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AI 챗봇도 대학 전용 시대…앤스로픽, 대학교육 특화 '클로드 포 에듀케이션' 출시
- 생성형 인공지능(AI) 경쟁이 고등교육 현장으로 확산되는 가운데, 미국 AI 스타트업 앤스로픽(Anthropic)이 대학 전용 AI 서비스 '클로드 포 에듀케이션(Claude for Education)'을 공식 출시했다. 오픈AI(OpenAI)의 '챗GPT 에듀(ChatGPT Edu)'에 대응하는 형태로, 학생·교수진·행정 직원들이 고등교육 환경에서 인공지능 챗봇 '클로드(Claude)'를 보다 안전하고 효과적으로 활용할 수 있도록 설계됐다. 앤스로픽은 2일(현지시간) 자사 블로그와 보도자료를 통해 "클로드 포 에듀케이션은 단순 질의응답을 넘어서 학생들의 비판적 사고 능력 향상에 도움을 주는 '러닝 모드(Learning Mode)' 기능을 포함한다"고 밝혔다. 해당 모드는 클로드가 학생들에게 개념을 이해했는지 확인하는 질문을 던지고, 문제의 핵심 원리를 짚어주는 방식으로 학습을 돕는다. 또한 연구 과제 초안이나 스터디 가이드 작성에 유용한 템플릿도 제공한다. 이번 서비스는 단순 학습 지원을 넘어 대학 행정 자동화 기능도 포함하고 있다. 예를 들어 입학 트렌드 분석, 반복되는 이메일 문의 응답 자동화 등에도 활용 가능하다. 앤스로픽은 "캠퍼스 전반의 보안과 프라이버시를 고려한 기업 수준의 통제 체계를 갖췄다"고 설명했다. 앤스로픽은 이미 미국 노스이스턴대학교(Northeastern University), 영국 런던정경대(LSE), 그리고 챔플레인칼리지(Champlain College)와 '전체 캠퍼스 계약(full campus agreement)'을 체결하고 클로드 포 에듀케이션을 도입했다. 특히 노스이스턴대는 앤스로픽의 '디자인 파트너'로 참여해 AI 도입 모범사례 구축, 교육도구 개발, 윤리적 활용 프레임워크 설계에 함께하고 있다. 노스이스턴은 미국 최초로 AI와 학습의 미래에 미치는 영향에 초점을 맞춘 전체 학술 계획인 '노스이스턴 2025'를 수립한 대학다. AI 및 고등 교육 분야의 사고 리더인 조셉 E. 아운(Joseph E. Aoun)총장은 AI 기반 세계에서 학습의 미래에 대한 결정적인 저서인 '로봇-프루프'를 저술했다. 런던정경대 래리 크레이머 총장 겸 부총장은 "LSE는 설립 이래 사회 변화를 이해하고 현실의 문제에 대한 해결책을 모색하는 데 앞장서 왔다"면서 "이 새로운 파트너십은 그 사명의 일환이다. 사회과학자로서 우리는 AI가 교육과 사회를 긍정적으로 변화시킬 수 있는 방법을 이해하고 구체화할 수 있는 독보적인 위치에 있다"고 말했다. 앤스로픽은 향후 미국 대학생 대상 'AI 빌더 프로그램'과 학생 홍보대사 제도 등을 통해 더 많은 대학과의 계약을 추진할 계획이다. 2024년 디지털교육협의회(Digital Education Council)의 조사에 따르면, 대학생의 54%는 매주 생성형 AI를 사용하고 있는 것으로 나타났다. 앤스로픽은 이러한 변화에 맞춰 대학의 AI 도입 흐름을 선도하며 수익도 확대하겠다는 전략이다. 현재 앤스로픽의 월 매출은 1억1500만 달러(약 1,550억 원)로 추정되며, 내년에는 이를 두 배로 끌어올리는 것이 목표다. 한편, AI의 교육 현장 도입을 둘러싼 평가는 엇갈리고 있다. 일부 연구는 AI가 유능한 튜터 역할을 할 수 있다고 평가하는 반면, 다른 연구들은 학생의 비판적 사고력을 약화시킬 수 있다고 지적하고 있다. 앤스로픽의 클로드 포 에듀케이션은 이러한 논쟁 속에서 AI가 고등교육의 '동반자'가 될 수 있는지를 가늠하는 시험대가 될 전망이다.
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- IT/바이오
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AI 챗봇도 대학 전용 시대…앤스로픽, 대학교육 특화 '클로드 포 에듀케이션' 출시
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[신소재 신기술(165)] '불가능한 재료의 융합'⋯양자컴퓨팅 문 여는 인공 구조체 탄생
- 국제 공동연구진이 기존 과학 이론으로는 공존하기 어려웠던 두 가지 물질을 원자 단위에서 결합해, 새로운 양자 인공 구조체를 구현하는 데 성공했다. 이 연구는 향후 양자컴퓨팅과 차세대 센서 기술에 중요한 기반이 될 수 있다는 평가를 받고 있다. 미국 러트거스대학교 뉴브런즈윅 캠퍼스 물리천문학과 자크 차칼리안(Prof. Jak Chakhalian) 교수 연구팀이 주도한 이번 연구 결과는 세계적 과학 저널 나노 레터스(Nano Letters)에 표지 논문으로 게재됐다고 웹사이트 PHYS.org가 1일(현지시간) 보도했다.. 연구진은 약 4년에 걸친 실험을 통해 원자 단위에서 '디스프로슘 타이타네이트(dysprosium titanate)'와 '피로클로르 이리데이트(pyrochlore iridate)'라는 두 인공 물질을 결합한 초미세 '양자 샌드위치 구조'를 개발했다. 이 두 물질은 각각 특이한 전자기 및 양자역학적 성질로 인해 기존에는 서로 결합이 불가능한 것으로 여겨졌다. 한쪽 층을 이루는 디스프로슘 타이타네이트는 일명 '스핀 아이스(spin ice)'라고 불리는 물질로, 내부 스핀 배열이 물의 얼음 구조를 닮았다. 이 구조는 자연계에서는 존재하지 않는 것으로 알려진 '자기 단극자(magnetic monopole)'를 유사 입자로 출현시킬 수 있다. 자기 단극자는 1931년 노벨물리학상 수상자인 폴 디랙이 예언했으나 자유 상태에서는 존재가 확인되지 않았다. 다른 쪽 층은 피로클로르 이리데이트라는 자성 준금속으로, 생다론적 입자인 '와일 페르미온(Weyl fermion)'을 포함하고 있다. 와일 페르미온은 1929년 헤르만 와일이 처음 제안했으며, 2015년에야 결정 구조 내에서 실험적으로 확인된 바 있다. 빛처럼 빠르게 움직이며 좌·우 회전을 구분할 수 있는 이 입자는 외부 잡음이나 불순물에 강한 전자적 안정성을 갖는다. 이처럼 각기 다른 특성을 지닌 두 물질을 원자 수준에서 안정적으로 접합한 것은 기존의 재료과학이 풀지 못한 난제를 해결한 것으로 평가된다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 인공 양자 물질 설계의 새로운 지평을 열었으며, 이전에는 상상할 수 없었던 방식으로 양자 기술의 본질을 탐구할 수 있게 됐다"고 밝혔다. 실험을 위한 결정적 전환점은 연구팀이 자체 제작한 '양자현상 탐색 플랫폼(Q-DiP, Quantum phenomena Discovery Platform)'이라는 장비였다. 이 장치는 적외선 레이저 가열기와 정밀 레이저 빔 조합을 통해 초정밀 원자층 증착이 가능하며, 절대온도에 가까운 극저온에서도 물질의 양자 상태를 탐색할 수 있도록 설계됐다. 현재 이 장비는 미국 내 유일한 장비로, 실험 장비 자체로도 과학적 성과로 평가받는다. 이 연구에는 박사과정의 마이클 테릴리(Michael Terilli), 우총치(Tsung-Chi Wu), 학부생 시절부터 참여한 도로시 도티(Dorothy Doughty), 재료과학자 미하일 카리예프(Mikhail Kareev) 등이 핵심 기여자로 참여했다. 이번에 개발된 양자 구조체는 향후 양자컴퓨팅의 핵심 구성 요소로 활용될 가능성이 크다. 특히 특정 양자 상태를 안정적으로 유지하는 데 필요한 전자 및 자기적 특성이 우수하다는 점에서, 차세대 양자센서와 스핀트로닉스(spintronics) 장치 개발에 직접적인 응용이 가능하다. 양자컴퓨팅은 정보를 처리하는 데 있어 기존 컴퓨터의 이진 논리를 뛰어넘는 '중첩(superposition)' 상태를 활용한다. 이는 한 번에 여러 연산을 동시에 수행할 수 있게 해 신약 개발, 금융 알고리즘, 인공지능(AI) 처리 등 다양한 분야에서 혁신적인 성과를 기대하게 한다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 단순한 물질 합성의 진보를 넘어, 양자 기술을 위한 물질 설계의 새로운 시대를 여는 첫걸음"이라며 "향후 양자 센서 기술을 포함한 응용과학 분야에 중대한 영향을 미칠 것"이라고 강조했다.
