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[우주의 속삭임(66)] 달, 지구가 '낚아챈' 외계 천체?…새로운 기원설 등장
- 달은 약 45억 년 전 지구와 테이아(Theia)라는 작은 행성의 충돌로 형성된 것으로 널리 알려져 있다. 그런데 최근 연구에서 달의 기원에 대한 새로운 이론이 제안돼 관심을 끌고 있다고 어스닷컴이 전했다. 연구에 따르면 초기의 젊은 지구가 쌍성계에 가까이 접근해 달을 낚아챘을 가능성이 있다고 한다. 지금까지의 통설과는 큰 차이가 나는 이론 제안이다. 지난 1969~1972년 사이, 여섯 차례의 달 탐사 임무를 통해 아폴로 우주비행사들은 800파운드(약 363kg)가 넘는 달의 암석과 토양을 수집했다. 이 샘플에 대한 화학 및 동위원소 분석 결과, 그것들이 지구의 암석 및 토양과 유사하다는 사실이 밝혀졌다. 칼슘이 풍부하고 현무암질이었으며 태양계가 형성된 후 약 6000만 년이 지난 것으로 나타났다. 아폴로 샘플 데이터를 바탕으로 1984년 하와이에서 열린 코나 회의에 모인 행성 과학자들은 달이 지구와의 대규모 충돌 후 파편으로 형성되었다 합의에 도달했다. 달의 기원에 대한 이 이론은 수십 년 동안 정론으로 받아들여져 왔다. 그런데 펜실베이니아 주립대학의 연구진은 최근 연구에서 오랫동안 유지되어 온 이 이론에 이의를 제기했다. 다렌 윌리엄스, 마이클 저거 교수가 주관한 연구팀이 달은 지구와 한 쌍의 암석체가 근접 조우했을 때 만들어졌다는 새로운 관점을 제시한 것이다. 윌리엄스는 "코나 회의를 통해 40년 동안 달 형성 이론이 확립됐지만 몇 가지 미해결 의문이 남아 있었다"고 지적했다. 그중 하나는 달의 궤도에 관한 것이다. 달이 지구 충돌의 잔해에서 만들어져 지구 궤도에 정착했다면, 지구의 적도 바로 위를 공전해야 한다. 그러나 달의 궤도는 지구 적도와 정렬되지 않고 태양과 더 일치한다. 이에 따라 연구팀은 달의 형성을 이진 교환 포획 이론(binary-exchange capture theory)으로 해석했다. 지구의 중력은 이진법에 따라 두 천체를 분리했고, 그중 달을 붙잡고 다른 천체는 떨어져 나갔다는 것이다. 지구 중력으로 붙잡힌 달은 오늘날의 궤도에 안착했다. 연구팀은 이를 태양계의 다른 사례와 비교하면서 "전례가 있었다"고 설명했다. 해왕성의 가장 큰 위성인 트리톤을 비슷한 사례로 제시했다. 트리톤은 카이퍼 벨트((Kuiper Belt)에서 궤도로 끌려온 것으로 여겨지고 있다. 카이퍼 벨트에서는 약 10%의 천체가 쌍성계로 이루어진 것으로 추정된다. 트리톤의 역행 궤도(해왕성의 자전과 반대)가 행성 적도에서 67도 기울어진 것이 이를 반증한다. 연구팀은 지구가 달보다 더 큰 위성, 즉 수성이나 화성 크기의 천체를 붙잡을 수 있다고 계산했다. 그러나 그들은 궤도를 유지할 만큼 안정적이지 않았을 수 있다는 지적이다. 연구원들은 달의 궤도가 처음에는 원이 아닌 타원으로 시작했다고 설명한다. 시간이 지남에 따라 지구의 조수가 궤도에 영향을 미쳐 궤도가 바뀌었다. "지구의 만조는 궤도를 가속한다. 궤도에 추진력을 줌으로써 시간이 지남에 따라 달이 조금씩 멀어진다"는 것이다. 이 같은 작용으로 초기 달의 타원형 궤도는 수천 년에 걸쳐 수축되어 점차 원형이 되었을 것으로 추정했다. 결국 달의 자전은 지구를 도는 달의 궤도에 고정되었고, 이 상태는 오늘날에도 지속되고 있다. 한편 연구팀은 달이 매년 지구에서 약 3cm씩 더 멀어진다고 설명했다. 현재 달은 23만 9000마일(약 38만km) 떨어져 있으며, 태양과 지구 모두로부터 중력의 영향을 받는다. 태양과 지구 모두가 달을 끌어당기고 있다는 얘기다. 윌리엄스와 저거는 "달이 어떻게 형성되었는지는 아무도 모른다. 지난 40년 동안 달의 형성에 대한 하나의 가능성이 제시됐는데, 이번 연구로 이제는 두 가지가 되었다. 새로운 추가 연구가 필요하다”고 밝혔다. 이 연구는 행성과학 저널(The Planetary Science Journal)에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(66)] 달, 지구가 '낚아챈' 외계 천체?…새로운 기원설 등장
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[기후의 역습(66)] 북극 해빙 속 '수은 폭탄'…지구온난화로 수백만 명 건강 위협
- 북극 영구 동토층이 전례 없는 속도로 녹으면서 인체에 위험한 수은 상당량이 방출되고, 먹이 사슬과 자연환경에 의존하는 지역 사회가 심각한 위험에 처해 있다고 사이테크데일리가 전했다. USC 돈사이프(Dornsife) 센터의 학자팀은 글로벌 전문가들과 협력해 수은의 위험을 평가하는 방법을 개발, 상황의 심각성을 보고서로 전했다. 기후 변화로 북극은 지구 평균보다 최대 4배 더 빨리 더워지고 있다. 유콘강은 알래스카를 가로질러 베링해를 향해 서쪽으로 흐르며 강둑을 따라 북극 영구 동토층을 침식하고 퇴적물을 하류로 운반한다. 그 퇴적물 안에는 독성이 강한 수은이 포함돼 강을 따라 이동한다. 수천 년 동안 영구 동토층에 격리되어 있던 수은이 강에 의해 침식돼 방출되고 있는 것이다. 수은은 북극 지역에 사는 500만 명에게 환경 및 건강 위협을 가하고 있다. 그중 300만 명 이상이 2050년까지 영구 동토층이 완전히 사라질 것으로 예상되는 지역에 거주하고 있다. 수은은 공기와 땅, 물 모두를 오염시킨다. 연구팀은 이를 '폭발을 기다리는 거대한 수은 폭탄'이라고 지칭했다. 돈사이프 센터 문학, 예술, 과학 전문가로 구성된 연구팀은 영구 동토층에서 강으로 방출되는 수은의 양을 측정하고 방출 대기중인 총 수은을 추정하는 정확한 방법론을 도입해 분석에 적용했다. 대상은 알래스카 유콘강 유역의 마을 두 곳이었다. 페어뱅크스에서 북쪽으로 약 160km 떨어진 비버, 비버에서 서쪽으로 400km 떨어진 후슬리아 마을을 집중 탐구했다. 연구팀의 조쉬 웨스트 교수는 지구의 자연적인 대기 순환은 오염 물질을 고위도로 이동시키는 경향이 있으며, 그 결과 북극에 수은이 대량 축적됐다고 설명한다. 영구 동토층에는 수은이 너무 많이 축적되어 있으며, 바다, 토양, 대기 및 생물권을 합친 양보다 훨씬 많을 수 있다는 것이다. 영구 동토층에서 상위 3m의 샘플을 사용한 과거의 수은 수치 측정은 최대 4배까지 차이가 났으며, 샘플링 깊이도 얕아 한계에 부딪혔다. 더 높은 정확도를 위해 연구팀은 강둑과 모래톱의 퇴적물에서 수은을 분석하고 토양층을 더 깊이 파들어가 더 신뢰할 수 있는 측정치를 도출했다. 연구팀은 또 위성의 원격 감지 데이터를 사용해 유콘강의 흐름이 얼마나 빨리 변하는지도 측정했다. 강의 경로에 따른 흐름의 변화가 수은이 함유된 퇴적물의 축적량에 영향을 미치기 때문이었다. 전체적인 역동적 변화를 이해하는 것은 수은의 이동 상황과 정확한 측정을 위해 매우 중요하다. 조사 결과 영구 동토층에서 녹아 자연으로 방출되는 수은은 당장은 거주민들에게 급성 독성 위협을 초래하지는 않는 것으로 나타났다. 그러나 수은의 영향은 시간이 지남에 따라 커지고 장기적으로는 위협적이라는 결론이다. 수은이 서서히 먹이사슬에서 축적됨에 따라 인체의 수은 노출이 증가한다. 특히 이 지역사회의 경우 사냥으로 충당하는 물고기와 육류를 통해 수은 중독이 발생할 가능성이 높다. 반면 식수를 통한 수은 오염 위험은 최소치로 추정된다. 결국 대부분의 수은 노출은 음식을 통해 이루어질 것이라는 예상이다. 변수는 있다. 강이 동토층을 침식하고 수은이 함유된 퇴적물을 운반하더라도, 강은 퇴적물을 모래톱과 둑을 따라 다시 흙으로 퇴적시킨다. 상당한 양의 수은을 다시 땅 속으로 묻고 있다는 것. 따라서 수은이 지역사회에 얼마나 큰 위협을 초래하는지를 실제로 파악하려면 침식과 재매립 과정을 모두 이해해야 한다는 지적이다. 그럼에도 불구하고 수은의 장기적인 악영향은 파괴적일 수 있으며, 특히 사냥과 낚시에 의존하는 북극 지역사회의 경우 더욱 심각하다. 연구팀은 개발한 수은 측정 도구를 개선하고 정확성을 높인다는 계획이다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(66)] 북극 해빙 속 '수은 폭탄'…지구온난화로 수백만 명 건강 위협
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[기후의 역습(63)] 영구동토층 해빙으로 북극-아북극 산불 급증
- 극심한 기후 변화로 영구동토층인 북극 지역에 산불이 급증할 것이라는 암울한 연구 결과가 나왔다. 국제 기후 과학자 및 영구동토층 전문가 팀의 연구에 따르면, 새로운 기후 컴퓨터 모델 시뮬레이션 결과 지구 온난화로 인해 영구동토층 해빙이 가속화되고, 이로 인해 북부 캐나다 및 시베리아의 아북극 및 북극 지역에서 산불이 급격히 증가할 것으로 예상된다고 네이처닷컴과 PHYS 등 다수 외신이 24일(현지시간) 보도했다. 최근 관측 결과 따뜻하고 건조한 기후 조건으로 인해 이미 북극 지역의 산불이 심화되고 있는 것으로 나타났다. 미래 인위적 온난화가 산불 발생에 미치는 영향을 이해하고 시뮬레이션하기 위해서는 가속화된 영구동토층의 해빙의 역할을 고려하는 것이 중요하다. 영구동토층 해빙은 토양의 수분 함량을 크게 좌우하며, 이는 산불 발생의 핵심요소다. 최근 기후 모델들은 지구 온난화, 북부고위도 영구동토층 해빙, 토양 수분 및 화재 사이의 상호작용을 완전히 고려하지 않았다. 이번 새로운 연구는 가장 포괄적인 지구 시스템 모델 중 하나인 '커뮤니티 지구 시스템 모델'에서 생성된 영구동토층 및 산불 데이터를 사용했다. 이 모델은 토양 수분, 영구동토층 및 산불 사이의 결합을 통합적으로 파악하는 최초의 모델이다. 온실가스 배출 증가의 인위적인 영향과 자연 발생적인 기후 변화를 더 잘 구분하기 위해 과학자들은 1850년부터 2100년까지의 기간(SSP3-7.0 온실가스 배출 시나리오)을 다루는 50개의 과거-미래 시뮬레이션 앙상블을 사용했다. 