 띤 방사선을 막아주는 중요한 보호막 역할을 한다. 일반적인 상태에서 지구 자기장은 거대한 막대 자석처럼 기능하며, 한쪽 극에서 나온 자기장 선이 다른 극으로 돌아가는 형태를 띠고 있다. 극지방에서는 자기장 선이 수직으로 배열되어 일부 이온화된 우주 방사선이 상층 대기까지 침투해 공기 분자와 상호작용하며 오로라를 생성한다. 그러나 지구 자기장은 시간이 지남에 따라 크게 변화한다. 지난 세기 동안 북극 자기는 연간 약 40km 속도로 캐나다 북부를 가로질러 이동했으며, 자기장 강도는 6% 이상 약화됐다. 지질학적 기록에 따르면, 지구 자기장이 매우 약하거나 완전히 사라진 시기가 수백년 또는 수천 년 지속된 경우도 있었다. 고대에 자기장을 잃고 그 결과 대기의 대부분을 잃은 화성을 살펴보면 지구 자기장이 없다면 어떤 일이 일어날지 알 수 있다. 지난 5월 지구에 오로라 발생 직후 강력한 태양 입자 방출 현상이 화성을 강타했다. 이로 인해 화성 탐사선 오디세이의 작동이 중단됐고, 화성 표면의 방사선 수치가 흉부 X선 촬영시 받는 방사션보다 약 30배나 높은 수준을 기록했다. 태양의 외기는 '태영풍'이라고 알려진 전자와 양성자의 끊임없이 변동하는 흐름을 방출한다. 그러나 태양 표면은 태양 입자 방출 현상에서 에너지, 주로 양성자인 에너지 폭발을 산발적으로 방출한다. 이는 종종 태양 플레어와 관련 있다. 오존 감소, 방사선 증가 양성자는 전자보다 훨씬 무겁고 더 많은 에너지를 가지고 있기 때문에 지구 대기의 더 낮은 고도애 도달해 공기 중의 기체 분자를 들뜨게 자극한다. 그러나 이러한 들뜬 분자는 육안으로 볼 수 없는 X선만 방출한다. 매 태양 주기(약 11년)미디 수 백건의 약한 태양 입자 방출 현상이 발생하지만, 과학자들은 지구 역사 전체에 걸쳐 훨씬 더 강력한 사건의 흔적을 발견했다. 가장 극단적인 것 중 일부는 현대 장비로 기록된 것보다 수전 배 더 강했다. 이러한 극단적인 태양 압자 방출 현상은 대략 수천 년마다 발생한다. 가장 최근의 사건은 993년 경에 발생했다. 즉각적인 영향 외에도 태양 입자 방출 현상은 상층 대기에서 오존을 고갈시킬 수 있는 일련의 화학 반응을 일으킬 수도 있다. 오존은 유해한 태양 자외선을 흡수해 시력과 DNA를 손상시킬 수 있으며, 피부암 위험을 증가시키고 기후에도 영향을 미친다. 새로운 연구에서 연구팀은 극심한 태양 입자 방출 현상의 영향을 조사하기 위해 대규모 컴퓨터 모델을 사용했다. 연구팀은 이러한 사건이 1년 정도 오존층을 고갈시켜 지표면의 자외선 수치를 높이고 DNA 손상을 증가시킬 수 있음을 발견했다. 그러나 지구 자기장이 매우 약한 시기에 태양 양성자 사건이 발생하면 오존 손상이 6년 동안 지속되어 자외선 수치가 25% 증가하고 태양에 의한 DNA 손상률이 최대 50%까지 증가할 수 있다. 진화와 자가장과의 상관관계 그렇다면 약한 자기장과 극심한 태양 양성자 사건의 이러한 치명적인 조합은 얼마나 자주 일어날까. 이 두 현상은 상대적으로 자주 함께 발생할 가능성이 크다. 실제로 이러한 사건의 조합은 과거 지구의 여러 가지 미스터리한 사건을 설명할 수 있다. 가장 최근의 약한 자기장 기간(북극과 남극의 일시적인 전환 포함)은 4만2000년 전에 시작되어 약 1000년 동안 지속됐다. 유럽에서 마지막 네안데르탈인의 멸종과 호주에서 거대 웜뱃과 캥거루를 포함한 유대류 거대 동물군의 멸종과 같은 몇가지 주요 진화 사건이 이 시기에 발생했다. 훨씬 더 큰 진화적 사건 또한 지구의 자기장과 관련이 있다. 남호주 플린더스 산맥의 화석에 기록된 에디아카라기 말(약 5억6500만년) 다세포 동물의 기원은 2600만 년 동안 자기장이 약하거나 없는 시기 이후에 발생했다. 마찬가지로 캄브리아기 대폭발(약 5억3900만년 전)에서 다양한 동물 그룹의 급속한 진화는 지자기 및 높은 자외선 수준과 관련이 있다. 관련 없는 여러 그룹에서 눈과 단단한 몸 껍질의 동시 진화는 '빛으로부터의 도피'에서 유해한 자외선 유입을 감지하고 피하는 가장 좋은 수단으로 설명됐다. 이제 막 첫발을 뗀 진화와 자기장과의 연구는 지구 생명체의 역사와 미래에 대한 이해를 넓히는 데 중요한 영향을 미칠 수 있다. 아울러 지구 온난화로 인한 자기장 변화가 생태계에 미칠 영향을 예측하고 대비하는 데 도움을 줄 수 있다.
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2024-07-03 16:33:00
우주경제 시대 성큼…우주 여행이 인체 건강에 미치는 영향은?

우주 여행은 인체의 건강에 어떤 영향을 미칠까. 이 질문은 전문 우주 비행사뿐만 아니라 돈만 지불하면 누구나 지구 궤도에 진입할 수 있는 우주 관광을 계획하거나 우주를 관광하려는 사람들에게도 매우 중요한 문제다. 지난 2021년 최초의 민간인 궤도 비행에 탑승한 스페이스X(SpaceX) 관광객 4명의 비행 데이터를 사용, 우주가 인체 건강에 미치는 영향을 포괄적으로 조사 분석한 연구 결과 보고서가 출판돼 주목된다고 PHYS가 전했다. 이 보고서는 '네이처' 저널에 게재됐다. 전 세계 100개 이상의 기관에서 온 연구팀은 데이터 조사를 통해 인간의 신체가 우주에 도달하면 다양한 방식으로 변화하지만, 대부분의 변화는 지구로 돌아온 후 수 개월 안에 정상으로 돌아간다는 사실을 보여주었다. 인체는 우주에 머무르는 동안 방사선에 노출되는 것부터 무중력으로 인한 방향 감각 상실 효과까지 엄청난 스트레스를 받는다는 것. 우주 비행은 뼈 질량 손실은 물론 심장, 시력 및 신장 이상 등 건강 문제를 일으킬 수 있다. 물론 우주를 비행한 사람은 700명 미만이기 때문에 표본 크기는 매우 작다. 분석은 인스퍼레이션 4(스페이스X가 운영하는 우주 여행용 유인 우주선) 미션으로 우주에서 3일을 보낸 4명의 미국인 관광객을 대상으로 이루어졌다. 억만장자 재러드 아이작먼(Jared Isaacman)이 자금을 지원한 인스퍼레이션 4 임무는 수년간 훈련을 받지 않은 일반인들도 우주를 비행할 수 있음을 보여주었다. 이를 위해 4명의 민간 우주 비행사들은 다수의 의료 검사를 받았다. 이들 데이터는 64명의 다른 우주 비행사의 데이터와 비교됐다. 연구진은 사람들이 우주에 머물 때 혈액, 심장, 피부, 단백질, 신장, 유전자, 미토콘드리아, 텔로미어(염색체의 말단 소립), 사이토카인(단백질 면역조절제) 및 기타 건강 지표에 변화가 일어나는 것을 발견했다. 한 연구에서는 네 명의 피험자 모두가 우주에 도착했을 때 텔로미어의 길이가 이례적으로 길어졌다는 사실을 발견했다. 그러나 건강 지표의 약 95%는 3개월 이내에 이전 수준으로 돌아왔다. 연구팀원인 웨일 코넬 메디신(Weill Cornell Medicine)의 크리스토퍼 메이슨은 "사람들이 대부분 우주 비행 후 빠르게 회복한다는 것이 의미 있는 발견"이라고 말했다. 메이슨은 "우주인에 대한 심층적 조사를 통해 미래에 우주로 진출하는 사람들을 보호하기 위해 어떤 약물이나 조치가 필요할지 이해할 수 있다“고 덧붙였다. 콜로라도 주립대학교의 수잔 베일리 교수는 텔로미어는 나이가 들수록 길어지기 때문에 이를 해결하는 것은 노화 방지 연구에 큰 진전이 될 수 있다고 말했다. 그는 "'텔로미어 함유 페이스 크림"과 같은 노화 방지 제품 개발로 이어질 수도 있다”고 기대했다. 그러나 장기간의 우주 여행은 신장 손상을 유발할 위험이 높다고 한다. 한 연구에서는 방사능이 많은 우주에서 2년 6개월 동안 방사선에 노출된 생쥐가 영구적인 신장 손상을 입은 것으로 나타났다. 보고서는 신장을 보호할 수 있는 새로운 방법을 개발하지 않는다면 우주 비행사가 화성에 갈 수는 있지만 돌아오는 길에 투석이 필요할 수 있다고 지적한다. 한편, 확증 데이터는 불충분하지만 여성 우주 비행사가 남성에 비해 우주 비행의 스트레스를 더 잘 견디는 것으로 나타났다. 메이슨은 이에 대해 아기를 낳는 여성의 몸이 환경의 큰 변화에 더 익숙하다는 의미라고 말했다.
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2024-06-13 14:27:00
[우주의 속삭임(14)] 화성의 신비한 구멍, 채광창인가?

