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2025-10-06 (월)

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[퓨처 Eyes(65)] 한쪽으로는 질량 없는 기이한 입자, 첨단 기술 혁신의 열쇠 될까?

과학계가 술렁이고 있다. 마치 SF 영화에서나 나올 법한, 한 쪽 방향으로는 질량이 전혀 없지만 다른 한 쪽으로는 질량을 가진 기묘한 입자가 발견되었기 때문이다. '세미－디랙 페르미온(semi-Dirac fermions)'이라 불리는 이 준입자는 16년전 이론적으로 예측되었지만, 실제 물질에서 관측된 것은 이번이 처음이다. 이 획기적인 발견은 배터리, 센서 등 첨단 기술에 혁명적인 변화를 가져올 수 있다는 기대를 모으고 있다. 우연에서 탄생한 획기적 발견 이번 발견은 미국 펜실베이니아주립대학교(Penn State)와 컬럼비아대학교(Columbia University) 연구팀이 플로리다 국립 고자기장 연구소(National High Magnetic Field Laboratory)에서 수행한 실험 중 이루어졌다. 연구진은 지르코늄 실리사이드 설파이드(ZrSiS)라는 반금속 결정체를 -452℉(-269℃)로 냉각시키고 지구 자기장보다 90만 배 강력한 자기장을 적용해 광학적 반응을 조사하던 중 예상치 못한 신호를 관찰했다. 연구 논문의 주저자인 샤오 인밍(Yinming Shao) 펜실베이니아주립대학교 물리학 조교수는 "처음에는 우리가 무엇을 보고 있는지 몰랐다. 세미－디랙 페르미온을 찾으려던 것도 아니었다. 그런데 이해할 수 없는 신호를 발견했고, 결과적으로 이론적으로만 존재하던 준입자를 최초로 관찰하게 된 것"이라고 말했다. 플로리다 국립 고자기장 연구소의 하이브리드 자석은 세계에서 가장 강력한 지속형 자기장을 생성하는 데, 지구 자기장보다 약 90만배 강하다. 이 자기장은 너무 강해서 물방울과 같은 작은 물체를 공중에 띄울 수 있다. 연구진은 ZrSiS 결정체가 예상 밖의 특성을 보여준다고 강조했다. 그들은 "우리가 관찰한 신호는 기존의 준입자나 전자 행동과 완전히 다른 것이었다. 이는 물질 내 전자 구조가 상호작용하는 방식에 대한 새로운 시각을 제공한다"고 설명했다. 입자의 에너지가 전적으로 운동에서 비롯된 경우, 즉 본질적으로 빛의 속도로 이동하는 순수한 에너지인 경우 입자는 질량을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어 광자나 빛의 입자는 광속으로 움직이기 때문에 질량이 없는 것으로 간주된다. 알버트 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면 빛의 속도로 이동하는 물체는 질량을 가질 수 없다. 고체 물질에서는 준입자(quasiparticles)라고도 하는 많은 입자의 집단적 행동이 개별 입자와 다른 행동을 보일 수 있으며, 이 경우 한 방향으로만 질량을 갖는 입자가 발생한다고 샤오는 설명했다. 샤오는 "어떤 물질에 자기장을 가하면 그 물질 내부의 전자 레벨이 란다우 준위(Landau levels)라는 불연속 레벨로 양자화된다"고 설명했다. 이 레벨은 마치 계단을 오를 때 중간에 작은 계단이 없는 것처럼 고정된 값만 가질 수 있다. 이 레벨 사이의 간격은 전자의 질량과 자기장의 세기에 따라 달라지므로 자기장이 증가하면 전자의 에너지 준위는 전적으로 질량에 따라 정해진 양만큼 증가해야 하지만 이 경우에는 그렇지 않다. 즉, 세미－디랙 페르미온은 방향에 따라 질량이 존재하거나 사라지는 독특한 행동을 한다. 연구팀은 적외선을 비춰 반사된 빛의 신호를 분석하는 자기-광학 분광법(mganeto-optical spectroscopy)을 통해 이 현상을 확인했다. 전자의 에너지 상태가 특정 조건에서 기존 물질과는 전혀 다른 패턴을 보이며 이 준입자의 존재를 증명했다. 질행 행동성과 독특한 행동 '발견' 일반적인 입자는 모든 방향에서 질량을 갖지만, 세미－디랙 페르미온은 특정 방향에서만 질량을 갖는다. 이는 결정체의 전자 구조와 깊은 관련이 있다. ZrSiS의 경우 층상 구조를 가지고 있어 전자가 특정 경로로는 질량 없는 상태로 이동하고, 교차점에서 질량을 얻는다. 연구진은 이를 마치 "기차가 선로를 따라 이동하다가 교차점에서 방향을 바꿀 때 갑자기 저항 받는 상황"에 비유했다. 샤오는 "이 물질은 독특한 전자 구조를 가지고 있어 기존 물리학 이론으로는 완전히 설명되지 않는 행동을 보인다. 이 때문에 우리가 연구를 계속해야 하는 이유이기도 하다"라고 말했다. 이 현장은 란다우 준위(Landau levels)로 알려진 전자의 에너지 단계에서 관찰됐다. 일반적으로 전자의 에너지 단계는 자기장 강도에 따라 증가하지만. ZrSiS에서는 세미－디랙 페르미온만이 보여주는 'B^(2/3) 법칙'을 따른 패턴이 발견됐다. 이는 기존의 물질에서는 볼 수 없는 독특한 특성이다. 이러한 특징은 세미－디랙 페르미온이 지닌 독특한 에너지 분산 관계 때문이다. 그래핀의 전자와 같은 기존의 디렉 페르미온은 에너지가 운동량에 선형적으로 비례하지만, 세미－디랙 페르미온은 특정 방향에서는 에너지가 운동량의 제곱에 비례한다. 이러한 차이가 란다우 준위에서 독특한 에너지 패턴을 만들어내는 것이다. 란다우 준위는 자기장이 존재하는 2차원 전자 시스템에서 전자들이 특정 에너지 준위를 형성하는 양자역학적 현상을 말한다. 이 개념은 프랑스 물리학자 레프 란다우(Lev Landau)가 1930년에 제안했다. 세미-디랙 페르미온은 2008년과 2009년 프랑스 파리 쉬드 대학과 미국 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스의 과학자들을 포함한 여러 연구팀에 의해 처음으로 이론화됐다. 연구팀은 운동 방향에 따라 질량 이동 특성을 가진 준입자가 있을 수 있다고 예측했다. 즉, 한 방향으로는 무질량으로 보이지만 다른 방향으로는 질량이 있을 것으로 본 것이다. 과학과 기술의 개로운 가능성 제시 세미－디랙 페르미온의 발견은 단순한 이론 검증을 넘어, 첨단 기술로의 응용 가능성을 제시한다. 연구팀은 ZrSiS와 같은 층상 구조를 지닌 물질이 그래핀처럼 단일 층으로 분리될 경우, 전자 특성을 정밀하게 제아할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이는 새로운 이론적 모델을 필요로 하며, 앞으로의 연구가 이를 밝혀낼 것"이라고 덧붙였다. 이처럼 세미－디랙 페르미온은 전자의 이동성과 에너지 효율을 획기적으로 높일 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 이는 차세대 전자 소자 및 에너지 저장 장치 개발에 새로운 돌파구를 마련할 수 있음을 의미한다. 세미-디랙 페르미온 미래 연구와 방향성 세미－디랙 페르미온은 기존 물리학의 틀을 확장시키는 동시에 양자 연구에 새로운 방향성을 제시한다. 이번 발견은 물질 내 전자의 상호작용, 길량의 생성 및 소멸, 에너지 흐름에 대한 이해를 심화시키는 데 중요한 기여를 할 것으로 보인다. 또한 준입자의 행동과 특성을 기반으로 새로운 재료 과학과 응용 기술 개발의 가능성을 열었다. 이 연구는 학술지 '피지컬 리뷰 엑스(Physical Review X)'에 개재됐으며, 과학계는 앞으로 더 많은 실험과 이론적 분석을 통해 이 준입자의 비밀을 밝혀낼 것으로 기대하고 있다. 한 방향으로 질량 없는 빛의 속도로 움직이고, 다른 방향으로는 무거운 질량을 지니는 세미－디랙 페르미온. 이 입자의 발견은 물리할뿐만 아니라 인류의 기술적 진보에도 깊은 영향을 미칠 것으로 보인다.
- 포커스온
2025-01-02 13:05:00
[기후의 역습(107)] 2024년, 과학계를 뒤흔든 기후 충격⋯탄소 폭증·해류 붕괴·지구 자전 변화