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[신소재 신기술(165)] '불가능한 재료의 융합'⋯양자컴퓨팅 문 여는 인공 구조체 탄생
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[기후의 역습(129] 남극 빙붕에서 거대 빙산 분리⋯미지의 심해 상태계 드러나
- 기후 변화로 빙하가 급격한 속도로 소실되는 가운데, 남극 빙붕에서 거대한 빙상이 떨어져 나가면서 이전에 알려지지 않은 전혀 새로운 수중 생태계가 세상에 모습을 드러냈다. 약 510제곱킬로미터(㎢) 면적의 거대한 빙산이 남극 대륙을 떠다니는 빙하에서 떨어져 나가면서, 미치 경기장의 개폐형 지붕처럼 숨겨져 있던 미지의 생태계가 햇빛과 외부에 노출되는 놀라운 사건이 발생했다고 사이언스 얼럿이 30일(현지시간) 보도했다. 서울 특별시 면전이 약 605㎢임을 감안하면 남극에서 떨어져 나간 빙하의 규모가 얼마나 큰지 짐작할 수 있다. 영국과 포르투갈 등 국제 과학자 팀은 2025년 초, 남극의 조지 6세 빙붕 근처에서 탐사를 진행하다가 빙하가 떨어져나가면서 새롭게 드러난 지역으로 신속히 이동해 심해 230m 지역을 탐사하기 시작했다. 연구팀은 빙산이 있던 푸른 심해로 '원격 조종 탐사 로봇 수바스찬(ROV SuBastian)'을 투입했다. 수바스찬은 그곳에서 이전에는 인간에게 전혀 알려지지 않았던 해면동물, 말미잘, 히드라충, 산호 등으로 이루어진 번성한 생태계를 발견했다. 이번 탐사의 공동 책임자인 포르투갈 아베이루 대학교 환경 및 해양 연구 센터(CESAM) 및 생물학과(DBio)의 패트리샤 에스케테 박사는 "우리는 이 순간을 놓치지 않고 탐사 계획을 변경해 심해에서 벌어지고 있는 현상을 관찰하기 위해 곧바로 나섰다"고 당시를 회상했다. 그녀는 또한 "그토록 아름답고 번성한 생태계를 발견할 것이라고는 전혀 예상하지 못했다"고 덧붙였다. 두꺼운 부빙 아래 남극 해저에 어떤 생물들이 서식하는 지에 대해서는 현재까지 알려진 것이 거의 없다. 햇빛이 전혀 들지 않고, 위에서 영양분이 공급되지 않은 이 심해 생태계는 두꺼운 빙붕 아래로 흘러들어오는 해류에 의해 생존하는 것으로 추정된다. 과학자들은 이 특별한 서식지와 주변 벨링스하우젠해에서 잠재적으로 발견된 새로운 종들을 모두 분류하고, 두께가 약 150km에 달하는 얼음 덮개 아래에서 생명체가 어떻게 생존하는지 밝히는 데 수년이 걸릴 것으로 예상된다. 에스케테 박사는 "발견된 동물들의 크기를 바탕으로 볼 때, 우리가 관찰한 군집은 수십 년, 어쩌면 수백 년 동안 그곳에 존재했을 가능성이 있다"고 말했다. 예를 들어, 위의 사진에 보이는 커다란 해면동물을 살펴보자. 해면동물은 일반적으로 1년에 몇 센티미터밖에 자라지 않기 때문에, 이 개체는 잠재적으로 수십 년 또는 수백 년 동안 살아왔을 수 있다. 이 해면동물은 수심 230m에 서식하며, 불과 얼마 전까지만 해도 거대한 얼음 지붕에 의해 외부 세계와 완전히 단절되어 있었다. 원격 탐사로봇 수바스찬은 며칠 동안 새롭게 드러난 해저 생태계 군집을 탐사하며 해당 지역을 지도화하고, 추가 분석을 위해 퇴적물 코어와 수많은 샘플을 채취했다. 이번 탐사의 공동 책임자인 유니버시티 칼리지 런던의 알렉산드르 몬텔리 박사는 "제가 알기로는 이처럼 포괄적이고 학제적인 연구가 빙붕 하부 환경에서 완료된 것은 이번이 처음"이라고 강조했다. 떠다니는 빙하 아래로 원격 조종 탐사 로봇을 투입하는 것은 매우 까다로운 작업이다. 두꺼운 얼음 때문에 기존의 항법 시스템은 GPS 대신 음향에 의존해야 한다. 극심한 압력과 온도는 이러한 어려움을 더욱 가중시킨다. 슈미트 해양 연구소의 전무 이사인 조티카 비르마니는 "과학 연구팀은 원래 이 외딴 지역에서 얼음과 바다가 만나는 경계면의 해저와 생태계를 연구하기 위해 왔다"고 설명했다. 그녀는 "빙붕에서 방산이 떨어져나간 순간을 바로 그곳에서 목격한 것은 매우 드문 과학적 기회였다. 예상치 못한 순간들은 해상 연구의 흥미로운 부분이며, 우리 세계의 손이 닿지 않은 아름다움을 처음으로 목격할 수 있는 기회를 제공한다"고 덧붙였다. 동일한 연구팀은 수년전에 베링스하우젠해의 인근 지역에서는 빙붕이 소실된 곳에서 산호, 남극암치, 게, 거대한 바다거미, 등각류, 해파리, 문어 등이 모여 사는 것을 발견하기도 했다. 이러한 발견은 떠다니는 얼음이 해저에서 멀어지면 새로운 생명체가 빠르게 유입된다는 것을 시사한다.
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[기후의 역습(129] 남극 빙붕에서 거대 빙산 분리⋯미지의 심해 상태계 드러나
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스마트폰 멀리 두면 집중력 높아질까?⋯"습관적 사용이 문제"
- 스마트폰을 단순히 멀리 한다고 해서 집중력이 높아질까? 스마트폰을 잠시 내려놓고 이 기사를 읽기 시작했다면, 당신은 혼자가 아닐 가능성이 높다. 현대인의 필수품이 된 스마트폰은 끊임없는 주의 분산의 원천이며, 우리는 평균 4~6분마다 스마트폰과 상호작용한다. 이는 알림 기능뿐만 아니라 습관에 의해 주도되는 경우가 많으며, 생산적인 활동에 집중하려는 노력을 방해한다. 이러한 가운데, 영국 과학자들이 최근 발표한 연구 결과는 작업 중 스마트폰을 눈에 띄지 않는 곳에 두는 것이 업무와 관련 없는 스마트폰 사용을 줄이는 데 효과가 별로 없다는 점을 시사해 주목된다. 영국 런던정경대학(London School of Economics) 연구팀은 직장 환경에서 스마트폰을 손이 닿지 않는 곳에 두는 것이 업무 외 활동을 위한 기기 사용에 어떤 영향을 미치는지 조사한 새로운 연구에서 이같은 결과를 얻었다고 신경과학뉴스와 어스닷컴 등 다수 외신이 보도했다.. 이번 연구는 '프론티어스 인 컴퓨터 사이언스(Frontiers in Computer Science)' 저널에 게재됐다. 연구 논문의 저자인 런던정경대학의 연구원 맥시 하이트마이어 박사는 "이번 연구는 스마트폰을 치워두는 것만으로는 업무 방해를 덜 받고 미루는 행동을 줄이고 집중력을 높이는 데 충분하지 않을 수 있다는 것을 보여준다"며, "문제는 기기 자체에 있는 것이 아니라 우리가 기기와 함께 발전시켜 온 습관과 일상에 있다"고 지적했다. 노트북·스마트폰 등 기기 거리와 집중력 실험 연구진은 22명의 참가자를 대상으로 최소 노트북과 휴대폰 등 평소 업무에 사용하는 기기를 지참하고 방음 처리된 개인 연구실에서 이틀 동안 작업을 수행하도록 했다. 참가자들은 알림 설정을 변경하지 않았으며, 연구진은 참가자들이 받는 알림을 전혀 통제하지 않았다. 연구는 참가자와 휴대폰 사이의 거리만 다른 두 가지 설정으로 진행됐다. 첫 번째 설정에서는 휴대폰을 참가자가 작업하는 책상 위에 두었고, 두 번째 설정에서는 휴대폰을 1.5미터 떨어진 별도의 책상 위에 두었다. 제한된 스마트폰 접근성은 스마트폰 사용 감소로 이어졌지만, 참가자들은 대신 노트북으로 관심을 돌렸다. 전체 조건에서 참가자들이 업무 또는 여가 활동에 소비한 시간은 다르지 않았다. 또한 연구 결과는 스마트폰이 주의를 분산시키는 데 선호되는 기기임을 보여주었다. 하이트마이어 박사는 "스마트폰은 사랑하는 사람들과의 연결, 업무, 내비게이션 시스템, 알람 시계, 음악 재생기, 정보원 등 모든 기능을 수행한다. 사람들이 모든 것을 할 수 있는 도구에 의존하는 것은 놀라운 일이 아니다"라고 설명했다. 그는 이어 "뚜렷한 목적이 없더라도 (스마트폰에는) 소셜 미디어가 있고 엔터테인먼트를 제공할 수 있다는 것을 알고 있다"고 덧붙였다. 컴퓨터도 동일한 기능을 수행할 수 있지만, 촉각상 덜 즐겁고 휴대성이 떨어진다는 단점이 있다. 하이트마이어 박사는 "나의 연구에서 기기 중심적인 논쟁을 넘어 담론을 전환하고 싶다"며 "스마트폰 자체가 문제가 아니라 우리가 스마트폰으로 무엇을 하는지, 그리고 솔직히 말해 이러한 습관을 생성하고 강화하는 앱들이 문제"라고 강조했다. 대기업 개발 앱 "주의 분산시키는 의도적인 설계" 하이트마이어 박사는 방해 없이 시간을 최대한 활용하기 위해서는 알림을 특정 시간에 받도록 설정하거나 완전히 음소거하는 등의 방법이 도움이 될 수 있다고 말했다. 사용자가 시간을 더 의식적으로 사용하는 데 도움이 되는 모든 방법이 올바른 방향으로 나아가는 단계라는 것이다. 그러나 그는 이러한 전략에도 불구하고 현실적으로 우리가 곧 스마트폰을 집어 드는 것을 멈추지는 않을 것이라고 경고했다. "잠깐의 휴식이 있을 때마다 사람들은 어떤 시스템을 갖추고 있든 상관없이 휴대폰을 확인한다. 그리고 소셜 미디어는 완전히 다른 문제이다." 하이트마이어 박사는 "우리가 휴대폰을 사용할 때마다 우리 각자는 매일 매우 불평등한 싸움을 벌이고 있다"고 말했다. 그는 "휴대폰 속에서 가장 큰 주의 분산 요소들은 우리가 그 유혹에 저항하지 못하는 것으로 막대한 이익을 얻는 대기업들에 의해 개발되었으며, 이 모든 것은 말 그대로 의도적인 설계"라고 덧붙였다. 하이트마이어 박사는 또한 미래에는 사용자, 특히 젊은 사용자를 보호하는 데 초점을 맞춰야 한다고 말했다. 그는 "이러한 기기는 매우 유용하며 학습과 창의성을 촉진할 수 있지만, 대부분의 성인이 관리하기 어려워하는 비용이 따른다. 따라서 우리는 이 점을 간과할 수 없다"고 강조했다.