이 시뮬레이션은 최근 한국의 부산 IBS 기후물리센터와 미국 콜로라도 볼더 국립대기연구센터 과학자들이 IBS 슈퍼컴퓨터 Aleph에서 수행했다. 이 앙상블 모델링 접근 방식을 통해 연구팀은 21세기 중후반까지 아북극 및 북극 지역에서 인위적인 영구동토층 해빙이 상당히 광범위하게 진행될 것임을 입증했다. 많은 지역에서 과도한 토양 수분이 빠르게 배출되어 토양의 수분이 급격히 감소하고, 이후 지표면 온난화 및 대기 건조가 발생한다. 부산에 있는 IBS 기후물리학 연구원의 연구 주저자이자 박사후 연구원인 김인원 박사는 "이러한 조건은 산불을 심화시킬 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 조건들이 산불을 심화시킬 것이라고 경고했다. 모델 시뮬레이션 결과 21세기 후반에는 불과 몇 년 만에 사실상 화재가 거의 없는 상태에서 매우 강렬한 화재로 갑작스럽게 전환되는 것으로 나타났다. 이러한 미래 산불 추세는 대기중 이산화탄소 농도 증가로 인해 고위도 지역의 식물 바이오매스가 증가할 가능성이 높다는 사실로 인해 더욱 악화될 것으로 전망된다. 이른바 '이산화탄소 비료 효과'는 추가적인 화재 연료를 제공한다는 것. 참고로 이산화탄소 비료 효과는 대기 중 이산화탄소 농도가 증가하면 식물의 광합성 속도가 빨라져 성장이 촉진되는 현상을 말한다. 쉽게 말해 이산화탄소는 식물에게 비료와 같은 역할을 한다고 볼 수 있다. 식물이 더 빠르게 성장하면 화재가 발생할 경우 연료가 추가되는 것과 같은 효과를 내 화재 위험이 더 높아질 수 있다. 공동연구자인 노르웨이 트론헤임에 있는 노르웨이 과학기술대학의 한나 리 부교수는 "복잡한 영구동토층 환경이 미래를 더 잘 시뮬레이션하기 위해서는 확장된 관측 데이터 세트를 사용하여 지구 시스템 모델에서 소규모 수문학적 과정을 더욱 개선해야 할 필요성이 있다"고 강조했다. 이번 논문의 공동 저자이자 ICCP 책임자 겸 부산대학교 명예 교수인 악셀 팀머만 박사는 "산불은 이산화탄소, 검은 탄소 및 유기 탄소를 대기중으로 방출하여 기후에 영향을 미치고 북극 영구동토층 해빙 과정에 피드백을 줄 수 있다"고 지적했다. 팀머만 교수는 "하지만 화재 배출과 대기 과정 사이의 상호작용은 아직 지구 시스템 컴퓨터 모델에 완전히 통합되지 않았으며, 이러한 측면을 추가로 고려하는 것이 다음 단계가 될 것"이라고 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐다. 실제로 2023년 캐나다 북부에서 미국 플로리다 주 크기의 지역을 태운 기록적인 산불이 발생했다. BBC에 따르면 2023년 캐나다 산불은 엄청난 이산화탄소를 배출했다. 과학자들은 캐나다의 한대 삼림이 지구 온난화를 유발하는 탄소를 포집하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 이례적으로 화재가 발생하면 전 세계 기후 변화 예측에 영향을 미칠 수 있다고 우려하고 있다. 지난 8월 28일 캘리포니아 공과대학과 캐나다, 네덜란드 등 국제 연구팀이 네이처 저널에 발표한 자료에 따르면, 캐나다 화재로 인한 총 배출량을 약 647테라그램의 탄소로 계산했다. 1테라그램은 백만 미터톤이다. 이는 지난 10년 동안 약 29테라그램에서 82테라그램 사이를 오르내렸던 캐나다의 전형적인 산불 배출량을 훨씬 웃도는 수치다. 또한 이는 캐나다의 연간 총 탄소 배출량보다 5배 많으며, 작년에 740테라그램의 탄소를 배출한 인도와 비슷한 수준이었다. 2023년 캐나다 산불보다 더 많은 탄소량을 배출한 나라는 중국, 미국, 인도뿐이었다. 인류의 생존을 위협하는 탄소 배출량을 실질적으로 감소하기 위해 각국 정부와 기관이 더욱 머리를 맞대야 할 시기다.
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- IT/바이오
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[기후의 역습(63)] 영구동토층 해빙으로 북극-아북극 산불 급증
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화성 '거미' 지형, NASA 실험실서 최초 재현 성공
- 미 항공우주국(나사·NASA) 과학자들이 실험실에서 화성의 거미 지형 재현에 성공했다고 나사가 지난 11일(현지시간) 홈페이지를 통해 밝혔다. 2003년 궤도선 이미지를 통해 발견된 이후, 화성 남반구에 펼쳐진 거미 모양의 지형은 그동안 과학자들의 호기심을 자극해 왔다. 각각의 가지 형태는 길이가 1km 이상 뻗어 있으며 수백 개의 가느다란 '다리'를 포함하고 있다. '아라네이폼 지형'이라고 불리는 이 지형은 종종 군집을 이루어 표면에 주름진 모습을 띠고 있다. 지금까지는 지구에는 자연적으로 존재하지 않는 이산화탄소 얼음과 관련된 과정을 통해 이 '거미' 지형이 생성된다는 이론이 지배적이었다. 하지만 최근 '행성과학저널(The Planetary Science Journal)'에 발표된 논문에 따르면, 과학자들은 화성의 온도와 기압을 모방한 환경에서 처음으로 이러한 형성 과정을 재현하는 데 성공했다. NASA 제트추진연구소(JPL)의 로렌 맥키온은 "이 거미들은 그 자체로도 기이하고 아름다운 지질적 특징"이라며 "이번 실험은 거미 지형이 어떻게 형성되는 지에 대한 모델을 개선하는 데 도움이 될 것"이라고 말했다. 이번 연구는 '키퍼 모델(Kieffer model)'에서 설명하는 몇 가지 형성 과정을 확인했다. 키퍼 모델은 화성의 남반구에서 발견되는 독특한 거미 모양 지형 즉 '아라네이폼' 지형의 형성 과정을 설명하는 이론이다. 이 모델은 햇빛, 이산화탄소 얼음, 그리고 토양 사이의 상호 작용을 통해 이러한 지형이 만들어진다고 설명한다. 화성의 거미 지형이 만들어지는 원리는 다음과 같다. 먼저 겨울마다 화성 표면에 쌓이는 투명한 이산화탄소 얼음층을 통해 햇빛이 토양을 가열한다. 토양은 위의 얼음보다 어둡기 때문에 열을 흡수하고, 그 결과 가장 가까운 얼음이 액체 상태를 거치지 않고 바로 가스로 변하는 '승화' 과정이 발생한다. 드라이아이스가 액체가 아닌 기체 상태로 바로 변하는 것이 승화다. 다음으로 가스 압력이 증가하면 화성의 얼음에 균열이 생기고 가스가 빠져나갈 수 있게 된다. 가스가 위로 스며 나오면서 토양에서 나온 어두운 먼지와 모래를 함께 끌고 올라가 얼음 표면에 쌓이면서 거미 다리와 같은 모양이 생성된다. 즉, 키퍼 모델 이론에 따르면 겨울이 봄으로 바뀌고 남은 얼음이 승화하면 가스 분출로 인해 거미 모양 지형이 남게 된다. 실험실에서 화성 재현 연구팀에게 가장 아려운 부분은 화성 극지 표면의 조건, 즉 극도로 낮은 기압과 영하 185도에 이르는 낮은 온도를 재현하는 것이었다. 이를 위해 맥키온은 JPL의 액체 질소 냉각 테스트 챔버인 DUSTIE((Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments)를 사용했다. 맥키온은 "DUSTIE를 좋아한다. 역사적인 장비다"라며 와인통 크기의 이 챔버가 NASA의 화성 탐사선 피닉스 착륙용으로 설계된 긁는 도구 프로토타입을 테스트하는 데 사용되었다고 밝혔다. 이 도구는 탐사선이 화성 북극 근처에서 물로된 얼음을 깨고 물을 퍼올려 분석하는 데 사용됐다. 이번 실험에서 연구원들은 액체 질소 욕조에 담긴 용기에 화성 토양 시뮬레이션 물질을 넣고 냉각했다. 그런 다음 이를 DUSTIE 챔버에 넣고 화성 남반구와 유사한 기압으로 낮췄다. 이후 이산화탄소 가스를 챔버에 주입하고 3~%시간 동안 기체에서 얼음으로 응축시켰다. 맥키온은 실험에 적합할 만큼 충분히 두껍고 투명한 얼음을 얻기 위해 여러번 시도해야 했다. 화성 남반구와 적절한 특성을 가진 얼음을 얻은 후에는 챔버 내부 시뮬레이션 물질 아래에 히터를 놓고 가열해 얼음 균열을 일으켰다. 맥키온은 마침내 분말 시뮬레이션 물질 내부에서 이산화탄소 가스 기둥이 분출되는 것을 보고 기뻐했다. 그는 "금요일 늦은 저녁이었는데, 실험실 관리자가 제 비명 소리를 듣고 뛰어왔다"며 5년 동안 이런 기둥을 만들기 위해 노력해왔다고 말했다. 어두운 기둥은 시뮬레이션 물질에서 구멍을 뚫고 뿜어져 나왔고, 모든 압축 가스가 배출될 때까지 10분 동안 시뮬레이션 물질을 분출했다. 실험 결과, 키퍼 모델에는 반영되지 않은 놀라운 사실이 발견됐다. 시뮬레이션 물질 알갱이 사이에 얼음이 형성된 후 균열이 생긴 것이다. 이러한 과정은 왜 '거미 지형'이 더 갈라진 모습을 갖는 지 설명했다. 갈라짐 현상 발생 여부는 토양 알갱이의 크기와 지하에 얼음이 얼마나 묻혀 있는지에 따라 달라지는 것으로 보인다. JPL의 세리나 디니에가는 "이것은 자연이 교과서 이미지보다 조금 더 복잡하다는 것을 보여주는 세부 사항 중 하나"라고 말했다. 향후 거미 지형 기둥 테스트 계획 기둥 형성 조건을 찾은 연구팀은 다음 단계로 아래의 히터 대신 위에서 인공 태양을 비추는 실험을 시도할 계획이다. 이를 통해 연구팀은 기둥과 토양 분출이 발생할 수 있는 조건의 범위를 좁힐 수 있을 것으로 보인다. 그럼에도 실험실에서는 답할 수 없는 거미 지형에 대한 많은 질문이 남아 있다. △왜 화성의 특정 지역에서만 거미 지형이 형성되었을까? △계절 변화의 결과로 나타나는 것으로 보이는 거미 지형은 왜 시간이 지나도 그 수나 크기가 증가하지 않는 것일까? 등이다. 거미 지형은 화성의 기후가 달랐던 먼 과거에 형성되었을 가능성도 있으며, 화성의 과거를 들여다 볼 수 있는 독특한 창을 제공할 수도 있다. 과학자들은 당분간 실험실 실험을 통해서만 화성의 거미 지형에 가까이 다가갈 수 있을 것으로 보인다. 화성 탐사선 큐리오시티와 퍼시비어런스 로버는 화성 남반구에서 멀리 떨어진 곳을 탐사하고 있다. 이 지역에는 아직 어떤 우주선도 착륙한 적이 없다. 2007년 8월 발사돼 2008년 5월 25일 화성 북반구에 착륙한 피닉스 우주선은 극심한 추위와 제한된 햇빛으로 같은해 11월 10일 임무가 종료됐다. 피닉스 탐사선은 물과 생명체를 탐사하는 두 가지 목표를 가졌지만 화성의 극한의 기온을 견디지 못했다.
