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[신소재 신기술(77)] 나사, 소변을 식수로! 혁신적인 새 우주복 개발
- 미국 과학자들이 소변을 식수로 5분만에 바꿀 수 있는 획기적인 우주복을 설계했다. 코넬 대학교 연구진은 영화 '듄'에 등장하는 전신 '스틸슈트'와 같은 공상 과학 기술을 현실로 구현하기 위한 우주복용 소변 수집 및 여과 시스템 시제품을 개발했다고 영국 일간지 더 가디언스와 과학 전문 웹사이트 PHYS.org, 라이스사이언스닷컴 등 다수 외신이 보도했다. 우주 유영중인 우주 비행사들이 우주복 안에서 용변을 해결해야 하는 것은 잘 알려진 사실이다. 이는 불편하고 비위생적일뿐만 아니라 ,국제 우주 정거장(ISS)내 폐수와 달리 우주 유영 중 발생하는 소변 속 물을 재활용할 수 없다는 점에서 낭비적인 측면도 있다. 스틸슈트는 땀과 소변을 통해 손실되는 수분을 흡수, 정화하여 식수로 재활용하는 기능이 있다. 나사의 새 우주복 디자인은 '프론티어스 인 스페이스 테크놀로지(Frontiers in Space Technology)' 저널에 게재됐다. 연구팀은 진공 기반 외부 도뇨관과 정삼투-역삼투 통합 장치를 통해 우주 비행사에게 지속적으로 식수를 공급하며, 다양한 안전 장치를 통해 안전을 보장한다고 밝혔다. 미국 나사가 2025년과 2026년에 예정된 유인 우주 탐사선 아르테미스 Ⅱ와 아르테미스 Ⅲ 임무를 위해 개발된 이 시스템은, 기존 우주복의 폐기물 관리 시스템인 MAG(Maximum Absorbency Garment)의 불편함과 비위생 문제를 해결하려고 했다. MAG는 1970년대 후반부터 사용된 일종의 성인용 기저귀로, 누출 및 요로 감염, 위장 장애 등 건강 문제를 일으키는 것으로 알려져 있다. 연구팀이 개발한 소변 수집 장치는 유연한 직물로 만들어진 속옷과 실리콘으로 제작된 수집컵으로 구성된다. 수집 컵은 남녀 신체 구조에 맞게 설계되었으며, 내부에는 폴리에스터 극세사 또는 나일론-스판덱스 혼합 소재가 사용되어 소변을 흡수하고 진공 펌프를 통해 빨아들인다. 수집된 소변은 우주복 등에 부착된 여과 시스템으로 이동하며, 2단계 장삼투-역삼투를 통해 87% 효율로 재활용된다. 정제된 물은 전해질을 추가하여 식수로 사용 가능하다. 500ml 소변을 수집하고 정화하는 데는 5분이 소요된다. 이 시스템은 제어 펌프, 센서, 액정 디스플레이 화면을 포함하며, 20.5V, 40Ah 배터리로 작동한다. 크기는 38x23x23cm, 무게는 약 8kg으로 우주복 뒷면에 부착할 수 있도록 작고 가볍게 설계됐다. 현재 시제품이 완성됐으며, 향후 모의 환경 및 실제 우주 유영에서 테스트될 예정이다. 이를 통해 시스템의 기능성과 안전성을 검증하고 실제 우주 임무에 적용할 수 있을 것으로 보인다.
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[신소재 신기술(77)] 나사, 소변을 식수로! 혁신적인 새 우주복 개발
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[우주의 속삭임(26)] 제임스 웹 우주 망원경, 우주에서 보석 반지 발견
- 중력 렌즈라는 우주 현상을 통해 생성된 반짝이는 보석 반지가 제임스 웹 우주 망원경으로 촬영됐다. 중력 렌즈는 멀리 떨어진 천체에서 나온 빛이 중간에 있는 거대 천체에 의해 휘어져 보이는 현상을 말한다. 촬영된 이미지는 지구에서 약 60억 광년 떨어진 곳에 위치한 ‘RX J1131-1231’이라는 먼 퀘이사를 포착했다. 이미지의 전면에 위치한 근처 타원 은하의 강력한 중력장은 밝게 빛나는 활동 은하핵(AGN)인 퀘이사의 빛을 굴절시켜 밝은 원을 만들고, 물체를 복제해 궁극적으로는 반지에 보석을 박은 듯한 비주얼을 만들어 낸다. 퀘이사는 은하의 초거대 블랙홀로 떨어지는 다량의 가스와 먼지에 의해 동력을 받아 이를 빛 에너지로 바꾸어 매우 밝게 빛난다. 유럽우주국(ESA)에 따르면, 천문학자들은 은하와 같은 거대한 천체가 그보다 더 먼 곳에서 오는 빛을 굴절시킬 때 발생하는 중력 렌즈 효과를 통해 퀘이사의 블랙홀 인근을 연구할 수 있다. ESA는 퀘이사에서 나오는 X선 방출량을 측정하면 중앙 블랙홀이 얼마나 빨리 회전하는지 알 수 있으며, 이는 시간이 지남에 따라 블랙홀이 어떻게 성장하는지에 대한 중요한 단서를 제공한다고 말했다. 제임스 웹 망원경이 포착한 이미지에서 중력 렌즈를 만들어 내는 타원 은하, 즉 보석 반지는 고리 중앙에 작은 파란색 점으로 나타났다. 이는 매우 멀리 떨어져 있는 퀘이사의 빛을 확대하는 망원경 역할을 한다. ESA는 블랙홀이 주로 은하 간의 충돌과 합병으로 성장한다면 안정된 원반에 물질이 축적되어야 하며, 원반에 새로운 물질이 꾸준히 공급되면 빠르게 회전하는 블랙홀이 될 것이라고 밝혔다. 또 특정 퀘이사의 블랙홀은 빛에 버금가는 대단히 빠른 속도로 회전하고 있으며, 이는 블랙홀이 서로 다른 방향에서 물질을 끌어당기는 것이 아니라 합병을 통해 성장했음을 시사한다고 설명했다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(26)] 제임스 웹 우주 망원경, 우주에서 보석 반지 발견
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[우주의 속삭임(25)] 화성 탐사선, 그랜드 캐년보다 긴 신비한 협곡 포착
- 유럽우주국(ESA)이 화성 탐사선을 통해 화성 표면에서 600km에 이르는 뱀 같이 긴 협곡 이미지를 포착했다고 발표했다. 화성 표면은 긁힌 자국과 흉터로 가득 차 있는데, 아가니페 포사(Aganippe Fossa)라는 이름의 이 협곡은 가파른 벽이 있는 도랑 같은 홈 중 하나다. 더 구체적으로 아가니페 포사는 '그라벤(graben)'이라고 불리는 것이다. 그라벤은 나란한 두 개 이상의 정단층 사이에 발달된 길고 낮은 협곡 지대를 말한다. 스페이스닷컴에 따르면 ESA 관계자는 "최근 그랜드 캐년보다 긴 협곡 아가니페 포사가 포착됐으며, 이것이 어떻게, 언제 생겨났는지 아직은 확신할 수 없다. 그러나 화성의 거대한 타르시스(Tharsis) 화산 밑에서 솟아오르는 마그마로 인해 화성의 지각이 늘어나고 갈라지면서 형성된 것으로 보인다"고 밝혔다. 행성 명명의 가장 흔한 방법에 따라, 아가니페 포사라는 이름도 고대 그리스 신화에서 따왔다. 테르메소스 강의 딸인 아가니페는 그리스 헬리콘 산기슭에서 발견되는 샘의 요정(님프)이었다. 아가니페 포사는 화성의 가장 큰 화산 중 하나인 아르시스 몬스의 기슭에 있다. 포사는 도랑을 의미하는 라틴어에서 파생됐으며, 행성이나 행성을 도는 위성(달) 표면의 길고 좁은 협곡을 의미한다. 이번에 공개된 이미지는 2003년부터 화성 궤도를 돌고 있는 유럽 최초의 화성 임무인 ESA의 마스 익스프레스(Mars Express)가 촬영한 것이다. 화성 착륙선인 비글2호는 분실됐지만, 궤도선 마스 익스프레스는 화성에 대한 조사를 진행하고 있다. 광물 지도 작성, 대기 연구, 지각 하부 조사, 위성인 포보스와 데이모스를 탐사한다. 마스 익스프레스는 고해상도 스테레오 카메라로 아가니페 포사의 이미지를 포착하는 한편, 다양한 표면 특징도 매우 자세하게 공개했다. 울퉁불퉁하고 고르지 못한 언덕과 함께 매끄럽고 완만하게 경사진 절벽을 보여준다. ESA에 따르면 이 지형은 고대 빙하와 연관되었을 가능성이 있는 아르시스 몬스 화산 기저부 주변 10만 평방km의 고리 모양의 '후광'이 특징이다. 이 후광은 화산의 북서쪽 측면에만 형성됐는데, 이는 얼음이 자리잡는 반대 방향의 바람으로 인해 발생했을 가능성이 높다고 한다. ESA는 또 이 지역의 바람에 날린 먼지와 모래 역학에 대해 “이는 더 어두운 물질이 더 밝은 땅에 퇴적된 결과로, 행성 표면에 "얼룩말과 같은" 패턴을 생성했다. 그 표면에는 화산이 활동했던 시기 용암 흐름의 증거도 보여준다"고 설명했다. 아가니페 포사는 화성에 있는 많은 알베도(달이 반사하는 태양광선) 특징 중 하나다. 이는 지구에 있는 망원경을 통해서도 볼 수 있다. 궤도선을 통해 천문학자들은 화성 표면의 독특한 지형에 대한 이례적인 정보를 획득했다. ESA는 "마스 익스프레스가 매우 생산적이고 다양한 정보를 제공해 화성에 대한 이해 증진에 기여했다"고 밝혔다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(25)] 화성 탐사선, 그랜드 캐년보다 긴 신비한 협곡 포착
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삼성전자, '갤럭시 Z플립·폴드6' 12일부터 예약판매…워치7·링·버즈3도