화성 표면에 신비한 구멍이 포착돼 우주 과학자들의 주목을 받고 있다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 화성 정찰 궤도선이 화성에서 신비한 구멍을 포착했다고 사이언스얼럿과 위온 등 다수 외신이 최근 보도했다. 위의 이미지는 NASA의 화성 정찰 궤도선 MRO에 있는 HiRISE(고해상도 이미징 과학 실험) 카메라로 캡처됐다. 신비한 구덩이 폭은 몇 미터에 불과하며 화성의 아르시아 몬스(Arsia Mons) 지역에 위치하고 있다. 아르시아 몬스는 3개의 화산으로 구성된 타르시스 몬테스(Tharsis Montes)군에 속한 휴화산 중 하나다. 타르시스 벌지(Tharsis Bulge)의 타르시스 지역은 수천 킬로미터에 이르는 광활한 화산 평원이다. 화성의 다른 지역에 비해 고도가 높으며 평균적으로 화성의 평균 고도보다 약 10km(3만3000피트) 높다. 이 지역은 과거에 화산 활동이 활발했던 곳으로, 이번에 포착된 구덩이와 같은 지형은 고대 화산 활동의 직접적인 결과물이다. 구덩이에 대한 과학자들의 다양한 추측 중에 하나는 지하 용암 동굴로 가는 채광창이 될 수도 있다는 것이다. 이 이론은 지구상의 하와이 같은 화산 지역에서 유사한 지형이 목격 되었다는 사실에 근거한다. 이러한 유형의 채광창은 옹암 동굴의 지붕이 무너지고 구멍이 생길 때 형성된다. 화성의 구덩이가 과학자들의 추정과 같이 실제로 채광창이라면 미래에 우주 비행사들에게 자연적인 피난처가 될 수 있다. 이 구덩이는 방사선과 극한 온도, 먼지 폭풍과 같은 극한의 우주 환경에서 우주 비행사들을 보호해 줄 수 있다. 구멍이 지각이나 화산 활동에 의해 형성되었을 가능성도 있다. 이러한 구덩이는 지구에서 흔히 발견되며, 화산 활동으로 생긴 공극(토양이나 암석 속의 비어 있는 부분) 뒤에 있는 땅이 붕괴된 후에 만들어진다. 아르시아 몬스 지역의 몇몇 구덩이는 지하 용암 동굴로 이어지는 것일 수도 있지만 불확실하다. 지하 훨씬 더 깊은 곳에서 일어난 붕괴의 결과일 수도 있다. 화성에 용암동굴이 존재하지 않을 이유는 없다. 화성의 중력은 지구보다 훨씬 약하기 때문에 더욱 큰 용암 동굴이 존재할 수도 있다. 화성 화산의 구덩이 중 하나인 파비스 몬스는 더욱 특이하다. 구덩이 아래에는 일종의 빈 공간이 있지만 그 정체를 파악하기는 어렵다. 용암 동굴로 보기에는 지구상 대부분의 용암 동굴보다는 왜소하다는 지적이다. 앞에서 설명했듯이 구멍이 실제로 용암 동굴로 이어진다면 미래의 우주 탐험가들을 위해 이상적인 거주 가능 지역이 될 가능성이 있다. 더 큰 용암 동굴은 영구 기지 건설에 가장 적합한 광대하고 안정적인 환경을 제공할 가능성이 높다. 또 농업에 적합한 환경을 제공하고 화성에서 인간이 장기적으로 거주하는 데 중요한 생명 시스템을 지원할 수도 있다. 과학자들은 화성에 용암 동굴이 풍부하다는 형태학적 증거를 많이 발견했지만 이번에 발견된 신비한 구덩이가 구체적으로 어떤 것인지는 아직 미스터리로 남아있다고 말했다.
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2024-06-04 10:03:00
[퓨처 Eyes(29)] 핵융합 강화 전기 추진기, 우주선 추진력 혁명 가져올까?

미국 핵융합 로켓 추진 분야의 선두주자 로켓스타(RocketStar)는 핵융합 강화 펄스 플라즈마를 활용하는 획기적인 우주선용 전기 추진 시스템 시험에 성공했다고 밝혔다. 이 역사적인 성과는 스페이스 데일리, 에어로스페이스 테스팅 인터내셔널 등 국제적인 명성을 자랑하는 다수의 외신에 의해 보도되며 전 세계의 관심을 끌었다. 로켓스타의 혁신적인 파이어스타(FireStar) 드라이브는 물을 연료로 사용하는 펄스 플라즈마 추진 장치로, 미래 우주여행의 가능성을 혁신할 잠재력을 지닌 중성자 핵융합(aneutronic nuclear fusion) 방식을 통해 성능을 향상시켰다. 핵심 기술인 파이어스타 드라이브는 물 연료 펄스 플라즈마 추진기에 중성자 핵융합을 도입하여 이온화된 수증기에서 발생하는 고속 양성자를 활용하여 기존 추진 방식을 뛰어넘는 압도적인 성능을 구현했다. 이 양성자가 붕소 핵과 상호 작용하면 핵융합을 촉발하여 알파 입자로 붕괴하는 고에너지 탄소를 생성, 획기적으로 향상된 추진력을 제공한다. 이 혁신적인 융합 기술은 미 공군과 미 우주국의 혁신 허브인 AFWERX의 SBIR 1단계 프로젝트에서 처음 확인됐다. 펄스 플라즈마 추진기의 배기 가스에 붕소수를 주입해 알파 입자와 감마선을 생성하는 과정은 로켓스타와의 공동 연구를 통해 성공적으로 수행됐다. 이후 조지아주 애틀랜타에 위치한 조지아 공과대학교의 고출력 전기 추진 연구소(HPEPL)의 SBIR 2단계 프로젝트에서는 추진 장치의 추진력을 50%까지 향상시키는 놀라운 성과를 거두었다. 2017년 설립된 AFWERX는 민간 기술,. 스타트업, 투자자, 학계의 협력을 통해 미공군과 우주국의 미래 능력을 개발하고 전환하는 역할을 한다. 로켓스타에 따르면, 파이어스타 드라이브의 기본 추진기는 수증기를 이온화하여 고속 양성자를 생성한다. 이 양성자가 붕소 원자의 핵과 충돌하면 핵융합을 거쳐 고에너지 형태의 탄소로 변하고 빠르게 세 개의 알파 입자로 붕괴된다. 이 과정은 추진력을 획기적으로 향상시키는 핵심 요소이다. 파이어스타 드라이브는 추진기 배출 가스에 붕소를 주입하여 이 융합 과정을 가능하게 한다. 이는 제트 엔진에서 애프터버너가 배출 가스에 연료를 주입해 추력을 증가시키는 방식과 유사하다. 하지만 핵융합을 통해 에너지를 얻는다는 점에서 혁신적인 기술이라고 할 수 있다. 이 융합 과정은 미 공군의 AFWERX 이니셔티브의 R&D 프로그램에서 처음 고안됐다. 펄스 플라즈마 스러스터의 배기 플룸에 붕소수를 주입해 핵융합의 명확한 증거인 알파 입자와 감마선을 생성하는 데 성공했다. 로켓스타의 시험 결과에 따르면 이 과정은 이온화 방사선을 생성하여 기본 추진 장치의 추력을 획기적으로 향상시키는 것으로 나타났다. 뉴멕시코 대학교 핵공학과 아담 헥트(Adam Hecht) 박사는 "로켓스타는 추진 시스템을 점진적으로 개선하는 데 그치지 않고 배출 가스에서 핵융합-분열 반응을 일으키는 혁신적인 개념을 적용하여 한 단계 더 도약했다"고 평가했다. 헥트 박사는 이번 시험 결과가 기술 개발의 흥미로운 시기를 맞이하고 있으며 앞으로 더욱 놀라운 혁신이 기대된다고 덧붙였다. 로켓스타의 크리스 크래독(Chris Craddock) 최고경영자(CEO)는 "우리 팀이 오랫동안 탐구해 온 아이디어에 대한 초기 시험 결과를 얻게 되어 매우 기쁘다. 플로리다에서 열린 컨퍼런스에서 냅킨에 이 아이디어를 스케치하고 마일즈 스페이스의 창립자인 웨스 팔러에게 설명했는데, 그는 기본 추진체와 핵융합 강화 기술을 모두 개발하는 데 뛰어난 역량을 보여주었다"고 말했다. 크래독 CEO는 "우리는 마일즈 스페이스를 인수했고 팔러는 이제 우리의 최고기술책임자(CTO)가 되었다. 뛰어난 성능을 자랑하는 우리의 추진기를 핵융합 강화 기술로 획기적으로 개선할 수 있게 되어 기대가 크다. 이것이 가능하다고 믿어준 AFWERX와 미국 우주군(USSF)에 감사드린다"고 덧붙였다. 파이어스타 드라이브는 올해 추가 지상 테스트를 거쳐 2025년 2월 우주 로봇 회사 로그 스페이스 시스템(Rogue Space Systems)의 배리-2(Barry-2) 우주선에 탑재되어 우주에서 시연될 예정이다. 이는 핵융합 강화 펄스 플라즈마 기술의 획기적인 성능을 검증하고 우주선 추진 시스템의 새로운 지평을 열 중요한 계기가 될 것이다. 로그 스페이스 시스템의 브렌트 애봇(Brent Abbott) 최고수익책임자(CRO)는 "로켓스타의 파이어스타 드라이브 시험 참여에 큰 기대를 하고 있다"고 밝혔다. 그는 "파이어스타의 탁월한 성능이 검증된다면 향후 로그의 다양한 임무에 이 기술을 적용할 가능성을 적극적으로 검토할 것"이라고 강조했다. 로켓스타의 파이어스타 드라이브는 우주선 추진 시스템의 새로운 지평을 열었다는 평가다. 핵융합 기술을 접목하여 추진력을 획기적으로 향상시킨 이 시스템은 미래 우주 탐사의 가능성을 크게 확장할 것으로 기대된다.
