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나사, 베누 소행성 샘플서 '탄소와 물' 존재 확인
- 나사(NASA)가 우주에서 채취해 지구로 가져온 45억 년 된 소행성 '베누(Bennu)' 샘플에 탄소와 물의 존재가 확인됐다. 베누 샘플 연구는 지구 생명체의 구성 요소가 암석에서 어떻게 출현했는지 실마리를 제공할 것으로 보인다. 미국 항공우주국(NASA)은 11일(현지시간) 텍사스주 휴스턴에 있는 존슨우주센터(JSC)에서 지난 9월 24일 귀환한 소행성 탐사선 '오시리스-렉스'(OSIRIS-REx)가 채취한 '베누' 샘플을 처음으로 공개했다. 이 발견은 NASA의 오시리스-렉스(OSIRIS-REx, 기원, 스펙트럼 해석, 자원 식별 및 보안 - 레골리스 탐사선) 과학팀의 예비 평가의 일부였다. 빌 넬슨 NASA 국장은 "오시리스-렉스 샘플의 돌과 먼지에는 물과 많은 양의 탄소를 포함하고 있다"며 "과학자들이 앞으로 여러 세대에 걸쳐 지구 생명체의 기원을 조사하는 데 도움이 될 것"이라고 밝혔다. 풍부한 물과 탄소 함유 NASA는 소행성의 암석과 먼지에 담긴 비밀은 앞으로 수십 년 동안 연구되어 태양계가 어떻게 형성되었는지, 지구에 생명체의 전구 물질이 어떻게 뿌려졌는지, 지구와의 소행성 충돌을 피하기 위해 어떤 예방 조치를 취해야 하는지에 대한 통찰력을 제공할 것으로 기대했다. 넬슨 국장은 "오시리스-렉스 샘플은 지금까지 지구로 보내진 소행성 샘플 중 가장 탄소가 풍부하다"며 "첫 번째 분석 결과, 점토 광물 속에 물이 상당히 많이 함유돼 있다. 광물과 유기 분자 모두에 탄소도 있다"고 말했다. NASA 존슨의 큐레이션 전문가들은 특별히 지어진 새로운 클린룸에서 지난 열흘 동안 샘플 반환 하드웨어를 조심스럽게 분해하여 그 안에 들어 있는 대량의 샘플을 엿볼 수 있었다. 당초 소행성 샘플은 60g으로 계획됐지만 과학자들은 처음 과학용 캐니스터 뚜껑을 열었을 때 수집기 헤드, 캐니스터 뚜껑, 베이스 외부를 덮고 있는 소행성 물질을 추가로 발견했다. 여분의 물질이 너무 많아서 기본 샘플을 수집하고 담는 세심한 과정이 느려졌다는 설명이다. 넬슨은 "이 물질들은 지구 형성에 중요한 요소"라며 "이는 생명체가 탄생할 수 있었던 원소의 기원을 규명하는 데 도움이 될 것"이라고 말했다. 태양계와 지구 원소 규명 기대 처음 2주 동안 과학자들은 주사 전자 현미경, 적외선 측정, X-선 회절, 화학 원소 분석을 통해 이미지를 수집하여 행성 초기 물질에 대한 "빠른" 분석을 수행했다. 또한 X-선 컴퓨터 단층 촬영을 통해 입자 중 하나의 3D 컴퓨터 모델을 생성하여 다양한 내부를 들여다봤다. 이 초기 모습을 통해 샘플에 탄소와 물이 풍부하다는 증거를 확인할 수 있었다. 오시리스-렉스 소행성 탐사선에 탑재된 캡슐은 2016년 9월 케이프 커내버럴 우주센터에서 발사된 지 7년 만에 38억6000마일(62억km)에 달하는 대장정 끝에 지난 2023년 9월 24일 지구로 무사히 귀환했다. 이 탐사선은 2020년 10월 지구에서 약 3억3300만㎞ 떨어진 곳에 있는 베누 표면에서 흙과 자갈 등 샘플 250ｇ을 채취한 뒤 2021년 5월 지구로의 귀환을 시작했다. 이는 미국으로선 첫 번째 소행성 샘플 채취였지만, 앞서 일본이 이토카와(2010년), 류구(2020년) 소행성으로부터 각각 채취한 샘플 1g 미만과 5.4g보다는 많은 양이다. 