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2024-11-13 (수)

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큰돌고래, '전기 감각'으로 사냥 성공률 높인다

우리 말로 '물돼지'라고도 알려진 돌고래, 특히 큰돌고래에 대한 흥미로운 연구 결과가 미국의 유명 매거진 스미스소니안(Smithsonian)을 통해 보도됐다. 큰돌고래는 지능이 높고 긴 주둥이를 가지고 있으며, 머리의 정수리 부분에 있는 '멜론'이라는 지방 기관을 통해 다양한 초음파를 생성하여 의사소통을 한다고 알려져 있다. 이 돌고래는 예리한 시력과 청각, 그리고 반향정위라는 고유한 음파 탐지 시스템으로 먹이를 사냥한다. 최근 익스페어리멘탈 바이올로지 저널(Journal of Experimental Biology)에 게재된 연구에 따르면, 큰돌고래는 전기펄스 감지라는 또 다른 감각을 활용하고 있는 것으로 밝혀졌다. 연구에 따르면, 큰돌고래의 주둥이에는 전기를 감지할 수 있는 '진동 구덩이'라는 보조개가 존재하며, 이는 물고기 사냥과 바다 주변 탐색에 큰 도움을 주고 있다. 더욱이, 갓 태어난 돌고래의 이 구덩이에는 수염이 있는데, 이는 기존 연구자들이 생각했던 것과 달리 중요한 기능을 할 수 있다는 새로운 관점을 제공한다. 이번 발견은 큰돌고래가 희귀한 전기 수용 능력을 가진 작은 포유류 그룹에 포함될 수 있음을 시사한다. 현재까지 이 특이한 감각을 지닌 것으로 알려진 포유류는 오리너구리와 바늘두더지 뿐이다. 반면, 상어와 같은 연골 어류 그룹은 전기장에 대한 민감성이 매우 높은 것으로 알려져 있다. 특히 일부 상어 종은 ㎠당 50억분의 1볼트 정도의 매우 약한 전류도 감지할 수 있는 능력을 가지고 있다. 해양 포유류의 이러한 능력을 테스트하기 위해, 연구자들은 조련사와 협력하여 돌리(Dolly)와 도나(Donna)라는 두 마리의 포획된 큰돌고래에게 금속 막대에 대한 전기 충격을 감지하는 방법을 가르쳤다. 이를 위해 연구원들은 맞춤형 전기장 발생기에 연결된 전극을 사용하여 다양한 강도의 전기장을 전달했다. 독일 뉘른베르크 동물원의 생물학자 팀 휘트너(Tim Hüttner)는 "이것은 인간이 청력 검사를 받는 것과 유사하며, 돌고래들은 실험에서 정확하게 반응했다"고 말했다. 도나는 더 높은 감도를 보여주었다. 도나는 ㎝당 2.4㎶ 만큼 낮은 직류(DC)를 감지할 수 있었다. 반면 돌리의 임계값은 ㎝당 5.5㎶에 그쳤다. 바이오로지스(The Company of Biologists)는 돌고래에 대한 직류(DC) 전기장 실험에 이어, 교류(AC) 전기장을 인지하는 능력도 테스트했다. 연구에 따르면, 모든 수중 유기체는 정적인 직류 장을 생성하지만, 물고기와 같은 일부 유기체는 아가미 움직임에 따라 펄스 형태의 교류 장을 생성한다고 한다. 연구 팀은 초당 1회, 5회, 그리고 25회의 펄스를 가진 다양한 주파수의 AC 전기장을 실험했다. 연구 결과, 두 돌고래 모두 DC 전기장에 대해 더 민감한 반응을 보였으나, 저주파 AC 전기장에도 잘 반응하는 것으로 나타났다. 독일 로스토크 대학의 해양 생물학자인 귀도 덴하르트(Guido Dehnhardt)는 "약한 전기장에 대한 돌고래의 민감성이 물고기를 사냥할 때, 특히 퇴적물에 숨어 있는 먹이를 찾는 데 도움이 될 수 있다"고 말했다. 하지만, 큰돌고래가 이 능력을 실제로 야생에서 어떻게 활용하는지는 아직 명확히 알려지지 않았다. 이 전기 감각은 먹이 사냥뿐만 아니라, 지구 자기장의 변화를 감지해 탐색하는 데에도 유용할 수 있다. 연구팀은 앞으로 돌고래의 움직임과 이 감각 사이의 관계를 더 연구할 계획이다. 이전의 연구에서는 태양 폭풍이 일으키는 행성 자기장의 변화와 돌고래 및 고래의 대량 좌초 사이의 연관성을 제시했다. 새로운 연구는 이 현상에 대한 설명을 시작할 것으로 기대된다.
