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[퓨처 Eyes(64)] 음의 시간⋯시간이 거꾸로 흐른다고?
- 시간이 거꾸로 흐른다면? 믿기 힘들겠지만, 토론토대학교 연구진이 '음의 시간(Negative Time)'이라는 비현실적인 개념을 실험으로 증명해냈다는 연구 결과를 발표했다. 양자역학의 세계는 우리의 상식을 뛰어넘는 놀라움으로 가득한데, 이번 발견은 그 정점을 찍는 듯하다. 마치 빛이 시간을 거슬러 움직이는 듯한 기이한 현상을 보인다는데⋯. 과연 '음의 시간'이란 무엇이고, 이 발견이 우리가 알고 있던 시간과 우주에 대한 이해를 어떻게 바꿀까? 빛, 시간을 거슬러 나타난다? 과학자들은 오래전부터 빛이 물질에 들어가기 전에 나오는 것처럼 보이는 현상을 관찰해왔다. 마치 터널에 들어가기도 전에 터널을 빠져나오는 것처럼 말이다. 이는 일반적으로 물질이 빛의 파동을 왜곡시키면서 발생하는 착시 현상으로 여겨졌다. 그러나 최근 토론토대학교 연구팀은 이 현상이 단순한 착시가 아니라 실제 물리적 현상일 수 있음을 시사하는 연구 결과를 발표했다. 해당 내용에 대해서는 사어언스 얼럿, IFL사이언스, 아랍뉴스 등 다수 외신이 다루었다. 이 연구를 이끈 에이프라임 스타인버그 교수는 "우리 같은 물리학자들끼리도 '음의 시간'은 말하기 어려운 주제다. 자주 오해를 받는다"고 말했다. '음의 시간'이라는 개념은 매우 생소하고, 심지어 물리학자들 사이에서도 논란이 되는 복잡한 주제이기 때문이다. '음의 시간'의 비밀을 밝히다 스타인버그 교수 연구팀은 레이저를 이용해 빛과 원자의 상호작용을 정밀하게 분석했다. 빛의 기본 입자인 광자(phptons)가 원자를 통과할 때, 일부 광자는 원자에 흡수되었다가 다시 방출된다. 이 과정에서 원자는 일시적으로 에너지가 높아진 '들뜬 상태'가 된다. 연구팀은 이때 원자가 얼마나 오랫동안 들뜬 상태에 머무는지 측정하는 실험을 진행했다. 놀랍게도 실험 결과는 예상 밖이었다. 연구팀은 전선과 알루미늄으로 감싼 장치로 가득 찬 지하실 실험실에서 수행된 실험은 최적화 하는 데 2년이 넘게 걸렸으며, 사용된 레이저는 결과를 왜곡하지 않도록 주의 깊게 교정했다고 전했다. 이 실험을 주도한 다니엘라 앙굴로 연구원은 "원자의 들뜬 상태 지속 시간을 측정했는데, 그 시간이 음수로 나타났다"고 밝혔다. 즉, 원자가 들뜬 상태에 머무는 시간이 0보다 적게 측정된 것이다. 이는 마치 원자가 광자를 방출하기 전에 흡수하는 것처럼 보이는, 시간의 순서가 뒤바뀐 현상을 의미한다. 자동차가 터널에 들어가기 전에 나온다고? 이해를 돕기 위해 터널을 통과하는 자동차를 예로 들어보자, 만약 1000대의 자동차가 터널에 진입하는 평균 시간이 정오라고 할 때, 측정 결과 첫 번째 자동차가 터널을 빠져나가는 시간이 오전 11시 59분으로 기록됐다고 가정해보자. 이는 마치 자동차가 터널에 들어가기도 전에 터널을 빠져나온 것처럼 보이는 상황으로, '음의 시간' 개념에 비유할 수 있다. 물론, 실제로 자동차가 시간을 거슬러 터널을 빠져나올 수는 없다. 마찬가지로, 양자역학에서 관측된 '음의 시간' 현상 또한 우리가 일상적으로 경험하는 시간의 흐름과는 다르게 해석해야 한다. '음의 시간'은 시간 여행을 의미하는가? 그렇다면 이번 연구 결과는 시간 여행이 가능하다는 것을 의미하는 것일까? 스타인버그 교수는 "우리는 무언가가 과거로 이동했다고 말하고 싶지는 않다. 그건 오해다"고 강조했다. 즉, 이번 연구 결과가 시;간 여행의 가능성을 시사하는 것은 아니다. 양자역학에서는 입자들이 고정된 시간선을 따라 움직이는 것이 아니라 확률적으로 존재하며, 다양한 시간대에 걸쳐 상호작용할 수 있다. 이러한 현상은 우리의 일상적인 직관과는 매우 다르지만, 아인슈타인의 특수 상대성이론과 같은 기존 물리학 법칙과 충돌하는 것은 아니다. 특수 상대성 이론은 어떤 것도 빛보다 빠르게 이동할 수 없다고 규정하는 데, 연구팀은 이번 실험에서 광자가 정보를 전달하지 않았기 때문에 우주의 속도 제한을 위반하지 않았다고 설명했다. 과학계의 뜨거운 논쟁, 그리고 새로운 가능성 '음의 시간'이라는 개념은 과학계에서 뜨거운 논쟁을 불러일으켰다. 독일의 이론 물리학자 사빈 호센펠더는 유튜브에서 이 연구에 대해 비판적인 의견을 제시했다. 그는 "이 실험에서 음의 시간은 시간의 흐름과는 무관하다. 이는 단지 광자가 매질을 통과하는 방식과 위상이 변화하는 과정을 설명하는 방법일 뿐이다"고 주장했다. 하지만 앙굴로와 스타인버그는 이에 대해 반박하며, 이번 연구가 빛의 속도가 항상 일정하지 않고 매질에 따라 달라질 수 있는 이유를 설명하는 데 중요한 단서를 제공한다고 강조했다. '음의 시간'에 대한 해석과 그 의미는 여전히 과학게에서 논쟁중이지만, 이번 연구는 양자 역학의 세계를 더 깊이 이해하는 데 중요한 발검음이 될 것이다. 비록 아직은 낯설고 어려운 개념이지만, '음의 시간'은 우주에 대한 우리의 이해를 넓히고 시간과 공간에 대한 근본적인 질문을 던지며 과학적 탐구의 새로운 지평을 열 것으로 기대된다.
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[퓨처 Eyes(64)] 음의 시간⋯시간이 거꾸로 흐른다고?
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[먹을까? 말까?(84)] 찻잎 속의 보이지 않는 위험–티백에서 방출되는 미세 플라스틱
- 녹차나 캐모마일차 등을 담은 플라스틱 폴리머 기반 티백을 따뜻한 물로 우리는 과정에서 수백만 개의 미세 플라스틱이 방출되어 인간의 장으로 유입되는 것이 확인됐다. 스페인 바르셀로나 자치대학교(Universitat Autònoma de Barcelona, UAB) 유전자 및 미생물학과 변이유발연구진은 상업용 티백을 이용해 차를 우릴 때, 수십억 개의 미세 및 나노 플라스틱(MNPL)이 찻잔 속으로 유입된다는 충격적인 사실을 밝혀냈다고 어스닷컴과 메디컬 익스프레스 등 다수 외신이 전했다. 특히 이번 연구는 처음으로 이러한 미세 입자들이 인체 장세포에 흡수될 수 있으며, 혈류를 통해 전신으로 퍼질 가능성을 제시했다. 티백 속 플라스틱 오염의 원인 식품 포장은 미세 및 나노 플라스틱 오염의 주요 원인 중 하나로, 인간은 주로 호흡과 섭취를 통해 MNPL 입자에 노출된다. 이번 연구는 상업적으로 유통되는 티백이 차를 우리는 과정에서 상당량의 미세 및 나노 플라스틱을 방출한다는 점에 초점을 맞췄다. 연구진은 티백에서 다음과 같은 오염 수준을 확인했다. 연구에 사용된 티백은 나일론-6(Nylon-6), 폴리프로필렌(PP/PET), 셀룰로스(Cellulose) 폴리머로 만들어졌다. -폴리프로필렌: 1밀리리터당 약 12억 개의 나노 및 미세 플라스틱 입자가 방출되며, 평균 크기는 136.7 나노미터 -셀룰로스: 1밀리리터당 1억3500만 개의 입자가 방출되며, 평균 크기는 244 나노미터 -나일론-6: 1밀리리터당 818만 개의 입자가 방출되며, 평균 크기는 138.4 나노미터 이러한 연구 결과는 일상생활에서 흔히 사용하는 티백과 같은 제품을 통해 플라스틱 노출을 줄이는 방안 마련의 중요성을 시사한다. 첨단 분석 기법으로 티백 속 플라스틱 입자 분석 연구진은 티백에서 방출되는 플라스틱 입자를 분석하기 위해 전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM), 나노입자 추적 분석(NTA) 등 첨단 분석 기법을 활용했다. 이를 통해 플라스틱 입자의 구조, 크기 및 특성을 면밀히 조사할 수 있었다. 알바 가르시아(Alba Garcia) UAB 연구원은 "이러한 오염 물질을 첨단 기술을 통해 정밀하게 분석하는 데 성공했다"며 "이는 인체 건강에 미치는 잠재적 영향을 규명하는 데 중요한 도구가 될 것"이라고 설명했다. 미세플라스틱과-인간 장세포 상호작용 첫 분석 연구진은 이번 연구에서 미세 및 나노 플라스틱이 인체 장세포와 어떻게 상호작용하는지를 처음으로 분석했다. 이를 위해 플라스틱 입자에 염료를 입혀 이동 경로를 추적하고, 실험실에서 다양한 장세포에 노출시켰다. 그 결과, 점액을 분비하는 장세포가 티백에서 방출된 플라스틱 입자를 가장 많이 흡수하는 것으로 나타났다. 점액 분비 세포는 장을 보호하는 역할을 하지만, 일부 플라스틱 입자는 세포핵(유전 물질이 저장된 세포의 중심부)까지 침투하는 것으로 확인됐다. 이는 장기적으로 미세 및 나노 플라스틱 노출이 세포 기능과 유전자 과정에 영향을 미칠 수 있음을 시사하며, 건강에 미치는 잠재적 위험에 대한 심각한 우려를 불러일으킨다. 연구진은 특히 장 점액이 플라스틱 입자의 세포 침투를 돕는 역할을 한다는 점에 주목했다. 이는 식품 및 음료 포장재를 통해 미세 플라스틱에 자주 노출되는 사람들이 누적적인 위험에 직면할 수 있음을 의미한다. 만성적인 플라스틱 노출은 건강에 광범위한 영향을 미칠 수 있으며, 이에 대한 추가 연구와 예방 조치의 필요성이 강조된다. 미세 플라스틱 최소화하는 규제 마련 촉구 연구진은 이번 연구를 통해 식품 포장에서 방출되는 미세 및 나노 플라스틱을 최소화할 수 있도록 규제 방안을 마련할 필요성이 있음을 강조했다. 알바 가르시아 연구원은 "플라스틱 식품 포장재에서 방출되는 미세 및 나노 플라스틱 오염을 평가하는 표준화된 시험 방법을 개발하고, 이를 바탕으로 효과적인 규제 정책을 수립하는 것이 중요하다"고 밝혔다. 이어 "식품 포장에 사용되는 플라스틱의 사용량이 계속 증가하는 만큼, 식품 안전을 확보하고 공중 보건을 보호하기 위해 미세 및 나노 플라스틱 오염 문제를 해결하는 것이 시급하다"고 덧붙였다. 안전한 선택을 위한 소비자의 역할 이번 연구는 일상 속에서 우리가 인지하지 못하는 플라스틱 오염원을 조명하며, 차를 마시는 단순한 행위조차 건강에 잠재적 위험을 초래할 수 있음을 경고한다. 전 세계 수많은 차 애호가들이 폴리머 기반 티백을 사용하고 있지만, 자신도 모르게 수십억 개의 플라스틱 입자에 노출될 수 있다는 점이 밝혀진 것이다. 비록 인체 건강에 미치는 장기적인 영향에 대한 연구는 초기 단계에 불과하지만, 이번 연구는 향후 연구 및 규제 정책 수립의 중요한 기반을 마련했다. 소비자들은 자신이 사용하는 제품에 대한 정보를 바탕으로 현명한 선택을 내리고, 플라스틱 오염을 줄이기 위한 정책에 관심을 기울이는 것이 필요하다. 이 연구 결과는 국제 학술지 '케모스피어(Chemosphere)'에 게재됐다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(84)] 찻잎 속의 보이지 않는 위험–티백에서 방출되는 미세 플라스틱