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스마트폰 멀리 두면 집중력 높아질까?⋯"습관적 사용이 문제"
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[먹을까? 말까? (95)] 사무실 커피 머신 커피, 심혈관 건강에 악영향 줄 수 있어
- 스웨덴 과학자들의 연구 결과, 사무실 커피 머신에서 추출한 커피가 심혈관 건강에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 있는 것으로 나타났다. 스웨덴 웁살라대학(Uppsala University)과 찰머스공과대학(Chalmers University of Technology) 연구팀이 진행한 연구에 따르면, 사무실 커피 머신으로 추출한 커피에서 LDL 콜레스테롤(저밀도 지단백 콜레스테롤)을 높이는 성분인 '카페스톨(cafestol)'과 '카웨올(kahweol)'이 상대적으로 높은 농도로 검출됐다. 해당 연구에 대해서는 과학 전문매체 사이테크 데일리와 미국 일간지 폭스뉴스가 심층 보도했다. 커피 머신과 추출 방법에 따라 카페스톨과 카웨올과 같은 유해한 디테르펜의 양이 크게 달라질 수 있으며, 커피를 자주 마시는 사람은 자신도 모르게 LDL 콜레스테롤 수치가 높아질 수 있다. 끓인 커피에는 콜레스테롤을 높이는 디테르펜인 카페스톨과 카웨올이 많이 들어 있다는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 반면 종이 필터를 사용하는 드립 필터 커피 메이커는 이들 물질을 매우 효과적으로 제거한다. 연구진은 스웨덴 내 다양한 직장에 설치된 14종의 사무실용 커피 머신에서 추출한 커피와 종이 필터 또는 프렌치 프레스 방식으로 추출한 일반 커피의 성분을 비교 분석했다. 사용된 커피는 5가지 일반 브랜드의 분쇄 커피였다. 그 결과, 일반적인 종이 필터를 사용하는 가정용 드립 방식에 비해 대부분의 사무실 커피 머신이 필터링 성능이 떨어져 LDL 콜레스테롤을 높이는 유해 성분이 다량 검출된 것으로 확인됐다. 머신 종류에 따라 성분 농도 차이 커 이번 연구에서 가장 일반적인 커피 머신 유형인 브루잉 머신은 디테르펜 농도가 가장 높은 커피를 생산했다. 연구진은 페큘레이터 커피, 에스프레소, 프렌치 프레스 커피, 끓인 커피, 패브릭 필터를 통해 부은 끓인 커피를 비교 분석했다. 끓인 커피에는 한 잔당 가장 높은 수준의 디테르펜이 함유되어 있었다. 일부 에스프레소 샘플에도 높은 수치가 포함되어 있었지만, 그 수치는 큰 편차를 보였다. 연구 책임자인 데이비드 이그만(David Iggman) 박사는 "커피 추출 과정에서 필터링이 콜레스테롤 수치를 높이는 물질의 함량을 결정하는 핵심 요소"라며 "모든 커피 머신이 이러한 성분을 제대로 걸러내지는 못했다"고 밝혔다. 특히 머신 종류에 따라 성분 농도 차이가 크게 나타났으며, 같은 머신에서도 시기에 따라 농도 변화가 있었다고 덧붙였다. 연구팀은 커피 머신의 필터 청소 방식도 성분 농도에 영향을 줄 수 있다고 지적했다. 금속 필터를 반복적으로 청소하면 필터의 구멍이 마모되어 유해 성분 제거 능력이 떨어질 수 있다는 설명이다. 필터링 잘 된 '드립 커피'가 최선의 선택 이그먼 박사는 "대부분의 커피 샘플에는 커피를 마신 사람들의 LDL 콜레스테롤 수치와 향후 심혈관 질환 위험에 영향을 미칠 수 있는 수치가 포함되어 있었다. 매일 많은 양의 커피를 섭취하는 사람들에게는 가급적 필터링이 잘된 드립 방식의 커피를 마시는 것이 바람직하다"며 "이번 연구로 인해 커피 섭취 습관과 심혈관 건강과의 연관성에 대한 관심이 높아지기를 기대한다"고 강조했다. 이번 연구는 국제 학술지 '영양, 대사 및 심혈관 질환(Nutrition, Metabolism & Cardiovascular Diseases)'에 게재됐다. ◇ 참고 문헌: 『사무실 커피 머신과 기존 부루잉 방법의 카페스톨(Cafestol) 및 카웨올(kahweol) 농도 비교Cafestol and kahweol concentrations in workplace machine coffee compared with conventional brewing methods』 Erik Orrje, Rikard Fristedt, Fredrik Rosqvist, Rikard Landberg and David Iggman, 2025년 2월 20일, 학술지 "영양, 대사 및 심혈관 질환(Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases)". DOI: 10.1016/j.numecd.2025.103933
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[먹을까? 말까? (95)] 사무실 커피 머신 커피, 심혈관 건강에 악영향 줄 수 있어
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[신소재 신기술(163)] 美 연구진, '인공 태양'으로 그린수소 생산량 2배 높였다
- 미국 연구진이 인공 태양을 활용한 신소재를 개발해 친환경 수소 생산 효율을 두 배 이상 높이는 데 성공했다. 미국 노스캐롤라이나 농공대학(North Carolina Agricultutal and Technical State University) 비슈누 바스타코티((Bishnu Bastakoti) 박사팀은 최근 태양에너지를 활용한 친환경 수소(그린수소)의 생산량을 기존 상용 소재 대비 약 2배 가까이 늘리는 신소재 개발 성과를 발표했다. 해당 연구에 대해서는 과학 전문 매체 인터레스팅 엔지니어링이 지난 26일(현지시간) 보도했다. 미국 에너지정보청(EIA)에 따르면, 2023년 미국의 1차 에너지 생산량 중 석유, 천연가스, 석탄 등 화석연료의 비중은 약 84%에 달했다. 이처럼 높은 화석연료 의존도는 온실가스 배출을 가속화하며 기후변화를 심화시키고 있어, 지속 가능한 대체 에너지원의 개발이 시급한 과제로 떠오른 상태다. 기존의 갈색 수소, 회색 수소, 청색 수소 생산 방식은 모두 온실 가스를 배출하는 반면, 그린 수소는 태양광을 에너지 원으로 사용해 더옥 깨끗한 에너지 생산 방식으로 주목 받고 있다. 바스타코티 박사 연구팀은 태양광 시뮬레이터를 활용해 수소 생산 과정에서 발생하는 빛의 강도 변동성 문제를 극복했다. 팀은 빛에 노출된 물 분자의 에너지 전달과 분리 과정을 정밀하게 측정해 수소 생성량의 일관성과 신뢰성을 확보했다. 연구의 핵심은 철 타이타네이트(iron titanate)를 기반으로 한 신소재로, 연구팀은 이 물질을 벌집 모양(honeycomb)의 구조로 설계하여 효율성을 극대화했다. 특히 다공성 벌집 구조는 넓은 표면적 덕분에 전하와 물질 전달을 최적화할 수 있어 촉매 반응을 크게 개선하는 데 기여했다. 연구팀이 개발한 이 소재는 2~50나노미터(㎚) 크기의 기공을 가진 메조포러스(mesoporus) 범위에 속하며, 기존의 상용 촉매 소재 대비 수소 생상량이 약 2배 가까이 증가한 것으로 나타났다. 바스타코티 박사는 "효율적이고 재상 가능한 에너지원으로 미래 에너지 수요를 충족할 수 있음을 널리 알리는 것이 중요하다"며 "석탄에서 천연가스로 전환했듯이 화석연료에서 그린수소로의 전환이 필요하다"고 강조했다. 연구팀의 이번 성과는 재료과학 및 광촉매 분야의 국제 학술지 '스몰(Small)'에 게재됐다. 또한 최근 네팔에서 열린 '과학자와의 만남(Meet the Scientist)' 컨퍼런스에서도 경제성 측면의 논의와 함께 큰 관심을 받았다.