- 생활경제
2023-12-15
NASA 프시케, 8주간 성공적 임무 수행

미국항공우주국(NASA)의 프시케(Psyche) 탐사선이 순항 중이다. 지난 2023년 10월 13일 지구를 떠난 후 8주 동안 과학 장비의 전원을 켜고 데이터를 지구로 전송하고 전기 추진기로 심우주 기록을 세우는 등 성공적인 작업을 차례로 수행했다. 프시케는 이미 지구에서 2,600만km 떨어져 있으며 2029년에 화성과 목성 사이에 있는 주 소행성대에 있는 소행성 프시케(Psyche)에 도착할 예정이라고 학술지 사이언스 어드밴스(Science Advances)가 보도했다. 이미지 장비, 정상 작동 확인 프시케의 이미지 장비는 물고기자리 별자리의 별장 내에서 총 68개의 이미지를 캡처했다. 이미지 팀은 데이터를 사용해 적절한 명령, 원격 측정 분석 및 이미지 보정을 확인했다. 애리조나 주립대학교의 프시케 이미지 장비 책임자인 짐 벨(Jim Bell) 교수는 "이 초기 이미지는 단지 시작을 알리는 것일 뿐"이라며 "이 정교한 장비를 설계하고 운영하는 팀에게 첫 번째 빛은 스릴이다"라고 밝혔다. 이어 "우리는 이와 같은 별 이미지가 포함된 카메라를 확인하기 시작해 2026년에 탐사선이 비행하는 동안 화성의 테스트 이미지를 촬영할 것"이라며 "마지막으로 2029년에 우리는 목표 소행성 프시케(Psyche)의 가장 흥미로운 이미지를 얻게 될 것이며, 이 모든 영상을 대중과 공유하기를 기대한다"고 말했다. 이미지는 여러 색상 필터를 통해 사진을 찍으며, 이 필터는 모두 초기 관찰에서 테스트됐다. 필터를 통해 팀은 인간의 눈에 보이는 빛과 보이지 않는 빛의 파장의 사진을 사용해 금속이 풍부한 소행성 프시케의 구성을 결정하는 데 도움을 줄 것으로 보인다. 자력계, 소행성 형성 과정 규명에 기여할 듯 프시케는 임무 초기인 10월 말에 자력계의 전원을 켰다. 자력계는 소행성이 어떻게 형성되었는지 결정하는 데 도움이 되는 중요한 데이터를 제공할 것으로 기대된다. 프시케는 태양 폭발을 감지하는 등 예상치 못한 선물도 안겼다. 팀은 탐사선이 소행성으로 이동하는 동안 우주 날씨를 계속 모니터링할 예정이다. 자력계 데이터를 통해 팀은 소행성의 자기장이 매우 작지만 정확하게 감지할 수 있음을 확인했다. 또한 탐사선이 자기적으로 ‘조용함’을 확인했다. 전기 추진기, 심우주 기록 세우다 프시케는 11월 8일 과학 장비를 사용한 모든 작업 중에 4개의 전기 추진기 중 2개를 발사해 깊은 우주에서 홀 효과 추진기를 최초로 사용하는 기록을 세웠다. 또한 일주일도 채 지나지 않은 11월 14일에는 심우주 광학 통신(DSOC)이라는 실험인 탐사선에 내장된 기술 시연을 자체적으로 하는 기록도 세웠다. DSOC는 달 너머 멀리서 광학 데이터를 주고받아 최초의 빛을 얻었다. 이 장비는 거의 1,600만km 떨어진 곳에서 테스트 데이터로 인코딩된 근적외선 레이저를 발사했는데, 이는 광통신의 가장 먼 시연이기도 했다. 중성자 감지센서, 소행성 표면 물질 구성 규명에 기여 프시케 팀은 또한 세 번째 과학 장비인 감마선 및 중성자 분광계의 감마선 감지 구성 요소를 성공적으로 가동했다. 다음으로, 장비의 중성자 감지 센서는 12월 11일 주에 켜질 것으로 예상된다. 이 기능은 팀이 소행성 표면 물질을 구성하는 화학 원소를 결정하는 데 도움이 될 전망이다. 프시케 팀은 "모든 과학 장비가 예상대로 작동하고 있다는 사실에 매우 기쁘다"라며 "이러한 성공은 프시케가 소행성 프시케에 대한 중요한 발견을 할 수 있는 잠재력을 보여준다"고 말했다.
- 산업
2023-12-10
네이처, '상온 초전도물질 개발' 논문 철회…LK-99 제외

세계적인 과학 저널인 '네이처(Nature)'가 지난 7일 실온에서 초전도 현상을 보이는 물질에 관한 미국 연구팀의 논문을 신뢰성 문제로 철회하기로 결정했다. 해당 논문은 섭씨 20.5도의 실내온도에서 초전도 현상을 관찰했다고 주장했다. 이 연구는 미국 로체스터대의 기계공학 및 물리학 조교수인 란가 디아스(Ranga Dias) 박사가 이끄는 팀에 의해 수행되었으며, '질소 주입 루테튬 수소화물'(NDLH)이라는 이름의 초전도 물질 개발에 관한 내용을 담고 있었다. 이 논문은 지난 3월 네이처에 게재됐다. 디아스 박사팀은 NDLH에 고압을 가하면 실온에서도 초전도체의 성질을 띠게 된다고 주장했다. 그러나 이 논문에 대한 과학계의 의구심이 제기되었다. 주장된 초전도 현상이 다른 연구실에서 재현되지 않았기 때문이다. 이러한 신빙성 문제로 네이처는 결국 논문의 철회를 결정했다. "초전도체 연구계에서 LK-99는 올해의 부끄러움의 표식으로 여겨질 수 있으나, 실제 상황은 더 복잡하다. 물질과학 분야에서 최근 발견된 특정한 결함이 2023년의 주요 사건으로 보기는 어렵다는 것이 전문가들의 의견이다." 