검색
-
-
[우주의 속삭임(40)] 달 대기 생성의 비밀, 마침내 풀렸다
- 달은 우주의 진공에 노출되어 있다. 그래도 달은 실제로 가스로 덮여 있다. 층이 얇고 미약하지만, 외기권이라고 불리는 일종의 대기로 간주될 만큼은 충분하다. 달이 어떻게 가스 대기권을 유지하는지는 수수께끼였다. 지구의 자기장은 대기에 제한적이지만 어느 정도 영향을 미친다. 그러나 달에는 그러한 자기장이 없다. 따라서 달의 외기권은 이미 오래 전 태양 활동으로 인해 없어졌어야 했다. 그런 점에서 달의 외기권에서 가스가 없어지는 만큼 끊임없이 보충되고 있다는 것은 분명하다. 이에 대한 연구가 계속돼 온 가운데, 이번에 메사추세츠 공과대학(MIT) 연구팀이 달 대기권에서의 가스 보충의 비밀을 풀어냈다고 사이언스얼라트가 전했다. 연구 결과에 따르면, 먼지 입자보다 더 작은 미세 유성이 끊임없이 달 표면에 부딪히고, 이를 통해 달에서 먼지를 일으켜 증발시키며, 달 주변 공간으로 원자를 방출해 대기를 유지한다는 것이다. 연구팀원인 MIT의 지구화학자 니콜 니 박사는 "미세 운석의 달 충돌과 이로 인한 증발이 달 대기를 만드는 주요 과정이라는 확실한 답을 얻었다"고 말했다. 달의 나이는 대략 45억 년으로 추정되며, 그동안 달 표면은 운석의 지속적 충돌이 이어졌는데, 결국 얇은 대기가 달 전체에 걸쳐 작은 충돌로 인해 지속적으로 보충돼 결국 안정 상태에 도달했다는 것이다. 미세 운석의 달 충돌은 태양풍으로 운반된 하전 입자에 의한 것이다. 달의 대기는 매우 분산돼 있기 때문에 연구하기 어렵다. 아폴로 임무에서 남긴 달 탐지기가 달에서 다양한 원자 성분을 감지했기 때문에 대기권을 대략 파악하고는 있었지만, 천문학자들은 지금까지 그것이 정확히 어떻게 만들어지고 유지됐는지 알아내는 데 어려움을 겪었다. 연구팀은 달 외기권의 생성과 유지의 근원과 미세 운석의 역할 등을 구체적으로 규명하기 위해 새로운 분석을 수행했다. 팀은 2013~2014년 사이 7개월 동안 운영된 궤도선인 달 대기 및 먼지 환경 탐사선(LADEE: Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer)의 데이터를 분석했다. 분석 결과 운석이 대량으로 충돌하는 동안에는 대기에 더 많은 원자가 존재했다. 즉, 미세 운석의 충격이 영향을 미쳤던 것이다. 동시에 일식과 같이 달이 태양의 영향에서 벗어날 때 대기 중 원자에도 변화가 발생했다. 이는 태양 역시 영향을 미친다는 것을 의미한다. 연구팀은 나아가 아폴로 프로그램 동안 수집한 실제 달 먼지 샘플도 조사했다. 그 결과 달에서 발견되는 것으로 알려진 칼륨과 루비듐이라는 두 가지 원소를 찾았는데, 이들 두 원소 모두 매우 쉽게 기화되어 증발하는 성질을 가지고 있다. 태양 입자나 미세 유성체가 달 표면에 부딪히면 루비듐과 칼륨은 증발한다. 다만 이들은 더 무겁기 때문에 빠르게 달 표면으로 떨어진다. 팀은 달 먼지를 미세한 가루로 분쇄하고 질량 분석기를 사용해 분석했다. 결과 두 가지 과정 모두 달 외기권을 생성하는 데 역할을 한다는 것을 발견했다. 다만 미세 유성체의 충돌 기여도가 태양풍에 비해 두 배 이상이었다. 충격 증발의 경우 대부분의 원자는 달 대기에 머무르지만, 태양풍에 의해 퍼지는 원자는 대부분 우주로 방출됐다. 연구를 통해 비로소 두 과정의 역할을 정량화할 수 있게 되었다는 평가다. 운석 충격 증발과 태양풍 이온의 달 대기권 유지에 대한 상대적 기여도는 약 70대 30 또는 그 이상이라고 말할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
-
- IT/바이오
-
[우주의 속삭임(40)] 달 대기 생성의 비밀, 마침내 풀렸다
-
-
[우주의 속삭임(36)] 수성 표면, 최대 16km 두께의 다이아몬드층 존재 가능성 제기
- 태양계에서 가장 작은 행성인 수성에 다량의 다이아몬드가 존재한다는 주장이 제기됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 벨기에의 뢰번 가톨릭 대학교(KU Leuven) 연구팀은 나사(NASA)의 수성 미션인 메신저(MESSENGER) 우주선의 데이터를 분석, 태양에서 가장 가까운 행성인 수성의 지각 아래에 16km 두께의 다이아몬드 층이 존재할 수 있다는 가능성을 제기했다. 수성은 다른 태양계 행성에서는 보기 어려운 다양한 특성을 갖고 있어 천문학자들의 탐구의 대상이었다. 매우 어두운 표면, 눈에 띄게 밀도가 높은 핵, 조기에 끝난 화산 시대 등이 대표적인 특징이었다. 또한 수성은 표면에 탄소의 일종인 흑연 조각도 포함하고 있다. 천문학자들은 이에 근거해 수성의 형성 초기에 탄소가 풍부한 마그마 바다가 있었다는 이론을 제기했다. 마그마 바다가 표면으로 부상해 흑연 조각과 함께 수성 표면의 어두운 색조를 만들었을 것이라는 추정이었다. 동일한 과정으로 인해 수성 표면 아래에 탄소가 풍부한 층이 형성됐다는 것이 뢰번 연구팀의 주장이다. 팀은 이 탄소 층이 과거에 제기됐던 그래핀이 아니라 다이아몬드로 구성되어 있다고 추정하고 있다. 그래핀은 탄소의 동소체 중 하나로 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조다. 다이아몬드 결정과는 근본적으로 다르다. 연구팀의 올리버 나머 교수는 "우리 팀은 수성이 탄소가 풍부한 행성이라는 것과 수성의 맨틀-핵 경계의 압력에 대한 새로운 추정치를 감안, 맨틀과 핵 사이의 경계면에서 형성되는 탄소 함유 광물이 흑연이 아니라 다이아몬드라고 추정한다"라고 말했다. 메신저 우주선의 영자 표기 MESSENGER는 'Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging'의 머리글에서 따 온 것으로 '수성 표면, 우주 환경, 지구화학 및 거리 측정'을 의미한다. 메신저 우주선은 지난 2004년 8월 발사돼 수성 궤도를 돌며 탐사하는 최초의 우주선이었다. 2015년에 임무를 종료했으며, 수성 극지방의 음영 속에 풍부한 얼음을 발견하고 수성의 지질학과 자기장에 대한 중요한 데이터를 수집하면서 수성 전체 지도를 작성하는 성과를 거두었다.
-
- IT/바이오
-
[우주의 속삭임(36)] 수성 표면, 최대 16km 두께의 다이아몬드층 존재 가능성 제기
-
-
[우주의 속삭임(34)] 주노 탐사선, 목성의 구름 신비 담은 초고화질 이미지 전송
- 나사(NASA)의 목성 탐사 우주선 주노(Juno)가 목성을 61번째 근접 비행하는 과정에서 북반구의 구름과 폭풍의 신비를 담은 고화질 이미지를 포착해 지구로 전송했다. 이들 이미지는 '접힌 필라멘트'로 알려진 지역에서 구름과 사이클론 폭풍에 대한 자세한 모습을 제공하고 있다고 사이테크데일리가 전했다. 원본 사진을 찍을 당시 주노 우주선은 목성의 적도 북쪽 약 68도 위도의 2만 9000km 상공에 위치해 있었다. 주노캠으로 찍혀 지구로 전송된 목성 구름 이미지는 공개된 주노 미션 공식 사이트에 게됐으며, 과학자 개리 이어슨이 디지털 기기와 프로그램으로 색상과 선명도를 높여 편집한 초고화질 이미지를 생성했다. 주노는 태양계에서 가장 큰 행성인 목성을 연구하기 위해 쏘아 올려진 나사의 우주 탐사선이다. 지난 2011년 8월 발사된 주노의 임무는 목성의 구성, 중력장, 자기장, 그리고 극지방의 자기권을 탐구하는 것이었다. 또 목성이 어떻게 형성되었는지에 대한 단서를 찾는 것도 숙제였다. 탐사를 통해 태양계의 초기에 대한 더 깊은 이해와 정보를 제공할 수 있을 것으로 기대됐다. 주노 미션은 태양계 탐사를 책임지는 나사의 '뉴 프론티어(New Frontiers)’ 프로그램의 일부다. 주노는 태양 전지판을 이용한 태양광 발전으로 전력을 공급받았는데, 이는 발사 당시로서는 태양으로부터 가장 멀리 떨어져 작동하는 우주선이었기 때문에 주목받기도 했다. 주노는 2016년 7월 4일 목성 궤도에 진입했고, 그 이후 데이터를 수집하면서 목성 궤도를 돌고 있다. 우주선은 목성 조사를 위해 다양한 장비를 사용하는데, 특히 짙은 구름 아래를 볼 수 있는 마이크로파 방사계와 함께 목성 자기장과 중력장을 매핑할 수 있는 카메라 및 센서가 장착돼 있다. 이번에 보여준 주노의 구름과 폭풍 이미지는 목성의 대기에 대한 전례 없는 새로운 데이터를 제공하고 있다. 목성의 폭풍, 구름의 띠나 오로라 구성에서의 복잡한 구조를 드러냈다. 원래 2018년 완료될 예정이었던 주노의 임무는 여러 차례 연장돼 목성 주변의 지속적인 탐사와 발견을 이어가고 있다.
-
- IT/바이오
-
[우주의 속삭임(34)] 주노 탐사선, 목성의 구름 신비 담은 초고화질 이미지 전송
-
-
[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
-
[우주의 속삭임(28)] 태양, X급 플레어 방출해 호주·일본 등 전파장애 발생
-
-
[우주의 속삭임(23)] 달의 신비한 소용돌이는 '지하 마그마' 때문?