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2024-03-28 08:58:00
"암흑물질 존재하지 않는다"⋯우주 나이도 270억년

우주에는 암흑물질이 존재하지 않으며 우주 나이도 270억년이라는 새로운 연구 결과가 나왔다. 과학 전문 매체 퓨처리즘은 18일(현지시간) 캐나다 오타와 대학교 물리학 교수 라젠드라 굽타(Rajendra Gupta)는 우주의 나이가 기존 가설보다 두 배 더 많을 수 있으며, 암흑물질의 존재가 반드시 필요하지 않다고 주장해 학계에 논란을 불러일으키고 있다고 전했다. 이번 연구 논문은 '천체물리학 저널(Astrophysical Journal)'에 게재됐다. 굽타 교수는 지난해 우주의 나이가 일반적으로 알려진 나이보다 두 배나 더 많은 267억년이라고 주장해 화제를 모았다. 최근 논문에서 굽타 교수는 자신의 이론을 바탕으로 암흑물질의 필요성에 대해 이의를 제기했다. 암흑물질은 전자기장과 상호 작용하지 않지만 중력을 미칠 수 있는 물질로, 우주 전체 질량의 26%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 그럼에도 불구하고 암흑물질은 직접 관측이 불가능하다는 점이 수 십년 동안 천체물리학자들을 괴롭혀 온 수수께끼였다. 굽타는 성명에서 "이번 연구 결과는 우주의 나이가 267억 년이라는 이전 연구를 통해 우주의 존재에 암흑 물질이 필요하지 않다는 것을 발견할 수 있었다는 것을 확인시켜 주었다"고 말했다. 그러나 굽타 교수의 이론은 전문가들의 기존 합의와 정면으로 충돌하는 논란의 여지가 많은 추정이다. '우주 팽창 가속 현상'은 양의 우주 상수(cosmological constant)와 연관되어 설명되고 있으며, 이 상수는 우주 에너지의 존재를 뒷받침하는 데 사용되어 왔다. 암흑 에너지는 우주 전체 에너지의 약 68%를 차지하는 우주 구성 요소다. 암흑물질은 은하계의 대부분 질량을 구성하며 은하 구조 형성에 영향을 미치는 반면, 암흑 에너지는 우주 팽창 가속을 주도하는 역할을 한다. 어스닷컴은 지난 17일 "현재 우리가 이해하는 우주의 구조는 '정상 물질', '암흑 에너지', '암흑 물질'이라는 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있다. 하지만 이번 새로운 연구는 이 기존 모델을 뒤집고 있다"고 전했다. 우주론에서 사용되는 용어인 암흑물질은 빛이나 전자기장과 상호 작용하지 않고 중력 효과를 통해서만 식별할 수 있는 파악하기 어려운 물질을 말한다. 암흑물질은 신비로운 성질에도 불구하고 은하, 별, 행성의 움직임을 설명하는 데 있어 기본적인 요소로 작용해 왔다. 많은 과학자들은 암흑물질이 가시 물질, 방사선, 우주의 대규모 구조에 미치는 중력 효과를 통해 암흑물질의 존재를 추론하고 있다. 암흑물질 이론의 기초 암흑물질 이론은 관측된 천체의 질량과 중력 효과를 기반으로 계산된 질량 사이의 차이에서 출발했다. 1930년대, 스위스 천문학자 프리츠 츠비키(Fritz Zwicky)가 코마 은하단에서 관측되지 않는 '누락된 질량'을 눈에 보이지 않는 물질로 설명할 수 있다고 처음으로 제안했다. 과학자들은 암흑물질을 간접적으로 탐지하는 몇 가지 혁신적인 방법을 개발했다. 지하 입자 탐지기나 우주 망원경으로 수행되는 실험은 암흑물질의 상호작용이나 소멸의 부산물을 관찰하는 것을 목표로 한다. 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 대형 강입자충돌기(LHC)도 고에너지 입자 충돌에서 암흑물질 입자의 흔적을 찾고 있다. 이러한 노력에도 불구하고 암흑물질은 아직 직접 검출되지 않았으며, 현대 물리학에서 가장 중요한 난제 중 하나다. 이처럼 암흑물질을 이해하려는 탐구는 천체 물리학 및 입자 물리학의 발전을 계속 견인하고 있다. 향후 관측과 실험을 통해 암흑 물질의 본질이 밝혀져 우주의 미스터리를 밝혀낼 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. '변동 겹합 상수'와 '빛의 피로' 가설 통합 하지만 굽타 교수는 이와 다른 관점을 제시했다. 굽타 교수의 혁신적인 접근 방식은 두 가지 이론적 모델, 즉 변동 결합 상수(CCC)와 '빛의 피로(tired light·TL)'가설을 결합해 CCC+TL 모델로 일컫는 이론을 통합했다. 이 모델은 우주의 시간에 따라 자연의 힘이 감소하고 빛은 먼 거리에서 에너지를 잃는다는 개념을 탐구한다. 이 이론은 엄격한 테스트를 거쳐 은하 분포와 초기 우주의 빛의 진화 등 다양한 천문학적 관측 결과와 일치하는 것으로 밝혀졌다. 굽타 교수는 자신의 수정된 모델을 뒷받침하기 위해 1920년대 후반 물리학자 프리츠 즈비키가 제안한 '빛의 피로(tired light·TL)' 가설을 차용했다. 빛의 피로 가설은 먼 천체에서 오는 빛이 에너지 손실로 인해 적색광이 되는 현상을 설명한다. 굽타 교수는 이 가설과 기존의 우주 상수와는 달리 시간에 따라 자연 상수가 감소한다고 주장하는 새로운 "변화 공액 상수(covarying coupling constant)" 개념을 결합해 암흑 물질을 모델에서 제외시킬 수 있다고 말했다. 우주 팽창 가속 현상은 양의 우주 상수(cosmological constant)와 연관되어 설명되고 있으며, 이 상수는 우주 에너지의 존재를 뒷받침하는 데 사용되어 왔다. 암흑 에너지는 우주 전체 에너지의 약 68%를 차지하는 우주 구성 요소다. 그는 "표준 우주론에서 암흑 에너지는 우주 팽창 가속을 야기하지만 저의 이론에서는 이는 암흑 에너지가 아니라 팽창하면서 약해지는 자연 상수 때문이다"라고 설명했다. 굽타 교수는 "암흑 물질의 존재를 의심하는 논문은 몇몇 있지만, 제 연구는 제가 아는 한 처음으로 암흑 물질의 우주론적 존재를 부정하면서도 오랜 기간 검증되어온 중요한 우주 관측 결과와 일치하는 것이다"라고 덧붙였다. 이번 발견은 암흑 물질이 우주의 약 27%를 차지하고 일반 물질은 5% 미만, 나머지는 암흑 에너지라는 기존의 이해에 도전하면서 동시에 우주의 나이와 팽창에 대한 기존 관점을 재정의하고 있다.
- 포커스온
2024-03-19 15:32:00
후쿠시마 오염수, 4월부터 내년 3월까지 7차례 방류

한국 정부는 일본 후쿠시마 원자력발전소 오염수의 2024 회계연도 방류가 다음 달인 4월부터 내년 3월까지 7차례에 걸쳐 진행된다고 18일 밝혔다. 박구연 국무조정실 국무1차장은 이날 정부서울청사에서 열린 후쿠시마 오염수 관련 브리핑에서 "올해 4월 시작하는 24 회계연도에는 7차례에 걸쳐 오염수 약 5만4600㎥, 삼중수소 약 14조 Bq(베크렐)이 방류될 예정"이라고 말했다. 지난 17일 4차 방류를 끝으로 지난해 8월 24일 시작된 2023 회계연도 오염수 방류가 완료됐다. 2024 회계연도로 묶이는 5차 방류 개시 시점은 내달 하순으로 예상된다. 정부에 따르면 지난 2월 28일에 시작해 전날 끝난 4차 방류 기간에 오염수 약 3만1200㎥, 삼중수소 약 5조 Bq(베크렐, 방사성 물질에서 핵이 붕괴하여 방사선이 방출되는 빈도를 나타내는 단위)이 바다로 방출됐다. 정부는 4차 방류 중 삼중수소 농도 등에서 이상은 없었다고 밝혔다. Bq는 베크렐(Bequerel)의 약자로, 방사성 물질에서 핵이 붕괴하여 방사선이 방출되는 빈도를 나타내는 단위다. 1베크렐은 매초 1개의 핵이 붕괴하는 비율을 의미하며, 방사능의 세기를 측정하는 국제 단위계(SI)의 단위다. 도쿄전력은 전날 오전 3시 29분께 오염수 이송펌프 작동을 정지했고, 그 이후인 오전 6시 17분께 후쿠시마 앞바다에서 규모 5.4의 지진이 있었으나 주요 설비 점검 결과 이상은 없었다고 밝혔다. 도쿄전력은 설비 점검에 이어 이송 설비 내부 잔류 오염수 세정 작업을 12시 16분에 마무리함으로써 4차 방류를 모두 종료했다. 또 이번 4차 방류 기간에 후쿠시마 인근 해역에서 총 3차례 지진이 있었다. 지난 15일에는 후쿠시마 제1원전 인근에서 진도 5가 기록돼 방류가 약 15시간 동안 중단되기도 했다. 도쿄전력은 4차 방류에서 지난달 28일부터 이날까지 오염수 약 7800t을 바다로 흘려보냈다. 한편, 후쿠시마 제1원전 오염수 방류는 지난해 8월 시작됐다. 17일까지 네 차례에 걸친 방류로 총 3만1200t 가량을 처분했다. 2023년도에 방류된 오염수에 포함된 삼중수소 총량은 연간 상한치인 22조Bq에 못미치는 4조5000억Bq였다. 도쿄 전력은 올해 4월부터 2025년 3월까지 이어지는 2024년도에는 7차에 걸쳐 오염수 5만4600t을 방류할 계획이다. 5차 오염수 방류는 오는 4월~5월 시작될 예정이다. 박 차장은 "정부가 방류 기간 동안 관련 설비의 데이터와 주변 해역의 방사능 농도를 지속적으로 모니터링하고 있으며, 일본 및 국제원자력기구(IAEA)와도 상황을 공유하며 철저히 준비하고 있다"고 말했다. 또한, "네 번째 방류가 진행 중일 때 발생한 지진에 대해서도 도쿄전력이 계획에 따라 안전 조치를 취하는지 다양한 방법으로 확인했다"고 덧붙였다. 그는 이어 "앞으로의 방류 과정에서 국민들이 우려하지 않도록 상황을 세심하게 관찰하고 필요한 조치를 시기적절하게 진행할 것"이라고 덧붙였다. 정부는 이번 주에 한국원자력안전기술원 소속의 전문가를 후쿠시마 현장에 파견하여 최근 발생한 지진이 미친 영향을 조사할 계획이다. 한편, 라파엘 그로시 국제원자력기구(IAEA) 사무총장은 지난 14일 후쿠시마 제1원자력발전소 오염수(일본 정부 명칭 '처리수') 해양 방류를 두고 "환경에 유해한 영향을 주지 않고 있다"고 주장했다. 그로시 사무총장은 이날 도쿄에서 개최한 내외신 기자회견에서 전날 후쿠시마 어민들과 면담 결과에 대한 질문에 "오염수 3만t(톤)이 방류됐지만 삼중수소 농도가 매우 낮은 것으로 나타났다"며 이같이 말했다. 그로시 사무총장은 오염수 방류 한달 전인 작년 7월 일본을 방문해 방류 계획이 국제 안전기준에 부합한다는 평가를 담은 보고서를 기시다 후미오 총리에게 직접 전달하기도 했다. 그는 방류 이후 처음으로 지난 12일 일본을 다시 찾았다. 그러나 일본인 68%는 후쿠시마 오염수 방류에 대해 대내외 성명이 충분하지 않다는 의견을 가지고 있는 것으로 확인됐다. 지난 10일 도쿄신문에 따르면 일본인 10명 중 7명은 후쿠시마 제1원자력발전소 오염수(일본 정부 명칭 '처리수')의 해양 방류를 둘러싼 일본 정부와 도쿄전력의 대내외 설명이 충분치 않다고 생각하는 것으로 조사됐다. 일본여론조사회가 올해 1∼3월 전국 18세이상 성인 1788명(유효 응답자 기준)을 대상으로 우편으로 설문 조사한 결과에 따르면 오염수의 방류 방법이나 안전성 등에 대한 정부와 도쿄전력의 대내외 설명이 "충분하다"고 응답한 사람은 30%에 불과했다. 68%는 "충분하다고 생각지 않는다"고 답했다. 나머지 2%는 무응답이었다. 해양 방류후 수산물 안전성과 관련해서는 51%가 '우려한다', 49%는 '우려하지 않는다'는 팽팽한 의견 대립을 보였다. 다만 다핵종제거설비(ALPS)를 거친 오염수를 바닷물과 섞어 삼중수소를 일본 기준치의 40분의 1 미만으로 만들어 내보내는 현행 방류 방식에 대해서는 '찬성'이 70%로, 반대(29%)보다 훨씬 많았다. 찬성 이유(복수 응답)로는 '국제원자력기구(IAEA)가 국제적 안전기준에 합치한다고 하니까'(70%), '원전 부지 내 탱크에 계속 저장하면 폐로에 방해되니까'(46%) 등 순이었다. 반대 이유(복수 응답)로는 '삼중수소가 불안하니까' (62%), '다른 방사성물질이 불안하니까'(60%) 등으로 나타났다.
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2024-03-18 11:48:00
목성의 달 '유로파'에 생명체 존재할 수 있을까?