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[우주의 속삭임(87)] 나사, 목성 위성 이오 화산 미스터리 44년 만에 해결
- 나사(NASA)가 태양계에서 가장 화산이 많은 목성의 비밀을 밝혔다. 이는 목성의 위성인 이오(Io)가 왜, 어떻게 그토록 화산 활동이 활발했는지에 대한 44년 동안의 수수께끼를 해결한다고 나사가 홈페이지를 통해 전했다. 나사에 따르면 이오는 지름이 3600km로 지구의 위성인 달보다 약간 크고, 약 400개의 화산이 있는 것으로 추정된다. 이 화산 폭발로 인한 연기는 우주로 수km까지 뻗어 나가고, 지구에서도 대형 망원경으로 볼 수 있다. 이오에서의 화산 활동은 지난 1979년 나사 제트추진연구소(JPL)의 과학자 린다 모라비토가 나사의 보이저 1호 우주선이 촬영한 이미지에서 처음 확인했다. 샌안토니오에 있는 사우스웨스트 연구소의 나사 주노 우주선 수석 연구원인 스콧 볼튼은 게시글에서 "모라비토의 발견 이후 행성 과학자들은 화산이 표면 아래의 용암에서 어떻게 에너지를 받아 폭발했는지 궁금해 했다"며, 이에 대해 "화산을 폭발시키는 뜨거운 마그마의 얕은 바다가 있었을까, 아니면 그 근원이 더 지역적이었을까 등 다양한 주장이 제기됐다"고 설명했다. 지난 2011년 목성과 목성 궤도를 도는 위성을 연구하기 위해 발사된 주노 우주선은 2023년과 2024년 두 차례 이오를 매우 근접해 비행하면서, 거품이 이는 표면에서 1500km 이내까지 접근했다. 볼튼은 "주노가 이오의 매우 가까이서 촬영한 데이터를 통해, 이오의 화산이 실제로 어떻게 작동하는지에 대한 정보를 얻을 수 있었다"고 말했다. 이러한 접근 과정에서 우주선은 이오의 중력을 측정할 수 있는 데이터를 수집했다. 이오는 목성과 평균 42만 2000km 떨어진 곳에서 궤도를 타원형으로 돌며, 한 바퀴를 도는 데는 42.5시간이 걸린다. 타원형의 궤도 모양 때문에 모행성, 즉 목성으로부터 이오까지의 거리는 달라지고 목성의 중력도 달라진다. 즉, 이오는 조석 굴곡(tidal flexing)으로 알려진 과정에서 스트레스 볼처럼 끊임없이 압축되고 방출된다. 볼튼은 "이러한 끊임없는 굴곡(압축과 방출)은 엄청난 열 에너지를 생성해 이오 내부의 일부를 녹였다"고 설명했다. 과거에는 이러한 굴곡 때문에 이오의 내부에 티라미수(일종의 치즈케이크) 층처럼 전체 표면 아래에 펼쳐진 거대한 마그마 바다가 있을 것이라고 생각했다. 그러나 볼튼이 주도해 이달 초 네이처지에 발표한 연구에 따르면 이는 사실이 아니다. 볼튼 연구팀의 분석에 따르면 목성의 화산 위성 이오는 마그마 바다가 아니며 내부는 대부분이 고체로 이루어져 있고, 이는 각각의 화산이 지하에 휘몰아치는 마그마 챔버(마그마가 급속히 분출될 때 생긴 빈 공간)를 가지고 있음을 시사한다는 것이다. 나사 제트추진연구소의 주노 공동 연구원인 라이언 파크는 "이오에 마그마 바다가 형성되어 있는 것이 아니라는 주노의 발견은 천문학계가 이오에 대해 알고 있었던 것을 재정립하는 이상의 의미를 갖는다"고 말했다. 파크는 "이 연구 결과가 목성의 위성 유로파와 토성의 위성 엔셀라두스, 그리고 우리 태양계 너머의 외계 행성에까지 영향을 미친다. 우리의 새로운 발견은 행성의 형성과 진화에 대해 알고 있는 것을 다시 생각할 기회를 제공한다"고 설명했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(87)] 나사, 목성 위성 이오 화산 미스터리 44년 만에 해결
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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
- 미국 캘리포니아 공과대학교(칼텍·Caltech) 과학자들이 생체적합형 미세 하이브리드 마이크로 로봇을 개발해, 치료용 약물을 원하는 신체 부위에 주입하는 데 성공했다. 미래에는 치료용 약물을 체내 필요한 곳에 정확히 전달하는 것이 소형 로봇의 과제가 될 것이다. 금속 휴머노이드 로봇이나 생체를 모방한 로봇이 아니라 눈에 보이지 않을 정도로 작은 거품과 같은 구체가 될 것이다. 체내 실핏줄을 따라 이동해야 할 것이기 때문이다. 이러한 로봇의 개발은 까다롭다. 위산과 같은 체액으로부터 생존해야 하고 외부에서 제어가 가능해야 한다. 그래야 정확하게 목표 부위로 향할 수 있다. 또 목표에 도달했을 때만 치료제를 방출해야 하며, 그 후에는 인체에 해를 끼치지 않고 신체 내에서 흡수되어야 한다. 이런 모든 요건을 충족하는 마이크로 로봇이 칼텍(Caltech) 연구팀에 의해 개발되었다고 칼텍이 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 연구팀은 로봇을 사용해 쥐의 방광에 발생한 종양의 크기를 줄이는 치료제를 성공적으로 전달했다. 관련 논문은 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 저널에 게재됐다. 연구팀이 개발한 로봇은 '생체흡수성 음향 마이크로 로봇(BAM)'이라고 명명됐다. 연구팀의 레이 가오 박사는 "약물을 신체에 주입하면 신체 모든 곳으로 확산된다. 우리가 개발한 마이크로 로봇은 종양 등 치료 대상 부위로 직접 안내해 통제되고 효율적인 방식으로 약물을 방출할 수 있다"고 말했다. 마이크로 또는 나노 로봇 개념은 새로운 것은 아니다. 전문가들은 지난 20년 동안 마이크로 로봇을 개발해 왔다. 그러나 혈액, 소변 또는 타액과 같은 복합적인 생체 유체에서 로봇을 정밀하게 움직이는 것은 매우 어렵기 때문에 생물 대상 적용은 제한적이었다. 특히 생체적합성 및 생체흡수성으로 신체에 독성 물질을 남기지 않아야 하는데, 이 역시 난제였다. 칼텍에서 개발한 마이크로 로봇은 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트라는 하이드로겔로 만들어진 미세한 구체다. 하이드로겔은 액체 또는 수지 형태로 시작해 내부에 있는 폴리머 네트워크가 굳어지면 고체가 되는 재료이다. 이러한 특성으로 하이드로겔은 다량의 액체를 유지할 수 있고, 많은 하이드로겔이 생체적합성을 갖는다. 또한 적층 제조 방법을 통해 구체의 외부에 치료용 약물을 탑재, 신체 내 목표 부위로 운반할 수 있다. 하이드로겔 레시피를 만들기 위해 연구팀의 일원이었던 줄리아 그리어는 '2광자 중합(TPP) 리소그래피'라는 기술을 활용, 3D 프린팅을 연상시키는 방식으로 복잡한 형태의 구조를 층층이 쌓아 올려 완성했다. 이 기술은 적외선 레이저 펄스를 사용해 특정 패턴에 따라 매우 정밀한 방식으로 감광성 폴리머를 가교시키는 기술이다. 그리어 팀은 직경 30마이크론의 미세 구조를 인쇄하는 데 성공했다. 이는 사람의 머리카락 직경과 비슷하다. 최종적으로 마이크로 로봇은 구체의 바깥쪽 내부에 자성 나노 입자와 치료 약물을 넣었다. 자성 나노 입자는 외부에서의 통제를 위한 것으로, 외부 자기장을 사용해 로봇을 원하는 위치로 안내할 수 있게 한다. 로봇이 목표 부위에 도달하면 그 자리에 머무르고 약물을 주입하게 된다. 연구팀은 마이크로 로봇의 외부를 친수성으로 설계해 구형 로봇이 신체를 통과할 때 뭉치지 않도록 했다. 그러나 마이크로 로봇의 내부는 기포를 가두어야 하기 때문에 친수성이어서는 안 된다. 그렇지 않으면 기포는 쉽게 붕괴되거나 용해된다. 가두어진 기포는 로봇을 이동시키고 실시간 이미징으로 추적하기 위해 중요하다. 외부는 친수성이고 내부는 소수성, 즉 물에 대한 저항성을 모두 갖춘 하이브리드 마이크로 로봇을 만들기 위해 연구팀은 2단계 화학적 변형을 고안했다. 먼저, 하이드로겔에 긴 사슬 탄소 분자를 부착해 전체 구조를 소수성으로 만들었다. 그런 다음 산소 플라즈마 에칭 기술을 사용해 외부의 긴 사슬 탄소 구조 일부를 제거함으로써 외부는 친수성으로, 내부는 소수성으로 남겼다. 이것이 이번 연구 프로젝트의 핵심 혁신이었다. 가오는 "내부는 소수성이고 외부는 친수성인 비대칭 표면 변형을 통해 소변이나 혈청과 같은 생체 유체에 장시간 기포를 가둘 수 있게 됐다“고 설명했다. 구형 마이크로 로봇 안에 있는 기포는 초음파 영상 대조제 역할을 한다. 기포를 통해 생체 내에서 움직이는 로봇을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 연구팀은 마이크로 로봇이 목표 지점으로 이동하는 것을 추적하는 방법도 개발했다. 연구의 마지막 단계는 방광 부위에 종양이 있는 쥐에 대한 테스트였다. 연구팀은 21일 동안 마이크로 로봇을 통해 네 차례 치료제를 전달했다. 그 결과 로봇이 전달하지 않은 치료제보다 종양을 줄이는 데 더 효과적이라는 사실이 규명됐다. 연구팀은 이번 개발 결과는 환자에 대한 약물 전달 및 정밀 수술을 위한 매우 유망한 플랫폼이 될 것이라고 자평하고 사람에 대한 임상 실험을 거쳐 상용화가 필요하다고 주장했다.
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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
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[퓨처 Eyes(62)] 인공일식 만드는 '유럽의 눈', 태양의 비밀 밝힐까?
