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[우주의 속삭임(71)] 나사, 태양 11년 주기의 극대기 도달
- 나사(NASA)와 국립해양대기청(NOAA), 국제 태양주기예측패널은 태양이 태양 극대기에 도달했으며, 이는 내년에도 지속될 수 있다고 발표했다. 발표의 자세한 내용이 나사 홈페이지에 게재됐다. 태양 주기는 태양이 낮은 자기 활동과 높은 자기 활동을 반복하면서 거치는 자연스러운 주기다. 대략 11년마다 태양 주기가 최고조에 달할 때 태양의 자기극이 뒤집힌다. 지구에서는 북극과 남극이 10년마다 자리를 바꾸는 것과 같으며, 태양은 고요한 상태에서 활동적이고 폭풍우가 몰아치는 상태로 전환된다. 나사와 NOAA는 태양 흑점을 추적해 태양 주기의 진행 상황을 파악하고 궁극적으로 태양 활동을 예측한다. 태양 흑점은 자기장 선이 집중돼 발생하는 태양의 차가운 영역이다. 태양 흑점은 태양의 활동 영역, 즉 태양의 강렬하고 복잡한 자기장 영역의 가시적 구성 요소로, 태양 폭발의 원천이다. 워싱턴 소재 나사 본부의 우주 날씨 프로그램 책임자인 제이미 파보스는 "태양 활동 극대기에는 흑점 수가 증가하고, 이에 따라 태양 활동량도 증가한다"면서 "활동의 증가는 가장 가까운 별에 대해 새로운 지식을 쌓을 수 있는 기회를 제공하는 동시에 지구와 태양계 전체에 실제적인 영향을 미친다"고 말했다. 태양 활동은 우주 날씨라고 알려진 우주의 조건에 큰 영향을 미친다. 이는 우주의 위성과 우주인, 라디오와 GPS 등 통신 및 항법 시스템, 지구의 전력망에 영향을 미칠 수 있다. 태양이 가장 활발할 때 우주 기상 현상이 더 빈번해진다. 태양 활동으로 인해 최근 몇 달 동안 오로라 현상이 증가했음은 물론 위성과 인프라에 영향을 미쳤다. 2024년 5월, 대규모 태양 플레어와 코로나 질량 방출(CME)이 일어나면서 하전 입자와 자기장 구름이 지구를 향해 발사돼 20년 만에 지구에서 가장 강력한 지자기 폭풍을 일으켰으며, 지난 500년 동안 기록된 가장 강력한 오로라가 하늘을 수놓았다. NOAA의 우주 기상 운영 책임자인 엘세이드 탈라트는 "지금이 이번 태양 주기에서 볼 수 있는 태양 활동의 정점이라는 것을 의미하지는 않는다"라고 말했다. 그는 "태양이 극대기에 도달했지만, 태양 활동이 정점에 도달하는 달은 몇 달 또는 몇 년 동안 확인되지 않을 것"이라고 언급했다. 태양 극대기의 정확한 정점을 여러 달 동안 결정할 수 없을 것이라는 의미다. 정점 이후 태양 활동이 지속적으로 감소한 것을 추적한 후에야 식별할 수 있게 된다. 다만 전문가들은 최근 2년이 태양 주기의 활동적인 단계의 일부였음을 확인했는데, 이는 이 기간 동안 태양 흑점이 지속적으로 많았기 때문이다. 학자들은 태양이 감소 단계에 들어가 태양 최소기로 돌아가기 전까지 최대 단계가 1년 정도 더 지속될 것으로 예상했다. 1989년부터 나사와 NOAA가 후원하는 전문가로 구성된 국제 패널인 태양 주기 예측 패널은 태양 주기에 대해 예측하기 위해 협력해 왔다. 천문학자들은 갈릴레오가 1600년대에 처음으로 흑점을 관찰한 이래 태양 주기를 추적해 왔다. 각 태양 주기는 다르다. 때로는 더 크고 짧은 시간 동안 최고조에 도달하고, 다른 경우에는 최고조가 더 작고 더 오래 지속되기도 한다. 지금까지 태양 주기에서 가장 강력한 플레어는 지난 10월 3일 발생한 X9.0이었다. X 등급 숫자는 강렬한 플레어의 단계를 나타낸다. NOAA는 이번 태양 극대기 동안 추가적인 태양 및 지자기 폭풍이 있을 것이며, 향후 몇 달 동안 오로라를 볼 수 있는 기회와 함께 기술 인프라에 대한 영향이 있을 것으로 예상했다. 나사와 NOAA는 우주 날씨 연구 및 예측의 미래를 준비하고 있다. 오는 12월, 나사의 파커 태양 탐사선 임무는 태양에 역사상 가장 가까이 접근해 관측을 수행하게 되는데, 이를 통해 우주 날씨를 더 깊이 이해할 수 있을 것으로 기대된다. 우주 날씨 예측은 나사의 아르테미스 미션에 참여하는 우주선과 우주인을 지원하는 데 필수적이다. 우주 환경을 탐사하는 것은 우주인이 우주 방사선에 노출되는 것을 막는 데 중요하다.
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[우주의 속삭임(71)] 나사, 태양 11년 주기의 극대기 도달
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강력한 태양 폭풍으로 오로라 남하…캘리포니아·앨라배마서도 관측 기회
- 미국 국립기상청 우주 기상 예측 센터에 따르면, 강력한 태양 폭풍으로 인해 오로라가 10일(현지시간) 저녁에 평소에 나타나던 지역보다 훨씬 남쪽인 앨라배마와 북부 캘리포니아 등지에서도 나타날 것으로 보인다고 CNN 등 외신이 전했다. 허리케인과 유사하게 태양 폭풍은 레벨 1~5 단계로 분류되는데, 이번 폭풍은 레벨 4로 분류돼 대단히 강력한 것으로 예측됐으며 이로 인해 통신, 전력망 및 위성 운영을 방해할 수도 있다. 태양 폭풍은 현지시간 10일 오전 지구에 도달하며, 이는 11일까지 지속될 가능성이 높다고 센터는 밝혔다. 시속 400만km 이상의 속도로 지구를 향하는 폭풍의 강도와 전체 특성은 지구에서 160만km떨어진 궤도를 도는 심우주 기후관측소(Deep Space Climate Observatory)와 'Advanced Composition Explorer' 위성 관측을 통해 밝혀진다. 우주 기상 예측 센터는 이 위성이 폭풍의 속도와 자기 강도를 측정할 것이며, 폭풍은 우주 관측소에 도착한 후 15~30분 지나 지구에 도착할 것으로 예상했다. X급 플레어로 알려진 가장 강렬한 태양 플레어(태양 표면에서 일어나는 폭발)가 이번 주 태양에서 방출되었으며, 이 플레어는 8일의 코로나 질량 방출과 일치했다. 코로나 질량 분출은 태양의 외기권인 코로나에서 방출되는 플라스마와 자기장이라고 하는 이온화된 가스의 큰 구름이다. 강력한 폭발이 지구로 향하면 지자기 폭풍 또는 지구 자기장의 교란을 일으킬 수 있다. 이번 폭발은 대단히 강력한 것으로 측정됐다. 우주 기상 예측 센터에 따르면 지자기 폭풍은 지구 근처 궤도와 통신망 등 지구 표면의 인프라에 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라 센터는 연방 비상관리청, 북미 전력망 및 위성 운영자들에게 교란 및 일시적 중단에 대비할 것을 통보했다. 역사적으로 레벨 4단계의 태양 폭풍은 흔하게 발생하지만, 지난 5월 10일 발생한 레벨 5단계 또는 극심한 지자기 폭풍은 매우 드물다. 센터는 이번 태양 폭풍이 5단계가 될 확률이 25%라고 말했다. ◆ 태양 활동의 증가 태양이 올해 예상되는 11년 주기의 정점인 태양 극대기에 가까워짐에 따라, 태양 활동은 더욱 활발해지고 있다. 전문가들은 불타는 태양에서 점점 더 강렬한 태양 플레어가 분출되는 것을 관찰했다. 태양 활동이 증가하면 지구의 극지방에서는 춤추는 오로라가 발생한다. 북극의 경우 이를 북극광 또는 오로라 보레알리스라고 하며, 남극은 남극광 또는 오로라 오스트랄리스라고 한다. 코로나 질량 분출로 인해 활성화된 입자가 지구 자기장에 도달하면 대기 중의 가스와 상호 작용해 하늘에 다양한 색상의 빛을 생성한다. 이 오로라는 최고의 관광 상품이기도 하다. 예측 센터 관계자는 눈에 보이는 오로라가 동부 및 중부 주와 중서부 남부에서 나타날 가능성이 높다고 판단하고 있다. 그러나 태양 폭풍이 지난 5월처럼 전 세계적인 오로라 현상을 일으킬지는 아직 알 수 없다고 밝혔다. 이번 태양 폭풍이 5단계로 올라가면 미국의 남부 주와 전 세계의 다른 지역에서도 오로라를 볼 수 있다. 미국 해양대기청(NOAA)은 센터의 오로라 대시보드를 이용해 내가 거주하는 지역에서 오로라를 볼 수 있을 것인지 확인할 것을 권했다. 대시보드는 지속적으로 업데이트되며 정보가 제공된 후 몇 분 이내에 오로라가 나타날 수 있는 위치를 보여준다. ◆ 교란 가능성 NOAA는 이번 태양 폭풍이 5월의 폭풍 수준을 능가할 것으로는 생각하지 않는다고 말했다. 지난해 이전에 지구를 강타했던 마지막 5단계 폭풍은 2003년으로, 스웨덴에서 정전이 발생했고 남아프리카에서는 변압기가 손상됐다. 지난 5월의 지자기 폭풍에서는 농기구 회사인 존 디어(John Deere)가 정밀 농업에 GPS를 사용하는 일부 고객이 교란을 겪었다고 보고했다. 그러나 대부분의 전력망과 위성은 적절한 관리로 문제를 일으키지 않았다. 전문가들은 태양 활동의 급증에 따라 신중한 모니터링을 이어가고 있다. 이번주 태양의 코로나 질량 분출 속도는 지금까지 이 태양 주기에서 측정된 가장 빠른 속도였다고 한다. 물론 이것이 '태양 활동의 최고점이 지금 발생하고 있다'는 의미는 아니다. 이전 태양 주기에서는 가장 큰 폭풍 중 일부가 최고점 이후에 발생할 수 있다는 것을 보여주고 있다. 센터는 "우리는 지금 태양 극대기의 중심에 있다. 정점에 도달했는지 아직 모른다. 올해 어느 시점이 될 수도 있고 내년 초가 될 수도 있다. 심지어 2026년 초까지 태양 주기 활동이 계속될 것이다"라며 지속적인 관심과 추적이 있어야 할 것이라고 지적했다.