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화성 '거미' 지형, NASA 실험실서 최초 재현 성공
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[신소재 신기술(101)] 버섯 곰팡이 전기 자극으로 바이오하이브리드 로봇 제어
- 코넬 대학교 연구진이 곰팡이 균사체를 배양해 여기서 나오는 전기 신호를 활용, 일반 로봇보다 환경에 더 잘 반응하는 '바이오 하이브리드' 로봇 제어 방법을 새로 발견했다고 테크익스플로러가 전했다. 로봇 제조에 시간과 기술, 재료 정도가 필요했다면, 이제는 곰팡이까지 더해질 수 있게 됐다. 로봇 제어 기술 개발은 코넬 대학교 롭 셰퍼드 교수가 이끄는 유기로봇연구실의 아난드 미슈라 박사팀이 주도했으며, 「곰팡이 균사의 전기 생리학적 측정을 통해 매개되는 로봇의 감각 운동 제어」라는 제목의 논문은 '사이언스 로보틱스(Science Robotics)'에 발표했다. 셰퍼드 교수는 "이 연구는 곰팡이가 내는 생체 전기를 사용해 로봇에 환경 감지 및 명령 신호를 제공, 자율성 수준을 향상시키는 첫 번째 성과"라며 "로봇의 전자 장치에 균사체를 배양함으로써, 바이오 하이브리드 로봇이 환경을 감지하고 이에 대응할 수 있도록 할 수 있었다. 이번에는 입력원으로 빛을 사용했지만, 미래에는 화학 물질이 될 것이다. 개발할 미래 로봇은 작물에서 토양의 화학적 성질을 감지하고 비료를 뿌릴 시기를 결정할 수 있을 것"이라고 말했다. 엔지니어들은 로봇을 설계하면서 동물계에서 많은 단서를 얻었다. 동물이 움직이는 방식을 모방하고, 환경을 감지하고, 심지어 땀을 통해 내부 온도를 조절하는 기계를 만들었다. 일부 로봇은 근육 조직 세포와 같은 살아있는 조직을 통합했지만, 이러한 복잡한 생물학적 로봇 시스템은 기능적으로 유지하기 어렵다. 로봇의 성능과 기능을 살리는 작업은 쉽지 않다. 균사체는 버섯의 지하 식물체이며, 여러 가지 장점이 있다. 혹독한 환경에서도 자랄 수 있다. 또 화학적 및 생물학적 신호를 감지하고 여러 입력에 반응할 수 있다. 미슈라 박사는 "기존의 수동 센서는 한 가지 목적으로만 사용되지만 살아있는 시스템은 촉각에 반응하고, 빛에 반응하고, 열에 반응하고, 신호와 같은 알려지지 않은 것에도 반응한다"면서 "미래 로봇 제작은 예상치 못한 환경에서 어떻게 작동할 수 있을까에 초점이 맞추어질 것이다. 우리 연구팀이 찾아낸 ‘살아있는 시스템’을 활용하면 알려지지 않은 입력이 들어와도 로봇이 그에 반응할 것"이라고 밝혔다. 그러나 버섯과 로봇의 통합에는 기술에 대한 지식 이상이 필요하다. 기계나 전자공학뿐 아니라 균류학, 신경 생물학, 신호 처리에 대한 배경 지식 등도 요구된다. 이 모든 분야가 모여야 시스템을 구축할 수 있다. 그래서 연구팀은 신경 생물학 및 행동 분야(브루스 존슨 연구원)의 자문을 구해 균사체 막의 뉴런과 같은 이온 채널로 전달되는 전기 신호를 기록하는 방법을 배웠다. 농업 및 생명 과학 대학의 통합 식물 과학부(캐시 호지 박사)는 균류에 전극을 붙일 때 우려되는 오염을 방지하기 위해 깨끗한 균사체 배양 방법을 전달했다. 미슈라가 개발한 시스템은 △ 진동과 전자기 간섭을 차단하고 균사체의 전기 생리학적 활동을 실시간으로 정확하게 기록하고 처리하는 전기 인터페이스 △ 일종의 신경 회로인 중앙 패턴 생성기에서 영감을 받은 컨트롤러로 구성되어 있다. 기본적으로 이 시스템은 원시 전기 신호를 읽고, 이를 처리하고, 균사체의 리드미컬한 스파이크를 식별한 다음, 해당 정보를 디지털 제어 신호로 변환해 로봇의 액추에이터로 전송한다. 이를 바탕으로 연구팀은 거미 모양의 소프트 로봇과 바퀴 달린 로봇 등 두 가지 바이오 하이브리드 로봇을 제작했다. 개발된 로봇은 세 가지 실험을 완료했다. 첫 번째 실험에서 로봇은 균사체 신호에서 자연스럽고 연속적으로 급증하는 스파이크에 대한 응답으로 걷고 구르는 동작을 시연했다. 그런 다음 연구팀은 자외선으로 로봇을 자극하여 보행 패턴을 변화시켜 균사체가 환경에 반응하는 능력을 입증했다. 세 번째로 연구팀은 균사체의 원래 신호를 완전히 무시할 수 있었다. 이는 로봇 공학과 균류학 분야를 훨씬 넘어섬을 의미한다고 연구팀은 전했다. 신호를 받아들이면 무슨 일이 일어나고 있는지도 이해할 수 있다는 점에서, 이는 로봇을 제어하는 것만이 아니라 생명체와 진정한 연결을 만드는 것이라는 지적이다. 사람이 시각화할 수 없는 신호를 로봇은 시각화하고 있다는 것이다. 한편, 이 연구에는 이탈리아 피렌체 대학교의 김재석 연구원도 참여했다.
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[신소재 신기술(101)] 버섯 곰팡이 전기 자극으로 바이오하이브리드 로봇 제어
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[신소재 신기술(100)] 지천에 널린 해양 모래(실리카), 전기 응집으로 굳혀 해안 침식 막는다
- 저전력 전기로 모래의 주성분인 실리카를 응집해 굳혀 장기적으로 해양 해안선을 강화할 수 있으며, 기후 변화와 해수면 상승에 직면해 해안 침식 위협을 크게 줄일 수 있음이 미국 노스웨스턴 대학(Northwestern University) 연구팀의 체계적인 분석 결과 입증됐다고 대학이 홈페이지를 통해 밝혔다. 홈페이지 게시글에 따르면 연구팀은 이번 연구에서 꼬막, 백합, 홍합 등과 같은 조개류를 통해 이 기술 개발의 아이디어를 얻었다고 한다. 조개껍데기에 서식하는 해양 생물이 바닷물에 용해된 미네랄을 사용하여 조개껍질을 만드는 원리다. 연구팀은 이와 마찬가지로 이와 동일한 자연적으로 바닷물에 용해된 미네랄을 바닷가 젖은 모래의 실리카와 융합해 천연 시멘트를 형성했다. 조개와 다른 점은 단 하나다. 조개류는 신체의 대사 에너지를 사용해 껍질을 만들었지만, 천연 시멘트는 인위적인 전기 에너지를 사용해 화학 반응을 촉진했다. 테스트 결과 약한 전류는 바다 모래 속 실리카의 구조를 순식간에 변화시켜 모래를 바위와 같은 고체로 변형시켰다. 연구팀은 이 방법이 전 세계 해안선을 자연적인 방파제로 막아 강화할 수 있는 저렴하며 지속 가능한 솔루션을 제공할 수 있을 것으로 기대했다. 해안 지역에는 세계 인구의 40% 이상이 거주하며, 이들은 기후 변화와 해수면 상승으로 인한 침식으로 큰 위협을 받고 있다. 침식은 기반 시설의 붕괴와 토지 손실을 일으켜 세계적으로 연간 수십억 달러의 피해를 입힌다. 침식을 완화하기 위한 현재의 접근 방식으로는 방파제 등 구조물을 건설하거나 외부 바인더를 지하에 주입하는 것 등이 있다. 연구팀을 이끈 알레산드로 로타 로리아 박사는 "연구 목표는 보호 구조물을 건설할 필요가 없고 실제 시멘트를 사용하지 않고도 해양 물질을 시멘트처럼 만드는 방법을 개발하는 것이었다. 이번 연구에서 바닷가 모래에 약한 전기 자극을 가함으로써 바닷물에 자연적으로 용해된 미네랄을 고체 미네랄 바인더, 즉 천연 시멘트로 변환, 토양을 시멘트로 접합할 수 있음을 체계적이고 기계적으로 증명했다"고 말했다. 기후 변화는 해수면 상승을 일으키는 등 해안선을 침식하는 좋은 조건을 만들었다. 유럽연합 집행위원회(European Commission) 공동연구센터의 2020년 연구에 따르면 2100년까지 지구 해변의 거의 26%가 바다에 잠길 가능성이 높다. 침식을 막기 위해서는 대체로 두 가지 방법이 사용된다. 보호 구조물 및 장벽을 구축하거나 모래로 구성된 해양 토질을 강화하기 위해 땅에 시멘트를 주입하는 것이다. 그러나 여기에는 여러 가지 문제가 수반된다. 매우 비싸며 지속 가능하지 않다. 방파제는 시간이 지나면 벽 아래로 모래가 침식되고 벽이 무너진다. 이를 막기 위해 구조물을 큰 돌로 만들기도 하지만 이 경우 마일당 수백만 달러의 비용이 든다. 이 역시 돌 아래의 모래는 환경적 스트레스를 받아 결국 액화될 수 있다. 암석은 아래로 가라앉는다. 시멘트 등 바인더를 땅에 주입하는 것은 돌이킬 수 없는 환경적 단점을 갖고 있다. 이 또한 높은 압력과 상당한 양의 에너지를 필요로 한다. 이번 연구는 이를 한꺼번에 해결하는 솔루션이라는 평가를 받는다. 바닷물에는 자연적으로 무수한 이온과 용해된 미네랄이 포함되어 있다. 2~3볼트의 약한 전류가 물에 가해지면 화학 반응을 일으킨다. 이는 연체동물이 껍질을 만들 때 사용하는 것과 동일한 일부 미네랄을 고체 탄산칼슘으로 변환한다. 약간 더 높은 4볼트의 전압을 가하면 이들은 주로 수산화마그네슘, 다양한 석재에서 발견되는 유비쿼터스 광물인 하이드로마그네사이트로 전환될 수 있다. 이러한 미네랄이 모래가 있는 곳에서 합쳐지면 접착제처럼 작용해 모래 입자를 함께 묶는다. 연구팀은 이 공정을 일반적인 실리카 및 석회질 모래에서 화산 근처에서 흔히 발견되는 철 모래에 이르기까지 모든 유형의 모래에 적용했다. 결국 모래는 바위처럼 단단히 굳었다. 광물 자체는 콘크리트보다 훨씬 강했고, 그 결과로 생성된 자연적인 콘크리트는 방파제처럼 강하고 단단해지는 것을 확인했다. 로타 로리아는 처리된 모래가 내구성을 유지하여 수십 년 동안 해안선과 재산을 보호할 것이라고 예측했다. 로타 로리아는 또 이 공법은 해양 생물에 부정적인 영향을 미치지 않는다고 강조했다. 공정에 사용된 전압은 너무 약해서 느낄 수 없다. 다른 연구팀도 해저 구조물을 강화하거나 산호초를 복원하기 위해 유사한 과정을 사용했다고 지적했다. 모든 과정에서 바다 생물이 해를 입지 않았다. 더이상 자연 콘크리트가 필요하지 않을 경우, 역으로 이를 다시 되돌릴 수도 있다고 연구팀은 전했다. 배터리의 양극과 음극 전극만 반대로 전환시키면 전기가 미네랄을 용해시켜 다시 바다로 되돌린다는 것이다. 이 공법은 비용 면에서 특히 경쟁력이 뛰어나다. 입방미터당 투입 자본이 3~6달러에 불과하다는 추정이다. 바인더를 사용해 모래를 접착하고 강화하는 과거의 방법은 입방미터당 최대 70달러의 비용이 들었다. 이미 설치된 철근 콘크리트 방파제 파손 부분도 보완활 수 있다. 기존 해안 기반 시설의 대부분은 철근 콘크리트로 만들어져 있으며, 해수면 상승, 침식 및 극한 날씨 등으로 붕괴된다. 시설에 균열이 생길 경우 이번에 개발된 공법을 적용하면 시설을 재구축할 필요가 없어진다. 한 번의 전기 펄스로 파괴된 균열을 고칠 수 있다. 로타 로리아는 연구팀이 개발한 기술의 응용 분야는 셀 수 없이 많다면서 "방파제 아래의 해저를 강화하거나 모래 언덕을 안정화하고 불안정한 토양 경사를 유지할 수도 있다. 또한 보호 구조물, 해양 기초 및 기타 여러 가지 인프라를 강화하는 데 사용할 수 있다. 해안 지역을 보호하기 위해 이 기술을 적용할 수 있는 방법은 수없이 많다"고 강조했다.