과학기술 전문 매체인 톰스하드웨어(tom’s HARDWARE)는 국제 학술지 '네이처'에 게재되었던 란가 디아스와 그의 공동 저자들의 상온 초전도체 관련 논문 철회 사건을 다루며 이러한 주장을 제기했다. 이번 철회는 뉴욕 로체스터 대학교에서 수행된 디아스의 연구와 네바다 라스베가스 대학교(UNLV)의 물리학자 애쉬칸 살라맛(Ashkan Salamat)의 연구에 대한 과학적 의심의 세 번째 사례로 보인다. 전문가들은 이러한 문제들로 인해 해당 분야의 명성에 타격이 갈 것을 우려하고 있다. 디아스의 논문에는 여러 명의 공동 저자들이 참여했기 때문에, 책임 소재, 신뢰성 문제, 논문 내 오류의 발생 시점과 그 성격을 정확히 파악하는 것이 어렵다는 점이 지적되고 있다. 수소화물 초전도체 논문 철회 사태 수소화물 초전도체 연구에 관한 원래의 논문(현재 철회된)에는 11명의 저자가 있었으며, 이 중 8명이 철회 공지를 제출했다. 톰스하드웨어에 따르면, 이 논문의 결과를 둘러싼 논란이 출판에서 얻을 수 있는 이점보다 더 큰 부정적인 영향을 끼쳤다고 한다. 철회 공지에 따르면, 이 8명의 공동 저자들은 연구에 기여한 연구원으로서, 출판된 논문이 연구에 사용된 재료의 출처, 수행된 실험 측정 및 적용된 데이터 처리 방법을 정확히 반영하지 않는다는 의견을 표명했다. 원래의 논문은 상온, 상압에서 초전도성을 보이는 수소화물에 대해 다뤘다. 수소화물은 추가 전자(기술적으로 음이온을 만드는)를 특징으로 하는 수소 기반 재료이며 재료과학 및 초전도체 연구의 대표적인 소재 중 하나다. 2015년부터 수소화물에서 발견된 여러 초전도체 대부분은 초전도성을 얻기 위해 대기압보다 수백만 배 더 높은 압력이 필요하다는 것이 밝혀졌다. 이는 해당 소재의 실용적인 응용 가능성을 크게 제한하는 요인으로 지적되어 왔다. 초전도체 연구 분야에서의 신뢰 위기 초전도체 및 응집물질 물리학 분야에서 2023년은 특히 일부 전문가들 사이에서 '신뢰의 위기'라고 불리는 해였다. 이러한 위기의 근본 원인은 잘못된 과학적 접근 방식이다. 문제의 핵심은 과학적 연구가 계획대로 진행되더라도 복제가 어렵다는 것이다. 과학적 연구의 요건은 이론적으로 단순하다고 볼 수 있다. 즉, 동일한 조건과 과정에서 검증 가능하고, 독립적으로 복제할 수 있는 원본 연구를 제공해야 한다는 것이다. 톰스하드웨어는 "그러나 네이처의 논문 철회 사례는 과학적 사기로 결론을 내리기까지 어려움을 보여준다"고 전했다. 이 매체는 논문이 철회되었다고 해서 이것이 자동적으로 사기를 의미하는 것은 아니라며 철회 사유는 다양하며, 각 경우에 따라 신중한 검토와 판단이 필요하다는 것이다. 과학계의 신뢰 위기와 악의적인 연구 조작 동일한 이론적 간소함이 악의적인 연구자에 의한 피해를 증가시키고 있다. 매년 수백 개의 연구 그룹이 잘못 기술되거나 때로는 조작된 연구 결과의 복제를 시도하며, 이 과정에서 상당한 시간과 자금을 낭비하게 된다. 과학계 내에서 신뢰의 위기에 대한 논의가 이루어지고 있지만, 최근 10년 동안 철회된 논문 수가 10배 증가한 것은 사실상 더 엄격해진 편집 통제와 강화된 동료 평가 과정의 결과로 볼 수 있다. 이러한 변화는 과학 분야에서의 신뢰성과 정확성을 강화하는 긍정적인 방향으로 해석될 수 있으며, 과학의 배타적인 영역에 국한되지 않는 현상이다. 초전도체의 다양한 분류와 특성 초전도체는 전기 저항이 완전히 0이 되는 물질이다. 이는 전자가 격자 구조의 빈 공간을 자유롭게 이동할 수 있기 때문이다. 초전도체는 고온 초전도체, 저온 초전도체, 상온 초전도체로 나눌 수 있다. 고온 초전도체는 상온(약 300K) 근처에서 초전도성을 나타내는 물질로, YBCO(YBa2Cu3O7-x), LSCO(La2CuO4-x), BSCCO(Bi2Sr2CaCu2O8+x) 등이 대표적인 예이다. 반면, 저온 초전도체는 상온보다 훨씬 낮은 온도에서 초전도 현상을 보이며, Nb3Sn, NbTi, Pb, Hg 등이 이에 속한다. 상온 초전도체는 실온에서 초전도성을 나타낼 수 있는 물질로, 만약 실제로 존재한다면 획기적인 기술 혁신을 가져올 것으로 기대되고 있다. 이 분야는 최근 여러 논란에 휩싸여 주목받고 있다. 현재 많은 연구팀들이 실온 초전도체 개발을 목표로 활발한 연구를 진행하고 있다. 주요 연구 방향은 다음과 같다. △기존 재료에 새로운 물질을 결합하거나 새로운 구조를 도입해 실온에서 초전도성을 갖는 재료를 개발하는 연구, △압력 조절을 통해 실온에서 초전도성을 발휘하는 재료를 개발하는 연구, △자기장 조절을 통해 실온 초전도성을 갖는 재료를 개발하는 연구 등이다. 만약 실온에서 작동하는 초전도체가 발견된다면, 이는 전기 에너지의 효율적 전송, 자기 부상 열차, 의료 장비, 컴퓨터 등 다양한 분야에서 혁명적인 변화를 가져올 것으로 기대된다. 이러한 발견은 기존 기술의 한계를 넘어서는 새로운 가능성을 열어줄 것이다.