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강력한 태양 폭풍으로 오로라 남하…캘리포니아·앨라배마서도 관측 기회
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[신소재 신기술(117)] 오징어에서 영감 받은 온도 조절 의류
- 기후 변화의 영향으로 계절의 경계가 모호해지면서, 옷차림에 대한 고민이 깊어지고 있다. 특히 간절기에는 일교차가 커서 옷을 선택하기가 쉽지 않다. 10월 초순의 서울만 하더라도 낮에는 섭씨 20도를 웃도는 온화한 날씨지만, 아침저녁으로는 10도 안팎의 쌀쌀함이 감돌아 옷 입기가 난감하다. 즉, 겉옷을 입고 있자니 덥고, 벗자니 춥다. 게다가 개인마다 추위나 더위를 느끼는 정도가 다르기 때문에, 모두를 만족시키는 의류 소재를 찾기란 더욱 어렵다. 일부 스포츠 의류나 기능성 이너웨어 브랜드에서 온도 조절 소재를 사용했다고 홍보하지만, 진정한 의미에서 개인의 열적 필요에 따라 능동적으로 온도를 조절하는 옷은 아직까지 존재하지 않았다. 그러나 최근 자연에서 영감을 얻은 혁신적인 기술이 개발돼 이러한 한계를 극복할 가능성을 제시했다. 미국 연구진이 오징어 피부에 착안해, 착용자의 체온에 따라 온도를 조절하는 혁신적인 의류 신소재를 개발한 것. 이는 단순한 온도 조절 기능을 넘어, 착용자 개개인의 열적 쾌적성을 극대화하는 '스마트 의류' 시대의 도래를 예고한다. 캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스(UCI) 연구팀은 오징어 피부의 색상 변화 메커니즘을 모방하여 통기성, 세탁성, 유연성을 갖춘 온도 조절 신소재를 개발했다고 밝혔다. 해당 내용에 대해서는 어스닷컴과 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 보도했다. 오징어 피부는 여러 층으로 구성되어 있으며, 각 층이 빛을 조작하여 색상과 패턴을 바꾼다. 연구팀은 이러한 원리를 이용하여 적외선 스펙트럼에서 작동하는 복합소재를 만들었다. 사람의 몸에서 열이 방출될 때 적외선 복사 형태로 방출되는 데, 이 신소재는 이러한 적외선 방출을 조절해 온도 조절 기능을 한다. 연구 저자인 알론 고로데츠키는 "오징어 피부는 빛을 조작하고 동물의 전체적인 색상과 무늬를 변화시키기 위해 함께 작동하는 여러 층으로 구성된 복잡한 구조"라고 설명했다. 그는 "일부 층에는 발색단이라는 기관이 있는데, 이 기관은(근육의 작용에 따라) 확장된 상태와 수축된 상태를 전환하여 피부가 가시광선을 투과하고 반사하는 방식을 변화시킨다"고 부연했다. 이 복합 소재는 폴리머로 코팅된 구리 섬(copper islands)으로 구성되어 있다. 이 소재는 열카메라가 작동하는 방식처럼 적외선 스펙트럼을 기반으로 작동한다. 소재를 늘리면 구리 섬들이 분리되면서 적외선 투과 및 반사율이 변화한다. 이를 통해 의류의 온도를 미세하게 조절할 수 있다. 이전 연구에서 연구팀은 복합 소재의 적외선 특성을 모델링했으며, 이번 연구에서는 세탁성, 통기성, 직물 통합성을 향상시켰다. 얇은 필름을 추가하여 세탁 내구성을 높였고, 구멍을 뚫어 면직물과 비슷한 통기성을 확보했다. 또한 메쉬 소재에 부착해 직물에 쉽게 통합될 수 있도록 했다. 연구팀은 "이 소재는 스키 재킷, 양말, 장갑, 모자 등 추운 날씨 의류에 적합할 것"이라며 "세탁 가능한 유기 전자 장치, 신축성 있는 전자 섬유, 에너지 수확 마찰 전기 소재 등 다양한 웨어러블 기술에도 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다. 이번 연구 결과는 APL 바이오엔지니어링 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(117)] 오징어에서 영감 받은 온도 조절 의류
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[신소재 신기술(116)] 양자 실험으로 '음의 시간' 증거 발견
- 과학자들이 양자 실험을 통해 '음의 시간' 증거를 발견했다. 캐나다 토론토 대학의 연구팀이 광자가 원자를 통과하는 과정에서 '음의 시간' 현상을 보이는 것을 관찰했다고 밝혔다고 IFL사이언스와 퓨처리즘 등 다수 외신이 전했다. 아직 동료 평가를 거치지 않은 이 연구는 과학 전문 매체 '사이언티픽 아메리칸'에 소개되며 학계의 주목을 받고 있다. 음의 시간은 시간이 마치 거꾸로 흐르는 것처럼 보이는 현상을 말한다. 시간은 일반적으로 과거에서 현재, 미래로 흐른다고 여겨진다. 하지만 양자역학의 세게에서는 시간이 마치 뒤로 가는 것처럼 보이는 현상이 나타날 수 있다. 이것을 '음의 시간' 또는 '시간 역행'이라고 부른다. 연구팀은 광자 펄스를 절대 영도에 가까운 온도의 원자 구름에 발사하는 실험을 진행했다. 그 결과, 광자가 원자에 흡수되지 않고 통과할 때에도 원자는 마치 광자를 흡수한 것처럼 일정 시간 동안 들뜬 상태를 유지하는 현상이 관찰됐다. 반대로 광자가 원자에 흡수된 경우에는 원자가 들뜬 상태에서 바닥 상태로 돌아가기 전에 광자가 다시 방출되는 현상이 나타났다. 이는 광자가 원자를 들뜨게 할 때, 즉 흡수될 때, 원자에 영향을 주지 않고 통과할 때보다 더 빠르게 원자 구름을 통과한다는 것을 의미한다. 연구팀은 이러한 현상을 '음의 시간 지연'이라고 설명하며, 양자역학적 불확정성과 중첩 현상으로 인해 발생한다고 분석했다. 즉, 광자와 같은 양자 입자는 동시에 두 가지 상태로 존재할 수 있으며, 이로 인해 측정 결과는 양수와 음수 값 모두를 가질 수 있다는 것이다. 이 연구는 시간에 대한 우리의 이해를 바꾸는 것은 아니지만, 광학 분야에서 음의 시간이 광자 전송과 관련하여 "일반적으로 인식되어 온 것보다 더 큰 물리적 의미를 가진다"는 것을 시사한다. 하지만 일부 전문가들은 이 연구 결과에 대해 신중한 입장을 보이며, 추가적인 연구를 통해 검증이 필요하다고 지적했다.
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[신소재 신기술(116)] 양자 실험으로 '음의 시간' 증거 발견
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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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[기후의 역습(66)] 북극 해빙 속 '수은 폭탄'⋯지구온난화로 수백만 명 건강 위협
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[신소재 신기술(113)] 美 조지아 공대, 리튬이온배터리 획기적 개선 음극재 개발
- 전기자동차(EV) 시장의 케즘(chasm·일시적 수요 정체) 극복 방안의 하나로 '차세대 배터리'가 거론되는 가운데 미국에서 새로운 음극 소재가 개발됐다. 조지아 공과대학은 홈페이지를 통해 하이롱 첸(Hailong Chen) 교수가 이끄는 다기관 연구팀은 리튬이온배터리(LIBs)를 획기적으로 개선할 수 있는 저렴한 새로운 음극 소재를 개발했다고 밝혔다. 이는 전기자동차 시장과 대규모 에너지 저장 시스템을 변화시킬 가능성이 있다. 조지아공대 우드러프 기계공학부 및 재료과학·공학부 하이롱 첸 부교수는 "오랫동안 사람들은 기존 음극재보다 저렴하고 지속 가능한 대안을 찾고 있었다. 우리가 그걸 찾은 것 같다"고 말했다. 연구팀에 따르면 획기적인 소재인 삼염화철(FeCl3)은 일반적인 음극재 비용의 1~2%에 불과하지만 동일한 양의 전기를 저장할 수 있다. 음극재는 용량, 에너지 및 효율성에 영향을 미치며 배터리 성능과 수명, 경제성에 중요한 역할을 한다. 첸 교수는 "우리 음극재는 게임 체인저가 될 수 있다"며 "이는 전기차 시장 뿐만 아니라 전체 리튬 이온 배터리 시장을 크게 개선할 것"이라고 말했다. 연구 결과는 학술지 네이처 서스테너빌리티(Nature Sustainability)에 게재됐다. 1990년대 초 소니에 의해 처음 상용화된 리튬이온배터리(LIB)는 스마트폰이나 테블릿과 같은 개인용 전자제품의 폭발적인 성장을 촉발했다. 이 기술은 결국 전기자동차에 동력을 공급하는 신뢰할 수 있고 충전 가능한 고밀도 에너지원으로 발전했다. 그러나 개인용 전자 제품과 달리 전기차와 같은 대규모 에너지 사용자는 LIB 비용에 특히 민감하다. 현재 배터리는 전기차 총 비용의 50%를 차지하며, 이로 인해 이러한 청정 에너지 자동차는 내연 기관 자동차보다 더 비싸다. 더 나은 배터리 구축 구식 알카라인 배터리와 납축 배터리에 비해 리튬이온배터리는 더 작은 패키지에 더 많은 에너지를 저장하고 충전 장치에 더 오래 전원을 공급한다. 그러나 리튬이온배터리에는 코발트나 니켈과 같은 희귀 속이 포함되어 있으며 제조 비용이 높다. 지금까지 LIB용으로 네 가지 유형의 음극만 성공적으로 상용화됐다. 기존 LIB는 액체 전해질을 사용하여 에너지 저장 및 방출을 위한 리튬 이온을 운반한다. 저장할 수 있는 에너지 양에는 엄격한 제한이 있으며 누출 및 화재가 발생할 수 있다. 그러나 모든 고체리튬이온배터리는 고체 전해질을 사용하여 배터리 효율성과 안정성을 크게 높이고 더 안전하게 더 많은 에너지를 저장할 수 있도록 한다. 아직 개발 및 테스트 단계에 있는 이러한 배터리는 상당한 개선이 될 것이다. 연구팀이 개발한 FeCl3 음극, 고체 전해질 및 리튬 금속 양극을 사용하면 전체 배터리 시스템 비용이 현재 LIB의 30-40%에 불과하다. 첸 교수는 "이는 전기차를 내연 기관 자동차보다 훨씬 저렴하게 만들뿐만 아니라 새롭고 유망한 형태의 대규모 에너지 저장 장치를 제공해 전력망의 복원력을 향상시킨다"고 말했다. 이어 "또한 우리가 개발한 음극은 전기차 시장의 지속 가능성과 공급망 안정을 크게 향상시킬 것"이라고 기대했다. 음극재로 염화철(FeCl3) 주목 음극재로서의 FeCl3에 대한 첸의 관심은 고체 전해질 재료 연구에서 시작됐다. 그의 연구실은 2019년부터 기존 상용 산화물 기반 음극을 사용해 고체 배터리를 만들려고 시도했다. 결과는 좋지 않았다. 음극과 전해질 재료가 잘 맞지 않았던 것. 연구원들은 염화물 기반 음극이 염화물 전해질과 더 나은 쌍을 이루어 더 나은 배터리 성능을 제공할 수 있다는 점에 착안했다. 첸 교수는 "우리는 시도해볼 가치가 있는 후보(FeCl3)를 찾았다. 결정구조가 리튬이온 저장 및 운송에 잠재적으로 적합했기 때문이다"라고 설명했다. 현재 전기차에서 가장 많이 사용되는 음극은 산화물이며 엄청난 양의 값비싼 니켈과 코발트가 필요하다. 이는 독성이 있을 수 있으며 환경 문제를 야기할 수 있는 중금속이다. 이와 대조적으로 연구팀이 개발한 새로운 음극에는 철(Fe)과 염소(Cl)만 포함되어 있다. 이는 강철과 식용 소금에서 발견되는 풍부하고 저렴하며 널리 사용되는 원소들이다. 초기 테스트에서 FeCl3는 다른 훨씬 더 비싼 음극만큼 또는 더 나은 성능을 발휘하는 것으로 나타났다. 예를 들어 널리 사용되는 음극 리튬철인산염(LiFePO4, LIF)보다 작동 전압이 더 높다. 작동 전압은 배터리가 장치에 연결될 때 제공하는 전기력으로 정원에서 사용하는 호스의 수압과 유사하다. 연구팀은 이 기술이 5년 이내에 전기차에서 상업적으로 실행 가능할 수 있을 것으로 기대했다. 첸은 현재로서는 연구팀이 FeCl3와 관련 소재를 계속 연구할 것이라고 말했다. ◇ 참고: Zhantao Liu, Jue Liu, Simin Zhao, Sangni Xun, Paul Byaruhanga, Shuo Chen, Yuanzhi Tang, Ting Zhu, Hailong Chen. 「모든 고체 리튬 이온 배터리를 위한 저비용 삼염화철 음극」 Nature Sustainability.