2024년은 급증하는 탄소 배출량, 예상치 못한 지구온난화 요인, 붕괴 직전에 놓인 해류 등으로 기후 과학계를 충격에 빠뜨린 한 해였다. 올해 지구는 기후가 빠르게 온난화되고 있으며, 예측 불가능한 단계에 진입하고 있다는 명확한 신호를 보냈다. 스페인을 강타한 대규모 산사태부터 플로리다 해안을 잇따라 덮친 초강력 허리케인까지, 2024년은 극단적인 날씨가 전 세계를 강타했다. 기후 과학자들은 국가들이 즉각적으로 탄소 배출을 감축하지 않으면 지구가 더욱 통제 불가능한 기후 혼돈 단계로 진입할 것이라고 거듭 경고했다. 그러나 2024년은 암울한 소식만 있었던 것은 아니다. 연구자들은 기후 변화의 최악의 영향을 막기 위한 완화 전략도 제시했다. 예를 들어, 과학자들은 지구 대기층 중 하나인 성층권(지표면에서 약 12~50km 상공)의 수분을 제거하는 방안을 제시했다. 성층권이 열을 우주로 방출하지 못하게 막는 역할을 한다고 판단해 이를 건조시켜 지구를 냉각시키는 방안을 제안한 것이다. 예상치 못한 새로운 온난화 요인부터 남극에서의 '체제 전환(regime shift)'까지, 라이브사이언스가 다룬 2024년 기후 변화 분야에서 주목할 만한 사건들을 정리했다. AI, 지구 자전 속도와 기울기 변화 경고 올여름, 인공지능(AI)을 활용한 연구 결과에 따르면, 기후 변화가 지구의 자전 속도에 영향을 미쳐 하루 길이가 길어질 수 있다는 경고가 나왔다. 극지방의 빙하가 급속히 녹으면서 물이 적도 부근으로 유입되고, 이로 인해 지구가 적도에서 불룩해지는 현상이 나타났다. 이는 지구 중심에서 더 먼 곳에 무게가 쏠리게 만들어 자전 속도를 늦출 수 있다. 마치 회전하는 피겨스케이터가 팔을 벌릴 때 속도가 느려지는 원리와 유사하다. 연구진은 적도 부근의 물 축적으로 인해 지구 자전축이 이동하고 있으며, 자북극과 자남극이 매년 축에서 점점 멀어지고 있다고 밝혔다. 지구 자전 변화는 하루가 미세하게 길어질 수 있다는 것을 의미한다. 인간은 이를 보정하기 위해 음의 윤초(閏秒)를 도입해 쉽게 조정할 수 있다. 그러나 이러한 현상이 심화될 경우, 우주 탐사 및 컴퓨터와 스마트폰의 시간 측정 시스템에도 영향을 미칠 수 있다는 지적이 나온다. 지구, 1.5도 상승선 연속 초과 7월에 발표된 분석에 따르면, 2023년 6월부터 13개월 연속 지구 평균 기온이 산업화 이전 평균보다 최소 섭씨 1.5도(화씨 2.7도) 높았다. 매월 기온이 전월을 상회했으며, 이는 지구가 파리기후협정에서 설정한 1.5도 목표를 지속적으로 초과하고 있음을 보여준다. 해당 기간 동안 지구 평균 기온은 산업화 이전보다 섭씨 1.64도(화씨 3도) 높았으며, 과학자들은 "역대급" 기록이 경신되고 있다고 밝혔다. 엘니뇨와 탄소 배출, 기록적 고온 유발 올해의 폭염 현상은 부분적으로 엘니뇨에 의해 촉진됐다. 엘니뇨는 동·중태평양 적도 지역의 해수면 온도를 높이는 기후 주기로, 지구 평균 기온 상승에 영향을 미친다. 하지만 연구진은 기후 변화와 온실가스 배출 증가가 폭염의 주요 원인임을 강조했다. 파리기후협정에서 설정한 1.5도 목표는 20~30년 동안의 평균으로 측정되므로 당장은 깨지지 않았지만, 가까운 미래에 온도가 하락할 조짐은 보이지 않는다고 연구진은 지적했다. 해운 규제, 예상치 못한 온난화 가속화 5월에 발표된 연구에 따르면, 최근 해운 부문에서 이뤄진 배출 감소가 지구 온난화를 가속화하고 해수 온도를 기록적으로 높이는 데 기여한 것으로 나타났다. 2020년 시행된 해운 규제로 인해 황산화물 배출량이 80% 급감했다. 이는 대기 질 개선에는 긍정적인 효과를 미쳤지만, 황산화물 입자의 급감은 태양 복사열을 반사해 지구를 냉각시키는 효과를 상실하게 했다. 과학자들은 이를 "의도치 않은 대규모 지구공학 실험"으로 규정했다. 과거 황산화물 입자는 온실가스 배출로 인한 온난화를 일부 상쇄하는 역할을 했다. 하지만 올해 연구진은 입자 감소로 인해 향후 몇 년 동안 지구가 이례적으로 더워질 수 있다고 경고했다. 이미 2023년에는 온난화 규모가 2020년 지구 열 흡수 증가의 80%에 해당한다고 밝혔다. 지구, 2030년까지 2도 상승 가능성 2월에 발표된 논란의 여지가 있는 연구는 지구 온난화가 예상보다 최소 10년 빠르게 진행되고 있으며, 2030년까지 산업화 이전 대비 2도(화씨 3.6도)의 온난화에 도달할 것이라고 밝혔다. 기존 예측은 온난화가 2040~2050년 사이에 발생할 것으로 예상했다. 연구진은 카리브해에서 발견된 해면 동물의 골격을 분석해 이러한 결론을 도출했다. 그러나 일부 과학자들은 카리브해의 온난화가 전 세계 해양을 대표하지 않는다고 지적하며 연구 결과를 비판했다. 독일 막스플랑크 기상학연구소의 요헴 마로츠케 교수는 "이 작은 해양 지역에서 전 세계로 확대 해석하는 것은 믿을 수 없다"고 말했다. 대서양 해류 붕괴 경고 올해 기후 과학자들은 대서양 해류가 이번 세기 내에 붕괴할 수 있으며, 이는 북반구와 아마존 우림, 열대 몬순 지역에 기후 혼란을 야기할 것이라고 경고했다. 대서양 자오선 순환(AMOC)으로 알려진 주요 해류가 여기에 포함되며, 이는 유럽의 온화한 기후를 유지하고 대서양 생태계를 지탱하는 역할을 한다. 그러나 북극 해빙이 녹으면서 북대서양의 염도가 낮아지고, 해류의 순환 동력이 약화되고 있다. 이에 따라 유럽 북부는 급격한 한랭화를 겪을 수 있으며, 북대서양에서 '냉점(cold blob)' 현상이 이미 관측되고 있다. 탄소 배출, 사상 최대치 기록 2024년 화석 연료로 인한 전 세계 탄소 배출량은 412억 톤(374억 메트릭 톤)으로 사상 최고치를 기록했다. 이는 2023년 대비 0.8% 증가한 수치로, 과학자들은 탄소 배출이 아직 정점을 찍지 않았다고 분석했다. 연구진은 현재의 배출 속도라면 향후 6년 내에 지구 온난화가 파리협정의 1.5도 목표를 초과할 확률이 50%에 이를 것이라고 경고했다. 남극, 빙하 '체제 전환' 진입 우려 올해 2월 20일 남극의 해빙 면적은 198만 5000㎢(76만 6400 제곱마일)로, 역대 최저 수준에 근접했다. 이는 남극 대륙의 육상 빙하를 보호하고 지구의 냉각 역할을 하는 해빙의 감소를 의미한다. 과학자들은 남극이 회복 불가능한 '체제 전환(regime shift)' 단계에 접어들고 있으며, 이는 남극뿐만 아니라 전 세계 해양 시스템에 혼란을 야기할 수 있다고 경고했다. 2022년 남극에서는 역대 최대 폭염이 발생했으며, 황제펭귄 새끼들이 대량 폐사하는 사례도 보고됐다.
- ESGC
2024-12-27 15:39:00
[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.
- 포커스온
2024-12-26 13:01:00
[기후의 역습(106)] 나사와 ESA, 실시간으로 녹는 그린란드 빙하 사진 공개

지구 온난화로 인해 그린란드 빙상이 빠르게 녹고 있다. 이로 인해 전 세계 해수면이 상승하고 기상 패턴은 혼란스러워지고 있다. 이로 인해 변화하는 상황을 정확하게 측정하는 것은 기후 변화에 적응하는 데 매우 중요하다. 기후과학자들이 ESA(유럽우주국)의 크라이오샛(CryoSat)과 나사(NASA)의 아이스샛-2(ICESat-2) 빙하 탐사선에서 얻은 데이터를 사용해 그린란드 빙하가 변화하는 모양을 처음으로 측정했다고 ESA가 홈페이지를 통해 밝혔다. ESA에 따르면 두 위성 모두 고도계를 기본 센서로 탑재하고 있다. 그러나 측정값을 수집하는 데는 서로 다른 기술을 사용한다. 크라이오샛은 레이더 시스템을 사용해 지구 표면의 높이를 측정하는 반면 아이스샛-2는 이 작업에 레이저 시스템을 사용한다. 레이더 신호는 구름을 통과할 수 있지만 빙상 표면도 관통하기 때문에 이 효과를 반영하기 위해서는 조정해야 한다. 반면 레이저 신호는 실제 표면에서 반사되지만 구름이 있는 경우에는 기록할 수 없다. 따라서 두 탐사선의 측정은 상호 보완적이며, 두 측정값을 통합하는 것이 문제였다. 영국 극지 관측 및 모델링 센터(CPOM)의 전문가들이 지구물리학 연구 회보(Geophysical Research Letters)에 발표한 새로운 연구는 크라이오샛과 아이스샛-2의 그린란드 빙상 고도 변화 측정은 변화의 3% 이내에서 일치한다는 것을 보여준다. 이는 두 위성의 데이터를 결합하면 각각의 위성이 단독으로 할 수 있는 것보다 더 신뢰할 수 있는 얼음 손실 추정치를 생성할 수 있음을 확인시켜 준다. 또 한 임무가 실패하더라도 다른 임무가 극지방 얼음 변화 기록을 유지할 수 있다는 것을 의미한다. 분석 결과 2010~2023년 사이에 그린란드 빙하는 평균 1.2m 얇아졌다. 여름에 녹는 양이 겨울 강설량을 초과하는 구역에서는 훨씬 더 큰 변화가 발생했다. 그곳에서 얇아진 평균치는 무려 6.4m에 달했다. 가장 극심하게 얇아지는 현상은 빙하 출구에서 발생했다. 그린란드 중서부의 세르메크 쿠잘레크(Jakobshavn Isbræ라고도 함)에서 최대로 얇아진 측정치는 67m였고, 북동부의 자카리아에 이스트롬에서의 최대치는 75m였다. 전체적으로 13년의 조사 기간 동안 빙하는 2347㎢가 줄었다. 이는 아프리카의 빅토리아 호수에 저장된 물의 양과 비슷하다. 가장 큰 변화는 2012년과 2019년에 발생했는데, 당시 극심한 해빙으로 인해 빙하는 400㎢이상 줄었다. 그린란드의 빙하가 녹는 것은 또한 전 세계 해양 순환과 날씨 패턴에 지대한 영향을 미친다. 이러한 변화는 전 세계의 생태계와 지역 사회에도 광범위한 영향을 미친다. 빙하 변화에 대한 정확한 최신 데이터를 수집하는 것은 기후 변화의 영향에 대비하고 적응하는 데 매우 중요하다. 이 연구는 2020년에 시작된 ESA-나사 파트너십 크라이오2아이스(Cryo2ice) 캠페인 중에 수집된 데이터를 포함해 두 임무에서 4년 동안 측정한 값을 활용했다. ESA는 크라이오샛의 궤도를 아이스샛-2와 동기화함으로써 동일한 지역에서 레이더와 레이저 두 종류의 데이터를 거의 동시에 수집할 수 있었다. 이 데이터의 정렬을 통해 전문가들은 눈의 깊이를 측정하고, 바다와 육지의 얼음 두께를 추적하는 데 전례 없는 정확도를 확보할 수 있었다. ESA의 크라이오샛 미션 관리자인 토마소 파리넬로는 "크라이오샛은 지난 14년 동안 지구의 얼음 면적을 이해하는 데 귀중한 플랫폼을 제공했으며, 아이스샛-2와 데이터를 일치시킴으로써 정밀성을 대폭 열었다"고 말했다. 또 "이 협력은 기술 측면에서뿐만 아니라 기후 영향을 이해하고 완화하기 위해 데이터를 활용하는 전문가와 정책 입안자에게 더 나은 서비스를 제공한다는 점에서도 큰 진전이다"라고 설명했다. ESA는 크라이오샛이 극지방 얼음의 변화에 대한 조사를 통해 중요한 역할을 수행할 것이며, 나사의 아이스샛-2와 협력해 빙상 변화에 대한 강력하고 정확한 데이터를 학계에 제공할 것이라고 밝혔다. 임무를 함께 수행함으로써 극지방 얼음 손실을 모니터링하고 기후 변화에 대비하는 데 큰 진전이 이루어질 것이라는 기대다.
- ESGC
2024-12-26 09:00:00
[기후의 역습(105)] 북극 툰드라, 이산화탄소 배출 근원지 부상