- 유럽이 쏘아 올린 두 개의 '눈'이 태양의 신비를 밝히기 위한 여정을 시작했다. 유럽우주국(ESA)은 최근 인도에서 극궤도위성발사체(PSLV)를 통해 인공위성 두 대를 발사하며, 인공일식을 구현하고 태양 코로나를 정밀히 연구하는 임무에 착수했다. '프로바-3(Proba-3)'로 명명된 이 임무는 첨단 편대 비행 기술을 활용해 기존 관측의 한계를 뛰어넘는 혁신적 연구를 목표로 한다. 두 위성이 만들어낼 인공일식은 태양의 숨겨진 비밀을 밝힐 열쇠가 될 것으로 기대된다. 인공일식, 태양 연구의 새로운 도구로 떠오르다 인공일식은 실제 일식과 유사하게 태양빛을 인위적으로 차단해 태양 외곽의 가스층인 코로나를 관찰할 수 있는 기술이다. 자연일식은 태양, 달, 지구가 정확히 일직선으로 정렬되는 순간에만 짧게 관측할 수 있다. 그러나 인공일식은 위성을 활용해 필요할 때 언제든 구현할 수 있다는 점에서 기존 관측법을 뛰어넘는 혁신적 도구로 주목받는다. 프로바-3는 ESA가 주도하는 실험적 프로젝트로, 두 대의 위성이 놀랍도록 정교한 편대 비행을 통해 인공일식을 생성한다. 이를 통해 태양의 외곽 대기층인 코로나를 장시간 연구하며, 관측 기술과 차세대 우주 임무를 위한 정밀 비행 기술을 검증하는 것을 목표로 한다. ESA, 프로바-3 위성 발사 성공⋯첨단 편대 비행 기술로 '인공일식' 구현 프로바-3의 두 위성은 각각 '코로나그래프 위성'과 '오컬터 위성'으로 구성된다. 코로나그래프 위성은 태양 코로나를 촬영하는 과학 장비를 탑재하고, 오컬터 위성은 태양빛을 차단하는 디스크를 장착해 코로나그래프 위성에 그림자를 드리운다. 두 위성은 150m 거리를 유지하며 밀리미터 단위의 정밀도를 요구하는 이 기술을 실증할 예정이다. 2024년 12월 5일 오전 5시 34분(현지 시간), 두 위성은 인도 우주연구기구(ISRO)의 극궤도위성발사체(PSLV)에 실려 발사됐다. PSLV는 두 위성을 약 356마일(573km)에서 3만 7632마일(6만 563km) 사이의 타원형 궤도에 배치했다. 초기 점검 후 두 위성은 내년 초 기술 실증 실험을 위해 서로 분리된다. ESA의 프로젝트 매니저 다미앵 갈라노는 "간단히 말해, 기술적으로 도전적인 새로운 개념과 기술을 우주에서 실증하기 위한 실험"이라고 설명했다. 6시간 동안 유지되는 인공일식, 코로나 연구의 새 지평 열다 자연일식이 몇 분간 지속되는 것과 달리, 프로바-3는 최대 6시간 동안 인공일식을 유지할 수 있다. 프로바-3 오컬터 우주선은 궤도의 정점에 도달하면 약 150m 떨어진 코로나그래프 우주선에 정밀하게 제어된 그림자를 드리워 한 번에 6시간 동안 필요에 따라 일식을 관측할 수 있다. 이는 과학자들에게 코로나를 장시간 관찰할 기회를 제공한다. 코로나는 태양 표면에서 방출되는 고온의 가스층으로, 온도가 태양 표면보다 수백 배 더 높다. 과학자들은 이 현상의 원인을 밝히기 위해 노력하고 있다. 다시 말하면, 코로나는 태양의 대류 표면에서 수백만 마일 떨어져 있으며 온도는 화씨 350만도(섭씨 약 194만℃)에 달한다. 과학자들은 태양이 어떻게 태양풍을 생성하고 지구에 영향을 줄 수 있는 지자기 폭풍을 일으키는 지 이해하기 위해서 코로나를 연구하는 것이 중요하다고 강조했다. 벨기에 왕립천문대의 안드레이 주코프는 "프로바-3는 기존 관측으로는 확인할 수 없었던 1.1~3 태양 반지름의 영역을 연구할 것"이라며 "이를 통해 코로나 질량 방출(CME)과 태양풍의 가속화를 실시간으로 추적할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 프로바-3은 태양 표면에서 7만km(4만3500마일) 상공까지 평소에는 보이지 않는 코로나의 일부분을 이미지화하는 임무를 맡았다. 다른 위성의 기존 코로나그래프는 코로나의 가장 바깥 쪽을 관측하는 데 능숙한 반면, 극자외선 기기는 태양에 가까운 코로나의 일부를 관측할 수 있다. 또한, 프로바-3의 코로나그래프 위성의 고성능 카메라는 2초마다 이미지를 촬영해 태양풍을 형성하는 고온 플라스마의 미세한 움직임을 분석한다. 이는 태양풍이 최대 초속 200만 킬로미터로 가속되는 메커니즘을 규명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 150m 거리 유지, 밀리미터 단위 정밀 비행의 비밀 이번 임무의 핵심은 정밀한 편대 비행 기술이다. 두 위성은 GPS, 항성 추적기, 무선 링크, 그리고 레이저 거리 측정 장비를 활용해 서로의 위치를 지속적으로 모니터링한다. ESA의 과학자 조 젠더는 "디스크와 카메라 간 거리를 늘려야 원치 않는 빛의 간섭을 방지하고 태양 주변의 코로나를 더욱 선명하게 관찰할 수 있다"고 설명했다. 레이저 거리 측정 기술은 오컬터 위성이 코로나그래프 위성에 레이저를 발사하고 반사된 빛을 통해 거리를 계산하는 방식으로 작동한다. 이를 통해 두 위성은 손톱 두께에 해당하는 1밀리미터 오차 범위 내에서 최대 6시간 동안 위치를 유지해 인공일식을 만들어 낼 수 있다. 정밀 편대 비행 기술, 우주 탐사 혁신의 전환점 프로바-3 임무는 단순히 태양 연구에 머물지 않는다. 두 대의 우주선으로 정밀 편대 비행 기술이 입증되면, 이 기술은 향후 화성 샘플 회수 임무와 우주 쓰레기 제거 같은 프로젝트에서도 활용될 수 있다. 예를 들어, 정밀 비행을 통해 화성에서 채취한 샘플을 지구로 가져오는 캡슐을 정확히 회수하거나, 궤도에 떠도는 우주 쓰레기를 효율적으로 제거할 수 있다. ESA 사무총장 요제프 아슈바허는 "이번 임무는 작은 위성 여러 대가 협력해 가상 망원경을 형성하는 새로운 작업 방식을 열어줄 것"이라며 기술적 성과를 강조했다. 10년 연구의 결실, 국제 협력의 모범 사례 프로바-3는 약 10년에 걸쳐 14개 ESA 회원국과 캐나다의 협력으로 개발됐으며, 스페인과 벨기에가 주요 재원을 지원했다. 이 프로젝트는 국제적 협력을 통한 기술 혁신의 대표적 사례로 평가받는다. ESA에 따르면 프로바-3의 초기 시운전 단계가 계획대로 진행되면 2025년 초에 오컬터와 코로나그래프 두 개의 우주선은 분리되어 개별 점검을 시작할 예정이다. 또한 편대 비행을 통한 코로나의 첫 관측을 포함한 임무의 운영 단계는 약 4개월 후에 시작된다. 두 위성은 2년 동안 최소 1000시간의 인공일식을 생성하며 코로나 연구를 지속할 예정이다. 임무 종료 후 위성들은 궤도를 낮춰 지구 대기권에서 소멸할 예정이다. '유럽의 눈', 우주 탐사의 새 길 열다 '유럽의 눈'으로 불리는 프로바-3 임무는 태양 연구와 우주 기술의 한계를 확장하며 과학적, 기술적 도약을 동시에 이뤄냈다. 이는 우주 산업의 새로운 가능성을 열 뿐 아니라, 태양 연구를 통해 지구 환경과 우주 기후의 이해를 한층 깊게 할 것으로 기대된다. 프로바-3가 그려낼 미래는 단순히 태양의 신비를 밝히는 것에 그치지 않는다. 화성 탐사, 우주 쓰레기 제거 등 인류의 우주 탐사에 새로운 장을 열 가능성으로 가득 차 있다. 유럽의 두 '눈'이 보여줄 미래, 그 시작에 전 세계의 이목이 집중되고 있다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(62)] 인공일식 만드는 '유럽의 눈', 태양의 비밀 밝힐까?
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[우주의 속삭임(85)] 우주 거대 은하 생성, 미스터리 해결 근접
- 오랫동안 천문학자들의 궁금증을 풀어주지 못했던 은하 생성의 비밀이 풀릴 수 있을까. 수십 년 동안 전문가들을 당혹스럽게 했던 우주에서의 거대 은하 생성에 대한 미스터리를 해결할 실마리가 잡혔다고 PHYS가 전했다. 천문학자들이 거대한 타원 은하의 탄생지를 발견했으며, 이것이 은하가 어떻게 만들어졌는지에 대한 새로운 단서를 제공한다고 밝혔다. 고대 은하의 생성은 평평한 원반과 같은 우리 은하수에 비해 부풀어 오른 축구공처럼 보이며, 이는 천체물리학자들에게 여전히 미스터리로 남아 있다. 그런데, 전 세계 전문가들과 협력하는 영국 사우샘프턴 대학교의 천체 연구팀이 새로운 연구를 통해 이 수수께끼가 마침내 풀릴 수 있을 것이라고 밝혔다. 연구팀원인 사우샘프턴 대학교의 안나그라지아 풀리시 박사는 초기의 우주에서 차가운 가스의 대량 흐름과 은하 간의 충돌이 이러한 거대한 시스템을 만들었을 가능성이 있다고 말했다. 풀리시는 "두 개의 원반형 은하가 충돌하면서 별이 형성되는 연료인 가스가 중심부로 가라앉았고, 수조 개의 새로운 별이 생성되었다. 이러한 우주의 충돌은 약 80억~120억 년 전에 일어났는데, 당시 우주는 훨씬 더 활발한 진화 단계에 있었다"고 설명했다. 그녀는 "연구팀의 발견은 천문학에서 오랫동안 미스터리로 남아 있던 문제를 해결하는 데 한 걸음 더 다가가게 했다. 이는 초기 우주에서 은하가 어떻게 만들어졌는지에 대한 우리의 이해를 재정의할 것"이라고 덧붙였다. 네이처에 게재된 이 연구는 사우샘프턴 대학교, 중국 퍼플마운틴 천문대, 중국과학원 등이 협력해 수행했다. 연구팀은 칠레 아타카마 사막에 있는 세계 최대의 전파 망원경 ALMA를 사용해 먼 우주에서 별을 형성하는 100개 이상의 은하를 분석했다. 퍼플마운틴 천문대의 연구 책임자인 칭화 탄 박사는 팀이 멀리 떨어진 매우 밝은 은하에서 방출되는 빛의 분포를 살펴보는 새로운 기술을 사용해 이를 발견하게 됐다고 말했다. 그녀는 "이것은 멀리 떨어진 은하의 핵에 위치한 강렬한 별 형성 에피소드를 통해 구형 은하체가 직접 형성된다는 최초의 실제 증거다. 천체물리학자들은 수십 년 동안 이 과정을 이해하려고 노력해 왔다"고 부연했다. 그녀는 또 "이 은하들은 빠르게 형성된다. 가스가 블랙홀에 공급되도록 내부로 빨려 들어가 별의 폭발을 촉발시키는데, 별들은 우리 은하보다 10~100배 빠른 속도로 생성된다"고 설명했다. 연구진은 오픈소스 아카이브 프로젝트를 사용해 많은 먼 은하에 대한 고품질 관측 데이터를 수집했다. 연구팀은 JWST 및 유클리드(Euclid) 위성에 탑재된 망원경과 중국 우주정거장에서 수집한 데이터 및 연구 결과를 통합해 은하의 별 구성을 매핑할 것이라고 밝혔다. 풀리시 박사는 "이 연구는 초기 은하 형성에 대한 보다 완전한 그림을 제공하고, 우주가 태초부터 어떻게 진화해 왔는지에 대한 이해를 심화시킬 것"이라고 덧붙였다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(85)] 우주 거대 은하 생성, 미스터리 해결 근접
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[우주의 속삭임(84)] 중국, 달 뒷면서 채취한 암석 분석 결과 화산 분출 확인