- 산업
2023-11-17
[퓨처 Eyes(9)] 인간 피부와 유사한 '로봇 스킨' 개발

로봇 기술이 급속도로 발전하면서 인간의 피부와 매우 유사한 로봇용 '스킨'이 개발됐다. 기술 전문매체 테크X플로어는 지난 10월 26일(현지시간) 캐나다의 브리티시컬럼비아대학교(UBC) 엔지니어들이 인간 피부와 거의 흡사한 획기적인 '로봇 스킨'을 개발했다고 전했다. UBC와 혼다의 연구팀은 이 '로봇 스킨'을 공동 개발했다. 이 스킨은 스마트하고, 신축성이 있으며 고감도의 특성을 가지고 있다. 이러한 성질로 인해 로봇공학과 보철 분야에서 광범위한 응용이 가능할 것으로 보인다. 연구팀은 이 새로운 센서 스킨이 의수나 로봇 팔 표면에 적용될 경우, 촉각 자극에 민첩하게 반응해 부드러운 과일 조각 같은 것을 손상시키지 않고 들어올 릴 수 있다고 설명했다. 또 이 센서는 인간의 피부처럼 부드럽게 촉각이 전달되어 로봇과 사람 간의 보다 안전하고 자연스러운 상호작용이 가능하다고 덧붙였다. UBC 응용과학부 전기·컴퓨터 공학 박사 과정에서 이 센서 개발에 참여한 연구 저자인 미르자 사퀴브 사와르(Mirza Saquib Sarwar) 박사는 "우리 센서는 여러 유형의 힘을 감지할 수 있어 의수나 로봇 팔이 촉각 자극에 민첩하고 정확하게 반응할 수 있다. 예를 들어, 로봇 팔은 달걀이나 물컵과 같이 깨지기 쉬운 물체를 부딪히거나 떨어뜨리지 않고 안정적으로 잡을 수 있다"고 밝혔다. 로봇 스킨 센서 관련 연구 논문은 '사이언티픽 리포트 저널(Scientific Reports Journal)'에 게재됐다. 실리콘 고무로 기계에 촉감 부여 이 로봇 스킨 센서는 주로 영화에서 보이는 피부 특수 효과를 만들 때 사용되는 실리콘 고무로 만들어졌다. 연구팀이 독특하게 디자인한 이 센서는 사람의 피부처럼 유연하게 구부러지며 주름지게도 할 수 있다. UBC의 첨단 재료·공정 공학 연구소(AMPEL)의 전기·컴퓨터 공학 교수이자 이 연구의 수석 연구 저자인 존 매든 박사는 "우리 센서는 터치스크린처럼 약한 전기장을 사용하여 멀리 떨어진 곳에서도 물체를 감지한다. 하지만 이 센서는 터치스크린과 달리 유연하고 표면 안팎으로 가해지는 힘을 감지할 수 있다. 사람과 접촉하는 로봇에 이 기술을 채택하는 것이 핵심적인 요소"라고 설명했다. UBC 연구팀은 휴머노이드 로봇 분야에서 오랜 연구 경험이 있는 혼다의 프론티어 로보틱스 연구 기관과 협력하여 이 기술을 개발했다. 혼다는 1980년대부터 이족보행 인간형 로봇인 '아시모(Asimo)'를 비롯하여 보행 보조 장치와 새로운 혼다 아바타 로봇 등 다양한 휴머노이드 로봇을 개발해왔다. 혼다가 2030년대 실용화를 목표로 개발 중인 원격 조작 로봇 '혼다 아바타로봇'은 2022년 3월 국제로봇전에서 처음 공개됐다. 이 아바타 로봇은 가상현실(VR) HMD(헤드 마운트 디스플레이)와 글러브를 착용한 사용자가 원격으로 조종할 수 있는 휴머노이드 로봇이다. 이 로봇의 주요 특징은 혼다의 이족보행 로봇 '아시모'의 기술을 기반으로, 자율 기능을 인공지능(AI)이 지원하는 원격조종 기술에 도입한 것이다. 아바타 로봇은 AI 데이터를 기반으로 사용자의 의도를 파악하고 실행한다. 예를 들어, 사용자가 로봇에게 물이 담긴 컵을 들게 하면, 로봇은 사용자의 손 움직임을 분석하여 '물을 안전하게 붓고 싶다'는 의도를 인식하고 실행한다. 혼다의 이 아바타 로봇은 AI와 로보틱스 기술을 활용하여, 섬세한 동작과 강력한 힘을 동시에 구현한다. 로봇은 작은 물체를 섬세하게 집거나 단단한 뚜껑을 여는 것 같은 강력한 동작도 수행할 수 있다고 한다. 프론티어 로보틱스의 수석 엔지니어이자 로봇 스킨 연구의 수석 저자 중 한 명인 이시자키 류스케(Ishizaki Ryusuke) 씨는 "매든 박사의 연구팀은 유연한 센서 분야에서 높은 전문성을 가지고 있다. 이런 전문 팀과 함께 작업해 로봇용 촉각 센서를 개발할 수 있어 매우 기쁘다"고 말했다. 로봇 스킨의 실용성과 확장 가능성 연구팀은 이 새로운 센서의 제작이 간단하며, 넓은 영역을 커버할 수 있고 대량 생산에도 적합하다고 설명했다. 매든 박사는 센서와 인텔리전스의 결합을 통해 기계의 기능이 향상되어, 사람들이 기계와 더 자연스럽게 상호작용할 수 있게 되었다고 말했다. 그러나 그는 아직도 달성해야 할 많은 것이 있다고 덧붙였다. 그는 "사람의 피부는 로봇 센서 기술보다 100배 더 많은 감지 지점을 가지고 있으며, 이를 통해 다양한 작업을 수행할 수 있다. 센서가 온도와 손상을 포함하여 피부와 유사한 능력을 가지게 되면, 로봇은 어떤 신호에 주의를 기울이고 어떻게 반응해야 하는지 더 스마트하게 판단할 수 있을 것"이라고 말했다. 매든 박사는 센서 기술과 인공지능이 함께 발전해 나가야 하며, 이를 통해 더욱 지능적이고 인간다운 로봇이 탄생할 것으로 기대했다. 인공지능과 결합된 로봇 기술은 인간의 다양한 능력을 앞으로 어떻게 구현할 수 있는지에 대한 호기심을 더욱 자극하고 있다.