- 달의 표면은 회색의 여러 반점 모양으로 유명하다. 망원경을 들여다 보면 달의 표면에서는 또한 밝게 보이는 반점도 발견된다. 달 소용돌이로 알려진 이러한 특징적인 반점들이 지난 1600년대에 처음 발견된 이후, 천문학계는 그 기원이 무엇인지를 계속 탐구해 왔다. 학계에 잘 알려진 ‘라이너 감마’ 소용돌이와 같은 밝은색의 반점 영역은 오늘날까지도 수수께끼로 남아 있다. 라이너 감마는 달 표면 밝게 보이는 반점 형상의 평평한 지대다. 그런 가운데 스탠포드 대학교와 세인트루이스 워싱턴 대학교(WUSL) 과학자팀이 반점에 대한 새로운 연구 결과를 내놓아 주목된다고 사이언스얼라트가 전했다. 새로운 이론을 제시한 것이다. 이 연구는 '지구물리학 연구저널: 행성(Journal of Geophysical Research: Planets)'에 게재됐다. 지구와 달리 달은 태양의 하전 입자로부터 자신을 보호하기 위해 자기장을 발생시키지 않는다. 이는 태양풍이 달 표면과 충돌할 때 화학 반응을 일으켜 시간이 지남에 따라 암석이 더 어둡게 만든다. 즉, 달의 일부 반점처럼 보이는 주머니는 작은 자기장에 의해 보호되는 것으로 보인다. 지금까지 학자들이 발견한 모든 밝은 음영의 달 소용돌이는 이 지역의 자기장들 중 하나와 일치한다. 그러나 그 안에 있는 모든 암석이 반사되는 것은 아니며, 달의 모든 자기장이 소용돌이를 포함하는 것도 아니다. 그렇다면 여기에서는 무슨 일이 벌어지고 있는 것일까. 최근 일부 연구에서는 달과 미세 운석의 충돌이 하전된 먼지 입자를 일으킬 수 있으며, 이 입자가 표면에 도달하는 곳마다 국지적인 자기장이 생성되고 이로 인해 태양풍이 반사된다는 주장이 나왔다. 그러나 스탠포드와 WUSL의 연구팀은 그 가설에 대해 이의를 제기했다. 무언가 다른 힘이 달의 소용돌이를 자화시켜 태양풍 입자를 편향시켰다는 것이다. WUSL의 행성 과학자 미하일 크로친스키는 "충돌로 인해 이러한 유형의 자기 이상 현상이 발생할 수 있지만, 충격에 의한 것이라고 확신할 수 없는 모양과 크기의 소용돌이가 있다"고 지적했다. 크로친스키는 이에 대해 "지각 아래로부터의 힘도 작용할 수 있다"고 제안했다. "지하에 용암이 있다는 것이고, 자기장에서 천천히 냉각되면서 자기 이상 현상을 일으켰다"는 것이다. 연구팀은 그 근거로 달 표면 아래에서 한때 암석이 녹아 흐르고 있었던 레이더 영상 증거를 제시했다. 냉각된 마그마의 지하 흐름은 수십억 년 전의 화산 활동 시기를 나타낸다. 연구팀은 이 마그마 냉각 속도 모델을 사용, 달에 풍부하게 존재하고 화산암에서 흔히 발견되는 일메나이트라는 티타늄-산화철 광물이 어떻게 자화 효과를 낼 수 있는지 조사했다. 그들의 실험은 적절한 조건에서 일메나이트의 느린 냉각이 달의 지각과 상부 맨틀 내의 금속 철 및 철-니켈 합금 입자를 자극해 강력한 자기장을 생성할 수 있음을 보여준다. 팀은 "이 효과가 달 소용돌이와 관련된 강한 자기 영역을 설명할 수 있다"고 결론지었다. 이 결론이 입증되기 위해서는 지하 마그마에 티타늄 함량이 충분해야 한다. 그러나 지금까지 달의 국지적 자기장에 대해 알려진 대부분은 공중을 도는 우주선의 레이더를 사용해 얻은 데이터 측정에서 얻어진 것이다. 실제로 정확히 이해하려면 달 표면을 직접 시추해야 한다. 나사(NASA)는 이를 구체적으로 규명하기 위해 2025년 루나 버텍스(Lunar Vertex) 임무의 일환으로 라이너 감마 소용돌이에 탐사선을 직접 보낸다. 향후 수 년 안에 이 수수께끼를 해결할 증거가 수집될 것으로 기대된다.
-
- IT/바이오
-
[우주의 속삭임(23)] 달의 신비한 소용돌이는 '지하 마그마' 때문?
-
-
[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.
-
- IT/바이오
-
[우주의 속삭임(22)] 태양 입자 폭발, 지구 오존층 파괴…방사선 노출 위험 고조
-
-
그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견
- 지자기(지구의 자기장)가 없으면 지구상에 생명체는 존재할 수 없다. 지자기는 유해한 우주(방사)선이나, 태양에서 방사되는 태양풍으로부터 인류를 포함한 생물을 보호하고 있기 때문이다. 그러나 현재까지 지구에서 자기장이 처음 형성된 시기에 대한 신뢰성 높은 연대값은 밝혀지지 않았다. 영국 옥스퍼드대와 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구팀이 그린란드에서 지구 자기장의 역사를 한층 끌어올리는 명백한 증거를 발견했다고 포브스지가 보도했다. 연구팀은 그린란드 남서부 이스아 지역에 있는 태고의 바위 층을 조사했다. 이스아 바위 층에는 최초의 대륙군 경계를 따라 퇴적된 철을 많이 포함한 퇴적물과 마그마성 암석이 포함되어 있다. 철 입자는 매우 약한 자석으로 기능하며, 결정화 과정에 의해 고정화될 때 자기장의 강도와 방향을 모두 기록할 수 있다. 연구팀 분석 결과 이 암석에 37억 년 전 최소 15µT(마이크로테슬라) 이상의 자기장 강도가 기록돼 있는 것을 발견했다. 이는 현대의 자기장 강도인 30µT와 맞먹는다. 테슬라는 자기장의 세기를 나타내는 단위다. µT는 100만분의 1테슬라로 매우 미약한 자기장인데, 지구 자기장은 사람이 감지하지 못하는 매우 미약한 수준이다. 지구 자기장은 정확히 31.869µT이며 냉장고 모터 자석의 경우 5000µT에 달한다. 연구팀의 이번 분석 결과는 철을 포함한 암석 샘플 전체에서 얻은 가장 오래된 지자기 강도 추정치를 제공하고 있다. 이는 호주에서 채취된 34억~42억 년 전 암석에서 발견된 지르콘 결정만을 토대로 한 과거 연구에 비해 정확하고 신뢰성 있는 분석이라는 평가다. 팀을 이끌었던 옥스퍼드대 지구과학부 클레어 니콜스 교수는 “이렇게 오래된 암석에서 신뢰할 수 있는 기록을 추출하는 것은 매우 어려운 작업이었다. 오랜 시간 샘플을 분석해 자기장 신호가 나타난 것을 확인했다”면서 “이는 지구상에서 태고적 생명체가 처음 탄생할 무렵의 자기장 역할을 해명할 수 있는 중요한 진전”이라고 설명했다. 지자기는 내핵의 완만한 굳어짐에 따른 밀도 변화로 인해 유체의 외핵 속에서 녹은 철이 섞여 발전 작용이 생기면서 발생한다. 지구 형성 초기에는 고체 내핵이 아직 형성되지 않았기 때문에 초기 자기장이 어떻게 유지되었는지에 대해서는 여전히 밝혀지지 않았다. 그런데 이번 연구는 지구 초기의 발전을 구동하던 메커니즘이 현재의 지자기를 발생시키고 있는 고체화 과정과 같았음을 시사하고 있다. 또 이번 연구는 현재 알려진 형태의 지구 대기의 발달에서 지자기의 역할, 특히 가스의 대기 유출에 관한 새로운 정보를 제공할 가능성도 있다. 강한 자기장이 방패가 되어 대기가 태양풍에 의해 훼손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 전하 입자나 원자를 가속해 우주 공간에 방사하는 것도 가능해진다는 것이다. 연구팀은 앞으로 캐나다, 호주, 남아프리카에 있는 다른 태고의 바위 층을 추가 조사함으로써 지구 대기 중 산소가 급증하기 약 25억 년 이전 시대의 지자기에 대해 분석을 진행할 계획이다. 태고의 지자기 강도와 변동성에 관한 이해는 지구 자기장이 지표면에서 생명체가 살아가는 데 필수적인지의 여부와 대기의 진화에서의 역할을 규명하는 핵심이 된다. 지자기의 강도는 비교적 일정하게 유지된 반면, 태양이 젊어 더 활동적이었던 과거에는 태양풍이 지금보다 매우 강력했던 것으로 알려져 있다. 결국 시간이 지나면서 태양풍으로부터 지표를 보호하는 작용이 강화됐으며, 그 결과 생물이 해양에서 벗어나 대륙으로 이동해 오늘날의 생명 생태계가 만들어졌음을 시사한다. 연구 결과는 '지구물리연구저널(Journal of Geophysical Research)'에 발표됐다.