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[신소재 신기술(100)] 지천에 널린 해양 모래(실리카), 전기 응집으로 굳혀 해안 침식 막는다
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생체모방 로봇 물고기 '이브', DNA 수집으로 해양 연구 새 지평
- 스위스 취리히 연방 공과대학(ETH Zurich)의 공학과 학생들이 세계 해양 연구 방식을 바꿀 수 있는 최첨단 로봇 시제품을 개발해 주목된다고 CNN 등 외신이 밝혔다. 로봇 물고기 형태의 자율주행 수중탐사기(AUV: Autonomous Underwater Vehicle)를 개발한 것. 개발된 로봇 물고기 '이브(Eve)'는 몸체 내부에 펌프를 장착해 동력을 생성하고 이를 실리콘 꼬리로 전달, 꼬리를 좌우로 흔들며 이동한다. 취리히 호수에서의 실험 결과 이브는 차가운 물 속을 부드럽게 미끄러지듯 이동했다. 학생들이 이끄는 개발 그룹은 지난 2년 동안 로봇 물고기 개발에 주력했으며, 이브는 그 가운데 가장 최신 로봇이다. 개발팀의 데니스 바우만은 CNN에 "이브를 물고기처럼 보이게 한 것이 이번 개발의 특장점"이라며, "생체를 모방한 설계로 이브는 다른 물고기나 해양 생물이 놀라지 않도록 하면서 그들의 생태계 속에 들어갈 수 있다"고 설명했다. 물고기로 위장하는 방식 외에도 이브의 유용성은 많다. 이브에는 수중을 촬영하는 카메라는 물론 장애물을 피할 수 있는 소나(레이더를 이용한 수중 음파 탐지기)가 장착돼 있다. 이브에는 또 해저를 유영하면서 eDNA 환경에서 해저 생물체의 DNA를 수집하는 필터도 장착돼 있다. eDNA는 물, 토양, 대기 등 다양한 환경에서 생물의 유전자를 채취하거나 채취한 유전자를 분석하는 기술을 말한다. 채집된 eDNA 입자는 실험실로 보내져 수역에 어떤 생물 종이 살고 있는지 확인하는 작업을 진행하게 된다. 자연에 생존하는 모든 동물은 DNA를 배출하고, 그 DNA는 주변에 떠다니기 때문에 이를 채취해 분석할 수 있다. 개발팀은 이브가 해양학자들에게 바다 전반에 대한 자세한 모습을 제공할 수 있을 것으로 기대했다. 바다는 지구의 70% 이상을 덮고 있음에도 불구하고 해저의 대부분의 영역은 여전히 수수께끼로 남아 있다. 이브를 비롯한 AUV 장치는 바다를 탐험하고 수중 생태계 탐사에 많이 사용된다. 예를 들어 캘리포니아에 설립된 스타트업 아쿠아AI(Aquaai)는 수로의 산소, 염도, pH 수치와 같은 정보를 수집할 수 있는 클라운피시(자리돔과의 흰동가리)와 유사하게 생긴 드론을 개발했다. 이 장치는 지난해 8300m라는 역대 가장 깊은 곳에서 물고기를 포착해 촬영했다. 한편 생물다양성을 관측하는 데 eDNA를 사용하는 것이 증가하고 있지만, 샘플 채취는 아직 초보 수준이다. 대부분은 여전히 컵에 물을 떠서 샘플을 수집하고 있다. 이브와 같은 진보된 도구는 해양 생물 서식지가 기후 변화, 과도한 어획 및 기타 인간 활동으로 인해 전례 없는 위협에 직면해 있는 요즘, 해양을 더 잘 보호하는 데 필수적일 수 있다. 바우만은 "생물학자를 위한 신뢰할 수 있는 도구를 만들고 싶다"면서 "첨단 기기를 이용한 해양 탐사호가 멸종 위기에 처한 어종을 보호할 수 있을 것"이라고 지적했다.
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생체모방 로봇 물고기 '이브', DNA 수집으로 해양 연구 새 지평
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[기후의 역습(39)] 그린란드 빙상서 화석 발견…빙하 상실로 해수면 상승 위험 증가
- 그린란드 빙상은 과거에도 녹았었지만 기후가 따뜻해짐에 따라 앞으로는 더 빠른 속도로 녹을 것으로 보인다. 과학자들은 이로 인해 해수면이 6~7.6m까지 상승할 수 있다고 경고한다. 그런 가운데, 지난 110만 년 동안 한 때 따뜻한 시기에 그린란드의 거대 빙하 가장자리가 아닌 중심부가 녹아 내렸고, 다양한 곤충과 식물의 서식지였던 건조하고 척박했던 툰드라 지형이 바뀌었다는 새로운 연구 결과가 나와 주목된다고 CBS뉴스가 보도했다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원 회보에 게재됐다. 빙하가 처음 녹기 시작했을 때 대기 중 온실 가스 농도는 오늘날보다 낮았다. 과학자들은 대기 중 이산화탄소가 더 많이 발생하면서 그린란드의 빙하가 이전에 생각했던 것보다 더 쉽게 녹을 것으로 우려하고 있다. 새로운 연구를 공동으로 수행한 버몬트 대학교의 폴 비어먼 박사팀은 "그린란드는 270만 년 동안 빙하가 존재해 왔지만, 이제 그 빙하가 취약해져 깨질 수 있다는 증거가 나왔다"고 밝혔다. 연구팀은 2014년부터 그린란드 빙상 아래에서 다양한 물질을 수집해 연구를 진행해 왔다. 그들은 거의 30년 전, 빙하의 중심부 표면 아래 3.2km 떨어진 곳에서 추출한 GISP2라고 불리는 빙핵 바닥의 퇴적물을 조사했다. 분석 결과 퇴적물 샘플에는 그린란드의 과거에 대한 정보와 단서들로 가득 차 있었다. 현미경으로 들여다 본 샘플의 작은 검은 반점에서는 곤충의 눈, 북극 양귀비 씨앗, 북극 버드나무 조각, 토양 곰팡이와 이끼의 작은 부분들이 발견됐다. 이들은 여러 화석들로, 비어먼은 이를 "얼음 아래에 얼어붙은 생물 생태계"라고 불렀다. 이 화석은 빙하의 90%가 한때 사라졌었다는 것을 직접적으로 확인해 준다고 한다. 비어먼은 "일단 빙상의 중심을 잃게 되면 모든 것을 잃게 되는데, 빙상의 중심에서 이 화석들을 발견한 것은 그린란드의 얼음이 과거에 사라졌었다는 명백한 증거"라고 말했다. 이 발견은 이른바 '취약한 그린란드'라는 가설을 뒷받침한다. 비어먼은 인간의 영향을 받지 않는 자연이 빙하가 형성된 이후 적어도 한 번은 녹은 적이 있다고 말했다. 65만6000평방마일의 그린란드 빙하는 현재 섬 전체의 약 80%를 덮고 있다. 이는 미국 텍사스주의 약 3배에 달하는 면적이다. 그린란드의 얼음 손실을 지도로 만든 나사(NASA)는 이 빙하가 지난 몇 년 동안 빠르게 감소했으며, 이로 인해 지구 해수면이 연간 약 0.03인치(약 0.0762cm) 상승했다고 밝혔다. 비어먼에 따르면 그린란드의 녹는 얼음은 현재 해수면 상승의 첫번째 주요 원인이다. 비어먼은 그린란드 얼음 전체가 녹기까지는 수천 년이 걸릴 수 있지만, 그 결과는 매우 끔찍할 것이라고 경고했다. 수억 명의 사람들이 집과 사업을 잃을 수 있고, 유서 깊거나 아름다운 도시를 포함해 엄청난 면적의 땅이 사라질 수 있다는 것이다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(39)] 그린란드 빙상서 화석 발견…빙하 상실로 해수면 상승 위험 증가
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[기후의 역습(34)] 기후 변화로 2050년까지 아라비카 커피 생산량 80% 급감
- 전 세계에서 매일 22억 잔 이상의 커피가 소비되고 있다. 1억 명이 넘는 전 세계 농부들이 그 모든 커피를 재배하고 생산한다. 소비되는 커피콩은 코페아 아라비카(Coffea arabica)와 코페아 카네포라(Coffea canephora) 두 가지 종이다, 코페아 카네포라는 로부스타(또는 코닐론) 커피라고도 한다. 플로리다 대학교 원예 과학자인 펠리페 페라오 박사에 따르면 예로부터 커피를 즐기는 애호가들은 특유의 풍미와 향 때문에 아라비카 콩을 선호한다고 한다. 그러나 2050년까지 기후 변화로 인해 아라비카 생산량의 약 80%가 감소할 것으로 예상된다. 이에 따라 페라오는 프랑스의 RD2 Vision과 브라질의 인케이퍼 연구소(Incaper Institution) 동료들과 대체 커피 품종을 조사하고 있다. 연구팀은 줄어들 아라비카를 보완하기 위한 대안으로 두 가지를 꼽고 있다. 하나는 커피 농사를 새로운 환경에 적응해 변화시키는 것이고, 두 번째는 회복력이 더 강한 종을 찾아내는 것이다. 플로리다 대학교 농업 및 식품과학 연구소(UF/IFAS)가 주도한 새로운 연구에 따르면 로부스타 커피가 아라비카를 대체할 수 있는 좋은 후보일 가능성이 높다고 PHYS가 전했다. 이 연구는 '작물학(Crop Science)' 저널에 게재됐다. 연구를 이끈 페라오는 "오늘날 전 세계적으로 상용화된 커피콩의 약 60%가 코페아 아라비카를 원료로 한 것임을 고려하면, 앞으로 커피 산업은 대폭 줄어들 아라비카 종의 대안을 찾을 수밖에 없다. 로부스타 커피가 후보로 떠오르는 이유도 여기에 있다"고 말했다. 그는 지난 수십년 동안 로부스타 커피 생산이 약 30% 증가, 커피 산업의 공급망에서 큰 개선을 이루었다고 설명했다. 전반적으로 로부스타 종은 비료와 물 등 투입물이 적기 때문에 아라비카보다 더 많은 커피를 생산할 수 있다. 이름에서 알 수 있듯이 이 식물은 더 강건하기도 하다. 로부스타 커피에 대한 수요는 감소하지 않을 가능성이 크지만, 가장 큰 과제는 커피 공급망에서 요구하는 수요를 충족하기 위해 품질과 생산성을 유지하는 것이다. 그런 의미에서 유전학 및 육종 연구는 다양성과 품질에 영향을 미치는 요인을 파악하기 위한 기본 요소를 제공한다. 