기상 현상과 지각 변동 등으로 크게 변형된 지구와 달리 베누는 45억년 전 태양계 형성 초기의 물질을 그대로 간직하고 있을 것으로 추정되고 있다. 투손 애리조나 대학교의 오시리스-렉스 수석 연구자인 단테 로레타(Dante Lauretta)는 "소행성 베누의 먼지와 암석 속에 보존된 고대의 비밀을 들여다보면서 우리는 태양계의 기원에 대한 심오한 통찰력을 제공하는 타임캡슐을 열어보고 있다"라고 말했다. 로레타는 "탄소가 풍부한 물질과 물을 함유한 점토 광물이 풍부하게 존재하는 것은 우주 빙산의 일각에 불과하다. 수년간의 헌신적인 협력과 최첨단 과학을 통해 이루어진 이러한 발견은 우리가 살고 있는 천체뿐만 아니라 생명의 시작에 대한 잠재력을 이해하는 여정으로 우리를 이끌고 있다"고 전했다. 우주 신비 규명 기대 한편, NASA는 존슨우주센터 내 전용 청정실에서 앞으로 2년간 베누의 샘플을 정밀 분석할 예정이다. 베누에서 채취된 샘플이 어떻게 소행성이 형성되고 진화했는지 우주 유산의 신비를 풀 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 또한 이를 통해 지구에 생명체 출현에 대한 인류의 오랜 궁금증을 풀고 앞으로 이 소행성이 지구를 어떻게 비껴갈 수 있는지를 연구하는 데에도 도움을 줄 수 있을 것으로 보고 있다. 과학자들은 베누가 지금부터 약 160년 후 지구와 충돌할 가능성이 큰 것으로 추정하고 있다. NASA는 미래 세대의 과학자를 포함한 전 세계 과학자들의 추가 연구를 위해 베누 소행성 샘플의 최소 70%를 존슨 기지에 보존할 예정이다. 아울러 올가을에는 스미소니언 박물관, 휴스턴 우주 센터, 애리조나 대학교에 추가 샘플을 대여하여 공개적으로 전시할 계획이다.
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나사, 베누 소행성 샘플서 '탄소와 물' 존재 확인
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지구 자전축, 80cm 또 기울어진 이유는?
- 지구의 자전축 기울기가 약 80cm(약 31.5인치)나 또 어긋난 것으로 밝혀졌다. 최근에 '지구의 기울기'가 다시 화제가 되고 있는 가운데, 과학자들의 조사에 따르면 지구의 기울기 변동이 가속화되어 31.5인치(약 80 센치)나 변경된 것으로 확인됐다. 이 데이터는 2023년 6월 지구과학 저널 「지구물리학 연구 레터(Geophysical Research Letters)」에 게재된 연구에 따른 것으로, '지하수의 과도한 채취'가 지구 기울기의 주요 원인으로 보고됐다. 또한 이 연구에서는 "지구의 기울기 변화와 전 세계적인 해수면 상승(약 0.24인치 또는 약 6mm) 간에 연관성이 있다"고 지적했다 지구 자전축의 변화가 세계 해수면에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 지하수 채취가 왜 자전축의 기울기에 영향을 주는지, 그리고 자전축의 기울기가 31.5인치로 커진 것이 실제로 얼마나 큰 문제인지에 대해 정리했다. 먼저 자전축의 기울기는 지구에 어떤 영향을 미칠까. 자전축의 기울기는 지구를 특징짓는 특징 중 하나다. 자전축이 기울어져 있기 때문에 지구에는 봄, 여름, 가을, 겨울과 같은 계절이 발생하는 지역이 있으며, 북극과 남극에서는 궁극적으로 극야(위도 66.55도 이상인 극지방에서 겨울철에 해가 뜨지 않고 밤만 계속되는 기간)와 극주야(?)/백야(해가 지지 않아 밤에 어두워지지 않는 현상)가 존재한다. 