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[신소재 신기술(163)] 美 연구진, '인공 태양'으로 그린수소 생산량 2배 높였다
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[기후의 역습(128)] 중국 빙하, 지구 온난화로 지난 60년간 26% 감소
- 지구 온난화로 중국의 빙하 면적이 급속도로 감소하고 있다. 중국과학원 산하 연구소에 따르면, 지구 온난화의 영향으로 지난 60년간 중국의 빙하 면적이 26%나 감소했으며, 이 과정에서 7,000개의 작은 빙하가 완전히 사라졌고, 최근 몇 년 동안 빙하 후퇴 현상이 더욱 심화되고 있다고 CNN이 26일(현지시간) 보도했다. 유네스코 보고서에 따르면 전 세계적으로 빙하 소실 속도가 급속하게 빨라지고 있으며, 특히 최근 3년 동안 기록적인 빙하 질량 감소가 발생했다. 이는 중국만의 문제가 아닌 전 지구적인 현상임을 시사한다. 전 세계적인 빙하 소실로 수자원 부족 문제 직면 환경 단체들은 중요한 담수 공급원인 산악 지역의 빙하가 계속 줄어들면서 수자원 경쟁이 심화될 것이라고 경고했다. 또한, 빙하 후퇴는 새로운 유형의 자연재해 위험을 증가시킬 수 있다고 지적했다. 산악 지역(특히 히말라야, 안데스, 알프스 등)의 빙하가 녹을 경우, 단순한 자연 현상을 넘어 환경, 생태계, 인간 사회에 큰 영향을 주는 문제가 발생할 수 있다. 특히 산악 빙하는 '자연 저수지' 역할을 하며 여름철 강과 호수의 수원을 공급한다. 빙하가 줄어들면 장기적으로 강수 의존성이 커지고 가뭄이 증가할 가능성이 높아진다. 예를 들어 히말라야 빙하가 녹으면 인도, 파키스탄, 중국 등 수십억 명의 인구가 직접적인 타격을 입을 수 있다. 또한 빙하가 녹아서 형성된 호수가 커지다 못해 무너지면 거대한 홍수가 발생할 수 있다. 네팔이나, 부탄, 페루 등에서는 실제로 마을이 쓸려나간 사례가 발생하기도 했다. 게다가 식생 지형이 변화하면서 고산 생물종이 멸종할 가능성이 증가한다. 중국의 빙하는 주로 서부와 북부지역, 특히 티베트와 신장, 그리고 쓰촨, 윈난, 간쑤, 칭하이성 등의 지역에 분포하고 있다. 티베트 고원은 오랫동안 많은 양의 얼음이 갇혀 있어서 '세계의 제3극'으로 불린다. 중국과학원 서북생태환경자원연구소 웹사이트에 3월 21일 발표된 자료에 따르면, 2020년 기준 중국의 총 빙하 면적은 약 46,000제곱킬로미터(㎢)이며, 약 69,000개의 빙하가 존재한다. 이는 1960년부터 1980년 사이의 약 59,000제곱킬로미터 면적과 약 46,000개의 빙하 수에 비해 크게 감소한 수치이다. 인공 눈 생성 등으로 빙하 보존 노력 중국은 녹아내리는 빙하를 보존하기 위해 눈 덮개와 인공 눈 생성 시스템과 같은 기술을 활용하여 융해 과정을 늦추려고 노력하고 있다. 북극에서 서남극, 알프스, 남아메리카의 안데스 산맥, 티베트 고원에 이르기까지 전 세계적으로 나타나는 급격한 빙하 소실은 화석 연료 사용으로 인한 기후 변화로 인해 지구 온도가 상승하면서 더욱 가속화될 것으로 예상된다. 유네스코 보고서는 이러한 빙하 감소가 해수면 상승과 수자원 고갈을 야기하면서 전 세계적으로 경제적, 환경적, 사회적 문제를 악화시킬 가능성이 높다고 경고했다. 최근 3년간 빙하 질량 감소 '역대급' 유네스코의 최근 보고서에 따르면 전 세계적으로 빙하가 전례 없는 속도로 사라지고 있으며, 특히 최근 3년간 기록된 빙하 질량 감소는 역사상 가장 큰 규모인 것으로 나타났다. 구체적으로 살펴보면 2020년 이후 연간 전 세계 빙하 손실량은 무려 30년간의 전 세계 물 소비량에 해당하는 엄청난 양이며, 이 기간 동안 빙하 용융은 전 세계 해수면 상승에 18mm나 기여했다. 1975년 이후 전 세계 빙하는 총 9,000기가톤 이상의 질량을 잃었는데, 이는 독일 전체 면적에 두께 25m의 얼음 덩어리를 덮은 것과 같은 엄청난 규모다. 2024년 한 해 동안에만 4,500억 톤의 얼음이 손실되었다는 사실은 그 심각성을 더한다. 최근 5~6년 중 무려 5년 동안이 가장 큰 빙하 손실을 기록했다는 점은 빙하 감소가 일시적인 현상이 아니라 장기적인 추세이며, 그 속도가 점점 빨라지고 있음을 명확하게 보여준다. 이러한 전 세계적인 빙하 감소의 주요 원인은 다름 아닌 화석 연료 연소로 인한 기후 변화이며, 이는 전 세계적인 기온 상승을 유발하여 빙하 용융을 가속화시키는 핵심적인 요인으로 작용한다. 따라서 전 세계적인 빙하 감소는 단순히 특정 지역의 문제가 아니라 지구 전체의 물 순환 시스템과 해수면 변화에 심각한 영향을 미치는 중대한 위협이라고 할 수 있다. 중국 10년간 빙하 감소율 6%에 달해 중국의 지난 10년간 빙하 감소율은 약 6%로, 이는 전 세계적인 빙하 감소 추세와 유사한 경향을 보이며, 특히 최근 몇 년간 가속화되는 추세는 더욱 두드러진다. 이 는 중국의 빙하 감소가 단순히 지역적인 문제가 아니라 전 세계적인 기후 변화의 영향에서 자유로울 수 없음을 시사한다. 전 지구적인 기온 상승이라는 공통적인 원인이 중국과 전 세계 빙하 감소를 동시에 유발하고 있는 것으로 해석할 수 있다. 중국은 세계에서 빙하 면적이 넓은 국가 중 하나이므로, 중국의 빙하 감소는 전 세계적인 해수면 상승 및 수자원 문제에 미치는 영향이 결코 작지 않을 것이다. 유엔 기후 전문가들은 지난 20일 최초로 지정된 '세계 빙하의 날'을 맞이해 빙하가 현재와 같은 속도로 계속 녹아 내린다면, 세계 여러 지역의 빙하가 21세기 내에 소멸될 것이라고 우려했다. 빙하가 줄어들면 지표면 반사율(알베도)이 감소해 더 많은 태양열을 흡수해 기후 변화의 악순환이 끊임없이 되풀이 될 수 있다. 인류가 영원한 얼음의 종말 시대를 겪지 않으려면 세계 각국 정부와 기업이 머리를 맞대고 지구 온난화를 늦추는 대책을 실행하는 것이 시급한 실정이다.
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[기후의 역습(128)] 중국 빙하, 지구 온난화로 지난 60년간 26% 감소
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[퓨처 Eyes(77)] 지구 자전=무한 동력?⋯멈추지 않는 에너지의 비밀
- 지구가 팽이처럼 끊임없이 회전하는 힘, 그 속에 숨겨진 무한한 에너지를 인류가 사용할 수 있을까? 최근 미국의 과학자들이 지구 자기장과 특별한 물질의 '마법' 같은 만남을 통해 극미량이지만 전기를 생성하는 데 성공하며 오랫동안 잊혀졌던 아이디어를 다시금 뜨거운 논쟁의 중심으로 불러왔다. 과연 지구 자전 에너지는 미래를 밝힐 새로운 희망이 될 수 있을까? 미국 프린스턴 대학교의 크리스토퍼 치바를 비롯해 CIT의 제트추진연구소, 스펙트럴 센서 솔루션스(Spectral Sensor Solutions)의 물리학자 3명이 지구 자전 에너지로부터 전기를 생산할 수 있다는 혁신적인 아이디어를 제시하며 과학계의 이목을 집중시키고 있다고 사이언티픽 아메리칸, PHYS.org, 인터레스팅 엔지니어링 등 과학 전문 매체들이 최근 잇따라 보도했다. 이들은 지구 자기장과 특별한 장치의 상호작용을 통해 극미량이지만 실제로 전기가 생성되는 것을 실험적으로 확인하며 오랜 논쟁에 새로운 불씨를 지폈다. 과학 전문 학술지 '피지컬 리뷰 리서치'에 발표된 이 연구 결과는 지구라는 거대한 발전기의 잠재력을 엿볼 수 있게 해준다. 사실 지구의 회전 에너지를 활용하려는 시도는 과거에도 있었지만, 대부분 이론적인 가능성에 머물렀다. 기존의 과학적 이해로는 지구 자기장 내에서 움직이는 도체가 전기를 발생시키더라도 곧바로 전자의 재배열로 인해 전압이 상쇄되어 실제 에너지로 이어질 수 없다는 것이 일반적인 견해였다. 하지만 이번 연구팀은 이러한 기존 이론의 틀을 깨고 새로운 접근 방식을 제시했다. 상쇄되지 않는 미세한 전류, 실험으로 확인 연구팀은 전압 상쇄 현상을 막고 대신 미세한 전압을 포착하기 위해 특별한 장치를 고안했다. 핵심은 망간-아연 페라이트라는 특수한 물질로 만든 원통이었다. 이 물질은 약한 도체이면서 동시에 자기장을 특정한 방식으로 제어하는 역할을 한다. 팀은 이 원통(실린더)을 지구 자전 방향과 지구 자기장에 특정 각도(57도) 기울여 북쪽-남쪽 방향으로 배치했다. 이는 지구의 자전 운동과 지구 자기장에 수직이 되는 각도이다. 다음으로 전압을 측정하기 위해 연구팀은 실린더의 양쪽 끝에 전극을 배치한 다음 광전 효과를 방지하기 위해 불을 껐다. 