수천 년 동안 얼어붙은 토양에 이산화탄소를 저장해 온 북극 툰드라가 잦은 산불로 인해 대기 중으로 배출되는 탄소 공급원으로 변하고 있다. 이미 기록적인 수준의 열을 가두는 화석연료 오염을 흡수하고 있다고 NOAA(미국 해양대기청)가 홈페이지를 통해 밝혔다. 북극이 탄소 흡수원에서 탄소 공급원으로 전환되는 변화는 NOAA의 ‘2024년 북극 보고서’ 기록에서 그대로 나타나고 있다. 보고서는 기후 변화로 인해 식물 및 야생 동물과 이에 의존하는 사람들은 따뜻하고 습하며 불확실한 환경에 신속하게 적응해야 할 것이라고 권고한다. NOAA 관리자 릭 스핀라드 박사는 "관측 결과 온난화와 산불 증가로 인해 북극 툰드라는 현재 저장하는 것보다 더 많은 탄소를 배출하고 있으며, 이는 기후 변화의 영향을 악화시킬 것"이라고 말했다. 또 "이는 과학자들이 얘축헌 화석연료 오염을 적절히 줄이지 않는 결과의 또 다른 신호"라고 설명했다. 11개국의 과학자 97명이 참여한 2024년 북극 보고서의 새로운 연구는 북극 지역의 육지와 바다를 포함, 북극에서 발생하는 지속적인 변화의 근간이 되는 기록적인 관찰 결과를 보여준다. 여기에는 ▲계속되는 높은 기온과 산불 ▲대규모 내륙 순록 무리의 감소 ▲강수량 증가 등이 지적되고 있다. 강수량 증가의 경우 눈이나 비가 많이 내리면서 풍경이 얼음으로 뒤덮여 사람들의 여행과 야생 동물의 먹이 활동을 어렵게 만든다. 관찰 결과는 또 사람, 식물, 동물에게 지역 및 지역 환경 변화를 예측하기 어렵게 만드는 뚜렷한 지역적 차이도 보여주고 있다. 보고서 편집자인 국립 눈과 얼음 데이터 센터(National Snow and Ice Data Center)의 트와일라 문 박사는 "올해의 보고서는 기후 조건이 빠르게 변화함에 따라 적응이 시급하다는 것을 보여준다"라고 말했다. 2024년 북극 보고서의 결과는 주목할만한 결과를 다수 보여주고 있다. 먼저 북극의 연간 표면 기온은 1900년 이후 두 번째로 높았다. 2023년 가을과 2024년 여름은 북극 전역에서 특히 따뜻했으며, 기온은 각각 역대 2위와 3위였다. 2024년 8월 초의 폭염으로 인해 알래스카 북부와 캐나다의 여러 지역에서는 역대 최고의 일일 기온을 기록했다. 또 지난 9년은 북극에서 기록상 가장 따뜻한 9년이었다. 이로 인해 2024년 여름은 북극 전역에서 기록상 가장 많은 비가 내렸다. 바다의 변화도 심각했다. 2024년 9월 극지방에 큰 영향을 미치는 북극 해빙의 범위는 위성 기록이 시작된 45년 동안 여섯 번째로 낮았다. 해빙 범위가 가장 낮았던 18곳은 모두 지난 18년 동안 발생했다. 얼음이 없었던 8월의 북극해 지역은 1982년 이후 10년마다 섭씨 0.3도의 속도로 온난화되었다. 북극해의 얕은 바다에서 8월 평균 해수면 온도는 1991~2020년 평균보다 섭씨 2~4도 더 높았다. 해양 먹이 사슬의 기반인 플랑크톤은 2003~2024년 전체적으로 계속 증가하고 있다. 산불 활동 증가의 영향을 포함하면 북극 툰드라 지역은 토양에 탄소를 저장하는 기능에서 대기의 탄소 공급원으로 전환되었다. 2003년 이후 산불로 인한 탄소 배출량은 연평균 2억 700만 톤에 달했다. 알래스카 영구 동토층 온도는 기록상 두 번째로 높았다. 북극 이주 툰드라 순록 개체 수는 지난 2~30년 동안 65% 감소했다. 규모가 작은 서부 북극의 해안 순록 무리는 지난 10년 동안 어느 정도 회복세를 보였지만, 대규모 내륙 순록 무리는 장기적으로 감소세를 지속하거나 가장 낮은 개체 수에 머물러 있다. 순록에 대한 여름 더위의 영향은 향후 25~75년 동안 확대될 것으로 예상된다. 2023~2024년 겨울 동안 유라시아와 북미 북극 지역 적설량은 평균 이상이었다. 평균 이상의 적설량에도 불구하고, 눈 시즌은 중부와 동부 북극 캐나다 일부 지역에서 26년 만에 가장 짧았다. 북극에서 눈이 녹는 시기는 5월과 6월 내내 과거에 비해 1~2주 일찍 발생했다. '기온 상승으로 인한 관목 지대 확장'을 측정하는 툰드라 녹색도는 25년 동안의 위성 기록에서 2위를 차지했다. 알래스카 생물학 연구(Alaska Biological Research)의 제럴드 프로스트 박사는 "우리가 추적하는 북극의 생명 징후 중 상당수는 거의 매년 기록적인 최고치 또는 최저치에 도달하거나 근접하고 있다"면서 "이는 최근의 극단적인 현상이 기후 시스템의 일시적 변동성이 아니라 장기적이고 지속적인 변화의 결과라는 것을 나타낸다"라고 우려했다.
- ESGC
2024-12-23 14:05:00
[윌로우 양자 혁명의 시작(7·끝)] 윌로우, 양자 도약과 인류의 미래⋯기술 철학의 새로운 미래를 열다

양자 컴퓨터는 이제 공상 과학이 아닌 현실이다. 구글이 개발한 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 계산 능력의 한계를 넘어 새로운 가능성의 문을 열었다. 하지만 기술의 발전은 단순히 효율성과 성능의 문제로 끝나지 않는다. 윌로우는 인간의 윤리와 사회적 책임, 기술과 철학의 경계선에서 중요한 질문을 던지고 있다. 이번 회에서는 윌로우가 인류의 미래에 제시하는 철학적·사회적 의미를 탐구하며, 기술의 진정한 의미를 되짚어본다. [편집자 주] 자연의 언어를 읽다…양자역학의 운영체제 양자 컴퓨팅은 자연의 언어, 즉 양자역학을 기반으로 작동한다. 고전 컴퓨터가 0과 1의 이진법으로 정보를 처리한다면, 양자 컴퓨터는 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)을 활용하여 훨씬 더 많은 정보를 동시에 처리할 수 있다. 윌로우는 오늘날 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 중 하나가 10의 25제곱년 걸리는 계산을 5분 이내에 수행했다. 10의 25제곱년은 글로 표현하면 10,000,000,000,000,000,000,000,000년이다. 이 엄청난 숫자는 물리학에서 알려진 시간 척도를 넘어 우주의 나이를 크게 넘어선다. 이처럼 윌로우는 인간이 과거에는 상상조차 하지 못했던 문제를 해결할 수 있는 능력을 제공하지만 이와 동시에 윤리적 문제를 동반한다. 양자 컴퓨터가 기존 암호학 기술을 무력화하는 것처럼, 윌로우의 기술은 오용될 경우 사회적 갈등을 유발하거나 개인의 프라이버시를 침해할 가능성이 있다. 양자 컴퓨터는 RSA, ECC와 같은 기존 암호 체계를 빠르게 해독할 수 있다. 이로 인해 양자 내성 암호(Quantum-Resistant Crystography) 개발이 중요해 지고 있다. 아울러 양자 컴퓨팅 기술과 함께 양자 암호학(QKD)을 활용해 해킹에 강한 통신 네트워크 구축이 가능하다. 이처 양자 기술의 발전에는 책임감 있는 사용과 윤리적 가이드라인이 필수적이다. 기술의 목적이 무엇인지, 그리고 이를 통해 어떤 가치를 실현할 것인지에 대한 사회적 논의가 필요하다. 신약 개발 등 첨단 기술 앞당겨 양자 컴퓨터는 분자의 복잡한 상호작용을 시뮬레이션할 수 있어 신약 개발 시간을 단축하고 성공률을 높일 수 있다. 아울러 방대한 유전체 데이터를 효율적으로 분석하여 맞춤형 치료제 개발에 기여할 수 있다. 양자 시뮬레이션을 통해 신소재 개발에 기여할 수 있다. 예를 들어 초전도체나 고성능 배터리 소재 등 새로운 물질의 특성을 정확히 예측하고 최적화된 재료를 설계할 수 있다. 양자 컴퓨터는 기존의 머신러닝 알고리즘보다 더 빠르고 효율적으로 대규모 데이터를 설계할 수 있다. 그로 인해 데이터 분류, 클러스터링, 강화 학습 등에서 혁신적인 성능을 발휘할 수 있다. 금융 시장에서 복잡한 위험 요소를 더 정밀하게 분석해 투자 전략을 최적화할 수 있다. 양자 알고리즘을 활용해 금융 데이터의 패턴을 더 정교하게 분석하고 시장 예측력을 높일 수 있다. 아울러 기후 변화의 다양한 변수를 빠르게 분석해 더 정교한 모델을 제공할 수 있다. 국방 및 안보 분야에서 방대한 정보를 빠르게 분석해 전략적 의사 결정을 할 수 있다. 기존 레이더보다 월씬 더 정교하고 감지 능력이 뛰어난 시스템 개발이 가능하다. 그밖에 우주선의 최적 항로를 계산해 연료를 절약하고 탐사 효율을 극대화하며, 복잡한 천체 물리학 문제를 더 정확하게 해결할 수 있다. 이처럼 양자 컴퓨팅은 현재 초기 단계에 있지만 앞으로 기술이 성숙함에 따라 더 다양한 산업에서 응용될 가능성이 크다. 협력과 공유 통한 기술의 민주화 구글 퀀텀 AI는 윌로우의 기술을 독점하지 않고, 오픈소스 소프트웨어와 교육 자료를 통해 전 세계 연구자들과 공유하고 있다. 이러한 협력적 접근은 양자 컴퓨팅 생태계를 확장하고, 기술 발전의 혜택을 전 세계적으로 분배하는 데 기여한다. 이는 기술 민주화의 본보기가 될 수 있으며, 기술 발전이 일부 계층이나 국가에만 국한되지 않도록 하는 중요한 사례로 평가받고 있다. 기술과 철학, 새로운 질문을 던지다 윌로우는 단순히 계산 속도를 높이는 도구가 아니라, 인간 존재와 기술의 관계에 대한 새로운 질문을 던진다. 기술이 인간의 한계를 초월할 때, 우리는 무엇을 추구해야 할까? 기술 발전이 인류의 이익을 넘어선 순간, 우리는 어떤 선택을 해야 할까? 이러한 질문은 단지 과학자나 기술 전문가들만의 것이 아니다. 사회 전체가 윌로우와 같은 기술이 가져올 변화를 논의하고, 이를 바람직한 방향으로 이끌어야 한다. 미래를 여는 윌로우, 새로운 시작의 문을 열다 윌로우는 단순한 양자 컴퓨팅 칩이 아니다. 이는 기술과 윤리, 사회적 책임과 인간의 한계를 넘어 새로운 미래를 열어가는 첫걸음이다. 의약품 개발, 기후 변화 대응, 에너지 혁신 등 다양한 분야에서 윌로우는 인류가 직면한 난제를 해결할 수 있는 도구로 자리잡고 있다. 하지만 그와 동시에 윌로우는 우리에게 기술의 본질과 목표에 대해 다시금 생각해보게 만든다. 양자 컴퓨팅은 이제 막 시작됐다. 그리고 그 여정은 인간의 창의성과 협력을 바탕으로 계속 이어질 것이다. <윌로우, 양자 혁명의 시작> 시리즈는 양자 컴퓨팅 기술의 선두 주자인 윌로우를 통해, 기술이 인간과 사회에 미치는 영향과 가능성을 탐구하는 여정을 담아냈다. 구글의 윌로우가 열어갈 새로운 세계는 단순히 기술 혁신을 넘어, 인간 존재의 의미와 미래를 재정의하는 데 기여할 것이다. 이제 윌로우는 우리 모두에게 새로운 가능성의 문을 활짝 열어 보이고 있다.
- IT/바이오
2024-12-20 10:05:00
[기후의 역습(104)] "참다랑어를 살려라"⋯기후변화로 위협받는 참치 초밥