이 현상을 놀이기구를 떠올리면 쉽게 이해할 수 있다. 자전축이 공전 궤도에 수직이라면, '틸트 어 휠(Tilt-a-Whirl)' 놀이기구처럼 어느 북반구나 남반구에서도 일년 내내 일정한 일조 시간을 가지며, 태양의 궤도 위치가 항상 같아 시간의 흐름에 따른 변화가 없을 것이다. 이와 같은 상황은 북극점과 남극점에서도 동일한 상황이 지속될 것이다. 하지만, 지구는 기울어져 있기 때문에 '틸트 어 휠' 내부에 있는 것처럼 중심(태양)이나 수평선에 가까워질 때도 있고 멀어질 때도 있다. 우리가 평소에 단단하다고 느끼는 지구의 안정성은 실제로는 그렇지 않다. 지구의 지각은 주로 단단한 암석으로 구성되어 있으며, 대부분의 지역에서는 약 40킬로미터(약 25마일)의 깊이에 이른다. 1 평방피트(약 930㎠) 크기의 지표면 아래 40킬로미터 깊이의 지각 부분은 부피로 따지면 대략 1만1000톤으로 추정된다. 이것은 2012년 티레니아 해에서 전복된 호화 여객선 코스타 콘코르디아(약 11만4000톤)의 무게와 거의 비슷하며, 이 배를 원래의 상태로 세울 수 있는 무게와 동일하다. 그러나 태양계 내에서 밀도가 가장 높은 행성인 지구에서도 40킬로미터 두께의 지각은 지구 지름의 0.33% 정도에 불과하며, 1만1000톤은 지구의 총 질량인 5.972 ×10²⁴kg에 비하면 미미하다. 지구를 M&M 초콜릿 한 알로 비유하면, 얇은 설탕 코팅 부분이 지각에 해당한다. 그렇다면 과도한 지하수 채취는 어떤 문제를 야기할까. 지각 위에는 바다가 있고, 지각 바로 아래에는 광대한 지하 담수층이 있다. 그 아래에는 유동성 있는 암석을 포함한 맨틀이 있으며, 외피 아래의 외부 핵은 액체이다. 현재 지구의 내부 핵은 고체라는 주장이 유력하다. 최근 발표된 지하수 관련 논문에서는 특정 현상에 대한 조사가 진행되고 있다. "지하수를 얻기 위해 지하 또는 지각 내에 저장된 물을 얻으려고 구멍을 뚫으면 갑자기 지구 외부의 일부 무게가 크게 가벼워지며, 지구 전체의 균형 유지에 매우 간단한 형태로 영향을 미치게 된다"는 설명이다. 볼링 공이나 회전하는 스피너 외부에만 구멍을 뚫는다면 어떤 변화가 일어나는지 상상해보자. 볼링공은 여전히 회전은 가능하겠지만, 원래의 회전과는 달리 불규칙한 방식으로 회전할 것이다. 게다가 지구에는 대량의 물과 용해된 금속이 있으므로, 이러한 물질들이 새로운 회전 방향에 영향을 받아 추가적인 회전 특성을 나타낼 수도 있다. 지구의 기울기는 '자전축 기울기'라고도 하며, 약 4만 1000년마다 22.1도에서 24.5도 사이로 변동한다. 지구의 위도 1도당 거리는 대략 111.11킬로미터(약 69마일)이기 때문에, 80cm의 변화는 사실상 크게 중요하지 않다고 볼 수 있다. 이 논문은 지구의 기울기에 영향을 미치는 특정 요인에 집중하고 있다. 중요한 것은 이 변화가 자연적인 변동이 아닌 인간의 활동에 의한 결과라는 점이다. 인류는 약 4만 1000년 전부터 존재했지만, 그 당시 인간은 지하수를 채취하기 위해 지각을 깊게 파지 않았다. 반면, 정화된 물을 위한 우물의 역사를 살펴보면, 약 9000년 전 신석기 시대의 시리아 텔 사비 아비아드(Tell Seker al-Aheimar) 유적에서 발견된 것이 가장 오래된 것으로 기록되어 있다. 과도한 지하수 채취 문제는? 미국 지질 조사국(USGS)에 따르면 지표면 아래의 수층은 세계의 강과 호수의 수백 배 이상의 물량을 포함하고 있다. 여기서수층은 지하수를 저장하는 암석과 퇴적층을 의미한다. 