놀랍게도 연구팀은 실린더 양 끝에서 18마이크로볼트라는 아주 작은 전압이 발생하는 것을 확인했다. 이는 단일 뉴런이 발화할 때 방출되는 전압의 극히 일부에 불과하지만, 다른 외부 요인으로는 설명하기 어려운 지구의 자전에서 나오는 에너지임을 강력하게 시사했다. 연구팀은 실린더 끝 사이의 온도 차이로 인해 발생할 수 있는 전압을 고려했다면서 각도를 변경하거나 제어 실린더를 사용했을때는 그러한 전압이 측정되지 않았다고 설명했다. 이러한 결과에 대해 연구를 이끈 크리스토퍼 치바는 "아이디어 자체는 직관에 어긋나지만, 실험은 매우 신중하게 진행됐다"며 "매우 설득력 있고 놀라운 결과"라고 평가했다. 하지만 모든 과학자가 그의 의견에 동의하는 것은 아니다. 암스테르담 자유대학교의 은퇴한 물리학자 링커 와인하르덴은 이 연구에 대해 여전히 회의적인 입장을 표하며, 자신의 실험에서는 동일한 효과를 발견하지 못했다고 밝혔다. 그는 "치바 등의 이론이 옳을 수 없다고 여전히 확신한다"고 단언하며, 추가적인 검증의 필요성을 강조했다. 지구 자기장과 특수 물질의 절묘한 조화 그렇다면 지구의 자전 에너지가 어떻게 미세한 전류로 바뀔 수 있었을까? 연구팀은 발전소의 원리와 유사하다고 설명했다. 발전소에서는 자기장 속에서 도체가 움직이면 전자가 이동해 전류가 발생한다. 지구도 마찬가지로 자전하면서 지구 자기장의 일부를 통과하는 도체가 있다면 전기가 발생할 수 있다. 하지만 지구 자기장은 비교적 균일하기 때문에 통상적인 도체에서는 전자가 스스로 배열되어 전기적인 힘이 상쇄된다. 그러나 연구팀이 사용한 망간-아연 페라이트 원통은 이러한 균일한 지구 자기장을 특정한 형태로 왜곡시키는 역할을 한다. 복잡한 계산을 통해 연구팀은 이 특수한 물질과 원통형 구조가 지구 자기장을 예상치 못한 형태로 만들어내고, 이로 인해 발생하는 자기적인 힘이 내부의 전기적인 힘으로 상쇄되지 않아 전류가 흐르게 된다는 것을 밝혀냈다. 이는 마치 좁은 길목을 통과하는 물줄기가 압력을 받아 더 강하게 흐르는 것과 비슷한 원리라고 할 수 있다. 넘어야 할 과제와 미래 에너지 혁명의 가능성 이번 연구는 지구 자전이라는 거대한 에너지원을 활용할 수 있는 새로운 가능성을 열었다는 점에서 매우 고무적이다. 하지만 아직 실용적인 에너지원으로 발전하기 위해서는 해결해야 할 과제가 많다. 우선 다른 연구팀의 독립적인 검증이 필수적이다. 링커 와인하르덴의 지적처럼, 다양한 환경과 조건에서 동일한 실험을 반복하여 일관된 결과를 얻어야만 이 현상이 실제로 지구 자전에 의한 것임을 확신할 수 있다. 만약 추가 검증을 통해 이 연구 결과가 확증된다면, 다음 단계는 장치의 규모를 확대하여 실제로 유용한 수준의 에너지를 생산하는 것이다. 크리스토퍼 치바 역시 "우리 방정식은 규모 확대가 어떻게 가능한지 보여주지만, 실제로 그것이 가능하다는 것을 입증하는 것은 완전히 다른 문제"라며 신중한 입장을 보였다. 현재까지 생성된 전압은 매우 미미한 수준이기 때문에, 실생활에 활용하기 위해서는 엄청난 규모의 장치 개발과 효율 증대 노력이 필요할 것이다. 더욱이 이 기술은 지구의 운동 에너지를 사용하는 것이기 때문에, 장기적으로 지구 자전 속도에 아주 미미한 영향을 줄 수 있다는 점도 고려해야 한다. 연구팀의 계산에 따르면, 만약 전 세계의 모든 전력을 이 방식으로 생산한다면 1세기 동안 지구의 자전 속도는 7밀리초 느려질 것으로 예상된다. 이는 달의 인력과 같은 자연 현상에 의한 변화와 비슷한 수준이지만, 지구 자전에 미치는 장기적인 영향에 대한 심층적인 연구가 필요할 것이다. 이번 연구는 아직 초기 단계이지만, 인류가 오랫동안 꿈꿔왔던 무한한 에너지원, 지구 자전 에너지 활용의 작은 씨앗을 뿌렸다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 마치 팽이가 멈추지 않고 돌아가듯, 지구의 자전은 영원히 계속될 것이다. 이 영원한 움직임 속에 숨겨진 에너지를 우리가 현실로 만들 수 있을지는 아직 미지수다. 하지만 이번 연구는 불가능해 보였던 꿈에 한 걸음 더 다가섰음을 보여준다. 앞으로 과학자들의 끊임없는 탐구와 혁신적인 기술 개발을 통해, 지구 자전 에너지가 정말로 우리의 미래를 밝혀줗 새로운 희망이 될 수 있을지 흥미진진한 여정을 함께 지켜보자
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[퓨처 Eyes(77)] 지구 자전=무한 동력?⋯멈추지 않는 에너지의 비밀
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[기후의 역습(127)] 마지막 빙하기 이후 해수면은 얼마나 상승했을까?
- 지구 온난화로 극지방 빙하가 녹아내려 해수면 상승 경고가 이어지는 가운데, 과학자들이 마지막 빙하기 이후 해수면이 얼마나 상승했을지 주목하고 있다. 지층에 새겨진 과거의 기록을 바탕으로 현재와 미래를 대비할 수 있기 때문이다. 끊임없이 변화하는 지구의 역동적인 힘은 수천년에 걸쳐 격렬하고 점진적인 방식으로 지각 변동, 균열, 재형성을 반복해왔다. 빙하는 사라지고 나타났으며, 해수면 상승과 저하는 육지를 삼켰다가 다시 드러내기를 반복했다. 이러한 과정 속에서 해수면은 상승과 하락을 거듭하며 해안선을 형성하고 때로는 광대한 영역을 수몰시키며 지층 속에 고유의 기록을 남겼다. 네덜란드 공동 연구팀은 최근 국제 학술지 '네이처'를 통해 약 1만 1700년 전 홀로세 초기 해수면 상승에 대한 드물고 상세한 분석 결과를 제시했다. 네덜란드 선박을 위한 광학 시스템 델테어즈(Deltares), 위트레흐트 대학교(Utrecht University), 네덜란드 왕립 해양 연구소(NIOZ)의 연구진이 주도한 이 연구는 과거 빙상의 놀라운 융해 속도를 밝히고, 현대 기후 위기와 섬뜩한 유사점을 제시하고 있다. 해당 연구에 대해서는 어스 닷컴이 보도했다. 북해, 해수면 상승으로 육지 수몰 한때 북해는 바다가 아닌 광활하고 거주 가능한 땅이었다. 그곳에는 강, 숲, 초기 인류 정착지가 있었다. 현재 북해 해저에 잠겨 퇴적층 속에 보존된 도거랜드(Doggerland)는 과거 해수면 상승으로 인해 수몰된 것으로 알려져 왔으나, 정확히 얼마나 빠른 속도로, 해수면이 얼마나 많이 상승했는지는 불확실했다. 연구팀은 해저에서 채취한 고대 이탄층과 시추공 샘플을 분석하여 놀라운 정밀도로 해수면 변화를 재구성했다. 연구 결과에 따르면 해수면은 꾸준히 상승한 것이 아니라, 특히 두 차례의 급격한 상승을 통해 극적인 방식으로 지형을 변화시켰다. 끊임없이 변화하는 지구 마지막 빙하기의 종말은 전 지구적 변화를 촉발했다. 기온이 상승하면서 북미와 유럽을 덮었던 거대한 빙하가 녹기 시작했다. 이 융해수는 일부는 천천히 바다로 흘러들어갔지만, 때로는 막대한 양이 한꺼번에 방출되기도 했다. 이번 연구에서는 약 1만300년과 8300년에 두 차례의 주요 급격한 해수면 상승이 있었음을 확인했다. 이 기간 동안 해수면은 100년 당 1m가 넘는 속도로 상승했는데, 이는 미래 최악의 시나리오 예측과 유사한 수준이다. 해수면의 이러한 급격한 상승의 한 가지 원인은 북미의 거대한 빙하호였던 아가사-오자브웨이 호수의 갑작스런 방류 사건이었다. 빙하 댐이 붕괴되면서 엄청난 양의 담수가 바다로 쏟어져 들어갔다. 이는 역사상 가장 빠른 해수면 상승 중 하나로 기록됐다. 이는 해안선을 재편하고, 정착지를 수몰시키며, 정착민이 다른 지역으로 이주할 수 밖에 없는 상황을 만들었다. 고대 해수면 상승 지도 작성 고대 해수면을 재구성하는 것은 쉬운 일이 아니다. 연구팀은 북해에서 88개의 해수면 데이터 포인트를 수집하고, 빙상 무게 감소 후 지반이 천천히 융기하는 현상인 빙하성 동위 평형 조정 효과를 제거했다. 그 결과 얼마나 많은 물이 바다로 흘러들어갔고, 얼마나 빠르게 이 과정이 진행되었는지에 대한 훨씬 더 명확한 그림을 얻을 수 있었다. 1만1000년전부터 3000년 전 사이의 해수면 상승에 대한 이전 추정치는 32m에서 55m사이였다. 이번 연구는 이전 추정치를 수정해 총 상승폭을 38m로 좁혔다. 이 업데이트된 수치는 지구 기후 시스템이 급격한 온난화에 어떻게 반응하는지에 대한 중요한 통찰력을 제공한다. 또 하나의 중요한 발견은 해수가 따뜻해지면서 팽창하는 열팽창 효과의 역할이었다. 지배적인 요인은 아니었지만, 이 과정은 여전히 전체 해수면 상승에 기여한다. 