- 포커스온
2023-11-02
NASA, 금속성분 풍부한 '프시케' 소행성 탐사

미국 항공우주국(NASA)은 화성과 목성 사이의 궤도에 있는 프시케(Psyche)라는 금속성분이 풍부한 소행성 탐사를 시작했다. 미국 매체 더 힐에 따르면 프시케는 철과 니켈 등의 금속으로 풍부하며, 길이가 280km에 달하는 거대한 소행성이다. NASA는 이 소행성이 충돌로 인해 표면의 암석이 제거된 채 남아있는 행성 핵으로 보고 있으며, 이를 통해 지구를 포함한 행성들의 핵이 어떻게 형성되었는지에 대한 단서를 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있다. NASA의 제트 추진 연구소(JPL)는 지난 10월 13일 프시케 탐사선을 우주로 쏘아 올렸다. 이 탐사선은 약 6년 동안 40억km를 여행해 2029년 8월에 동일한 이름의 목적지인 프시케 소행성에 도착할 예정이다. 그 전에 탐사선은 2026년 5월 화성 근처를 지나며 화성의 중력을 이용해 속도를 증가시키고 방향을 조절한다. 행성에 도착한 후에는 약 26개월 동안 고도 65~700km 상공에서 프시케를 공전하며 지형과 구성 성분, 자기, 중력 등 다양한 정보를 수집할 계획이다. 이번에 탐사를 진행하는 '프시케' 탐사선은 소행성 이름을 따서 붙여졌다. 다중 스펙트럼 이미저, 감마선과 중성자 분광계, 자력계와 X-밴드 중력 과학 조사를 포함한 여러 도구를 탑재하고 있다. 또한 전파가 아닌 레이저를 사용하여 훨씬 더 빠른 속도로 데이터를 지구로 다시 보내는 심우주 광통신 장치를 테스트한다. 프시케 탐사 임무는 태양계의 탄생과 진화에 대한 많은 정보를 밝혀내어 과학에 도움이 될 것으로 기대한다. 아울러 우주의 천연 자원 채굴에 대한 정보도 수집한다. 일부 전문가들은 프시케 소행성의 광물 가치를 약 10조 달러(약 1경3430조원)로 추정하고 있다. '지구 물리학 연구 저널(Journal of Geophysical Research)'의 한 논문은 대략 11.65조 달러로 추정하기도 했다. 정확한 가치는 아직 확인되지 않았지만 미래에 이 소행성의 풍부한 광물을 채굴하려는 많은 시도가 예상된다. 핵 융합 추진 기술 발전 기대 프시케 혹은 다른 소행성에서의 채굴을 시작하기 위해서는 향후 5~6년 동안 새로운 기술 개발이 필요하다. 지구와 프시케 사이의 거리가 매우 멀기 때문에, 현재의 기술로는 소행성에서 광물을 채굴하고 지구로 귀환시키는 데 엄청난 비용이 들 것으로 예상되기 때문이다. 핵 융합 추진 기술이 개발된다면, 지구와 프시케 사이의 이동 시간이 크게 단축될 것으로 보인다. 이 기술을 활용하면 로봇을 이용해 소행성에서 자원을 채굴하고 정제한 후, 채굴된 자원을 우주 산업 인프라로 운송하는 광산 선박의 활용이 가능해질 것이다. 프시케와 같은 태양계의 천체들은 경제적인 이윤을 창출할 수 있으며, 이는 많은 이점을 가지고 있다. 소행성 채굴은 지구에서의 채굴과 달리 환경에 미치는 부정적인 영향이 없다. 저명한 천체 물리학자 닐 드 그래스 타이슨(Neil deGrasse Tyson)은 소행성과 달의 채굴에 대해 긍정적인 견해를 제시했다. 그는 이러한 채굴 활동이 천연 자원에 대한 충돌과 갈등을 줄일 수 있을 것이라고 말했다. 한국, 다누리 탐사 계획 우리나라도 우주 광물 채굴 분야에 뛰어들기 위한 준비를 하고 있다. 한국항공우주연구원은 2029년부터 2031년까지 '다누리'라는 이름의 소행성 탐사선을 개발 중이다. '다누리'는 지구로부터 약 1.5억km 떨어진 '162173 APL' 소행성을 목표로 하고 있다. 이 소행성은 지름이 약 500m이며, 철, 니켈, 황, 규산염 등의 광물이 풍부하다. '다누리'는 2029년 8월에 발사되어 2031년 12월에 APL 소행성에 도착할 예정이며, 그곳의 지형, 구성 성분, 자기장 등을 조사할 계획이다. '프시케'와 '다누리'의 탐사는 우주 광물 채굴의 실현 가능성을 입증하는 중요한 단계가 될 것이다. 우주 광물 채굴이 현실화되면 지구의 자원 문제를 해결하고, 새로운 경제적 기회를 열어줄 것으로 예상된다.
- 산업
2023-10-24
극한의 고온에서만 녹는 초이온성 얼음

매우 뜨거운 온도에서만 녹는 '초이온성 얼음'이 발견됐다. 과학 전문 매체 '사이언스 얼럿'은 지난 15일(현지 시간) 초이온성 얼음이라고 알려진, 극한의 고온에서만 녹는 특별한 얼음이 발견됐다고 보도했다. 초이온성 얼음은 5년 전 과학자들에 의해 처음으로 실험실에서 재현되어 세상에 소개됐다. 이듬해인 4년 전에는 그 존재와 결정 구조가 확인됐다. 이후 미국 여러 대학과 캘리포니아의 스탠포드 선형 가속기 센터(SLAC) 연구소의 과학자들은 지난해 이 초이온성 얼음의 새로운 단계를 발견했다. 과학자들은 이번 발견은 천왕성과 해왕성이 보유하고 있는 특이한 다극자 자기장의 형성 원인에 대한 이해를 높여줄 것으로 기대하고 있다. 지구의 주변 환경에서 물은 일반적으로 하나의 산소 원자에 두 개의 수소 원자가 연결된 단순한 분자 구조를 가지고 있다고 여겨진다. 그러나 초이온성 얼음은 천왕성과 해왕성뿐만 아니라 유사한 다른 외계 행성의 내부에서도 발견될 수 있으며, 우주에서 가장 일반적으로 발견되는 물의 형태 중 하나로 추정된다. 이들 행성은 지구 대기보다 200만 배 더 높은 엄청난 압력과 내부 온도가 태양 표면만큼이나 뜨겁다. 이런 극한의 환경 속에서 물은 우리가 흔히 알고 있는 방식과는 다른 특이한 형태로 존재하게 된다. 1988년 물리학자들이 예측한 초이온성 얼음의 구조는 산소 원자들이 단단한 입방 격자 구조에 갇혀 있으며 이온화된 수소 원자들은 전자가 금속을 통과하듯 격자 속을 자유롭게 움직이는 구조로 이루어져 있었다. 이 구조는 2019년 과학자들이 확인했다. 초온성 얼음은 이러한 구조 덕분에 전기 전도율이 비교적 높은 전도성을 가지며, 녹는점도 상당히 높아져 극한의 고온에서도 얼음이 견고하게 유지된다. 