과도한 어획으로 멸종 위기에 처했다가 최근 몇 년 동안 회복세를 보이던 참다랑어(참치)가 기후 변화의 맹공으로 생존이 다시 위협받고 있다. 지난 2019년 도쿄 경매에서 한 초밥 재력가는 참다랑어 한 마리를 구입하는데 310만 달러를 지불했다. 당시 원화로 환산해도 30억 원이 넘는 금액이었다. 회색곰과 비슷한 무게인 278kg의 참치는 지금까지 판매된 생선 중 가장 비쌌다. 세계자연기금(WWF)의 사라 글레이서에 따르면 초밥과 회로 식용하는 참치, 특히 참다랑어 종은 전 세계에서 가장 비싼 생선이다. 참다랑어 한 마리는 가장 작고 가장 풍부한 참치 종인 가다랑어 1톤 이상과 맞먹는다. 이런 높은 가치와 초밥에 대한 전 세계적 수요는 참다랑어의 과도한 어획으로 이어졌고 2010년에는 멸종 직전까지 몰렸다. 그러나 최근 몇 년 동안 참다랑어 개체는 세계 각국이 보다 지속 가능한 어획 할당량을 도입하고 불법 어업을 단속한 후 놀라운 회복세를 보였다. 국제자연보전연맹(IUCN)은 2021년 대서양 참다랑어를 '멸종 위기'에서 '최소 관심'으로 등급을 격하했다. 태평양 참다랑어는 종전 최고치로 회복돼 예정보다 10년 앞당겨 국제 목표를 초과했다. 남방 참다랑어는 여전히 멸종 위기에 처해 있지만 IUCN 적색 목록에서는 더 이상 '심각한 멸종 위기'는 아니다. 그러나 참다랑어는 이제 또 다른 주요 도전인 기후 변화에 직면해 있다. 연구에 따르면 참다랑어는 기온 변화에 매우 민감하며, 약간의 온도 변화에도 신진대사, 번식 및 먹이 습관에 영향을 받는다. 과학자들은 참다랑어의 이러한 변화가 다른 해양 생물과 어촌 사회에 영향을 미칠 수 있다고 경고한다. 1.8~3m 길이의 참다랑어는 세계에서 가장 큰 참치 종이다. 최대 40년까지 살 수 있으며 청어와 고등어를 포함한 물고기 떼를 시력으로 감별해 사냥하는 최상위 포식자이다. 이 온혈 물고기는 지구상에서 가장 빠르게 수영하는 어종이기도 하다. 매년 수천 마일을 이동하여 산란하고 사냥한다. 그런데 이런 이동 패턴이 기후 변화로 변화하기 시작했다. 기온상승으로 서식지 북쪽으로 이동 해수 온도가 상승함에 따라 참다랑어는 더 차가운 물을 찾아 북쪽으로 이동하고 있다. 국립해양수산청의 최근 연구에 따르면 크고 작은 대서양 참다랑어가 매년 4~10km의 속도로 매사추세츠 해안에서 북쪽으로 이동하고 있다. 아일랜드 과학자들은 2019년에 6마리의 거대한 대서양 참다랑어가 기존 아일랜드와 비스케이만 또는 중부 대서양 사이의 이동 경로를 벗어나 아이슬란드를 향해 더 북쪽으로 이동했다는 사실을 발견했다. 이는 해양 열파에 대한 참다랑어의 대응으로 분석됐다. 북해, 스칸디나비아, 아이슬란드 주변 등 특이한 지역에서 참다랑어의 먹이 사냥이 목격되고 있다. 이미 이동 패턴은 눈에 띄게 바뀌고 있다. 기온 상승이 산란지에 미치는 영향에 대한 우려도 있다. 6월과 7월에 대서양 참다랑어는 산란을 위해 지중해로 몰려든다. 지중해는 세계에서 가장 중요한 참다랑어 어장이다. 그러나 지중해는 또한 기후의 핫스팟으로 부상했다. 세기말까지 지중해의 평균 해수면 온도는 섭씨 1~3도 상승할 것으로 예상된다. 큰 바다만큼 해류가 활발하지 않기 때문에 기후 변화의 영향을 더 크게 받는 것이다. 어린 참다랑어, 50년내 지중해서 퇴출 전망 영국 사우스햄튼 대학교의 연구에 따르면 기온 상승으로 인해 향후 50년 이내에 어린 참다랑어가 지중해에서 퇴출될 수 있다. 연구에 따르면 해양 온도가 섭씨 28도를 초과하면 어린 참다랑어의 신진대사와 성장에 부정적인 영향을 미친다. 이 온도 한계선은 사우스햄튼 대학교의 클라이브 트루먼 교수팀이 규명한 것이다. 연구팀은 참다랑어의 귀를 통해 신진대사를 분석하는 선구적인 방법을 개발했다. 연구팀은 물고기의 내이(속귀)에 있는 탄산칼슘 구조인 이석(otolith)의 특징을 분석했다. 이석 구조는 물고기가 균형을 잡고 소음과 진동을 감지할 수 있게 해준다. 이석은 나무의 나이테와 같이 물고기의 나이를 나타내며 과거의 환경 조건을 보여주는 동위 원소를 포함하고 있다. 산소 동위 원소는 물고기가 살아오면서 경험한 역대의 수온을 보여주며, 탄소 동위 원소는 물고기가 음식을 에너지로 전환하는 속도, 즉 신진대사를 나타낸다. 연구팀은 "이 두 가지를 합치면 물고기가 살았던 온도와 대사율을 알 수 있다"고 말한다. 참다랑어 뼈가 밝힌 세부 정보 수준은 전례가 없이 놀라운 수준이었다고 한다. 참다랑어가 산란하기 위해서는 따뜻한 물이 필요하다. 온도가 섭씨 20도에 도달하면 알이 발달하지만, 그 이상으로 따뜻해지면 대사율이 감소하기 시작한다. 그 한계가 28도였던 것이다. 지중해의 온도는 2024년 8월 이 한계를 넘어섰고, 일일 평균 표면 온도는 기록적인 28.45도에 도달했다. 참다랑어가 대부분의 시간을 수심 20m에서 보내는 것을 감안하면, 지중해의 어린 1년 미만의 참다랑어에게 표면 수온은 매우 중요하다. 연구팀은 바닷물 온도가 상승함에 따라 참다랑어는 지중해에서 더 시원한 비스케이만 등으로 산란 지역을 옮길 것으로 예상된다고 밝혔다. 어린 참다랑어가 비스케이만의 기존 멸치 및 정어리 어장에서 부수적으로 잡힐 수 있다는 의미다. 연구팀은 이러한 어종 분포 변화에 대응하기 위해 모니터링을 변경하거나 어업 규정을 바꾸는 것을 생각해야 한다고 지적했다. 참다랑어 이동 패턴 변화로 어업 붕괴 위기 참다랑어 이동 패턴의 변화는 생계를 위해 참치를 잡는 어촌 사회에도 영향을 미칠 것이다. 지중해의 많은 어촌 공동체는 역사적으로 특정 시기에 해안을 지나가는 참다랑어에 의존해 왔다. 기후 변화로 이동 패턴이 바뀌면 더 이상 신뢰할 수 있는 어업이 어렵다. 소규모 어촌 공동체는 지난 20년 동안 참다랑어 어획을 제한하는 조치의 영향을 이미 받았다. 엄격한 어획 할당량으로 인해 참다랑어 어업 산업은 많이 붕괴됐다. WWF의 글레이서 박사는 참다랑어 개체수가 최근 몇 년 동안 회복되었지만 "불행히도 멸종 위기는 여전히 사라지지 않았다"라며 참다랑어를 구하기 위한 세계적 노력은 지속되어야 할 것이라고 강조했다.
- ESGC
2024-12-19 14:03:00
[퓨처 Eyes(63)] 손가락 끝 재생, 비밀은 바로 '기계적 부하'?

인류는 오랫동안 상상 속에서 잃어버린 팔다리를 재생하는 능력을 꿈꿔왔다. 신화 속 영웅이나 SF 영화의 주인공처럼 말이다. 이러한 꿈이 현실에서 이루어질 가능성이 점점 커지고 있다. 텍사스 A&M 대학교의 켄 무네오카 박사 연구팀은 최근 '저널 오브 본 앤 미네랄 리서치(Journal of Bone and Mineral Research)'와 '디벨롭멘탈 바이올로지(Developmental Biology)' 저널에 발표한 논문에서 신체 재생의 핵심 메커니즘을 밝혀냈다. 놀랍게도 그 핵심은 신경이 아닌 '기계적 부하', 즉 신체에 가해지는 물리적 힘이었다. 기계적 부하란 뼈에 가해지는 물리적인 힘으로, 압력, 장력, 전단력 등 다양한 형태로 작용한다. 걷거나 뛰는 등의 일상적인 활동은 물론, 운동이나 재활 치료를 통해서도 뼈에 기계적 부하가 가해진다. 기존의 재생 의학 연구는 주로 신경이나 성장 인자에 초점을 맞추었지만, 이번 연구는 기계적 부하의 중요성을 강조하며 새로운 치료법 개발에 대한 가능성을 제시한다. 무네오카 박사는 "부하가 없으면 아무 일도 일어나지 않지만, 부하가 다시 가해지면 짧은 지연 후 재생이 시작된다"고 설명했다. 이는 신경이 재생에 필수적인 요소가 아님을 명확히 보여준다. 포유류 재생의 미스터리⋯손가락 끝에 숨겨진 재생 능력 포유류의 뼈 재생은 복잡하고 제한적인 과정이다. 골절이 발생하면 골막에서 가골이 형성되어 손상 부위를 연결하지만, 큰 골절이나 복잡한 손상은 완전히 치유되지 않는 경우가 많다. 골 견인 신생술과 같은 수술적 기술은 뼈의 성장을 촉진하지만, 완전한 재생과는 거리가 멀다. 그러나 예외적인 사례가 있다. 바로 손가락 끝 재생이다. 인간과 쥐는 손가락 끝이 절단되면 놀라운 재생 능력을 보여준다. 절단된 뼈는 물론, 주변 조직까지 원래 상태로 복구되는 것이다. 이 독특한 현상은 오랫동안 과학자들의 호기심을 자극해 왔다. 무네오카 박사 연구팀은 손가락 끝 재생 과정을 면밀히 분석했다. 절단 후 초기에는 염증 반응과 함께 파골세포가 활성화되어 절단된 뼈의 추가적인 손실이 일어난다. 이후 배아형성체(blastema)라는 미분화 세포 덩어리가 형성되고, 여기서 다양한 세포들이 증식하며 새로운 뼈를 만들어낸다. 기계적 부하가 뼈 재생에 미치는 영향 흥미로운 점은 이 과정에서 기계적 부하가 결정적인 역할을 한다는 것이다. 물리적 힘이 부족하면 뼈 형성이 저하되는 현상이 관찰되었다. 무네오카 박사팀은 기계적 부하의 역할을 명확히 규명하기 위해 '후지 부하 모델'을 사용했다. '저널 오브 본 앤 미네랄 리서치'에 게재된 연구에서, 실험 동물의 뒷다리를 특수 장치를 이용하여 들어올려 무중력 상태와 유사한 환경을 조성하여 기계적 부하를 제거한 것이다. 그 결과, 재생 과정이 완전히 멈추는 것을 확인했다. 반대로, 기계적 부하를 다시 가하자 재생이 다시 시작됐다. 텍사스 A&M 대학교의 수의생리학 및 약리학과 책임자인 래리 수바 박사도 이 연구 결과를 높이 평가하며, "기존의 재생 연구에서 기계적 부하를 고려하지 않았다는 점에서 큰 전환점이 될 것"이라고 말했다. 그는 "기계적 부하는 성장 인자만큼이나 중요하다. 이는 앞으로 과학자들이 문제를 해결하는 방식에 근본적인 변화를 가져올 것"이라고 덧붙였다. 신경보다 중요한 기계적 부하 이 실험은 기존 과학계의 통념을 뒤엎는 결과였다. 지금까지 신경이 재생에 필수적인 요소로 여겨졌지만, '디벨롭멘탈 바이올로지'에 발표된 후속 연구에서 무네오카 박사팀은 기계적 부하가 더 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 심지어 신경이 제거된 손가락 끝도 기계적 부하가 가해지면 재생이 가능했다. 무네오카 박사는 "신경은 재생의 필수 요소가 아니라, 여러 요소 중 하나일 뿐"이라고 강조했다. 재생 의학의 새로운 지평⋯분자 칵테일, 희망을 불어넣다 무네오카 박사팀의 발견은 인간 사지 재생이라는 오랜 꿈을 현실로 만들 가능성을 제시한다. 연구팀은 기계적 부하를 모방하는 '분자 칵테일' 개발을 통해 물리적 힘 없이도 재생을 유도할 수 있을 것으로 전망한다. 이 분자 칵테일은 세포 성장과 분화를 조절하는 다양한 성장 인자와 신호 물질로 구성될 것으로 예상된다. 예를 들어, 뼈 형성을 촉진하는 BMP(뼈 형성 단백질), 혈관 생성을 촉진하는 VEGF(혈관 내피 성장 인자) 등이 포함될 수 있다. 물론 인간의 완전한 사지 재생까지는 아직 넘어야 할 산이 많다. 현재까지는 동물 실험 단계이며, 인간에게 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 하지만 무네오카 박사팀의 연구는 중요한 돌파구를 마련했으며, 재생 의학 연구에 새로운 방향을 제시했다. 과학자들의 끊임없는 도전과 혁신이 계속된다면, 언젠가 인류는 사지 재생의 꿈을 이루고 질병과 사고로 고통받는 사람들에게 새로운 희망을 선사할 수 있을 것이다.
- 포커스온
2024-12-19 10:08:00
[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.
- IT/바이오
2024-12-18 14:11:00
[기후의 역습(103)] 바닷물, 세기말까지 해안 지하수 77% 오염 우려⋯염수침투 심각