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[신소재 신기술(113)] 美 조지아 공대, 리튬이온배터리 획기적 개선 음극재 개발
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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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세레스 보고서⋯글로벌 식품사들, 온실가스 배출 감축 노력 불구 "성과는 지지부진"
- 글로벌 식품 회사, 특히 북미 대기업들은 정부의 강력한 정책에 부응해 온실가스 배출량을 줄이기 위한 노력을 배가하고 있다. 그러나 일부가 온실가스 배출량을 약간 줄이고 있고 소비자와 정부 규제 기관이 강하게 밀어붙이고 있음에도 불구하고 대부분은 실질적으로 의미 있는 감축을 이루지 못하고 있는 것으로 나타났다. 그런 가운데 투자자 옹호 단체인 세레스(Ceres)가 관련 조사 결과를 진행해 주목받고 있다고 기후 변화에 대응하는 비영리기관 ICN이 홈페이지를 통해 전했다. 세레스가 북미 50대 식품 및 농업 기업들이 온실가스 배출량을 공개하고, 이를 줄이기 위한 목표를 설정했는지의 여부를 추적한 것. 사실상 글로벌 식품사를 대상으로 한 조사로 해석할 수 있다. 세레스는 온실가스 감축 목표를 설정한 회사들이 실제로 배출량을 줄였는지를 분석해 보고서에 담았다. 세레스의 메릴 리처드 총괄은 "이 부문의 기업 배출량이 실제로 감소하고 있는지를 평가한 것은 이번이 처음"이라고 밝히고, 조사 결과에 따르면 대답은 "그렇다"는 결론이었다고 한다. 기업이나 다른 기관에서 배출하는 온실가스 배출은 몇 가지의 범위로 그룹화된다. 범위 1의 배출은 기업의 직접 운영에서 발생하는 온실가스다. 범위 2는 에너지 사용에 따른 배출이다. 그런데 식음료 기업과 관련된 대부분의 온실가스 배출은 공급망으로 알려진 범위 3에서 발생한다. 이는 기업이 최종 제품을 생산하기 위해 의존하는 작물을 재배하거나 가축을 기르는 농부들로부터 기인한다. 예를 들어, 기업의 공급업체가 삼림이 벌채된 땅에서 농작물이나 가축을 기르는 경우, 숲을 벌목할 때 방출되는 엄청난 양의 탄소로 인해 배출량이 더 높아진다. 이것이 전 세계 식량 시스템이 온실가스 배출량의 최대 40%를 차지하는 이유 중 하나다. 식품 산업에서 이 범위 3은 기업 전체 배출량의 약 90%를 차지한다. 리처드는 "시사점은 범위 1과 2, 즉 운영 배출량과 전기 사용으로 인한 배출량에 대해서는 감축의 진전이 이루어지고 있지만, 범위 3에서는 진전이 거의 없다는 것이다"라며 "이러한 공급 및 가치 사슬에서의 온실가스 배출은 배출 감축의 진전에 큰 걸림돌이 되고 있다"고 말했다. 세레스가 추적한 50개 식품 회사 중 23개 회사가 지난 2년 동안 범위 1 및 2에서 배출량을 줄였지만, 범위 3에서 배출량을 줄인 회사는 12개에 불과하다는 사실을 발견했다. 기업은 범위 1 및 2에서 배출을 잘 통제해 재생 에너지로의 전환이나 보다 에너지 효율적인 생산 프로세스 조치를 취함으로써 배출량을 줄일 수 있지만, 공급망에서 발생하는 배출은 처리하기가 더 어렵다. 범위 3에서 배출량을 낮출 수 있었던 기업은 온실가스 감축 목표를 설정한 기업들이었다. 회사 유형 간에 큰 차이는 없었지만, 온실가스 감축을 우선시하는 기업들이 진전을 이루고 있었다는 의미다. 세레스는 그런 기업으로 크래프트 하인즈(Kraft Heinz), 맥도날드(McDonald's), 허쉬(Hershey), 제너럴 밀스(General Mills), 스타벅스(Starbucks), 곡물 거래 대기업 ADM 등을 거론했다. 이들은 범위 3에서의 배출량을 줄이기 위한 목표를 세운 기업들이었다. 연구 결과에 따르면 범위 3에서 배출량을 줄이는 것은, 온실가스를 배출하는 육류와 같은 탄소 집약적 상품이나 산림 벌채 또는 토지 이용 변화와 관련된 작물의 공급망에 의존하는 기업에게 특히 어려운 과제다. 이 문제는 글로벌 농업에 투자하는 은행과 금융 기관에까지 확대되고 있다. 지난 3월, 미국 증권거래위원회(SEC)는 기업이 기후 리스크를 규제 당국에 공개하도록 요구하는 규칙을 확정했다. 2023년 유럽연합(EU)에서 발효된 유사한 보고 의무는 기업이 배출량 감축을 위한 계획을 공개하도록 강제한다. 새로운 규정은 식품 및 농업 기반 기업이 누적 탄소 발생을 줄이도록 더 많은 압력을 가할 것이다. 이들 기업의 상품은 날씨에 매우 의존적이다. 그렇기 때문에 식품 및 농업 기업은 기후 변화로 인한 극단적인 날씨에 매우 취약하다. 결국, 스스로 감축하지 않으면 악순환의 고리에 빠져들 것이라는 경고다. 리처드는 "식품 기업들이 이러한 온실가스 배출량을 해결하지 못한다면, 그들은 결국 자신들의 무덤을 스스로 파는 격이 될 것"이라고 강조했다.
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세레스 보고서⋯글로벌 식품사들, 온실가스 배출 감축 노력 불구 "성과는 지지부진"
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빛 공해 인공조명, 물고기 행동과 후손에게까지 악영향
- 야간 인공조명이 물고기 행동에 큰 영향을 미치고 자손에게도 대물림되는 것으로 밝혀졌다. 최근 연구에 따르면 특히 청색 스펙트럼의 빛 공해는 물고기의 행동을 단 며칠 만에 변화시키고 그 영향이 후손에게까지 미칠수 있다고 PHYS가 보도했다. 독일의 세계적인 연구소인 막스 플랑크 동물행동연구소 연구팀은 세계적인 빛 공해의 주요 원인으로 여겨지는 야간 인공조명에 노출된 암컷 제브라피쉬의 반응을 연구했다. 연구 결과 9일 동안 다양한 파장의 야간 인공 조명에 노출된 물고기들은 헤엄치는 횟수가 줄었다. 물고기들은 또한 서로 더 가깝게 붙어 다니며 수족관 근처 벽에서 더 많은 시간을 보내는 '불안 유사 행동(anxiety-like behavior)'을 보였다. 이러한 불안 유사 행동은 모든 파장의 빛에 노출된 물고기에서 관찰되었지만, 청색 스펙트럼의 단파장은 가장 빠르고 강력한 변화를 일으켰다. 또한 빛 공해는 장기적인 영향을 미칠 수도 있다는 사실도 드러났다. 빛에 노출된 어미에게서 태어난 새끼들은 빛에 노출된 적이 없음에도 불구하고 헤엄치는 횟수가 적었다. 이 연구는 종합환경과학(Science of The Total Environment) 저널에 게재됐다. 빛 공해, 대부분의 생물에 악영향 야간 인공조명은 밤에 어두워야 할 곳에 빛을 더함으로써 환경을 오염시킨다. 이는 거리의 가로등, 건물이나 산업 지역을 밝히는 옥외 조명과 밤에도 우리 주의를 끄는 실내 기기들을 통해 존재한다. 이들 야간 인공 조명은 빛과 어둠의 주기에 의해 조절되는 생물학적 과정의 자연스러운 리듬을 방해해 대부분의 생물에게 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 야간 인공조명의 부정적인 영향이 청색 스펙트럼 빛에 노출된 인간에게서 발생한다는 사실을 바탕으로, 다양한 파장의 빛이 물고기의 행동에 어떤 영향을 미치는 지 알아보고자 했다. 막스 플랑크 동물행동연구소의 박사 과정 학생으로 연구를 수행한 제1저자인 웨이웨이 리(Wei WEi Li)는 "수면은 밤에 인공 조명으로 인해 방해 받는 동물의 주요 과정 중에 하나로 그것이 동물의 생활 능력에 어떤 의미가 있는 지 궁금했다"고 말했다. 팀은 암컷 제브라피쉬를 가시광선 스펙트럼의 9개 개별 파장과 백색광을 포함한 10가지 야간 조명 조건에 노출시켰다. 빛은 20럭스로 설정되었는데, 이는 멀리서 보는 가로등의 밝기와 동물들이 외부 환경에 노출될 수 있는 밝기와 유사하다. 연구 결과, 물고기는 모든 파장의 빛에서 8일 동안 노출된 후 헤엄치는 횟수가 줄었고, 서로 가깝게 붙어 다녔으며, 수족관 벽 근처에서 더 많은 시간을 보냈다. 이는 동물의 불안을 나타내는 '접촉주성(thigmotaxis)' 또는 '벽 껴안기 행동'으로 알려져 있다. 그러나 청색광의 영향은 훨씬 더 빨리 나타났다. 노출 5일만에 물고기는 불안 유사 행동을 나타냈으며, 470nm의 빛이 가장 강력한 영향을 미쳤다. 이 연구는 메커니즘을 밝히는 것을 목표로 하지는 않았지만 연구팀은 수면 부족이 데이터 패턴의 근본 원인일 수 있다고 추정했다. 행동 변화가 즉시 나타나지 않고 5일 또는 8일 밤의 노출 후에 나타났다는 사실은 수면 부족으로 설명될 수 있다는 것이다. 빛공해 영향, 자손에게 대물림 이번 연구는 또한 빛 공해의 영향이 개체에만 그치지 않고 자손에게까지 전달된다는 것을 보여주었다. 연구팀은 야간 인공조명에 노출 연구에 사용된 암컷 제브라피쉬를 번식시킨 뒤 태어난 새끼들을 자연광 조건에서 키웠다. 15일 후 연구팀은 작은 물고기의 활동 수준을 정량화하기 위해 설계된 특수 자동 추적 소프트웨어를 사용해 새끼들의 수영 행동을 테스트했다. 빛 공해에 노출된 어미의 새끼들은 밤에 빛에 노출되지 않았음에도 불구하고 낮에 움직임이 감소했다. 연구의 주저자인 중국 수생물학연구소의 밍 두안(Ming Duan)은 "우리는 빛 공해가 물고기의 자연스러운 행동을 방해한다는 사실을 발견했으며, 이러한 방해는 체력에 영향을 미칠 수 있다"고 말했다. 연구팀은 야생 동물에 대한 야간 인공조명의 영향을 완화하기 위해서는 인공 광원에서 방출되는 빛의 종류에 특별한 주의를 기울여야 한다고 말했다. 특히 동물들이 잠을 자려고 하는 곳에서 청색 파장 광원의 사용을 최소화하는 것이 중요하다고 강조했다.