- 달의 뒷면에서 채취한 용암 샘플을 처음으로 분석한 결과, 28억 년 전에 그곳에서 화산이 분출했다는 사실이 밝혀졌다고 스페이스닷컴이 전했다. 달은 지구와 조석으로 고정되어 있어 항상 같은 면이 지구를 향하고 있다. 달 뒷면은 지구와 가까운 쪽(지구에서 보이는 달 표면)보다 탐사가 덜 이루어졌다. 중국에서 발사한 착륙선 두 대만이 달의 뒷면에 도착했다. 최근 사이언스 저널에 발표된 연구에서 연구진은 창어 6호 착륙선이 지구로 가져온 암석 샘플을 분석했다. 2024년 임무에서 창어 6호는 남극-에이트켄 분지에서 약 1.9kg의 암석을 가져왔다. 이는 달의 뒷면에서 지구로 가져온 최초의 샘플이었다. 중국과학원 광저우 지구화학연구소의 연구팀은 이 샘플의 동위 원소와 화학적 구성을 분석하여 연대와 출처를 찾았다. 동위 원소는 핵에 같은 수의 양성자를 갖고 있지만, 중성자 수는 다른 원소의 원자이다. 중성자 수는 방사성 붕괴 중 시간이 지남에 따라 변하므로, 샘플에서 다른 동위 원소의 비율은 샘플이 얼마나 오래되었는지 나이를 측정하는 좋은 방법이다. 연구에서 현무암이라고 불리는 굳어진 용암이 28억 년 된 것으로 밝혀졌다. 이전의 연구에서는 적어도 20억 년 전까지 달의 가까운 쪽에서 화산 활동이 있었음을 발견했으며, 새로운 연구는 달의 먼 쪽에서도 화산 활동이 있었음을 보여준다. 2020년 달 앞면에 착륙했던 창어 5호 탐사선이 가져온 샘플에 대한 다른 최근의 연구에서는 불과 1억 2000만 년 전에도 달에서 화산이 분출되었을 수 있음을 암시하고 있다. 연구진은 또한 현무암을 만든 용암이 칼륨, 희토류 원소 및 인이 적은 달의 맨틀 부분에서 나왔다는 것을 발견했다. 이 원소들은 달의 가까운 쪽에 있는 용암에 널리 퍼져 있다. 연구진은 이 수수께끼 같은 불균형이 남극-에이트켄 분지를 만든 충돌 분화구 때문일 수 있다고 보고서에 썼다. 달 전체에 영향을 미칠 만큼 컸던 이 충돌은 이러한 원소를 포함하고 있는 암석을 재편했을 가능성이 있으며, 충돌 지점 바로 아래의 맨틀을 녹여 이러한 원소를 고갈시켰을 수 있다. 이러한 원소의 불균형은 달의 두 면 사이의 또 다른 이상한 차이를 설명할 수 있다. 거대한 용암류인 현무암 바다는 달 앞면의 30%를 덮고 있지만, 반대 면에서는 2%만 덮고 있다. 연구진은 칼륨이나 우라늄과 같이 반대 면에는 없는 일부 원소는 방사성이 있으며 붕괴하면서 열을 방출했다고 말했다. 달의 반대편 아래에 있는 맨틀에 이러한 원소가 없다는 점은 이러한 녹은 현무암이 없는 이유를 설명할 수 있다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(84)] 중국, 달 뒷면서 채취한 암석 분석 결과 화산 분출 확인
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[우주의 속삭임(83)] 금성, 생명체 존재했던 '푸른 행성'이었을까? 연구 결과는 '회의적'
- 지구와 쌍둥이처럼 흡사한 금성에 과연 생명체가 존재하고 있었을까. 최근 과학계에서는 금성이 과거 생명체가 있었을 가능성에 대한 논쟁이 뜨겁다. 금성은 태양계의 두 번째 행성이지만 금속 눈, 이산화탄소 대기, 수많은 화산과 산성비가 내려 지구의 '사악한 쌍둥이'로 불리고 있다. 지구와 질량 및 태양과의 거리가 비슷한 금성은 현재 납도 녹일만큼 뜨거운 표면 온도(섭씨 약 500도)와 황산 구름으로 뒤덮인 '지옥의 행성'이다. 하지만 고대에는 지구와 훨씬 유사한 환경이었을 것이라는 추측이 지배적이었다. 새로운 연구 "금성은 탄생부터 뜨거웠다" 최근 영국 케임브리지 대학교 연구팀은 금성의 대기 화학 조성을 분석한 결과, 금성 표면에 물로 이루어진 바다가 존재했을 가능성이 낮다는 연구 결과를 발표했다고 스페이스 닷컴이 2일(현지시간) 보도했다. 이는 '금성은 탄생부터 뜨거웠다'는 가설에 힘을 실어주고 있다. 연구팀은 금성 대기 중 물, 이산화탄소, 카르보닐황화물의 파괴 속도와 화산 활동을 통한 보충 속도를 분석했다. 화산 활동은 행성 내부 물질을 표면으로 운반하고 가스 형태로 방출하기 때문에 행성 내부 상태를 파악하는 중요한 지표가 된다. 지구의 화산 폭발은 물이 풍부한 내부 구조 때문에 대부분 수증기로 이루어져 있다. 반면, 금성의 화산 가스에서 수증기가 6%에 불과하다는 사실을 연구팀은 발견했다. 이는 금성 내부가 매우 건조하며, 표면에 바다를 형성할만큼 충분한 물을 가지고 있지 않았음을 시사한다. 금성은 극도로 두꺼운 대기를 가지고 있으며, 이산화탄소가 풍부한 대기에 의해서 온실효과가 발생해 금성 표면의 온도를 섭씨 약 460도까지 높인다. 이산화탄소에 의한 온실효과가 없다고 가정한다면 금성의 온도는 현재 지구의 표면 온도와 비슷하게 된다. "금성, 지구와 다른 진화 과정을 거친 행성" 이번 연구를 이끈 테레자 콘스탄티누 케임브리지 대학 천문학 연구소 박사 과정 연구원은 "금성은 태양계 외행성 연구에 중요한 의미를 지닌다"며 "생명체 거주 가능 구역의 경계에서 지구와 매우 다른 진화 과정을 거친 행성을 탐구할 수 있는 기회를 제공하기 때문"이라고 설명했다. 2029년 발사 예정인 미 항공우주국(나사·NASA)의 다빈치(DAVINCI) 미션은 금성 대기 탐사를 통해 이러한 의문에 답을 제시할 것으로 기대된다. 다빈치 탐사선은 금성 대기를 통과하며 중요한 데이터를 수집하고, 착륙 과정에서 7초간 금성 표면을 관측할 수 있을 것으로 예상된다. "생명체 존재 가능성 낮지만, 외계 행성 연구에 중요한 단서 제공" 콘스탄티누 연구원은 "과거 금성에 생명체가 살 수 있었다면, 이미 발견된 외계 행성들에도 생명체가 존재할 가능성이 높아진다"면서도 "하지만 이번 연구 결과는 금성과 유사한 외계 행성들이 생명체 거주 가능성이 낮음을 시사한다"고 밝혔다. 연구팀은 금성이 과거 지구와 유사한 환경이었기를 바랐지만, 이번 연구 결과는 그렇지 않았음을 보여준다. 이에 연구원은 "실망스럽지만, 최소한 우리가 아는 생명체가 존재할 가능성이 높은 행성에 탐사를 집중하는 것이 더욱 효율적"이라고 강조했다. 이번 연구 결과는 천문학 및 천체물리학 분야의 온라인 국제전문학술지 '네이처 천문학(Nature Astronomy)'에 게재됐다. 금성은 왜 지구의 '사악한 쌍둥이' 행성일까? 금성은 지구와 질량과 크기, 구성 성분 등이 비슷한 행성이다. 그로 인해 종종 금성은 '지구의 사악한 쌍둥이'라는 별명으로 불리고 있다. '사악한 쌍둥이'는 비록 쌍둥이로 태어났지만 살면서 서로 다른 길을 걸어 결국에는 다른 운명을 맞이한 사람을 부를 때 쓰는 용어다. 그렇다면 행성인 금성을 지구의 사악한 쌍둥이라고 부르는 이유는 무엇 때문일까. 금성과 지구는 태양계 행성 중에서 마치 쌍둥이처럼 크기와 질량이 가장 비슷하다. 금성의 지름은 지구의 약 95%이고, 질량은 81%정도다. 밀도도 비슷해서 중력도 거의 같다. 그로 인해 초기 태양계 형성 당시 지구와 금성은 비슷한 구성성분으로 이루어져 있었을 것으로 추정된다. 암석형 행성이라는 공통점도 있다. 이와 같이 쌍둥이처럼 닮은 점도 있지만, 금성과 지구의 환경은 극명하게 다르다. 지구는 생명체가 번성하는 푸른 행성이지만, 금성은 표면 온도가 464℃에 달하고 대기압이 지구의 92배에 달하는 고온 고압의 환경이다. 게다가 금성의 대기는 이산화탄소로 가득차 있고 황산 구름이 뒤덮고 있어 생명체가 살 수 없는 마치 '지옥'과 같은 환경이다. 이처럼 금성은 지구와 쌍둥이처럼 닮았지만 전혀 다른 운명을 맞이한 '사악한 쌍둥이'와 같은 양상을 보이고 있다. 즉, 금성은 지구와 전혀 다른 극단적인 환경으로 인해 생명체가 살 수 없어서 '사악한 행성'이 된 것이다.
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[우주의 속삭임(83)] 금성, 생명체 존재했던 '푸른 행성'이었을까? 연구 결과는 '회의적'
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[기후의 역습(91)] 기후 변화로 인한 산불, 새로운 치매 원인으로 급부상
- 기후가 더 따뜻하고 건조해지면서 산불 발생이 빈번해지고 지역적으로도 대폭 확대되고 있다. 이로 인해 수천만 명이 치매 위험에 처할 수 있다는 연구가 발표돼 주목받는다고 데일리메일이 전했다. 펜실베이니아 대학교와 캘리포니아의 카이저 퍼머넌트 공동 연구진의 분석 결과 산불로 인한 대기 오염에 노출된 사람들은 단 3년 동안의 노출만으로 치매에 걸릴 위험이 18% 더 높아지는 것으로 나타났다. 산불이 아닌 산업용 제조 또는 자동차 등의 오염에 노출된 사람들은 치매 위험이 1% 더 높아졌을 뿐이다. 초미세먼지(PM2.5)로 알려진 오염 물질에 장기간 노출되는 것이 치매에 걸릴 위험을 높인다는 사실은 이미 알려져 있다. 그러나 산불로 인해 생성되는 미세한 오염 물질(재, 일산화탄소 및 이산화탄소, 포름알데히드, 휘발성 화합물, 기타 발암 물질)이 사람들의 뇌에 어떤 영향을 미치는지는 알려진 바가 적다. 연구진은 2008~2019년까지 캘리포니아에서 평균 3년 동안 산불 오염에 노출된 120만 명의 의료 기록을 분석했다. 캘리포니아 산림 화재 보호국(CAL FIRE)에 따르면 그동안 9만 157건의 산불이 발생했으며, 약 8만 1000명이 치매 진단을 받았다. PM2.5는 지름 2.5마이크로미터 미만의 초미세먼지로 흡입을 통해 폐로 들어갈 만큼 작다. 연구진은 이 입자가 혈류로 들어가 몸 전체를 순환하면서 뇌의 보호 장벽을 관통한다고 추정했다. 그리고 이것이 뇌의 악화를 가속화하고 치매로 이어질 수 있다고 결론지었다. 이 연구는 알츠하이머병, 루이소체 치매, 혈관성 치매, 전두측두형 치매, 파킨슨 치매 및 불특정 치매 진단을 두루 분석하고 있다. PM2.5는 가스, 디젤, 목재, 제조 및 정유 공장의 연소 등으로 발생하지만, 산불로 인해 방출되는 것이 더욱 해롭다고 연구진은 밝히고 있다. 2020년 65세 이상의 미국인 700만 명이 치매를 앓고 있었고, 2019년 70세 이상의 성인 중 치매를 앓고 있는 비율은 10%였다. 현재 추세가 계속된다면 2030년까지 900만 명 이상의 미국인이 치매를 앓고, 2040년까지 그 숫자는 1200만 명까지 늘어난다. 그러나 이번 연구는 다른 결과를 보여 준다. 산불이 흔해짐에 따라 치매 진단이 더욱 늘어날 것이라는 예측이다. 연구진은 이에 대한 추가 연구가 반드시 필요하다고 주장했다. 또 소수 민족과 빈곤 지역 주민 등 취약한 인구 집단에 대해서는 대기 오염을 완화하기 위한 노력이 배가되어야 한다고 지적했다. 한편 메릴랜드 대학 연구진에 따르면 전국적으로 산불로 인해 소실된 면적은 2001~2023년까지 매년 약 5.4%씩 증가했다. 이로 인해 PM2.5의 발생도 크게 늘었다. PM2.5의 과도한 증가는 뇌세포의 방어 시스템을 무력화해 세포 손상, DNA 돌연변이 및 세포 기능 장애로 이어질 수 있다. 또한 심장병, 암 및 알츠하이머병 발생 위험을 높인다. 연구진은 또 산불로 발생하는 PM2.5가 뇌의 건강한 균형을 유지하고 감염과 싸우며 뇌에서 유해물질을 제거하는 면역 세포를 과도하게 활성화시킬 수 있다고 말했다. 과도한 활성화는 뇌와 척수에 해로운 영향을 미칠 수 있다. 나아가 세포독성 인자를 대량으로 생성해 건강한 세포를 손상시키거나 죽인다. 연구진은 PM2.5의 과도한 노출은 신체의 정상적인 대사를 방해해 간접적으로 치매를 유발함은 물론, 혈전, 과도한 출혈, 뇌혈관 기능 장애 및 뇌졸중의 위험을 증가시킬 수 있다고 지적했다. 이는 치매의 근본적인 위험 요인이 될 수 있다. 연구에 따르면 2018년 산불로 인한 경제적 피해는 막대했으며, 그중 의료비도 약 1490억 달러에 달했다.