미국 캘리포니아 남부에 소재한 나사(NASA) 제트추진연구소(JPL)는 '2100년까지 전 세계 해안 지역 77%가 해수의 대수층(지하수) 침투로 오염이 우려된다'는 내용의 연구 결과를 발표했다. 나사 홈페이지에 게재된 연구 결과에 따르면 염수의 침투는 해안 지역의 지하수를 마실 수 없게 만들고 관개에 사용할 수 없게 할 뿐만 아니라 생태계에 피해를 주고 기반 시설을 부식시킬 수 있다. '염수 침투'라고 불리는 이 현상은 두 물 덩어리가 자연적으로 서로를 막고 있는 해안선 아래에서 발생한다. 육지에 내리는 강우는 해안 대수층의 담수를 보충하거나 재충전하며, 이 대수층은 지하에서 바다로 흘러가는 경향이 있다. 반면 해수는 바다의 압력에 의해 내륙으로 밀려가는 경향이 있다. 두 물 덩어리가 만나는 지점(전이대)에서 약간의 혼합이 있기는 하지만, 반대되는 힘의 균형으로 인해 한쪽은 담수, 다른 쪽은 염수 상태를 유지한다. 그런데 이번 연구에 따르면 기후 변화의 두 가지 영향으로 인해 염수에 유리한 쪽으로 균형이 흔들리고 있다. 지구 온난화로 인한 해수면 상승으로 해안선이 내륙으로 이동하고 염수를 육지로 밀어내는 힘이 커지고 있는 것. 동시에 강수량이 줄어들고 날씨가 더워지면서 지하수 재충전이 느려지면서 일부 지역에서 지하 담수를 움직이는 힘이 약해지고 있다. 지구물리학 연구회보(Geophysical Research Letters)에 최근 발표된 이 연구는 전 세계 6만 개 이상의 해안 유역(비와 눈 녹은 물을 배출구로 흘려보내고 배수하는 육지 지역)을 평가해 지하수 재충전량 감소와 해수면 상승이 각각 염수 침투에 어떤 영향을 주는지 매핑하고 순 효과가 무엇인지 추적했다. 두 가지 요인을 따로 고려했을 때, 연구팀은 해수면 상승만으로도 2100년까지 분석 대상 해안 유역의 82%에서 염수가 내륙으로 유입되는 경향이 있다는 것을 발견했다. 해당 지역의 전이대는 현재 위치에서 약 200m 정도 이동할 것으로 보인다. 취약한 지역으로는 동남아시아, 멕시코만 주변 해안, 미국 동부 해안 지역 대부분 등 저지대가 대부분 포함된다. 또 느린 재충전은 연구된 해안 유역의 45%에서 염수 침투를 일으키는 경향이 있었다. 이 지역에서 전이대는 해수면 상승보다 더 멀리 내륙으로 이동한다. 일부 지역의 경우 약 1200m까지 밀려나는 것으로 추정됐다. 가장 큰 영향을 받는 지역은 아라비아 반도, 서호주, 멕시코의 바하 칼리포르니아 반도 등이다. 긍정적인 측면으로는, 해안 유역의 약 42%에서 지하수 재충전이 증가해 전이대가 바다 쪽으로 밀려나고, 일부 지역에서는 해수면 상승으로 인한 염수 침투 효과를 극복할 것으로 예상됐다. 그러나 연구에 따르면 해수면 변화와 지하수 재충전의 결합 효과로 인해, 평가된 해안 유역의 77%에서 세기말까지 염수 침투가 발생할 전망이다. 일반적으로 지하수 재충전률이 낮을수록 염수가 내륙으로 침투하는 정도가 커지고, 해수면 상승은 염수가 전 세계적으로 얼마나 널리 퍼지는지를 결정한다. JPL의 지하수 과학자로 연구팀을 이끈 카이라 애덤스 박사는 "어느 쪽이 우세한가에 따라 관리에 미치는 영향이 달라질 수 있다"라고 말했다. 예를 들어, 낮은 재충전률이 염수 침투가 발생하는 주된 이유라면 해당 지역은 지하수 자원을 보호함으로써 이를 해결할 수 있다. 반면, 해수면 상승으로 인한 경우 지하수를 다른 곳으로 돌리는 방법을 취할 수 있다. 나사의 연구는 해수면 상승이 나사의 해안 시설과 기타 인프라에 어떤 영향을 미칠지 평가하기 위한 노력의 일환이었다. 이 연구는 나사의 고도 관측치와 세계자연기금(WWF)이 관리하는 데이터베이스(HydroSHEDS)에서 수집한 유역 정보를 사용해 진행됐다. 연구진은 2100년까지 염수 침투 거리를 추정하기 위해 지하수 재충전, 지하수면 상승, 담수 및 염수 밀도, 해수면 상승으로 인한 해안 이동 등을 종합적으로 고려한 모델을 사용했다. JPL의 벤 햄링턴 박사는 전 세계적인 상황은 연구진이 해안 홍수에서 보는 상황과 유사하다면서 "해수면이 상승함에 따라 어디에서나 홍수 위험이 증가하고 있다. 해수면 상승으로 인한 염수 침투와 대수층 재충전 변화가 심각한 위협이 되고 있다"고 지적했다.
- ESGC
2024-12-17 14:04:00
[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.
- IT/바이오
2024-12-17 09:20:00
[기후의 역습(101)] 아마존의 '끓는 강' 보일링 리버, 가뭄 등 심각한 위협

아마존의 보일링 강의 수온이 점점 뜨거워지면서 식물에 악영향을 미치는 것으로 나타났다. 샤나이팀피슈카 또는 라 봄바라고도 불리는 보일링 강(Boiling River)은 이름 그대로 거대한 증기를 뿜는 '끓는 강'으로, 페루 동부와 중부를 흐르며 거대한 아마존 강으로 연결된다. 이 지역은 1930년대 석유 매장지를 찾으려는 화석연료 회사들이 샅샅이 탐사했지만, 보일링 강의 비밀은 과학자들이 지금에 와서야 자세히 밝히고 있다. 그 결과 보일링 강은 지하 깊은 곳의 지열원에 의해 가열된다는 것을 확인했다. 스위스 로잔 연방기술연구소(EPFL)의 식물 생태학 연구원 앨리사 쿨버그 박사는 2022년 미국 마이애미 대학교 라일리 포티에 연구원 및 페루의 연구진과 함께 이곳을 처음 방문했다. 연구진은 정글을 탐험하면서 보일링 강 주변 식물에 대한 탐사를 진행했고 최근 연구 보고서를 발표했으며 BBC가 이를 요약해 전했다. 탐사 결과 보일링 강을 따라 눈에 띄는 변화가 관찰됐다. 포티에에 따르면 숲은 큰 나무가 많지 않은 상태에서 무질서했으며 더 건조해졌고 잎은 더 바삭바삭 말랐다. 이는 기후 변화가 아마존을 어떻게 변화시킬 수 있는지를 보여주는 증거다. 지구 온난화로 인해 평균 기온이 높아졌기 때문에 일어난 결과라는 것이다. 보일링 강은 기후 변화에 기인한 밝지 않은 미래를 엿볼 수 있는 일종의 자연 실험이었다. 최근 발표된 연구 논문에서 포티에와 쿨버그 연구진은 강 구간을 따라 배치된 13개의 온도 측정 장치를 사용, 보일링 강 근처의 1년치 기온 판독값을 추적했다. 연평균 기온은 시원한 지역에서 섭씨 24~25도, 가장 따뜻한 지역에서 섭씨 28~29도로 다양하게 나타났다. 강을 따라 가장 더운 몇몇 지역에서 기록된 최고 기온은 섭씨 45도에 가까웠다. 팀은 강줄기를 따라 기온의 차이와 함께 어떤 식물 종이 존재하는지도 분석했다. 기온과 서식 식물 종은 중요한 상관관계를 갖고 있었다. 강이 뜨거운 곳에서는 식물의 밀도가 낮았고, 일부 종은 전혀 발견되지 않았다. 강의 하층에는 식물이 훨씬 적었다. 매우 찌는 습한 날씨에도 불구하고 초목은 훨씬 더 건조했다. 지구 온난화로 이 지역이 더 뜨거워지면 이런 현상이 가속돼 식물 생태계에 치명적인 영향을 미칠 것이라는 분석이다. 예컨대 최대 50m 높이까지 자랄 수 있는 큰 상록수는 강의 가장 뜨거운 부근에서 생존의 어려움을 겪었다. 전반적으로 더위는 생물 다양성에 부정적인 영향을 미치는 것으로 보였다. 고온에 내성이 강한 식물 종은 당연히 뜨거운 지역에서 더 흔하게 나타났는데, 이 지역에서는 매우 짧은 거리 안에서도 그런 현상이 나타나는 특이한 양태를 보였다. 연구 지역의 전체 길이는 2km를 넘지 않았는데, 온도가 일정 지점에 도달하자마자 식물은 거의 즉시 반응하는 것으로 나타났다. 기후 변화로 인한 이런 결과는 토착민에게 약영향을 끼칠 수 있다는 점에서 우려된다는 지적이다. 아마존의 원주민 집단은 이미 홍수와 가뭄 등 심각한 기상 위협에 직면해 있으며, 기후 변화로 인해 악화되고 있다. 브리스톨 대학교의 로돌포 노브레가 교수는 아마존의 더 높은 온도는 그곳에 서식하는 많은 식물의 기능 자체를 위협할 수 있다면서 보일링 강이 이를 완벽하게 보여준다고 강조했다. 노브레가는 "물이 있어도 기온이 상승하면 식물의 광합성 능력이 감소한다. 식물은 주변에 물이 있어도 기온 때문에 스트레스를 받는다"고 지적했다. 보일링 강의 기온 상승이 생물 다양성과 식물 성장에 어떤 영향을 미칠 수 있는지는 암시하지만, 거대한 아마존의 규모를 감안하면 이는 열대 우림의 미래를 정확히 반영하지는 않을 수 있다. 아마존 강은 브라질, 페루, 볼리비아, 콜롬비아, 해외 프랑스 영토인 프랑스령 기아나를 포함한 9개국에 걸쳐 흐르며 총 유역 면적은 670만㎢를 넘는다. 2023년에 발표된 글로벌 전환점에 대한 보고서는 아마존 열대 우림이 곧 정글보다는 사바나에 가까운 훨씬 더 건조한 곳으로 변할 위험이 있다고 지적했다. 보일링 강에 대한 연구는 아마존이 마주한 새로운 환경에서 어떤 식물 종이 생존할 가능성이 가장 높은지를 추론할 수 있다. 특정 식물이 보일링 강의 극한 환경에 대처할 수 있다면, 넓은 열대 우림의 어느 지역을 보호할 수 있는지를 결정하는 데 도움이 된다. 회복력이 강한 식물 종으로 구성된 숲에서 미세 기후를 유지하는 것도 가능하다. 연구팀은 아마존을 보호하는 것은 숲 자체를 넘어 인류를 보호하는 최고의 방법이라고 지적했다. 열대 우림이 사라지는 치명적인 임계점에 도달하면 전 세계가 피해를 입게 된다. 숲이 없어지면 많은 탄소가 대기로 올라가 기후에 영향을 미치고 이는 지역적인 문제를 넘어 전 세계를 위협한다. 연구팀은 보일링 강의 변화는 단순히 미래를 엿보는 것이 아니라 일종의 경고라고 강조했다.
- ESGC
2024-12-13 14:15:00
[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.
- 포커스온
2024-12-12 15:12:00
[우주의 속삭임(86)] 우주 팽창 속도, 표준 우주론에 의문 제기⋯제임스웹 망원경, 허블 망원경 측정값 검증