목성의 달 유로파(Europa)에 산소와 탄소가 있는 것이 알려지면서 지하 바다의 생명 존재에 대한 기대감도 더욱 커지고 있다. 태양계에서 목성의 위성 유로파만큼 사람들의 상상력을 사로잡는 곳은 거의 없다. 과학자들은 유로파에 외계 생명체가 존재할 수 있다고 오랫동안 의심해 왔다. 거대한 얼음덩어리를 닮은 '유로파'는 20~30km 두께의 얼음 껍질 아래에 액체 상태의 바닷물 바다가 존재하는 것으로 알려졌다. 이는 보이저호와 갈릴레오 우주 탐사선의 측정과 모델 계산에 의한 추정이다. 독일 매체 메르커닷컴(Merker)은 11일(현지시간) 몇 달 전, 연구자들은 '유로파'에서 생명체의 가장 중요한 구성 요소인 탄소를 발견했다고 전했다. 그러나 유로파에서 생명체를 가능하게 할 수 있는 또 다른 원소인 산소는 이전에 추정했던 것보다 훨씬 더 희귀할 것이라는 관측이 나왔다. 비즈니스 인사이더는 지난 9일(현지시간) 미 항공우주국(NASA·나사)의 주노(Juno) 탐사선은 목성의 얼음 위성 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다는 사실을 발견했다고 보도했다. 유로파에서 매일 발생하는 1000톤이라는 산소는 1백만 명의 사람이 하루 동안 숨을 쉴 수 있는 충분한 양이지만 이전에 생각했던 것보다 훨씬 적은 양이다. 이 새로운 데이터는 유로파가 광대한 지하 바다에서 생명체를 유지할 수 있는 확률이 낮아질 수 있다. NASA, 유로파 산소 생산량 현저히 낮아 NASA의 연구원들은 '유로파' 표면이 이전 연구에서 추정했던 것만큼 많은 산소를 생산하지 못한다고 계산했다. 지난 3월 4일, NASA는 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다며 이는 이전 추정치보다 86배 이상 적은 양이라고 발표했다. NASA에 따르면 유로파에 생명체가 존재한다면 미생물처럼 보일 수도 있고 더 복잡한 것일 수도 있다. 하지만 그것들은 얼어붙은 사막인 유로파 표면에서는 보이지 않을 수도 있다. 유로파 표면의 산소 생산량 데이터는 NASA의 주노(Juno) 탐사선에서 가져온 것이다. 목성의 위성인 유로파는 초당 12kg(킬로그램)의 산소를 생산하는데, 이는 이전에 생각했던 것보다 휠씬 적은 양이다. 이전 연구에서 추정치는 초당 몇 킬로그램에서 1000킬로그램 이상까지 다양했다. 유로파, 수중기도 탐지 NASA에 따르면 1979년 7월 9일 보이저(Voyager) 우주선은 목성의 위성 중 하나인 유로파(Europa)의 근접 촬영 이미지를 처음으로 촬영했다. 이를 통해 달의 얼음 표면을 자르는 갈색 균열이 드러났는데, 유로파는 마치 핏줄이 있는 눈알처럼 보였다. 그 이후로 수십 년 동안 외부 태양계에 대한 임무는 유로파에 대한 충분한 추가 정보를 축적하여 NASA의 생명체 탐색에서 최우선 조사 대상이 됐다. NASA는 2019년 11월 17일 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터 의 국제 연구팀이 유로파 표면 위에서 처음으로 수증기를 감지했다. 이 연구팀은 하와이에 있는 세계 최대 망원경 중 하나를 통해 유로파를 들여다보며 증기를 측정했다. 당시 유로파의 물 탐지 조사를 주도한 NASA 행성 과학자 루카스 파가니니는 “생명의 세 가지 요구 사항 중 두 가지인 필수 화학 원소(탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 황)와 에너지원은 태양계 전체에서 발견된다. 그러나 세 번째인 액체 물은 지구 밖에서는 찾기가 다소 어렵다”라고 말했다. 유로파가 산소를 생산하는 방법 산소 생산은 지구와 유로파에서 매우 다르다. 지구는 광합성을 통해 산소를 얻는 반면, 유로파는 모행성인 목성으로부터 얻는다. 목성은 유로파에 고에너지 입자를 쏟아붓는 강력한 방사선을 방출한다. 이 입자들은 달 표면의 얼어붙은 얼음(H₂O)과 상호작용한다. 유로파에서 입자들의 상호 작용은 H₂O 분자를 수소와 산소 가스로 분리한다. 그러나 그 산소가 어디로 가는지는 아직 상세히 밝혀지지 않았다. 산소 중 일부는 얼음 속에 갇힐 수도 있고, 일부는 우주로 탈출할 수도 있으며, 일부는 유로파의 지하 바다로 내려가는 경우도 있다. 충분한 산소가 지하에 도달한다면, 이는 유로파의 바다가 우리가 알고 있는 생명체에 중요한 요소 중 하나를 가지고 있다는 것을 의미한다. 뉴저지 주 프린스턴 대학교의 과학자 제이미 샬레이는 "'유로파'는 목성의 알려진 95개 위성 중 네 번째로 큰 위성이며 목성의 방사선 벨트 중간에 있다. 이 거대 가스 행성은 위성에 하전 입자 또는 이온화 입자를 쏟아붓는다. 이것들은 물 분자를 두 부분으로 나누어 얼음 표면에 산소를 생성한다"고 말했다. 샬레이는 "유로파는 흐르는 시냇물 속에서 서서히 물을 잃어버리는 얼음 덩어리와 같다"면서, 입자들이 표면의 얼음을 분자 단위로 분해하는 과정을 비교했다. 그는 "어떤 면에서, 전체 얼음 표면은 해변으로 밀려온 하전 입자의 파도에 의해 지속적으로 침식된다"라고 말했다. NASA의 주노 탐사선은 유로파 표면에서 생성되는 총 산소량에 대해 더 많은 정보를 제공한다. 그러나 지하 바다로 얼마나 많은 양의 산소가 스며드는지는 아직 확실하지 않다. 유로파에서 산소 측정 유로파 표면에서 생성되는 산소의 양을 측정하기 위해 과학자들은 주노에 탑재된 목성 오로라 분포 실험(JADE) 장비를 사용했다. JADE는 목성의 오로라 영역 에서 하전 입자를 측정하도록 설계됐다. 그러나 2022년 9월 주노가 유로파를 비행했을 때 JADE는 최초로 달 대기에서 떨어져 나온 하전 입자를 성공적으로 측정했다. 과학자들은 JADE 데이터를 사용해 유로파의 얇은 대기에 있는 수소(산소 아님) 가스의 총량을 추정했다. 물 분자에는 수소(H) 원자 2개당 산소(O) 원자 1개가 있기 때문에 과학자들은 수소 가스 데이터를 사용해 표면에서 생성된 산소의 양을 계산할 수 있다. NASA의 과학자들은 이제 생산된 산소의 일부가 달 표면 아래로 떨어질 수 있다고 추정한다. 그곳에서 산소는 지하 소금 바다로 추정되는 곳에서 대사 에너지원이 될 수 있다. NASA에 따르면 연구원들은 "표면 아래에서 생명을 유지할 수 있는 조건의 잠재력에 대해 궁금해하고 있다"고 한다. 목성의 위성이 생명체가 거주 가능한지 아닌지에 대한 질문은 앞으로도 계속 될 것이다. 샌안토니오에 있는 사우스웨스트 연구소의 주노 수석 연구원인 스콧 볼튼은 "아직 끝나지 않았다. 더 많은 달 비행과 목성의 가까운 고리와 극지방의 대기에 대한 첫 번째 탐사는 아직 오지 않았다"고 말했다. NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 탐사선은 2024년 10월에 발사될 예정이다. 이 탐사선의 주요 목표는 유로파가 거주 가능한지 여부를 결정하는 것이다. 유로파에 도착하면 클리퍼 탐사선은 유로파 표면, 기;ㅍ은 ㅁ내부, 얇은 대기, 지하 바다와 잠재적으로 더 작은 활성 통풍구에 대해 자세한 조사를 수행항 계획이다.