도거랜드, 수중 유적지로 변모 도거랜드는 불과 수천 년 만에 정착민이 번성했던 환경에서 수중 유적으로 변모했다. 숲은 사라지고, 강은 바다와 합쳐졌다. 전체 공동체가 파괴되거나 이주했다. 홀로세 초기 해수면 상승의 최고 속도는 연간 거의 9mm에 달했는데, 이는 현대 기후 예측을 주시하는 사람들에게 우려스러운 수치이다. 그린란드와 남극 대륙의 빙상은 이미 빠른 속도로 녹고 있다. 해수면은 상승하고 있으며, 과거 급격한 변화를 일으켰던 조건들이 또다시 나타나고 있다. 해수면 상승에 대한 과거로부터의 경고 델테어즈의 지질학자이자 이 연구의 주 저자인 마르크 히즈마 박사는 이번 연구 결과의 중요성에 대해 "이번 획기적인 연구를 통해 우리는 마지막 빙하기 이후 해수면 상승에 대한 더 나은 이해를 향한 중요한 발걸음을 내딛었다"고 말했다. 그는 "북해 지역의 상세한 데이터를 활용함으로써 우리는 빙상, 기후, 해수면 사이의 복잡한 상호 작용을 더 잘 풀어나갈 수 있다. 이는 과학자와 정책 입안자 모두에게 통찰력을 제공하여 현재 기후 변화의 영향에 더 잘 대비할 수 있도록 돕는다"고 덧붙였다. 기후 변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)는 현재 추세가 지속된다면 2300년까지 해수면이 수 미터 상승할 수 있다고 경고했다. 일부 예측에서는 100년당 1m 이상 상승할 수 있다고 제시하는데, 이는 마지막 빙하기 이후 고대 세계가 경험했던 수준과 비슷하다. 고대 세계와의 가장 큰 차이점은 오늘날의 해안선에는 도시, 산업 시설, 그리고 수십억 명의 사람들이 거주하고 있다는 것이다. 그로 인한 위험 부담은 훨씬 더 크다. 도거랜드가 주는 교훈 현대 위성은 놀라운 정확도로 해수면 상승을 추적할 수 있다. 그러나 우리의 모든 기술에도 불구하고 지구 자체에 저장된 심층적인 기록을 대체할 수는 없다. 해저에는 인간의 기록 보관소와는 비교할 수 없는 기억, 즉 기후, 빙하, 물에 대한 오랜 역사가 담겨 있다. 도거랜드에서 얻은 데이터는 단순한 숫자와 그래프 그 이상이다. 더 이상 존재하지 않는 세계로부터의 메시지이다. 그것은 빙하가 너무 빨리 녹고, 해수면 상승이 통제되지 않고, 지구가 방해물을 거의 고려하지 않고 스스로를 재형성할 때 어떤 일이 일어나는지를 알려준다. 이 연구는 과거에 대한 것일 뿐만 아니라, 우리의 미래를 엿볼 수 있는 기회를 제공한다. 과거에 일어났던 일은 다시 일어날 수 있다. 유일한 차이점은 우리가 그 메시지에 귀를 기울일 것인지 여부이다.
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[기후의 역습(127)] 마지막 빙하기 이후 해수면은 얼마나 상승했을까?
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[우주의 속삭임(106)] 초기 우주에서 풍부한 산소 발견, 천문학계 '경악'
- 우주 탄생 후 불과 3억 년이라는 이른 시기에 형성된 것으로 추정되는 한 은하에서 기존 학설로는 설명하기 어려운 다량의 산소가 발견돼 천문학계가 놀라움을 금치 못하고 있다. 최근 관측된 JADES-GS-z14-0 은하는 수소와 헬륨보다 무거운 원소들이 초기 우주에는 극히 드물었을 것이라는 과학계의 통념을 뒤엎는 산소 풍부도를 나타냈다고 과학전문 매체 사시언스얼럿과 CNN 등이 20일(현지시간) 보도했다. 이는 초기 우주가 기존 예상보다 훨씬 빠르게 성숙했을 가능성을 시사하는 또 다른 강력한 증거로 제시되고 있다. 네덜란드 라이덴 천문대의 우주론 학자인 산더르 스하우스는 이번 발견에 대해 "마치 갓난아기들만 있을 것으로 예상되는 곳에서 청소년을 발견한 것과 같다"며 감격했다. 그는 "이번 결과는 해당 은하가 매우 빠르게 형성되었을 뿐만 아니라 빠르게 성숙하고 있다는 것을 보여주며, 은하 형성이 예상보다 훨씬 빠르게 진행된다는 증거가 점점 늘어나고 있음을 뒷받침한다"고 덧붙였다. JADES-GS-z14-0 은하의 존재 자체도 기존 우주론 모델에는 이미 상당한 문제였다. 은하가 탐지될 만큼 거대하고 밝아지기 위해서는 상당한 시간이 필요하다고 여겨졌기 때문이다. 134억 광년이 넘는 거리에서 관측될 수 있을 정도의 크기와 밝기는 기존 이론으로는 쉽게 설명하기 어려웠다. 수소와 헬륨보다 무거운 원소들의 형성에 시간이 걸린다는 점 또한 이번 발견의 중요성을 더한다. 빅뱅 직후 우주에는 수소와 헬륨만이 존재했으며, 밀도 차이로 인해 최초의 별들이 탄생했다. 별의 중심핵에서 수소 원자들이 융합하여 점차 무거운 원소들이 만들어지는 과정을 거쳐야 산소가 존재할 수 있게 된다. 특히, 이렇게 생성된 원소들이 우주 공간으로 퍼져나가기 위해서는 별이 수명을 다하고 초신성 폭발을 일으켜야 한다. 이는 비교적 짧은 시간 안에 일어날 수 있지만, 가장 무거운 별의 수명도 1천만 년 이하일 수 있다. 하지만 칠레 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 전파망원경(ALMA)을 이용한 관측 결과, JADES-GS-z14-0 은하에서 검출된 수소와 헬륨보다 무거운 원소의 양은 예측치의 10배나 되는 것으로 나타났다. 이는 원소 생성 속도 또한 기존 예상을 훨씬 뛰어넘는다는 것을 의미한다. 이탈리아 고등사범학교의 천체물리학자인 스테파노 카르니아니는 "예상치 못한 결과에 매우 놀랐으며, 이는 초기 은하 진화의 새로운 관점을 열어주었다"고 말했다. 그는 "갓 태어난 우주에서 이미 성숙한 은하의 증거는 은하가 언제 그리고 어떻게 형성되었는지에 대한 의문을 제기한다"고 강조했다. 우주가 팽창함에 따라 멀리 떨어진 은하에서 방출된 빛은 도플러 효과로 인해 붉은 파장으로 늘어난다. 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 이러한 적색편이된 천체를 탐지하는 데 최적화된 가장 강력한 적외선 우주 망원경이다. JWST 발사 이후 천문학자들은 빅뱅 후 첫 10억 년 동안 초기 우주에서 예상보다 훨씬 큰 은하들을 다수 발견했으며, 이는 초기 우주 진화에 대한 기존의 그림과는 매우 다른 새로운 관점을 제시하고 있다. JADES-GS-z14-0 은하에서의 산소 발견은 초기 우주에서 은하들이 기존 예상보다 훨씬 빠르게 성장하고 진화했다는 것을 점점 더 강력하게 시사하는 또 다른 중요한 단서가 될 것으로 보인다. 이제 과학자들은 이러한 빠른 성장이 우주론적 시간표를 어떻게 변화시키는지, 그리고 초기 우주에 대한 기존의 다른 가설들을 어떻게 재검토해야 할지에 대한 연구를 진행할 예정이다. 이번 연구 결과는 『천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)』과 『천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)』 저널에 게재될 예정이며, 사전 공개 사이트인 arXiv를 통해 확인할 수 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(106)] 초기 우주에서 풍부한 산소 발견, 천문학계 '경악'
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[기후의 역습(126)] 영원한 얼음의 종말, 금세기 내 다수 빙하 소멸 위기⋯기후 과학자 경고