연구를 위해 페라오 연구팀은 브라질의 고지대에 소재한 세 곳에서 5년 동안 로부스타와 아라비카의 여러 특성을 평가했다. 핵심은 로부스타 품종이 다른 기후에서 생산될 때 수확량이 늘어날 수 있는지, 또한 맛은 충분히 좋은지를 알아내는 것이었다. 분석 결과 로부스타 품종은 적응력이 매우 강했으며 고지대에서 자라기 때문에 생산과 풍미 점수가 모두 높은 것으로 나타났다. 페라오는 "로부스타 종은 다양성이 크기 때문에 유연하고 날씨 조건에 따라 다른 종을 선택할 수 있다"면서 "미래의 커피, 즉 기후에 민감한 커피에 대한 근본적인 해답을 얻을 수 있었다"고 말했다. 연구팀은 로부스타가 △ 더 적은 투입으로 더 많이 생산해 지속 가능성이 우수하고 △ 품질 면에서 소비자 수요를 만족시킬 수 있는 좋은 풍미를 갖고 있으며 △ 새로운 생산 시스템에 적응하는 가소성 등 세 가지 측면에서 우수하다고 평가했다. 팀은 브라질에서 얻은 로부스타에 대한 좋은 결과를 토대로 미국 플로리다에서도 로부스타를 재배할 수 있는지를 탐구하고 있다. 플로리다에서는 다양한 지역에서 로부스타와 아라비카 커피를 테스트하는 몇 가지 시험이 진행되고 있다. 일부 카운티에서 농장 재배를 진행하는 동시에 연구소 및 터널 구조에서의 실내 생산도 추진하고 있다. 브라질과 비교할 때 토양 특성, 강우량 분포, 온도 및 기상의 차이가 커피 생산과 품질에 영향을 미칠 것이라는 추정이다.
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- 생활경제
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[기후의 역습(34)] 기후 변화로 2050년까지 아라비카 커피 생산량 80% 급감
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[우주의 속삭임(35)] 중국 달 탐사선, 달 샘플에서 물 발견
- 중국의 달 탐사선이 채취한 샘플에서 물 분자가 발견됐다고 중국 학자들이 주장했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 중국은 지난 2020년 달 탐사선 창어 5호 임무를 통해 가져온 달 토양 샘플에서 물 분자가 풍부한 미네랄을 발견했다고 밝혔다. 분석을 진행한 중국과학원(CAS) 물리학연구소가 달에서 채취해 지구로 가져온 광물(ULM-1) 결정체에서 풍부한 물과 암모니아 분자를 찾아냈다는 것이다. 과학원 학자들은 ULM-1 샘플이 물과 ‘MgCl3-6H2O’ 공식의 암모늄이 풍부한 광물이라고 주장했다. 분석에 따르면 광물의 분자식에는 최대 6개의 결정질 물이 포함되어 있으며, 물 분자는 질량 기준으로 ULM-1 샘플의 최대 41%를 차지한다. 광물의 구조와 구성은 현무암과 물이 풍부한 화산 가스 반응으로 형성된 광물인 노보그라블레노바이트 및 지구 증발 광물인 카르날라이트와 매우 유사하다고 한다. 암모늄의 존재는 달 가스 제거의 복잡한 역사를 나타내며 달에서의 거주를 위한 자원으로서의 가능성을 보이는 것이다. 학자들은 "이번 분석 결과는 물 분자가 달의 햇빛이 비치는 지역에서 수화된 염분으로 존재할 수 있으며, 이는 달 화산 가스에서 물과 암모니아 증기의 확산을 제약할 수 있음을 시사한다"고 덧붙였다. 1960년대 미국의 아폴로 우주선이 인간을 처음으로 달에 보냈을 때부터 학계는 달 표면에서 물의 흔적을 탐색해 왔다. 그러나 달 토양 샘플에 대한 초기 분석 결과는 실망스러웠다. 물이 전혀 없는 것으로 나타나 ‘마른 달’로 인식됐다. 달에 물이 있었는 지의 여부는 그 이후 고려 대상이 되지 않았다. 그러나 지난 2009년 인도우주연구기구(Indian Space Research Organization)의 찬드라얀 1호(Chandrayaan-1) 우주선이 달의 햇빛이 비치는 지역에서 산소와 수소 분자와 같은 수화된 광물의 흔적을 발견하면서 분위기는 바뀌었다. 2020년 나사(NASA)는 햇빛이 비치는 달 표면에서 물을 발견했다고 발표했다. 이 발견은 클라비우스 분화구에서 물 분자를 감지한 공중 성층권 천문대의 적외선 탐지 데이터를 분석한 결과였다. 클라비우스 분화구는 달 남반구의 가장 큰 분화구 중 하나로 지구에서 볼 수 있다. 또 하와이대학교 행성학자 슈아이 리 연구팀도 지난 2018년 달의 얼음 매장에 대한 결정적인 증거를 발견했다. 다만 리 박사는 우주 기관들이 달의 방대한 수자원을 활용하려면 몇 가지 장애물을 극복해야 한다고 설명했다. 리는 달에서의 물 존재의 중요성은 단순히 미래 달 거주에 사용될 수 있는 물의 존재를 확인하는 것 이상이라고 지적했다. 물은 달의 형성과 진화 과정을 알려줄 수 있는, 달 표면의 몇 안 되는 구성 요소 중 하나라고 말했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(35)] 중국 달 탐사선, 달 샘플에서 물 발견
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[신소재 신기술(81)] 핀란드, 목재 부산물 리그닌 활용 차세대 배터리 개발 성공
- 나무에서 발견되는 천연물질인 리그닌을 활용한 차세대 배터리가 개발됐다. 핀란드에 본사를 둔 임업 및 재생 가능 제품 회사인 스토라 앤소(Stora Enso)는 목재의 주요 성분인 리그닌을 기반으로 한 배터리 대체품 리그노드(Lignode)를 개발했다고 더쿨다운이 보도했다. 스토라 앤소는 이 친환경 배터리 생산을 위해 스웨덴의 나트륨 이온베터리 개발사인 알트리스(Altris)와 상용화를 위해 협력했다. 리그노드는 펄프 제조에서 나오는 제품인 리그닌에서 추출한 지속 가능한 경질 탄소로 리튬 이온과 나트륨 이온의 양극(충전 및 방전 중에 이온을 받거나 방출하는 베터리 부품) 재료로 사용된다. 인터레스팅엔지니어링이 따르면, 리튬 배터리는 가장 에너지 밀도가 높은 솔루션이다. 업계는 현재 리튬 배터리를 사용해 휴대전화, 테블릿, 노트북에 전원을 공급하고 있다. 그러나 리튬 배터리는 리튬, 코발트 등 희귀 금속을 활용해 가격이 높으며, 과충전, 과방전 시 화재 위험이나 열폭주현상 등의 안전 문제가 있다. 특히 열폭주 현상은 배터리셀 하나에서 발생한 열이 다른 셀로 전달되어 연쇄적으로 폭발하는 현상으로 대형 화재의 원인이 될 수 있다. 친환경 배터리는 전기 자동차(EV), 태양광 발전, 풍력발전소를 포함한 대체 에너지 운동에도 중요하다. 에너지연구소(IER)는 리튬 배터리 생산 과정에서 상당한 양의 탄소 오염이 대기 중으로 방출된다고 밝혔다. 배터리 핵심 구성 요소 중 하나인 흑연은 대부분 중국에서 공급하기 때문에, 다른 국가들의 중국 의존도가 높은 점도 문제라고 인터레스팅엔지니어링은 지적했다. IER은 "중국이 전기의 약 60%를 석탄에서 얻는다"고 밝혔다. 석탄을 태워서 전력을 생산하면 독성 오염이 발생해 지구 온난화가 더욱 심화될 수 있다. 게다가 "리튬 배터리는 종종 매립지에 버려져 토양과 지하수로 누출될 수 있는 중금속을 포함한 독소를 방출할 수 있다"고 IER은 지적했다. 그로 인해 업게에서는 친환경적인 에너지 저장 대체품 개발에 노력을 기울이고 있다. 리그닌은 침엽수나 활엽수 등 목본식물의 목질부를 구성하는 주요 성분 중 하나로 나무의 20~30%를 차지한다. 셀룰로오스와 함께 식물 세포벽의 주성분이며. 식물의 강도와 견고함을 제공하는 역할을 한다. 리그닌은 복잡한 3차원 구조를 가진 고분자 화합물로, 다양한 페놀 단위들이 연결되어 있다. 이러한 복잡한 구조 때문에 분해가 어려워 제지산업에서는 펄프 생산 과정에 제거해야 하는 골칫거리로 여겨지기도 했다. 하지만 최근에는 리그닌의 활용 가치가 재조명되면서 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 접착제 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가능성이 높아지고 있다. 스토라 엔소는 "펄프 제조에서 나오는 리그닌은 양극 재료 제조를 위한 안정적이고 일관된 원자재 공급을 보장한다"고 설명했다. '생물 기반' 소재는 구성에 탄소를 포함하므로, 리튬 및 나트륨 배터리에서 양극 재료를 만드는 데 사용되는 흑연을 대체할 수 있는 적격 소재다. 이번 친환경 배터리 개발자인 알트리스에 따르면 나트륨 이온 배터리는 지속가능하고 재활용하기 쉽다. 스토라 앤소의 수석 부사장 겸 생체재료 성장 책임자인 유쏘 콘띠넨(Jusso Konttinen)은 "리그노드는 세계에서 가장 지속 가능한 양극 소재가 될 잠재력이 있기 때문에, 알트리스와의 이번 파트너십은 보다 지속 가능한 전기화를 지원하려는 우리의 공동 의지와 완벽하게 부합한다"고 말했다. 스토라 앤소는 자사 웹사이트에서 "리그닌은 펄프를 생산할 때 발생하는 부산물이기 때문에 양극은 순환 공정의 일부로 만들어진다"면서 "실제로 우리는 (목재) 부산물을 귀중한 자원으로 바꾸고 있다"고 밝혔다. 이 창의적인 에너지 저장 방법이 성공적이라면 현재 널리 사용되고 있는 리튬 배터리의 지속 가능한 대체품이 될 수 있다. 리그닌 활용 배터리 개발로 생산 과정에서 대기 오염을 줄이고, 매립지의 독성 폐기물 또한 동시에 줄일 수 있으며, 저렴한 친환경 소재를 활용한 지속 가능한 배터리 생산이 앞당겨질 전망이다.