-
- IT/바이오
-
그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견
-
-
[신소재 신기술(57)] 영국 스타트업, AI로 희토류 없는 영구자석 개발
- 영국의 한 스타트업이 인공지능(AI)을 활용해 희토류를 사용하지 않고도 영구 자석을 제작했다. 런던에 본사를 둔 스타트업 머티리얼스 넥서스(Materials Nexus)는 영국 헨리 로이스 연구소 및 셰필드 대학교와 협력해 AI 기반 소재 발굴 플랫폼을 활용해 희토류 원소를 사용하지 않고 새로운 영구 자석인 '마그넥스(MagNex)'를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링(IE)이 11일(현지시간) 보도했다. 영구 자석은 외부 에너지 공급 없이도 자기장을 유지할 수 있는 자석이다. 전자레인지 문이나 스피커, 하드디스크 드라이브뿐만 아니라 풍력 터빈 로터, 첨단 로봇, 전기자동차(EV)에 이르기까지 다양한 분야에서 사용된다. 현재 사용되는 영구 자석은 네오디뮴과 디스프로슘 등과 같은 희토류 광물을 사용해서 만들어진다. 이들은 매우 희귀하며 공급망 문제에 매우 취약한 광물이다. 머티리얼스 넥서스는 강력한 인공지능 모델을 활용해 기존 재료를 대체하거나 프로세스를 줄이는 새로운 재료를 설계해 산업생산 과정의 여러 문제를 해결하고자 했다. 새로 개발된 영구 자석 제작은 기존 프로세스보다 200배나 빨랐고, 탄소 배출량은 70%나 절감됐다. 조나단 빈(Jonathan Bean) 머티리얼스 넥서스 공동 설립자 겸 CEO는 "이 AI 기반 플랫폼은 원하는 물성을 지닌 원소 조합을 빠르고 체계적으로 주기율표에서 검색한다. 모든 데이터는 자체 양자역학 계산을 통해 생성되기 때문에 실험 데이터 세트보다 정확성과 범위가 넓다. 이 데이터는 기계 학습 알고리즘을 통해 입력되고 최적의 공식을 생성한다"고 설명했다. 1억개 이상 후보 물질 조성 연구팀은 이 기술을 희토류를 사용하지 않는 영구 자석 개발에 적용하여 1억 개 이상의 후보 물질 조성을 분석해 새로운 유형의 영구 자석을 제작했다. 보도자료에 따르면 연구팀은 3개월간의 설계 및 테스트를 거쳐 기존 방식 대비 20% 저렴한 소재 비용으로 마그넥스를 개발하는데 성공했다. 개발 속도는 기존 방식의 200배나 빨랐다. 셰필드 대학의 야금 및 재료 가공교수인 이안 토드(Iain Todd)는 "머티리얼스 넥서스와의 첫번째 협력이 이처럼 긍정적인 결과를 낳게 되어 매우 기쁘다"고 말했다. 토드 교수는 "재료 발견을 위해 AI를 사용하는 머티리얼스 넥서스의 접근 방식과 셰필드의 헨리 로이스 연구소에서 고급 합금을 제조하기 위해 보유하고 있는 세계적인 시설이 결합되어 새로운 자성 재료를 놀라운 속도로 개발할 수 있었다. 이 접근 방식의 추가적인 이점은 현재 사용 가능한 희토류 재료에 비해 탄소 배출량이 70% 감소한다는 것이다"라고 강조했다. 탄소 배출량 70% 감소 빈 CEO는 "AI 기반 재료 설계는 자기 뿐만 아니라 재료 과학 전체 분야에도 영향을 미칠 것"이라면서 "이제 우리는 모든 종류의 산업 요구에 맞는 새로운 재료를 설계할 수 있는 확장 가능한 방법을 확인했다"고 말했다. 그는 "마그넥스에 대한 소재 발굴 재료 검색에 3개월이 걸렸다. 데이터 세트와 기능을 확장함에 따라 검색 속도도 더욱 빨라질 것"이라고 IE와의 인터뷰에서 밝혔다. 빈은 또한 "이미 반도체, 촉매제, 코팅 등 다양한 제품 분야에 대한 광범위한 관심을 불러일으켰다. 점점 더 시급해지는 공급망과 환경 문제 해결을 위한 새로운 소재 개발에 시장 수요를 충족시키는데 우리 플랫폼이 어떤 역할을 할지 기대된다"고 덧붙였다. 마그넥스의 개발은 희토류 없는 영구 자석 제조 기술의 발전을 가속화하고 미래 청정 에너지 개발에 기여할 것으로 잔망된다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(57)] 영국 스타트업, AI로 희토류 없는 영구자석 개발
-
-
[신소재 신기술(54)] 무산소 공정으로 고품질 그래핀 대량 생산 가능
- 북미 과학자들이 무산소 공정을 활용해 '꿈의 소재'로 불리는 그래핀의 대량 생산 길을 열었다. 미국 콜럼비아 대학교 대학원 엔지니어링의 혼(Hone) 연구소가 국립표준기술연구소(NIST), 캐나다 몬트리올 대학교 연구원들과 함께 '무산소 화학 지상 증착(OF-CVD)' 기술을 개발해 고품질 그래핀의 대량 생산을 가능하게 했다고 아조나노와 인디펜던스 등 다수 외신이 보도했다. 이 기술은 고품질 그래핀 샘플을 대규모로 생산할 수 있으며, 산소와 그래핀 품질 간의 직접적인 상관관계를 밝히고 미량 산소가 그래핀의 성장 속도에 어떤 영향을 미치는지 보여준다고 그래핀은 탄소 원자 단일층으로 이루어진 물질로 2004년 처음 발견됐다. '21세기 경이로운 소재'로 꼽히는 그래핀은 전기 전도성과 강도가 매우 뛰어나 에너지 저장부터 의료 기기, 전자 제품에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 혁신을 가져올 수 있는 물질로 알려져 있다. 하지만 현재까지 그래핀은 제조 과정에서 불순물이 발생하고 대량생산이 어려워 산업 활용에 한계가 있었다. 특히 산소 존재는 그래핀 성장 속도에 영향을 미치고 불순물을 발생시켜 산업적 활용을 저해하는 주요 원인이었다. 연구팀은 산소를 거의 완전히 제가한 상태에서 그래핀을 화학 기상 증착(CVD)방식으로 합성하는 새로운 방법을 개발했다. 연구팀은 "산소 제거를 통한 고품질 그래핀 합성 재현 기능성 확보는 대량 생산으로 나아가는 중요한 이정표"라고 말했다. 기존 그래핀 제조 방법은 두 가지였다. 첫번째는 박리 그래핀 방식이다. 연필 심과 동일한 재료인 흑연 샘플에서 가정용 테이프를 사용해 흑연 막을 벗겨내는 '스카치 테이프(박리 그래핀)' 방법은 매우 순수한 그래핀을 얻을 수 있지만 대량 생산에는 적합하지 않다. 두 번째는 CVD 성장 방식으로 알려져 있다. 15년 전 개발된 CVD 방식은 대량 생산이 가능하지만 산소 존재로 인해 품질이 균일하지 않았고, 성장 속도 저하 문제 등이 있었다. CVD 방식은 메탄과 같은 탄소 함유 가스가 구리 표면위로 통과한다. 가스의 온도가 메탄 조직과 탄소 원자가 재구성되어 벌집 모양의 단일 그래핀 층을 형성하는 지점까지 올라가면 그래핀이 합성된다. CVD 성장을 확장하면 cm(센티미터) 혹은 m(미터) 크기의 그래핀 샘플을 생산하는 것이 가능하다. 그러나 문제는 산소였다. 연구팀은 산소로 인해 공정이 훼손되는 문제를 해결하기 위해 산소 제어를 통한 그래핀 합성 프로세스를 개선했다. 공동 저자인 몬트리올의 리차드 마텔(Richard Martel)과 피에르 레베스크(Pierre Levesque)는 이전에 미세한 농도의 산소가 성장을 방해하고 심지어 그래핀을 제거할 수 있다는 사실을 입증했다. 약 6년 전, GSAS'19의 크리스토퍼 디마르코는 증착 과정에서 첨가되는 산소의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 CVD 성장 시스템을 설계하고 구축했다. 디마르코의 연구는 현재 박사 과정 중인 싱저우 얀(Xingzhou Yan)과 제이콥 아몬트리(Jacob Amontree)가 수행해 성장 시스템을 개선했다. 이들은 미량의 산소가 제거되었을 때 CVD 성장이 일관되게 더 빨라진다는 사실을 발견했다. 또한 산소가 없는 CVD 그래핀 성장의 동역학을 조사하고 간단한 모델을 사용하여 온도와 가스 압력 등 다양한 매개변수에 따라 성장 속도를 예측할 수 있음을 발견했다. OF-CVD로 성장한 샘플의 품질은 박리 그래핀의 품질과 거의 동일한 것으로 나타났다. 컬럼비아 대학교 물리학과 교수들과 협력으로 생산된 그래핀은 자기장이 존재할 때 분수 양자 홀 효과에 대한 강력한 증거를 제공했다. 개선된 공정을 통해 빠르고 안정적으로 성장하는 고품질 그래핀을 얻을 수 있었으며, 이는 향후 그래핀 대량 활용 가능성을 열어준다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 '산소 없는 화학 기상 증착을 통한 재현 가능한 그래핀 합성'이라는 제목으로 게재됐다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(54)] 무산소 공정으로 고품질 그래핀 대량 생산 가능
-
-
[우주의 속삭임(13)] 느린 태양풍의 미스터리, 태양 궤도 우주선 '솔라 오비터'가 밝혀
- 태양 궤도선 솔라 오비터(Solar Orbiter) 우주선의 첫 번째 태양 근접 여행으로 수집된 데이터에를 통해 느린 태양풍의 신비한 미스터리가 풀릴 실마리가 밝혀졌다고 전문 매체 PHYS가 전했다. 초당 수백 킬로미터의 속도로 이동하는 태양풍은 수년 동안 과학자들의 연구 대상이었다. 그런데 '네이처 천문학지(Nature Astronomy)'에 발표된 최근의 연구에서 마침내 태양풍이 어떻게 형성되는지가 밝혀졌다는 것이다. 이 연구는 영국 노섬브리아 대학교 스테판 야들리 박사팀이 수행했다. 태양풍은 전하를 띠는 플라즈마 입자가 태양에서 우주로 계속 유출되는 것을 말한다. 바람은 초속 500km을 기준으로, 그 이상일 경우 '빠름'으로, 그 미만을 '느림'으로 규정한다. 태양풍이 지구까지 날아와 대기에 부딪히면 북극광으로 알려진 오로라가 나타난다. 그러나 더 많은 양의 플라즈마가 코로나 질량 방출의 형태로 방사되면 위험할 수 있으며, 위성과 통신 시스템에 심각한 손상을 초래할 수 있다. 수십 년 동안의 관찰에도 불구하고, 태양이 태양풍 플라즈마를 태양계로 방출, 가속 및 이동시키는 원인과 메커니즘, 특히 느린 태양풍에 대해서는 제대로 규명되지 않았다. 지난 2020년 유럽우주국(ESA)은 나사(NASA)의 지원을 받아 태양 궤도선 임무를 시작했다. 이 임무의 주요 목표 중 하나는 태양의 가장 가깝고 상세한 이미지를 포착하는 것 외에도, 태양풍을 측정해 분석하는 것이었다. 이를 위해 쏘아 올려진 솔라 오비터 우주선에는 10개의 서로 다른 과학 장비가 탑재됐다. 일부는 우주선을 통과할 때 태양풍 샘플을 현장에서 수집하고 분석하며 원격 감지도 수행한다. 태양 표면 활동에 대한 고품질 이미지를 캡처하도록 설계된 장비다. 연구팀은 솔라 오비터가 촬영한 사진과 기기 데이터를 결합함으로써 처음으로 느린 태양풍이 어디서 발생하는지 더 명확하게 식별하는 데 성공했다. 연구팀은 "우주선이 현장에서 측정한 태양풍 흐름의 변동성은 우리에게 그 근원에 대한 많은 정보를 제공했다. 태양에 가까이 접근함으로써 태양풍의 복잡한 특성을 포착할 수 있었으며, 태양풍의 기원과 복잡성이 발생 지역의 변화에 따라 어떻게 변화하는지에 대한 그림을 얻을 수 있었다"고 밝혔다. 연구팀은 빠른 태양풍과 느린 태양풍의 속도 차이가 태양풍의 기원이 되는 대기의 가장 바깥층인 코로나의 영역이 다르기 때문이라고 추정했다. 개방형 코로나는 자기장 선의 한쪽 끝이 태양에 고정되고 다른 쪽 끝은 우주로 뻗어나가 플라즈마와 같은 우주 물질이 우주로 나갈 수 있는 고속도로를 만드는 영역을 말한다. 이는 빠른 태양풍의 근원지로 여겨진다. 반대로 폐쇄형 코로나는 태양의 자기장 선이 닫혀 있는 영역을 의미한다. 태양 표면의 양쪽 끝이 연결되어 닫혀 있다는 뜻이다. 이는 자기 활성 영역 위에 형성되는 크고 밝은 루프로 볼 수 있다. 때로는 닫힌 자기 루프가 끊어지는 현상이 발생하고 끊어진 루프가 다시 연결되는 사이에 짧은 시간차가 발생하고, 그 사이에 플라즈마가 탈출하게 된다. 이는 개방형 코로나와 폐쇄형 코로나가 만나는 지역에서 발생한다. 솔라 오비터의 미션 중 하나는 느린 태양풍이 폐쇄형 코로나에서 발생하고, 자기장 선이 끊어지고 다시 연결되는 과정을 통해 우주로 탈출할 수 있다는 이론을 테스트하는 것이었다. 태양풍의 구성을 측정하는 방법을 통해서다. 태양 물질에 포함된 중이온의 조합은 그것이 어디서 유래되었는지에 따라 달라진다. 연구팀은 솔라 오비터에 탑재된 장비를 사용해 태양 표면에서 일어나는 활동을 분석한 후 이를 우주선이 수집한 태양풍 흐름과 대비했다. 솔라 오비터가 포착한 태양 표면의 이미지를 사용해 연구팀은 느린 태양풍의 흐름이 열린 코로나와 닫힌 코로나가 만나는 지역에서 발생했다는 것을 정확히 찾아낼 수 있었다. 결국 끊어지고 다시 연결되는 과정을 통해 느린 태양풍이 닫힌 자기장에서 벗어날 수 있다는 이론을 증명했다. 야들리 박사는 "솔라 오비터에서 측정한 태양풍의 다양한 구성은 코로나 소스 전체의 구성 변화와 일치했다. 코로나의 폐쇄 루프와 개방 루프 사이에서 발생하는 재연결 과정에서 발생한다는 강력한 증거를 제공했다"고 설명했다. 이로써 태양풍의 기원을 구체적으로 연구할 수 있는 길을 열어줄 것이라는 기대다.