- 삼성전자가 '갤럭시 Z 폴드6·Z 플립6' 예약 판매를 12일부터 18일까지 실시한다. 사전 개통은 19일부터 시작되며, 정식 출시일은 24일이다. 11일 삼성전자에 따르면 12일부터 예약 판매되는 갤럭시 Z 폴드6는 실버 쉐도우·핑크·네이비 3가지 색상으로 출시되며, 256GB 모델은 222만9700원, 512GB는 238만8100원, 1TB는 270만4900원이다. 갤럭시 Z 플립6는 블루·실버 쉐도우·옐로우·민트 4가지 색상으로 출시되며, 256GB는 148만5000원, 512GB는 164만3400원이다. 삼성닷컴과 '삼성 강남'에서만 구매 가능한 모델도 선보인다. 갤럭시 Z 폴드6는 크래프티드 블랙과 화이트 색상, 갤럭시 Z 플립6는 크래프티드 블랙·화이트·피치 색상이 단독으로 판매된다. 갤럭시 Z 폴드6·Z 플립6의 예약 판매는 전국 삼성스토어와 삼성닷컴, 이동통신사 온·오프라인 매장 및 오픈마켓 등에서 진행된다. 12일 0시에는 삼성닷컴에서 라이브 커머스도 방송된다. '갤럭시 바꿔 보상' 프로그램 8월말까지 운영 삼성전자는 갤럭시 Z 폴드6·Z 플립6 구매 고객을 대상으로 갤럭시 스마트 폰을 반납하면 중고 매입 시세를 더해 모델에 따라 최대 20만원을 추가 보상해주는 '갤럭시 바꿔 보상' 프로그램을 오는 8월 31일까지 운영한다. 갤럭시 Z 폴드5 512GB 모델을 반납하면 중고 매입가에 추가 보상금 20만원을 더해 최대 110만원까지 보상받을 수 있으며, 갤럭시 Z 플립5 512GB 모델 반납 시에는 최대 80만원의 보상 혜택을 받을 수 있다. 이동통신 3사 또한 예약 만패와 함께 다양한 프로모션을 진행한다. SK텔레콤은 갤럭시 Z 폴드·플립6 개통 고객에게 넷플릭스 인기 작품 배경 도시 여행 항공권, T 로밍 쿠폰 50% 할인, 무ㅠ지컬 '시카고' 등 공연 최대 50% 할인, '우주패스 넷플릭스' 3개월 무료 혜택 등을 제공한다. KT는 삼성초이스 요금제에 갤럭시 버즈3 프로와 지니TV 탭3을 추가하고, 공식 온라인몰 KT닷컴에서는 갤럭시Z 폴드6 1TB 모델을 512GB 가격으로 판매한다. 또한 네이버 웹툰 '마루와 강쥐'와 협업한 에디션도 선보인다. LG유플러스는 디즈니+3개월 무료 이용권과 함께 세컨드 디바이스 할부금 전액 할인 혜택을 제공한다. 신한카드와 제휴해 갤럭시 Z 폴드·플립6 24개월 사용후 신규 갤럭시 플래그십 단말로 교체시 중고폰 반납 조건으로 구매 당시 출고가의 41%를 보상하는 보상 프로그램도 운영한다. 한편, '갤럭시 워치7·워치 울트라', '갤럭시 버즈3·갤럭시 버즈3프로' 그리고 신제품 '갤럭시 링'도 같은 기간에 예약 판매를 진행하며, 24일 공식 출시된다. 갤럭시 워치7의 44mm모델은 그린과 실버, 40mm 모델은 그린과 크림 각각 두 가지 색상으로 출시된다. 가격은 블루투스 지원 44mm 모델은 38만9천원, LTE 모델이 41만9100원이다. 40mm 제품은 블루투스 지원 모델이 34만9000원, LTE 모델이 37만9000원이다. 갤럭시 워치 울트라는 LTE 모델로 티타늄 그레이·티타늄 화이트·티타늄 실버 세 가지 색상에 47mm 단일 사이즈로 출시된다. 가격은 89만9800원이다. 갤럭시 버즈3 프로와 갤럭시 버즈3는 모두 실버와 화이트 두 가지 색상으로 출시되며, 갤럭시 버즈3 프로가 31만9000원, 갤럭시 버즈3가 21만9000원이다. 갤럭시 링은 티타늄 블랙·티타늄 실버·티타늄 골드 3가지 색상이며, 가격은 49만9400원이다. 5호부터 13호까지 총 9개의 크기로 출시된다. 갤럭시 링은 삼성닷컴과 삼성스토어 77개 매장에서 예약 판매되며, 삼성전자는 고객이 정확한 사이즈를 선택할 수 있도록 사이즈 키트를 먼저 배송하고, 고객이 사이즈를 확인후 결제하면 제품을 자택으로 배송한다.
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삼성전자, '갤럭시 Z플립·폴드6' 12일부터 예약판매…워치7·링·버즈3도
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[우주의 속삭임(24)] 달의 시간은 지구보다 얼마나 빠를까?
- 달에서는 지구보다 시간이 더 빨리 흐르는 것으로 확인됐다. 미 항공우주국(나사·NASA) 과학자들의 새로운 연구에 따르면 달에서의 시간은 지구보다 하루에 약 5700만분의 1초(57마이크로초) 빨리 흐르는 것으로 나타났다고 사이언스얼러트, IFL사이언스, ZME 사이언스 등 다수 외신이 보도했다. 이는 아폴로 우주선의 조종사들이 달에 마지막으로 발은 디딘 후 52년 동안 달의 시간은 지구보다 약 1.1초 더 길어졌다는 뜻이다. 1.1초는 큰 차이처럼 보이지 않을 수 있으며, 매일 달의 시간이 지구보다 5700만분의 1초씩 더 늘어나는 것도 마찬가지일 것이다. NASA)의 새로운 연구 결과에 따르면, 이 작은 차이는 나사가 오랫동안 기다려온 달 유인 탐사 임무를 시작할 때 항법 시스템 동기화에 영향을 미칠 수 있다. 나사 등 우주 기관은 달과 화성에 기지를 건설하는 것을 목표로 하고 있기 때문이다. 현재 달에는 합의된 표준 시간대가 없다. IFL사이언스에 따르면 무인 임무는 일반적으로 우주선의 원주국에 해당하는 시간을 사용하는 반면, 유인 아폴로 임무는 발사 순간부터 계산하는 지상 경과 시간(GET)를 사용했다. 달에 로봇, 그리고 언젠가는 인간이 거주하게 되면 이러한 시간 차이로 인한 문제가 발생할 수 있으며, 미국은 이를 해결하기 위해 달 표준시를 설정하려고 한다. 사람들은 그것을 달의 시간대라고 부르기도 한다. 아직 동료 심사를 거치지 않은 arXiv 프리프린트 서버에 게시된 새로운 논문은 "달 표준시 설정은 달에서의 활동 및 작업을 동기화하는 데 필수적"이라고 설명했다. 논문에는 "여러 착륙선, 로버 및 궤도선이 관련된 임무에서 공통 시간 기준을 갖는 것은 모든 장치가 효과적으로 조정하고 충돌을 피하며 협력을 강화하는 데 도움이 된다. 정확한 시간은 지구와 달 임무 간 통신에 매우 중요하며, 안정적인 데이터 송수신을 가능하게 하고 자율 시스템이 원활하게 작동하도록 보장한다"고 명시되어 있다. 연구팀은 이 논문에서 달 표면, 지구 표면, 그리고 태양계 질량 중심에서의 상대적인 시간 속도를 계산했다. 연구팀은 "태양계 질량 중심(SSB) 좌표 기준 프레임과 지구 표면 간의 상대론적 시간 변환은 잘 알려져 있지만, 달 표면에 대한 유사한 변환은 확립되지 않았다"고 언급하며, "특히 두 시간 척도의 시간 경과에 따른 변화를 설명하는 상수가 필요하다"고 덧붙였다. 시간 팽창과 원자 시계 아인슈타인의 일반 상대성 이론 후 중력이 시간을 늦출 수 있다는 사실은 알려져 있었다. 하지만 지구와 달의 중력 차이로 인한 시간 왜곡을 측정하는 것은 쉽지 않았다. 최근 10여년 동안에야 서로 상대적으로 움직이거나 다른 중력에서 두 물체 간의 작은 시간 차이를 감지할 수 있을만큼 민감한 원자 시계가 개발됐다. 약 50년 동안 유인 달 탐사가 중단되면서 과학자들은 지구와 달 사이의 미세한 시간 차이에 대해 연구할 필요성을 느끼지 못했다. 달의 중력은 지구의 6분의 1에 불과하지만 우주 비행사들이 잠시 머물렀기 때문에 문제가 되지 않았다. 그러나 이제 미국은 2026년 유인 달 탐사선 아르테미스 임무를 앞두고 달의 시간대 설정에 민감하게 움직이고 있다. 5700만분의 1초 차이는 크게 걱정할 정도는 아니지만, 고려하지 않을 경우 달 탐사 작전에 문제를 일으킬 수 있기 때문이다. 백악관의 최근 메모에는 NASA에 올해 12월 31일까지 새로운 시간 촉도에 대한 계획을 수립하라고 지시했다. 과학기술 대통령 보좌관이자 백악관 과학기술정책실(OSTP) 실장인 Arati Prabhakar는 NASA와 다른 기관들에게 새로운 달 시간 시스템 개발 협력을 지시하는 메모에서 "지구의 송신기 시계와 달의 수신기가 인식하는 시간 차이를 고려하지 않으면 거리 측정 오류가 발생할 수 있다"고 밝혔다. 이어 "우주선 도킹이나 착륙과 같은 정밀 작업에는 현재 방법보다 더 높은 정확도가 필요하다"고 했다. NASA는 늦어도 2026년 말까지, 또는 우주 비행사를 다시 달에 보내는 아르테미스 첫 번째 임무가 발사되기 전까지 이러한 시스템을 구현해야 한다. NASA는 아르테미스 임무를 통해 달 가지 건설 가능성을 탬색할 계호기이며, 이는 언젠가는 화성 탐사의 발판이 될 수도 있다. 슬라바 투리셰프가 이끄는 NASA 제트 추진 연구소의 물리학자들은 태양계의 공통 질량 중심과 관련하여 지구와 달의 시간 변화를 계산해 57마이크로초(5700만분의 1초)라는 수치를 도출했다. 미국 국립표준기술연구소의 다른 팀이 지난 2월 발표한 연구에 따르면 시간 스트레칭의 상대적 차이는 56.02마이크로초였다. 두 결과 모두 동료 검토를 거치지 않았기 때문에 음력 시간에 대한 최종값은 아직 결정되지 않았다. 달 시간의 최종 정의는 여러 기관과 국제기구의 검증을 거쳐야 한다. 예를 들어, 국제 도량형국과 국제 천문 연맹은 8월에 회의를 가질 예정이다. 달 표준시 설정 전에 더 많은 논의와 계산이 이루어질 것이며, NASA와 다른 우주 기관들이 어떤 시스템을 제시할지 지켜봐야 한다. 그러나 NASA는 이미 달에는 29.5일 주기의 낮과 밤이 있기 때문에 일광 절약 시간제는 적용되지 않을 것이라고 명확히 밝혔다. 또한, 지구 자전 속도가 이상하게 느려져 하루가 약간 길어지는 현상과 인간의 활동이 지구 자전에 미치는 영향도 주목해야 한다. 이 논문은 arXiv 프리프린트 서버에 게시됐다.
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[우주의 속삭임(24)] 달의 시간은 지구보다 얼마나 빠를까?
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[우주의 속삭임(23)] 달의 신비한 소용돌이는 '지하 마그마' 때문?