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빛 공해 인공조명, 물고기 행동과 후손에게까지 악영향
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[우주의 속삭임(59)] 블랙홀, 냉각된 별일까? 아인슈타인 이론 도전하는 새로운 가설
- 블랙홀은 '얼어붙은 별'이라는 새로운 이론이 등장했다. 극도로 강력한 중력을 가진 블랙홀은, 그 중력이 너무 강해서 빛조차도 탈출할 수 없기 때문에 '검은 구멍'이라고 불린다. 또한 블랙홀은 엄청난 질량을 아주 작은 공간에 압축하고 있어서, 주변의 모든 것을 끌어당긴다. 블랙홀의 중심에는 '특이점'이라고 불리는 점이 있다. 이곳에서는 밀도와 중력이 무한대가 되어 우리가 알고 있는 물리 법칙이 적용되지 않는다. 또한 빛 조차도 빠져나갈수 없는 경계인 '사건의 지평선'이라는 두 가지 특징을 갖는다. 하지만 이 모델은 양자 역학이 도입되면서 심각한 문제에 부딪혔다. 게다가 1970년대에 스티븐 호킹은 사건의 지평선 근처의 양자 효과가 우주 진공에 입자를 생성하는 '호킹 복사(호킹의 복사 역설)'라고 알려진 과정을 일으킨다는 사실을 발견했다. 블랙홀은 이처럼 과학 법칙을 거스르는 특이한 존재로, 해결할 수 없는 많은 역설과 연관되어 왔다. 최근 남아프리카공화국의 로즈대학교와 이스라엘의 벤구리온 대학교 공동 연구팀은 블랙홀에 대한 우리의 모든 지식을 바꿀 수 있는 새로운 이론을 제시했다. 연구팀은 얼어붙은 별 모델에 대한 상세한 이론 분석을 수행했으며, 이 모델이 사건의 지평선과 특이점이 모두 없기 때문에 블랙홀이 실제로 '얼어붙은 별(frozen star)'일 수 있다고 주장했다. 얼어붙은 별은 냉각되어 더 이상 빛이나 열을 방출하지 않는 별의 잔해로, 흑색 왜성(black dwarf)이라고도 불리며 별의 마지막 단계를 나타낸다. 일반적으로 과학자들은 별이 흑색 왜성에 도달하는데 수 조년이 걸린다고 추정한다. 우리 우주는 137억년 밖에 되지 않았기 때문에 아직 흑색 왜성은 존재하지 않는다. 그러나 연구팀은 이번 연구에서 흑색 왜성과 블랙홀 사이의 유사성을 자세히 분석해, 기존 블랙홀 모델과 관련된 많은 역설을 해결할 수 있음을 발견했다. 현재 블랙홀 모델의 문제점 과학계는 블랙홀에 관해서는 1915년 알버트 아인슈타인이 일반 상대성 이론에서 제시한 내용을 따르고 있다. 아인슈타인에 따르면 블랙홀에는 두 가지 특징이 있다. 첫째, 중심에 '특이점(singularity)'이라고 하는 무한 밀도의 점이 존재한다. 둘째, 블랙홀에는 '사건의 지평선(event horizon)'이 있어 빛조차도 탈출할 수 없는 경계를 형성한다. 이 이론은 널리 받아들여지고 있지만, 몇 가지 문제점에 직면해 있다. 예를 들어 실제 관측 결과는 자연에 무한대가 존재하지 않음을 시사하며, 이것이 물리학에서 모든 것이 유한하다고 간주되는 이유다. 또 다른 모순은 앞서 말했듯이 스티븐 호킹의 복사 역설에서 발생한다. 이 역설은 블랙홀이 복사를 방출하고 시간이 지남에 따라 질량을 천천히 잃어 결국 완전히 증발한다고 제안한다. 그러나 아인슈타인은 블랙홀에서 아무것도 빠져나갈 수 없다고 했다. 또한 블랙홀이 증발하면 블랙홀을 형성한 물질이 파괴된다. 그러나 이것은 정보 보존의 법칙에 위배된다. 정보 보존 법칙은 물질과 마찬가지로 정보도 생성되거나 파괴될 수 없다고 명시하며, 양자 역학의 기초를 형성한다. 연구팀은 블랙홀을 특이점과 사건의 지평선이 없는 '얼어붙은 별'로 간주하면 이러한 모든 역설이 해결된다고 밝혔다. 블랙홀은 얼어붙은 별일까? 연구팀은 블랙홀의 엔트로피 및 열 복사와 같은 열역학적 특성의 이론적 값이 흑색 왜성의 값과 유사함을 입증했다. 이번 연구의 제1 저자인 이스라엘 벤 구리온 대학교의 라미 브루스타인 물리학 교수는 라이브 사이언스와의 인터뷰에서 "우리는 얼어붙은 별이 사건의 지평선이 없지만 (거의) 완벽한 흡수체처럼 행동하고 중력파의 원천으로 작용하는 방법을 보여주었다"며 이러한 물체는 블랙홀처럼 그 위에 떨어지는 거의 모든 것을 흡수할 수 있다고 지적했다. 그는 "게다가 이 천체들은 기존 블랙홀 모델과 동일한 외부 기하학적 구조를 갖고 있으며 기존의 열역학적 특성을 재현한다"고 덧붙였다. 블랙홀이 얼어붙은 별이라면 무한 밀도의 점이나 특이점이 없다는 것을 의미한다. 이는 블랙홀이 실제 세계의 물체와 동일한 유한성 관련 규칙을 따른다는 것을 시사한다. 또한 사건의 지평선이 없다는 것은 복사와 입자가 경계를 탈출할 수 있음을 의미하며, 이는 호킹이 블랙홀에서 빛이 방출된다는 주장과 일치한다. 브루스타인은 "우리는 얼어붙은 별이 지평선이 없음에도 불구하고 (거의) 완벽한 흡수체처럼 행동하고 중력파의 원천 역할을 하는 방법을 보여주었다. 또한 기존 블랙홀 모델과 동일한 외부 기하학적 구조를 생성하고 기존의 열역학적 특성을 재현한다"고 말했다. 그러나 이 연구에도 몇 가지 한계가 있다. 예를 들어 흑색 왜성은 내부 구조를 가지고 있다고 믿어지지만 블랙홀의 경우에는 그렇지 않다. 또한 블랙홀이 실제로 얼어붙은 별이라는 것을 확인하는 실험적 증거는 없다. 따라서 이 가설을 검증하려면 추가 연구가 필요하다. 이 연구는 '피지컬 리뷰 D(physical Review D)' 저널에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(59)] 블랙홀, 냉각된 별일까? 아인슈타인 이론 도전하는 새로운 가설
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[퓨처 Eyes(51)] 오존층, 서서히 아물고 있다⋯40년 만에 희망의 빛
- 1980년대, 인간이 만들어낸 오염물질로 인해 지구 오존층에 구멍이 뚫렸다는 충격적인 소식이 전 세계를 강타했다. 하지만 40년이 지난 지금, 마침내 오존층이 회복되고 있다는 희망적인 신호가 포착됐다고 데일리메일과 IFL이 전했다. 오존층은 자연적으로 발생하는 오존 가스의 얇은 층이다. 오존 가스는 세 개의 산소 원자로 이루어진 분자로, 태양의 유해한 자외선을 거의 모두 흡수한다. 오존가스는 지상에서 천식 등 폐질환을 앓고 있는 건강상의 문제를 일으킨다. 반면, 상층 대기에 모이면 오존은 지구에 영향을 미칠 수 있는 UV-B 복사선을 흡수한다. 1985년 영국 남극 조사단에 따르면 남극 상공의 오존층에 거대한 구멍이 뚫렸다는 사실이 밝혀졌다. 매년 남반구에 봄이 다가오면 이 구멍이 다시 열리고 자외선이 남극으로 쏟아진다. 남극 오존 구멍은 일반적으로 8월 중순에서 하순에 잘 형성되고, 1년 주기의 일부로 11월 말에 닫힌다. 올해 남극 오존 구멍, 예상보다 작고 늦게 형성 코페르니쿠스 대기 모니터링 서비스(CAMS)의 최근 관측 결과, 올해 남극 상공의 오존 구멍은 예년보다 늦게 형성되었고, 그 크기도 눈에 띄게 작아졌다. 지난 9월 13일 기준, 오존 구멍의 크기는 최근 몇 년 같은 시기보다 무려 1848만 제곱킬로미터나 줄어들었다. CAMS의 올해 새로운 데이터에 따르면 남극 오존층 구멍 형성은 예년에 비해 훨씬 느렸다. 9월에 다 되어서야 오존 구멍이 형성되기 시작했으며, 그 이후에도 오존 구멍의 크기는 상당히 작은 상태를 유지하고 있다. 올해 남은 기간 동안 CAMS는 오존 구멍이 더 빠르게 줄어들기 시작해 12월 초에는 완전히 닫힐 것으로 예측하고 있다. 전문가들은 이러한 변화가 전 지구적인 기상 패턴의 영향일 수 있다고 조심스럽게 분석하면서도, 몬트리올 의정서를 통한 CFC (클로로플루오로카본, Chlorofluorocarbons) 사용 규제 등 인류의 노력이 마침내 결실을 맺고 있다는 긍정적인 전망을 내놓았다. CAMS 책임자인 로렌스 루일은 "남극 오존 구멍 형성에는 화산 활동부터 기후 변화까지 다양한 요인들이 영향을 미치지만, 몬트리올 의정서를 통해 인류가 오존층 회복의 발판을 마련했다"고 강조했다. 오존층은 지상에서 우주로 확장되는 공기 기둥의 오존 양을 나타내는 돕슨(Dobson) 단위라는 측정법을 사용해서 측정된다. 1 돕슨 단위는 해수면 0℃(32°F)에서 0.01mm 두께의 오존층을 만드는 데 필요한 오존 분자의 수를 말한다. 오존층 파괴, 인류와 지구에 치명적 영향 오존층은 태양에서 방출되는 유해한 자외선을 흡수하여 지구상의 생명체를 보호하는 중요한 역할을 한다. 오존층 파괴는 피부암, 백내장 등 인간 건강을 위협할 뿐만 아니라, 농작물 생산량 감소, 해양 생태계 교란 등 지구 전체에 심각한 영향을 미친다. 특히 남극 생태계는 오존 구멍으로 인해 더욱 심각한 자외선 피해에 노출되어 왔다. 남극의 야생 동물인 물개와 펭귄에게 자회선 피해를 입히고 있는 것. 올해 CAMS 데이터에 따르면 남극 지역에서 대부분이 오존층 파괴의 기준인 220돕슨 단위 이상을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 이는 2023년 9월 10일까지 오존층 파괴 면적이 2600제곱킬로미터에 달했던 것에 비해 현저히 줄어든 것이다. 40년 내 오존층 완전 회복 기대, 국제 협력의 힘 1987년, 전 세계는 '몬트리올 의정서'를 체결해 오존층 파괴 물질인 CFC 사용을 금지했다. 하지만 이미 발생한 오존층 파괴는 쉽게 회복되지 않았고, 최근까지도 남극 오존 구멍은 심각한 수준을 유지해 왔다. CFC는 에어로졸 스프레이와 냉장고 냉매, 소화기 등에 사용되는 인공화합물이다. 일부 전문가들은 올해 오존층 파괴 속도가 느려진 것이 회복의 신호로 여기지 않는다. 오히려 기온과 바람 패턴의 자연스러운 변화로 극지방 소용돌이가 교한되었기 때문일 가능성이 높다는 지적이다. CAMS 또한 블로그 게시물에서 "평소보다 추운 날씨가 계속된다고 해서 장기적인 기후 추세를 알 수 없는 것처럼 오존층 파괴가 느리게 시작되었다고 해서 반드시 오존층 회복으로 단정할 수 없다"라고 적었다. 그럼에도 이번 연구 결과는 오랜 기다림 끝에 마침내 오존층이 회복되고 있음을 보여준다. 전문가들은 향후 40년 안에 오존층이 완전히 회복될 수 있다는 희망적인 전망을 내놓았다. 로렌스 루일은 "앞으로 40년 안에 오존층이 더욱 회복될 것으로 기대하며, 이는 국제 협력과 과학적 근거를 바탕으로 한 노력이 지구 대기에 긍정적인 변화를 가져올 수 있음을 보여주는 중요한 사례"라고 말했다. 이는 국제적인 협력과 과학적 노력이 지구 환경 문제 해결에 얼마나 중요한 역할을 하는지 보여주는 좋은 사례다. 오존층 회복은 인류와 지구 생태계를 위한 값진 노력의 결실이 될 것이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(51)] 오존층, 서서히 아물고 있다⋯40년 만에 희망의 빛