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2024-03-12 11:50:00
[신소재 신기술(3)] 리튬 금속 음극 전고체 배터리, -25~120℃에서 작동

리튬 금속 음극을 채용해 -25℃부터 120℃까지 작동하는 전고체 전지가 개발됐다. 일본의 기술 전문 매체 EE타임스는 지난 19일(현지 시간) 덴소와 큐슈대학교 연구진이 새로운 소결 메커니즘을 활용해 750℃의 저온 소결과 리튬(Li) 금속에 대한 안정성을 갖춘 '고체 전해질'을 개발했다고 보도했다. 덴소는 일본의 대표적인 자동차 부품 전문 기업으로 자동차 전자 제어 시스템, 엔진 관련 부품, 내연기관, 하이브리드 및 전기차용 시스템, 자율 주행 기술, 정보 및 통신 기술 등 다양한 분야에서 기술을 보유하고 있다. 또한, 덴소는 에어컨 시스템, 차량 내부 및 외부 조명, 제동 시스템 등과 같은 자동차 주변 시스템도 제조한다. 연구팀은 리튬 금속 음극을 사용하여 제작한 전고체 전지가 -25℃~120℃까지의 광범위한 온도 범위에서 작동하는 것을 확인했다. 재료 간 연속적으로 일어나는 상호 반응으로 인해 저온에서 소결이 진행된다. 리튬 음극 전고체 배터리의 경우 '소결'은 전기화학적인 과정을 의미한다. 리튬 음극 전고체 배터리는 리튬 금속 또는 리튬 이온의 이동을 통해 전기 에너지를 저장하고 방출하는 전지를 말한다. 소결은 이 배터리의 전극(음극) 부분을 제작하는 과정 중 하나다. 리튬 이온 배터리의 음극은 일반적으로 그래핀, 석탄 블랙 또는 다른 탄소 기반 물질로 만들어진다. 소결 과정은 이러한 물질을 압력과 온도를 가하여 밀착시키고, 전해질과 함께 전지 구조에 통합시키는 것을 말한다. 이러한 과정은 음극의 전기적 특성을 최적화하고, 전지의 성능과 안전성을 향상시키는 데 중요하다. 소결은 전지의 제조과정에서 핵심 단계 중 하나이며, 배터리의 성능과 안전성에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 소결 과정은 배터리 제조 과정에서 특히 중요한 부분이다. 덴소의 임진대 연구원(당시 규슈대학교 대학원 종합이공학부 박사과정 3년)과 규슈대학교 대학원 종합이공학연구원의 와타나베 켄 조교수, 시마노에 켄고 교수 등으로 구성된 연구팀은 2024년 2월, 새로운 소결 메커니즘을 활용해 750℃의 저온 소결과 리튬 금속에 대한 안정성을 겸비한 '고체 전해질'을 개발했다고 발표했다. 산화물 전해질을 사용한 전지는 발화 등이 없어 안전성이 높다. 하지만 재료 간 접합을 위해서는 1000℃ 이상의 고온에서 소결해야 한다. 연구팀은 이때 전극재와 전해질재가 반응하는 등 배터리화가 어려웠다고 전했다. 연구팀은 지금까지 전해질 소재인 'Li7La3Zr2O12(LLZ)에 저융점 소결 보조제를 나노 수준으로 복합화해 750℃에서 소결을 실현했다. 그러나 소결 보조제를 첨가하기 때문에 음극 재료인 리튬 금속에 대한 안정성이 현저하게 떨어졌다. 이번 연구에서는 새로운 소결 메커니즘을 활용해 안전성 문제를 해결했다. 연구팀은 열분석과 미세구조 분석 결과, 'Li-Sb-O 산화물' 및 'Li-B-O 산화물'이라는 두 종류의 소결 보조제와 'CO₂'가 연속적으로 상호 반응하는 것을 확인했다. 이를 통해 (Li-)-B-O 산화물은 용융 상태를 유지하며 저온에서 소결이 진행됨을 확인했다. 이 소결 메커니즘을 활용하면 Bi를 포함한 재료 조성을 사용하지 않고도 저온 소결이 가능하다. 또한, Sb를 포함한 조성으로 변경할 수 있어 Li 금속에 대한 안정성이 높은 고체 전해질을 개발하는데 성공했다. 이온전도도는 3.1×10-4S/cm를 달성했다. 'Bi'는 화학 원소 기호로 비스무트(Bismuth)를 나타낸다. 비스무트는 주기율표의 15번째 그룹에 속하는 비금속 원소로, 주로 광산에서 추출된다. 비스무트는 주변환경에서 자연적으로 발견되며, 비스무트의 화합물은 농업, 의약품, 화장품 등 다양한 분야에서 사용된다. 아울러 비스무트는 낮은 독성을 가지고 있어서 의료용 약물로 사용되는 경우가 많다. 또한, Bi는 납의 대체재로서 전자기 기기에 사용되기도 한다. 그러나 높은 가격과 기술적인 제한으로 인해 사용이 제한될 수도 있다. Sb는 화학 원소 기호로 안티모니(Antimony)를 말한다. 안티모니는 주기율표의 15번째 그룹에 속하는 비금속 원소로, 자연적으로 화학적으로 비동정된 형태로 발견된다. 안티모니와 그 화합물은 여러 산업 분야에서 사용되며, 특히 화학, 전자, 의료, 화장품 산업에서 사용되는 경우가 많다. 안티모니의 화합물은 화장품, 화학 처리, 납의 합금, 방사선 차폐재 등 다양한 용도로 사용된다. 또한, 안티모니는 반도체 산업에서 사용되는 반도체 소재의 일부이며, 화합물로서는 일부 의약품에서도 쓰인다. 그러나 안티모니와 그 화합물은 높은 독성을 가지고 있어서 적절한 관리가 필요하다. 연구팀은 개발된 소재를 이용해 제작한 전고체전지의 특성을 평가했다. 그 결과, 상온 환경에서 60회 충전·방전 후 용량 유지율은 98.6%로 나타났다. 전고체 배터리 기술은 지속적으로 발전하고 있다. 이 기술은 전기차 및 재생 에너지 저장 시스템 등의 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 전고체 기술은 전통적인 액체 전해질 전지에 비해 안전성이 뛰어나며 에너지 밀도와 충방전 속도를 향상시키는 잠재력이 있다.
- IT/바이오
2024-02-21 14:23:00
NASA 차세대 경량 우주복, 무중력 테스트 통과

미 항공기업 콜린스 에어로스페이스(Collins Aerospace)는 국제 우주 정거장(ISS) 활동에 사용 예정인 차세대 경량 우주복이 무중력(Zero-G) 시험을 성공적으로 완료했다고 밝혔다. 우주과학 전문매체 스테이스닷컴(SPACE.COM)에 따르면 현재 개발 과정에 있는 차세대 우주복의 무중력 시험은 항공기가 큰 각도로 이륙해 최정점에서 하강하는 과정에서 약 30초간 무중력 상태를 시뮬레이션하는 곡선비행을 이용했다. 콜린스 에어로스페이스는 1월 말까지 진행된 40회의 곡선비행 테스트에서 새로운 우주복을 입은 승무원의 움직임을 관찰했다. 이 회사의 우주 시스템 총괄 책임자 페기 구이르기스는 "진입 및 탈출 작업, 승무원 이동성 평가, 우주복 착용 등 일련의 과정을 통해 설계대로 작동하며 더 넓은 움직임 범위와 편안한 이동성을 제공하는 것으로 확인됐다"고 말했다. 콜린스 에어로스페이스는 레이시온 테크놀로지스(Raytheon Technologies)의 사업부로 항공우주 및 방산 산업에 대한 항공 전자 제품, 통신, 항공 우주 시스템 및 구조물을 제공한다. 이 회사는 1932년에 설립되었으며 본사는 미국 코네티컷주 윈체스터에 위치하고 있다. 현재 ISS에서 사용되는 우주복은 1970년대 설계됐으며 당시 남성만 우주 비행을 했던 점을 반영한 한계가 있다. 현재 우주복은 크고 뻣뻣한 편이며 모든 체형에 적합하지 않았다. 미 항공우주국(NASA·나사)은 2022년 콜린스 에어로스페이스와 액시엄 스페이스(Axiom Space) 등의 파트너들에게 더 유연하고 가벼우며 다양한 체형에 맞는 차세대 우주복(EMU) 개발 계약을 체결했다. 차세대 우주복, 즉 우주 유영 활동 장치는 우주 비행사가 우주선 외부에서 활동할 때 착용하는 완전한 우주복 시스템으로 호흡과 온도 조절을 지원한다. 즉 우주 공간의 극한 온동에서 온도 조절이 가능하며, 진공 상태에서 압력을 유지하며, 우주선 외부의 위험으로부터 보호하기 위한 방사선 차폐, 운석 충돌 방지 등의 기능을 갖추고 있다. 콜린스 에어로스페이스는 이번 제로-G 비행 테스트를 통해 우주 비행사의 도달 범위, 작업 공간 접근성, 편안함, 사용 편의성과 부상 감소 조치 등을 평가했다. 또한, 우주 유영 중 요구 사항에 대해 우주 비행사들과 상담하고 있다. 새로운 우주복은 2020년대 중반 달 착륙 예정인 아르테미스 프로그램뿐만 아니라 현재 운영 중인 ISS 임무에도 사용될 계획이다. 콜린스 에어로스페이스는 "최근 완료된 무중력 시험은 ISS 에어록과 유사한 환경에서 진행됐으며 도달 범위, 작업 공간 접근, 편안함, 사용 편의성, 부상 방지 조치 등 승무원 입장에서 중요한 평가 항목을 검토했다"고 설명했다. 또한 이전과 현재 우주 비행사들의 경험을 반영하여 지속적인 상담을 통해 우주복 개선에 노력하고 있다. 콜린스 에어로스페이스는 현재 설계 검토를 마무리하고 시뮬레이션된 진공 환경 및 NASA 중성 부력 연구소(Neutral Buoyancy Laboratory, NBL)에서 수중 테스트를 진행해 차세대 우주복인 우주 유영 활동 장치 설계를 최종 확정할 예정이다.
- 산업
2024-02-08 10:54:00
유방암, 환경적 요인으로 위험도 상승

환경적 요소, 특히 일부 화학 물질의 영향이 유방암 발병 위험을 증가시킬 가능성이 높다는 연구 결과가 나왔다. 유방암은 전 세계 여성들 사이에서 암 관련 사망의 주요 원인 중 하나로, 가장 흔하게 발병하는 암 유형 중 하나이다. 특히 미국에서는 여성의 평생 유방암 발병 위험이 폐암에 비해 두 배 가량 높다고 알려져 있다. 의료 전문 매체인 '뉴스 메디컬(NEWS MEDICAL)'은 미국 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA) 연구 자료를 인용해 젊은 여성들 사이에서 유방암 발병률이 증가하고 있다고 보도했. 특히 20세에서 49세 사이의 여성들에서 유방암으로 인한 사망률이 다른 암들에 비해 두 배에 이른다는 연구 결과도 나타났다. 유방암 발병 위험을 높이는 요인으로는 유전, 나이, 비만, 흡연, 과도한 음주, 운동 부족 등이 꼽힌다. 이와 함께 환경적 요인도 중요한 역할을 할 수 있다는 연구 결과가 제시되고 있다. 이러한 환경적 요인은 특히 화학 물질의 영향에 주목하여 추가적인 연구가 필요함을 시사한다. 유방암 발생과 연관된 환경적 요인들 중에서 주목받는 몇 가지는 다음과 같다. 첫째, 방사선 노출은 유방암 발생의 주요 환경적 요인으로 꼽히며, 특히 젊은 나이에 방사선에 노출될 경우 유방암 위험이 증가할 수 있다. 이는 의료적 방사선 노출뿐만 아니라, 일상 환경에서의 노출도 포함될 수 있다. 둘째, 호르몬의 영향도 중요한 역할을 한다. 특히 에스트로겐과 프로게스테론은 유방암 세포의 성장과 증식을 촉진할 수 있으며, 폐경 후 호르몬 대체 요법을 받는 여성들에서 유방암 발병 위험이 높아질 수 있다. 셋째, 일부 화학 물질이 유방암 발생과 연관될 수 있다. 여기에는 디클로로디페닐트리클로로에탄(DDE), 폴리염화비페닐(PCB), 비스페놀 A(BPA), 프탈레이트 등이 포함된다. 이러한 화학 물질은 식품, 음료, 공기, 물, 토양 등 다양한 경로를 통해 인체에 노출되며, 장기간 노출될 경우 유방암 발병 위험을 증가시킬 수 있다. 또한 최근 연구에서는 유방암 발병과 관련된 화학 물질을 식별하기 위한 혁신적인 방법론이 개발되고 있다. 이러한 발전은 유방암 예방 정책의 수립과 화학 물질 노출 감소 전략 개발에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다. 최근 UCLA 연구팀은 '환경 보건 전망(Environmental Health Perspectives)'에 발표한 연구에서 유방암 위험과 연관된 화학 물질을 성공적으로 식별했다. 이 연구팀은 국제암연구소(IARC)의 연구 논문과 미국 환경보호청(EPA)의 톡스캐스트(ToxCast) 데이터베이스를 활용해 유방 종양을 유발하고, 프로게스테론 또는 에스트라디올의 합성을 촉진하며, 에스트로겐 수용체를 활성화하는 능력을 가진 화학 물질을 체외 실험을 통해 식별했다. 이 연구 결과로 총 921개의 화학 물질이 유방암 위험과 연관되어 있음이 밝혀졌으며, 이 중 279개는 프로게스테론 또는 에스트로겐 신호 전달을 촉진하는 핵심적인 특성을 지닌 것으로 확인됐다. 이러한 연구는 유방암 발병 위험 요인을 보다 명확하게 이해하고, 효과적인 예방 및 감소 전략을 개발하는 데 중요한 단서를 제공한다. 또한, 유전독성, 에스트로겐 수용체의 작용제, 스테로이드원성과 같은 다른 주요 특성도 이러한 화학 물질에서 풍부하게 나타났다. 이번 연구 결과는 잠재적인 유방암 물질을 식별하는 데 있어 주요 특성 프레임워크의 중요성을 강조한다. 주요 특성 프레임워크는 알려진 인체 발암물질에 대한 주요 특성 목록을 개발하여 생물학적 영향을 문서화하고 잠재적으로 발암 가능성이 있는 다른 화학 물질을 식별하기 위한 프레임워크를 제공한다. 문서화된 주요 특성에는 유전 독성, 세포 증식 증가, 세포 신호 변경, 염증, 후성유전학적 변형 및 면역 억제가 포함된다. 이러한 주요 특성 중 하나 이상의 존재는 잠재적인 발암 활성을 나타낸다. 이번 연구에서 조사된 화학물질은 내분비활성과 유전독성에 따라 유방암 관련 노출을 기준으로 분류되었으며, 2007년 유방암물질 목록은 유방암과 관련된 내분비 신호전달 경로를 활성화하는 화학 물질을 포함하도록 업데이트되었다. 유방암 관련 내분비 경로를 활성화하는 등 생물학적 효과를 나타내는 유방암 물질의 비율도 연구에서 스크리닝된 모든 화학 물질의 비율로 계산됐다. 이번 연구는 체외 실험을 통해 진행되었기 때문에, 실제 인간의 유방암 위험을 완벽하게 반영하지 못할 수 있다는 한계점을 가지고 있다. 또한, 연구에 사용된 화학 물질의 범위가 제한적이었기 때문에, 유방암 위험과 관련된 화학 물질의 전체적인 스펙트럼을 파악하는 데에는 다소 부족할 수 있다. 향후 연구에서는 보다 다양한 화학 물질을 대상으로 체내 실험을 진행하고, 유방암 발생과 관련된 화학 물질의 종류와 그 영향을 더 정밀하게 조사할 필요가 있다. 이를 통해 유방암 위험과 관련된 화학 물질에 대한 보다 광범위한 이해를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 이 연구 결과가 유방암 위험 감소를 위한 정책 수립과 화학약품 노출을 줄이는 방안 개발에 유용한 정보를 제공할 것으로 기대한다고 밝혔다.