-
- IT/바이오
-
[우주의 속삭임(13)] 느린 태양풍의 미스터리, 태양 궤도 우주선 '솔라 오비터'가 밝혀
-
-
강력했던 5월의 태양 폭풍, 심해까지 영향 미쳤다
- 태양광이 거의 미치지 못하는 어두운 깊운 바닷속까지 태양 폭풍이 영향을 미치는 것으로 나타났다. ONC(캐나다 해양 네트워크: Ocean Networks Canada) 심해관측소에 따르면 지난 5월 10일 오로라가 지구의 절반 정도를 밝게 비춘 강력한 태양 폭풍 동안 지구 자기장의 교란이 심해까지 영향을 미쳤다고 스페이스닷컴이 전했다. ONC 관측소는 북극에서 남극까지 전 영역에서 해류를 측정하는 나침반을 포함해 데이터를 기록하는 1만 2000개 이상의 센서를 운영하고 있다. 이번 달 폭발적인 태양 활동과 동시에 해양을 측정하는 이 나침반들은 지구 자기장의 극적인 이상 현상을 기록했다. 밴쿠버 아일랜드 근처 넵튠(NEPTUNE) 천문대에 있는 나침반 하나가 플러스 30도~마이너스 30도 사이에서 방향을 바꾼 것으로 밝혀진 것이다. 수중 나침판 판독값 변화를 일으켜 태양 폭풍이 심해에 영향을 미친 이상 현상은 과거에도 나타났다. 지난 3월 말, ONC의 과학 데이터 전문가 알렉스 슬로니머는 데이터 판독을 통해 규모는 작지만 동일한 자기장 변동이 일어났음을 발견했다. 슬로니머는 "이 현상이 지진으로 인한 것인지를 조사했지만, 데이터의 변화가 지진에서의 현상에 비해 매우 오랫동안 지속되고, 동시에 다른 위치에서도 같은 현상이 발생했기 때문에 지진으로 인한 것은 아님이 드러났다"면서 "이에 따라 태양 활동이 원인인지를 조사했고, 태양 폭풍 탓이었음이 밝혀졌다"고 말했다. 바다 밑 심해의 나침반에 영향을 미치는 것이 실제로 태양 활동 때문이었음이 드러난 것이다. 나침반의 일부는 해수면 아래 2.7km 깊이에 위치해 있는데 이 정도 깊이의 나침반까지 변화를 일으킨 것이다. 지난 5월 태양 폭풍과 동시에 발생한 유사한 이상 현상은 심해와 태양 폭풍의 연관성을 거의 입증하고 있다. ONC의 케이트 모란 CEO는 "해수면 아래 수km에 미치는 태양 폭퐁의 도달 범위는 태양 폭풍이 바다에 얼마나 큰 영향을 미치는지를 보여주며, 관련 데이터는 강력한 태양 폭풍의 지리적 범위와 강도를 더 깊이 이해하는 데 유용할 수 있음을 시사한다"고 말했다.
-
- IT/바이오
-
강력했던 5월의 태양 폭풍, 심해까지 영향 미쳤다
-
-
[신소재 신기술(47)] ETH 취리히, 그래핀 내 전자 소용돌이 최초 감지
- 스위스 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 연구팀이 최초로 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀에서 전자 소용돌이를 직접 검출하는 데 성공했다고 과학 웹사이트 phys.org가 지난 14일(현지시간) 보도했다. 금속 와이어와 같은 일반적인 전기 도체를 배터리에 연결하면 도체 내의 전자는 배터리가 생성하는 전기장에 의해 가속된다. 전자는 이동하는 동안 전선의 불순물 원자 또는 결정 격자의 빈 공간과 자주 충돌해 운동 에너지의 일부를 격자 진동으로 변환한다. 이 과정에서 손실되는 에너지는 예를 들어 백열전구를 만질 때 느낄 수 있는 열로 변환된다. 격자 불순물과의 충돌은 자주 발생하지만 전자 간의 충돌은 훨씬 드물다. 그러나 벌집 모양 격자로 배열된 탄소 원자 단일층인 그래핀을 일반적인 철 또는 구리 와이어 대신 사용하면 상황이 달라진다. 그래핀에서 불순물 충돌은 드물고 전자 간 충돌이 주요 역할을 한다. 이 경우 전자는 점성 액체처럼 행동한다. 따라서 잘 알려진 흐름 현상인 소용돌이(와류)가 그래핀 층에서 발생해야 한다. ETH 취리히의 크리스티안 데겐(Christian Degen) 연구원은 고해상도 자기장 센서를 사용해 그래핀의 전자 소용돌이를 처음으로 직접 감지하는 데 성공했다고 '사이언스(Science)' 저널에 보고했다. 고감도 양자 감지 현미경 데겐과 그의 동료 연구원들은 제작 과정에서 폭 1㎛(마이크로미터) 너비의 전도성 그래핀 스트립에 부착한 작은 원형 디스크에 형성된 소용돌이를 연구했다. 디스크의 직경은 1.2㎛에서 3㎛사이였다. 이론적 계산에 따르면 작은 디스크에서는 전자 소용돌이가 형성되지만 큰 디스크에서는 형성되지 않아야 한다. 소용돌이를 가시화하기 위해 연구팀은 그래핀 내부에 흐르는 전자가 생성하는 미세한 자기장을 측정했다. 이를 위해 연구팀은 다이아몬드 바늘 끝에 질소-공동 센터(Nitrogen-vacancy center, NV 센터)가 내장된 양자 자기장 센서를 사용했다. 원자 결함인 NV 센터는 외부 자기장에 따라 에너지 레벨이 변하는 양자 물체처럼 작동한다. 레이저 빔과 마이크로웨이브 펄스를 사용하면 센터의 양자 상태를 자기장에 최대 감도를 갖도록 준비할 수 있다. 연구원들은 레이저를 사용해 양자 상태를 판독함으로써 이러한 자기장의 세기를 매우 정확하게 측정할 수 있었다. 데겐 연구팀의 박사 과정 학생이었던 마리우스 팜은 "다이아몬드 바늘의 크기가 작고 그래핀 층과의 거리가 약 70나노미터에 불과하기 때문에 100나노미터 미만의 해상도로 전자 전류를 볼 수 있었다"고 말했다. 이 분해능은 소용돌이를 관찰하기에 충분하다. 소용돌이 흐름 방향 반전 관찰 연구팀은 측정에서 더 작은 디스크에서 예상되는 소용돌이의 특징적인 징후, 즉 흐름 방향의 반전을 관찰했다. 일반(확산) 전자 수송에서는 스트립과 디스크의 전자가 같은 방향으로 흐르지만, 소용돌이의 경우 디스크 내부의 흐름 방향이 반전된다. 계산에서 예측한 대로 더 큰 디스크에서는 소용돌이가 관찰되지 않았다. 팜은 "매우 민감한 센서와 높은 공간 분해능 덕분에 그래핀을 냉각할 필요도 없었고 상온에서 실험을 수행할 수 있었다"고 말했다. 또한, 연구팀은 전자 와류뿐만 아니라 정공 캐리어에 의해 형성된 와류도 감지했다. 그래핀 아래에서 전압을 가함으로써, 연구원들은 전류 흐름이 더 이상 전자가 아닌 정공이라고도 하는 누락된 전자에 의해 전달되도록 자유 전자의 수를 변경했다. 전자와 정공이 모두 작고 균형 잡힌 농도가 있는 전하 중립점에서만 와류가 완전히 사라졌다. 팜은 "현재 전자 소용돌이의 탐지는 기초 연구이며 아직 미해결 과제가 많이 남아 있다"고 말했다. 연구팀은 전자와 그래핀의 경계면과의 충돌이 흐름 패턴에 어떤 영향을 미치는지, 더 작은 구조에서 어떤 효과가 발생하는지 추가 연구를 진행할 계획이다. 출처: Marius L. Palm 외, '상온에서 그래핀의 전류 소용돌이 관찰', Science (2024). DOI: 10.1126/science.adj2167
-
- IT/바이오
-
[신소재 신기술(47)] ETH 취리히, 그래핀 내 전자 소용돌이 최초 감지
-
-