우주가 천문학자들의 예상보다 빠르게 확장되고 있는 것으로 나타나 우주론 연구에 새로운 국면을 예고했다. 미국 항공우주국(나사·NASA)의 제임스 웹 우주 망원경은 우주의 팽창 속도가 예상보다 8% 빠르다는 것을 확인했다. 우주는 마치 오븐 속에서 머핀을 굽는 것처럼 확장된다는 것이다. 즉, 빵 반죽이나 머핀 반죽을 넣어 오븐에 구으면 빵이나 머핀이 커지는 것처럼 우주가 팽창된다는 것. 이때 머핀 속의 건포도나 블루베리는 오븐 속에서 머핀 반죽이 부풀어 오르면서 서로 멀어진다. 제임스 웹 망원경의 최신 관측 결과는 우주의 팽창 속도에 대한 기존 이론에 의문을 제기했다. 이는 단순한 측정 오류가 아닌, 우주 자체의 미지의 특징이 현재의 팽창 속도를 설명할 수 있음을 시사한다. 우주론적 난제 '허블 텐션' 심화 제임스 웹이 수집한 2년간의 데이터는 허블 우주 망원경이 이전에 발견한 우주의 팽창 속도가 천체물리학자들이 우주의 초기 조건과 수십억 년에 걸친 진화에 대해 알고 있는 이론에 근거해 예상했던 것보다 8% 빠르다는 것을 입증했다. 이 불일치를 '허블 텐션'이라고 한다. 허블 텐션은 현재까지 최고 우주 모델로도 설명되지 않은 난제로 남아 있다. 이번 연구는 허블 우주 망원경의 측정값을 검증하며, 우주의 팽창 속도를 나타내는 허블 상수 측정에서 나타나는 불일치, 즉 '허블 텐션'을 해결하기 위한 중요한 단서를 제공한다고 스페이스닷컴, PHYS, KSL.닷컴 등 다수 외신이 전했다. 우주 가속 팽창을 공동 발견한 공로로 2011년 노벨상 수상자이자 이번 연구의 주요 저자인 존스 홉킨스 대학교의 애덤 리스 교수는 "관측된 우주 팽장 속도와 표준 모델의 예측 사이의 불일치는 우리의 우주에 대한 이해가 불전할 수 있음을 시사한다"며 "두 개의 NASA 주력 망원경이 서로의 발견을 확인하는 현 상황에서, 우리는 이 문제를 매우 심각하게 받아들여야 한다. 이는 도전이지만 동시에 우리 우주에 대해 더 많이 배울 수 있는 놀라운 기회이기도 하다"라고 말했다. 이번 연구는 천체물리학 저널(Astrophysical Journal)에 게재됐으며, 리스 교수의 노벨상 수상 업적인 '암흑 에너지'에 의한 우주 가속 팽창 이론을 기반으로 한다. 암흑 에너지는 별과 은하 사이의 광활한 공간에 스며들어 우주의 팽창을 가속화시키는 미지의 에너지다. 우주의 약 27%를 차지한다고 생각되는 '암흑 물질'은 눈에 보이지 않지만 일반 물질(별, 행성, 달, 지구상의 모든 물질)에 미치는 중력 효과를 바탕으로 그 존재가 추정되는 가설적 물질의 한 형태다. 지구상의 모든 물질은 우주의 약 5%를 차지한다. 우주의 약 69%를 차지하는 것으로 추정되는 '암흑 에너지'는 우주의 광대한 공간에 스며들어 중력을 상쇄하고 우주의 가속 팽창을 주도하는 에너지의 한 형태라고 가정된다. 우주가 정적이지 않고 확장되거나 수축될 수 있다는 이론은 1922년 물리학자 알렉산더 프리드먼이 처음 발표했다. 그는 우주가 확장되고 있다는 것을 수학적으로 확인했다. 우주의 확장 속도를 더 깊이 들여다 본 사람은 에드윈 허블이었다. 허블은 1929년 우주 전체가 확장되고 있으며 확장 속도가 증가하고 있다는 것을 확인한 유명한 논문을 발표했다. 수수께끼의 '허블 상수' 연구팀은 웹 망원경이 우주에서 보낸 첫 2년 동안 수집한 방대한 데이터를 활용하여 허블 망원경의 허블 상수 측정값을 검증했다. 초신성을 포함하는 거리를 정하는 세 가지 방법을 사용했으며, 특히 허블 망원경으로 측정하여 가장 정확한 '국부적' 허블 상수 값을 제공하는 것으로 알려진 거리에 초점을 맞추었다. 두 망원경의 관측 결과는 매우 유사하게 일치해 허블 망원경의 측정값이 정확함을 보여줬으며, 허블 텐션을 허블 망원경의 오류로 돌릴 만큼 큰 오차가 없음을 확인했다. 그러나 허블 상수는 여전히 수수께끼로 남아 있다. 망원경 관측을 기반으로 한 현재 우주의 측정값은 우주 마이크로파 배경 복사 데이터를 사용하여 보정된 표준 우주론 모델의 예측 값보다 높기 때문이다. 표준 우주론 모델에 따르면 허블 상수의 값은 약 67~68km/Mpc(메가파섹, 은하의 거리 단위)이어야 한다. 반면, 허블과 웹 망원경 데이터 기반 측정값은 일반적으로 70~76km/Mpc의 더 높은 값을 나타냈다. 평균값은 73km/s/Mpc다. 이러한 불일치는 측정 또는 관측 기술의 오류로 설명하기에는 너무 큰 차이이기 때문에 10년 이상 우주론자들을 혼란스럽게 했다. 메가파섹(Mpc)은 326만 광년에 해당하는 엄청난 거리를 말한다. 1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리로 5.9조마일이다. 웹 망원경의 새로운 데이터가 허블 망원경 측정의 유의미한 편향을 배제함에 따라, 허블 텐션은 아직 밝혀지지 않은 미지의 요인이나 우주론자들의 물리학적 이해의 틈에서 비롯될 수 있다고 연구팀은 보고했다. 존스 홉킨스 대학교에서 이 연구를 진행한 대학원생 사양 리는 "웹 망원경 데이터는 처음으로 고화질로 우주를 보는 것과 같으며 측정의 신호 대 잡음비를 실제로 향상시킨다"고 말했다. 우주 진화를 보여주는 허블 상수 이번 연구는 NGC 4258이라는 은하까지의 알려진 거리를 기준점으로 사용하여 허블 망원경의 전체 은하 샘플의 약 3분의 1을 다루었다. 더 작은 데이터 세트에도 불구하고 연구팀은 측정값 간의 차이를 2% 미만으로 줄이는 인상적인 정밀도를 달성했는데, 이는 허블 텐션 불일치의 약 8~9% 크기보다 훨씬 작다. 연구팀은 우주 거리 측정의 황금 표준인 세페이드 변광성 분석 외에도 동일한 은하에 걸쳐 탄소가 풍부한 별과 가장 밝은 적색 거성을 기반으로 측정값을 교차 검증했다. 세페이드 변광성은 변광성(變光星·광도가 변하는 별)의 한 유형으로 이들의 변광 주기와 절대광도 사이의 정확한 관계성으로 유명하다. 웹 망원경으로 관측된 모든 은하와 그 초신성은 허블 상수 72.6km/s/Mpc를 산출했으며, 이는 허블 망원경이 동일한 은하에서 발견한 72.8km/s/Mpc 값과 거의 동일하다. 이 연구에는 리스 교수의 SH0ES 팀(초신성, H0, 암흑 에너지 상태 방정식), 카네기-시카고 허블 프로그램, 그리고 다른 팀들의 웹 망원경 데이터 샘플이 포함됐다. 이러한 결합된 측정은 허블 망원경 세페이드 변광성을 사용하여 측정된 거리의 정확도에 대한 가장 정확한 결정을 가능하게 했다. 세페이드 변광성은 허블 상수를 결정하는 데 기본적인 역할을 한다. 세페이드 변광성들의 강도는 태양의 10³~10⁴배이다. 허블 상수는 태양계, 지구 또는 일상생활에 실질적인 영향을 미치지 않지만, 매우 큰 규모에서 우주의 진화를 보여준다. 이는 과학자들이 우주의 구조를 파악하고 빅뱅 이후 130~140억 년이 지난 현재 우주의 상태에 대한 이해를 심화하며 우주의 기본적인 측면을 계산하는 핵심 값이다. 존슨 홉킨스 대학교의 우주론자인 마크 카미온코프스키 교수는 허블 텐션을 해결하면 최근 몇 년 동안 밝혀진 표준 우주론 모델과의 다른 불일치에 대한 서로 다른 수요 관측 현상을 설명할 수 있다고 말했다. 그러나 우주의 구성과 가속 팽창의 96%를 차지하는 것으로 추정되는 미지의 구성 요소인 암흑 물질과 암흑 에너지의 본질을 완전히 설명하지는 못한다. 이번 연구에 참여하지 않은 카미온코프스키 교수는 "허블 텐션에 대한 한 가지 가능한 설명은 초기 우주에 대한 우리의 이해에 누락된 부분이 있는 경우다. 예를 들어 빅뱅 이후 우주에 예상치 못한 킥을 준 새로운 물질 성분인 초기 암흑 에너지가 존재할 수 있다"고 말했다. 그는 "그리고 재미있는 암흑 물질 특성, 이국적인 입자, 변화하는 전자 질량, 또는 원시 자기장과 같은 다른 아이디어들도 있다. 이론가들은 상당히 창의적일 수가 있다"고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-12-11 11:35:00
구글, 오류 대폭 줄인 양자칩 적용한 양자컴퓨터 공개

구글은 9일(현지시간) 양자컴퓨터에서 사용할 신형 양자칩을 개발했다고 발표했다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 구글은 이날 슈퍼컴퓨터가 10셉틸리언(10해년-septillion·10²⁴)년 걸리는 문제를 단 몇 분 만에 푸는 양자컴퓨터를 개발했다고 밝혔다. 10셉틸리언은 10의 25제곱이며 1조의 10조배에 달하는 수다. 구글은 자체 개발한 양자 칩 '윌로우(Willow)'를 장착한 양자컴퓨터가 성능 실험에서 현존하는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프런티어를 능가했다고 설명했다. 이어 프런티어가 10셉틸리언(10의 25제곱)년 걸려야 풀 수 있는 문제를 윌로칩을 장착한 양자컴퓨터는 단 5분 안에 풀었다고 덧붙였다. 천문학적인 시간이 걸리는 계산을 5분미만에 실행할 수 있을 뿐만 아니라 30여 년간 병목 기술로 불려왔던 양자 오류 수정 기술을 획기적으로 개선하는데 성공했다. 또한 기존 슈퍼컴퓨터를 대체할 계산인프라로 폭넓은 용도에서의 실용화의 길을 열었다. 구글 양자 AI 설립자인 하트무트 네벤은 "이는 중요하지 않다"며 "간단한 문제조차 해결하지 못하면 실용적인 문제도 해결할 수 없다"고 부연했다. 구글은 기존 컴퓨터가 풀지 못하는 실제 문제 해결 사례를 내년에 발표할 것이라고 밝혔다. 구글은 또 윌로우가 큐비트 수를 늘리면서 오류를 줄일 수 있는 임계값 이하(Below Threshold)를 달성한 첫 양자시스템이며 실시간으로 오류를 수정할 수 있는 기술도 개발했다고 설명했다. 양자컴퓨터는 대개 전기 저항이 없는 초전도 큐비트를 사용해 정보를 처리하는데, 외부의 저항에 쉽게 오류가 발생하는 단점이 있었다. 로이터통신은 "양자컴퓨터를 실용적으로 만드는 데 중요한 단계"라고 짚었다. 뉴욕타임스(NYT)는 "양자컴퓨팅은 양자역학이라는 물리학의 한 분야에 대한 수십년간의 연구 결과로 여전히 실험적인 기술이지만, 구글의 성과는 과학자들이 이 기술에 대한 오랜 기대를 충족시킬 수 있는 방법들을 꾸준히 발전시키고 있음을 보여준다"고 평가했다. 양자컴퓨터는 기존의 슈퍼컴퓨터로 수십년 걸리는 복잡한 문제를 수분내에 해결할 수 있다. 현재로서는 특정의 계산외에는 사용할 수 없지만 기술개발로 앞으로 더 복잡한 문제를 해결해 새로운 소재와 화학제품의 개발로 이어질 것으로 기대되고 있다. 구글은 지난 2014년에 양자컴퓨터 분야에 진출했다. 지난 2019년에는 양자컴퓨터 '시카모어'를 개발해 슈퍼컴퓨터가 1만년 걸리는 문제를 약 3분에 해결해 '양자초월'이라 불리는 기술혁신을 달성했다고 발표했다. 구글은 이번 연구로 성능이 더욱 높이게 됐다. 양자컴퓨터는 미국의 거대 기술기업이 연구개발에서 앞서고 있다. 중국, 유럽, 일본, 캐나다 등도 차세대의 중요한 정보기술로 정부지원을 지원을 받아 연구기관과 스타트업들이 개발경쟁을 벌이고 있다.
- IT/바이오
2024-12-11 05:38:00
[기후의 역습(99)] 나사 위성, 35년 전보다 10배 더 푸른 남극 공개