- IT/바이오
2024-01-22 17:39:00
합금의 한계를 뛰어넘는 레이저 제작 금속

미국 에너지부(DOE)의 오크리지 국립 연구소(ORNL) 연구팀은 레이저 기반 적층 제조(AM)를 사용하여 더 강하고 파손 가능성이 적은 고엔트로피 합금을 개발했다. 적층 제조는 금속 분말을 레이저나 열 등으로 녹여서 원하는 모양의 구조물을 만드는 공정으로, 3D 프린팅이라고도 한다. 미국의 과학기술 전문 매체인 사이테크데일리(SciTechDaily)에 따르면 연구원들은 다섯 가지 이상의 원소를 일정 비율로 혼합하여 고엔트로피 합금(HEA)이라는 내구성 있는 합금을 개발했다. 고엔트로피 합금은 심각한 마모 저항성, 극한의 온도와 방사선, 높은 응력을 견딜 수 있는 특성으로 인해 다양한 산업 분야의 사용이 기대된다. 그러나 기존의 3D 프린팅으로 만든 고엔트로피 합금은 강도는 높지만 연성이 부족해 성형하기 어렵고 하중이 가해질 때 쉽게 파손될 수 있다는 단점이 있다. 이는 합금의 응용 범위를 제한하는 문제점 중 하나다. 새로운 고엔트로피 합금의 특징 연구팀은 레이저 기반 적층 제조 공정을 활용하여 나노미터 두께의 나노 라멜라 구조를 가진 새로운 고엔트로피 합금을 개발했다. 이 나노 라멜라는 서로 다른 결정 구조를 가지고 있어 고강도를 제공한다. 또한, 이 판들의 명확한 가장자리는 일정 정도의 어느 정도의 미끄러짐을 허용하여 합금에 연성을 제공한다. 이것은 나노 라멜라가 여러 층으로 쌓인 판 구조와 유사하다는 것을 의미한다. 이러한 층과 층 사이에는 서로 다른 원소들이 포함되어 있다. 이 구조 덕분에 각 층이 서러 잘 붙어 강도가 높아지고, 판의 가장자리가 미끄러짐을 통해 연성이 향상되는 것이다. 새로운 고엔트로피 합금의 성능 새로운 고엔트로피 합금은 기존의 3D 프린팅 고엔트로피 합금에 비해 강도가 1.3배, 연성이 2배 이상 향상됐다. 이는 고엔트로피 합금의 한계를 극복하여 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 연구팀은 오크리지 국립 연구소에 있는 파쇄 중성자 소스(Spallation Neutron Source)와 고급 광자 소스(Advanced Photon Source)를 활용하여 나노 라멜라의 구조와 특성을 분석했다. 파쇄 중성자 소스는 핵분열을 통해 생성된 중성자를 이용하여 물질의 내부 구조를 연구하는 장비이다. 반면, 고급 광자 소스는 고에너지의 광자를 사용하여 물질의 구조와 특성을 조사하는 장비다. 연구팀은 이러한 장비를 사용해 나노 라멜라의 두께와 결정 구조를 측정하고, 나노 라멜라가 합금의 강도와 연성에 미치는 영향을 연구했다. 연구 결과 나노 라멜라의 두께가 100나노미터(nm) 미만인 경우 강도가 가장 높고, 나노 라멜라의 결정 구조가 서로 다른 경우 연성이 가장 높다는 것을 발견했다. 고엔트로피 합금 응용 분야 연구팀은 이번 연구를 통해 레이저 기반 AM을 사용하여 고엔트로피 합금의 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다는 것을 보여주었다. 이는 고엔트로피 합금의 한계를 극복하여 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 예를 들어, 새로운 고엔트로피 합금은 더 안전하고 연료 효율적인 차량, 더 강력하고 더 오래 지속되는 기계를 생산하는 데 사용될 수 있다. 새로운 고엔트로피 합금은 △더 가볍고 강한 항공기 및 우주선 제작, △더 안전하고 연료 효율적인 자동차 제작, △더 내구성이 뛰어난 풍력 터빈 및 태양광 패널 제작, △더 강하고 내식성이 뛰어난 의료 기기 제작 등에서 활용될 수 있다.
- 산업
2024-01-18 17:33:00
아마추어 천문학자, 초신성 폭발 후 블랙홀 형성 목격

최근 아마추어 천문학자가 초신성의 폭발 과정에서 블랙홀의 형성을 관측했다. '초신성(超新星, supernova)'은 일반적인 별의 폭발인 신성(nova)보다 훨씬 더 강력한 에너지를 방출하는 별의 폭발 현상이다. 이 폭발은 매우 밝게 빛나며, 폭발적인 방사선을 방출한다. 폭발의 밝기는 수 주에서 수 개월 동안 지속되며, 때로는 은하 전체의 밝기에 필적할 정도다. 미국의 과학 전문 매체 코스모스 매거진은 이스라엘 와이즈만 연구소(Weizmann Institute of Science)의 핑첸(Ping Chen) 연구원이 이 과정을 실시간으로 처음으로 관측했다고 보도했다. 네이처지에 발표된 이 연구에 따르면, 아마추어 천문학자의 발견과 연구팀의 적절한 타이밍, 그리고 별의 연구 협력이 결합하여, 초신성 폭발이 블랙홀이나 유사한 천체를 형성하는 직접적인 증거를 제시했다. 핑첸은 이 연구의 중요성을 강조하며, "우리의 연구는 가능한 모든 증거를 모아 퍼즐을 풀어나가는 것과 같다. 이 모든 조각들이 모여 진실을 이룬다"고 말했다. 이 발견의 시작점은 남아프리카의 아마추어 천문학자 베르토 모나드가 약 7600만 광년 떨어진 NGC 157 은하의 나선팔에서 새롭게 발견한 밝은 물체, SN 2022jli의 관측에서 비롯된다. 하늘에서 갑자기 나타난 새로운 밝은 물체는 종종 초신성의 출현을 나타낸다. 이러한 현상이 발견되면, 천문학자들은 추가 관측을 통해 물체의 정확한 위치와 다른 정보를 파악하고 빠르게 망원경을 해당 물체에 맞춘다. 초신성은 예측하기 어렵고 짧은 기간 동안만 관측할 수 있어 연구가 어렵다. 초신성은 별의 수명이 다할 때 강력하게 폭발하는 현상으로, 별의 자체 중력에 의해 붕괴되면서 발생한다. 이 폭발은 별이 다시 어두워질 때까지 은하계 전체만큼 밝아질 수 있다. 블랙홀과 중성자별은 별의 붕괴로 인해 형성되는 초밀도 물체다. 과학자들은 이들이 초신성 이후에 형성될 것으로 확신하지만, 초신성 폭발에서 이러한 소형 물체가 형성되는 전체 과정을 직접적으로 관측한 적은 없었다. 그러나 최근의 연구와 관측을 통해 이 단계가 직접 확인될 수 있게 됐다. SN 2022jli는 일반적인 우주 규칙을 따르는 것이 아닌 평범하지 않은 패턴을 보였다. 처음에는 밝게 빛났으나 점차 어두워졌고, 발견된 후 약 한 달이 지난 시점에서 다시 밝아지는 현상을 나타냈다. 이후 200일 동안 약 12일 간격으로 주기적인 밝기 변화를 경험했다. 벨파스트 퀸스 대학의 토마스 무어 교수는 이와 관련하여 "SN 2022jli의 데이터 분석 결과, 반복적으로 밝아지고 어두워지는 패턴이 명확하게 관찰되었다"고 말했다. 무어 교수는 "이러한 주기적인 변화가 초신성 광 곡선에서 감지된 것은 이번이 처음"이라고 설명했다. 이 연구는 2023년 천체물리학 저널인 '아스트로피지컬 저널(Astrophysical Journal)'에 실렸다. 연구팀은 이러한 특이한 패턴이 초신성 폭발을 겪은 후 살아남은 두 번째 별의 영향 때문일 것으로 추측하고 있다. 그들은 이 두 번째 별이 소형 물체의 존재를 간접적으로 드러내고 있다고 설명했다. 연구팀은 블랙홀이나 중성자별이 동반성 별의 풍부한 대기에서 수소를 흡수할 것이라는 가설을 세웠다. 이러한 흡수 현상, 즉 '강착'은 연구원들이 관찰한 주기적인 변화의 원인으로, 많은 에너지를 방출하는 파동 형태로 나타난다. 연구원들은 "SN 2022jli가 보여준 독특한 특성들은 이 시스템에서 일어나는 현상이 매우 드물다는 것을 시사하며, 이는 초신성 폭발을 겪고도 살아남는 결합된 이중 별계의 드문 존재로 설명될 수 있다"고 밝혔다. 또한, "SN 2022jli의 사례는 초신성 폭발과 그 이후 소형 천체 형성 사이의 직접적인 연결고리를 제시한다"고 네이처 저널에 기고했다. 한편, 2018년에는 중국, 미국, 독일의 연구진이 초신성 폭발 과정에 대한 중요한 정보를 얻기 위해 초신성 잔해물 간의 상대적 거리 측정에 성공했다. 이들은 잔해물 주변의 밝은 별들을 기준점으로 사용하여 측정의 정확도를 높였으며, 이러한 연구는 별의 진화와 소멸 과정을 이해하는 데 큰 도움이 되고 있다.