[신소재 신기술(43)] 투명 소재로 광전지 새로운 가능성 열어
- 독일 라이프치히 물리학자들이 빛이 반투명 물질에서도 전기를 생성한다는 것을 증명했다. 반투명 소재는 빛에 노출되면 빛의 흡수량이 매우 적더라도 전기를 생성할 수 있는 것으로 알려져 있다. 일부 물질은 특정 주파수의 빛에 투명하다. 이러한 물질에 빛을 비추면 이전의 가정과는 달리 전류가 생성될 수 있다. 라이프치히 대학교와 싱가포르 난양공과대학교의 과학자들이 이를 증명하는 데 성공했다고 오일프라이스가 전했다. 이 연구 결과는 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)' 저널에 발표됐다. 이번 발견은 광전자 및 광전지 분야에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있다. 라이프치히 대학교 이론물리연구소의 인티 소데만 빌라디에고 교수는 "이는 광 증폭기, 센서, 태양전지와 같은 광전자 및 광전소자를 구성하는 데 새로운 패러다임을 열었다"고 말했다. 그의 동료인 시 리쿤은 "물질의 빛 흡수량이 매우 작은 경우에도 빛으로 전류를 구동하는 것이 가능하다. 이것은 중요한 새로운 통찰력이다"라고 전했다. 플로케 페르미 액체 인티 소데만 빌라디에고와 그의 동료들은 '플로케 페르미 액체(Floquet Fermi liquid)' 상태를 조사했다. 페르미 액체는 많은 양자 역학적 입자의 특수한 상태로, 일반적인 고전적인 입자와는 매우 다른 특성을 가지고 있다. 즉, 페르미 액체는 금이나 은과 같은 금속 속 전자의 전기 유체와 같은 일반적인 물질부터 저온에서 헬륨-3 원자의 유체와 같은 보다 이색적인 상황에 이르기까지 다양한 상황에서 발생할 수 있다. 이러한 액체는 저온에서 전기의 초전도체가 되는 등 '놀라운 특성'을 나타낼 수 있다. 플로케 페르미 액체는 시간 주기적으로 변화하는 외부 힘에 의해 영향을 받는 특수한 유형의 금속 상태다. 페르미 액체는 낮은 온도에서 전자들이 마치 자유롭게 움직이는 액체처럼 행동하는 금속 상태이다. 전자 상호작용은 약하며, 전자들은 페르미 에너지로 알려진 특정 에너지 수준에 집중된다. 플로케 페르미 액체는 시간 주기적으로 변화하는 외부 힘에 의해 페르미 액체가 영향을 받는 상태이다. 이러한 힘은 전자의 운동에 영향을 미치고 새로운 에너지 상태를 생성할 수 있다. 외부 힘은 특정 주기로 진동하며, 이를 '시간 주기성'이라고 한다. 예를 들면 레이저 빛, 자기장, 전기장 등이 외부의 힘에 해당된다. 또한 외부 힘은 전자의 에너지 스펙트럼에 새로운 에너지 상태를 생성한다. 이러한 새로운 상태는 '플로케 밴드'라고 불린다. 플로케 페르미 액체는 외부 힘에 비선형적으로 응답한다. 다시 말하면, 외부 힘의 크기에 따라 응답의 크기가 비례하지 않다. 외부 힘의 강도에 따라 플로케 페르미 액체는 절연체 또는 초전도 상태 등 다른 물질 상태로 변화할 수 있다. 플로케 페르미 액체의 응용 분야 플로케 페르미 액체는 광전자 소자, 예를 들어 태양 전지 및 LED의 성능 향상에 사용될 수 있다. 또 양자 컴퓨터 구현에 사용될 수 있는 새로운 유형의 큐비트를 제공할 수 있다. 아울러 고온 초전도 현상을 이해하는 데 도움이 될 수 있다. 플로케 페르미 액체는 아직 연구 초기 단계이지만, 다양한 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 가지고 있는 흥미로운 물질 상태이다. 소데만 빌라디에고 교수는 "우리 논문에서는 이러한 유체 상태의 몇 가지 특성을 설명한다"면서 "이를 연구하기 위해서는 빛에 의해 흔들리는 전자의 복잡한 상태에 대한 상세한 이론적 모델을 개발해야 했는데, 이는 결코 쉬운 일이 아니다"고 말했다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(43)] 투명 소재로 광전지 새로운 가능성 열어
-
-
[우주의 속삭임(2)] 태양 4곳 동시 폭발하는 희귀 현상 발생
- 미 항공우주국(NASA)의 태양활동관측위성(SDO: Solar Dynamics Observatory)이 태양의 거대한 영역 4곳이 동시에 폭발하는 희귀한 현상을 포착했다고 과학 전문 매체 IFL사이언스가 전했다. 태양의 폭발과 화기 분출은 흔히 발생한다. 특히 태양활동이 강한 태양극대기(또는 흑점극대기) 정점에 가까울 때 더욱 그렇다. 대개 11년 주기(슈바베 주기라고 함)로 극소기와 극대기가 반복된다. 극소기에는 태양면 위에 흑점이 가장 적게 나타나고, 극대기에는 100개 이상의 흑점이 나타난다. 슈바베 주기의 태양 흑점 수에 따라 코로나 질량 방출(CME)이 강도가 변하면서 발생하며, 때로는 지구에 화려한 오로라와 전파 정전을 일으키기도 한다. 국립기상청은 "태양 흑점은 자기장이 지구보다 약 2500배 더 강한 지역으로, 태양의 다른 어느 곳보다 훨씬 강도가 높은 지역"이라면서 "강한 자기장으로 인해 자기압은 증가하고 주변 대기압은 감소하는데, 이는 집중된 자기장이 태양 내부에서 표면으로 흐르는 뜨거운 가스의 흐름을 방해하기 때문에 주변에 비해 온도를 낮추게 된다"고 설명했다. 태양 표면에서의 큰 폭발은 이로 인해 발생한다. 드물게, ‘교감적 태양 플레어(Sympathetic Solar Flare)’라고 부르는 복수의 폭발이 동시에 발생할 수 있다. 한꺼번에 여러 곳에서 복수의 폭발이 일어나는 것이다. 이는 우연의 일치라고 생각됐지만 2002년 통계 분석 결과 그렇지 않은 것으로 드러났다. 이런 폭발은 자기 루프를 통해 연결될 때 발생한다. 더 드물게는 ‘슈퍼 교감적’ 태양 플레어로 확대돼 두 개 이상의 현상이 동시에 발생할 수 있다. 이번 4개 폭발이 그 예다. 현재로서는 태양 플레어에서 분출된 잔해가 지구에 도달할 지는 확실하지 않다. 스페이스웨더닷컴에 따르면, 만약 잔해가 지구로 떨어진다면 26일이 될 것이라고 예상했다. 그러나 피해는 없을 듯하다. 대부분의 지자기 폭풍과 마찬가지로 인류는 걱정할 것이 없을 것이라는 지적이다. 태양 폭발은 종종 오로라와 함께 전력망 및 무선 통신의 장애 등 소소한 문제를 일으킬 수 있다. 물론 드물기는 하지만 캐링턴 사건 규모의 태양폭풍이 발생할 수 있으며, 이는 지구에 더 큰 문제를 야기할 수 있다. 캐링턴 사건은 1859년 지구를 강타한 대규모 지자기 폭풍으로 유럽과 북미의 경우 밤에도 대낮처럼 주변이 환해질 정도였다고 한다. 당시 관측된 태양 플레어는 종전 기록을 갈아치웠으며, 이 정도의 폭풍이 오늘날 발생했다면 전력망 등에 재앙 수준의 피해를 일으킬 것이라는 분석이다.
-
- IT/바이오
-
[우주의 속삭임(2)] 태양 4곳 동시 폭발하는 희귀 현상 발생
-
-
[퓨처 Eyes(32)] 무중력 흑연 플랫폼, 자기부상 열차 기술의 미래를 열다?