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[기후의 역습(91)] 기후 변화로 인한 산불, 새로운 치매 원인으로 급부상
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[기후의 역습(89)] 나사 슈퍼컴퓨터, 인류 위협하는 탄소 배출량 3D 모델 공개
- 나사(NASA)가 슈퍼컴퓨터를 이용해 데이터를 분석, 인류에게 위협이 되는 기후 변화의 주범인 전 세계 탄소 배출량을 보여주는 3D 모델을 공개했다고 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 메릴랜드주에 소재한 나사 고다드 우주비행센터의 게시글에 따르면, 고다드 산하 기후 시뮬레이션 센터는 3D 모델링 및 애니메이션과 같은 할리우드 영화 제작 도구를 사용해 디스커버(Discover) 슈퍼컴퓨터로 데이터 세트를 분석, 자세하고 정확한 탄소 배출량의 시각화에 성공했다. 이 애니메이션 프로젝트는 슈퍼컴퓨팅 파워와 SVS(고다드 센터의 과학시각화 스튜디오) 장비로 수행됐다. 대량의 데이터를 슈퍼컴퓨터로 분석하고, 이를 SVS에서 애니메이션과 같은 시각화 데이터로 변환해 일반인들도 쉽게 이해할 수 있도록 한 것이다. 애니메이션 모델은 전 세계 발전소, 대형 화재, 도시 활동의 영향으로 인해 배출돼 지구 대기권으로 진입하는 탄소 배출량을 그림으로 나타낸다. 또 탄소 배출이 대기권의 기류와 다양한 기상 패턴을 통해 지구 전체에 어떻게 퍼져 나가는지도 보여준다. 고다드의 기후 과학자 레슬리 오트는 게시글에서 "정책 입안자와 과학자 모두 탄소가 어디서 배출되는지, 그것이 지구에 어떤 영향을 미치는지를 이해하고자 노력했으며, 결국 3D 애니메이션 모델로 탄생했다"고 말했다. 오트는 "이 모델을 활용하면 탄소 발생이 다양한 기상 패턴을 통해 대기권과 어떻게 상호 연결되어 있는지를 확인할 수 있다"고 부연했다. 3D로 만들어진 탄소 발생 애니메이션을 보면 미국, 남아시아, 중국의 경우 탄소 배출의 대부분은 발전소, 자동차, 트럭, 산업 시설에서 발생한다. 반면 아프리카와 남미에서는 토지 관리, 산림 벌채, 농업을 위한 인위적인 화재, 석유와 석탄 등 화석연료 연소와 관련된 탄소 배출이 주로 이루어진다. 만들어진 탄소 발생 시각 자료는 지구 전역에서 '맥박이 뛰는 것처럼' 동적으로 발생하는 탄소 배출 현황을 역력히 보여준다. 맥박처럼 뛰는 모양은 불꽃이 위아래로 타오르는 것과 함께, 나무와 식물이 광합성을 할 때 탄소가 흡수 및 방출되는 것을 나타낸다. 이 모델은 기후 변화의 악화에 결정적인 영향을 미치는 엄청난 양의 탄소 배출을 보여준다는 점에서 의미가 크다. 탄소 배출량이 많을수록 대기는 더 따뜻해진다. 2023년은 역대 가장 가장 더운 해로 기록됐으며, 지난 10년 모두 역사상 가장 더운 상위 10개 연도였다. 기후 변화에 관한 정부 간 패널(IPCC)에 따르면, 인간 활동은 명백하게 지구 온난화를 일으켰으며, 이로 인해 더 강렬한 열파, 폭풍, 산불, 해수면 상승을 포함한 심각한 기상 이변이 일어나고 있다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(89)] 나사 슈퍼컴퓨터, 인류 위협하는 탄소 배출량 3D 모델 공개
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[신소재 신기술(135)] 데이터 센터 냉각 효율 획기적으로 높이는 신소재 개발
- 미국과 중국 과학자들이 공동으로 데이터 센터의 냉각 효율을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 소재를 개발했다. 이 소재는 가정과 기업용 전자기기의 에너지 효율성을 향상시키는 데에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 현재 데이터 센터는 방대한 양의 데이터를 저장하는 하드웨어를 냉각하기 위해 대규모 냉각 시스템을 가동하고 있다. 이는 전체 에너지 사용량의 약 40배에 달하는 막대한 에너지를 소비한다. 매년 약 8테라와트시(TWh)의 에너지가 데이터 센터 냉각에 사용되는 실정이다. 8테라와트시는 엄청나게 큰 에너지 용량이다. 일반적인 가정의 월평균 전력 사용량은 약 300kwh이다. 8TWh는 약 2600만 가구가 한 달 동안 사용할 수 있는 전력량에 해당한다. 또 다른 예를 들면 2021년 기준 한국의 총발전량은 약 577TWh이다. 8TWh는 한국 전체가 약 5일 동안 사용할 수 있는 전력량이다. 미국 텍사스대학교(UT) 오스틴 캠퍼스와 중국 쓰촨대학교 공동 연구팀은 데이터 센터 냉각 효율을 높일 수 있는 새로운 유기 열계면 소재(TIM)를 개발했다고 과학 전문매체 사이언스얼라트가 보도했다. 연구팀은 TIM을 통해 데이터 센터 냉각에 필요한 에너지를 약 13% 절감할 수 있을 것으로 예상했다. 이 TIM은 전자 부품에서 발생하는 열을 히트싱크로 빠르게 전달해 공기 또는 물을 통해 열을 방출하는 효율성을 획기적으로 높인다. 연구팀은 실험실 테스트에서 TIM을 사용했을 때 기존 냉각 방식 대비 전자 부품의 온도를 낮추면서도 방열량을 2배 증가시키는 것을 확인했다. 또한, 냉각 펌프의 에너지 사용량을 65% 절감하는 효과도 입증했다. 이번 연구를 주도한 텍사스대학교 오스틴 캠퍼스의 재료과학자 구이화 유 교수는 "데이터 센터를 비롯한 대규모 전자 시스템의 냉각 인프라 전력 소비가 급증하고 있다"며 "이러한 추세는 앞으로도 계속될 것이므로 킬로와트급 이상의 고전력 장치를 효율적이고 지속 가능하게 냉각할 수 있는 새로운 방법을 개발하는 것이 중요하다"고 강조했다. 쓰촨대학교의 카이 우 교수는 "이번 연구 결과는 이론적으로 예측된 이상적인 성능에 더 가까워졌음을 의미하며, 고전력 전자 장치를 위한 보다 지속 가능한 냉각 솔루션을 가능하게 한다"고 설명했다. 연구팀은 현재 데이터 센터 사업자들과 협력하여 더 큰 시스템과 다양한 환경에서 새로운 TIM을 적용하는 연구를 진행하고 있다. 인공지능(AI) 모델의 발전과 데이터 사용량 증가로 인해 2028년 데이터 센터 전력 사용량은 2023년의 2배에 달할 것으로 예상된다. 골드만삭스의 산업 분석가들은 2080년까지 데이터 센터 전력 사용량은 160% 급증할 것으로 예측했다. 골드만삭스 분석가들은 또한 AI 애플리케이션만으로도 2023년부터 2030년까지 데이터 센터 전력 소비량이 연간 200테라와트시 증가할 것으로 추정했다. 이는 심각한 에너지 문제를 야기할 수 있으며, 과학자들은 이를 해결하기 위해 노력하고 있다. 카이 우 교수는 "이 소재는 데이터 센터에서 항공 우주에 이르기까지 에너지 집약적인 분야에서 지속 가능한 냉각을 가능하게 하여 보다 효율적이고 친환경적인 기술 개발에 기여할 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 저널에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(135)] 데이터 센터 냉각 효율 획기적으로 높이는 신소재 개발
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[우주의 속삭임(80)] 블랙홀 둘러싸고 있는 코로나 모양 첫 공개
- 블랙홀을 둘러싸고 있는 코로나 모양이 처음으로 공개됐다. 지구상에서 개기일식을 관찰하면, 태양을 가린 달 주위를 밝은 빛의 후광이 둘러싸고 있는 현상을 보게 된다. 이는 코로나라고 불리는 것으로, 태양의 확산된 외기권을 말한다. 이 외기권은 너무 얇아서 지구에서 보면 진공으로 생각되지만, 코로나 온도가 섭씨 수백만 도에 달하는 강한 에너지이기 때문에 개기일식 때 볼 수 있다. 우주의 블랙홀 역학에 따르면 블랙홀에도 코로나가 있다. 또한 태양의 코로나와 마찬가지로 블랙홀 코로나도 관찰하기 어렵다. 그런데 최근 천체물리학저널(The Astrophysical Journal)에 실린 연구에서 블랙홀 코로나 영역에 대한 관찰이 이루어졌다고 사이언스얼라트가 전했다. 활성 블랙홀의 경우, 일반적으로는 블랙홀을 둘러싸고 있는 도넛 모양의 가스와 먼지 토러스가 있다. 또 블랙홀의 회전면을 따라 정렬된 가열된 물질의 강착원반(디스크)이 있는 것으로 추정된다. 블랙홀의 극지방에서 흘러나오는 것은 거의 빛의 속도로 빠르게 멀어지는 이온화된 가스 제트이다. 우리가 관측하는 다양한 유형의 활성 은하핵(AGN)은 이 모델로 설명할 수 있다. 이유는 지구를 향하는 블랙홀의 방향에 따라 AGN의 모양이 변화하기 때문이다. 모델에 따르면, 강착원반의 가장 안쪽은 밀도가 진공에 가까운 과열 영역이며, 이는 블랙홀로 흘러 들어간다. 블랙홀 코로나는 태양의 코로나와 비슷하지만, 온도는 태양의 수백만 도에 비해 훨씬 높은 수십억 도에 달한다. 그러나 넓게 확산되어 있기 때문에, 그 빛은 강착원반의 빛에 압도된다. 연구팀은 블랙홀의 코로나를 연구하기 위해 개기일식 중 태양의 코로나를 관찰하는 것과 유사한 기법을 사용했다. 블랙홀이 지구를 기준으로 하는 방향은 일부 블랙홀의 경우 가스와 먼지의 토러스가 강착원반 영역에 대한 우리의 시야를 가리는 반면, 다른 블랙홀의 경우 원반을 직접 볼 수 있다. 이를 가려진 블랙홀과 가려지지 않은 블랙홀이라고 한다. 가려진 블랙홀은 강착원반의 빛이 시야에서 가려지기 때문에 개기일식으로 가려진 태양과 유사하다. 블랙홀의 코로나도 마찬가지이다. 그러나 블랙홀 코로나는 너무 뜨거워서 극도로 높은 에너지의 X선을 방출한다. 이 X선은 토러스의 물질을 산란시키고 우리의 시야로 반사될 수 있다. 연구진은 나사(NASA)의 이미징X선편광측정탐사선(IPXE)에서 얻은 데이터를 사용, 우리 은하의 백조자리 X-1과 X-3, 대마젤란 성운의 LMG X-1과 X-3 등 12개의 가려진 블랙홀 데이터를 수집했다. 연구진은 이들 블랙홀의 코로나에서 산란된 X선을 관찰할 수 있었으며, 블랙홀 사이의 패턴도 감지할 수 있었다. 데이터에 따르면 코로나는 태양의 코로나와 비슷한 구체로 블랙홀을 둘러싼 것이 아니라 강착원반과 비슷한 원반으로 블랙홀을 둘러싸고 있다. 이번 연구는 천문학계에서 블랙홀 모델을 다듬는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 블랙홀이 어떻게 물질을 소비하고, 먼 은하에서 관측하는 AGN에 동력을 공급하는지를 이해하는 데 기여할 것으로 보인다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(80)] 블랙홀 둘러싸고 있는 코로나 모양 첫 공개
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[기후의 역습(84)] 기후 변화로 바다 독성 점점 더 강해져