- 산업
2024-01-17 09:54:00
레이저 가공 HEA, 3D 프린팅으로 강도·연성 향상

최근 레이저와 3D 프린팅 기술을 활용해 강도가 높고 유연성을 갖춘 새로운 형태의 합금을 개발하는 데 성공했다. 합금이란, 기본 금속에 다른 금속을 섞어 고온에서 녹인 후 식혀 만들어진, 원래 금속과는 다른 성질을 가진 새로운 금속 물질을 말한다. 이러한 합금을 제작하는 주된 목적은 기계적 성질을 개선하고, 부족한 특성을 보완하여 금속의 기능을 증진시키기 위함이다. 과학기술 전문 매체 사이테크데일리(SciTechDaily)는 레이저 기반 적층 제조 방식을 이용하여 더 강력하고 파손 가능성이 낮은 고엔트로피 합금(HEA)을 만드는 방법을 소개했다. '고엔트로피 합금(HEA:High entropy alloys)'은 기존의 합금 제조 방식과 비교했을 때 뛰어난 강도와 내구성을 제공하며, 합금의 적용 범위를 확장시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. HEA는 심각한 마모, 극한의 온도, 방사선 및 높은 압력과 관련된 응용 분야에서 사용가능하다. 3D 프린팅, 또는 적층 가공(AM)으로 알려진 기술을 사용해 만들 수 있는 합금은 일반적으로 연성이 부족하다는 단점을 가지고 있다. 이는 3D 프린팅을 통해 제작된 고엔트로피 합금이 형태를 유지하는 데 어려움을 겪고, 하중을 받을 때 충분히 변형되거나 늘어나지 않아 쉽게 파손될 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 최근 과학자들은 레이저 기반의 적층 가공 방식을 사용하여, 이러한 연성 문제를 개선한 더욱 강하고 연성이 뛰어난 고엔트로피 합금을 개발하는 데 성공했다. 이들은 이러한 성능 향상의 기본 메커니즘을 더 깊이 이해하기 위해 중성자와 X선 산란, 그리고 전자 현미경과 같은 고급 분석 기술을 활용했다. 이러한 연구 결과는 3D 프린팅 합금의 사용 범위를 확장하고, 그것이 적용될 수 있는 산업 분야를 다양화하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 연성과 강도가 모두 향상된 새로운 형태의 합금은 더욱 까다로운 응용 분야에서도 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 잠재적인 산업 응용과 에너지 효율성 산업계는 미래에 제조 과정에서 더욱 강력하고 형태를 쉽게 잡을 수 있는 고엔트로피 합금을 사용 가능할 것으로 기대하고 있다. 이러한 HEA를 산업 응용 분야에 사용하기 위해서는 가벼우면서도 복잡한 형태의 HEA 부품에 대한 높은 내구성, 신뢰성, 그리고 파손 저항성이 요구된다. 새로운 합금은 더 안전하고 연료 효율적인 차량의 제조, 더 강한 제품의 생산, 그리고 더 오래 지속되는 기계의 개발을 가능하게 하여, 소비자와 산업계 모두에 혜택을 가져올 것으로 기대된다. 또한, 레이저를 사용하여 분말 합금을 고체 금속 형태로 융합하는 레이저 기반의 적층 가공 방식은 에너지 효율성이 매우 높다는 점에서, 새로운 유형의 HEA 생산에 있어 매력적인 방법으로 여겨진다. 이는 에너지 소비를 줄이면서도 고품질의 합금 부품을 생산할 수 있는 방법으로, 지속 가능한 제조 및 공정 효율성 측면에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 나노 라멜라 구조와 기계적 특성 레이저 기반 적층 가공 공정은 나노미터 두께의 나노 라멜라(얇은 판층) 구조를 생산할 수 있다. 이 공정은 높은 강도를 제공하면서도, 나노 라멜라의 뚜렷한 가장자리가 일정 수준의 미끄러짐(연성)을 허용하여 유연성을 보장한다. 이러한 나노 라멜라는 평균 약 150나노미터 두께의 면심 입방체(FCC) 결정 구조와 평균 약 65나노미터 두께의 체심 입방체(BCC) 결정 구조의 교차 층으로 구성된다. 개발된 새로운 고엔트로피 합금은 약 1.3기가파스칼(인장강도 단위)의 높은 항복 강도를 나타내며, 이는 가장 강한 티타늄 합금의 강도를 능가하는 수준이다. 또한, 이 HEA는 약 14%의 연신율을 제공하는데, 이는 동일한 항복 강도를 가진 다른 AM 금속 합금보다 높은 수치다. 연신율은 재료가 파손되지 않고 얼마나 많은 굽힘을 견딜 수 있는지를 나타내는 지표로, 재료의 유연성과 내구성을 측정하는 중요한 요소다. HEA 첨단 연구기술 및 시설 한편, 미국 테네시주에 위치한 오크리지 국립연구소(ORNL: Oak Ridge National Laboratory)의 연구원들은 에너지부(DOE) 산하 과학 사용자 시설인 파쇄 중성자원(Spallation Neutron Source)을 통해 변형 상태에서 HEA 샘플의 내부 기계적 부하 분배를 조사할 수 있었다. 이 시설의 중성자 데이터는 합금 내부의 상세한 구조적 정보를 제공함으로써 HEA의 기계적 특성에 대한 깊은 이해를 가능하게 했다. 또한, 연구팀은 ORNL 내의 다른 DOE 과학 사용자 시설인 나노입자 재료 과학(Nanophase Materials Sciences) 센터에 위치한 원자 프로브 장비를 활용하여, 교대로 층을 이루는 나노 라멜라 구조 및 미세 구조의 상세한 3D 이미지를 캡처했다. 이와 별개로, 미국 일리노이주에 위치한 시카고 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory)의 첨단방사광가속기(Advanced Photon Source)는 어닐링 과정을 거친 다양한 HEA 샘플의 단계를 연구하는 데 사용되었다. 이 시설에서의 X선 회절 분석은 합금의 열처리 과정이 그 성질에 어떻게 영향을 미치는지를 평가하는 데 중요한 역할을 했다. 미국 내 첨단 연구기술 및 시설의 활용은 HEA의 개발과 응용에 있어 중요한 도약점을 제공하며, 합금의 구조적 및 기계적 특성에 대한 포괄적인 이해를 가능하게 한다. 이러한 첨단 연구는 HEA의 미래 적용 가능성을 확장하고, 재료 과학 분야에서의 혁신적 발전을 촉진할 것으로 기대된다. 연구소들의 고도화된 기술과 시설은 재료의 기본 구조부터 그 성능에 이르기까지 광범위한 분석을 허용함으로써, 합금의 특성을 극대화하고 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 새로운 기회를 열어준다.
- 산업
2024-01-16 11:03:00
태양 플레어, 6년 만에 X급 폭발

2024년 새해 전날 태양의 플레어 폭발(빛나는 점)로 지구 전력망이 일시적으로 방해받을 수 있다. 사진=NOAA 홈페이지 2024년 새해 전날 발생한 태양의 강력한 에너지 폭발은 2017년 이후 관측된 것 중 가장 큰 태양 플레어를 생성했다. 미국 국립해양대기청(NOAA)은 이러한 태양 플레어의 분출이 심각해 보일 수 있지만, 두려워할 것은 없다고 밝혔다. 미국 매체 USA투데이는 NOAA의 우주 기상 예측 센터(Space Weather Prediction Center)가 최근 태양 표면에 빛나는 점으로 나타난 플레어의 이미지를 공개했다고 최근 보도했다. 문제는 이 플레이어가 고주파 무선 신호를 일시적으로 방해해 지구 전력망에 영향을 미칠 위험이 있다는 지적이다. 나사(NASA)의 태양 역학 관측소(Solar Dynamics Observatory) 또한 거대한 태양 플레어의 이미지를 포착했다. 나사는 플레어가 방출하는 열과 자외선을 극도의 강도를 강조하기 위해 노란색과 주황색으로 채색했다. 우리 태양계의 가장 큰 폭발 사건으로 간주되는 태양 플레어는 흑점과 관련된 자기 에너지가 방출되어 강렬한 방사선 폭발을 일으킬 때 발생한다. 태양 플레어는 강도에 따라 다양하며, 단 몇 분에서 몇 시간까지 지속될 수 있다. 나사는 이러한 강도에 기반해 태양 플레어를 분류하며, B급은 가장 약한 수준이고 최근에 감지된 X급은 가장 강력한 수준이다. 비교적 약한 태양 플레어는 우리 지구에서는 눈에 띄지 않지만, X등급으로 분류되는강력한 에너지를 지닌 플레어는 무선 통신, 전력망, 그리고 항법 신호에 양향을 미칠 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 나사에 따르면 X45급 태양 플레어는 극단적인 경우, 우주선과 우주 비행사에게 심각한 위험을 초래할 수도 있다고 한다. 태양 플레어의 강도를 나타내는 'X-5급'과 같은 분류에서, 각 문자는 에너지 출력이 10배 증가함을 나타낸다. 각 등급에는 1부터 9까지의 서브 등급이 포함된다. 하지만 X 등급에서는 X-1 등급의 출력보다 10배 이상 높은 강도를 나타내는 예외적인 경우도 기록된다. 나사에 따르면 가장 강력한 태양 플레어는 지난 2003년에 발생했으며, 이때 측정 센서는 과부하 상태에 이르렀다. 이 플레어는 나중에 X-45급 정도로 추정됐다. 이는 위성에 손상을 줄 뿐만아니라 심지어 극 지방을 비행하는 항공사 승무원에게 소량의 방사선을 노출시키고, 장기간 지속되는 방사선 폭풍을 생성할 수 있는 충분한 강도를 가졌다. X급 플레어는 또한 전 세계적으로 무선 전송 문제를 일으키고, 심지어는 대규모 정전을 초래할 가능성이 있다고 나사는 설명했다. 다행히도 최근에 발생한 태양 플레어는 2003년에 발생한 플레어 강도에는 미치지 못했다. NOAA에 따르면 X-5 등급으로 평가된 이번 태양 플레어는 X 8.2 플레어가 발생한 2017년 9월 10일 이후 관측된 것 중 가장 강력했다. 이 기관은 또한 2023년 12월 14일 남미에서 무선 정전을 초래한 X-2.8 등급의 태양 플레어를 생성한 동일한 태양 지역과 연관 지었다. 태양 플레어와 태양 폭풍과 같은 기타 태양 활동은 태양이 약 11년 주기로 발생하는 태양 최대치에 도달함에 따라 2025년에 더욱 빈번해 질 것으로 예상된다. 태양 플레어 활동이 증가함에 따라 장기간 인터넷 중단이 발생할 경우, 이는 잠재적으로 '인터넷 종말'에 대한 우려를 낳을 수 있다.