이 지하수는 지구의 다양한 지역(사막 포함)에서 볼 수 있지만, 접근이 어렵거나 정화 처리가 필요한 경우가 많다. 지하수는 지표면 근처에 위치하며, 단지 몇 시간 정도만 축적되었을 수도 있고, 지하의 매우 깊은 곳에서 몇 천 년 동안 존재했을 수도 있다. 미국 과학·공학·의학 아카데미와 애리조나 주립 대학교의 '과학과 기술의 이슈(Issues in Science and Technology)' 간행물에 따르면, 호수와 강의 담수 부족 때문에 인간은 지하수를 채취하기 시작했다. 이러한 지하수는 음용, 관개, 그리고 광물 채굴 등 여러 목적으로 사용되고 있다. 그렇지만 지하수의 과도한 채취는 자연 환경과 습지에 큰 피해를 준다. 이는 땅이 건조해지는 것뿐만 아니라 토양의 붕괴, 야생동물과 물고기, 나무에 대한 부정적 영향, 그리고 일부 종의 멸종 위험을 가져온다. 더욱이, 최근의 연구에서는 지하수 채취가 지구의 기울기에도 영향을 주고 있음이 밝혀졌다. 지구 기울기가 변한 다른 요인 지구는 완벽한 균형을 가진 공이나 볼링 공처럼 완벽하게 균형 잡힌 상태를 유지할 필요가 없다. 사실, 과학자들은 '테이아(Theia)'라는 천체가 원시 지구와의 충돌로 인해 지구가 기울게 되어 자전하게 되었다는 가설을 제기하고 있다. 이 충돌에 의해 원시 지구에서 분리된 부분이 달이 되었다고 추측하고 있다. 당시 충돌로 인해 원시 지구의 한 쪽에는 커다란 스위스 치즈 같은 크레이터가 생겨나, 그 결과 회전 축이 변화했다고 본다. 그 이후로 지구의 자전축이 다시 원래대로 돌아온 적은 없다. 지구와 같은 행성은 자전으로 인해 시간이 지남에 따라 점차적으로 거의 완벽한 구형에 가까운 형태로 변화한다. 이 개념은 '정적압력 균형'이라고 불린다. 사실, 거의 완벽한 구형에 가까운 형태는 행성이나 천체의 기본적인 특성 중 하나이다. 이를 고려하면 '테이아'라는 천체의 충돌 이전의 울퉁불퉁한 지구는 자전 활동이 회복되기 전까지 '행성'으로 간주되지 않았을 수도 있다. 지구의 자전축 기울기는 지구의 구 형태를 유지하는 데 영향을 미치지 않는다고 여겨진다. 지구의 정적압력 균형은 이러한 기울기와 상관없이 각 행성의 자전 현상에 의해 결정되기 때문이다. 미국 항공우주국(NASA)은 2018년 "20세기에 지구의 기울기 변화를 초래한 3가지 주요 원인을 확인했다"고 보고했다. 나사에서 파악한 원인은 '그린란드의 얼음 해빙', 빙하의 이동 또는 해빙으로 인해 얼음의 무게가 사라져 지각이 서서히 상승하는 '빙하성 반동', 그리고 '맨틀 대류'이다. 맨틀 대류는 지각 아래에 있는 유동성 있는 암석 성분이 가열되어 상층으로 이동하고 표면 근처에서 냉각되어 밀어내는 운동이다. 온도가 다른 암석의 밀도가 서로 다르기 때문에 중심을 뒤흔드는 것. 한편, 과학자들은 지구의 기울기가 많은 다른 요인에 의해 변동된다는 사실을 알고 있지만, 이러한 요인을 동시에 연구하는 단계는 아직 확립되지 않았다고 말했다. 2020년 논문에서 과학자들은 "지구는 내부에서부터 외부로 이르기까지 다양한 시간 스케일에서 연속적인 변화가 진행 중이기 때문에 이러한 동적 매개변수는 모두 안정된 값을 갖지 않으며 시간이 지남에 따라 변화한다"고 지적했다. 또한 "이러한 변동은 상대적으로 작기 때문에 최근까지 관측하기 어려웠다"면서 "앞으로 몇 년 안에 지구의 기울기 변화가 특정 요인에 의해 크게 변할 것이라는 뉴스를 자주 접할 가능성은 낮을 것으로 생각된다"고 밝혔다.