- 달의 표면은 회색의 여러 반점 모양으로 유명하다. 망원경을 들여다 보면 달의 표면에서는 또한 밝게 보이는 반점도 발견된다. 달 소용돌이로 알려진 이러한 특징적인 반점들이 지난 1600년대에 처음 발견된 이후, 천문학계는 그 기원이 무엇인지를 계속 탐구해 왔다. 학계에 잘 알려진 ‘라이너 감마’ 소용돌이와 같은 밝은색의 반점 영역은 오늘날까지도 수수께끼로 남아 있다. 라이너 감마는 달 표면 밝게 보이는 반점 형상의 평평한 지대다. 그런 가운데 스탠포드 대학교와 세인트루이스 워싱턴 대학교(WUSL) 과학자팀이 반점에 대한 새로운 연구 결과를 내놓아 주목된다고 사이언스얼라트가 전했다. 새로운 이론을 제시한 것이다. 이 연구는 '지구물리학 연구저널: 행성(Journal of Geophysical Research: Planets)'에 게재됐다. 지구와 달리 달은 태양의 하전 입자로부터 자신을 보호하기 위해 자기장을 발생시키지 않는다. 이는 태양풍이 달 표면과 충돌할 때 화학 반응을 일으켜 시간이 지남에 따라 암석이 더 어둡게 만든다. 즉, 달의 일부 반점처럼 보이는 주머니는 작은 자기장에 의해 보호되는 것으로 보인다. 지금까지 학자들이 발견한 모든 밝은 음영의 달 소용돌이는 이 지역의 자기장들 중 하나와 일치한다. 그러나 그 안에 있는 모든 암석이 반사되는 것은 아니며, 달의 모든 자기장이 소용돌이를 포함하는 것도 아니다. 그렇다면 여기에서는 무슨 일이 벌어지고 있는 것일까. 최근 일부 연구에서는 달과 미세 운석의 충돌이 하전된 먼지 입자를 일으킬 수 있으며, 이 입자가 표면에 도달하는 곳마다 국지적인 자기장이 생성되고 이로 인해 태양풍이 반사된다는 주장이 나왔다. 그러나 스탠포드와 WUSL의 연구팀은 그 가설에 대해 이의를 제기했다. 무언가 다른 힘이 달의 소용돌이를 자화시켜 태양풍 입자를 편향시켰다는 것이다. WUSL의 행성 과학자 미하일 크로친스키는 "충돌로 인해 이러한 유형의 자기 이상 현상이 발생할 수 있지만, 충격에 의한 것이라고 확신할 수 없는 모양과 크기의 소용돌이가 있다"고 지적했다. 크로친스키는 이에 대해 "지각 아래로부터의 힘도 작용할 수 있다"고 제안했다. "지하에 용암이 있다는 것이고, 자기장에서 천천히 냉각되면서 자기 이상 현상을 일으켰다"는 것이다. 연구팀은 그 근거로 달 표면 아래에서 한때 암석이 녹아 흐르고 있었던 레이더 영상 증거를 제시했다. 냉각된 마그마의 지하 흐름은 수십억 년 전의 화산 활동 시기를 나타낸다. 연구팀은 이 마그마 냉각 속도 모델을 사용, 달에 풍부하게 존재하고 화산암에서 흔히 발견되는 일메나이트라는 티타늄-산화철 광물이 어떻게 자화 효과를 낼 수 있는지 조사했다. 그들의 실험은 적절한 조건에서 일메나이트의 느린 냉각이 달의 지각과 상부 맨틀 내의 금속 철 및 철-니켈 합금 입자를 자극해 강력한 자기장을 생성할 수 있음을 보여준다. 팀은 "이 효과가 달 소용돌이와 관련된 강한 자기 영역을 설명할 수 있다"고 결론지었다. 이 결론이 입증되기 위해서는 지하 마그마에 티타늄 함량이 충분해야 한다. 그러나 지금까지 달의 국지적 자기장에 대해 알려진 대부분은 공중을 도는 우주선의 레이더를 사용해 얻은 데이터 측정에서 얻어진 것이다. 실제로 정확히 이해하려면 달 표면을 직접 시추해야 한다. 나사(NASA)는 이를 구체적으로 규명하기 위해 2025년 루나 버텍스(Lunar Vertex) 임무의 일환으로 라이너 감마 소용돌이에 탐사선을 직접 보낸다. 향후 수 년 안에 이 수수께끼를 해결할 증거가 수집될 것으로 기대된다.
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[우주의 속삭임(23)] 달의 신비한 소용돌이는 '지하 마그마' 때문?
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미국 NIST-콜로라도주립대 JILA, 역대 최고 초정밀 원자시계 개발
- 미국표준기술연구소(NIST)와 콜로라도주립대 볼더 캠퍼스가 합작해 설립한 물리학 연구소 JILA의 연구진이 아인슈타인의 일반 상대성이론이 예측한 대로 미세한 효과까지 측정할 수 있는 초정밀 빛 기반 원자시계를 개발했다고 NIST가 발표했다. NIST 홈페이지에 실린 게시글에 따르면 제작된 시계는 1초를 보다 정확하게 나타내게 되며, 심지어는 새로운 지하 광물 매장지의 발견으로까지 이어질 수도 있다고 한다. 원자시계는 일반적으로 마이크로파를 사용해 1초의 길이를 결정한다. 이번 연구는 여기에서 발전한 것으로, 가시광선으로 원자를 비추면 광파의 주파수가 마이크로파보다 훨씬 높아 초를 더욱 정확하게 계산해 낸다. 빛 기반 광학 원자시계는 마이크로파 시계에 비해 더욱 정밀해 300억 년에 1초 정도의 오차가 생길 수 있다. 다만 이 정도의 정확도에 도달하려면 시계의 정밀도 역시 높아져야 한다. 즉 극히 정밀한 초까지 측정할 수 있어야 한다. 원자시계의 정밀도 향상 JILA 연구진은 가시광선을 사용하는 대신 광학 격자로 알려진 빛의 그물을 사용해 수만 개의 원자를 동시에 측정했다. 이는 원자시계에 초를 정확하게 측정할 수 있는 더 많은 데이터를 제공했다. 과거에는 광학 격자 접근 방식이 사용됐지만, JILA 연구진은 측정을 위해 상대적으로 더 부드러운 접근 방식을 사용했다. 이로 인해 레이저 자체가 원자를 측정하거나 원자가 서로 충돌하는 효과 등 두 가지 오류 가능성을 줄일 수 있었다. 상대성과 그 이상의 효과 측정 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면 중력은 시간에 영향을 미친다. 중력장이 강할수록 시간의 흐름이 느려진다. JILA가 개발한 시계는 밀리미터 미만 규모의 시간 기록에 대한 중력의 영향을 감지할 수 있을 만큼 민감하다. JILA와 NIST의 물리학자인 준 예 교수는 이번 원자시계 제작과 관련, 시간 기록으로 가능한 한계를 돌파하고 있다면서 시계 설계가 측정을 넘어 양자 영역까지 확장됐다고 말했다. 양자 컴퓨터는 원자와 분자의 특성을 활용해 복잡한 계산을 수행한다. JILA 시계는 정밀한 측정이 가능하기 때문에, 일반 상대성이론과 양자역학 이론이 교차하는 미시적 영역에서 중력에 의한 시간 흐름의 왜곡까지 측정할 계획이다. 시계의 정확성은 과학자들이 매우 먼 거리에 떨어진 우주 공간에서도 정확한 시간을 유지하는 데 도움이 된다. 이와 관련, 예 교수는 "예컨대 정밀한 정확도로 화성에 우주선을 착륙시키려면 현재 GPS에 있는 것보다 훨씬 더 정확한 시계가 필요하다"고 덧붙였다. 보고서는 "과학은 측정 영역의 미개척지를 탐구하고 있다. 높은 수준의 정밀도로 사물을 측정할 수 있게 되면 지금까지 이론으로만 가능했던 현상이 실제로 보이기 시작한다"고 강조했다. 연구 결과는 '피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters)' 저널에 게재될 예정이다.
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- IT/바이오
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미국 NIST-콜로라도주립대 JILA, 역대 최고 초정밀 원자시계 개발
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[우주의 속삭임(22)] 태양 입자 폭발, 지구 오존층 파괴…방사선 노출 위험 고조
- 핀란드와 영국, 미국 등 국제 연구팀이 태양에서 발생하는 강력한 입자 폭발 현상이 지구의 오존층을 심각하게 파괴해 장기간 지구 표면에 방사선 노출량을 증가시킬 수 있음을 밝혔다고 PHYS.org가 2일(현지시간) 보도했다. 올해 5월초 발생한 강력한 오로라는 태양 폭풍이 방출하는 방사선 에너지를 보여주는 사례였다. 태양은 때때로 더 파괴적인 현상을 일으키기도 한다. '태양 입자 방출(solar particle events)'이라고 알려진 이 현상은 태양 표면에서 직접 방출되는 양성자 폭발로, 마치 탐조등처럼 우주 공간으로 뻗어 나갈 수 있다. 연구에 따르면, 지구는 약 1000년마다 극심한 태양 입자 방출 현상에 노출되며, 이는 오존층에 심각한 손상을 입히고 지표면의 자외선(UV) 복사량을 증가시킬 수 있다. 지난 7월 1일 미국 국립과학원 아카데미 회보에 게재된 논문에서 연구팀은 이러한 극한 상황이 발생했을 때 나타나는 현상을 분석했다. 또한 지구 자기장이 약화되었을 때 이러한 현상이 지구 생명체에 미치는 영향이 매우 클 수 있음을 보여줬다. 이 논문의 주저자는 판란드 오울루대학교(University of Oulu)의 프레이드리그 아르세노비치(Predrag Arsenovic)이며, 공동 저자는 영국 레딩대학교(University of Reading)의 매튜 오웬스(Mathew Owens), 미국 콜로라도대학교 볼더(University of Colorado Boulder)의 마이크 록우드(Mike Lockwood), 오울루대학교의 일리야 우소스킨(Ilya Usoskin), 레딩대학교의 루크 바나드(Luke Barnard) 등이다. 극지방 자기장, 오로라 형성 지구 자기장은 태양에서 방출되는 전하를 띤 방사선을 막아주는 중요한 보호막 역할을 한다. 일반적인 상태에서 지구 자기장은 거대한 막대 자석처럼 기능하며, 한쪽 극에서 나온 자기장 선이 다른 극으로 돌아가는 형태를 띠고 있다. 극지방에서는 자기장 선이 수직으로 배열되어 일부 이온화된 우주 방사선이 상층 대기까지 침투해 공기 분자와 상호작용하며 오로라를 생성한다. 그러나 지구 자기장은 시간이 지남에 따라 크게 변화한다. 지난 세기 동안 북극 자기는 연간 약 40km 속도로 캐나다 북부를 가로질러 이동했으며, 자기장 강도는 6% 이상 약화됐다. 지질학적 기록에 따르면, 지구 자기장이 매우 약하거나 완전히 사라진 시기가 수백년 또는 수천 년 지속된 경우도 있었다. 고대에 자기장을 잃고 그 결과 대기의 대부분을 잃은 화성을 살펴보면 지구 자기장이 없다면 어떤 일이 일어날지 알 수 있다. 지난 5월 지구에 오로라 발생 직후 강력한 태양 입자 방출 현상이 화성을 강타했다. 이로 인해 화성 탐사선 오디세이의 작동이 중단됐고, 화성 표면의 방사선 수치가 흉부 X선 촬영시 받는 방사션보다 약 30배나 높은 수준을 기록했다. 태양의 외기는 '태영풍'이라고 알려진 전자와 양성자의 끊임없이 변동하는 흐름을 방출한다. 그러나 태양 표면은 태양 입자 방출 현상에서 에너지, 주로 양성자인 에너지 폭발을 산발적으로 방출한다. 이는 종종 태양 플레어와 관련 있다. 