스탠포드 대학의 물리학자 아리아나 글리슨과 그녀의 연구팀은 초이온성 얼음을 연구하기 위해 두 층의 다이아몬드 사이에 끼인 얇은 물 조각에 매우 강력한 레이저를 발사했다. 이렇게 생성된 연속적인 충격파는 압력을 200GPa(2백만 기압)까지, 온도를 약 5000K(8500°F, 4704℃)까지 상승시켰다. 이는 2019년 실험의 조건에 비해 온도는 높지만 압력은 낮게 유지됐다. 글리슨의 팀은 2022년 1월에 발간한 논문에서 "최근에 발견된 물이 풍부한 해왕성과 유사한 외계 행성들 때문에, 행성 내부의 압력-온도 조건에서 물의 상태에 대해 더욱 심도 있게 이해할 필요가 있다"고 밝혔다. 당시 연구에서 X-선 회절은 압력과 온도 조건이 몇 분의 1초 동안만 유지되었음에도 불구하고 뜨겁고 밀도가 높은 얼음의 결정 구조를 밝혀냈다. 그 결과, 회절 패턴을 통해 확인된 얼음의 결정 구조는 2019년에 관찰된 초이온성 얼음과는 다른 새로운 형태였다. 이 새롭게 발견된 초이온성 얼음인 '아이스 XIX'는 중심이 입방체 구조를 가지고 있으며, 2019년에 발견된 '아이스 XVIII'보다 전도도가 향상됐다. 전도도의 중요성은 하전 입자의 움직임이 자기장을 생성하기 때문이다. 이 원리는 다이너모 이론의 기초로, 지구의 맨틀이나 다른 천체의 내부에서 전도성 유체가 어떻게 자기장을 생성하는지를 설명한다. '다이너모 이론(dynamo theory)'은 물리학 용어로 1920년 조지프 라모어가 태양 자기장을 설명하기 위해 처음 제창한 가설을 기초로 지구 자기장을 설명한 이론이다. 만약 해왕성과 같은 얼음 거인 행성의 내부가 소용돌이치는 액체보다는 부드러운 고체로 더 많이 구성되어 있다면, 생성되는 자기장의 특성이 변할 것이다. 글리슨과 그녀의 팀은, 만약 행성의 중심부에 전도도가 서로 다른 두 종류의 초이온 층이 존재한다면, 외부 액체 층에서 생성된 자기장이 각 층과 복잡하게 상호작용하면서 더 복잡한 현상을 초래할 것이라고 제안했다. 글리슨의 연구팀은 아이스 XIX와 같은 향상된 전도도를 가진 초이온성 얼음 층이, 해왕성과 천왕성에서 관측된 불안정한 다극자 자기장을 생성하는데 기여했을 것이라고 분석했다.
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2023-10-17
지구 내부 핵 신비 밝히다

지구는 여러 층으로 구성되어 있으며, 이는 바깥층의 지각에서 시작해 상부 맨틀, 하부 맨틀, 외부 핵, 그리고 내부 핵으로 이어진다. 기존의 연구에서는 지구의 내부 핵은 엄청난 온도와 압력 때문에 매우 단단하다고 여겨졌다. 그러나 독일 매체 프랑크푸르트 런스차우(Frankfurter Rundschau)에 따르면, 이러한 견해는 부분적으로만 옳다는 새로운 사실이 발견됐다. 지구 어디에서도 내부 핵만큼의 극단적인 온도와 압력을 찾아볼 수 없다. 이러한 강한 압력은 철 원자를 굳게 압축하여 지구의 내부 핵을 형성하게 한다. 미국과 중국의 연구원들이 지구 중심부의 철 원자 일부가 놀랄 만큼 빠르게 이동할 수 있다는 사실을 발견했다. 이들 원자는 기본 금속 구조를 유지하면서도 단 몇 초 만에 위치를 바꿀 수 있다. 이런 현상은 '집단 운동'이라고 알려져 있으며, 새 떼나 동물 무리의 움직임에서 볼 수 있다. 지구 코어 원자의 빠른 이동 연구원들은 지구 내부 핵의 고온과 고압 때문에 직접 조사할 수 없다고 말했다. 그러나 실험실 실험과 이론 모델을 통해, 연구원은 지구 중심부의 원자들이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 더 활발하게 움직이고 있음을 발견했다. 이러한 발견은 지구의 자기장 형성 등, 지구 핵에 관한 수많은 신비를 이해하는데 도움이 될 것으로 보인다. 텍사스 대학교의 주 연구원 정-후 린은 "이제 우리는 지구 내부의 동적 과정과 발전을 이해하는데 도움이 될 기본적인 메커니즘을 파악했다"고 말했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표됐다. 지구 핵의 축소판 재현 미국과 중국 연구팀은 지구 핵의 미니 버전을 실험실에서 재현하여 철 원자의 집합적 움직임을 관찰했다. 연구팀은 먼저 빠르게 움직이는 발사체를 가진 작은 철판을 사용했으며, 여기서 온도, 압력, 속도와 관련된 데이터를 획득했다. 이 데이터는 기계 학습에 사용되어 지구 내부 원자의 시뮬레이션을 위한 컴퓨터 모델을 구축하는데 적용됐다. 연구팀은 인공지능(AI)을 활용하여 약 3만 개의 원자로 구성된 '슈퍼 셀'을 생성하고, 이를 통해 원자의 행동을 보다 정확하게 예측할 수 있었다. 예상보다 더 유연한 코어 이번 연구 결과로 인해 지구의 내부 핵이 예상보다 더 부드럽고 유연하다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 이러한 철 원자의 놀라운 움직임이 지구의 내부 핵의 지진 측정값이 고압 상태에서 예상보다 더 부드러움과 유연함을 보이는 이유를 설명할 수 있을 것이라고 말했다. 이 연구의 공동저자인 장유준(Suchan University) 교수는 "지구 깊은 곳의 철이 놀라울 정도로 부드럽게 움직이는 것이 가장 큰 발견이다. 원자가 우리가 상상했던 것보다 훨씬 더 활발하게 움직이기 때문이다. 이런 활발한 움직임은 내부 핵을 덜 단단하게 만들어 전단력에 대해 더 약하게 만든다"라고 설명했다. 이번 연구는 지구 내부 핵에 대한 이해를 한 단계 더 발전시키는 결과를 가져왔으며, 지구의 자기장 형성과 내부 구조 및 작동 방식에 중요한 영향을 미치는 핵심 요소로 평가되고 있다. 이번 연구는 지구 내부 핵에 대한 이해를 크게 발전시킨 것으로 평가된다. 지구 내부 핵은 지구의 자기장을 형성하고, 지구의 내부 구조와 작동 방식에 중요한 역할을 미치는 핵심 부분이다. 이로써 지구의 자기장 변화와 지구의 내부 구조 변화를 더 잘 예측할 수 있을 것으로 기대된다.