- 지구 온난화로 바다의 독성이 점점 더 강해지고 있는 것으로 나타났다. 바다는 따뜻해지고 산성화되면서 산소를 잃고 있다. 이는 기후 변화의 잘 알려진 결과물이다. 이러한 변화가 해양 환경의 오염 물질에 영향을 미쳐 바다 독성을 더욱 강화시키고 있다는 연구 결과가 나와 주목된다고 사이테크데일 리가 전했다. 새로운 연구는 바다의 미량 오염 물질과 기후 변화의 상호작용을 조사한 것이다. 그 결과는 네이처의 지구와 환경 저널(Communications Earth & Environment)에 게재됐다. 기후 변화를 이끄는 많은 오염 물질이 바다로 방출되고 있다. 연구를 주도한 지오마르 헬름홀츠 해양연구센터(GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel)의 해양 화학자 레베카 지톤 박사는 "바다의 미량 원소가 기후 변화의 영향을 어떻게 받는가를 이해하고 싶었다. 지금까지 이에 대한 연구는 거의 이뤄지지 않았다. 연구진은 인간이 유발한 원인과 자연적인 원인 두가지를 모두 조사했다"고 설명했다. 납, 수은, 카드뮴과 같은 금속은 산업이나 화석연료 연소와 같은 인간 활동을 통해서만 바다에 유입되는 것이 아니다. 기후 변화로 인해 자연적인 공급원도 변화하고 있다. 해수면 상승, 강 범람 또는 고갈, 해빙과 빙하 용융 등 모든 과정이 오염 물질 흐름을 촉진시키고 있다. 이 연구는 해양 환경 보호의 과학적 측면에 대한 유엔 공동 전문가 그룹(GESAMP)의 실무 그룹 분석 결과를 요약한 것으로, 해양의 금속 오염 물질에 초점을 맞추고 있다. 이 실무 그룹은 모나코 국제원자력기구(IAEA)의 해양 환경 연구실 전 책임자이자 GEOMAR의 해양 광물 자원 교수 실비아 샌더 박사가 시작했다. 알프레드 베게너 연구소, 헬름홀츠 극지 및 해양 연구 센터(AWI)의 크리스토프 뵐커도 참여했다. 샌더 박사는 "실무 그룹은 기후 변화와 온실가스가 해양 오염 물질에 미치는 영향에 초점을 맞췄다"며 북극 해역의 수은 농도 상승을 예로 들었다. 빙하가 녹고 영구 동토층이 해빙되고 해안이 침식하는 등 자연 공급에 의한 수은 방출 때문에 일어난 현상이다. 전통적인 어업에 의존하는 지역 사회에 특히 위협이 되는데, 수은이 먹이 사슬에 축적되어 오염된 생선을 섭취하기 때문이다. 샌더 교수는 "인간 활동으로 인해 납과 같은 독성 금속의 전 세계 유입량은 산업화 이전 수준에 비해 10배, 수은은 3~7배 증가했다"라고 말하며 "은과 같은 독성 원소는 석탄 연소와 항균 제품에서 은 나노입자의 사용이 증가함에 따라 해안 해역에서 점점 더 많이 검출되고 있다"고 우려했다. 또 해양 운송과 플라스틱 사용도 중금속 확산에 기여한다. 플라스틱은 물에서 구리, 아연, 납과 같은 금속과 결합할 수 있다. 결합된 오염 물질은 또한 먹이 사슬로 유입될 수 있다. 미래에는 해양 개발이 증가함에 따라 인간의 중금속 오염이 더욱 증가할 수 있다. 해수 온도 상승, 해양 산성화, 산소 고갈과 같은 기후 변화는 다양한 방식으로 미량 원소에 영향을 미친다. 수온이 높아질수록 수은과 같은 미량 원소의 해양 생물에 의한 생체 이용과 흡수가 증가한다. 이는 높은 온도가 신진대사를 촉진하고, 산소 용해도를 감소시키며, 아가미 환기를 증가시켜 더 많은 금속이 생체에 들어가 체내에 축적되기 때문이다. 바다는 인간이 방출하는 이산화탄소의 대부분을 흡수한다. 이 때문에 더 산성화되어 pH 수준이 떨어진다. 이는 구리, 아연 또는 철과 같은 금속의 용해도와 생체 이용률을 증가시킨다. 이 효과는 특히 구리에서 두드러지는데, 구리는 고농도에서 많은 해양 생물에 강한 독성을 일으킨다. 특히 해안 지역과 해저에서 산소가 고갈되면서 미량 원소의 독성 효과가 커진다. 이는 홍합, 게 및 기타 갑각류와 같이 해저에 서식하는 생물체에 스트레스를 준다. 인간 활동은 두 가지 방식으로 해안 지역의 오염 물질의 양에 영향을 미친다. 직접적으로는 오염 물질을 곧바로 방출하는 것이고, 간접적으로는 인간이 유발한 기후 변화가 자연에 미치는 영향을 통해서다. 연구는 그러나 기후 변화가 해양의 오염 물질에 어떤 영향을 미치는지에 대한 데이터가 여전히 부족하다는 사실도 보여준다. 실무 그룹은 오염 물질에 대한 연구를 확대해야 한다고 강조한다. 또한 더 나은 모델과 규제법을 통해 바다에 영향을 미치는 오염 물질에 대한 통제를 강화해야 한다고 권고한다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(84)] 기후 변화로 바다 독성 점점 더 강해져
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미세 플라스틱, 구름 형성 촉진…극한 날씨와 기후변화 가속 우려
- 미세 플라스틱이 대기 중 구름 형성을 촉진시켜 극한 날씨와 기후 변화를 가속화시킨다는 연구 결과가 최근 발표됐다. 구름은 대기 중의 보이지 않는 기체인 수증기가 먼지와 같은 작은 부유 입자와 결합해 물방울이나 얼음 결정으로 변할 때 형성된다. 최근 발표된 연구에서 미세 플라스틱 입자도 동일한 효과를 낼 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또 미세 플라스틱이 없는 물방울보다 섭씨 5~10도 더 따뜻한 온도에서 얼음 결정이 생성될 수 있음도 보여주었다고 더컨버세이션이 전했다. 연구 결과는 공기 중에 미세 플라스틱이 없었다면 구름이 형성되지 않았을 좀 더 따뜻한 조건에서 미세 플라스틱이 구름을 생성함으로써 날씨와 기후에 적지 않은 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 대기 화학자 중심으로 구성된 연구진은 다양한 유형의 입자가 액체 물과 접촉할 때 어떻게 구름 속에서 얼음이 형성되는지를 분석했다. 대기에서 지속적으로 발생하는 이 과정은 '핵 형성'이라고 부른다. 대기 중의 구름은 액체 물방울, 얼음 입자 또는 두 가지의 혼합물로 구성된다. 기온이 섭씨 0도에서 영하 38도 수준인 중상층 대기의 구름에서 얼음 결정은 일반적으로 건조한 토양의 미네랄 먼지 입자나 꽃가루 또는 박테리아와 같은 생물 입자 주위에 형성된다. 미세 플라스틱도 그런 입자 중 하나다. 미세 플라스틱은 너비 5mm 미만으로 연필 끝에 달린 지우개 정도의 크기다. 일부는 이보다 더 작고 미세하다. 미세 플라스틱은 매우 작기 때문에 공기 중으로 쉽게 이동할 수 있다. 구름 속의 얼음은 날씨와 기후에 중요한 영향을 미친다. 대부분의 강수는 얼음 입자로 시작되기 때문이다. 전 세계 대부분 지역의 구름은 대기 중으로 높이 확장되고 차가운 공기가 구름 꼭대기 수분을 얼린다. 얼음이 형성되면 주변의 액체에서 수증기를 끌어당기고, 얼음 결정은 떨어질 만큼 무거워진다. 얼음이 형성되지 않으면 구름은 비나 눈으로 내리기보다는 증발하는 경향이 있다. 구름은 또한 여러 가지 방식으로 날씨와 기후에 영향을 미친다. 지구 표면에서 들어오는 햇빛을 반사하여 냉각 효과를 내기도 하고 지구 표면에서 방출되는 일부 복사선을 흡수해 온난화 효과를 증폭시킨다. 반사되는 햇빛의 양은 구름에 포함된 액체 상태의 물과 얼음의 양에 따라 달라진다. 미세 플라스틱이 구름에서 얼음 입자를 증가시키면, 이 비율의 변화는 구름이 지구의 에너지 균형에 미치는 영향을 바꿀 수 있다. 물이 섭씨 0도에서 언다고 하지만, 항상 그런 것은 아니다. 먼지 입자와 같이 핵을 형성할 물질이 없다면 물은 섭씨 영하 38도까지 얼지 않고 과냉각될 수 있다. 더 따뜻한 온도에서 동결하려면 물에 녹지 않는 물질이 물방울에 존재해야 한다. 이 입자는 첫 번째 얼음 결정이 형성될 수 있는 표면을 제공한다. 미세 플라스틱이 존재하면 얼음 결정이 형성돼 비나 눈이 더 많이 내릴 수 있다. 연구진은 미세 플라스틱 조각이 물방울의 핵 역할을 할 수 있는지를 확인하기 위해 대기 중에서 가장 널리 퍼진 네 가지 플라스틱, 즉 저밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 이용했다. 각각은 깨끗한 상태와 자외선, 오존 및 산에 노출된 상태 두 가지로 테스트되었다. 이 모든 것이 대기 중에 존재하며 미세 플라스틱의 구성에 영향을 미칠 수 있다. 연구진은 미세 플라스틱을 작은 물방울에 현탁시키고, 물방울을 천천히 냉각시켜 어는 시점을 관찰했다. 또한 플라스틱 조각의 표면을 분석해 분자 구조를 파악했다. 얼음 핵 형성은 미세 플라스틱의 표면 화학 성질에 따라 달라질 수 있기 때문이었다. 테스트한 대부분의 플라스틱에서 물방울의 50%는 섭씨 영하 22도로 냉각될 때까지 얼었다. 일부 미세 플라스틱은 미세 플라스틱이 없는 물방울보다 더 따뜻한 온도에서 얼음 핵을 형성했다. 자외선, 오존 및 산에 노출되면 입자의 얼음 핵 형성 활동이 감소하는 경향이 있었다. 이는 얼음 핵 형성이 미세 플라스틱 입자 표면의 작은 화학적 변화에 민감하다는 것을 시사한다. 그러나 이 플라스틱들은 여전히 얼음 핵을 형성하므로 구름 속 얼음의 양에 영향을 미칠 수 있다. 미세 플라스틱이 날씨와 기후에 어떤 영향을 미치는지 이해하려면 구름이 형성되는 고도에서의 농도를 알아야 한다. 또 미네랄 먼지 및 생물학적 입자 등 얼음 핵 형성이 가능한 다른 입자와 비교해 미세 플라스틱의 농도를 확인해야 한다. 이러한 측정을 통해 미세 플라스틱이 구름 형성에 미치는 영향을 모델링할 수 있다. 플라스틱 조각은 크기와 구성이 다양하다. 향후 연구에서는 가소제와 착색제 등 첨가제가 포함된 플라스틱과 미세 플라스틱 입자를 이용해 분석을 진행할 계획이다.
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- 포커스온
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미세 플라스틱, 구름 형성 촉진…극한 날씨와 기후변화 가속 우려
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[신소재 신기술(125)] 양자 '슈뢰딩거의 고양이' 23분간 유지 성공⋯양자역학 새 지평 열어
- 과학자들이 양자 고양이 상태를 무려 23분(1400초) 이상 유지해 기존 기록을 경신했다. 중국 과학기술대학교 연구진이 '슈뢰딩거의 고양이' 상태를 1400초(약 23분 33초) 동안 유지하는 데 성공했다는 연구 결과를 발표했다고 IFL사이언스가 전했다. 이는 양자 중첩 상태를 장시간 유지한 세계 최장 기록으로, 고정밀 특정 및 양자 컴퓨터 정보 처리 분야에 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대된다. 슈뢰딩거의 고양이는 양자역학의 원리를 설명하는 데 자주 사용되는 비유로 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 1935년에 고안한 사고 실험이다. 이 실험은 양자 역학의 불완전함을 보여주기 위해서 고안됐다. 실험 원리는 다음과 같다. 상상속의 밀폐된 상자 안에 고양이 한 마리가 들어있다. 또 상자 안에는 방사성 물질과 연결된 독가스 장치가 있다. 방사성 물질은 1시간 안에 50%의 확률로 붕괴한다. 만약 붕괴하면 독가스가 방출되어 고양이가 죽고, 붕괴하지 않으면 고양이가 살아 있다. 여기서 중요한 점은 상자를 열어보기 전까지는 고양이가 죽었는지 살았는지 확인할 수 없다는 것이다. 양자역학에 따르면, 상자를 열어 확인하기 전까지 고양이는 죽어 있는 상태와 살아 있는 상태가 중첩되어 존재한다. 즉, 고양이는 살아 있으면서 죽어 있는 상태다. 슈뢰딩거는 이 실험을 통해 양자역학의 '중첩' 해석에 의문을 제기했다. 거시세계에서는 고양이가 죽었거나 살았거나 둘 중 하나이며 중첩된 두 가지 상태가 동시에 존재할 수 없기 때문이다. 즉, '슈뢰딩거의 고양이'는 양자역학의 불확실성을 설명하는 사고 실험으로, 상자 속 고양이가 살이 있는 상태와 죽어 있는 상태가 중첩되어 존재한다는 개념이다. 연구팀은 1만개의 이터븀 원자를 절대영도보다 몇 천분의 1도 높은 온도로 냉각시키고 빛을 이용하여 포획하는 실험을 진행했다. 각 원자는 정밀하게 제어되어 두 가지 스핀 상태의 중첩 상태, 즉 '양자 고양이' 상태를 형성했다. 이번 연구에서 주목할 점은 양자 고양이 상태의 유지 기간이다. 자연 상태에서는 중첩 상태가 순식간에 붕괴되지만, 이번 실험에서는 1400초 동안 유지됐다. 연구진은 진공 개념을 개선하면 유지 시간을 더욱 늘릴 수 있을 것으로 예상했다. 인도 캘거리 대학교의 배리 센더스 교수는 "이터븀 원자를 이용해 안정적인 양자 고양이 상태를 구현한 것은 놀라운 성과"라며 "이를 통해 미세한 외부 영향을 감지하고 상호 작용을 연구하는 데 활용할 수 있다"고 평가했다. 센더스 교수는 이 연구에 참여하지는 않았다. 이번 연구는 이터븀 원자를 이용한 장치가 자기장 측정에 매우 민감하게 반응한다는 사실을 밝혀냈으며, 다양한 분야의 응용 가능성을 제시했다. 양자역학 분야에서는 지난해에 16 마이크로그램의 결정을 중첩 상태로 만드는 실험이 성공하는 등 끊임없는 혁신이 이루어지고 있다. 이번 연구 결과는 아직 동료 평가를 받지 않았으며, 관련 논문은 아카이브(arXiv)에서 확인할 수 있다.