오존 감소, 방사선 증가 양성자는 전자보다 훨씬 무겁고 더 많은 에너지를 가지고 있기 때문에 지구 대기의 더 낮은 고도애 도달해 공기 중의 기체 분자를 들뜨게 자극한다. 그러나 이러한 들뜬 분자는 육안으로 볼 수 없는 X선만 방출한다. 매 태양 주기(약 11년)미디 수 백건의 약한 태양 입자 방출 현상이 발생하지만, 과학자들은 지구 역사 전체에 걸쳐 훨씬 더 강력한 사건의 흔적을 발견했다. 가장 극단적인 것 중 일부는 현대 장비로 기록된 것보다 수전 배 더 강했다. 이러한 극단적인 태양 압자 방출 현상은 대략 수천 년마다 발생한다. 가장 최근의 사건은 993년 경에 발생했다. 즉각적인 영향 외에도 태양 입자 방출 현상은 상층 대기에서 오존을 고갈시킬 수 있는 일련의 화학 반응을 일으킬 수도 있다. 오존은 유해한 태양 자외선을 흡수해 시력과 DNA를 손상시킬 수 있으며, 피부암 위험을 증가시키고 기후에도 영향을 미친다. 새로운 연구에서 연구팀은 극심한 태양 입자 방출 현상의 영향을 조사하기 위해 대규모 컴퓨터 모델을 사용했다. 연구팀은 이러한 사건이 1년 정도 오존층을 고갈시켜 지표면의 자외선 수치를 높이고 DNA 손상을 증가시킬 수 있음을 발견했다. 그러나 지구 자기장이 매우 약한 시기에 태양 양성자 사건이 발생하면 오존 손상이 6년 동안 지속되어 자외선 수치가 25% 증가하고 태양에 의한 DNA 손상률이 최대 50%까지 증가할 수 있다. 진화와 자가장과의 상관관계 그렇다면 약한 자기장과 극심한 태양 양성자 사건의 이러한 치명적인 조합은 얼마나 자주 일어날까. 이 두 현상은 상대적으로 자주 함께 발생할 가능성이 크다. 실제로 이러한 사건의 조합은 과거 지구의 여러 가지 미스터리한 사건을 설명할 수 있다. 가장 최근의 약한 자기장 기간(북극과 남극의 일시적인 전환 포함)은 4만2000년 전에 시작되어 약 1000년 동안 지속됐다. 유럽에서 마지막 네안데르탈인의 멸종과 호주에서 거대 웜뱃과 캥거루를 포함한 유대류 거대 동물군의 멸종과 같은 몇가지 주요 진화 사건이 이 시기에 발생했다. 훨씬 더 큰 진화적 사건 또한 지구의 자기장과 관련이 있다. 남호주 플린더스 산맥의 화석에 기록된 에디아카라기 말(약 5억6500만년) 다세포 동물의 기원은 2600만 년 동안 자기장이 약하거나 없는 시기 이후에 발생했다. 마찬가지로 캄브리아기 대폭발(약 5억3900만년 전)에서 다양한 동물 그룹의 급속한 진화는 지자기 및 높은 자외선 수준과 관련이 있다. 관련 없는 여러 그룹에서 눈과 단단한 몸 껍질의 동시 진화는 '빛으로부터의 도피'에서 유해한 자외선 유입을 감지하고 피하는 가장 좋은 수단으로 설명됐다. 이제 막 첫발을 뗀 진화와 자기장과의 연구는 지구 생명체의 역사와 미래에 대한 이해를 넓히는 데 중요한 영향을 미칠 수 있다. 아울러 지구 온난화로 인한 자기장 변화가 생태계에 미칠 영향을 예측하고 대비하는 데 도움을 줄 수 있다.
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[우주의 속삭임(22)] 태양 입자 폭발, 지구 오존층 파괴…방사선 노출 위험 고조
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운석 가루 이용해 제작한 우주 벽돌, 미래 달 기지 활용 기대
- 유럽우주국(ESA) 연구팀이 조립식으로 기구를 만드는 레고(LEGO)에서 영향을 받아 달 표면의 물질 또는 운석의 먼지를 이용해 미래의 달 기지를 건설하는 방법을 찾아냈다고 ESA가 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 레고 블록에서 영감을 받은 연구팀은 이 아이디어를 실증하기 위해 운석의 먼지를 사용해 3D 프린팅 기술을 사용해 '우주 벽돌'을 만들었다. ESA의 우주 벽돌은 지난달 20일부터 오는 9월 20일까지 레고 스토어에 전시돼 차세대 우주 엔지니어들과 의견을 주고 받는 과정을 거친다. 아이디어는 간단했다. 로켓에 탑재해 달까지 무거운 건축 자재를 가져가는 대신, 우주에 이미 존재하는 재료를 사용해 달 기지를 건설할 수 있지 않겠느냐는 생각에서 출발했다. 달의 표면은 달 표토라고 알려진 암석과 광물 조각의 층으로 덮여 있다. 이 재료는 우주 벽돌을 만드는 데 사용될 수 있다. 유일한 문제는 실험할 수 있는 달의 표토가 지구에 많지 않다는 점이었다. 연구를 거듭한 결과 ESA 팀은 적절한 해결책을 생각해 냈다. 그들은 45억 년 된 운석을 갈아서 달 표토와 유사한 재료를 만들었다. 운석에서 나온 먼지는 혼합물의 기초를 형성했고 레고 스타일의 우주 벽돌을 3D 프린팅하는 데 사용되었다. ESA의 우주 벽돌은 일반 레고 벽돌과 같은 방식으로 결합된다. 다만 레고에 비해 조금 더 거칠고, 다양한 색상이 아닌 단일 색상으로만 만들어진다. 연구팀은 이를 미화해 '스타일리시한 스페이스 그레이'라고 표현했다. 우주 벽돌은 ESA의 우주 엔지니어에게 새로운 재료를 사용해 다양한 구조물을 구축하고 테스트할 수 있는 유연성을 제공했다고 ESA는 긍정적으로 평가했다. . 연구팀은 우주 벽돌 조립을 아이들처럼 놀이를 통해 배울 수 있다. 레고와 같이 유연한 모듈식 건축 자재는 창의력을 키워주고, 건축 아이디어를 빠르고 간단하게 시험해 볼 수 있도록 한다. ESA의 아이던 코레이 연구원은 "아무도 달에 구조물을 건설한 적이 없기 때문에, 현지에서 제작하는 우주 벽돌로 모든 건축 디자인과 기술을 시험해 볼 수 있는 유연성을 갖게 된 것은 의미가 크다“면서 ”기술적 경계를 허물어 달을 과학적으로 이해하는 데도 유용했다"라고 말했다. ESA 우주 벽돌 중 일부는 선정된 레고 스토어에 전시돼 어린이들에게도 공개된다. 어린이들이 우주 벽돌로 자신들의 레고 달 기지를 만든다. ESA는 어린이들이 우주 엔지니어를 꿈꾸는 동기가 될 것이라고 기대했다. ESA는 과학자와 엔지니어는 오래 전부터 레고 블록으로 아이디어를 시험해 왔다며 “ESA의 우주 벽돌은 실제 달 기지 건설 아이디어 수립에 큰 도움을 줄 것”이라고 밝혔다.
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운석 가루 이용해 제작한 우주 벽돌, 미래 달 기지 활용 기대
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스타링크 등 거대 인공위성, 오존층 파괴 심화 우려
- 오존층을 파괴하는 산화알루미늄 농도가 향후 수십 년 동안 650% 증가할 수 있다는 최초의 연구 결과가 발표돼 주목된다고 스페이스닷컴이 전했다. 이는 대기권에 재진입하는 과정에서 연소되는 위성의 수가 급증하기 때문이라는 지적이다. 게다가 저궤도 위성 인터넷 등 최소 수백 개 이상의 위성 군단을 쏘아 올리는 민간 기업이 급증하고 있어, 지구의 보호막인 오존층에 더욱 나쁜 영향을 미치고 있다는 우려다. 이는 로스앤젤레스의 서던캘리포니아대학교(USC) 연구진이 수행한 것으로, 대기 중 오염 물질의 발생을 모델링하고, 예상되는 위성 수 증가에 따른 산화알루미늄 농도의 변화를 추정한 최초의 연구다. 연구 결과는 '지구물리학연구(Geophysical Research Letters)' 저널 최신호에 발표됐다. 연구진은 위성으로 인한 산화알루미늄의 농도가 증가하면 심각한 오존층 파괴가 발생하며, 오존층의 회복도 크게 방해받을 것이라고 경고하고 무엇보다 우선적으로 오존층을 복구해야 한다고 주장했다. 우주선 본체는 알루미늄으로 만들어지며, 이는 소각될 때 오존을 파괴하는 산화알루미늄을 발생한다. 오존층은 1980년대 에어컨 냉매와 에어로졸 스프레이에 프레온 가스(염화 플루오린화 탄소)를 광범위하게 사용하면서 파괴됐고, 그 결과 남극 대륙 상공 오존층에 큰 구멍이 뚫렸다. 그러나 1987년 프레온 가스 등 오존층 파괴 물질 사용을 금지한 몬트리올 의정서 덕분에 상황은 호전되고 있었다. 그러나 이번 연구 결과대로라면 오존층의 회복은 인간이 만든 인공위성의 위협으로 인해 심각하게 방해받게 된다. 수백에서 수천 개에 이르는 거대 위성 군단들이 특히 문제가 될 것이라는 진단이다. 연구는 분자동역학 시뮬레이션을 이용해 모형 위성 재진입 과정에서 생성되는 산화알루미늄의 양을 측정한 뒤, 향후 계획된 초대형 위성의 지구 궤도 재진입에서 만들어질 산화알루미늄의 양을 예측하는 방법으로 진행됐다. 연구팀은 지난 2022년 약 332톤의 노후 위성이 대기 중에서 연소됐으며, 그 과정에서 17톤의 산화알루미늄 입자가 생성되었다는 것을 발견했다. USC의 조셉 왕 교수는 “2016~2022년 사이에 대기 중 산화알루미늄 농도는 8배 증가했으며, 발사 및 재진입 위성의 수가 증가함에 따라 농도는 계속해서 더 높아질 것”이라고 말했다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 현재 약 1만 2540개의 위성이 지구 궤도를 돌고 있으며 그 중 약 9800개가 작동 중이다. 앞으로 10년 후 위성 숫자는 10배 이상으로 늘어날 전망이다. 민간 기업이 저궤도 위성 인터넷 서비스를 위해 수만 개의 위성 군단 네트워크를 구축할 것이기 때문이다. 예를 들어 일론 머스크의 스페이스X가 제공하는 위성 인터넷 스타링크는 현재 6000개 이상의 위성 군단으로 구성돼 있으며, 총 4만 개의 위성을 발사할 계획이다. 원웹(OneWeb), 아마존(Amazon), 중국 프로젝트인 G60 및 궈왕(Guowang) 둥 여러 유사 프로젝트가 진행되고 있다. 이들 프로젝트가 모두 실현되면 2030년대까지 매년 최대 3200톤에 달하는 위성체가 대기권에서 소각될 것이다. 연구진은 이로 인해 연간 630톤의 산화알루미늄이 상층 대기로 방출돼 입자 농도가 최대 650% 증가할 수 있다고 추정했다. 지구를 보호하는 오존층의 대부분은 고도 15~30km의 성층권에 집중돼 있다. 오존은 자외선(UV)을 흡수함으로써 지구 생명체를 보호한다. 연구팀은 위성 연소로 인해 증가하는 산화알루미늄은 오존층에 치명적이라고 강조했다. 다른 오존층 파괴 물질과 달리 산화알루미늄 입자는 소멸되지 않고 오존 파괴를 유발한다는 것이다. 따라서 산화알루미늄은 오존층을 통과해 밑으로 내려올 때까지 계속 오존층을 파괴하며, 파괴 과정은 최대 30년이 걸릴 수 있다. 매년 인공위성보다 훨씬 더 많은 운석이 지구 대기권으로 유입되지만, 운석에는 알루미늄이 없기 때문에 오존층을 위협하지 않는다. 연구팀은 연구 결과의 환경 영향과 관련된 어떤 결론도 시기상조라고 말하고 더 많은 분석이 진행되어야 하며 이번 연구가 동력이 되기를 희망한다고 덧붙였다.