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2023-10-12
美 스탠퍼드대, 세계 최강 'X선 자유전자 레이저' 개발

미국 에너지부 소속 스탠퍼드 대학교 SLAC 국립 가속기 연구소에서 세계에서 가장 강력한 X-선 레이저를 발사할 수 있는 업그레이드된 'X선 자유전자 레이저(XFEL)'를 선보였다고 더 레지스터가 최근 보도했다. 11억 달러(약 1조 4680억 원)의 비용을 들여 10년의 노력 끝에 4세대 X선 자유전자 레이저인 이 연구소의 LCLS(Linac Coherent Light Source ) 원자 X-선 자유전자 레이저가 업그레이드(LCLS-II) 되어 초당 최대 백만 펄스를 전달할 수 있게 됐다. 이번에 업그레이드된 LCLS-II는 이전 제품보다 8000배 더 많은 초당 최대 100만 개의 X선 플래시를 통해 양자 물질부터 청정 에너지 기술, 의학 분야에 이르기까지 광범위한 응용 분야의 핵심인 원자 규모의 초고속 현상을 탐구할 수 있는 문이 열렸다. 미국 정부는 각 펄스는 이전 기기에서 방출되는 것보다 최대 1만배 밝아졌으며, 이는 이전 모델보다 8000배 강력하다고 밝혔다. LCLS의 책임자인 마이크 듄(Mike Dunne)과 LCLS-II 프로젝트 리더인 그렉 헤이즈(Greg Hays)는 "이 X-선의 파장은 원자 크기와 유사해, 이를 통해 분자의 내부 구조를 분석할 수 있다. 또한, 이 X-선이 초고속 펨토초(십억분의 일초) 버스트로 방출되기 때문에, 움직이는 것들을 마치 '정지화면'처럼 디스코 라이트와 비슷한 효과로 촬영할 수 있다"라고 말했다. 펨토초 레이저는 매우 짧은 진동 폭을 가진 펄스를 연속적으로 낼 수 있는 레이저로 수백 킬로미터(km)의 거리에서 1 나노미터(㎚, 10억 분의 1 미터)의 차이까지 정밀 측정이 가능해 행성 탐사를 비롯해 통신이나 기상, 환경 측정 등에 활용된다. 연구원들은 "우리는 주변 세계가 원자 분자 규모에서 어떻게 작동하는지에 대한 스톱모션 영화를 만들어 낸다. 화학 반응을 실시간으로 추적하거나 초전도와 같은 양자 현상의 발생을 관찰하는 것과 유사하다"고 덧붙였다. 새로운 LCLS-II는 자외선 빛의 펄스를 생성하여 포토캐소드(광전음극, 광선에 노출될 때 광전자를 생성)와 충돌시켜 광전자를 방출한다. 이 전자들은 섭씨 마이너스 271도로 냉각된 37개의 크라이오젠 모듈(극저온 환경에서 사용되는 모듈)을 통해 이동하게 되는데, 이 모듈 안에는 초전도자석이 포함되어 있어 전자가 광속에 근접한 속도로 가속된다. X-선은 분자를 관통하며, 이때의 굴절을 통해 그 구조의 세부적인 패턴이 만들어진다. 더 강한 X-선 레이저를 활용하면, 과학자들은 물질이나 화학 반응의 실시간 변화를 더욱 빠르고 상세하게 캡처할 수 있게 되어, 해당 과정을 직접 관찰하는 능력을 갖게 된다. 제니퍼 그랜홈(Jennifer Granholm) 미국 에너지부 장관은 "SLAC의 LCLS-II 빛은 우주의 가장 작고 빠른 현상들을 탐색하며, 건강부터 양자 재료 과학에 이르기까지 다양한 학문에서 중요한 발견을 이끌 것"이라고 전했다. 이 개선된 X-선 레이저는 두 개의 크라이오플랜트(액체 냉매를 생성하고 저장하기 위해 사용되는 설비)가 장착됐다. 이 장비는 전자로부터 X-선을 생성하는 데 필요한 언듈레이터(undulator, 자기장과 전기장을 사용하여 입자를 진동시키고 광자를 방출) 두 개를 탑재했고, 더 민감한 감지기와 센서를 포함하고 있다. 또한 이러한 데이터를 신속하게 처리하는 능력도 갖추고 있다. 과학자들은 이 레이저를 사용하여 광합성이나 응축 물질 내 원자 간 상호 작용과 같은 과정을 조사할 예정이다. 듄과 헤이즈는 "소프트 X-선은 분자 내 전자의 위치를 파악하는 데에 유용해, 에너지와 전하의 움직임을 이해하는 데 도움을 준다. 예컨대, 태양에서 에너지를 어떻게 효율적으로 활용할 수 있는지를 알려주게 된다. 반면 하드 X-선은 원자의 위치를 표현해줘서 물질의 구조를 나타낸다. 이는 주변 환경의 구성 방식을 이해하는 데 유용하다. 특히 단백질 구조나 질병 치료에 쓰이는 의약품이 좋은 예시"라고 말했다. 과학자들은 몇 주 안에 이 장비로 실험을 시작할 계획이며, 다른 연구자들도 레이저를 사용하기 위해 시간을 신청할 수 있다. 아스메렛 아세포 베르헤(Asmeret Asefaw Berhe) DOE 과학국 국장 "LCLS-II와 연구자 공동체가 국가 과학의 우선 순위에 어떤 영향을 미칠지 기대하고 있다. 화학, 재료, 생물학 등의 기본 과학 연구부터 청정 에너지연구와 양자 정보 과학과 같은 프로젝트를 통한 국가 안보 확보에 이르기까지 다양한 분야에서 중요한 발견을 이끌어 낼 것"이라고 강조했다.