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[신소재 신기술(81)] 핀란드, 목재 부산물 리그닌 활용 차세대 배터리 개발 성공
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[먹을까? 말까?(39)] 브라질너트, 꾸준히 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가?
- 브라질너트를 매일 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가 일어날까. 견과류는 섬유질, 건강한 지방(블포화 지방), 단백질을 모두 함유하고 있어 건강한 간식으로 인기가 높다. 그중에서도 브라질너트는 비타민과 풍부한 미네랄을 함유하고 있어 최근 SNS에서 화제가 되고 있다. 브라질너트는 알이 크고 크고 영양이 풍부할 뿐만 아니라 셀레늄이 많이 함유되어 있다. 이는 주로 아마존 강의 토양이 비옥하기 때문이다. 헬스에 따르면 아마존 강의 토양 셀레늄 함량은 브라질너트에 셀레늄 수치를 높여 건강을 개선하는 이점을 제공한다. 브라질너트는 장 건강부터 인지 기능 향상 등 뇌 건강까지 다양한 효능을 제공한다. 브라질너트의 영양 성분과 건강 효능, 섭취시 주의 사항은 다음과 같다. 셀레늄 함량 높아 브라질너트 단 한 알에는 셀레늄 하루 권장량의 175%가 들어 있다. 브라질너트 1알에는 96㎍(마이크로그램)이 들어 있다. 미국 성인의 셀레늄 1일 섭취량은 55㎍이다. 이는 브라질너트를 매일 단 한알만 먹어도 1일 필요한 셀레늄을 충분히 섭취할 수 있다는 뜻이다. 셀레늄은 면역체계와 갑상선 건강에 중요한 항산화제이며, 특히 T4 갑상선 호르몬을 T3 갑상선 호르몬으로 전환하는 데 중요하다. 셀레늄은 강력한 항산화력으로 세포막의 손상을 일으키는 과산화수소와 같은 활성 산소를 제거해 신체 조직의 노화를 방지하거나 그 속도를 지연시키는 효과가 있다. 또한 셀레늄은 생식 기능, DNA 합성, 갑상선 기능 등에 즁요한 역할을 한다. 셀레늄이 결핍되면 활성산소의 피해를 입어 신체 내장 기능이 저하된다. 그러나 셀레늄은 필수 미량 영양소이므로 고용량을 섭취하면 독성을 나타낼수도 있다. 과다 섭취를 피하기 위해 브라질너트는 하루 최대 3알 이내로 섭취량을 제한하는 것이 좋다. 면역력 강화 브라질너트에는 비타민E와 엘라그산이 풍부하다. 비타민E는 세포를 보호하고 시력, 심장, 피부 건강에 도움을 주는 항산화제다. 이팅웰에 따르면 엘라그산은 뇌 세포를 건강하게 유지하고 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환의 위험을 낮추는 데 도움이 된다. 또한 브라질너트는 아연의 좋은 공급원이다. 이연은 면역 체계 기능에 필수적인 미네랄로, 염증을 억제하고 상처 치유를 돕는 역할을 한다. 또한 브라질너트는 건강한 지방의 훌륭한 공급원으로, 지방 함량의 3분의 1 이상이 다중불포화지방산에서 나온다. 이는 흔히 '나쁜 콜레스테롤'로 불리는 LDL 콜레스테롤 수치를 낮춰 심장 질환 및 뇌종중 위험을 감소시킨다. 2022년에 발표된 연구에 따르면 6개월동안 브라질너트를 매일 1알씩 먹은 노인의 인지 기능이 향상됐다. 섭취시 주의사항 셀레늄을 과다 섭취하면 셀레노시스(selenosis)로 알려진 셀레늄 중독 현상이 나타날 수도 있다. 셀레늄 중독은 드물지만 과다 섭취시 손톱과 머리카락이 약해지고 피부 발진, 메스커움, 설사, 피로 등의 부작용이 나타날 수 있다. 심각한 경우 호흡 곤란이나 신부전으로 이어질 수 있다. 다시 한번 강조하지만, 1일 셀레늄 섭취 상한선은 400마이크로그램으로, 브라질너트 3알에 해당한다. 따라서 브라질너트는 하루 3알 이내로 섭취하는 것이 안전하다. 또한 브라질너트는 견과류 알레르기의 원인이 될 수 있다. 갼과류 알레르기가 있는 사람은 섭취에 주의해야 한다. 한 가지 견과류에 알레르기가 있다고 해서 다른 견과류에도 알레르기가 있는 것은 아니지만 부작용이 발생하면 반드시 의료진과 상담해야 한다. 브라질너트 섭취 방법 브라질너트는 간식으로 섭취하거나 에너지볼, 그래놀라 바, 스무디볼, 트레일 믹스 등에 넣어서 먹을 수 있다. 견과를 잘게 썰어서 샐러드나 볶음 요리에 넣어서 섭취할 수도 있다. 생으로 먹어도 되지만 오븐에 구우면 풍미를 더 높아진다. 한국인 영양섭취 기준에서 성인 남녀의 셀레늄 1일 권장섭취량은 50㎍이고, 상한섭취량은 400㎍이다. 브라질너트 외에 셀레늄의 공급원으로는 동물의 간, 육류, 생선, 곡류 달걀 등이 있다. 과일과 채소에는 셀레늄이 극히 적 함유되어 있다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(39)] 브라질너트, 꾸준히 섭취하면 우리 몸에 어떤 변화가?
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[우주의 속삭임(29)] 달에서 지하동굴 발견, 미래 달 탐사 기지 기대
- 닐 암스트롱과 버즈 올드린이 55년 전 달에 착륙한 지점에서 멀지 않은 곳에서 동굴이 발견됐다. 이 동굴은 미래의 우주 비행사들이 거주할 수 있을 것으로 기대되며, 이런 동굴은 최소 수백 개에 달할 것으로 추정된다고 CBS뉴스 등이 보도했다. 이탈리아 천문학자팀은 최근 달에서 가장 깊은 곳으로 알려진 '고요한 바다(Sea of Tranquility)'에서 거대한 동굴의 증거가 나타났다고 보고했다. 이 동굴은 아폴로 11호의 착륙 지점에서 불과 400km 떨어진 곳에 위치해 있다. 동굴은 이미 발견된 200개 이상의 다른 구덩이와 마찬가지로, 용암 동굴이 붕괴되면서 만들어졌다. 연구팀은 나사(NASA)의 달 정찰 궤도선에 의한 레이더 측정을 분석하고 그 결과를 지구의 용암 동굴과 비교해 이를 밝혔다. 연구 결과는 '네이처 천문학' 저널에 실렸다. 연구팀에 따르면, 레이더 정보는 동굴의 입구 부분만을 보여주고 있지만, 동굴은 폭이 적어도 40m, 길이도 최대 수십m에 이를 것으로 추정된다. 연구팀원인 트렌토 대학의 레오나르도 카레와 로렌조 브루존은 "달에 존재하는 동굴은 50년 넘게 수수께끼로 남아 있었지만 마침내 그 존재를 증명해 냈다"고 말했다. 연구 결과는 달에 수백 개의 구덩이와 수천 개의 용암 동굴이 있을 수 있음을 시사한다. 네이처는 이 동굴이 달 표면의 가혹한 환경으로부터 우주인에게 은신처를 제공하고 인간의 달 탐사를 장기적으로 지원할 수 있는 '유망한 달 탐사 기지 후보지'가 될 수 있다고 밝혔다. 그러나 기지를 건설하는 것은 더 많은 시간과 노력이 필요할 것이며, 동굴 벽을 보강하는 등 어려운 작업이 수반될 것이라는 지적이다. 영국 우주비행사 헬렌 샤먼은 BBC 뉴스와의 인터뷰에서 "우주인이 20~30년 안에 달의 동굴에서 활동할 수 있겠지만 동굴이 깊어 리프트와 같은 장비가 필요할 것"이라고 말했다. 한편, 동굴 내부의 암석 및 다른 물질들은 오랜 세월 동안 유지되어 왔기 때문에 천문학계가 달이 어떻게 진화했는지, 특히 달의 화산 활동에 대해 이해할 수 있는 단초를 제공할 수 있을 곳으로 보인다. 학계는 지속적으로 달 관련 데이터 아카이브를 추가하고 있다. 중국의 창어 6호 달 탐사선은 몇 주 전 달의 표면에서 암석과 토양 샘플을 수집해 지구로 귀환했다. 중국은 이번에 입수한 샘플이 독특한 지리적 특징을 가진 달의 양면 사이의 차이점을 밝혀줄 것으로 기대하고 있다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(29)] 달에서 지하동굴 발견, 미래 달 탐사 기지 기대
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[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장
- 중국 달 탐사선이 달에서 채취한 샘플에서 자체 토착 탄소인 그래핀이 발견돼 달의 기원에 도전장을 내밀고 있다. 달의 기원에 대해서는 여러 가지 가설이 존재하지만, 현재 가장 유력한 가설은 '거대 충돌설'이다. 약 45억년 전 원시 지구와 화성 크기의 천체 테이아(Theia)가 충돌해 두 천체가 합쳐지고, 그, 충격으로 떨어져 나간 파편들이 지구 주위를 돌며 뭉쳐져 달이 형성됐다는 이론이다. 이 가설은 달 샘플의 화학적 구성, 달 공전 궤도, 지구와 달의 자전축 기울기 등 여러 증거를 통해 뒷받침되고 있다. 중국 지린 대학교 과학자들은 2020년 12월 창어 5호가 달 표면에서 채취한 샘플을 분석하는 과정에서 특이하게 그래핀을 발견했다. 연구팀은 자연 상태에서 생성된 '소수층 그래핀(few-layer graphene)'을 달 샘플에서 처음으로 발견했다고 국영 통신사 글로벌 타임스가 보도했다. 이는 향후 인류가 달 현지 자원을 활용하는 계획에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 그래핀은 탄소 원자들이 욱각형 벌집 모양으로 연결되어 2차원 평면 구조를 이루는 소재다. 그래핀은 원자 한 층으로 이루어져 세상에서 가장 얇은 물질이다. 쉽게 말하면 연필심에 사용되는 흑연을 아주 얇게 한 겹만 떼어낸 것으로 볼 수 있다. 이번 발견은 달의 초기 지질학적 진화 과정에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있으며, 달이 지구와 소행성의 충돌로 형성되었고 탄소 대부분이 이 충돌에서 유래했다는 기존 이론에 의문을 제기할 수 있다고 퓨처리즘은 전했다. 