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[신소재 신기술(125)] 양자 '슈뢰딩거의 고양이' 23분간 유지 성공⋯양자역학 새 지평 열어
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[기후의 역습(80)] 산불로 전 세계 탄소 배출량 2001년 이후 60% 급증
- 전 세계에서 발생하는 산불이 점점 더 빈번해지고 더 강해지고 있으며, 이로 인한 탄소 배출도 크게 늘고 있다는 보고서가 발표돼 주목된다고 지구 환경을 전하는 어쓰닷컴이 전했다. 이스트앵글리아 대학교(UEA)의 매튜 존스 박사가 이끈 이 연구는 지난 20년 동안 산불 규모가 커졌을 뿐만 아니라 심각성이 심화되고 있다는 점을 강조하고 있다. 이 연구는 사이언스 저널에 실렸다. 연구에 따르면 산불로 인한 이산화탄소(CO2) 배출량은 2001년 이후 전 세계적으로 60% 증가했다. 특히 기후 변화에 매우 민감한 일부 북부 한대림에서는 이 기간 동안 이산화탄소 배출량이 거의 3배 증가했다고 한다. 이 연구는 유사한 환경, 인간 및 기후적 영향으로 인해 유사한 산불 패턴을 보이는 지역을 나타내는 데 사용되는 용어인 ‘파이롬(pyromes)’이라는 개념을 기반으로 하고 있다. 연구의 목표는 최근 산불 활동의 급증을 촉진하는 주요 요인을 찾는 것이었다. 연구 중 한 가지 놀라운 발견은 유라시아와 북아메리카의 한대림 숲을 가로지르는 가장 큰 북쪽 수림대에서 발생한 화재로 인해 탄소 배출량이 2001~2023년 사이에 50% 증가했다는 것이다. 탄소 발생은 이 지역에서 뿐만 아니라 전 세계적으로 열대 외의 수림에서도 발생해 연간 5억 톤의 탄소를 배출했다. 이 연구는 탄소 배출량 증가를 ▲폭염이나 가뭄 등 화재 발생 가능성을 높이는 날씨의 급증 ▲산림의 성장으로 인해 가연성 식물이 풍부해지는 것을 연관시켜 분석하고 있다. 이 두 가지 상황은 모두 북반구 고위도의 급속한 온난화로 인해 증폭된다. 이 추세는 세계 평균보다 두 배나 빠르게 진행되고 있다. 연구진에는 영국, 네덜란드, 미국, 브라질, 스페인의 학자들이 포함되었다. 전문가들은 화석연료 배출과 같은 기후 변화의 주범이 해결되지 않으면 산불이 계속 번질 것이라고 경고하고 있다. 존스 박사는 "전 세계적으로 산불이 급증하면서 규모와 심각성 면에서 탄소 배출량이 급격히 증가했다. 전 세계 산불 지리학에서 놀라운 변화가 나타나고 있는데, 이는 주로 전 세계 북방 산림의 기후 변화 영향이 확대된 데 기인한다"고 설명했다. 당연한 이야기지만, 생태계를 산불 위협으로부터 보호하려면 지구 온난화를 억제해야 하며 순 제로 배출로의 전환이 시급하다는 경고다. 산림은 대기에서 이산화탄소를 흡수하여 지구 온난화 속도를 줄인다. 지구의 탄소 저장에서 중요한 역할을 담당한다. 이로 인해 산림은 국제 기후 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 담당한다. 재산림화 및 조림과 같은 계획은 탈탄소화가 어려운 부문에서 인간이 유발한 탄소 배출을 상쇄한다. 그러나 이런 계획은 산불로 인해 위협받고 있다. 열대 외 산림 지역의 화재는 앞서도 지적했듯이 20년 전보다 5억 톤 더 많은 이산화탄소를 배출하고 있다. 장기적인 예상과 영향은 산림의 회복 능력에 달려 있다. 산불로 인한 탄소 배출 증가는 같은 기간 동안 전 세계 열대 사바나에서 목격된 화재의 감소와 극명한 대조를 이룬다. 사바나 초원에서의 화재에 비해 산림에서 일어나는 화재는 더 심각하고 대기 중에 더 많은 양의 유해한 연기를 방출한다. 근처의 지역 사회에 심각한 위협을 가한다. 연구에 따르면 화재는 가장 거대한 탄소 저장소인 숲에서 더 많이 발생하고 있다. 기계학습은 변화하는 세계의 화재 지리를 이해하는 데 핵심 노하우를 제공했다. 기계학습을 통해 전 세계의 산림 생태 지역을 12개로 그룹화해 기후 변화에 따른 영향과 토지 이용과 같은 다른 영향을 분리할 수 있도록 했다. 이는 산림을 산불로부터 효과적으로 보호하기 위한 전략을 수립할 수 있도록 지원한다. 연구진은 보고서에서 "산림 관리, 이해 관계자 참여 및 대중 교육을 위한 전략적 프로그램을 만들고 지원해야 한다“며 "화재가 발생하기 쉬운 날씨에 화재 위험이 높은 곳에서 사전 예방적 접근 방식에 초점을 맞춰야 한다”고 강조했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(80)] 산불로 전 세계 탄소 배출량 2001년 이후 60% 급증
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[우주의 속삭임(75)] 태양계 밖 황소자리에서 처음으로 복합 탄소 발견
- 지구에서 430광년 떨어진 황소자리 분자 구름 내에 위치한 심우주에서 거대 복합 탄소가 발견됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 이는 천체화학의 오랜 미스터리, 즉 '생명의 핵심 구성 요소인 탄소가 어디에서 왔는가'를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 추가 단서를 제공할 것으로 기대된다. 피렌(pyrene)이라고 불리는 이 분자는 탄소의 4개의 융합된 평면 탄소 고리로 구성되어 있다. 따라서 다환 방향족 탄화수소(PAH)로 분류되며, 이는 가시 우주에서 가장 풍부한 복합 분자 중 하나다. PAH는 1960년대에 탄소질 콘드라이트로 알려진 운석에서 처음 발견되었는데, 이는 우리 태양계를 형성한 원시 성운의 잔해이다. 매사추세츠 공과대학(MIT) 화학과 브렛 맥과이어 교수는 "별과 행성 형성의 큰 의문 중 하나는 초기 분자 구름에서 추출한 화학 물질 중 얼마나 많은 부분이 유전되어 태양계의 기본 구성 요소를 형성하는가 하는 것이다"라고 말했다. PAH는 우주에서 발견되는 탄소의 약 20%를 차지하는 것으로 추정되며, 별의 형성에서 사멸까지의 별의 일생 여러 단계에서 존재한다. PAH는 자외선(UV) 방사선에 대한 안정성과 복원력으로 인해 심우주의 혹독한 환경에서도 생존할 수 있다. 연구진은 지구 근처에서 발견된 소행성 류구(Ryugu)로부터 수집한 샘플에서 피렌이 높은 수준으로 발견된 후, 황소자리 구름에서도 다른 PAH를 찾기 시작했고 이번에 복합 탄소 분자를 발견하게 된 것이다. 태양계의 발상지에서 이런 분자를 발견한 것은 천문학자들이 오랫동안 찾아왔던 직접적인 연결 고리를 제공한다. 맥과이어는 "이는 초기 분자 구름에서 나온 이 물질이 우리 태양계를 구성하는 얼음, 먼지 및 암석체로 들어간다는 매우 강력한 증거"라고 설명했다. 이 발견은 전파 천문학을 이용한 것으로, 전파 천문학은 별, 행성, 은하, 먼지 구름과 같은 천체를 전파의 파장으로 관찰하는 천문학의 주요 분야다. 천문학자들은 다양한 천체에서 발생하는 전파를 연구함으로써 특정 대상의 구성, 구조 및 운동을 파악한다. 우주에서 분자를 식별하는 데 사용되는 다른 장비와 비교해, 전파 망원경은 일반 분자 그룹이 아닌 개별 분자를 관찰할 수 있는 기능을 제공한다. 전파 망원경은 분자가 특정 주파수에서 방출하거나 흡수하는 전자기파의 고유한 ‘지문(특성)’을 감지하고 출력한다. 각 분자는 고유한 회전 및 진동 에너지 레벨을 갖는다. 특성 전파는 분자가 이러한 레벨 사이를 전환할 때 생성된다. 전파 망원경은 이를 탐지해 연구에 제공하는 것이다. 이번 탄소 분자에 대해 UBC 화학과의 일사 쿡 교수는 "이는 2021년 처음 발견한 이후 우주에서 확인된 일곱 번째 개별 PAH"라고 말했다. 그는 "PAH는 생명의 구성 요소와 유사한 화학 구조를 갖고 있다. 이 분자가 어떻게 형성되고 우주로 운반되는지에 대해 더 많이 알게 되면 우리 태양계와 그 안의 생명에 대해 더 많이 알게 될 것이다"라고 부연했다. 태양계의 기원지에서 피렌을 발견한 것 외에도, 연구팀에게 더욱 흥미로웠던 것은 구름의 온도가 단지 10켈빈(섭씨 영하 263도)으로 측정되었다는 사실이다. 지구에서 PAH는 화석연료의 연소와 같은 고온 과정을 통해 형성된다. 따라서 이 추운 환경에서 PAH를 발견한 것은 놀라운 일이었다. 쿡 교수는 "향후 연구는 PAH가 극도로 추운 곳에서 형성될 수 있는지, 아니면 우주의 다른 곳에서 오래된 별의 죽음을 통해 형성돼 이동할 수 있는지 여부를 탐구하는 것이 목표"라고 말했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(75)] 태양계 밖 황소자리에서 처음으로 복합 탄소 발견
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[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재⋯행성 과학 새 지평 열어
- 토성의 위성 중 하나인 타이탄의 메탄 층에 대한 미스터리가 한겹 풀렸다. 타이탄은 토성의 위성 중 가장 큰 천체로, 태양계 내에서는 목성의 위성 가니메데에 이어 두 번째로 크다. 미국 하와이대학교 마노아 캠퍼스의 행성 과학자들은 새로운 연구를 통해 타이탄의 얼음 속에 메탄 가스가 갇혀 최대 10km 두께의 독특한 지각을 형성하고 있음을 밝혀냈다고 사이테크데일리가 보도했다. 이 지각은 그 아래 얼음층을 따뜻하게 하고 타이탄의 메탄 대기를 설명하는 데 도움이 될 것으로 예상된다. 타이탄의 메탄 미스터리 풀다 토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 태양계에서 지구 외에 대기와 액체 상태의 바다, 강, 호수를 가진 유일한 천체다. 극도로 추운 기온 때문에 이 액체들은 메탄과 에탄 같은 탄화수소로 이루어져 있으며, 표면은 단단한 고체 물 얼음으로 구성되어 있다. 하와이 지구물리학 및 행성학 연구소(HIGP)의 로렌 슈어마이어 연구원이 이끄는 연구팀은 타이탄의 충돌 크레이터가 예상보다 수백 미터 얕다는 사실을 발견했다. 나사(NASA) 데이터에 따르면 타이탄에서 확인된 크레이터는 90개에 불과하며, 이는 타이탄의 표면과 지질학적 역사에 대한 흥미로운 질문을 제공한다. 크레이터 분석을 통한 통찰 슈어마이어 연구원은 "다른 위성들을 기반으로 했을 때 타이탄 표면에 더 많은 충돌 크레이터가 있고, 그 크레이터들은 우리가 관찰한 것보다 훨씬 더 깊을 것으로 예상했기 때문에 분화구가 실제로는 얕다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 그는 "우리는 타이탄 특유의 무언가가 크레이터를 얕게 만들고 비교적 빠르게 분화구를 사라지게 한다는 것을 깨달았다"고 덧붙였다. 연구팀은 이 미스터리를 조사하기 위해 컴퓨터 모델을 사용해 타이탄의 얼음층이 메탄 클래스레이트 얼음층으로 덮여 있을 경우, 충돌 후 지형이 어떻게 변화흐는 지 시뮬레이션했다. 메탄 클래스레이트 얼음은 결정 구조 내에 메탄가스가 갇힌 일종의 고체 물 얼음이다. 타이탄 크레이터의 초기 형태는 알려져 있지 않기 때문에 연구팀은 비슷한 크기의 목성의 가니메데의 크레이터를 기반으로 두 가지 초기 깊이를 모델링하여 비교했다. 슈어마이어 연구원은 "이 모델링 접근 방식을 사용하여 메탄 클래스레이트 지각의 두께를 5~10km로 제한할 수 있었다. 이 두께를 사용한 시뮬레이션에서 관측된 크레이터와 가장 일치하는 크레이터 깊이가 생성되었기 때문이다"라고 설명했다. 그는 "메탄 클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 따뜻하게 하고 놀라울 정도로 빠른 지형 이완을 유발하며, 이는 지구의 빠르게 움직이는 따뜻한 빙하와 비슷한 속도로 크레이터를 얕게 만든다"라고 부연했다. 