- 일본 오키나와 과학 기술 연구소(OIST) 양자 기계 연구팀은 흑연과 자석을 활용해 공중에 떠있는 '무중력' 흑연 플랫폼을 선보였다. 과학 전문 웹사이트 피지스(Phys. org)와 뉴아틀라스, 퓨처리즘 등 다수 외신은 "OIST 연구팀은 물리적 접촉이나 기계적 지지대 없이도 안정적으로 매달릴 수 있는 공중 부양 소재 개발에 힘쓰고 있다"며 이번 연구에 대해 집중 조명했다. 공중 부양 소재는 물리적 접촉이나 기계적 지지 없이도 자유롭게 공중에 떠 있는 특성을 지닌 물질을 일컫는다. 가장 흔히 접하는 공중 부양 현상은 자기력에 의해 발생한다. 초전도체나 반자성 물질(자기장에 밀리는 성질)과 같은 물체를 자석 위에 부유시켜 첨단 과학 센서와 일상 용품을 개발할 수 있다는 것이다. 본 연구실 책임자인 제이슨 트왐리(Jason Twamley) 교수는 국제 협력 기관과 함께 흑연과 자석을 활용한 진공 부상 플랫폼을 설계했다. 특기할 만한 점은 이 '부상 플랫폼(플로팅 플랫폼)'이 외부 전원 공급 없이 작동하며, 초고감도 센서 개발을 위한 매우 정밀하고 효율적인 측정 환경을 제공한다는 것이다. 본 연구 결과는 권위있는 학술지 '응용물리학 레터(Applied Physics Letters)'에 게재되었다. '반자성' 물질에 외부 자기장을 가하면 이 물질은 반대 방향의 자기장을 생성하여 반발력을 일으켜 자기장을 밀어낸다. 따라서 반자성 재료로 만든 물체는 강한 자기장 위에 떠 있을 수 있다. 예를 들어 자기부상열차에서는 강력한 초전도 자석이 반자성 물질로 강한 자기장을 만들어 중력을 거스르는 것처럼 보이는 공중부양을 실현한다. 연필심에서 추출되는 흑연(결정질 탄소)은 강력한 자기 반발력(높은 반자성)을 지닌다. 연구팀은 미세한 흑연 구슬 분말을 전기 절연성이 있는 실리카로 화학 코팅한 후 왁스와 혼합하여 그리드(격자) 패턴으로 배열된 자석 위에 부상시키는 1㎠ 크기의 얇은 정사각형 플랫폼을 제작했다. 이 과정에서 흑연은 반자성을 유지하지만 절연은 부양에 필요한 에너지 손실을 방지한다. 테스트 결과 실리카 코팅 흑연 플랫폼은 북극과 남극이 번갈아가며 자석으로 구성된 표면 위에서 장시간 공중에 떠 있을 수 있었다. 연구팀은 이 공중 부양 플랫폼 시스템은 힘, 가속도 및 중력을 측정하는 새로운 유형의 센서로 이어질 수 있다고 밝혔다. 더 정밀한 양자 센서를 위해 또 다른 버전은 피드백 자력을 사용해 플랫폼의 수직 움직임을 지속적으로 수정하고 플랫폼의 운동 에너지를 줄이기 위해 냉각시킨다. 그러나 여기서 단점은 외부 전원이 필요하다는 것이다. 외부 전력 공급 없이 작동하는 자력 부상 플랫폼 구현에는 몇 가지 기술적인 과제가 있다. 가장 큰 어려움은 '와류 감쇠(eddy damping)'로, 이는 진동 시스템이 시간 경과에 따라 외부 힘으로 인해 에너지를 손실하는 현상을 의미한다. 흑연과 같은 전도성 물질이 강력한 자기장을 통과할 때 발생하는 전류 흐름은 에너지 손실을 초래하며, 이는 첨단 센서 개발에 자력 부상 기술을 활용하는 데 있어 주요한 걸림돌이 된다. 이에 OIST 연구원들은 에너지 손실 없이 부유하고 진동할 수 있는 플랫폼, 즉 한 번 가동되면 추가적인 에너지 투입 없이도 장시간 지속적으로 진동을 유지할 수 있는 플랫폼을 설계하기 시작했다. 앞서 지적한 것처럼 이러한 '마찰 없는' 플랫폼은 힘, 가속도, 중력 측정을 위한 새로운 유형의 센서 개발뿐 아니라 다양한 분야에 활용될 수 있는 잠재력을 지닌다. 와류 감쇠 문제를 해결한다고 해도 진동 플랫폼의 운동 에너지 최소화라는 또 다른 과제가 남아 있다. 이 에너지 수준을 낮추는 것은 다음과 같은 두 가지 이유로 중요하다. 먼저, 플랫폼을 센서로 활용할 때 더욱 민감한 측정을 가능하게 한다. 다음으로, 양자 효과가 지배적인 양자 영역으로 진입하여 운동 에너지를 냉각시키면 정밀 측정의 새로운 가능성을 열 수 있다. 따라서 진정한 마찰 없는 자립형 플로팅 플랫폼을 구현하기 위해서는 와류 감쇠와 운동 에너지 문제를 모두 해결해야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 흑연 기반의 새로운 물질 개발에 힘썼다. 화학적 변형을 통해 흑연을 전기 절연체로 변환함으로써 에너지 손실을 최소화하면서도 진공 상태에서 물질의 부상을 가능하게 했다. 과학자들은 실험 환경에서 플랫폼의 움직임을 지속적으로 추적하고 분석했다. 이러한 실시간 데이터를 활용하여 피드백 자기장을 적용하여 플랫폼의 진동을 감쇠시킴으로써 플랫폼의 운동을 냉각하고 속도를 크게 감소시켰다. 트왐리 교수는 "열은 진동을 야기하지만, 지속적인 모니터링과 시스템에 실시간 피드백을 제공함으로써 이러한 진동을 줄일 수 있다고 설명했다. 피드백은 시스템의 감쇠 속도, 즉 에너지 손실 속도를 조절하기 때문에 적극적인 감쇠 제어를 통해 시스템의 운동 에너지를 감소시켜 효과적으로 냉각할 수 있다"고 밝혔다. 트왐리 교수는 또한 "충분히 냉각된다면 이 공중 부상 플랫폼은 지금까지 개발된 가장 민감한 원자 중력계보다 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다"고 강조했다. 이어 "원자 중력계는 원자의 움직임을 이용하여 중력을 정밀하게 측정하는 최첨단 장치이다. 이러한 수준의 정밀도를 달성하기 위해서는 진동, 자기장, 전기 노이즈와 같은 외부 간섭으로부터 플랫폼을 격리하는 엄격한 엔지니어링이 필요하다. 현재 진행 중인 연구는 이러한 시스템을 개선하여 이 기술의 잠재력을 최대한 발휘하는 데 초점을 맞추고 있다"고 덧붙였다.
-
- 포커스온
-
[퓨처 Eyes(32)] 무중력 흑연 플랫폼, 자기부상 열차 기술의 미래를 열다?
-
-
[퓨처 Eyes(30)] 한국형 인공태양, 1억도 플라즈마 세계 신기록 수립
- 한국 핵융합에너지연구원(핵융합연·KFE) 연구팀은 인공태양 연구에서 획기적인 성과를 달성하며 과학 역사에 찬란한 족적을 남겼다. 바로 1억도 플라즈마를 48초간 유지하는 놀라운 기록을 세운 것이다. 이는 핵융합 에너지 실현이라는 꿈에 한 발짝 더 다가선 뜻깊은 성과이다. KSTAR(한국 초전도 토카막 핵융합 연구장치)라는 인공태양 핵융합로를 활용한 이번 연구는 한국 과학자들의 탁월한 기술력을 여실히 보여준다. 1억도라는 극한의 온도를 48초간 유지하는 것은 쉬운 일이 아니다. 이는 핵융합 에너지 개발 분야에서 세계 최고 수준의 기술력을 자랑하는 한국 과학의 위상을 더욱 굳건히 하는 계기가 되었다. 토카막(Tokamak)은 태양처럼 핵융합 반응이 일어나는 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 핵융합장치다. 플라즈마를 구속하는 D자 모양의 초전도 자석으로 자기장을 만들어 플라즈마가 도넛 모양의 진공용기 내에서 안정적인 상태를 유지하도록 제어한다. 1억도 플라즈마 48초간 유지 KFE는 한국의 '인공태양'으로 불리는 KSTAR가 최근 실험에서 핵심 부품을 업그레이드해 태양 중심핵 온도의 7배에 해당하는 1억도의 플라즈마를 48초 동안 연속 운전하는데 성공했다고 지난 3월 27일 밝혔다. 이는 2022년 기록했던 30초를 크게 뛰어넘는 놀라운 발전이며, 핵융합 기술의 지속적인 진보를 보여주는 명확한 증거이다. 플라즈마는 높은 온도에서 전자와 양이온이 분리되어 형성되는, 전기적으로 중성인 기체 상태이다. 이는 태양과 별의 뜨거운 심장부에서 발견되는 특별한 물질 상태이며, 핵융합 반응의 필수적인 요소이다. KSTAR는 한국 초전도 토카막 첨단연구의 정식 명칭으로, 2022년에 1억도 플라즈마를 30초간 유지하는 기록을 세웠다. 텅스텐 디버터로 안정성 향상 2023년 12월 31일부터 3개월간 진행된 최근 테스트에서 KSTAR은 텅스텐 디버터를 사용해 플라즈마의 안정성을 크게 향상시키고 유지 시간을 48초까지 늘리는 데 성공했다. 이는 이전 기록 30초를 크게 뛰어넘는 성과다. 또한 저감속 모드보다 안정적인 고성능 플라즈마 운전 모드인 'H 모드(H-mode)'를 102초 동안 장시간 유지하며 기록을 경신했다. H-모드는 토카막형 핵융합 장치 운전시 특정 조건 하에서 플라즈마의 가둠 성능이 약 2배 증가하는 현상이다. 이는 핵융합 연구 분야에서 획기적인 진보를 의미하며, 미래 에너지 문제 해결에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다. 1억도 운전을 추진한 고성능시나리오연구팀 한현선 박사는 "1억도 초고온 이온 플라즈마(High-Ti shot) 운전을 기존 30초에서 48초간 유지 달성하며 우리의 운전 방식이 40초대에서도 유효함을 확인했다. 지난해에는 플라즈마를 충분히 가열하고 유지할 파워가 부족해 실험이 어려웠다. 이번에는 중성자빔 가열장치의 성능 향상이 48초 유지의 바탕이 됐다"며 1억도 플라즈마의 장시간 운전은 초고온 플라즈마에 대한 이해를 높일 수 있는 자료이자 향후 핵융합 발전로에 쓰일 새로운 운전 모드 연구의 기반이 된다고 말했다. 텅스텐 재질 디버터(divertor)의 도입이 이러한 획기적인 성과를 가능하게 했다. 디버터는 핵융합 반응에서 발생하는 열과 불순물을 제거해 플라즈마 오염을 최소화하고 주변 장벽을 보호하는 역할을 한다. 텅스텐은 기존 탄소 재질보다 녹는점이 훨씬 높아 열 부하에 대한 내구성이 뛰어나다. 실험 결과, 텅스텐 디버터는 동일한 열 부하 상황에서 표면 온도 상승률이 25% 감소했다. KSTAR 연구 본부 고성능시나리오팀 김현석 선임연구원은 "디버터는 플라즈마의 열속이 집중되는 부분이다. 