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스타링크 등 거대 인공위성, 오존층 파괴 심화 우려
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[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장
- 중국 달 탐사선이 달에서 채취한 샘플에서 자체 토착 탄소인 그래핀이 발견돼 달의 기원에 도전장을 내밀고 있다. 달의 기원에 대해서는 여러 가지 가설이 존재하지만, 현재 가장 유력한 가설은 '거대 충돌설'이다. 약 45억년 전 원시 지구와 화성 크기의 천체 테이아(Theia)가 충돌해 두 천체가 합쳐지고, 그, 충격으로 떨어져 나간 파편들이 지구 주위를 돌며 뭉쳐져 달이 형성됐다는 이론이다. 이 가설은 달 샘플의 화학적 구성, 달 공전 궤도, 지구와 달의 자전축 기울기 등 여러 증거를 통해 뒷받침되고 있다. 중국 지린 대학교 과학자들은 2020년 12월 창어 5호가 달 표면에서 채취한 샘플을 분석하는 과정에서 특이하게 그래핀을 발견했다. 연구팀은 자연 상태에서 생성된 '소수층 그래핀(few-layer graphene)'을 달 샘플에서 처음으로 발견했다고 국영 통신사 글로벌 타임스가 보도했다. 이는 향후 인류가 달 현지 자원을 활용하는 계획에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 그래핀은 탄소 원자들이 욱각형 벌집 모양으로 연결되어 2차원 평면 구조를 이루는 소재다. 그래핀은 원자 한 층으로 이루어져 세상에서 가장 얇은 물질이다. 쉽게 말하면 연필심에 사용되는 흑연을 아주 얇게 한 겹만 떼어낸 것으로 볼 수 있다. 이번 발견은 달의 초기 지질학적 진화 과정에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있으며, 달이 지구와 소행성의 충돌로 형성되었고 탄소 대부분이 이 충돌에서 유래했다는 기존 이론에 의문을 제기할 수 있다고 퓨처리즘은 전했다. 연구팀은 "널리 받아들여지는 '거대 충돌 이론'은 (미국 우주선) 아폴로 샘플의 초기 분석에서 파생된 '탄소 결핍 달'이라는 개념에 의해 강력하게 뒷받침되어 왔다"고 논문에서 밝혔다. 그러나 이번 연구 결과는 달에서 '탄소 포집 과정'이 존재하며, '토착 탄소의 점진적 축적'이 일어났음을 시사한다. 이는 '달의 화학 성분 및 역사에 대한 이해를 재정립할 수 있는 발견'이라는 점에서 중요하다. 연구팀은 비파괴 화학 분석 방법인 '라만 분광법'을 사용하여 소수층 그래핀의 존재를 확인했다. 소수층 그래핀은 2~10개 층으로 이루어진 그래핀으로, 실험실에서도 제조될 수 있다. 연구팀은 이 물질이 태양풍이 달 표면을 강타하고 초기 화산 폭발이 일어나는 과정에서 형성되었을 가능성을 제시했다. 순수한 '토착 탄소'의 존재는 약 44억 5000만 년 전 화성 크기의 소행성이 지구와 충돌하여 달이 형성되었다는 기존 가설에 배치되는 점이다. 그러나 연구팀은 이전 연구 결과와 마찬가지로 운석 충돌이 달에서 흑연 탄소 형성에 기여했을 가능성도 인정했다. 연구팀은 "자연 그래핀의 특성에 대한 심층적인 연구는 달의 지질학적 진화에 대한 더 많은 정보를 제공할 것"이라고 말했다. 한편, 중국은 무인 달 탐사선 창어-6호가 세계 최초로 달 뒷면의 샘플을 채취해 지난 6월 25일 내몽골에 성공적으로 착륙했다. 창어-6호는 달 뒷면에 있는 거대한 분화구인 남극 에이컨 분지(South Pole-Aitken Basin) 분지에서 달 토양을 수집해 지구로 53일만에 귀환한 것. 최대 2kg(4.4 파운드)에 달하는 이 샘플은 지난 26일 새벽 베이징으로 공수돼 중국 우주 기술 아카데미(CAST)로 이송됐다. 스페이스닷컴에 따르면 중국이 달 뒷면에처 채취한 샘플은 2020년 창어-5호가 수집한 샘플과 마찬가지로 재료를 분류한 다음 중국 전역의 과학자 및 기관의 연구에 사용할 수 있도록 제공될 예정이다. 이 자료는 2년 후 국제 그룹과 연구자들의 응용 프로그램에 제공될 가능성이 높다고 한다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 자금 지원을 받은 연구원들은 지난해 말 달 샘플에 대한 접근을 신청할 수 있는 특별 허가를 받았다. 과학자들은 이 샘플이 달, 지구, 태양계의 형성에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대하고 있다. 중국은 우주 강국으로 자리매김하기 위해 2026년 창어-7호를 달 남극에 발사하고, 2028년에는 창어-8호를 발사해 자원 활용에 집중할 계획이다. 아울러 중국은 2030년까지 우주비행사를 달 남극에 보낼 계획이다. 달 남극은 인간의 생존에 필수적인 물과 각종 희토류 등이 있는 것으로 알려져 인도와 미국 등 세계 각국의 탐사 목표지로 급부상했다.
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[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장
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[우주의 속삭임(20)] 소행성 베누 샘플서 생명체 구성요소인 인산염 발견
- 미국 항공우주국(나사·NASA)의 소행성 연구 우주 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)가 소행성 베누(Bennu)로부터 채취한 4.3온스(121.6g)의 샘플을 분석한 결과 생명체의 구성 요소인 인산염이 발견됐다. 나사는 공식 홈페이지에서 "오시리스-렉스 샘플 분석팀은 소행성 베누가 우리 태양계를 형성하는 성분들을 함유하고 있음을 발견했다"고 밝혔다. 베누의 먼지에는 생명체에 필수적인 구성 요소인 탄소와 질소, 유기 화합물이 풍부한 것으로 나타났다는 것. 지구로 가져온 베누 샘플에는 또한 마그네슘-나트륨 인산염이 포함돼 연구팀을 놀라게 했다. 이는 베누 우주선이 수집한 원격탐사 데이터에서는 나타나지 않았었다. 점토 광물, 특히 사문석(뱀 문양의 돌)이 대부분인 이 샘플은 지구 지각 아래층 맨틀 물질이 물과 만나는 지구의 대양 중간 능선에서 발견되는 암석과 유사한 유형이다. 지구로부터 떨어져 나갔을 가능성을 시사하는 대목이다. 이는 점토 형성에 그치지 않고 탄산염, 산화철, 황화철 등 다양한 광물을 만들었다. 그 중에서도 가장 놀라운 발견은 수용성 인산염의 존재였다. 인산염은 오늘날 지구상에 알려진 모든 생명체의 생화학 구성 요소다. 지난 2020년 JAXA(일본우주항공연구개발기구)의 하야부사2 임무에서 채취한 소행성 류구(Ryugu) 샘플에서도 유사한 인산염이 발견됐었다. 그러나 베누 샘플에서 검출된 마그네슘-나트륨 인산염은 어떤 운석 샘플에서도 유례가 없을 정도로 순도가 탁월하다. 연구진은 이것이 베누의 역사에 대한 귀중한 단서를 제공한다고 지적했다. 연구진의 단테 로레타 애리조나 대학 박사는 "베누 샘플에서 나타난 각종 원소, 특히 인산염의 존재와 상태는 과거 소행성에 물이 존재했음을 암시한다"며 “베누는 과거 한때 습한 행성이었을 수 있지만, 이는 추가 조사가 필요하다"고 말했다. 나사의 제이슨 드워킨 박사도 오시리스-렉스가 과거에는 습했으며 질소와 탄소가 풍부했을 것으로 추정되는 원시 소행성 베누 샘플을 가져왔다"고 밝혔다. 베누는 물이 존재한 역사가 있었을 가능성에도 불구하고, 화학적으로 원소 비율이 태양과 매우 유사한 원시 소행성으로 남아 있다. 로레타는 "가져온 샘플의 구성에서 45억 년 이상 전 우리 태양계 초기 모습을 엿볼 수 있다. 이 샘플은 생성된 이래 녹거나 재응고되지 않은 원래의 상태를 유지하면서 고대의 기원을 보여준다"고 의미를 부여했다. 연구진은 샘플을 통해 소행성 베누에 탄소와 질소가 풍부하다는 사실을 확인했다. 이 원소들은 베누의 물질이 탄생한 환경과 함께, 단순한 원소가 복잡한 분자로 변환하는 화학적 과정을 이해하는 데 매우 중요하다. 지구상의 생명체의 기원을 밝히는 기초를 마련할 가능성도 있다. 태양계 형성의 복잡한 과정과 지구에 생명체가 출현한 프리바이오틱 화학을 밝히는 열쇠를 쥐고 있다는 것이다. 향후 수 개월 안에 미국과 전 세계의 연구소가 휴스턴에 있는 나사의 존슨 우주센터로부터 베누 샘플의 일부를 제공받게 된다. 베누 샘플 분석이 활발해지고, 더 많은 연구 결과가 발표될 것이라는 기대다. 2016년 9월 발사된 오시리스-렉스 우주선은 지구 근처 소행성 베누로 이동해 베누 표면에서 암석과 먼지 샘플을 수집했고 2023년 9월 이 샘플을 지구로 가져왔다. 나사의 고다드 우주 비행센터가 오시리스-렉스 임무를 관리했다. 이 임무는 국제적인 협력 아래 이루어졌으며 CSA(캐나다 우주국), JAXA 등이 함께했다.