얼음과 거의 동의어로 인식되는 대륙인 남극대륙의 하얀 단색 풍경이 적어도 가장자리 주변에서는 더욱 푸르러지고 있다. 랜드샛(Landsat) 위성이 35년 동안 관측한 내용을 분석한 결과, 남극반도의 식생 면적은 1986년 이후 10배 이상 증가했다고 나사(NASA)가 홈페이지를 통해 밝혔다. 빙하가 줄어들고 기온이 상승함에 따라, 식물들은 이 지역은 물론 다른 한랭 기후 지역으로 이동할 기회가 더 많아지고 있다. 연구진은 남극반도에서의 녹지 확장이 남극 생태계의 변화를 알리는 신호일 수 있으며, 이는 남극반도의 미래에 대한 의문을 불러일으킨다고 우려한다. 연구진은 랜드샛5에서 랜드샛8까지의 관측 이미지를 토대로 분석한 결과, 남극반도의 식생지 면적이 1986~2021년 사이에 0.86㎢에서 11.95㎢로 증가했다고 밝혔다. 주목할 점은 녹지 공간의 확장이 2016년부터 가속화되었다는 것이다. 최근 네이처 지오사이언스에 발표된 이 연구는 엑서터 대학교의 환경 과학자 톰 롤랜드와 하트퍼드셔 대학교의 원격 감지 전문가 올리 바틀릿이 주도했다. 분석 결과는 지도(사진)로 요약되어 소개됐다. 지도는 분석 대상 기간 중 선택된 특정 연도에 고도 300m 이하의 얼음이 없는 땅의 녹지 양을 보여준다. 각 육각형의 그늘은 식생 지수(NDVI) 값으로, 위성에 의해 표시되는 식물 녹색도 및 밀도 수준을 나타낸다. NDVI 값은 성장기가 끝날 때까지 이어지는 매년 3월의 랜드샛 관측에서 파생되었다. 지도는 사우스 셰틀랜드 제도(각 지도의 왼쪽 상단)를 가로질러 식물 성장이 가능한 남쪽 한계선까지 반도의 서쪽 아래로 식물 번식이 확장되었음을 보여준다. 남극반도에 대한 과거 현장 연구에서도 녹색 이끼류가 광대한 면적을 차지하면서 수직으로 축적돼 '둑'을 형성한 것으로 나타났다. 이끼는 매년 새로운 세로 층을 형성했다. 롤랜드 연기팀은 종전 연구에서 반도 서쪽을 따라 이끼 둑에서 채취한 샘플로 탄소 연대를 측정했다. 분석 결과, 이끼가 축적되는 속도는 지난 50년 동안 증가했으며, 이는 기후 변화 속에서 생물학적 활동이 증가했음을 시사했다. 연구진은 이곳의 식물이 영역을 위쪽으로, 즉 수직으로 확장하는 것뿐만 아니라 수평, 즉 바깥쪽으로도 확장하고 있는지를 탐구했다. 이번 연구는 수십 년 동안의 랜드샛 기록을 활용해 이를 확인한 것이다. 롤랜드는 "핵심 샘플을 기반으로 조사한 결과 예상치 못한 심각한 결과가 나왔다"고 말했다. 녹색화의 속도도 빨랐다. 서남극에서 남극해로 튀어나온 남극반도는 지구에서 가장 빠르게 온난화되는 곳 중 하나다. 대부분의 빙하가 녹아 후퇴하고 있다. 최근 몇 년 동안 새로운 이끼류 식물이 증가한 것은 남극 해빙(바다위 얼음) 면적이 감소하고, 녹는 바닷물이 증가하며, 이것이 더욱 따뜻하고 습한 조건을 만들어낸 데 기인할 수 있다고 연구진은 언급했다. 식물이 남극반도에서 성장하면서 이 독특한 서식지의 생물다양성에 대한 의문이 제기됐다. 빙하 후퇴 후에 무엇이 올 것인가에 대한 의문이다. 연구진이 우려하는 것은 이끼가 있는 곳에서 토양 형성이 뒤따르면서, 외래종 식물이 성장의 발판을 찾을 기회가 더 많아진다는 것이다. 그렇게 되면 이 지역의 생물다양성이 침식되거나 왜곡될 수 있다. 남극에는 수백 종의 토종 이끼, 우산이끼, 지의류, 균류가 서식하고 있지만, 토종 꽃식물은 두 종뿐이다. 관광과 연구 목적으로 남극대륙에 인간의 발길이 많아지면 토종이 아닌 종이 유입될 수 있다. 이미 북부 남극반도와 인근 섬에서 침입 사례가 여러 건 기록되었다. 연구진은 추운 고위도 생태계에서 온도 제한이 풀리면 생물 보안이 위협받을 것이라고 우려했다. 롤랜드 연구팀은 랜드샛 위성 데이터의 실체를 확인하기 위해 현장으로 돌아가 변화를 더 세부적으로 관찰하고 변화를 직접 확인한다는 계획이다.
- ESGC
2024-12-10 14:11:00
[기후의 역습(98)] 기후 변화로 나무와 필수 균류 격리 현상 발생

열대성 목련에서 산악 지대 소나무에 이르기까지 전 세계 수종의 3분의 1 이상이 멸종 위기에 처해 있다. 국제자연보전연맹(IUCN)은 지난 10월 이 같은 엄중한 위기를 알리는 멸종위기종 적색 목록(Red List of Threatened Species) 업데이트를 발표했다고 사이언스투데이가 전했다. 이에 따르면 현재 나무(목본)는 적색 목록에 기재된 모든 종의 4분의 1 이상을 차지하며, 이들은 서식하는 거의 모든 국가에서 멸종 위기에 처해 있다. 균류(곰팡이류)의 부족은 나무가 기후 변화에 적응하지 못하는 이유를 부분적으로 설명해 준다. 대부분의 수종은 생존에 필요한 영양소와 물을 얻기 위해 지하 균류에 의존한다. 나무 뿌리는 균류와 공생하며 생존한다. 그런데 다른 유기체와 마찬가지로 균류는 기후 변화, 특히 더위와 가뭄에 적응하기 위해 생존 경쟁을 벌이고 있다. 그러나 우리는 생태계에서 중요한 균류가 기후 변화에 어떻게 반응하는지, 또는 그것이 다른 지역에서 나무의 생존에 어떤 영향을 미치는지에 대해 여전히 모르는 것이 많다. 토양 미생물 과학자인 마이클 반 눌랜드는 "균류와 식물의 공생은 지상과 지하 세계 모두에 절대적으로 중요한 상호작용이다. 그러나 학계는 여전히 기후 변화로 인해 이러한 관계가 어떻게 변할 것인지 이해하는 데 어려움을 겪고 있다"고 밝혔다. 지하네트워크보호협회에 소속된 반 눌랜드와 연구진은 올해 초, 기후 변화로 인해 나무와 지하 균류 사이의 중첩(겹침)이 줄어들어 나무가 이동하거나 번식할 수 있는 곳이 제한되는 위치를 조사한 연구를 PNAS(미국 국립과학원 저널)에 발표했다. 나무와 균류가 중첩되지 않으면 나무가 생존하기 어렵다. 연구진은 50종의 나무와 402종의 토양 균류의 DNA에 대한 북미 분포 데이터를 사용해 나무 종과 토양 균류가 겹치는 '적합한 서식지' 지도를 만들었다. 또 기후 데이터를 사용해 나무-균류 관계에 적합한 현대 서식지의 조건이 어떤지를 확인했다. 그 후 미래의 기후 조건과, 그 조건에서 나무와 균류가 어떻게 반응할지를 모델링했다. 작성된 최종 지도는 예상대로 나무와 균류 모두에 적합한 서식지가 북쪽, 즉 더 시원하고 습한 조건으로 이동하는 경향이 있음을 보여주었다. 그러나 모든 나무-균류 쌍의 35%는 나무와 균류가 모두 생존할 수 있는 지역이 줄어드는 상황에 직면해 있다. 적절한 균류가 없다면 나무는 북쪽으로 이동할 수 없다. '나무-균류 쌍의 약 3분의 1이 서식지가 줄어드는 상황에 직면했다'는 것은 연구진에게는 놀라운 사실이었다. 연구진은 여기에 더해 그 수치는 보수적인 추정치로서, 실제로는 더 높을 것이라고 예상했다. 반 눌랜드는 이번 조사 결과는 IUCN을 비롯한 멸종 위험 평가에서 일반적으로 고려하는 것과는 다른 종류의 서식지 손실이라고 지적했다. 서식지의 분포와 면적에 대한 것이 아니라 생태적 기능에 관한 것이기 때문이다. 그는 이를 "종 상호작용의 손실"이라고 말했다. "생존에 필요한 중요한 요소(균류)가 부족하고, 적절한 기후도 부족할 수 있다"는 것이다. 산림 벌채는 균류에게도 문제를 일으킨다. 숲 벌채는 지하 균류 네트워크를 벌채하는 것과 다르지 않다. 이는 눈에 보이지 않는 곳에서 일어나는 또다른 피해다. 적합한 서식지가 줄어든 것은 중첩되는 곳의 주변에 있는 토양 균류의 생물 다양성 부족에 의해 주도되었다고 데이터는 보여준다. 기후 변화에 대응해 이동할 수 있었던 나무는 서식지 가장자리에서 토양 균류에 대한 선택권이 더 많았기 때문이었다. 이동이 제한된 나무 종은 토양 균류 다양성이 낮은 곳에 있었다. 연구진은 "기후 변화에 대응해 나무가 번식지를 이동하는 데 균류가 중요한 역할을 한다는 것을 이번 연구는 보여주었다"라며 "균류는 나무가 기후 변화를 탈출해 생존할 수 있는 가능성을 열어주는 존재"라고 강조했다.
- ESGC
2024-12-09 14:28:00
[기후의 역습(97)] 남극 대륙 대격변⋯과학자들, 재앙 비상경보 발령