연구팀은 "널리 받아들여지는 '거대 충돌 이론'은 (미국 우주선) 아폴로 샘플의 초기 분석에서 파생된 '탄소 결핍 달'이라는 개념에 의해 강력하게 뒷받침되어 왔다"고 논문에서 밝혔다. 그러나 이번 연구 결과는 달에서 '탄소 포집 과정'이 존재하며, '토착 탄소의 점진적 축적'이 일어났음을 시사한다. 이는 '달의 화학 성분 및 역사에 대한 이해를 재정립할 수 있는 발견'이라는 점에서 중요하다. 연구팀은 비파괴 화학 분석 방법인 '라만 분광법'을 사용하여 소수층 그래핀의 존재를 확인했다. 소수층 그래핀은 2~10개 층으로 이루어진 그래핀으로, 실험실에서도 제조될 수 있다. 연구팀은 이 물질이 태양풍이 달 표면을 강타하고 초기 화산 폭발이 일어나는 과정에서 형성되었을 가능성을 제시했다. 순수한 '토착 탄소'의 존재는 약 44억 5000만 년 전 화성 크기의 소행성이 지구와 충돌하여 달이 형성되었다는 기존 가설에 배치되는 점이다. 그러나 연구팀은 이전 연구 결과와 마찬가지로 운석 충돌이 달에서 흑연 탄소 형성에 기여했을 가능성도 인정했다. 연구팀은 "자연 그래핀의 특성에 대한 심층적인 연구는 달의 지질학적 진화에 대한 더 많은 정보를 제공할 것"이라고 말했다. 한편, 중국은 무인 달 탐사선 창어-6호가 세계 최초로 달 뒷면의 샘플을 채취해 지난 6월 25일 내몽골에 성공적으로 착륙했다. 창어-6호는 달 뒷면에 있는 거대한 분화구인 남극 에이컨 분지(South Pole-Aitken Basin) 분지에서 달 토양을 수집해 지구로 53일만에 귀환한 것. 최대 2kg(4.4 파운드)에 달하는 이 샘플은 지난 26일 새벽 베이징으로 공수돼 중국 우주 기술 아카데미(CAST)로 이송됐다. 스페이스닷컴에 따르면 중국이 달 뒷면에처 채취한 샘플은 2020년 창어-5호가 수집한 샘플과 마찬가지로 재료를 분류한 다음 중국 전역의 과학자 및 기관의 연구에 사용할 수 있도록 제공될 예정이다. 이 자료는 2년 후 국제 그룹과 연구자들의 응용 프로그램에 제공될 가능성이 높다고 한다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 자금 지원을 받은 연구원들은 지난해 말 달 샘플에 대한 접근을 신청할 수 있는 특별 허가를 받았다. 과학자들은 이 샘플이 달, 지구, 태양계의 형성에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대하고 있다. 중국은 우주 강국으로 자리매김하기 위해 2026년 창어-7호를 달 남극에 발사하고, 2028년에는 창어-8호를 발사해 자원 활용에 집중할 계획이다. 아울러 중국은 2030년까지 우주비행사를 달 남극에 보낼 계획이다. 달 남극은 인간의 생존에 필수적인 물과 각종 희토류 등이 있는 것으로 알려져 인도와 미국 등 세계 각국의 탐사 목표지로 급부상했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장
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중국 달 탐사선 창어 6호, 세계 최초 달 뒷면 샘플 채취 후 귀환
- 중국의 창어 6호 달 탐사선은 25일(현지시간), 세계 최초로 달 뒷면의 암석 및 토양 샘플을 싣고 지구로 귀환했다고 CBS 등 다수 외신이 보도했다. 탐사선은 이날 오후 중국 북부 내몽골 지역에 착륙했다. 중국국가항천국 장커젠 국장은 착륙 직후 TV 기자회견에서 "창어 6호 달 탐사 임무가 완전한 성공을 거두었다고 선언한다"고 발표했다. 중국 과학자들은 이번에 가져온 샘플에는 250만 년 전 화산암 등 달의 양면 간 지리적 차이에 대한 의문을 해결해 줄 자료가 포함되어 있을 것으로 기대하고 있다. 달의 앞면은 지구에서 볼 수 있는 면이고, 뒷면은 우주를 향하고 있다. 달 뒷면은 앞면의 비교적 평탄한 지형과 대조적으로 산과 충돌 분화구가 많은 것으로 알려져 있다. 과거 미국과 소련의 임무는 달 앞면에서 샘플을 수집했지만, 중국은 이번 임무를 통해 세계 최초로 달 뒷면의 샘플을 수집했다. 이번 달 탐사 프로그램은 우주 탐사 선두 주자인 미국을 비롯해 일본, 인도 등과의 경쟁 심화 속에서 진행됐다. 중국은 이미 자체 우주 정거장을 건설하여 운영 중이며, 정기적으로 우주 비행사를 파견하고 있다. 시진핑 중국 국가주석은 창어 팀에게 축하 메시지를 보내 "우리나라가 우주 및 기술 강국이 되기 위한 노력에 있어 획기적인 성과"라고 밝혔다. 창어 6호는 지난 5월 3일에 지구를 떠나 53일간의 여정을 마치고 돌아왔다. 탐사선은 달 표면을 드릴로 뚫고 암석을 채취했다. 또한, 귀환 모듈이 달 표면에서 이륙하기 전, 창어 6호는 세계 최초로 달 뒷면에 중국 국기를 펼쳤다. 중국과학원 지질학자 종규 위에(Zongyu Yue)는 "이번 샘플은 달 과학 연구에서 가장 근본적인 질문 중 하나인 '달 양면의 지질 활동 차이를 유발하는 원인은 무엇인가?'에 대한 답을 줄 것으로 기대된다"라고 중국과학원과 협력해서 발행되는 '이노베이션 먼데이(Innovation Monday)' 저널에 발표한 성명에서 밝혔다. 중국은 최근 몇 년 동안 달 탐사에 여러 차례 성공했으며, 이전에는 창어 5호 탐사선을 통해 달 앞면에서 샘플을 수집한 바 있다. 중국과 미국은 달의 뒷면에 있는 ㄴ마극에 기지를 건설하겠다는 계획이다. 달 남극은 물을 비롯해 희토류 등 인류의 기지 건설을 위한 자원이 있는 것으로 알려져 있다.
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중국 달 탐사선 창어 6호, 세계 최초 달 뒷면 샘플 채취 후 귀환
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미세 플라스틱, 밝은 색상 제품이 더 빨리 분해된다
- 빨간색과 파란색 등 밝은 색상의 플라스틱 제품이 더 빨리 분해되는 것으로 나타났다. 대부분의 플라스틱 제품은 자연 환경에서 분해되지 않고, 아주 작은 플라스틱 조각인 미세플라스틱으로 분해돼 토양과 바다를 오염시키는 주범으로 작용하고 있다. 플라스틱 품목의 색상이 마세플라스틱으로 분해되는 속도에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과가 입증되었다고 영국 일간지 더 가디언이 최근 보도했다. 영국과 남아프리카 과학자들은 다양한 색상의 플라스틱을 영국 레스터 지역의 지붕 쥐에 3년 동안 방치해 둔 뒤 남아프리카 해변에서 발견된 플라스틱 품목과 비교 분석했다. 실험 결과 빨간색, 파란색, 녹색 플라스틱은 다른 색상보다 더 빨리 분해되는 것으로 알려졌다. 논문의 수석 연구원인 사라 키(Sarah Key) 박사는 가디언에 "영국 레스터의 옥상에 방치된 샘플과 아프리카 대륙 남단의 바람이 많이 부는 해변에서 수집한 샘플이 비슷한 결과를 보여주는 것은 놀랍다"라고 말했다. 최근 연구에 따르면 미세플라스틱은 외딴 산꼭대기와 대기 상층부, 심해, 심지어 남극 대륙 등 지구 구석구석에서 발견되고 있다. 대기 중의 미세플라스틱은 호흡을 통해 인체 내부로 들어오고 있으며, 인간의 뇌와 태반, 고환과 정액에서도 미세플라스틱이 검출돼 충격을 안겼다. 최근 '전체 환경과학' 저널에 따르면 중국에서 진행된 실험 결과 건강한 남성 36명의 모든 정액 샘플에서 미세 플라스틱이 발견됐다는 충격적인 결과가 보고됐다. 연구팀은 사람들이 플라스틱 물병에 든 물을 마시거나 공기 입자를 흡입하거나, 플라스틱 용기에 담긴 가열된 음식을 먹는 등 다양한 방법을 통해 미세플라스틱이 몸 안으로 들어갈 수 있다고 지적했다. 그들은 또한 사람들이 이제 미세플라스틱 섭취를 피하는 것은 사실상 불가능하다고 말했다. 연구팀은 폴리염화비닐 플라스틱 조각이 포함된 정액 샘플에서 정자의 운동성이 낮다는 사실을 발견했다. 이는 출산율 감소를 설명하는 데 도움이 될 수 있음을 시사한다. 특히 재활용되지 않고 바다로 흘러들어가는 플라스틱과, 비닐 포장재 등을 통해 식품 시스템에서 플라스틱과 미세 플라스틱 오염이 더욱 심각해지고 있다. UN 환경프로그램(UNEP)의 보고서는 미세플라스틱이 환경에 미치는 영향과 해양, 토양, 담수, 수돗물 등 어디에나 존재하고 있다고 강조했다. UNEP에 따르면 이러한 미세 플라스틱은 동물과 인간에게 염증을 유발하고 신경계를 뱅해하는 등 건강에 해를 끼치고 있다. MIT 테크놀로지 리뷰에 다르면 매년 생산되는 플라스틱의 5~6%만이 재활용되고 있는 실정이다. 이번 연구 결과 빨간색과 파란색, 녹색 플라스틱 제품이 더 빨리 분해된다는 점은 해당 색상의 플라스틱 사용을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 실제로 페기물 방지 자선 단체인 Wrap은 플라스틱을 더 쉽게 재활용할 수 있도록 제조업체에 색소 사용을 피해달라고 이미 조언하고 있다고 가디언은 전했다. 일반적으로 플라스틱의 재활용율이 낮다는 점을 고려하면 플라스틱 포장재로 된 제품 구매나 사용을 피하는 방법도 있다. 여기서는 청소용품을 가정용으로 대체하거나 재사용 가능한 품목의 우선 순위를 정하는 것도 포함된다.
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- 생활경제
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미세 플라스틱, 밝은 색상 제품이 더 빨리 분해된다
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[먹을까? 말까?(23)] 다크 초콜릿, 필수 미네랄 함유…중금속 오염 경로는?