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[우주의 속삭임(57)] 다량의 철분 섞인 바람 부는 외계 행성 발견
- 다양한 환경 조건을 갖춘 외계 행성이 새로 발견되었다. 'WASP-76b'라는 이름이 붙여진 이 외계 행성은 낮 온도가 무려 2000도 이상으로 치솟는 극단적인 행성 중 하나라고 사이언스얼라트가 전했다. 스위스 제네바 대학교가 주축이 된 천문학자 팀은 이 외계 행성에 대한 연구를 진행, 천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics) 저널에 WASP-76b 대기에 강렬한 '철분 섞인 바람, 소위 철풍'이 불고 있다는 증거를 발견했다고 발표했다. 보고서에 따르면 연구진은 이 행성이 10년 전 발견됐던 당시에 생각했던 것보다 훨씬 더 특이하다는 사실을 발견했다. 이 행성은 모항성에 단단히 고정되어 있어 행성을 둘러싸고 강렬한 바람이 불고 있다. 바람에는 대기의 하층에서 상층으로 흐르는 많은 양의 철 원자가 포함되어 있다고 한다. 지구에서는 찾을 수 없는 철풍이 불고 있다는 것이다. 외계 행성은 태양계 밖에 존재한다. 따라서 태양이 아닌 다른 항성을 공전한다. 외계 행성의 첫 발견은 지난 1990년대로 거슬러 올라간다. 그 이후 현재까지 5200개 이상의 외계 행성이 발견되었다. 그중 다수는 목성이나 토성과 같은 거대 가스 행성이고, 다른 것들은 거주 가능성을 배제한 '작은 암석의 지구'와 유사하다. 더욱 진보된 망원경과 탐지 기술이 개발됨에 따라, 관찰 범위와 수준은 더욱 높아지고 있기 때문에 외계 행성을 찾아내거나 탐사할 수 있는 능력도 높아질 것으로 기대된다. 발견된 외계 행성 중 하나인 WASP-76b는 최근 많은 주목을 받았다. 이 행성은 물고기자리 방향으로 지구로부터 640광년 떨어진 초고온 가스 거성이다. 지난 2013년에 발견되었으며, 모항성과 매우 가까운 궤도를 돌고 있다. 지구 기준으로 단 1.8일 만에 궤도를 한 바퀴 돌았다. 항성과 매우 가까운 거리에 있어 주간 기온은 2000도 이상으로 극심하게 상승했다. 강렬한 열이 지표면의 철을 증발시켜 대량의 철 원소가 바람에 실려 날리고, 밤에 차가워지면 다시 액체로 응축돼 철비로 떨어지는 것으로 추정된다. 천문학자들은 이 행성이 발견된 이후 초고온 목성의 대기 메커니즘을 규명하기 위해 이 행성 연구에 집중해 왔다. 같은 초고온 가스 거성이었기 때문이다. 이 행성은 진정 매혹적인 모습을 보여주었다. 지난해 4월에는 무지개도 감지되었다. 연구팀은 온도가 훨씬 높은 낮 시간대에 더욱 세심한 주의를 기울였다. 팀은 유럽 남방천문대의 초대형 망원경에 설치된 에스프레소(ESPRESSO) 분광기를 사용했다. 이 분광기는 안정성과 높은 광분해 능력으로 유명하여 항성에서 분출되는 빛 스펙트럼에서 놀라울 정도로 미세한 수준의 세부 사항까지 식별할 수 있다. 연구팀은 고해상도 방출 분광법 기술을 사용해 가시광선 스펙트럼을 연구했다. 이 방식은 스펙트럼에서 방출선을 감지해 내 화학적 구성을 디코딩할 수 있다. 여기서 연구팀은 철의 화학적 특징을 감지했고, 철분이 대기의 낮은 층에서 높은 층으로 이동하고 있음을 발견했다. 한편 외계 행성의 대기 연구는 우주 행성들의 환경을 더 깊이 이해할 수 있도록 한다. 가스 행성인 WASP-76b에 대한 연구는 모항성에서 극한 수준의 방사선 폭격을 받는 태양계를 비롯, 우주 세계의 기후에 대한 많은 정보를 제공해 주고 있다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(57)] 다량의 철분 섞인 바람 부는 외계 행성 발견
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[먹을까? 말까?(61)] 식이 섬유, 대장암 위험 30% 감소
- 일반적으로 헛배 부름이나 복부 팽만과 연관되는 식이섬유가 실제로는 생명을 구하는 영양소라는 연구 결과가 늘어나고 있다. 하루 24g의 식이 섬유 섭취, 즉 과일 5인분에 해당되는 양은 대장암 위험을 30%까지 낮출 수 있다고 영국 일간지 데일리 메일이 12일(현지시간) 온라인판에서 전했다. 우리나라 질병관리청에 따르면 성인(30~49세 남/여)의 하루 식이섬유 권장량은 남자 30g, 여자 20g이다. 그러나 미국인 10명 중 9명은 하루 권장량인 30g에 미치지 못하는 식이 섬유를 섭취하고 있으며, 이는 젊은 성인층의 대장암 발병률 급증의 원인으로 지목되고 있다. 전문가들은 식이섬유의 중요성을 강조했다. 애틀란타의 영양사 저린 존스는 "식이섬유는 심장병, 제2형 당뇨병, 특정 암 등 다양한 질병 예방에 중요한 역할을 한다"고 말했다. 식이섬유는 몸에서 완전히 소화되지 않는 탄수화물의 일종으로, 소화기관 대부분을 비교적 그대로 통과한다. 소화 건강에 필수적이며 변비를 예방하고, '나쁜' LDL 콜레스테롤을 낮추며 포만감을 오래 유지시켜준다. 또한 혈당 조절에도 도움을 준다. 몸에서 완전히 소화되지 않기 때문에 혈류로 당이 천천히 방출되어 급격한 혈당 상승을 막아 제2형 당뇨병, 염증, 체중 증가 등을 예방한다. 물론 식이섬유는 가스와 헛배 부름을 유발할 수 있지만, 존스는 "식이섬유의 이점이 단점보다 훨씬 크다"고 강조했다. 식이섬유는 장내 유익균의 균형을 조절하고, 대장 세포에 에너지를 공급하는 대사물질로 분해되어 염증을 에방하며 암 밸생을 억제한다. 또한 변을 부드럽게 하고 수분을 흡수하여 배변을 돕고, 유해 물질의 장내 체류 시간을 줄여 대장암 발생 가능성을 줄여준다. 식이섬유가 풍부한 식단은 체중 관리에도 효과적이다. 소화 및 영양소 흡수를 늦춰 포만감을 오래 유지하고, 칼로리 추가 없이 음식의 부피를 늘려 과식을 방지한다. 연구 결과들은 식이섬유의 항암 효과를 뒷받침한다. 2010년 옥스퍼드 대학 연구에 따르면 하루 평균 24g의 식이섬유를 섭취하면 대장암 위험이 30% 감소한다. 2011년 영국 의학 저널(British Medical Journal)에 발표된 20개 이상의 연구 분석 결과도 식이섬유 10g 추가 섭취 시 대장암 위험이 10% 감소한다는 결론을 내렸다. 미국 오하이오주에 있는 클리블랜드 클리닉의 소화기 종양 전문의 수닐 카마스 박사는 "건강하고 식이섬유가 풍부한 식단은 대장암 예방 및 재발 방지에 매우 중요하다"고 강조했다. 하지만 미국인의 식단은 가공식품, 붉은 육류, 지방, 단순 탄수화물 위주이며, 하루 평균 식이섬유 섭취량은 15g에 불과하다. 이로 인해 젊은 층의 대장암 발병률이 급증하고 있는 추세이다. 미국 암 협회는 2019년 진단된 대장암 환자의 20%가 55세 미만이라고 보고했다. 이는 1995년에 비해 약 두 배 증가한 수치다. 젊은 성인의 대장암 사망 위험 증가에 대한 우려가 커지면서, 미국 예방 서비스 태스크 포스(USPSTF)와 다학회 대장암 태스크 포스는 대부분의 미국인에게 45세부터 대장암 검진을 시작하고 75세까지 정기적으로 검진받을 것을 권고하고 있다. 식이섬유가 풍부한 식품으로는 사과, 바나나, 딸기 등의 과일과 당근, 브로콜리, 시금치 등의 채소가 있다. 또한 현미, 귀리 등의 통곡물 그리고 콩, 렌틸콩 등의 콩류와 아몬드, 치아씨 등의 견과류 및 씨앗류가 있다. 존스는 "식이섬유가 풍부한 다양한 음식을 섭취하면 특정 암의 위험을 줄이고 콜레스테롤 수치를 낮춰 염증을 줄이고 장 건강을 개선할 수 있다"고 조언했다. 이러한 식품 섭취는 소화 건강을 돕고 포만감을 오래 유지시키는 데에도 도움이 된다. 비만은 미국인의 약 42%가 겪는 질환으로, 대장암의 주요 위험 요인 중 하나로 꼽힌다. 한 연구에 따르면 비만은 대장암 위험을 최대 32%까지 높일 수 있다. 전문가들은 식이섬유가 풍부한 식단을 통해 건강을 유지하고 대장암과 같은 심각한 질병을 예방할 수 있다고 강조한다. 균형 잡힌 식습관과 정기적인 검진을 통해 건강한 삶을 유지하는 것이 중요하다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(61)] 식이 섬유, 대장암 위험 30% 감소
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[우주의 속삭임(54)] 허블·찬드라 망원경, 충돌하는 은하 속 초거대 블랙홀 쌍 발견