- 유엔 기후 전문가들 만약 현재와 같은 속도로 빙하가 계속 녹는다면, 다수 지역의 빙하가 21세기 내에 소멸될 것이라고 경고했다. 이는 하류 지역에 거주하는 수억 명의 생계를 위협할 수 있는 심각한 문제로 지적된다. 유엔은 20일(현지시간) 최초로 지정된 '세계 빙하의 날'을 맞아 이 같은 우려를 표명했다. 그린란드와 남극 대륙의 빙상과 함께 빙하는 전 세계 담수 자원의 약 70%를 저장하고 있다. 안정적인 기후에서는 크기가 거의 변하지 않는 빙하는 기후 변화의 명확한 지표로 여겨진다. 그러나 세계기상기구(WMO)의 술라그나 미쉬라 과학 담당관은 "인간 활동으로 인한 기후 변화로 인해 기온 상승과 지구 온난화가 심화되면서 빙하가 전례 없는 속도로 녹고 있다"고 밝혔다. 빙하 용융, 수억 명의 생계 위협 지난해 스칸디나비아, 노르웨이령 스발바르 제도, 북아시아 지역의 빙하는 기록상 가장 큰 연간 총 질량 감소를 겪었다. 취리히 대학교 산하 유엔 협력 기관인 세계빙하감시서비스(WGMS)에 따르면, 빙하학자들은 매년 빙하에 쌓이는 눈의 양과 녹는 양을 측정하여 빙하의 상태를 판단한다. 미쉬라 담당관은 서부 히말라야 산맥에 위치하며 아프가니스탄에서 파키스탄까지 800km에 걸쳐 뻗어 있는 힌두쿠시 산맥에서 1억 2000만 명 이상의 농부들의 생계가 빙하 소실로 인해 위협받고 있다고 설명했다. 그녀는 또한 이 산맥이 막대한 수자원을 보유하고 있어 '제3의 극지'라고 불린다고 덧붙였다. '되돌릴 수 없는' 후퇴 이처럼 막대한 담수 자원에도 불구하고, 미래 세대를 위해 이를 보존하는 것이 이미 늦었을 수 있다는 우려가 제기된다. WMO에 따르면, 지난 6년 중 5년 동안 기록상 가장 빠른 속도로 거대한 다년생 얼음 덩어리가 사라지고 있다. 특히 2022년부터 2024년까지 3년간의 빙하 손실량은 사상 최대치를 기록했다. 미쉬라 담당관은 "우리는 빙하에서 전례 없는 변화를 목격하고 있으며, 많은 경우 이는 되돌릴 수 없을 수도 있다"고 경고했다. 독일 크기의 얼음 손실 WGMS는 그린란드와 남극 대륙의 빙상을 제외한 빙하가 1975년 이후 9조 톤 이상의 질량을 잃었다고 추정했다. WGMS의 미하엘 쳄프 국장은 "이는 두께 25미터의 독일 크기의 거대한 얼음 덩어리에 해당한다"고 말했다. 그는 또한 새로운 국제 빙하 질량 변화 연구 결과를 강조하며, 2000년 이후 매년 평균 2,730억 톤의 얼음이 사라졌다고 덧붙였다. 쳄프 국장은 "이를 이해하기 쉽게 설명하자면, 매년 사라지는 2,730억 톤의 얼음은 전 세계 인구가 30년 동안 사용하는 물의 양과 거의 같다"고 설명했다. 중부 유럽에서는 이미 남아있는 빙하의 거의 40%가 녹았다. 이러한 추세가 지속된다면 "알프스에서는 금세기 내에 빙하가 소멸될 것"이라고 그는 경고했다. WMO의 미쉬라 담당관 역시 이러한 우려에 동의하며, "만약 온실가스 배출량 감축이 이루어지지 않고 현재와 같은 속도로 기온이 상승한다면, 2100년 말에는 유럽, 동아프리카, 인도네시아 등지의 소규모 빙하의 80%가 사라질 것"이라고 전망했다. 대규모 홍수의 촉발 요인 빙하 용융은 경제, 생태계, 그리고 지역 사회에 즉각적이고 광범위한 영향을 미친다. 세계빙하감시서비스의 최신 자료에 따르면, 해수면 상승의 25~30%는 빙하 용융에서 비롯된다. 빙하가 녹아 해수면이 매년 약 1mm씩 상승하는 것은 미미하게 보일 수 있지만, 매 1mm가 상승할 때마다 매년 20만에서 30만 명을 추가로 침수시킬 수 있다. 빙하학자인 쳄프 국장은 "작은 수치이지만, 그 영향은 엄청나다"고 강조했다. 전 인류에게 영향을 미치는 문제 WMO의 미쉬라 담당관은 홍수가 사람들의 생계를 위협하고 이주를 강요할 수 있다고 지적했다. 그녀는 "실제로 얼마나 많은 사람들이 영향을 받는지 묻는다면, 이는 정말로 모든 사람에게 해당된다"고 강조했다. 다자간 협력의 관점에서 미쉬라 담당관은 "인식을 제고하고 정책을 변경하며, 이러한 새로운 변화에 대한 완화 및 적응을 돕는 정책 프레임워크와 연구를 구축하기 위해 자원을 동원해야 할 시점"이라고 역설했다. 세계 빙하의 중요성을 되새기는 날 3월 21일 '세계 빙하의 날'은 기후 시스템에서 얼어붙은 눈과 거대한 얼음 강이 수행하는 중요한 역할을 알리는 것을 목표로 한다. 또한 이 날은 '세계 물의 날'이기도 하다. 2025년 국제 빙하 보존의 해의 주요 행사 중 하나인 이날을 기념하기 위해, 글로벌 리더, 정책 입안자, 과학자, 시민 사회 대표자들이 뉴욕 유엔 본부에 모여 빙하의 중요성을 강조하고 빙하에 영향을 미치는 동결 및 용융과 같은 빙권 과정에 대한 전 세계적인 감시를 강화할 예정이다. 취리히 대학교에서 빙하학을 가르치기도 하는 WGMS의 쳄프 국장은 이미 빙하가 없는 세상을 준비하고 있다. 그는 유엔 뉴스와의 인터뷰에서 "내 아이들을 생각하면, 나는 아마도 빙하가 없는 세상에 살게 될 것이다. 이는 매우 놀라 일이다"라고 말했다. 그는 또한 "아이들과 함께 그곳에 가서 직접 보는 것을 강력히 추천한다. 현재 일어나고 있는 극적인 변화를 목격하고, 우리가 다음 세대에 큰 짐을 지우고 있다는 것을 깨닫게 될 것이다"라고 덧붙였다. 美 '사우스 캐스케이드 빙하', 올해의 빙하 선정 2025년 올해의 빙하는 미국 워싱턴 주에 있는 사우스 캐스케이드 빙하로 선정됐다. 1952년부터 지속적으로 관측되어 온 이 빙하는 서반구에서 가장 길고 중단 없는 빙하 질량 수지 기록 중 하나를 제공한다. 미국 지질조사국의 케이틀린 플로렌틴은 "사우스 캐스케이드 빙하는 빙하의 아름다움과 60년 이상 동안 빙하 질량 변화를 정량화하기 위해 직접 현장 데이터를 수집해 온 헌신적인 과학자 및 자원봉사자들의 장기적인 노력을 모두 보여주는 사례"라고 평가했다.
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[기후의 역습(126)] 영원한 얼음의 종말, 금세기 내 다수 빙하 소멸 위기⋯기후 과학자 경고
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미국, 석탄재에서 84억달러 상당 희토류 금속 발견⋯수입 의존도 감소 기대
- 미국내 석탄 매립지에서 84억달러(약 12조 1296억원) 상당의 희토류가 매장되어 있다는 연구 결과가 발표돼 주목받고 있다. 텍사스대학교 오스틴 연구팀은 미국내 석탄재에 약 1100만톤(t)의 희토류 원소가 포함된 것으로 추정된다고 밝혔다. 해당 연구에 대해서는 과학 전문매체 사이테크데일이, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 17일(현지시간) 보도했다. 희토류 원소는 원자번호 57에서 71까지 15개 원소에 스칸듐과 이트륨을 더한 17개 원소를 통틀어 이르는 것으로, 스마트폰부터 신재생 에너지 기술에 이르기까지 광범위하게 사용되는 핵심 소재다. 사이테크데일리에 따르면 현재 미국은 희토류 공급을 거의 전적으로 수입에 의존하고 있으며, 그 중 약 75%가 중국에서 공급된다. 이러한 의존도는 글로벌 공급망의 복잡성과 지정학적 긴장으로 인해 우려를 불러일으키고 있다. 이번 연구 결과는 이러한 상황에서 추가채굴을 하지 않고도 미국내에 막대한 양의 희토류가 존재한다는 사실을 새롭게 밝혀낸 것으로, 수입 의존도를 낮추고 핵심 광물 조달 전략에 변화를 가져올 것으로 전망된다. 쓰레기에서 보물로⋯석탄재의 재발견 석탄 연소후 발생하는 분말 형태의 부산물인 석탄재는 오랫동안 산업 폐기물로 여겨져 왔다. 그러나 과학자들은 최근 석탄재가 풍부하고 접근 가능한 희토류 공급원임을 확인했다. 희토류는 배터리, 태양광 패널, 고성능 자석 제조에 필수적인 원소다. 이번 연구의 공동 저자인 텍사스 오스틴 대학 경제지질국 브리짓 스캔런 연구 교수는 "이번 발견은 '쓰레기에서 보물로'라는 격언을 실제로 보여주는 사례"라며 "폐기물을 활용해 자원을 회수하고 동시에 환경 영향도 줄이는 순환 경제를 구축하고자 한다"고 말했다. 매장량의 8배⋯글로벌 공급망 영향 주목 연구팀은 미국 석탄재에 함유된 희토류가 약 1,100만 톤에 달하는 것으로 추정했다. 이는 현재까지 알려진 미국 내 희토류 매장량의 약 8배에 해당하는 규모다. 석탄재를 자원으로 평가한 최초의 전국적인 분석이라는 점에서, 이번 연구는 미국의 핵심 광물 공급망 강화에 새로운 가능성을 제시한다. 특히 석탄재 추출 방식은 기존 광업 방식과 달리 에너지 집약적인 정제 과정의 필요성을 줄여준다. 석탄 연소 과정에서 이미 광물과 모암이 분리되었기 때문이다. 공동저자인 와이오밍 대학의 데이빈 배그도나스 연구원은 "전국적으로 엄청난 양의 석탄재가 존재하며, 광물 추출의 초기 단계가 이미 완료된 상태"라고 설명했다. 연구팀은 1985년부터 2021년까지 생산된 석탄재의 약 70%, 약 1873만톤이 잠재적으로 회수가능한 것으로 추산했다. 지역별 함량 차이⋯경제성 분석 필요 연구 결과에 따르면 석탄재 내 희토류 함량은 지역별로 차이를 보인다. 애팔래치아 분지의 석탄재는 킬로그램당 평균 431밀리그램(으로 가장 높은 농도를 나타냈으나, 회수 가능성은 30%에 불과했다. 반면 파우더 리버 분지의 석탄재는 농도가 상대적으로 낮은 킬로그램당 264밀리그램이지만, 회수율은 70%로 높아 대규모 회수에 더 유리한 것으로 분석됐다. 스캔런 교수는 "이러한 지역별 차이는 경제적으로 가장 실현 가능한 매장지를 결정하는 데 중요한 요소"라며 "이러한 광범위한 분석은 이전에는 이루어진 적이 없으며, 향후 연구의 기반을 제공할 것"이라고 강조했다. 잠재력을 현실로⋯기술 개발 및 투자 필요 이번 발견은 매우 고무적이지만, 이를 현실적인 해결책으로 만들기 위해서는 과제가 남아있다. 엘리먼트 USA(Element USA)와 같은 기업들은 석탄재 및 광산 부산물에서 희토류를 추출하는 데 필요한 기술과 인력 개발에 힘쓰고 있다. Element USA의 최고 전략 책임자인 크리스 영은 "광산 부산물에서 희토류를 얻는다는 아이디어는 매우 합리적"이라면서도 "이러한 상식을 경제적인 해결책으로 전환하는 것이 과제"라고 말했다. 미국은 자국내 희토류 회수 분야에 대한 투자를 확대하면서 큰 기회를 맞이하고 있다. 이처럼 간과되었던 자원을 활용함으로써, 미국은 해외 공급원에 대한 의존도를 줄이고 폐기물을 전략적인 국가 자산으로 전환할 수 있을 것으로 기대된다. ◇ 참고 문헌: Robert C. Reedy, Bridget R. Scanlon, Davin A. Bagdonas, James C. Hower, Dennis James, J. Richard Kyle, Kristine Uhlman의 "미국의 석탄재 자원과 희토류 원소 생산 잠재력", 2024년 9월 17일, International Journal of Coal Science & Technology . DOI: 10.1007/s40789-024-00710-z