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[우주의 속삭임(20)] 소행성 베누 샘플서 생명체 구성요소인 인산염 발견
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중국 달 탐사선 창어 6호, 세계 최초 달 뒷면 샘플 채취 후 귀환
- 중국의 창어 6호 달 탐사선은 25일(현지시간), 세계 최초로 달 뒷면의 암석 및 토양 샘플을 싣고 지구로 귀환했다고 CBS 등 다수 외신이 보도했다. 탐사선은 이날 오후 중국 북부 내몽골 지역에 착륙했다. 중국국가항천국 장커젠 국장은 착륙 직후 TV 기자회견에서 "창어 6호 달 탐사 임무가 완전한 성공을 거두었다고 선언한다"고 발표했다. 중국 과학자들은 이번에 가져온 샘플에는 250만 년 전 화산암 등 달의 양면 간 지리적 차이에 대한 의문을 해결해 줄 자료가 포함되어 있을 것으로 기대하고 있다. 달의 앞면은 지구에서 볼 수 있는 면이고, 뒷면은 우주를 향하고 있다. 달 뒷면은 앞면의 비교적 평탄한 지형과 대조적으로 산과 충돌 분화구가 많은 것으로 알려져 있다. 과거 미국과 소련의 임무는 달 앞면에서 샘플을 수집했지만, 중국은 이번 임무를 통해 세계 최초로 달 뒷면의 샘플을 수집했다. 이번 달 탐사 프로그램은 우주 탐사 선두 주자인 미국을 비롯해 일본, 인도 등과의 경쟁 심화 속에서 진행됐다. 중국은 이미 자체 우주 정거장을 건설하여 운영 중이며, 정기적으로 우주 비행사를 파견하고 있다. 시진핑 중국 국가주석은 창어 팀에게 축하 메시지를 보내 "우리나라가 우주 및 기술 강국이 되기 위한 노력에 있어 획기적인 성과"라고 밝혔다. 창어 6호는 지난 5월 3일에 지구를 떠나 53일간의 여정을 마치고 돌아왔다. 탐사선은 달 표면을 드릴로 뚫고 암석을 채취했다. 또한, 귀환 모듈이 달 표면에서 이륙하기 전, 창어 6호는 세계 최초로 달 뒷면에 중국 국기를 펼쳤다. 중국과학원 지질학자 종규 위에(Zongyu Yue)는 "이번 샘플은 달 과학 연구에서 가장 근본적인 질문 중 하나인 '달 양면의 지질 활동 차이를 유발하는 원인은 무엇인가?'에 대한 답을 줄 것으로 기대된다"라고 중국과학원과 협력해서 발행되는 '이노베이션 먼데이(Innovation Monday)' 저널에 발표한 성명에서 밝혔다. 중국은 최근 몇 년 동안 달 탐사에 여러 차례 성공했으며, 이전에는 창어 5호 탐사선을 통해 달 앞면에서 샘플을 수집한 바 있다. 중국과 미국은 달의 뒷면에 있는 ㄴ마극에 기지를 건설하겠다는 계획이다. 달 남극은 물을 비롯해 희토류 등 인류의 기지 건설을 위한 자원이 있는 것으로 알려져 있다.
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중국 달 탐사선 창어 6호, 세계 최초 달 뒷면 샘플 채취 후 귀환
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[우주의 속삭임(19)] 우주의 새벽에 최초로 병합되는 은하핵 '퀘이사 쌍' 발견
- 은하계는 광대하지만, 여전히 충돌하고 합쳐지며 겹쳐진다. 그런 가운데 일본 에히메 대학의 마쓰오카 요시키 교수를 필두로 한 국제 천문학자 팀이 지금까지 발견된 것 중 가장 먼 우주 가장자리에서 한 쌍의 퀘이사(Quasar)를 발견했다고 퍼퓰러사이언스가 전했다. 연구팀은 하와이에 있는 지상 제미니 노스(Gemini North) 및 스바루 망원경으로 이를 관측하고 데이터를 분석했다. 발견된 두 개의 은하핵 퀘이사는 먼지와 가스가 중앙의 초거대 블랙홀로 떨어지는 가운데 서로 합쳐(병합)지고 있다. 그 과정에서 이 퀘이사 쌍은 엄청난 양의 빛을 방출했다. 연구팀은 이 빛을 찾아냈고, 이것이 두 개의 퀘이사 쌍임을 밝혔다. 연구팀은 발견된 퀘이사 쌍이 우주의 새벽(Cosmic Dawn: 빅뱅 이후 약 5000만~10억 년), 즉 초창기 우주 여명기에 해당하는 은하핵이라고 말했다. 특히 우주의 새벽 중에서도 우주 암흑기를 끝내고 별과 은하와 같은 요즘과 같은 천체가 구성되기 시작하고 어두운 우주가 처음으로 빛으로 가득 찰 무렵인 ‘재이온화 시기’에 해당하는 천체다. 퀘이사란? 우주는 빅뱅 이후 거의 140억 년 동안 팽창해 왔다. 초기 우주는 지금보다 매우 작았으며 은하계 서로 상호 작용하고 병합될 가능성이 컸다. 퀘이사는 거대 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 형성되는 발광체를 말한다. 블랙홀은 퀘이사의 중심에 있으며, 주위에는 원반이 둘러싸고 있고, 원반 물질은 소용돌이 모양으로 회전하며 블랙홀로 빨려 들어간다. 은하 병합은 가스와 먼지가 초거대 질량의 블랙홀로 떨어지면서 퀘이사를 밝게 빛나게 하는 에너지다. 블랙홀로 떨어지는 원반 물질의 중력 에너지는 빛 에너지로 바뀌고, 여기에서 거대한 빛이 방출된다. 즉, 퀘이사는 지구에서 멀리 떨어진 우주 가장자리에서 발견되는 광원으로서, 멀리 떨어져 있기 때문에 우주 탄생 초창기인 우주의 새벽 시기의 천체다. 재이온화 시대의 의미 천문학자들은 우주의 재이온화 시대를 빅뱅 이후 대략 4억 년으로 잡는다. 우주 탄생 직후 우주 온도가 높았을 때는 수소의 양성자와 전자가 분리돼 이온화된 상태였다. 시간이 지나면서 우주의 온도는 낮아졌고, 양성자와 전자는 중성수소 원자로 결합됐다. 이를 우주 재결합시대라고 한다. 그 후 일어난 우주 재이온화는 중성수소 원자가 양성자와 전자로 다시 이온화되던 시기를 말한다. 천문학자들에 따르면 재이온화 시대 당시의 수소 이온화는 우주 역사에서 매우 중요한 시대였다. 이 시기는 우주의 암흑시대의 종말이며, 오늘날 지구상에서 볼 수 있는 별이 빛나는 은하구조의 시작이었다. 이번에 발견된 방합 중인 퀘이사는 우주 암흑기를 지나 최초의 별과 은하가 나타났던 우주의 새벽 기간, 그 중에서도 우주 재이온화 시대에서 나타난 것이다. 빨간색 광원 퀘이사 쌍의 합병 천문학자들은 우주의 재이온화 시대에 퀘이사가 수행한 정확한 역할을 이해하기 위해 우주의 초기 및 먼 시대에서 퀘이사를 찾고 있다. 마쓰오카 교수는 "재이온화 시대 퀘이사의 통계적 특성은 재이온화의 진행과 기원, 우주의 새벽 동안 초거대 블랙홀의 형성, 퀘이사 은하의 최초 진화 등 많은 것을 말해준다"고 말했다. 재이온화 시대에 약 300개의 퀘이사가 발견됐지만, 쌍을 이루는 퀘이사가 관측된 것은 이번이 처음이다. 연구팀의 퀘이사 발견은 우연이었다. 망원경으로 촬영한 이미지를 검토하다가 희미한 빨간색 광원을 발견했던 것. 팀은 그러나 나타난 붉은 색 광원 두 개가 퀘이사 쌍이었는지를 확신할 수 없었다. 팀은 스바루 망원경과 제미니 노스의 분광기를 사용해 빛을 분석했고, 결국 두 개의 블랙홀을 품은 퀘이사 쌍임을 확인했다 또한 둘 사이에 가스로 이어진 다리 구조도 찾아냈다. 연구팀은 감지된 빛의 일부가 실제로 퀘이사 자체에서 나오는 것이 아니라고 추정했다. 팀은 또한 중앙에 있는 두 개의 블랙홀이 태양 질량의 약 1억 배에 달하는 크기임을 밝혔다. 발견된 현상을 종합해 보면 두 퀘이사는 대규모의 합병을 진행하고 있음을 시사했다. 재이온화 시대의 병합 퀘이사 존재는 오랫동안 예상돼 왔지만, 이번에 처음으로 확인된 순간이었다.
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[우주의 속삭임(19)] 우주의 새벽에 최초로 병합되는 은하핵 '퀘이사 쌍' 발견
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그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견
- 지자기(지구의 자기장)가 없으면 지구상에 생명체는 존재할 수 없다. 지자기는 유해한 우주(방사)선이나, 태양에서 방사되는 태양풍으로부터 인류를 포함한 생물을 보호하고 있기 때문이다. 그러나 현재까지 지구에서 자기장이 처음 형성된 시기에 대한 신뢰성 높은 연대값은 밝혀지지 않았다. 영국 옥스퍼드대와 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구팀이 그린란드에서 지구 자기장의 역사를 한층 끌어올리는 명백한 증거를 발견했다고 포브스지가 보도했다. 연구팀은 그린란드 남서부 이스아 지역에 있는 태고의 바위 층을 조사했다. 이스아 바위 층에는 최초의 대륙군 경계를 따라 퇴적된 철을 많이 포함한 퇴적물과 마그마성 암석이 포함되어 있다. 철 입자는 매우 약한 자석으로 기능하며, 결정화 과정에 의해 고정화될 때 자기장의 강도와 방향을 모두 기록할 수 있다. 연구팀 분석 결과 이 암석에 37억 년 전 최소 15µT(마이크로테슬라) 이상의 자기장 강도가 기록돼 있는 것을 발견했다. 이는 현대의 자기장 강도인 30µT와 맞먹는다. 테슬라는 자기장의 세기를 나타내는 단위다. µT는 100만분의 1테슬라로 매우 미약한 자기장인데, 지구 자기장은 사람이 감지하지 못하는 매우 미약한 수준이다. 지구 자기장은 정확히 31.869µT이며 냉장고 모터 자석의 경우 5000µT에 달한다. 연구팀의 이번 분석 결과는 철을 포함한 암석 샘플 전체에서 얻은 가장 오래된 지자기 강도 추정치를 제공하고 있다. 이는 호주에서 채취된 34억~42억 년 전 암석에서 발견된 지르콘 결정만을 토대로 한 과거 연구에 비해 정확하고 신뢰성 있는 분석이라는 평가다. 팀을 이끌었던 옥스퍼드대 지구과학부 클레어 니콜스 교수는 “이렇게 오래된 암석에서 신뢰할 수 있는 기록을 추출하는 것은 매우 어려운 작업이었다. 오랜 시간 샘플을 분석해 자기장 신호가 나타난 것을 확인했다”면서 “이는 지구상에서 태고적 생명체가 처음 탄생할 무렵의 자기장 역할을 해명할 수 있는 중요한 진전”이라고 설명했다. 지자기는 내핵의 완만한 굳어짐에 따른 밀도 변화로 인해 유체의 외핵 속에서 녹은 철이 섞여 발전 작용이 생기면서 발생한다. 지구 형성 초기에는 고체 내핵이 아직 형성되지 않았기 때문에 초기 자기장이 어떻게 유지되었는지에 대해서는 여전히 밝혀지지 않았다. 그런데 이번 연구는 지구 초기의 발전을 구동하던 메커니즘이 현재의 지자기를 발생시키고 있는 고체화 과정과 같았음을 시사하고 있다. 또 이번 연구는 현재 알려진 형태의 지구 대기의 발달에서 지자기의 역할, 특히 가스의 대기 유출에 관한 새로운 정보를 제공할 가능성도 있다. 강한 자기장이 방패가 되어 대기가 태양풍에 의해 훼손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 전하 입자나 원자를 가속해 우주 공간에 방사하는 것도 가능해진다는 것이다. 연구팀은 앞으로 캐나다, 호주, 남아프리카에 있는 다른 태고의 바위 층을 추가 조사함으로써 지구 대기 중 산소가 급증하기 약 25억 년 이전 시대의 지자기에 대해 분석을 진행할 계획이다. 태고의 지자기 강도와 변동성에 관한 이해는 지구 자기장이 지표면에서 생명체가 살아가는 데 필수적인지의 여부와 대기의 진화에서의 역할을 규명하는 핵심이 된다. 지자기의 강도는 비교적 일정하게 유지된 반면, 태양이 젊어 더 활동적이었던 과거에는 태양풍이 지금보다 매우 강력했던 것으로 알려져 있다. 결국 시간이 지나면서 태양풍으로부터 지표를 보호하는 작용이 강화됐으며, 그 결과 생물이 해양에서 벗어나 대륙으로 이동해 오늘날의 생명 생태계가 만들어졌음을 시사한다. 연구 결과는 '지구물리연구저널(Journal of Geophysical Research)'에 발표됐다.