- 미 항공우주국(나사·NASA)의 허블 망원경과 찬드라 X선 망원경을 이용해 약 300광년 떨어진 초거대 블랙홀 쌍이 관측됐다. 나사 허블사이트는 9일(현지시간) 홈페이지를 통해 이 블랙홀들은 충돌 중인 두 은하 중심에 위치하며, 가스와 먼지 유입으로 활동성 은하핵(AGN)으로 밝게 빛나고 있다고 밝혔다. 유럽우주국(ESA) 또한 같은 날 나사/ESA 허블 망원경과 NASA의 찬드라 X선 관측소는 매우 가까운 거리에 있는 두 개의 초 거대 블랙홀의 존재를 확인했다고 전했다. 나사에 따르면 이 AGN 쌍은 가시광선과 X 선 관측을 통해 발견된 지역 우주에서 가장 가까운 쌍이다. 된 이 쌍은 이전에 발견된 수십 개의 블랙홀 쌍보다 훨씬 가까운 거리에 위치한다. 이러한 AGN 쌍은 은하 병합이 빈번했던 초기 우주에서 더 흔했을 것으로 추정된다. 약 8억광년 떨어진 이번 발견은 가까운 곳에서 이를 관찰할 수 있는 독특한 기회를 제공한다. 이 발견은 허블 망원경의 고해상도 이미지에서 은하 내 작은 영역에 밝은 산소 가스가 집중되어 있음을 나타내는 세 개의 광학 회절 스파이크가 발견되면서 우연히 이루어졌다. 논문의 수석 저자인 매사추세츠 케임브리지에 있는 하버드 및 스미소니언 천체물리학 센터의 안나 트린다데 팔카오 박사는 "우리는 이런 것을 볼 수 있을 것이라고 예상하지 못했다"며 "이 모습은 가까운 우주에서 흔히 볼 수 있는 모습이 아니며 은하 내부에서 다른 일이 일어나고 있음을 말해준다"고 밝혔다. 연구팀은 찬드라 망원경을 사용해 X 선으로 동일한 은하를 조사했고, 허블 망원경으로 관측된 밝은 광점과 일치하는 두 개의 강력한 고에너지 방출원을 발견했다. 이를 통해 두 개의 블랙홀이 가까이 위치하고 있다는 결론을 내렸다. 연구팀은 추가적으로 뉴멕시코에 있는 칼 G. 잰스키 초대형 전파 망원경의 자료를 활용해 이 블랙홀 쌍이 강력한 전파를 방출한다는 사실도 확인했다. 허블 망원경이 관측한 세 번째 밝은 광원의 기원은 아직 밝혀지지 않았으며, 추가적인 데이터 분석이 필요하다. 나사는 "두 초거대 블랙홀은 각각 원래 은하의 중심에 있었지만, 은하 병합으로 인해 가까워졌다"며 "앞으로 두 블랙홀은 계속해서 서로에게 접근하여 결국 병합될 것이며, 이 과정에서 시공간에 중력파를 발생시킬 것"이라고 추정했다. 미국 국립과학재단의 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)는 이미 수십 개의 항성 질량 블략홀 병합에서 발생하는 중력파를 감지했지만, 초거대 블랙홀 병합에서 발생하는 더 긴 파장의 중력하는 LIGO로 감지할 수 없다. 차세대 중력파 검출기인 LISA(Laser Interferometer Space Antenna)는 2030년대 중반 발사될 예정이며, 수백만 마일 떨어진 세 개의 검출기를 통해 심우주에서 발생하는 긴 파장의 중력파를 포착할 수 있을 것으로 기대된다. 허블망원경은 나사와 유럽우주국(ESA)간의 국제 협력 프로젝트로 30년 이상 운영되어 왔다. 팔카오는 "허블의 놀라운 분해능이 없었다면 우리는 이 복잡한 현상을 볼 수 없었을 것"이라고 말했다. 이 연구 결과는 9일 '천체물리학' 저널에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(54)] 허블·찬드라 망원경, 충돌하는 은하 속 초거대 블랙홀 쌍 발견
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애플, 첫 AI 탑재 '아이폰16' 공개⋯한국, 미국 등 1차 출시국 포함
- 애플이 최신형 AP(앱 프로세서)인 'A18' 칩셋을 탑재한 첫 AI(인공지능)폰 '아이폰16' 시리즈를 공개했다. 애플은 10일(현지시간) 미국 캘리포니아주 쿠퍼티노에 있는 애플파크에서 아이폰16 시리즈와 애플워치10, 에어팟4 등 신제품을 공개했다. 아이폰16과 아이폰16 플러스는 전작과 같이 각각 15.5㎝ 및 17.㎝ 크기 디스플레이로 출시됐다. 슈퍼 레티나 XDR 디스플레이는 OLED 기술과 다이내믹 아일랜드를 탑재했다. 또한 경쟁 스마트폰 글래스 대비 2배 더 견고한 최신 세대 세라믹 실드를 탑재하며 업계 최고 수준의 내구성과 디자인을 모두 잡아냈다. 내부 디자인도 더 큰 배터리를 수용하고 열방출 효율을 높이면서 배터리 서비스도 한결 수월해지도록 재설계됐다. 새로운 내부 디자인과 iOS 18의 첨단 전력 관리 기능은 배터리가 대폭 늘어난 배터리 사용 시간을 제공하는 데 최적의 환경을 제공한다. 전작 아이폰15에서는 프로형 모델에만 적용됐던 '동작 버튼'도 아이폰16 시리즈에서는 기본·플러스 모델까지 확대됐다. 사용자는 버튼을 한 번 누르는 것만으로도 다양한 기능을 쉽게 실행할 수 있다. 예를 들어 카메라·손전등·제어 항목을 빠르게 열거나, 벨소리 모드와 무음 모드를 오갈 수 있다. 또한 음성 메모·집중 모드·번역·확대기 같은 손쉬운 사용 기능을 활성화하고 단축어로 더 많은 옵션을 이용하는 것도 가능하다. 새로운 '카메라 컨트롤' 기능도 도입됐다. 기기 우측 하단에 장착된 카메라 컨트롤에는 버튼을 눌렀을 때 피드백을 전달하는 촉각 스위치, 살짝 누르는 제스처를 감지하는 고정밀 포스 센서, 터치 상호 작용을 지원하는 정전식 센서 등 혁신적인 기능이 다수 탑재된다. 카메라 컨트롤로 빠르게 카메라를 실행하고 사진 및 동영상을 촬영할 수 있으므로 원하는 순간을 바로 담아낼 수 있다. 카메라 컨트롤은 시각 지능도 지원해 사용자는 피사체와 장소에 관한 정보를 그 어느 때보다 빠르게 얻을 수 있다. 이 기능은 애플 인텔리전스 지원 국가 및 지역에서 내년에 출시된다. 사용자가 카메라 컨트롤을 길게 누르면 지나가던 식당의 영업시간이나 후기 등을 한번에 확인하거나 길에 붙은 전단지의 이벤트를 캘린더에 자동으로 추가하는 식으로 사용된다. 또한 카메라 컨트롤은 사용자가 물건 판매처를 알아보기 위해 구글에 검색하거나, 챗GPT의 문제 해결 능력을 이용하고 싶어하는 경우 적절한 도구를 실행시켜 줄 수 있다. 아이폰16과 아이폰16 플러스는 카메라 렌즈 배열이 기존의 대각선에서 수직 배열로 변경됐으며, 성능도 한층 끌어올렸다. 광학 줌급 퀄리티의 2배 망원 옵션까지 지원하는 4800만 화소 퓨전 카메라로 사용자는 피사체에 더 가까이 다가가 쉽게 원하는 구도를 잡을 수 있다. 더 탁 트인 광각 사진뿐 아니라, 오토포커스를 지원하는 새로운 1200만 화소 울트라 와이드 카메라는 접사 사진 촬영도 가능하다. 아울러 아이폰16 일반형과 플러스에서도 공간 사진·비디오도 촬영할 수 있게 됐으며, 비디오 촬영 시에도 공간 음향 캡쳐가 지원된다. 머신러닝 구동 속도 최대 2배 아이폰16과 아이폰16 플러스는 직전 모델인 아이폰15 일반형 모델(A16 바이오닉)보다 AP 세대를 두 단계 진화시켰다. A18 칩은 성능과 효율 면에서 획기적인 도약을 이뤄냈다. 2세대 3㎚ 공정으로 제작된 A18 칩은 고사양 그래픽이 요구되는 게임 및 컴퓨테이셔널 포토그래피 기능도 거침없이 구현하고, 애플 인텔리전스 구동 속도도 한층 높여준다. 16코어 뉴럴 엔진은 대규모 생성형 모델에 맞게 최적화되었고, A16 바이오닉 칩 대비 최대 2배 빠른 속도로 ML(머신러닝) 모델을 구동한다. 6코어 CPU는 A16 바이오닉 칩 대비 30% 빠른 속도로, 모든 경쟁 제품을 능가하는 속도를 자랑한다. 또한, 전력 효율까지 증가하여 동일한 워크로드를 A16 바이오닉 대비 30% 더 적은 전력으로 처리할 수 있다. 5코어 GPU는 A16 바이오닉 칩 대비 속도는 최대 40%, 효율은 35% 더 향상됐다. 애플 인텔리전스 내달 베타 버전 출시 특히 애플은 아이폰16 시리즈가 애플이 제작한 생성형 모델을 기반으로 한 애플 인텔리전스를 위해 설계됐다고 강조했다. 애플 인텔리전스는 '프라이빗 클라우드 컴퓨트'로 개인정보를 보호하고 보안을 유지한다. 또한 애플 인텔리전스는 사용자에게 글쓰기 능력을 향상시킬 수 있는 새로운 방식도 선사한다. 시스템 전반에서 이용 가능한 '글쓰기 도구'는 텍스트를 재작성·교정·요약해 준다. 독창적인 젠모지 생성 기능과 이미지 플레이그라운드로는 순식간에 재밌는 이미지를 생성할 수 있다. 이에 더해 알림 요약, 긴급 메시지를 맨 위에 표시해주는 '최우선 메시지' 기능, 메모·전화 앱에서의 음성 녹음·전사·요약 등을 제공해준다. 특히 통화 녹음 시에는 자동으로 통화 당사자들에게 녹음 중임을 알려주며, 통화가 종료되면 애플 인텔리전스가 요약을 생성해 핵심 내용을 되짚어 볼 수 있도록 도와준다. 음성 비서인 시리(Siri)의 성능과 디자인도 새로워진다. 언어 이해 능력도 한층 향상된 시리는 말을 조금 더듬더라도 무슨 말인지 알아듣고, 앞선 요청과 이어지는 요청 간 맥락을 따라오고 이해한다. 사용자는 언제든 텍스트와 음성을 오가며 시리와 대화할 수 있다. 시리는 아이폰을 비롯한 애플 기기 기능에 관한 수천 가지 질문에도 답해준다. 사용자의 개인적 맥락을 바탕으로 맞춤 지능을 제공해 줄 수도 있다. 화면 내용 인지 능력을 갖추게 된 시리는 사용자의 동의에 따라 화면 속 콘텐츠를 이해하고 필요한 동작을 수행하며, 앱 전체에 걸쳐 수백 가지 새로운 동작도 수행할 수 있다. 시리를 통해 오픈AI의 챗GPT에 간단히 액세스하는 것도 가능하다. 다만 이같은 애플 인텔리전스 기능들은 아이폰16 시리즈가 이달 출시되고 다음달 중 소프트웨어 업데이트를 통해 베타 버전이 최초 제공될 예정이다. 애플은 내년까지 지속 업데이트를 통해 지원 기능, 언어, 플랫폼을 추가할 방침이다. 아이폰16과 아이폰16 플러스는 울트라마린, 틸, 핑크, 화이트, 블랙 색상으로 출시되며, 128GB, 256GB, 512GB 저장 용량으로 제공된다. 가격은 아이폰16 125만원, 아이폰16 플러스 135만원부터 시작한다. 전작과 출고가가 같다. 또한 이번에는 우리나라가 처음으로 아이폰 1차 출시국에 포함됐다. 대한민국, 호주, 캐나다, 중국, 프랑스, 독일, 인도, 일본, 말레이시아, 멕시코, 튀르키예, 아랍에미리트 연합국(UAE), 영국, 미국 등 58개 이상의 국가 및 지역에서는 13일 오후 9시부터 사전 주문할 수 있으며, 20일부터 온라인 및 오프라인 매장 판매가 시작된다.