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애플 칩, 애리조나서 생산한다?…전문가 "실현 가능성 낮아"
- 대만 반도체 기업 TSMC와 한국의 삼성전자는 세계적으로 반도체 생산 1, 2위를 달리면서 현재 3나노 공정 프로세서 칩 생산 경쟁에서도 사활을 걸고 있다. 애플과 구글 같은 글로벌 기업들은 이 3나노 칩을 통해 제품의 전력 효율과 성능 향상을 기대하고 있다. 하지만 최근 조 바이든 미국 대통령과 애플의 팀 쿡 최고경영자(CEO)가 TSMC의 애리조나 공장에서의 칩 생산 계획을 발표하면서 업계에서는 이에 대한 여러 의문점이 제기되고 있다. 인디아타임즈(The Times of INDIA)는 이 계획에 '시행착오'가 있을 것이라고 보도했다. 인포메이션(The Infomation) 보고서에 따르면 애리조나 공장 건설 비용이 400억 달러(한화 약 53조840억)에 달한다면서 미국의 반도체 자립을 위한 이 공장이 실질적인 역할을 할 일은 없을 것이라고 지적했다. 실제로 TSMC는 미국 내에 별도의 패키징 시설을 건설할 계획이 없다고 밝혔다. 이로 인해 TSMC가 개발 중인 패키징 기술은 대부분 대만에서 제공될 것으로 예상된다. TSMC 엔지니어와 애플 관계자들은 인터뷰에서 애리조나에서 생산되는 애플 칩도 최종적으로는 대만에서 완성 공정이 이뤄져야 한다고 주장했다. 엔디비아(Ndivia), 에이엠디(AMD), 테슬라(Tesla) 등 다른 주요 고객들의 경우도 이와 동일하게 대만에서의 최종 공정이 필요하다고 말한 것으로 전해졌다. 패키징은 반도체 제조의 마지막 단계로, 칩의 구성 요소를 속도와 전력 효율성을 극대화하기 위해 하우징 내에 최적화되어 조립된다. 구글은 향후 픽셀 스마트폰에 TSMC의 고급 패키징 기술을 도입할 계획이다. 그러나 현재 픽셀 스마트폰은 삼성이 제작한 '텐서(Tensor)' 칩을 탑재하고 있다. 텐서는 삼성이 3나노 공정으로 개발한 3세대 프로세서로, 이것이 구글의 픽셀 8 모델에 적용될 것으로 예상된다. 구글은 지금까지 주로 퀄컴의 프로세서를 사용해왔으며, 삼성이 3나노 공정으로 칩을 생산하는 파트너로 구글을 선택한 것은 이번이 처음이다. 한편, TSMC 애리조나의 첫 번째 팹(fab 먼지와 소음, 자장 등 주변여건을 완벽하게 제어할 수 있는 실험실)에서는 2024년 N4 공정 기술 생산을 시작할 예정이다. 이어 두 번째 팹 건설에 착수해 2026년 3나노미터 공정 기술 생산을 시작한다는 계획이다. TSMC의 회장 마크 리우(Dr Mark Liu) 박사는 "TSMC 애리조나 시설은 미국에서 가장 첨단 반도체 공정 기술을 제공하는 동시에 가장 친환경적인 반도체 제조 시설로 자리매김할 것이다. 이를 통해 차세대의 고성능 및 저전력 컴퓨팅 제품을 제공할 수 있게 될 것"이라고 강조했다.
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애플 칩, 애리조나서 생산한다?…전문가 "실현 가능성 낮아"
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