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그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견
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국내 1천대 기업, R&D 투자 8% 증가한 72.5조…삼성전자, 전체 1/3 압도적 투자
- 국내 연구개발(R&D) 투자 상위 1000대 기업이 지난해 72조5000억 원을 투자한 것으로 나타났다. 삼성전자의 투자액은 전체의 32.9%를 차지하며 가장 큰 비중을 기록했다. 23일 산업통상자원부와 한국산업기술지원이 발표한 '2023년 국내 R&D 투자 상위 1000대 기업의 R&D 투자 조사 결과'에 따르면 지난해 1000대 기업의 R&D 투자는 72조5000억 원으로 전년보다 8.7% 증가했다. 1000대 기업의 매출액은 2.8% 감소했으나 투자액이 늘며 비중은 4.4%로 전년보다 0.5%포인트(P) 증가했다. 투자규모 상위 10대 기업이 45조5000억 원, 50대 기업이 56조6000억 원을 투자한 것으로 조사됐다. 1조원 이상 투자한 기업은 삼성전자, 현대차, 에스케이하이닉스, LG전자 등 9개 기업이며 삼성전자 투자액은 2~10위 기업을 합친 21조6000억 원보다 많은 23조9000억 원으로 전체 대비 32.9%를 기록했다. 1000대 기업에는 대기업 171개, 중견기업이 491개, 중소기업이 338개를 각각 차지했다. 중견기업 중에서는 엔씨소프트의 투자액이 17위(4671억원)로 나타났다. 이 밖에 한국한공우주산업(4088억원)이 19위를 차지했다. 중견기업은 지난 2014년(407개) 대비 84개 늘었다. 상위 100대 기업 내 33개 중견기업이 포함됐을 정도로 점차 혁신 생태계 내에 주도적 역할을 하는 것으로 분석된다. 중소기업 중에서는 리가켐바이오사이언스의 투자액이 797억원으로 69위에 올랐다. 국내 1000대 기업은 R&D 투자를 지난 10년간 연평균 6.6% 이상 확대해 왔으나 2022년 기준 글로벌 R&D 투자 상위 2500대 기업 중 우리나라 기업은 47개에 불과했다. 미국(827개), 중국(679개), 일본(229개), 독일(113개) 등 주요국뿐만 아니라 대만(77개)에도 뒤진 9위를 기록했으며 50위 권에는 삼성전자(7위)만 포함됐다. 이민우 산업부 산업기술융합정책관은 "기업 R&D 투자 증가는 산업기술 혁신을 견인했으나 글로벌 기업과 비교 시 국내 기업의 R&D 투자액은 매우 적은 편"이라며 "민간이 투자하기 어려운 차세대 기술, 도전·혁신 분야에 대해서는 정부의 마중물 투자가 필요하다"고 말했다.
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- 산업
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국내 1천대 기업, R&D 투자 8% 증가한 72.5조…삼성전자, 전체 1/3 압도적 투자
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[우주의 속삭임(18)] 토성 최대 위성 타이탄, 바다 파도로 해안선 침식 가능성 확인
- 토성 궤도를 도는 위성(달) 가운데 가장 큰 타이탄(Titan)은 활동적인 강, 호수 및 바다를 포함하는 태양계의 유일한 행성체이다. 타이탄의 강 시스템은 액체 메탄과 에탄으로 가득 찬 가운데 넓은 호수와 바다로 흘러 들어가며, 일부 호수는 지구의 오대호만큼이나 큰 것으로 추정된다. 타이탄의 넓은 바다와 호수는 지난 2007년 나사(NASA)의 카시니 우주선이 촬영한 이미지를 통해 확인됐다. 그 이후 천문학자들은 달의 신비한 환경에 대한 단서나 증거를 찾기 위해 수집된 이미지를 연구해 왔다. 그런 가운데, MIT 지질학자 연구팀이 타이탄의 해안선에 대한 최신 연구 결과를 발표했다고 PHYS가 전했다. 시뮬레이션을 통해 이루어진 연구는 타이탄의 넓은 바다가 파도에 의해 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다. 연구팀은 타이탄 표면의 원격 이미지를 기반으로 파도 활동의 징후를 발견했다. MIT 팀은 먼저 지구에서 호수가 침식되는 방식을 모델링하고, 이 모델링을 카시니의 타이탄의 바다 이미지와 접목, 어떤 형태의 침식으로 인해 해안선이 생성되었는지를 확인했다. 그 결과 파도가 가장 합리적인 답이라는 사실을 발견했다. 물론 연구팀의 결과는 100% 확증은 아니다. 타이탄에 파도가 있다는 사실을 확인하려면 타이탄 표면의 파도 활동을 직접 관찰해야 한다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 타이탄 바다의 해안선 침식의 가장 큰 원인은 파도라고 말할 수 있다고 밝혔다. "액체 메탄과 에탄의 파도가 해안에 부딪히고 폭풍이 몰아쳐 해안을 구성하는 물질을 침식한 것으로 추정된다"는 것이다. 이 연구는 '사이언스 어드밴시스'에 발표됐다. 타이탄에 파도가 존재한다는 사실은 카시니가 달 표면에서 액체 덩어리를 발견한 이후 논란이 된 주제였다. 파도의 증거를 찾기 위한 노력도 꾸준히 진행됐다. 일부 과학자들은 바다 표면에서 약간의 거친 면을 보았지만, 그것이 파도인지의 여부는 확인할 수 없었다. 타이탄의 바다에 파도 활동이 일어나는지 여부를 알면, 파도를 일으킬 수 있는 바람의 세기 등 타이탄의 기후에 대한 정보도 얻을 수 있다. 또한 타이탄의 바다가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화할지 예측할 수 있다. 타이탄의 바다는 강이 흐르는 계곡이 교차하는 곳에서 액체의 양이 늘어나면서 형성된 것으로 보인다. 연구팀은 △ 해안 침식 없음 △ 파도에 의한 침식 △ 해안 물질을 용해시키는 '용해' 또는 해안의 자체 무게로 인해 일어나는 '균일한 침식' 등 세 가지 시나리오에 초점을 맞췄다. 그리고 시나리오 각각에 대해 시뮬레이션을 실시했다. 그리고 수백 가지의 다양한 해안선 모양에 대해 모델링을 반복하고 비교했다. 연구팀은 시뮬레이션 결과를 지구상의 실제 호수와 비교해 확인했다. 특히 타이탄에서 가장 크고 지도가 가장 잘 그려져 있는 네 개의 바다에 초점을 맞췄다. 카스피해와 유사한 크라켄 마레(Kraken Mare), 슈피리어호보다 다소 큰 리게이아 마레(Ligeia Mare), 빅토리아 호수보다 긴 풍가 마레(Punga Mare), 온타리오 라쿠스(Ontario Lacus) 등이다. 팀은 카시니 탐사선에서 촬영한 레이더 이미지를 사용해 이들 4개 바다의 해안선을 매핑하고 각 바다의 해안선에 모델링을 적용, 어떤 침식 메커니즘이 타이탄의 바다 해안선 모양을 가장 잘 설명하는지 확인했다. 그 결과, 4개의 바다가 모두 파도에 의한 침식 모델에 들어맞는다는 것을 발견했다. 이는 파도가 타이탄의 4개의 바다와 가장 유사한 해안선을 생성한다는 것을 의미한다. 연구팀은 현재 해안에서 반복적으로 부서질 수 있는 파도를 일으키려면 타이탄의 바람이 얼마나 강해야 하는지를 규명하는 데 주력하고 있다. 또한 타이탄의 해안선 모양을 통해 바람이 불어오는 방향을 파악하고 있다.