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애플, 첫 AI 탑재 '아이폰16' 공개⋯한국, 미국 등 1차 출시국 포함
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[기후의 역습(54)] 시베리아의 '지옥으로 가는 관문', 30년 만에 3배로 커졌다
- 기후 변화로 인해 시베리아의 거대한 구멍, "지옥으로 가는 관문(바타가이 분화구)'이 예상보다 빠르게 확장되고 있다고 비즈니스인사이더, NDTV 등 외신들이 전했다. 시베리아의 얼어붙은 야나 고원에 위치한 바타가이 분화구는 현재 폭이 200에이커(약 24만 5000평), 깊이가 91m를 넘는다. 이 분화구는 가오리, 투구게 또는 거대한 올챙이 모양이다. 실제 분화구가 아닌 '해빙 침체' 동토인 바타가이는 1960년대 처음 기밀이 해제된 위성 이미지에서는 거의 보이지 않는 작은 은색 조각에서 시작됐다. 현재 분화구의 크기는 불과 30년 만에 세 배로 커졌다. 바타가이 분화구는 지구에서 두 번째로 오래된 영구 동토층이다. 그런 분화구가 '점점 빠른 가속도로' 계속해서 바깥쪽으로 확장되고 있다. 현재는 분화구가 너무 커져서 우주에서도 볼 수 있을 정도다. 전문가들이 대거 분화구로 몰려들어 변화의 전후 사정을 파악하는 데 주력하고 있다. 워싱턴 대학교의 지구물리학자 로저 마이클라이즈 교수는 비즈니스인사이더와의 인터뷰에서 "바타가이에서 알아낼 수 있는 것이 많다. 바타가이가 시간이 지나면서 어떻게 진화할지 알아내는 것뿐만 아니라, 북극에서 유사한 특징이 어떻게 발달하고 진화할 수 있는지도 이해할 수 있다"라고 말했다. 마이클라이즈는 "바타가이의 10분의 1 또는 100분의 1 크기일지라도 물리학은 근본적으로 동일하다"라고 덧붙였다. 올해 초에 발표된 다른 연구에 따르면, 이 분화구는 영구 동토층의 녹은 물이 바닥의 기반암에 거의 도달했기 때문에 더 깊어지고 있다. 뉴욕포스트 보도에 따르면 빙하학자 알렉산더 키즈야코프 박사는 이 연구에서 "분화구의 역행적 해빙 침체(RTS)의 부피는 연간 약 100만 입방미터씩 증가하고 있다"라고 적었다. 전문가들은 분화구의 확장이 강둑의 침식을 가속하고 주변 생태계에 큰 영향을 미치기 때문에 인근 바타가이 강에 문제를 일으킬 것이라고 경고했다. 학자들은 또 급속히 확장되는 분화구로 인해 동토에 얼어붙어 잠겨 있던 각종 미생물이나 메탄이 해동돼 대기 중으로 방출되면서 온실가스 배출량도 증가할 수 있다고 지적했다. 전문가은 현재 매년 영구 동토층에 갇혀 있던 유기 탄소 4000~5000톤이 방출되고 있으며, 이 수치는 갈수록 증가할 가능성이 높다고 추정한다. 분화구가 녹아 확장되고 있어 이 '지옥으로 가는 관문'이 이 지역 전체에 영향을 줄 수 있다는 지적이다. 전문가들은 동토가 더 녹으면 주민들이 거주하는 주변 커뮤니티들이 위험해질 수 있다고 경고했다. 야쿠츠크의 멜니코프 영구 동토층 연구소(Melnikov Permafrost Institute)의 니키타 타나나예프 연구원은 분화구에서의 누출로 인해 인근 생태계가 영구적으로 변하고 있다고 말했다. 그는 "이로 인해 강가 서식지를 비롯한 생태계가 크게 변할 것이고, 바타가이 분화구 침식지에서 빠져나오는 퇴적물의 영향은 인근의 주요 강인 야나 강까지 영향을 미칠 것"이라고 말했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(54)] 시베리아의 '지옥으로 가는 관문', 30년 만에 3배로 커졌다
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[퓨처 Eyes(49)] 신개념 하이드로겔, 초기 관절염 치료 및 진행 억제 가능성 제시
- 중국 과학자들이 관절염 치료의 새로운 지평을 열 혁신적인 생체 재료 개발에 성공했다. 이번 연구는 퇴행성 관절염으로 고통받는 전 세계 수억 명 환자들에게 새로운 희망을 제시할 것으로 기대된다. 관절염은 뼈 사이의 완충 역할을 하는 연골이 점차 파괴되면서 발생하는 질환이다. 연골 손상은 윤활 감소와 마찰 증가를 초래하여 결국 관절에 돌이킬 수 없는 손상을 입힌다. 특히 성인의 연골은 자연적으로 치유되지 않아 치료가 어려운 난제로 꼽혀왔다. 관절염, 삶의 질 저하시키는 질환 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전 세계 관절염 환자 수는 꾸준히 증가하여 1990년부터 2019년까지 113% 증가한 5억 2800만 명에 달한다. 인구 고령화와 현대인의 생활 방식 변화가 관절염 증가세를 부추기고 있다. 국내에서도 관절염 문제는 심각하다. 국민건강보험공단 통계에 따르면, 무릎 관절염 환자 수는 지난해 기준 4년간 6.7% 증가했다. 특히 60대 이상 노년층에서 무릎 관절염 발병률이 높게 나타났다. 무릎 관절염은 초기에는 간헐적인 통증으로 시작되지만, 방치할 경우 심각한 통증, 다리 변형, 보행 장애까지 이어질 수 있다. 손상된 연골, 정밀하게 치료한다 이번에 중국 연구팀이 개발한 기술은 '하이드로겔 마이크로스피어(HMS)'와 항체를 결합하여 연골 윤활을 회복시키는 획기적인 치료법이다. 홍콩 매체 사우스차이나 모닝 포스트(SCMP)에 따르면 상하이 고등 연구소와 창사 샹야 국립 병원 연구팀은 손상된 조직 복구에 널리 사용되는 '하이드로겔 마이크로스피어'를 활용하여 관절염 치료의 새로운 접근법을 제시했다. 이번 연구 결과는 첨단 소재 분야 학술지 '어드밴스트 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 게재됐다. 이 혁신적인 마이크로스피어는 천연 단백질에서 추출한 젤라틴 메타크릴레이트와 합성 고분자인 폴리(설포베타인 메타크릴레이트)를 결합하여 만들어졌다. 이 두 물질의 조합은 세포 성장과 수분 공급에 이상적인 환경을 제공한다. 연구팀은 나아가 손상된 연골에 결합하고 마이크로스피어에 부착되는 표적 항체를 개발하여 치료 효과를 극대화했다. 이 새로운 치료법은 기존 생체 윤활제와 달리 염증 부위를 정확하게 표적하여 치료할 수 있다는 장점을 가진다. '하이드로겔 마이크로스피어'는 작고 균일한 구형의 하이드로겔 입자이다. 쉽게 말해, 아주 작은 크기의 물을 많이 머금을 수 있는 3차원 젤리 공을 떠올리면 된다. 크기는 일반적으로 마이크로미터(㎛) 단위로 매우 작다. 구조는 3차원 망상구조를 가진 친수성 또는 양친매성 고분자 사슬이 가교되어 형성된다. 쉽게 비유하자면, HMS는 작은 스펀지처럼 물을 흡수하여 촉촉함을 유지하고, 필요한 물질을 머금고 있다가 서서히 방출하는 역할을 한다. 이러한 특성 덕분에 약물 전달, 조직 공학, 세포 배양 등 의료 분야에서 다양하게 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 쥐 실험 통해 초기 골관절염 치료 효과 입증 연구팀은 개발한 생체 물질을 쥐에게 주입하여 초기 골관절염 치료 효과를 검증했다. 그 결과, 이 치료법은 골관절염 증상을 완화하고 추가적인 관절 손상을 예방하는 데 효과적인 것으로 나타났다. 특히, 새로운 생체 재료는 표준 식염수 주입과 비교했을 때 마찰을 줄이고 관절 윤활을 개선하는 측면에서 기존 치료법보다 뛰어난 성능을 보였다. 보고에 따르면 마찰 계수는 표준 식염수 주입에 비해 '3분의 1' 이상 감소했다. 이번 연구는 특히 초기 단계 관절염 치료에 대한 유망한 접근 방식을 제시한다. 표적 윤활 제공과 추가적인 관절 손상 예방을 통해 관절염 치료의 새로운 패러다임을 열 것으로 기대된다. 연구팀은 "개발된 주입형 표적 윤활 HMS와 정밀 표적 윤활 HMS는 특히 초기 단계의 골관절염 진행을 늦추는 데 유망하고 편리한 기술"이라고 강조했다. 관절염 치료의 새 지평 열리나 앞서 미국 노스웨스턴대학교 연구팀은 손상된 무릎 연골을 재생하는 새로운 생체 활성 물질을 개발하고, 양을 이용한 실험에서 성공적인 결과를 얻었다. 이 새로운 생체 재료는 연골 성장 및 유지에 필수적인 단백질인 TGFb-1에 결합하는 생체 활성 펩타이드와 연골 및 관절의 윤활 활액에 존재하는 천연 다당류인 히알루론산으로 구성되어 있다. 노스웨스턴 연구팀은 새로운 생체 재료 물질을 동물 모델인 양의 손상된 무릎 연골에 적용한 결과, 6개월 이내에 새로운 연골이 생성되는 것을 확인했다. 새로 생성된 연골은 통증 없는 기계적 탄력성을 가능하게 하는 천연 생체 고분자인 콜라겐 II와 프로테오글리칸을 포함하고 있었다. 해당 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재됐다. 관절은 일단 망가지면 자연적으로 재생되지 않아 그동안 치료의 한계가 있었다. 그러나 이처럼 연골을 재생시키기 위한 전 세계 과학자들의 노력이 합쳐지면 관절염 치료를 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(49)] 신개념 하이드로겔, 초기 관절염 치료 및 진행 억제 가능성 제시
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[우주의 속삭임(49)] 블랙홀과 암흑물질, 빅뱅 이전부터 존재했다?