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2023-09-25
美 나사, 1경 규모 금속 행성 탐사선 10월 발사

미국 텍사스주 크기의 행성이 엄청난 속도로 지구를 향해 돌진하고 있다. 미국 우주항공국(NASA)는 비행선을 보내 이 행성에 구멍을 뚫고, 핵탄두를 설치해 폭파하는 방법으로 행성을 둘로 쪼개는 아이디어를 낸다. 영화 '아마겟돈' 이야기다. 그런데 영화 같은 일이 실제로 벌어질 전망이다. 나사는 이번엔 행성을 폭파하는 것이 아니라 어떤 광물이 있는지 조사하기 위해 비행선을 발사한다. 독일의 날씨전문 누리집 '다스베터(daswetter)'에 따르면, 과학자들은 '16프시케(16 Psyche)'라는 이름의 소행성을 탐사할 예정이다. 이번 탐사는 행성의 구성을 파악하기 위한 것이다. 이 소행성은 지난 1852년 3월 17일 이탈리아의 천문학자 안니발레 드 가스프리스(Annibale de Gasparis)가 발견했으며, 소행성대에서 가장 무거운 10개의 소행성 중 하나로 꼽힌다. 과학자들의 이번 탐사는 행성의 형성과 관련된 금속 및 기타 구성 요소에 대한 탐색을 목적으로 한다. 우주는 끊임없이 새로운 비밀을 품고 있으며, 이를 탐사하는 과학자들의 노력은 계속 이어진다. 소행성 '16프시케'는 철, 니켈, 금 등의 금속 성분을 주요 구성 요소로 갖는다. 이러한 특징은 태양계를 구성하는 미행성 핵이 대체로 금속 성분으로 형성됐을 가능성을 시사하며, 과학계는 이 점에 큰 관심을 가지고 있다. 나사가 그린 위의 프시케 상상도처럼 이 소행성의 형태는 감자와 유사한 불규칙한 모양을 하고 있다. 어쩌면 편평한 타원형으로 보일 수도 있다. 적도를 가로지르는 가로 길이는 약 280km, 세로 길이는 232km로, 전체 표면적은 약 16만5800 ㎢에 이른다. 최근의 연구에서는 이 소행성의 주요 성분이 금속으로 되어 있다고 분석됐다. 일반적으로 유리와 모래에서 발견되는 금속성분과 규산염의 복합체로 이해하면 된다. 레이더를 통한 관찰과 소행성의 열관성 측정 결과, 프시케는 암석과 금속의 조합으로 이루어져 있을 가능성이 높다. 특히, 전체 부피 중 30~60% 정도가 금속성분으로 구성되어 있는 것이 확인됐다. 과학자들은 광학과 레이더 관찰을 이용해 프시케의 3D 모델을 구축했다. 이 모델에는 두 개의 함몰된 분화구가 포함되어 있다. 그 결과 소행성 표면에는 금속 함량과 색상에 상당한 차이가 있음이 드러났다. 이 소행성은 우리 태양계를 구성하는 요소 중 하나인 소행성 핵에서 파생된 대량의 금속성분으로 이루어져 있을 가능성이 높다고 과학자들은 추정하고 있다. 소행성 프시케는 태양계 형성 초기에 자주 일어났던 여러 차례의 격렬한 충돌을 견뎌낸 것으로 추정된다. 이는 우리에게 지구의 핵이나 다른 암석 행성의 핵이 어떻게 형성되었는지에 대한 통찰을 제공할 수 있다. 프시케는 태양으로부터 3억7800만~4억9700만km 떨어진 화성과 목성 사이의 태양을 공전한다. 이는 2.5~3.3AU(1AU, Astronomical unit, 지구와 태양 사이의 거리)거리로, 프시케가 태양 주위를 회전하는데 지구 시간으로 약 5년이 걸리지만, 자체 축(프시케의 하루)을 중심으로 한 번 회전하는 데는 4시간이 조금 넘게 걸린다. 나사는 2023년 10월 5일에 '프시케(Psyche)'라는 탐사선을 발사할 계획이다. 이 탐사선은 중력을 이용해 화성 상공을 지나가며, 이후 태양 전기 추진을 활용해 소행성에 접근할 예정이다. 탐사선이 소행성에 도착하면, 4개의 다른 궤도에서 탐사 활동을 시작한다. 주된 연구 목적은 프시케가 실제로 소행성의 핵심 부분인지 파악하는 것이다. '프시케 임무'의 핵심 과학적 목표는 행성 형성의 기본 구성 요소를 분석하고, 이전에 경험하지 못한 새로운 세계를 탐험할 계획이다. 연구팀은 프시케에 핵의 잔여 물질이 있는지, 그 연대는 어느 정도인지, 그리고 지구의 핵과 유사한 환경에서 형성되었는지, 그 표면의 특성은 어떠한지를 밝히려고 한다. 프시케 탐사 우주선과 태양전지는 테니스장 정도의 크기다. 우주선의 몸체는 소형 픽업트럭 보다 약간 크고, 높이는 농구 골대 정도다. 우주선에는 △금속성분과 규산염 성분을 구분할 수 있는 고해상도 멀티스펙트럴 이미저(Multispectral Imager) △ 소행성의 원소 구성을 감지하는 감마선 및 중성자 분광계, △ 잔류 자기장을 감지하고 측정하는 자력계, △ X-밴드 무선 통신 시스템을 사용해 중력장을 고정밀도로 측정하고 프시케의 내부 구조에 대한 정보를 얻을 수 있는 전파과학, △ 짧은 시간에 많은 데이터를 전송할 수 있는 심우주 광통신(DSOC) 등이 탑재된다. 16프시케가 예상대로 대량의 금속으로 이루어져 있다면 그 가치는 약 10조 달러(한화로는 약 1경3280조원)로 추정된다. 그러나 이번 탐사 임무의 주요 목적은 단순한 채굴이나 경제적 이익이 아니라 해당 행성의 구성물질을 파악하는 것에 있다. 미국과 일본 등 우주 강국은 다른 소행성 탐사 프로젝트도 활발히 진행 중이다. 2019년에 발사된 일본의 우주선 '하야부사2'는 2030년 이후 다른 소행성으로의 여정을 계획하고 있다. 나사의 '오시리스 렉스' 탐사선은 소행성 베누(Bennu)에서 수집한 샘플을 지구로 가져오기 위해 오는 9월24일 복귀할 예정이다.
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2023-09-21