타이탄 대기에 미치는 메탄의 영향 메탄 얼음층의 두께를 추정하는 것은 타이탄의 메탄 대기 기원을 설명하고 연구자들이 타이탄의 탄소 순환, 액체 메탄 기반 '수문 순환(물이 끊임 없이 이동하는 현상)' 및 기후 변화를 이해하는 데 도움이 되기 때문에 중요하다. 슈어마이어 연구원은 "타이탄은 온실가스 메탄이 대기를 어떻게 따뜻하게 하고 순환하는지 연구할 수 있는 천연 실험실"이라고 말했다. 그는 "시베리아 영구 동토층과 북극 해저 아래에서 발견되는 지구의 메탄 클래스레이트 수화물은 현재 불안정해지고 메탄을 방출하고 있다. 따라서 타이탄에서 얻은 교훈은 지구에서 일어나는 과정에 중요한 통찰력을 제공할 수 있다"고 덧붙였다. 타이탄의 생명체 존재 가능성 이러한 새로운 발견에 비추어 볼 때 타이탄에서 볼 수 있는 지형은 따뜻할 수도 있다. 메탄 클래스레이트 얼음 지각의 두께를 제한함으로써 타이탄의 내부가 이전에 생각했던 것처럼 차갑고 딱딱하며 비활성 상태가 아니라 따뜻할 가능성이 있음을 알 수 있다는 것. 슈어마이어 연구원은 "메탄 클래스레이트는 일반적인 물 얼음보다 강하고 단열성이 뛰어나다"면서 "클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 단열하고 물 얼음층을 매우 따뜻하고 연성으로 만들며 타이탄의 얼음층이 천천히 대류하고 있거나 대류했음을 의미한다"고 설명했다. 향후 탐사 임무 슈어마이어 연구원은 "두꺼운 얼음층 아래 타이탄의 바다에 생명체가 존재한다면, 생명체의 흔적(바이오마커)은 우리가 미래 임무를 통해 더 쉽게 접근하거나 볼 수 있는 곳까지 타이탄의 얼음층 위로 운반되어야 할 것"이라면서 "이는 타이탄의 얼음층이 따뜻하고 대류하는 경우 발생할 가능성이 더 크다"고 말했다. 연구팀은 2028년 7월 발사되어 2034년 타이탄에 도착할 예정인 NASA 드래곤플라이 미션을 통해 이 위성을 가까이에서 관찰하고, 셀크라는 크레이터를 포함한 얼음 표면을 추가로 조사할 수 있는 기회를 갖게 될 것이다. ◇ 참고 문헌: Schurmeier, L. R., Brouwer, G. E., Kay, J. P., Fagents, S. A., Marusiak, A. G., & Vance, S. D. (2024). Rapid Impact Crater Relaxation Caused by an Insulating Methane Clathrate Crust on Titan. The Planetary Science Journal, DOI: 10.3847/PSJ/ad7018
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[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재⋯행성 과학 새 지평 열어
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[신소재 신기술(124)] COF 소재, 탄소 포집 능력 극대화⋯소량으로도 효과 탁월
- 소량의 물질로 대기 중 이산화탄소를 효과적으로 제거하는 새로운 탄소 포집 기술이 미국에서 개발됐다. 이산화탄소를 비롯한 온실가스는 배출은 쉽지만, 이를 다시 포집하는 것은 어려운 과제였다. 대기 중 탄소를 제거하는 기술은 기후 위기의 영향을 줄이는 중요한 방법이지만, 아직 많은 기술이 설계 단계에 있거나 효율성이 낮아 실질적인 효과를 거두기가 어려웠다. 미국 캘리포니아 버클리캠퍼스(UC Berkeley) 연구팀은 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 직접 포집하는 과정을 단순화하는 새로운 기술을 개발했다고 홈페이지를 통해 발표했다. 해당 내용은 IFL사이언스에서 다루었다. 현재 이산화탄소를 포집하는 기술은 크게 자연 기반 기술과 인공 기술로 나눌 수 있다. 먼저 자연 기반 기술에는 나무를 심고 관리하는 방법이 있다. 가장 오래되고 검증된 방법이지만 토지 이용에 제약이 있고 효과가 나타나기까지 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 또한 토양의 탄소를 제거해 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추는 방법과 해조류 등을 통해 해양의 이산화탄소 흡수 능력을 향상시키는 해양 기반 기술이 있다. 인공 기술 중 직접 공기 포집(DAC)은 공기 중 이산화탄소를 직접 포집해 저장하거나 활용하는 기술이다. 이는 토지 사용 면적이 적고, 이산화탄소를 직접 제거해 효과가 빠르다. 그밖에 이산화탄소를 암석이나 광물과 반응시켜 탄산염 형태로 저장하는 기술, 바이오에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS) 등이 있다. 나사(NASA) 과학자들에 따르면 인간 활동의 여파로 현재 이산화탄소 수치는 산업혁명 이전보다 50% 더 높다. COF 소재란? UC버클리 연구팀이 이번에 개발한 새로운 탄소 포집 기술인 다공성 소재 '공유 결합 유기 골격(COF)'은 기존 DAC 기술의 한계 중 하나인 물이나 기타 오염 물질에 의한 분해 없이 주변 공기에서 CO₂를 포집한다. 이 기술의 핵심은 '공유 결합 유기 골격-999(COF-999)'라는 소재이다. COF-999는 규칙적인 내부 기공을 가진 단단한 결정 구조로, 이산화탄소와 상호 작용하는 아민(amine, NH₂ 그룹)으로 내부가 장식되어 있다. 아민은 이산화탄소를 흡착한 후 방출하는 사이클을 통해 탄소를 포집하고 저장하는 데 사용될 수 있다. 이 기술은 기존 탄소 포집 기술의 한계를 극복하는 획기적인 발전으로 평가 받는다. 기존 탄소 포집 기술은 이산화탄소 농도가 높은 곳에서 효과적으로 작동했다. 반면, 연구팀이 개발한 새로운 다공성 물질은 공기 중의 이산화탄소가 다공성 물질 사이를 통과하면서 흡착되는 방식으로, 대기 중의 낮은 이산화탄소 농도를 효율적으로 제거할 수 있다. 연구 책임자인 오마르 야기 교수는 "이 물질을 튜브에 넣고 버클리의 바깥 공기를 통과 시켰더니 공기 중 이산화탄소가 완전히 제거되었다"며 "성능 면에서 비교할 대상이 없을 정도로 획기적인 기술"이라고 강조했다. 소량으로도 높은 탄소 포집 효과 연구팀은 250g의 물질로 1년에 20kg의 이산화탄소를 제거할 수 있을 것으로 예상했다. 팀은 이는 다 자란 나무가 1년 동안 공기 중의 이산화탄소를 제거하는 것과 같은 효과를 지닌다며, 기존 탄소 포집 시스템과 함께 사용하여 효율성을 높일 수 있다고 설명했다. 야기 교수는 "COF-999는 화학적 및 열적으로 안정적인 구조를 가지고 있으며, 에너지 소비가 적고 100회 이상 사용해도 성능 저하가 없다"며 "대기 중 탄소 포집에 가장 적합한 물질"이라고 설명했다. 머신러닝 활용으로 기술 개선 기대 연구팀은 머신러닝 기술을 활용해 이 기술을 더욱 발전시킬 계획이다. 이와 더불어 기후 위기를 늦추기 위해서는 배출량 감소 노력과 파리협정 준수가 중요하다고 강조했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.
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[신소재 신기술(124)] COF 소재, 탄소 포집 능력 극대화⋯소량으로도 효과 탁월
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[기후의 역습(74)] 심각한 물 부족, 세계 식량 생산 50% '위협'
- '인류 역사상 처음으로' 세계 물 순환의 균형이 깨져 경제, 식량 생산, 인간의 삶에 엄청난 피해를 입힐 가능성을 키우고 있다는 충격 보고서가 공개됐다고 CNN 등 여러 외신이 보도했다. 인류가 물 재앙을 부채질하고 있다는 것이다. 국제 지도자 및 전문가 그룹인 글로벌 물 경제 위원회(Global Commission on the Economics of Water)가 발표한 보고서에 따르면, 수십 년에 걸친 파괴적인 토지 개발과 잘못된 물 관리가 인간이 초래한 기후 위기와 충돌하면서 전 세계 물 순환에 '전례 없는 스트레스'를 가했다. 물 순환은 물이 지구에서 이동하는 복잡한 시스템이다. 물은 호수, 강, 식물을 포함한 땅에서 증발하여 대기 중으로 상승해 장거리를 이동할 수 있는 큰 수증기 또는 구름의 강을 형성한 다음 냉각되고 응축되어 비나 눈의 형태로 다시 땅으로 떨어진다. 강을 통해 바다로 흘러드는 물도 같은 구조로 순환한다. 이 같은 물 순환이 붕괴되어 이미 고통을 초래하고 있다. 거의 30억 명이 물 부족에 직면해 있다. 농작물은 시들고 도시는 지하수가 마르면서 가라앉고 있다. 보고서는 긴급한 조치가 없다면 그 결과는 훨씬 더 치명적일 것이라고 경고한다. 물 위기는 전 세계 식량 생산의 50% 이상을 위협하고 있으며, 2050년까지 국가 GDP를 평균 8% 줄일 위험이 있고, 특히 저소득 국가에서는 최대 15%까지 더 큰 손실이 예상된다고 보고서는 밝혔다. 보고서를 발표한 글로벌 물 경제 위원회 공동 의장 요한 록스트룀은 "인류 역사상 처음으로 우리는 세계 물 순환의 균형을 깨뜨리고 있다"며 "모든 담수의 원천인 자연 강수량에 더이상 의지할 수 없는 상황"이라고 우려했다. 보고서는 호수, 강, 지하수에 있는 물은 '푸른 물'로, 토양과 식물에 저장된 수분은 '녹색 물'로 구분해 물 순환 구조를 설명하고 있다. 보고서는 녹색 물의 공급이 오랫동안 간과되어 왔지만, 식물이 증산 기능을 통해 방출하는 수증기가 육지에서 발생하는 모든 강우량의 약 절반을 차지하기 때문에 물 순환에 엄청 중요하다고 지적했다. 보고서는 특히 물 순환 시스템의 붕괴가 기후 변화와 깊이 얽혀 있다고 밝혔다. 녹색 물의 안정적인 공급은 지구 온난화를 가속하는 탄소를 저장할 수 있는 식물의 생명 활동에 필수적이다. 그러나 습지를 파괴하고 숲을 파괴하는 등 인간이 가하는 피해는 이러한 탄소 흡수원을 고갈시키고 있다. 나무가 사라지고 있는 것이다. 반대로 기후 변화로 인한 더위는 자연환경을 건조시키고 습기를 줄이며 화재 위험을 늘리고 있다. 이 위기는 물에 대한 엄청난 수요 증가로 인해 더욱 시급해졌다. 보고서는 사람들이 '품위 있는 생활'을 영위하기 위해 하루 평균 최소 4000리터가 필요하다고 지적한다. 이는 유엔이 최소한 필요하다고 제안하는 50~100리터를 훨씬 웃돌며, 대부분 지역에서 주민에게 제공할 수 있는 현실적인 수량보다 많다. 영국 레딩 대학교의 기후 과학 부문 리처드 앨런 교수는 이 보고서가 "궁극적으로 우리의 생계를 유지하는 가장 귀중한 자연 자원인 물의 암울한 미래를 그린다"고 말했다. 인간이 초래한 세계 물 순환 시스템의 파괴에 대한 경고다. 앨런은 "인간 활동이 대지와 대기를 변화시켜 기후를 따뜻하게 하고, 습하거나 건조한 극단적인 기후 현상을 심화시키고 있으며, 바람과 강우 패턴을 엉망으로 만들고 있다"고 설명했다. 앨런은 CNN과의 인터뷰에서 자연 자원의 더 나은 관리와 지구 온난화를 유발하는 오염 발생의 대대적인 감축을 통해서만 위기를 해결할 수 있다고 말했다. 보고서는 전 세계 국가가 물 순환을 '공동의 선'으로 인식하고 집단적으로 대처해야 한다고 강하게 권고했다. 국가는 국경을 가로지르는 호수와 강뿐만 아니라 대륙을 이동하는 대기 중의 물(수증기와 구름) 때문에라도 서로에게 의존적이다. 물은 장거리를 이동하기 때문에 한 국가에서 내린 결정이 다른 국가에 지대한 영향을 미친다. 보고서는 물 순환의 더 이상의 붕괴를 막기 위해 물 낭비를 줄이기 위한 가격 정책 개선은 물론 전 세계 경제권에서 물이 차지하는 중요도 등을 근본적으로 재조정할 것도 강하게 요구했다.
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[기후의 역습(74)] 심각한 물 부족, 세계 식량 생산 50% '위협'
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