- 블랙홀과 암흑물질의 비밀은 빅뱅 이전의 우주에 ‘비밀스러운 다른 모습’이 있었을 수 있다는 새로운 '바운싱' 우주론을 암시하고 있다는 새로운 연구가 발표돼 주목된다고 라이브사이언스가 전했다. 연구에서 제시하는 '바운싱'은 빅뱅 이전에 수축했다가 팽창으로 '튀어오르는 상황'을 의미한다. 우주론과 우주미립자 저널(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)에 최근 게재된 연구에 따르면 우주는 빅뱅 이전에 먼저 응축되는 기간을 겪었으며, 이로 인해 암흑물질의 수수께끼 같은 본질을 설명할 수 있는 블랙홀이 생성되었을 가능성이 있다. 연구에서 제시된 이론은 "우주는 초기 형성 단계에 먼저 수축해 극도로 밀도가 높은 상태에 도달한 후, 다음 단계에서 반등해 팽창, 즉 빅뱅 단계에 진입해 오늘날의 우주가 형성됐다"는 제안이다. 빅뱅 전에 수축이 먼저 일어났고, 이로 인해 밀도가 증가해 변동하면서 빅뱅 및 현재 관찰되는 가속 팽창으로 이어졌다는 것. 연구진은 수축의 정도를 오늘날보다 약 50배 작은 크기까지 응축되었다고 추정했다. 이는 우주가 빅뱅이라는 단일 사건에서 유래해 그 후부터 빠르게 팽창했다는 전통적인 우주론에 도전하는 것이다. 연구에 따르면 '수축 후 반등'은 블랙홀과 암흑물질에 대한 이해에 심오한 결과를 가져올 수 있다. 또 연구는 우주의 수축 단계에서 밀도 변동으로 인해 작은 블랙홀이 생겨났을 수 있다고 추정하고 있다. 이러한 원시 블랙홀은 반등을 견뎌내고 현재의 팽창 단계로 지속돼 우주 물질의 약 80%를 차지하는 암흑물질을 구성할 수 있다. 암흑물질은 여전히 수수께끼로 남아 있는 영역으로 빛을 반사, 흡수 또는 방출하지 않는다. 프랑스 국립 과학연구센터(CNRS)의 패트릭 피터 박사는 "작은 원시 블랙홀은 우주의 아주 초기 단계에서 생성될 수 있으며, 블랙홀이 극도로 작지 않다면 지금도 여전히 존재할 것이다. 이는 호킹(톡톡 튐) 복사로 인한 붕괴가 블랙홀을 제거하기에 충분치 않을 것이기 때문이다. 소행성 질량과 거의 비슷한 무게를 가진 블랙홀은 암흑물질 규명에 기여하거나 심지어 완전히 해결할 수도 있다"고 설명했다. 이 튀는 우주론 이론이 사실로 입증된다면, 특히 블랙홀과 암흑물질과 관련해 우주에 대한 이해에 혁명을 일으킬 수 있다. 원시 블랙홀의 존재는 빛과의 상호 작용이 부족해 과학자들이 오랫동안 이해하지 못했던 암흑물질의 본질에 대한 설득력 있는 정보를 제공할 수 있다. 한편, 천문학계는 '레이저 간섭계 우주 안테나(LISA)와 아인슈타인 망원경' 등 다가올 중력파 검출기가 이러한 원시 블랙홀이 생성되는 동안 방출된 중력파를 식별할 수 있는 기능을 갖추기를 희망하고 있다. 이 중력파가 감지된다면 이런 블랙홀이 암흑물질을 구성한다는 가설을 뒷받침하는 중요한 증거가 될 수 있다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(49)] 블랙홀과 암흑물질, 빅뱅 이전부터 존재했다?
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[기후의 역습(50)] 작년 캐나다 산불, 인도 1년치 탄소 배출량과 맞먹어 '충격'
- 작년에 캐나다를 강타한 기록적인 산불은 지구상의 거의 모든 나라에서 배출한 탄소보다 더 많은 탄소를 대기 중에 방출했다고 영국 독립 미디어 인디펜던트가 전했다. 캐나다의 단일 산불이 지구 온난화의 가장 큰 원인을 제공했다는 분석이다. 나사(NASA)의 제트 추진 연구소가 지난주 말 발표한 분석에 따르면, 미국 노스다코타와 거의 같은 면적의 산림을 태운 캐나다 산불은 약 6억 4000만 톤의 이산화탄소를 방출한 것으로 추정됐다. 이 분석 결과는 '네이처' 저널에 발표됐다. 연구에 따르면 캐나다 산불로 배출된 탄소보다 많은 양을 배출한 나라는 중국, 미국, 인도뿐이었다. 3개국의 화석 연료 연소가 다른 국가를 압도하고 있는데, 캐나다 산불이 이에 버금갔다는 얘기다. 전 세계적인 탄소 배출로 인해 지구의 대기 중 온실가스 농도는 2023년에 인류 역사상 가장 높은 수준에 도달했다. 캐나다 산불은 2023년 5월에 발생해 기록적으로 높은 기온과 건조한 기상 조건으로 수개월 동안 꺼지지 않고 퍼지면서 캐나다 인근 전역에 걸쳐 맹위를 떨쳤다. 역대 최대 규모의 산불로 기록되기도 했다. 산불은 캐나다 브리티시 컬럼비아에서 노바스코샤까지 4500만 에이커 이상을 태웠다. 연기는 캐나다 전역으로 퍼져 국경 남쪽까지 도달했으며, 뉴욕을 비롯한 미국 대도시의 하늘을 노랑 또는 주황색으로 물들였다. 지역 주민들은 불길한 대기를 온몸으로 겪어야 했다. 캐나다에서 소방관 8명이 사망하고 수만 명이 대피했다. 나사는 연구에서 위성 관측과 슈퍼컴퓨터를 사용해 화재의 영향을 파악했다. 특히, 2017년부터 지구를 공전하고 있는 유럽우주국(ESA)의 센티넬 5P 위성에 부착된 대류권 관측 장비(TROPOspheric Monitoring Instrument)를 이용해 대기 중의 가스와 미세 입자를 측정하고 매핑할 수 있었다. 한편 기후 위기로 인해 급등하는 기온과 극심한 가뭄으로 인해 발생하는 산불의 빈도와 심각성은 날로 증가할 것으로 예상된다. 캐나다를 포함한 세계 북부 산림에 대한 위협은 심각하다는 지적이다. 산림은 일반적으로 주요 탄소 흡수원 역할을 하며, 일부에서는 특히 배출하는 탄소보다 더 많은 양을 대기 중에서 흡수한다. 그러나 미국 해양대기청(NOAA)은 극심해지는 산불로 탄소 흡수원으로서의 산림의 효과는 갈수록 약해지고 있다고 우려했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(50)] 작년 캐나다 산불, 인도 1년치 탄소 배출량과 맞먹어 '충격'
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[우주의 속삭임(48)] NASA, 지구 '양극성 전기장' 세계 최초 발견
- 미국 항공우주국(나사·NASA)이 최근 인듀어런스(Endurance) 임무를 통해 지구의 양극성 전기장을 밝혀냈다. 이는 지구의 대기 역학을 이해하고 다른 생명체가 살 수 있는 행성을 탐사하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 나사는 홈페이지를 통해 국제 연구팀이 NASA의 준궤도 로켓 관측을 통해 지구의 중력 및 자기장과 함께 근본적인 역할을 하는 것으로 추정되는 '양극성 전기장'을 세계 최초로 측정하는 데 성공했다고 밝혔다. 과학전문매체 사이테크데일리, 라이브사이언스 등은 지구 양극성 전기장에 대해 중점적으로 다루었다. 60여 년 전 처음 감지된 뒤 가설로 제시된 이 전기장은 지구 극지방에서 끊임없이 우주로 방출되는 하전 입자의 흐름인 '극풍(Polar Wind)'의 주요 원동력이다. '양극성 전기장'은 지구의 상층 대기, 즉 극지방에서 발생하는 약한 전기장이다. 이 전기장은 대기 중의 이온과 전자의 움직임에 영향을 주어 극풍이라는 현상을 일으킨다. 극풍은 대기 중의 하전 입자들이 지구의 자기력선을 따라 우주 공간으로 빠져나가는 현상이다. 이 전기장은 양방향 즉 '양극성'인데, 이는 두 방향으로 모두 작동하기 때문이다. 이온은 중력에 의해 가라앉을 때 전자를 아래로 당긴다. 동시에 전자는 이온이 우주로 탈출하려고 할때 이온을 더 높은 높이로 들어올린다. 나사는 "양극성 장은 상층 대기의 대전된 입자를 원래 도달할 수 있는 높이보다 더 높은 곳까지 끌어 올리며 아직 탐구되지 않는 방식으로 우리 지구의 진화에 영향을 미쳤을 수 있다"고 설명했다. 양극성 전기장은 지구의 중력 및 자기장처럼 지구의 근본적인 특성 중 하나로 여겨지지만 그 존재를 직접 측정하기는 매우 어려웠다. 나사는 최근 인듀어런스 임무를 통해 처음으로 양극성 자기장의 존재를 확인하고 그 강도를 측정하는 데 성공했다. 이를 통해 과학자들은 지구 대기의 탈출 과정과 이온층의 형성 과정을 더 잘 이해할 수 있게 됐다. 앞서 과학자들은 이 전기장이 고도 약 250km(약 150마일)에서 대기 중의 원자가 음전하(-)를 띤 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리되기 시작한다는 가설을 세웠다. 전자는 엄청나게 가벼워서 에너지를 조금만 가해도 우주로 날아갈 수 있다. 반면, 이온은 전자보다 최소 1836배 무겁고 땅을 향해 가라앉는 경향이 있다. 중력만 작용한다면 한 번 분리된 두 개체군은 시간이 지남에 따라 서로 멀어질 것이다. 하지만 전자와 이온은 서로 반대 전하를 띠고 있기 때문에 전기장에 형성되어 전하가 분리되는 것을 방지하고 중력의 영향을 일부 상쇄한다. 이 전기장은 상층 대기의 하전 입자들을 더 높은 고도로 끌어 올려 지구의 진화 과정에 아직 밝혀지지 않은 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 아원자 규모에서 생성되는 가설의 전기장은 매우 약해서 수백마일 이상에서만 그 효과가 느껴질 것으로 예상됐다. 수십년 동안 이 전기장을 감지하는 것은 기존 기술의 한계를 넘어서는 일이었다. 글린 콜린슨과 그의 팀은 2016년 지구의 양극장을 측정할 수 있는 새로운 기기를 발명하기 시작했다. 나사의 인듀어런스는 2022년 5월 11일 발사돼 약 768km(약 477.23마일) 고도에 도달한 뒤 19분 후 그린란드해에 낙하했다. 인듀어런스는 양극성 자기장 데이터를 수집한 약 518km(322마일) 고도 범위에서 0.55볼트에 불과한 전위 변화를 측정했다. 멜린랜드 주에 있는 나사 고다드 우주빙행센터의 인두어런스 수석연구원이자 이 논문의 주저자인 글린 콜린슨은 "0.55볼트는 거의 아무 것도 아니며 시계 배터리 정도에 불과하다"면서 "하지만 이 정도면 극지방의 바람을 설명하기에 적당한 양이다"라고 설명했다. 극풍에서 가장 풍부한 입자인 수소 이온은 이 전기장에서 중력보다 10.6배 강한 외력을 경험한다. 나사 고다드의 지구력 프로젝트 과학자이자 논문의 공동 저자인 알렉스 글로서는 "이는 중력에 대항하기에 충분하며, 실제로 초음속으로 우주로 발사하기에 충분하다"고 말했다. 콜린슨은 "이것은 마치 대기를 우주로 들어올리는 컨베이어 벨트와 같다"고 덧붙였다. 연구팀은 이번 발견을 통해 지구 대기의 복잡한 움직임과 진화 과정을 이해하고, 지구 역사뿐 아니라 다른 행성의 비밀을 밝히고 생명체 존재 가능성을 판단하는 중요한 단서를 얻을 수 있을 것으로 전망했다. 이번 연구 결과는 2024년 8월 28일 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(48)] NASA, 지구 '양극성 전기장' 세계 최초 발견
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