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[우주의 속삭임(18)] 토성 최대 위성 타이탄, 바다 파도로 해안선 침식 가능성 확인
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영국 맨체스터 대학, 빅벤 높이 2배 120m 이상 점프하는 로봇 개발
- 영국 맨체스터 대학(University of Manchester)의 엔지니어들이 현재까지 설계된 점프 로봇 가운데 가장 높은 120m를 점프할 수 있는 로봇을 개발했다고 전문 매체 테크익스플로러가 전했다. 연구진은 수학, 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험실 테스트를 결합해 최적의 부품을 채용하고 크기, 모양을 최적화한 로봇을 설계하는 방법을 발견했다. 개발된 로봇은 자체 크기의 수십 배에 달하는 장애물을 넘을 수 있을 만큼 높이 점프할 수 있다. 현재까지 개발된 가장 높이 점프하는 로봇은 자기 몸 크기의 110배에 해당하는 33m까지 도약할 수 있다. 이번에 맨체스터 대학 연구진이 개발한 로봇은 공중에서 120m 이상, 중력이 약한 달에서는 빅벤 타워 높이의 무려 두 배 이상인 200m 이상 점프할 수 있다. 이 개발 결과는 '메커니즘 및 기계 이론(Mechanism and Machine Theory)' 저널 최근호에 발표됐다. 이 로봇은 행성 탐사부터 재난 구조, 위험하거나 접근하기 어려운 공간 탐사 및 모니터링에 이르기까지 다양한 응용 분야에 혁명을 일으킬 것으로 기대된다. 연구진의 일원인 맨체스터 대학교 우주 로봇공학 연구원 존 로 박사는 "로봇은 전통적으로 점프 대신 바퀴를 굴리거나 다리를 사용해 걷도록 설계되었지만, 점프는 우주 공간에서 이동할 수 있는 매우 효과적인 방법을 제공한다"라고 말했다. 지형이 고르지 않거나 동굴 내부, 숲 속, 바위 지대 표면, 심지어 우주의 다른 행성 표면과 같이 장애물이 많은 곳에 적합하다는 것이다. 로 박사는 "점핑 로봇이 이미 개발됐지만 이런 종류의 로봇을 설계하는 데는 몇 가지 큰 난제가 있다. 가장 중요한 것은 크고 복잡한 장애물을 극복할 수 있을 만큼 높이 점프하는 것이다"라며 "우리가 설계한 로봇은 스프링 구동 점핑의 에너지 효율성과 성능을 획기적으로 향상시킨다"고 설명했다. 연구진은 기존의 점핑 로봇이 스프링 에너지를 완전히 방출하기 전에 도약하는 경우가 많아 비효율적이고, 최대 점핑 높이도 제한한다는 사실을 발견했다. 또한 위로 똑바로 움직이는 대신 몸체가 좌우로 움직이거나 회전함으로써 도약 에너지를 낭비한다는 것도 밝혀냈다. 이에 따라 설계된 새로운 로봇 디자인은 필요한 구조적 강도와 강성을 유지하면서도 이 같은 바람직하지 않은 동작을 제거하는 데 중점을 두었다. 연구진인 항공우주공학 벤 파슬루 교수는 "캥거루처럼 땅을 밀어낼 수 있는 다리가 맞을지, 거대한 스프링을 갖춘 피스톤이 맞을지 등 로봇의 구조와 형태에 대해 결정할 사항이 매우 많았다"고 말했다. 다이아몬드처럼 마름모꼴의 대칭 모양이어야 할지, 곡선적이고 유기적인 형태를 갖출지도 연구 대상이었다. 로봇의 크기도 중요했다. 크기가 작으면 가볍고 민첩하지만, 대형 로봇은 더 강력한 점프를 위해 더 큰 모터를 운반할 수 있으므로 어느 정도의 크기로 할 것인지를 정해야 했다. 그래서 설계된 로봇은 로봇 질량을 위쪽으로 많이 분배하고 아래쪽으로 가늘게 만들어졌다. 프리즘 모양의 더 가벼운 다리와 신축성이 큰 스프링을 사용했다. 점프 성능을 향상시키고 점핑 로봇의 에너지 효율성을 극대화하기 위함이었다. 연구진은 후속 작업으로 점프 방향을 제어하고 착지 시의 운동 에너지를 활용해 로봇이 한 번에 수행할 수 있는 점프 횟수를 늘리는 방법을 찾고 있다. 또한 로봇을 달에 더 쉽게 운반하고 사용할 수 있도록 우주 임무를 위한 보다 효율적인 디자인을 모색하고 있다.
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영국 맨체스터 대학, 빅벤 높이 2배 120m 이상 점프하는 로봇 개발
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[우주의 속삭임(17)] 휴스턴 대학교, 토성에서 거대한 계절적 에너지 불균형 발견
- 휴스턴 대학교(UH)가 토성에 엄청난 에너지 불균형이 존재한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 우주 행성 과학의 발전을 촉진하고, 태양계의 가스 거대 행성인 토성에 대한 기존의 기후 모델에도 큰 영향을 미칠 수 있다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션에 게재됐으며, 대학 공식 홈페이지에도 실렸다. UH 물리학 리밍 리 교수를 중심으로 한 연구팀은 "토성에서 계절적 규모의 거대한 글로벌 에너지 불균형이 관찰된 것은 이번이 처음"이라며 "이는 천문학계에 행성의 형성과 진화에 대한 새로운 시각을 제시할 뿐만 아니라, 행성 및 대기 과학에 대해 정의하는 방식까지 변화시킨다“고 말했다. 연구진이 발견한 토성 에너지 불균형은 카시니 토성 탐사선이 미션을 수행하며 얻은 데이터를 토대로 한 분석을 통해 나타났다. 연구진은 “태양계의 모든 행성은 태양 복사의 형태로 태양으로부터 에너지를 얻고, 열을 방출하며 에너지를 소비한다. 그러나 거대 가스 행성인 토성은 열 구조와 기후에 영향을 미치는 깊은 내부 열의 형태로 또 다른 에너지를 갖고 있다"고 지적했다. 불균형은 원일점(태양에서 가장 먼 궤도 지점)에서 근일점(태양에 가장 가까운 궤도 지점)까지 거의 20%나 달라지는 토성의 큰 궤도 이심률로 인해 발생했다. 이로 인해 흡수된 태양 에너지에 계절적 변화가 크게 나타났다. 지구의 경우 궤도 이심률이 매우 작기 때문에 심각한 계절적 에너지 불균형은 나타나지 않는다. 따라서 지구의 내부 열은 미미하며, 지구 계절은 토성에서 몇 년 동안 지속되는 것에 비해 대단히 짧아 불과 수개월 지속될 뿐이다. 데이터는 또한 토성의 불균형한 에너지가 토성 대기의 지배적인 기상 현상인 거대 폭풍의 발달에 중요한 역할을 한다는 것을 보여 주었다. 이 데이터는 지구의 날씨에 대한 분석도 간접적으로 제공할 수 있다고 한다. 나사(NASA), 유럽우주국(ESA), 이탈리아우주국(ASI)의 공동 프로젝트인 카시니 탐사선은 1997년에 발사돼 거의 20년 동안 토성과 거대한 고리 및 위성을 탐사했다. 연구진의 리 교수는 토성의 복사 에너지를 관찰하는 세 가지 탑재 장비를 모니터링하기 위한 과학자로 참여하고 있다. 연구팀은 향후 10년 내에 탐사 임무가 계획되어 있는 천왕성을 포함한 다른 가스 거대 행성을 대상으로 관측을 지속한다는 계획이다. 이들 행성 역시 심각한 에너지 불균형을 나타낼 것이며, 특히 천왕성은 궤도 이심률과 매우 높은 경사도로 인해 가장 큰 에너지 불균형을 나타낼 것으로 예상하고 있다. 한편, 이번 연구에는 UH 외에도 나사, 위스콘신 대학교, 메릴랜드 대학교, 센트럴 플로리다 대학교, 캘리포니아 주립대 산타크루즈 캠퍼스와 프랑스 및 스페인의 학자들이 대거 참여했다.
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[우주의 속삭임(17)] 휴스턴 대학교, 토성에서 거대한 계절적 에너지 불균형 발견
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[우주의 속삭임(16)] 나사 화성 탐사선 퍼시비어런스, 고대 지질 밝히는 새로운 암석 발견
- 화성 탐사선이 바위 지대를 우회하는 경로라고 생각했던 화성의 네레트바 계곡(Neretva Vallis)이 연구팀에 새로운 지질학적 정보를 다수 제공했다고 나사(NASA)가 홈페이지를 통해 밝혔다. 홈페이지에 따르면 나사의 퍼시비어런스(Perseverance) 화성 탐사선은 바위를 피하기 위해 모래 언덕으로 우회, '브라이트 엔젤(밝은 천사)'이라는 별명을 가진 조사 대상 지역에 도착했다. 탐사선의 바퀴가 바위로 인해 손상될 것을 우려한 우회 조치였던 것. 그런데 경로 변경으로 인해 의외의 성과를 거두는 행운이 따라왔다. 브라이트 엔젤에 도달하는 예상 소요 시간을 몇 주 단축했을 뿐만 아니라, 고대 강 수로에서 지금까지 나타나지 않았던 암석을 찾아 새로운 지질학적 특징을 발견할 수 있었던 것이다. 퍼시비어런스는 '예제로 분화구(Jezero Crater)'의 가장자리 안쪽 지역인 '마진 유닛(Margin Unit)'에서 탄산염과 감람석(마그네슘-철 성분의 규산염광물) 퇴적물 증거를 찾고 있다. 북쪽 강 기슭에 위치한 브라이트 엔젤은 강 침식으로 노출됐거나 수로를 채운 퇴적물일 가능성이 있는 밝은 톤의 고대 암석 표면을 특징으로 한다. 연구팀은 탄산염과 감람석이 풍부한 마진 유닛 지역의 암석들을 찾고 예제로 분화구의 역사를 규명하는 작업을 진행하고 있다. 브라이트 엔젤로 가는 길에 퍼시비어런스 탐사선은 수십억 년 전 예제로 분화구로 많은 양의 물을 공급했던 네레트바 계곡 강 수로를 따라 운전했다. 나사의 퍼시비어런스 경로 계획 책임자 에반 그레이서는 "수로를 따라 이동하는 중 바위군이 장애물로 나타났고 이로 인해 하루 평균 100m를 넘던 주행 거리가 불과 수십 미터로 줄었다. 이에 따라 탐사선의 자동경로 탐색기(AutoNav)는 우회 경로를 찾게 됐고, 팀은 강 수로에 있는 400m 길이의 모래 언덕을 횡단하는 새로운 길을 찾았다“고 말했다. '아토코 포인트(Atoko Point)' 최초 발견 퍼시비어런스 연구팀은 그 과정에서 과거에는 관찰된 적이 없었던 바위로 뒤덮인 언덕 '워시번 산(Mount Washburn)'을 탐사할 수 있는 기회를 얻었다. 워시번 산의 질감과 구성의 다양성은 연구팀으로서는 흥미로운 발견이었다. 특히 이곳의 다양한 암석들 중 연구팀의 관심을 사로잡은 바위가 하나 발견됐다. 연구팀은 이곳을 '아토코 포인트(Atoko Point)'라고 명명했다. 발견된 바위는 넓이 45cm, 높이 35ccm로 얼룩덜룩하고 밝은 톤이었고, 어두운 주변의 바위들 사이에서 뚜렷이 구분됐다. 퍼시비어런스는 이 바위를 대상으로 슈퍼캠(SuperCam) 및 마스터캠-Z(Mastcam-Z) 장비를 사용해 분석에 나섰고, 결과 이 암석은 휘석과 장석 광물로 구성돼 있는 것으로 나타났다. 광물 알갱이와 결정의 크기, 모양, 배열, 그리고 화학적 구성 요소 면에서 아토코 포인트는 그 자체로 독보적이었다. 이에 대한 퍼시비어런스 과학자들의 의견은 갈린다. 일부는 아토코 포인트를 구성하는 광물이 분화구 가장자리에 노출된 지하 마그마 몸체에서 생성되었다고 추측했다. 다른 일부는 그 바위가 예제로 분화구의 훨씬 멀리에서 오래전 생성돼 화성의 수로를 따라 이동해 이곳으로 옮겨졌을 가능성을 점쳤다. 어느 쪽이든 연구팀은 아토코 포인트가 최초의 발견이며, 앞으로 이와 유사한 것을 더 찾을 수 있을 것으로 기대했다. 워시번 산을 떠난 퍼시비어런스 탐사선은 응회암 절벽의 지질을 조사하기 위해 북쪽으로 132m 떨어진 곳을 향했고, 605m 길이의 브라이트 엔젤 여정을 시작했다. 퍼시비어런스는 이 지역의 암석을 분석해 샘플을 수집할 것인지 평가하고 있다.
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[우주의 속삭임(16)] 나사 화성 탐사선 퍼시비어런스, 고대 지질 밝히는 새로운 암석 발견
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