450명이 넘는 극지 과학자들이 지난주 말 호주에서 '긴급 정상회담'을 위해 모였다. 그들은 남극과 호주는 물론 기타 지구의 나머지 지역의 미래를 보호할 수 있도록 세계가 일치단결해 긴급 조치를 취해줄 것을 호소하며 성명서를 발표했다. 이 소식은 기후 변화를 탐구하는 비영리 기관 더쿨다운(TCD)이 홈페이지를 통해 전했다. 남반구는 10월 기록적인 무더위를 보냈다. 미국 국립환경정보센터(National Centers for Environmental Information)의 최신 글로벌 기후 보고서에 따르면, 남반구는 10월, 평균보다 섭씨 0.91도 높은 기록적인 더위를 나타냈다. 이에 따라 남극도 기록상 11번째로 따뜻한 10월을 보냈다. 미국 국립눈얼음데이터센터(National Snow and Ice Data Center)는 남극의 해빙 면적이 계절에 따라 녹는 속도가 빨라지면서, 지난 10월 해빙 면적은 역사상 두 번째로 낮은 수준이었다고 보고했다. 호주의 10월은 1910년 이래 두 번째로 따뜻한 달이었다. 지구 과열의 영향을 연구하는 극지 과학자들은 이 같은 우려와 함께 호주 남극 연구 컨퍼런스에 모였고, 그들의 발견이 이 지역에 대한 관심을 끌 수 있기를 희망했다. 그들의 분석과 발견, 그리고 호주는 지구의 기후를 조절하는 데 매우 중요하다. 남극에서 일어나는 일은 남극에만 머물지 않는다. 세계의 다른 지역 평균보다 거의 두 배나 빠른 남극의 온난화는 이 지역을 훨씬 넘어서 영향을 미친다. 위성 사진에 따르면 남극은 20년 전보다 6배 이상 빠르게 얼음이 녹고 있다. IFL사이언스에 따르면 컨퍼런스에 참석한 극지 과학자들의 성명서에는 "해수면 상승의 예측에 관한 한 지구상 어느 곳도 호주의 뒷마당인 동남극 대륙보다 더 불확실한 곳은 없다. 동남극 빙상에만 국한해서, 그것만 완전히 녹아도 전 세계 해수면을 약 50m까지 끌어올릴 수 있다. 그만큼 막대한 물을 얼음으로 간직하고 있다. 이 지역 얼음이 녹는 것이 해안 도시와 인프라에 미치는 영향은 엄청나다"라고 기록돼 있다. 성명서는 또 "연구자들이 빙하가 얼마나 많이, 또 얼마나 빨리 변할지 이해하는 것이 호주와 전 세계에 가장 큰 이익이 될 것이다. 이 지역이 해수면 상승에 얼마나 영향을 미친 것인지 예측하는 것은 국제사회의 복지에 매우 중요하다"고 강조했다. 이 컨퍼런스에는 호주 전역의 과학자 450명 이상이 참석했으며, 이들 대부분은 젊은 소장파 연구자들이다. 호주 남극 프로그램 파트너십이 컨퍼런스를 열게 된 큰 동기를 부여했다. 이 조직은 지난 30년 동안 지구 해수면이 10cm 이상 상승했다고 지적한다. 컨퍼런스에서는 "육지와 바다의 생태계 변화는 이 민감한 지역의 급격하고 전례 없는 변화를 보여준다"라며 "급격하고 파국적인 해수면 상승을 초래하는 폭주하는 얼음 손실은 우리 세대에서 발생할 가능성이 있다. 우리 사회는 가능한 한 빨리 '탄소 곡선을 꺾는' 목표를 설정하고 달성해야 한다"라고 강조했다. 컨퍼런스에 참여한 소장파들은 미래 지향적인 사회 프로젝트에 참여함으로써 지구 온난화로 인한 위기를 해결하는 데 주력할 것을 다짐했다. 남극 및 남극해 연합은 지구 온난화에 따라 위협받는 남극 생태계의 회복력 강화에 도움이 되는 정책을 주창하고 있다.
- ESGC
2024-12-06 13:24:00
[기후의 역습(96)] "얼음 없는 북극해가 온다", 카운트다운

북극의 해빙이 거의 모두 녹는 여름이 2027년에 발생할 수 있으며, 이렇게 되면 기록상 첫 번째가 될 것이라고 PHYS가 전했다. 이는 지구에 불길한 전조다. 미국 콜로라도 볼더 대학교의 기후학자 알렉산드라 얀과 스웨덴 예테보리 대학교의 셀린 호이제 등 국제 연구팀은 컴퓨터 모델을 적용해 지구의 최북단 바다에서 '처음으로 얼음이 없는 날'이 언제 발생할 수 있을지 예측했다. 얼음이 없는 북극은 날씨 패턴을 변화시켜 생태계와 지구 기후에 큰 영향을 미칠 수 있다. 얀 박사는 "북극에 얼음이 없는 날이 온다고 해서 상황이 극적으로 바뀌지는 않을 것"이라면서도 "그러나 온실가스 배출로 인해 북극해의 특성 중 하나인 해빙과 연중 눈으로 덮여 있는 자연환경이 근본적으로 바뀌었다는 점을 보여줄 것"이라고 말했다. 연구팀의 결과는 이달 초 네이처커뮤니케이션즈 저널에 게재됐다. 얀 박사는 오는 9일 워싱턴 D.C.에서 열리는 미국지구물리학회 연례회의에서 이를 발표할 예정이다. 지구 온난화로 '푸른 북극' 온실가스 배출 증가로 기후가 따뜻해지면서, 북극의 해빙은 10년마다 12% 이상이라는 전례 없는 속도로 사라지고 있다. 지난 9월, 미국 국립빙설데이터센터는 올해 북극 해빙 최소치(북극에서 동결된 바닷물의 양이 가장 적은 날)가 1978년 이후 가장 낮은 수준 중 한 해라고 보고했다. 올해 최소치는 428만㎢로 2012년 9월에 관측된 역대 최저치를 약간 웃돌았다. 그러나 1979~1992년 사이의 평균 최소 면적인 685만㎢에 비하면 여전히 뚜렷한 감소를 나타내고 있다. 과학자들은 북극해의 얼음 면적이 100만㎢ 미만일 때 북극에 얼음이 없다고 말한다. 북극 해빙 변화에 대한 이전의 예측은 바다가 한 달 동안 얼음이 없는 상태가 되는 시점을 예측하는 데 초점을 맞췄다. 얀 박사의 종전 연구에 따르면 얼음 없는 달은 거의 필연적으로 발생할 것이며, 그 시기는 2030년대가 될 것임을 시사했다. 기후 변화에서의 티핑 포인트(임계점)가 다가오면서 얀 박사는 북극의 해빙이 녹는 속도에 관심을 가졌다. 특히 첫 번째 얼음 없는 달의 발생 가능성을 예측하고, 북극해의 모든 해빙을 녹일 수 있는 사건이 무엇인지에 대해서도 파악하고자 연구팀을 구성해 분석에 나섰다. 해빙이 완전히 사라질 가능성 얀과 호이제 박사는 300개 이상의 컴퓨터 시뮬레이션에서 얻은 결과를 사용해 북극에서 처음으로 얼음이 없는 날이 언제가 될 것인지를 예측/추정했다. 대부분의 모델은 인간이 온실가스 배출량을 어떻게 변경하든 관계없이 첫 번째 얼음 없는 날이 2023년 이후 9~20년 사이에 발생할 수 있다고 예측했음을 발견했다. 가장 빠른 예측은 3년 안에 발생할 수 있다는 것이었다. 극단적인 시나리오이지만, 모델은 가능성이 있음을 시사하고 있다. 총 9개의 시뮬레이션에서 얼음 없는 날이 3~6년 안에 발생할 수 있다고 추정했다. 연구진은 일련의 극심한 기상 현상이 단시간에 200만㎢ 이상의 해빙을 녹일 수 있다는 것을 발견했다. 비정상적으로 따뜻한 가을이 먼저 해빙을 약화시키고, 그 다음에는 따뜻한 북극의 겨울과 봄이 이어지면서 해빙이 형성되지 않는다. 북극이 3년 이상 연속으로 극심한 온난화를 겪으면 첫 번째 얼음이 없는 날은 늦여름에 발생할 수 있다. 그런 따뜻한 해는 이미 일어났다. 예를 들어, 2022년 3월에 북극 지역은 평균보다 화씨 50도(섭씨 10℃) 더 따뜻했고, 북극 주변 지역은 거의 녹고 있었다. 호이제 박사에 따르면 기후 변화로 인해 이러한 기상 현상의 빈도와 강도는 증가한다. 해빙은 지구로 들어오는 햇빛을 우주로 반사해 북극이 온난화되는 것을 방지한다. 얼음이 녹아 반사율이 낮아지면 어두운 바닷물이 태양으로부터 더 많은 열을 흡수함으로써 북극과 전 세계의 기온을 더 끌어올린다. 또한 북극의 온난화는 바람과 해류 패턴을 변화시켜 전 세계적으로 더 극심한 기상 현상을 초래할 수 있다. 하지만 좋은 소식도 있다. 연구에 따르면, 탄소 배출량을 크게 줄일 경우 얼음 없는 북극의 타임라인을 크게 늦출 것이다. 얀 박사는 "배출량을 줄이면 해빙을 보존하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 강조했다.
- ESGC
2024-12-05 14:28:00
산유국 반발로 세계 플라스틱 협약 결렬

2년 이상 끌어온 플라스틱 협약 체결이 결국 결렬됐다. 산유국을 중심으로 한 반발의 벽을 넘지 못했다고 BBC가 전했다. 200개국 이상이 부산에서 마지막 회담을 위해 모였지만 합의를 도출하는 데 실패함으로써, 협약의 향방은 매우 불투명해졌다. 부산에서는 플라스틱의 단계적 폐지를 요구하는 100여 개국과, 플라스틱의 폐지는 세계 발전에 악영향을 미칠 것이라고 경고하는 산유국 사이에 치열한 갈등과 논쟁이 벌어졌다. 쿠웨이트 협상단은 마지막 몇 시간 동안 "이 협약의 목적은 플라스틱 자체가 아니라 플라스틱 오염을 종식시키는 것이다. 플라스틱은 전 세계 사회에 엄청난 이익을 가져다주었다"고 주장했다. 지난 2022년 세계 각국은 플라스틱 오염 문제, 특히 해양 환경에 미치는 영향을 해결하기 위한 글로벌 조약이 필요하다는 데 동의했으며, 문제의 시급성을 감안해 2년 안에 완료되어야 한다고 합의했다. 유엔은 1950년 이후 전 세계적으로 80억 톤 이상의 플라스틱이 생산되었지만 재활용된 플라스틱은 10%도 되지 않는다고 추산한다. 이로 인해 수백만 톤의 플라스틱이 전 세계 바다로 유입돼 야생 동물과 환경에 심각한 위험을 초래했다. 새, 물고기, 고래는 플라스틱 파편에 얽히거나 섭취하면 죽을 수 있다. 플라스틱은 화석 연료에서 생산되며, 현재 전 세계 배출량의 5%를 차지한다. 따라서 플라스틱을 제한하려는 노력은 기후 변화에 대처하려는 노력에도 보탬이 된다. 부산에서 열린 마지막 5차 협상 이후 참가한 국가 대표단은 의견 차이를 좁히지 못했으며, 결국 2년이라는 시한을 놓치고 말았다. 많은 문제가 논의됐지만, 주요 의견 차이는 제6조에 관한 것이었다. 즉, 플라스틱 생산량을 줄이겠다는 약속을 해야 하는지, 아니면 재활용 노력을 늘려 플라스틱 폐기물을 줄여야 하는지에 대한 것이었다. 영국, 유럽연합, 아프리카 그룹, 그리고 많은 남미 국가를 포함한 95개국은 제6조를 플라스틱 생산을 줄이기 위한 법적 구속력이 있는 서약으로 규정할 것을 요구했다. 그러나 사우디아라비아, 이란, 쿠웨이트, 러시아를 포함한 석유 생산국 그룹은 강력하게 반발했다. 각국이 전기자동차와 같은 청정 기술로 전환함에 따라 대부분의 부문에서 석유 수요는 2026년부터 감소할 것으로 예상되지만, 플라스틱은 남은 성장 시장 중 하나로 여겨진다. 이것이 플라스틱 생산을 줄이자는 글로벌 목표에 대해 우려하는 이유다. 플라스틱을 단계적으로 폐지하려는 시도는 세계적 경제 발전을 저해하고 불평등을 심화시킬 위험이 높다는 것이다. 인도 역시 자국의 개발권에 영향을 미칠 수 있다는 이유로 플라스틱 생산 감축에 대한 우려를 표명하고 반대했다. 환경 단체와 과학자들은 회담이 결렬된 데 대해 깊은 실망감을 표명했으며 화석 연료 산업의 영향에 대한 우려를 제기했다. 싱크탱크인 인플루언스맵(InfluenceMap)은 석유화학 산업이 회사 성명, 소셜 미디어 및 협의 응답을 통해 조약에 수십 번 개입했으며, 그중 93%가 생산 감축 노력을 지지하지 않았다는 것을 발견했다. 보고서는 그러나 유니레버, 마스, 네슬레 등 주요 플라스틱 제품 제조업체가 플라스틱 감축에 대한 일관된 규제를 원하는 긍정적인 지지가 더 중요하다고 강조했다. 네슬레는 이번 회담의 결렬에 대해 "실망스럽게도 모든 국가 간의 합의는 여전히 애매하며, 이로 인해 플라스틱 오염을 종식시키기 위한 중요한 조치를 더욱 지연시키고 있다“고 말했다. 이들 국가는 내년에 다시 모여 합의를 시도할 것으로 예상되지만, 자연 보존 단체인 세계자연기금(WWF)은 협약에 찬성했던 95개국만이라도 조약을 실행해야 한다고 강조했다.
- 경제
2024-12-03 07:57:00

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