이번 테스트를 준비하면서 KSTAR처럼 토카막 내벽을 텅스텐으로 교체한 해외 융합 장치들의 사례를 토대로 KSTAR의 새로은 텅스텐 환경이 기본 카본 환경과 크게 다르지 않을 것으로 에상했다. 하지만 초기 실험에서 무언가 달랐다"고 전했다. 김 연구원은 "초기에 토카막 내벽 온도가 잘 안 올라갔다. 디버터는 소재만 바뀐 게 아니라 아랫부분의 구조(형상)도 기존 직선형에서 고래꼬리 형태로 바뀌었다. 형상과 소재 두 가지 요인이 복합적으로 작용해서 플라즈마 성질이 바뀌었는데, 바뀐 형태에서 어떻게 해야 좋은 성능을 발휘할 수 있을지 고민했다. 샷이 발생하면 과거의 형상을 만드는 것에서 시작해서 플라즈마 성능을 잠시 유지하고 안정이 되면 바뀐 디버터 형상으로 바꾸어 유리하는 전략으로 운전하며 기존 성능을 재현할 수 있엇다"고 설명했다. 핵융합은 두 개의 가벼운 원자핵이 합쳐져 더 무거운 원자핵을 만들면서 엄청난 양의 에너지를 방출하는 과정이다. 모든 금속 중 가장 높은 녹는점(3422°C)을 자랑하는 텅스텐은 핵융합 반응의 극한 환경에서도 흔들림 없이 자리한다. 또한 낮은 불순물 형성은 플라즈마 오염을 최소화하여 핵융합 반응의 순도를 높이는 데 기여한다. 프랑스에 건설 중인 ITER 실험로는 핵융합 에너지의 실현 가능성을 검증하는 국제 핵융합 연구의 중심 무대이다. 텅스텐 다이버터를 사용하는 ITER 실험로는 내년 첫 플라즈마 생성을 목표로 하고 있다. KSTAR의 이번 성과는 ITER 실험로의 성공적인 운영에 중요한 데이터를 제공할 것으로 기대된다. 한국핵융합연구소 소장은 이번 성과가 미래 핵융합 발전 시설 개발에 필요한 핵심 기술 확보에 중요한 발걸음이라고 강조했다. 연구팀은 앞으로 ITER 운영 및 미래 핵융합 발전 시설에 필수적인 핵심 기술 확보에 집중할 계획이다. 연구팀은 '토카막'이라 불리는 도넛 모양의 핵융합로 안에 뜨거운 플라즈마를 가두어 물을 가열하고 터빈과 발전기를 사용하여 생성된 증기를 전기로 전환함으로써 반응에서 순 양의 에너지를 획득할 수 있기를 희망한다. 토카막 융합로의 다양한 성과 한편, 전 세계 다른 토카막 핵융합로 또한 최근 몇 년 동안 중대한 성과를 거두었다. 지난해에는 중국 과학자들이 실험용 첨단 초전도 토카막 내부에 플라즈마를 403초 동안 유지하는 데 성공했다. 또한 영국은 JET(Joint European Torus) 장치를 사용해 핵융합 에너지 세계 기록을 수립했다. 뉴사이언티스트에 따르면 단 5초 동안이지만 약 1만 2000가구에 전력을 공급할 수 있는 69메가줄의 에너지를 생산했다. 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소는 재래형 토카막 설계와는 크게 다른 레이저 기반 핵융합로인 내셔널 이그니션 퍼실리티(National Ignition Facility)에서 투입한 에너지의 두 배를 얻었다고 주장했다. 하지만 이러한 모든 연구 결과가 핵분열 원자로를 완전히 대체할 수 있는 핵융합 에너지 혁명으로 이어질지 여부는 아직 불확실하다. 위에서 언급한 것처럼 프랑스 남부 생폴레즈듀랑스 카다라쉬에 다국적 거대 핵융합 연구 시설 'ITER(국제핵융합실험로·International Thermonuclear Experimental Reactor)'가 건설되고 있다. ITER 총 사업 기간은 2007~2042년으로 건설과 운영, 방사능감쇄, 해체 등 4단계를 포함한다. 총건설비는 약 117.7억유 한국을 비롯해 중국, 인도, 일본, 유럽연합(EU·29개국) 등 35개국이 참여하는 이 프로젝트는 핵융합 에너지 상용화의 가능성을 판단하는 중요한 단계이며, 현재까지 건설된 토카막 핵융합로 중 가장 큰 규모를 자랑한다. 2007년 설립된 ITER는 2025년 완공 예정이다. 현재 우리가 사용하는 화석 연료 대신 안전하고 지속 가능한 에너지원 개발 가능성을 가진 ITER는 완공 후 핵융합 실험을 통해 핵융합 에너지의 실현 가능성을 평가할 계획이다. 프랑스의 ITER 시설이 완공되면 인공태양으로 불리는 핵융합에너지에 대한 실용성과 타당성 등에 대한 중요한 답변을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
-
- 포커스온
-
[퓨처 Eyes(30)] 한국형 인공태양, 1억도 플라즈마 세계 신기록 수립
-
-
[신소재 신기술(21)] 홍게껍질로 반도체 및 에너지 저장 기능 갖춘 나노시트 개발
- 일본 과학자들이 홍게의 껍질에 포함된 키토산으로 만든 나노섬유에서 반도체와 에너지 저장 특성을 발견했다. 26일(이하 현지시간) 뉴스마이네비에 따르면 일본 도호쿠대학(東北大學) 연구팀은 홍게 껍질에 포함된 불용성 식이섬유의 일종인 '키토산'으로 만든 나노섬유(ChNF) 조직을 제어해 만든 나노미터 두께의 시트 소재에서 반도체 특성과 에너지 저장 특성을 나타내는 것을 발견했다고 25일 밝혔다. 이번 성과는 도호쿠대 미래과학기술공동연구센터 후쿠하라 미키오 학술연구원, 동 대학 하시타 토시유키 특임교수, 도쿄대 이소카이 아키라 특임교수 등의 공동연구팀에 의해 이루어졌다. 연구 결과는 미국 물리학 협회에서 발행하는 학술지 'AIP-Advances'에 게재됐다. 이번 연구는 친환경적인 반도체와 에너지 저장 소재 개발에 기여할 것으로 기대된다. 반도체는 실리콘으로 대표되는 원소 반도체와 갈륨비소(GaAs) 및 '파이(π) 공액 고분자'와 같은 화합물 반도체로 크게 두 가지로 분류된다. 두 반도체 모두 광물이나 인공 화합물에서 금속을 정제해 만드는데, 생산 과정에서 많은 양의 에너지가 필요하고 환경에 미치는 영향이 크다. 연구팀은 절연체로 인식되는 종이와 셀룰로오스의 나노 크기 미세 구조체인 케나프 식물에서 추출한 셀룰로오스 나노섬유(Cellulose Nanofibers·CNF)를 이용해 전하 분포와 전자 이동을 측정했다. 그 결과, '템포 산화 CNF(TEMPO-oxidized CNF, TEMPO 촉매를 사용해 산화 처리된 셀룰로오스 나노섬유)'는 고전압 단시간 충전 특성을, CNF는 n형 음의 저항을 나타내는 n형 반도체의 다양한 특성을 발견했다. 이 연구에서는 식물 셀룰로오스와 분자 구조가 유사하고 지구상에서 두 번째로 풍부한 바이오매스 화합물인 동물성 키토산에 초점을 맞췄다. 연구팀에 따르면, 키토산에는 케나프(CNF)에서 발현되지 못했던 고속 충전 특성이 발견됨과 동시에 액체 누출 등의 문제를 극복할 수 있는 고체형 축전지를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 키토산과 같은 자연 유래의 해양 바이오매스 소재를 반도체, 에너지 저장 분야에 활용할 수 있다면 폐기물을 줄여 자원순환형 사회 조성에 기여할 수 있다. 이번 연구에서는 홍게 껍질로 만든 키토산 나노섬유(ChNF)를 대표적인 동물성 소재로 활용하고, 섬유 길이를 300nm 이하로 제어한 ChNF 시트에 Al 전극을 부착한 소자를 제작했다. ChNF 시트 소자의 I(전류)-V(전압) 특성, AC(교류) 임피던스, 주파수 분석, 축전성을 측정한 결과, 전압 제어에 의한 전압 유도 반도체와 같은 특성이 나타나는 것을 확인했다. 또한, ChNF 시트의 -210~+80V 범위에서 동작 속도 1.24V/s의 승강 전압에 대한 I-V 특성에서 음전압 영역에서 전류의 전압 의존성이 역전되는 거동, 이른바 n형 반도체 특성을 보였다. 즉, I-V 특성은 옴의 법칙을 따르지 않고, 전압 상승에 따라 일정 전압 이상에서 전류가 감소하는 음극 저항이 발현된 것이다. 반면, R(저항)-V(전압) 특성을 분석한 결과, 승압 -1V~0V, 강압 +2V~0V 사이에서 3자리 스위칭 효과를 보이는 특성이 관찰됐다. 또한 10~500V에서 2mA의 전류로 5초간 충전한 후 1μA의 정전류로 방전했을 때 충전 전압 대비 저장 용량의 변화를 조사한 결과, 전압 증가에 따라 저장 용량이 선형적으로 증가하며 450V부터 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 다음으로 ChNF 시트의 AC 임피던스 특성을 측정한 결과, 저저항과 고저항의 두 개의 반원을 가진 나이키스트 선도(The Nyquist diagram)를 얻었다. 두 개의 반원은 원자간력 현미경 이미지 관찰을 통해 각각 120~350nm의 바늘 모양과 구형으로 이루어진 갑각류 외골격과 세포벽 조직의 기여하는 것으로 추론했다, 이 나이키스트 선도의 특성으로부터 ChNF 시트는 직류와 교류 영역에서 동일한 회로를 가질수 있음을 시사했다. 연구팀은 또한, 반도체 특성의 전자의 기원을 규명하기 위해 ESR 분석을 시도했다. 전자의 기원을 결정하는 단수 대칭의 피크를 관찰했고, 스펙트럼 강도의 선도가 횡축과 교차하는 자기장의 g값을 통해 키토산의 생성 전자는 비정질 키토산에서 발생하는 아미닐 라디칼(NH¯₂)에서 생성된 전자임을 확인했다. 연구팀은 이번 성과에 대해 "저밀도 경량 반도체 및 에너지 저장 장치 제작을 통해 천연 유래의 바이오 소재 자원을 활용함으로써 지구의 생물 순환 시스템을 활용한 바이오 일렉트로닉스가 발전할 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(21)] 홍게껍질로 반도체 및 에너지 저장 기능 갖춘 나노시트 개발
-
-
"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