- 생활경제
2024-01-12 10:45:00
미국 민간 우주 기업, 2024년 나사 대신 달 탐사 주도

인도와 중국을 비롯해 글로벌 달 탐사 경쟁이 치열해지는 가운데 미국 민간 우주기업들이 올해 미국 항공우주국(NASA·나사) 대신 탐사를 주도한다. 미국 우주 기업들은 올해 5차례 나사와 다른 고객들을 위해 달 착륙을 시도할 예정이라고 월스트리트저널(WSJ)과 CNN 등 다수 외신이 7일(이하 현지시간) 보도했다. WSJ에 따르면 올해는 미국 민간 우주기업들이 제작한 우주선 5대가 나사 장비를 탑재하고 달 착륙에 나설 예정이다. 가장 먼저 8일 오전 중 우주기업 아스트로보틱(Astrobotic)의 무인 우주선이, 2월에는 또 다른 기업 인튜이티브 머신(Intuitive Machines)의 우주선이 각각 발사될 예정이다. 이들 팀사선 중 어느 것 하나라도 성공한다면 미국으로서는 1972년 이후 50년 만에 처음으로 달 표면에 재착륙하게 된다. CNN은 "나사는 2023년부터 가열되기 시작한 새로운 국제 우주 경쟁에서 미국이 달에 존재감을 드러낼 수 있도록 이러한 민간 개발 달 착륙선의 소량 개발을 후원하고 있다"고 전했다. 아스트로보틱의 로봇 달 팀시 우주선 ‘페레그린((Peregrine))’은 8일 오전 2시 18분(동부 표준시)에 플로리다의 케이프 커내버럴 우주 기지에서 ULA 벌컨 센타우로켓에 실려 발사될 예정이다. 아스트로보틱의 CEO 존 손튼을 비롯한 우주 산업 전문가들은 우주선을 달에 성공적으로 착륙시킬 수 있는 확률이 반반이라며 동전 던지기에 비유했다. 손튼은 지난 1월 2일 CNN과의 전화 인터뷰에서 "이것은 50 대 50의 확률로 목표에 도달하는 것과 같은 접근 방식이며, 특정 임무가 아니라 업계 전체의 성공이 더 중요하다"라고 말했다. 그러면서 손튼은 "우리는 이 임무에 우리가 할 수 있는 모든 것을 쏟아 부었다"고 덧붙였다. 페레그린은 세계에서 가장 빨리 나는 새인 매의 이름을 딴 것으로, 2월 23일에 착륙을 시도하기 전에 달 궤도에서 일정 시간을 보내게 된다. 현재 우주탐사선의 달 착륙은 전 세계적인 경쟁을 부르고 있다. 인도는 지난해 8월, 달 탐사선 '찬드라얀-3호'를 달 남극에 성공적으로 착륙시켜 전 세계의 주목을 받았다. 이로써 인도는 중국, 구소련, 미국에 이어 달에 우주선을 착륙시킨 네 번째 국가가 됐다. 일본은 지난해 9월 우주 공간으로 발사한 자국 최초의 달 탐사선 '슬림'(SLIM)을 이달 하순에 착륙시킬 예정이다. 러시아는 지난해 달 탐사선을 쏘아 올렸으나 착륙에 실패했다. 러시아는 1976년 달 탐사선인 루나 24(Luna-24) 이후 47년 동안 어떤 러시아 우주선도 달 궤도에 재진입하지 못했다. 미국과 중국은 우주인들을 달 표면에 보내 궁극적으로는 영구 정착지를 개발하기 위해 노력하고 있다. 21세기 들어 지금까지 인도와 중국 만이 달에 연착륙했다. 특히 나사는 올해의 경우 민간업계가 미국 착륙선의 설계와 운영을 주도하도록 하고 있다. 이는 전통적으로 나사가 달 탐사 업무를 관리해오던 방식에서 벗어난 것이라는 게 WSJ의 설명이다. 나사는 1969년을 시작으로 우주비행사를 여러 차례 달에 보냈던 아폴로 프로그램 기간 수십만 명의 직원과 막대한 예산에 의존해 전체 과정을 주도했다. 하지만 이제 나사는 공급자보다는 고객으로서, 더 적은 자금을 투입하기를 희망하고 있다. 나사는 상업적으로 개발된 로봇 착륙선을 사용하여 빠르게 따라잡을 수 있기를 기대하고 있다는 것. 나사는 페레그린 외에도 텍사스에 본사를 둔 파이어플라이 에어로스페이스 및 인튜이티브 머신즈와 계약을 맺고 있다. 인튜이티브는 빠르면 2월 중순에 달 착륙선을 발사할 수 있다. 이러한 계약은 모두 NASA의 상업용 달 탑재체 서비스 프로그램의 일환으로, 특히 아폴로 시대의 착륙선을 만드는 데 수십억 달러가 소요된 것과 비교하여 달 착륙선 제작 비용을 대폭 낮추는 것을 목표로 한다고 CNN은 전했다. 페레그린과 다른 CLPS 착륙선은 훨씬 더 저렴하게 설계됐으며, 나사는 파트너 회사에 단 한 번의 고정 가격 계약만 체결하기로 합의했다. 예를 들어, 이 임무에 대한 아스트로보틱(Astrobotic)의 계약은 총 1억 8000만 달러로, 이는 나사가 처음에 약속한 것보다 더 많은 금액이다. 기관 관계자는 팬데믹으로 인해 계약이 재협상되었다고 말했다. 손튼은 CNN에 "이것은 새로운 가격대에 도달하기 위해, 패러다임을 깨기 위해 달 표면으로 보내질 많은 비교적 저렴한 임무 중 하나다"라고 말했다. 우주인들이 국제우주정거장(ISS)을 오가도록 하는 데 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 이끄는 스페이스X를 활용하는 등 나사는 일부 작업을 민간 기업들로 옮기고 있다. 나사로서는 민간기업 의존을 늘려나가면서 비용을 줄일 계획이지만, 이 같은 외부 의존이 이전의 '과학'에 따른 자체 접근법보다는 리스크는 더 있을 것으로 보고 있다. 또한 달 탐사 작업은 거리나 달 지형을 포함해 많은 어려움이 있다. 대표적인 예로는 지난해 일본 기업 아이스페이스(ispace)와 러시아의 달 착륙 시도가 모두 실패했다. 미국도 달 탐사선 발사 지연과 함께 기술적 문제에 직면해 있다. 8일 발사 예정인 페레그린은 록히드 마틴과 보잉의 합작사인 유나이티드 론치 얼라이언스(ULA)가 개발한 차세대 로켓 '벌컨'에 탑재돼 달을 향한 여정을 시작한다. 페레그린은 '끈적끈적한 만(Bay of Stickiness)'이라고도 불리는 달의 부비동(Sinus Viscositatis) 지역으로 향하고 있다. 페레그린호에는 독일, 멕시코, 영국 등 다른 국가의 과학 실험과 상업용 화물도 실릴 예정이다. 특히, 페레그린은 미국 최대 아메리카 원주민 집단인 나바호족의 반발을 불러일으킨 두 개의 상업용 우주 매장 업체인 엘리시움 스페이스와 셀레스티스를 대신해 인간의 유해를 운반할 예정이다. 이 단체는 유골이 달 표면에 착륙하는 것을 허용하는 것은 달을 신성하게 여기는 많은 원주민 문화에 대한 모독이라고 주장한다. 셀레스티스는 웹사이트를 통해 약 1만 3000달러부터 시작하는 가격으로 유골을 달로 운반하겠다고 제안했다. 이 우주선은 미래 우주 비행사를 위한 방사선 위험 측정 장치를 포함해 여러 나사 장비를 탑재하고 다음 달 23일 달 착륙을 시도할 예정이다. 아스트로보틱 측은 올해 말에 착륙선 그리핀(Griffin)을 추가로 발사할 예정이다. 여기에는 달의 얼음 퇴적물을 연구하는 나사의 로버(rover)가 실리게 된다. 이 탐사선은 달의 남극에서 21세기 우주 경쟁의 핵심인 '물 얼음(Water ice·수빙)'을 찾기 위해 탐사할 계획이다. 물 얼음은 미래 우주비행사의 식민지를 유지하는 데 사용되거나 더 깊은 우주로 향하는 임무를 위한 로켓 연료로 전환될 수 있다고 CNN은 설명했다. 이어 2월에는 휴스턴에 본사를 둔 인튜이티브 머신의 노바-C 우주선이 스페이스X의 팰컨9 로켓에 탑재돼 발사될 계획이다. 이 우주선에는 달 착륙 중에 솟아오르는 잔해 기둥을 연구하는 장치와 같은 나사 장비들이 실려있다. 인튜이티브 머신 측은 올해 말에 두 번째 노바-C 우주선을 보낼 예정이다. 이들 외에 텍사스주 오스틴 부근에 본사를 둔 파이어플라이 에어로스페이스(Firefly Aerospace)가 스페이스X 로켓을 이용해 블루 고스트(Blue Ghost) 우주선을 발사해 올해 달에 착륙하도록 할 계획이다. CNN은 나사의 달 탐사 노력의 초석은 아르테미스 프로그램을 통해 인간이 달 표면으로 돌아갈 수 있는 길을 닦는 것이라면서 나사는 빠르면 2024년 말부터 우주비행사를 달에 보내 달을 비행하는 임무를 수행한 후 10년 후 인간을 지표면으로 귀환시키는 것을 목표로 하고 있다고 덧붙였다. 한편, 일본의 첫 달 탐사선 '슬림'(SLIM)이 오는 20일 첫 달 착륙을 시도한다. 슬림은 지난 9월 발사돼 지난 달 25일 달 궤도에 진입했으며, 일본 현지시각으로 오는 20일 오전 0시 20분께 달 착륙을 시도한다. 만약 이때를 놓치면, 다음 달 16일 다시 착륙을 시도할 계획이라고 한다. 현재 나사 관계자들은 중국의 적극적인 달 탐사에 긴장하고 있다. 중국은 우주 탐사가 모든 국가와 인류에 이익이 돼야 한다고 주장하면서 최근 수년간 달 표면에 연구 장비들을 보내고 있다. 중국의 경우, 자국의 달 탐사 프로젝트의 일환인 '창어 6호'를 통한 달 착륙을 계획하고 있다. 창어 6호는 오는 5월, 달 뒷면으로 가서 암석과 먼지 샘플 등을 수집해 지구로 가져올 것으로 예상된다. 달 표면 채취는 세계적으로 모두 10차례 이뤄졌지만, 모두 달 앞면에서 진행됐다. 나사는 특히 중국이 달 남극 근처에 있는 수백만톤의 얼음과 수자원, 광물 등을 선점해 지속적으로 주둔할 수 있는 기반을 마련할 가능성에 대해 우려하고 있다. 렌슬리어 폴리테크닉 대학(RPI)의 샌딥 싱 조교수는 나사가 달 착륙 임무를 민간이 기업에 맡기면 민간 기업의 기술 개발을 촉진할 수 있을 것이라며 "더 일찍 했더라면 더 이른 시기에 달에 되돌아갈 수 있었을 것"이라고 WSJ에 말했다. 아스트로보틱의 CEO인 손튼은 CNN과의 인터뷰에서 이번 착륙 시도는 회사 직원들이 16년간의 노력의 정점을 찍는 초현실적인 순간이 될 것이라고 말했다.
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2024-01-08 13:58:00