- 미국에서 다크 초콜릿이 중금속 오염 우려를 씻어내고 건강에 유익하다는 판정을 받았다. 앞서 2023년 컨슈머리포트가 특정 다크 초콜릿 브랜드에 위험한 양의 납과 카드뮴이 함유되어 있을 수 있다고 밝혀 다크 초콜릿의 건강상 우려를 제기했다. 미국 루이지애나주 툴레인대학교의 새로운 연구에 따르면 다크 초콜릿을 매일 섭취하는 것이 성인에게 안전하며, 영양학적으로도 유익한 수준의 필수 미네랄을 함유하고 있다는 사실이 확인됐다고 사이테크데일리가 10일(현지시간) 보도했다. 툴레인대학교 연구팀은 최근 다크 초콜릿 섭취의 안전성을 평가하기 위해 미국 시장에서 판매되는 다양한 글로벌 브랜드의 다크 및 밀크 초콜릿 155종을 대상으로 연구를 실시했다. 연구 결과는 학술지 '푸드 리서치 인터내셔널(Food Research International)'에 게재됐다. 연구팀은 납, 카드뮴 등 유해 금속 16종과 구리, 철, 아연 등 필수 미네랄의 함유량을 분석했다. 또한 하루 1온스(약 28g)의 다크 초콜릿 섭취가 건강에 미치는 영향을 조사했다. 이는 일주일에 전체 초콜릿을 2개 이상 소비하는 것과 맞먹는 양이다. 연구 결과 카카오 함유량이 50% 이상인 다크 초콜릿 바의 카드뮴 국제 기준치(킬로그램당 800마이크로그램)를 초과한 제품은 단 1개 브랜드에 불과했다. 또한 미국 3세 어린이의 평균 체중인 33파운드(약 15kg) 이하의 어린이에게 위험을 초래할 수 있는 카드뮴 수치를 보인 다크 초콜릿 바는 4개에 불과했다. 툴레인대학교 공중보건의 및 열대의학대학원 환경보건과학 조교수인 테우드로스 고데보(Tewodros Godebo)는 "성인의 경우 다크 초콜릿으로 인한 위험은 없으며, 샘플로 채취한 155 종의 초콜릿 바 중 4종에서 어린이에게 약간의 위험이 있었지만 일반적으로 3세 아동이 일주일에 2개 이상의 초콜릿 바를 섭취하는 것은 드문 일"이라고 말했다. 납 검사에서 2종의 초콜릿 바에서 캘리포니아 주의 잠정 기준치를 초과하는 수치가 검출됐지만, 성인이나 어린이에게 건강상 유의미한 위험을 초래하지 않는 것으로 판단됐다. 필수 메네랄 함유량 이번 연구는 기존 연구 대비 더 많은 샘플은 사용했으며, 검사 항목을 16가지 중금속으로 확대했다. 또한 필수 미네랄의 영양 섭취 가이드를 고려해 유해 즁금속 노출 위험 평가를 실시했다. 연구 결과 다크 초콜릿은 구리, 철, 망간, 마그네슘, 아연 등 필수 영양소를 풍부하게 함유하고 있으며, 일부 제품은 성인과 어린이의 일일 필수 섭취량의 50% 이상을 충족시킬 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 연구팀은 "다크 초콜릿은 필수 미네랄이 풍부할 뿐만 아니라, 이러한 미네랄 섭취가 장에서 유해 중금속 흡수를 감소시킬 수 있다"고 설명했다. 중금속 오염 경로 연구 결과 초콜릿의 납은 대부분 수확후 가공 과정에서, 카드뮴은 토양에서 카카오 식물을 거쳐 카카오 콩으로 이동하는 과정에서 오염되는 것으로 나타났다. 또한 연구팀은 카카오가 생산되는 지리적 분포에 따라 카드뮴과 납 함유량이 차이가 있음을 확인했다. 남미산 다크 초콜릿에서 이러한 중금속 함유량이 더 높았으며, 미국 다크 초콜릿의 주요 공급원인 서남아프리카산 초콜릿에서는 상대적으로 중금속 농도가 낮은 것으로 나타났다. 연구팀은 "남미산 초콜릿의 경우에도 하루 1온스 섭취시 건겅상 문제가 없는 것으로 나타났다"고 밝혔다. 참고로 우리나라 식품의약품안전처의 식품공전에 따르면 초콜릿은 코코아가공품류에 식품 또는 식품 첨가물 등을 더해 가공한 것으로 코코아고형분 함량 30% 이상(코코아버터 18% 이상, 무지방 코코아고형분 12% 이상인 것)을 말한다. 밀크 초콜릿은 코코아가공품류에 식품 또는 식품첨가물 등을 더해 가공한 것으로 코코아고형분을 20% 이상(무지방 코코아 고형분 2.5% 이상) 함유하고 유고형분이 12% 이상(유지방 2.5% 이상)인 것을 말한다. 참고 자료: '초콜릿의 필수 요소 수준 상승과 함께 중금속의 발생: 건강 위험 평가' Tewodros Rango Godebo, Hannah Stoner, Pornpimol Kodsup, Benjamin Bases, Sophia Marzoni, Jenna Weil, Matt Frey, Preston Daley, Alexa Earnhart, Gabe Ellias, Talia Friedman, Satwik Rajan, Ned Murphy 및 Sydney Miller, 2024년 4월 20일, Food Research International. DOI: 10.1016/j.foodres.2024.114360
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(23)] 다크 초콜릿, 필수 미네랄 함유…중금속 오염 경로는?
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[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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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(14)] 화성의 신비한 구멍, 채광창인가?
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중국 탐사선, 달 뒷면 착륙 성공
- 중국의 창어 6호 달 탐사선이 샘플 수집을 위해 달 뒷면에 성공적으로 착륙했다고 국영 신화통신이 2일 보도했다. 신화통신은 중국 국가우주국(National Space Administration)을 인용해 창어 6호가 태양계에서 가장 큰 충돌 분화구 중 하나로 알려진 거대한 남극-에이켄 분지(South Pole-Aitken Basin)에 착륙했다고 밝혔다. 거의 탐사되지 않은 달위 뒷면에서 샘플이 수집되는 것은 이번이 처음이다. 창어 6호는 지난 5월 3일 원창 우주발사센터에서 발사된 후 역사상 처음으로 달 남극이 거대한 분화구 지역의 암석과 토양 수집을 목표로 하고 있다. 신화통신은 이 과정이 이틀 안에 완료될 것이라고 전했다. 과학자들은 최대 3일이 소요될 것으로 예상하고 있다. 국가우주국에 따르면 이번 임무는 드릴과 기계 팔을 사용해 약 2kg의 물질을 수집하는 것을 목표로 하고 있다. 과학자들은 달의 뒷면(태양 광선을 전혀 받지 않기 때문이 아니라 지구에서 보이지 않기 때문에 소위 말하는 달의 뒷면)은 달의 분화구가 가까운 면보다 고대 용암 흐름으로 덜 덮여 있기 때문에 연구에 큰 가능성을 갖고 있다고 말했다. 달의 뒷면에서 수집된 물질은 달이 처음에 어떻게 형성되었는지 더 잘 밝혀줄 수 있다. 달의 남극은 달 탐사의 다음 개척지다. 얼음이 있을 가능성이 높기 때문에 국가들은 이 지역을 탐사, 연구하고 싶어한다. 맨체스터 대학의 달 지질학 전문가인 존 퍼넷-피셔(John Pernet-Fisher)는 BBC에 "이전에 누구도 본 적이 없는 이 암석을 우리가 보게 될 것이라는 사실에 모두가 매우 흥분하고 있다"고 말했다. 중국이 달에서 샘플을 채취하는 임무를 시작한 것은 이번이 두 번째다. 2020년 창어 5호는 달 근처에 있는 오세아누스 프로셀라룸(Oceanus Procellarum)이라는 지역에서 1.7kg의 물질을 지구로 가져왔다. 중국은 달에서 물을 찾고 영구 기지를 건설하는 것 등을 탐사 목표로 이번 10년 동안 세 번의 무인 임무를 더 계획하고 있다. 아울러 2030년까지 유인 우주선을 보내는 것을 목표로 하고 있다. 미국도 아르테미스 3호 임무를 통해 2026년까지 우주비행사를 다시 달에 보낼 계획이다.
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중국 탐사선, 달 뒷면 착륙 성공
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[기후의 역습(9)] 알래스카의 깨끗한 물, 오렌지색으로 변색 '충격'
- 알래스카의 얼음처럼 투명하고 맑은 수로 일부가 녹물이 섞여 흐르는 듯한 오렌지색으로 변하고 있어 충격을 주고 있다고 사이언스얼러트가 전했다. 오렌지색이 너무 강렬해 지구 궤도에 떠 있는 위성에서도 분명하게 식별할 수 있다고 한다. 캘리포니아 주립대(UC) 데이비스 캠퍼스 환경 독성학자 브렛 풀린 교수는 "황색으로 얼룩진 강이 너무 방대해서 우주에서도 목격할 수 있을 정도"라며 “우주에서 포착하기 위해서는 범위가 넓어야 하는데 알래스카 수로의 경우가 그렇다”고 밀헸디. 미 국립공원관리공단(National Park Service) 생태학자인 존 오도넬, 폴린 및 동료들은 지난 2018년 강둑과 비행 관측에서 이를 처음 발견한 후, 위성 관측 이미지와 공공 보고서를 통해 알래스카 브룩스 산맥의 약 1000km에 걸쳐 오렌지색으로 오염된 75개 이상의 하천을 확인했다. 오도넬은 "오렌지 주스처럼 보이는 특정 지역이 다수 발견됐는데 이는 독성 측면에서 문제가 될 수 있으며, 물고기가 산란지로 이동하는 것을 방해할 수도 있다"고 우려했다. 2022년 6~9월 사이에 수집된 수로의 샘플에서는 근처의 맑은 하천에 비해 철과 아연, 구리, 니켈, 납을 포함한 기타 독성 금속의 농도가 높았다. 심한 경우에는 이러한 오염 물질로 인해 물의 산도가 pH 2.3까지 악화됐다. 산성이 심한 광산 유출수와 유사하지만, 문제는 이 지역 근처에는 광산이 없다는 사실이다. 오도넬 팀은 1985년부터 2022년까지 위성 이미지를 분석한 결과 이 현상이 지난 10년 동안 발생했으며, 특히 날씨가 따뜻해지고 눈이 많이 내리는 시기와 일치한다는 사실을 밝혀냈다. 폴린은 "분석에 따르면 지구 온난화로 인한 영구 동토층 토양의 해동으로 인해 물이 더 깊이 침투함으로써 수천 년 동안 갇혀 있던 광물이 녹아내렸다는 추정이 가능하다“고 설명했다. 북극은 지구의 다른 지역보다 약 4배 빠르게 따뜻해지고 있다. 열은 얼어붙은 땅을 녹이고, 미생물 활동을 증가시키며, 관목들의 생존 환경을 조성해 관목 뿌리가 토양을 더욱 교란시킨다. 이런 과정을 통해 과거에는 묶여 있던 광물이 풍화 작용에 노출되어 수로 유역으로 옮겨진다. 연구진은 “기후 변화와 이에 따른 영구 동토층 해빙이 하천 손상의 주요 원인인 것으로 보인다”고 결론지었다. 또 하천 변색은 대형 무척추 동물의 다양성과 어류 종의 급격한 감소로 이어진다. 나아가 식수와 낚시에 의존하는 지역 주민들의 생활을 위협한다. 연구팀은 이 지역에 대한 더 넓은 생태학적 영향을 파악하고 오렌지색 독성 오염이 어떻게 발생하고 퍼지는지를 알아내기 위해 조사를 확대한다는 계획이다. 오도넬은 "기후가 더 따뜻해지면 영구 동토층이 계속 녹을 것이며 광물이 묻혀 있는 어떤 곳이든 하천이 채색되고 수질이 저하될 가능성이 높다“고 경고했다. 이 연구 결과는 '커뮤니케이션 지구&환경' 지에 게재됐다.
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[기후의 역습(9)] 알래스카의 깨끗한 물, 오렌지색으로 변색 '충격'
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