-
"암흑물질 존재하지 않는다"⋯우주 나이도 270억년
-
-
[신소재 신기술(14)] 자연에서 처음 발견된 광물 초전도체 '미아사이트'
- 미국 과학자들이 자연에서 광물 형태로 발견된 세계 최초의 '비전통적인' 초전도체 미아사이트(Miassite)가 발견됐다고 밝혔다. 영국 과학 웹사이트 사이키(phys.org)는 지난 13일(현지시간) 미국 에너지부 국립연구소인 에임스 국립연구소(Ames National Laboratory)의 과학자들이 실험실이 아닌 자연에서도 화학 성분을 가진 최초의 비전통적 초전도체 '미아사이트'를 발견했다고 보도했다. 미아사이트는 자연에서 발견되는 광물 중 하나로, 실험실에서 성장시키면 초전도체 역할을 한다. 연구팀은 미아사이트를 관측한 결과 고온 초전도체와 유사한 특성을 가진 비전통적 초전도체라는 사실을 밝혀냈다. 이 연구 결과는 '커뮤니케이션즈 머티리얼즈(Communications Meterials)' 저널에 게재됐다. 이번 연구는 미래의 지속 가능하고 경제적인 초전도체 기반 기술 개발에 기초 과학적 이해를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 초전도체란? 초전도는 물질이 전기를 에너지 손실 없이 전도할 수 있는 상태를 말한다. 이러한 초전도체는 의료용 MRI 기계, 전력 케이블, 양자 컴퓨터 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 기존의 초전도체는 잘 알려져 있지만 임계 온도가 낮다. 여기서 임계 온도는 물질이 초전도체 상태를 유지할 수 있는 최고 온도를 말한다. 1980년대에 과학자들은 기존 것들보다 임계 온도가 훨씬 높은 비전통적인 초전도체들을 발견했다. 에임스 연구소의 과학자 루슬란 프로조로프에 따르면, 이러한 비전통적인 초전도체는 모두 실험실에서 만들어진다. 이로 인해, 비전통적 초전도는 자연에서 발생하지 않는다는 일반적인 인식이 형성됐다. 자연에서 발견된 희귀한 광물 프로조로프는 대다수의 초전도 원소와 화합물이 금속 성질을 가지고 산소와 같은 다른 원소와 반응하는 경향이 있어, 자연에서 초전도체를 찾는 것이 어렵다고 설명했다. 그는 특히 미아사이트(Rh17S15)가 복잡한 화학 구조를 가지고 있다는 점에서 흥미롭다고 말했다. 프로조로프는 미아사이트를 처음에는 자연에서 발견될 수 없는, 인공적으로 만들어졌을 것으로 추정했으나, "실제로 자연에서 존재한다는 것이 밝혀졌다"고 말했다. 아이오와 주립대학교의 물리학 및 천문학 석좌교수이자 에임스 연구소의 과학자인 폴 캔필드는 새로운 결정체 물질의 설계와 발견, 성장 방법, 그리고 그 특성을 분석하는 데 깊은 전문 지식을 가지고 있다. 그는 이 프로젝트를 위해 고품질의 미아사이트 결정을 합성하는 작업을 수행했다. 캔필드는 "미아사이트가 러시아 첼랴빈스크주 미아스 강 근처에서 발견된, 일반적으로 잘 형성된 결정으로 자라지 않는 희귀한 광물"이라고 설명했다. 미아사이트 결정의 성장은 매우 높은 용융점을 가진 원소(Rh)와 휘발성이 높은 원소(S)의 결합으로 이루어진 화합물을 탐색하는 더 광범위한 연구 노력의 일부였다. 캔필드 박사는 "순수 원소들의 특성과는 달리, 우리는 이들 원소의 혼합을 통해 최소한의 증기압으로 결정이 저온에서 성장할 수 있도록 하는 기술을 개발했다"고 말했다. 캔필드 박사는 이번 미아사이트의 발견을 "숨겨진 낚시터에서 큰 물고기를 발견한 것과 같다"고 비유했다. 그는 "Rh-S 시스템에서, 우리는 세 가지 새로운 초전도체를 발견했다. 루슬란의 세밀한 측정 덕분에, 미아사이트가 비전통적 초전도체임을 확인할 수 있었다"고 설명했다. '자기장 침투 깊이' 실험 프로조로프의 연구 그룹은 저온에서 초전도체를 연구하기 위한 첨단 기술을 전문으로 한다. 그는 이 물질이 초전도 상태를 유지하기 위해 영하 50밀리켈빈(약 -460°F)까지 냉각되어야 한다고 말했다. 프로조로프 연구팀은 미아사이트의 초전도 특성을 분석하기 위해 세 가지 주요 실험을 실시했다. 가장 중요한 실험은 '자기장 침투 깊이(혹은 런던 침투 깊이, London penetration depth)'다. 이 실험은 약한 자기장이 초전도체 표면을 얼마나 깊게 관통하는지 측정해 초전도체 내부로의 자기장 침투 거리를 결정한다. 전통적인 초전도체의 경우, 자기장 침투 깊이는 저온에서 대체로 일정하게 유지된다. 반면, 비전통적 초전도체에서는 이 침투 깊이가 온도 변화에 따라 선형적으로 변화하는 경향을 보인다. 이러한 실험 결과는 미아사이트가 비전통적 초전도체의 성질을 갖는다는 것을 확인했다. 또 다른 실험은 재료 내에 결함을 주기 위해 고에너지 전자를 사용해 물질에 충격을 주는 방식이다. 프로조로프는 이 방법을 지난 10년 간 그의 연구팀이 주로 사용해온 대표적인 기술이라고 설명했다. 이 실험을 통해 재료의 초전도 특성에 미치는 결함의 영향을 관찰할 수 있다. 이 방법은 이온을 그들의 원래 위치에서 밀어내어 결정 구조 내에 결함을 생성하는 것이다. 이러한 결함은 재료의 임계 온도에 변화를 일으킬 수 있는 장애를 만든다. 전통적인 초전도체는 비자기적 장애에 대해 대체로 둔감하기 때문에, 이러한 테스트에서 임계 온도의 변화가 거의 또는 전혀 보이지 않는다. 반면, 비전통적 초전도체는 무질서에 더 민감해, 결함이 일어나면 임계 온도가 변화하거나 억제될 수 있다. 이러한 변화는 재료의 임계 자기장에도 영향을 미친다. 연구팀은 미아사이트에서 임계 온도와 임계 자기장이 비전통적 초전도체에서 예측한 대로 변화한다는 것을 확인했다. 비전통적 초전도체에 대한 이러한 연구는 초전도 현상의 작동 원리에 대한 과학자들의 이해를 심화시킬 수 있다. 프로조로프는 "비전통적 초전도의 메커니즘을 이해하는 것은 초전도 현상을 경제적으로 응용하는 데 있어 핵심적인 역할을 한다"고 강조했다. 이는 초전도 기술의 상용화 가능성을 높이는 데 중요한 기여를 할 수 있다.
-
- 포커스온
-
[신소재 신기술(14)] 자연에서 처음 발견된 광물 초전도체 '미아사이트'
-
-
호주 국립대, 태양보다 5백조 배 더 밝은 퀘이사 발견
- 호주 과학자들이 지금까지 발견된 블랙홀 중 가장 빠르게 성장하는 퀘이사를 발견했다. 20일(현지시간) 영국 매체 가디언에 따르면 호주 국립대학교(ANU) 연구원들이 발견한 'J0529-4351' 퀘이사는 태양보다 500조 배 더 밝고 질량은 태양계 태양의 약 170억 배에 달한다. 이 퀘이사는 하루에 태양 1개에 해당하는 양을 먹어치운다. 이는 퀘이사가 엄청난 양의 물질을 흡수하고 있으며, 얼마나 빠르게 성장하고 있는지를 보여 준다. '퀘이사'는 일반적으로 '중성자 별에서의 금속 원자 빛발산 현상'을 가리키는 용어다. 중성자 별은 대량의 중성자를 가진 매우 밀도가 높은 별로, 핵심 부분에 남은 것이고, 별의 질량은 태양의 수십배에서 수백배에 이은다. 퀘이사는 중성자 별의 자기장이 매우 강력해주변 공간에 있는 원자들의 전자를 빠져나가게 되고, 이러한 과정에서 원자의 핵심인 금속 원자가 감속되면서 빛을 방출하는 현상을 말한다. 이 빛발산은 주로 X선이나 감마선과 같은 고에너지 전자기파로 나타난다. 즉, 퀘이사는 우주에서 가장 강력한 에너지원 중 하나로, 고에너지 천체물리학 및 천문학에서 중요한 연구 대상이다. 특히 중성자 별의 내부 구조와 속성을 연구하는 데에 있어서 퀘이사는 중요한 정보를 제공한다. ANU 연구팀이 이번에 발견한 퀘이사는 120억 광년 떨어진 곳에 위치하며 강착원반의 크기는 무려 7광년에 달한다. '강착원반'은 블랙홀 주변에서 회전하는 가스와 먼지로 이루어진 원반이다. 연구팀에 따르면 이 퀘이사의 강착원반은 온도가 섭씨 1만도에 달하고 곳곳에 번개가 치고 바람이 매우 빨리 불어 지구를 1초 만에 돌릴 정도로 거대한 자기 폭풍 세포처럼 보인고 한다. 이 퀘이사는 너무 밝아서 처음에는 지구에서 그리 멀지 않은 별로 분류됐다. 하지만 연구팀이 유럽 남부 천문대(ESO)의 초 거대 망원경을 사용하여 관찰한 결과, 이 퀘이사는 실제로는 엄청나게 먼 곳에 위치하고 있음이 밝혀졌다. 연구원들은 이 퀘이사를 '폭풍의 눈에 블랙홀이 있는 거대한 허리케인' 또는 '주 어디에서나 발견한 지옥으로 가는 가장 큰 문'에 비유했다. 이 퀘이사는 대부분의 큰 은하계 중심에 있는 거대한 블랙홀을 연구하는 데 중요하며, 퀘이사 팽창에 대한 이해를 더욱 높일 수 있다. 이번 연구를 주도한 호주 국립대학교의 크리스찬 울프(Christian Wolf) 교수는 "이 지옥같은 장소를 상상하는 것은 충격과 경외의 순간이다. 자연은 우리가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 극단적인 것을 만들어낸다"고 말했다. 이 퀘이사의 이름은 'J0529-4351'이며, 지난 수십 년 동안 '눈에 잘 띄지 않는 곳에 숨어 있다'가 발견됐다. 연구팀은 이 퀘이사를 발견했을 때 놀랍고 경외심을 느꼈으며, 극한 환경에서 물질이 어떻게 행동하는지 연구하는 데 중요하다고 말했다. 또한 우주의 초기 역사를 연구하는 데 도움이 될 수 있다고 한다. 이번 퀘이사의 발견은 우주에는 아직 모르는 것이 너무나 많다는 사실을 보여준다. 앞으로 과학자들이 더 많은 연구를 통해 퀘이사와 블랙홀에 대한 이해를 더욱 높일 수 있을 것으로 보인다.
-
- 산업
-
호주 국립대, 태양보다 5백조 배 더 밝은 퀘이사 발견
검색 결과가 없습니다.