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미국, 석탄재에서 84억달러 상당 희토류 금속 발견⋯수입 의존도 감소 기대
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[신소재 신기술(161)] 나노겔, 요로 감염 퇴치 위한 혁신적인 기술 개발
- 과학자들이 나노겔(nanogel)을 사용해 항생제를 감염된 방광세포에 직접 전달함으로써 완치가 어려운 재발성 요로 감염(UTI)을 퇴치할 수 있는 혁신적인 방법을 찾아냈다. 미국 콜로라도대학교 안슈츠 메디컬 캠퍼스(Anschutz Medical Campus)의 연구진이 요로 감염(UTI) 치료를 위해 항생제를 보다 효과적으로 전달하는 새로운 방법을 개발했다고 사이테크데일리가 16일(현지시간) 보도했다. 이들의 연구는 나노겔과 특수 펩타이드(작은 단백질)를 결합하여 항생제인 겐타마이신을 유해 세균이 숨어 있는 방광 세포 내로 직접 운반하는 방식이다. 국제 학술지 '나노메디슨(Nanomedicine)'에 게재된 이번 연구 결과에 따르면, 이 방법은 동물 모델에서 매우 효과적으로 나타나 방광 내 세균을 90% 이상 제거하는 것으로 확인됐다. 논문의 수석 저자인 콜로라도대학교 의과대학 면역학 및 미생물학과 부교수인 마이클 슈어 박사는 "이번 연구를 통해 이 기술이 실현 가능할 뿐만 아니라 향후 임상적으로 매우 효과적일 수 있으며, 궁극적으로 재발성 감염의 완치를 향해 나아갈 수 있음을 입증했다"고 말했다. 연구진은 나노겔이 기존의 항생제 전달 방식에 비해 감염된 세포 내로 약 36% 더 많은 겐타마이신을 전달할 수 있다는 사실을 발견했다. 또한 이 기술은 건강한 세포에 최소한의 손상만을 일으켜 안전성이 높은 것으로 나타났다. 더욱 빠르고 정밀한 약물 전달 연구진은 또한 나노겔이 약물을 신속하게 방출하여 방광 내 세균을 더욱 빠르고 효율적으로 사멸시킨다는 사실을 확인했다. 논문의 공동 저자인 콜로라도대학교 치과대학 두개안면생물학과 부교수이자 고분자 기반 생체 재료 개발을 연구하는 데바타 나이어 박사는 "우리는 이 새로운 접근 방식이 약물을 감염된 세포에 직접 전달함으로써 감염을 정확하게 표적화하고 제거하여 더욱 효과적인 치료법을 제공할 수 있다고 믿는다. 이 방법은 부작용을 최소화하고 항생제 내성 위험을 줄인다. 반면, 현재의 항생제는 효과를 보기 위해 장기간 또는 반복적인 치료가 필요할 수 있으며, 이는 내성을 유발하고 특히 신장과 같은 기관에 해로운 부작용을 일으킬 수 있다"고 설명했다. 요로 감염 넘어 더 넓은 의학적 잠재력 연구진은 이 나노겔 기반 약물 전달 방법이 요로 감염 외에도 더 넓은 범위의 의학 분야에 적용될 수 있다고 밝혔다. 예를 들어, 나노겔을 이용한 치료법 투여 개념은 치주 질환 치료의 잠재적인 접근 방식으로 콜로라도대학교 치과대학에서 처음 고안됐다. 이번 연구는 콜로라도대학교 안슈츠 메디컬 캠퍼스 내 여러 단과대학의 전문가들이 협력하여 진행됐다. 나노겔은 치과대학 나이어 박사의 고분자 연구실에서 개발되었으며, 펩타이드는 콜로라도대학교 Skaggs 약학 및 제약과학대학의 드미트리 심버그 박사 연구실에서 연구되고 특성이 분석됐다. 나노겔(Nanogel)은 나노미터(1~100nm) 크기의 입자로 이루어진 하이드로겔(hydrogel)이다. 즉, 물 분자를 포함하는 3차원 가교망 구조를 가진 나노 크기의 젤을 의미한다. 나노겔은 고분자로 이루어져 있으며, 주로 의료, 약물 전달, 화장품, 바이오센서, 환경 정화 등의 다양한 분야에서 활용된다. 논문의 주 저자인 움베르토 에스코베도 박사는 고분자 화학, 약리학, 미생물학, 비뇨부인과학을 융합하여 표적 약물 전달 시스템을 개발했다. 임상의사이자 비뇨부인과 전문의인 마샤 K. 게스 박사는 슈어 박사 연구실과 협력하여 이 접근 방식을 인간에게 적용할 가능성을 극대화하는 방식으로 개발하고 테스트했다. 감염 치료의 미래 슈어 박사는 "이는 의약품 전달 분야의 흥미로운 발전이며 많은 사람들의 삶의 질을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 요로 감염은 흔하고 비용이 많이 들 뿐만 아니라 쇠약하게 만들고 고통받는 사람들의 삶의 질을 심각하게 저하시킨다. 더욱 효과적이고 지속적인 치료법 개발을 위한 연구 발전은 전반적인 건강과 웰빙을 향상시키는 데 중요한 단계"라고 강조했다. 나노겔은 차세대 스마트 약물 전달 시스템 및 맞춤형 치료 기술에서 중요한 역할을 하며, 특히 암 치료, 백신 전달, 유전자 치료 분야에서 주목받고 있다. 또한 친환경 소재로서 환경오염 문제 해결에도 기여할 것으로 기대된다. ◇ 참고 문헌: Humberto D. Escobedo, Nicholas Zawadzki, James K.A. Till, Andres Vazquez-Torres, Guankui Wang, Dmitri Simberg, David J. Orlicky, Joshua Johnson, Marsha K. Guess, Devatha P. Nair and Michael J. Schurr, 2025년 2월 28일, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. DOI: 10.1016/j.nano.2025.102812
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[신소재 신기술(161)] 나노겔, 요로 감염 퇴치 위한 혁신적인 기술 개발
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트럼프 행정부, 환경 오염 규제 12건 이상 '도끼질'⋯규제 철폐 속도전
- 트럼프 행정부가 12일(현지 시간), 차량 및 발전소 오염 규제를 포함한 주요 기후변화 정책들을 대거 철회하겠다는 방침을 발표하며 미국의 청정 대기, 깨끗한 물, 기후변화 대응 노력에 심각한 타격을 가할 것으로 전망된다. 이번 규제 완화 조치는 도널드 트럼프 대통령이 적극적으로 육성하겠다고 공언해 온 제조업을 포함한 주요 산업계에 불확실성을 더욱 증폭시킬 것으로 예상된다고 CNN이 이날 전했다. 이날 행정부는 불과 2시간여 만에 31건에 달하는 규제 철회 및 정책 변경을 속도전처럼 발표했으며, 보도자료에는 내용 미비나 오탈자가 발견되기도 하는 등 졸속 추진 논란마저 일고 있다. 환경보호국(EPA)은 청정 에너지로의 전환을 유도했던 발전소 및 자동차 제조업체 대상 규제를 폐지할 것이라고 밝혔다. 더불어, 매연, 수은, 석탄재 오염 규제, 풍하 지역 대기 오염을 규제하는 '선한 이웃 규칙(good neighbor rule)' 또한 철회하고, 환경 정의 및 다양성 감독 프로그램도 폐지할 예정이다. 특히, 트럼프 행정부의 EPA는 기후 오염의 위험성에 대한 과학적 근거를 재검토하여 폐기하려는 움직임을 보이고 있어 논란이 더욱 커지고 있다. 이는 연방 정부의 기후변화 규제 근거를 무력화하는 것으로, 지구 온난화를 유발하는 오염 물질 관리 권한을 EPA로부터 박탈하는 결과를 초래할 수 있다는 우려가 제기된다. 미국 과학자단체 '우려하는 과학자 연맹(Union of Concerned Scientists)'은 트럼프 행정부의 이번 조치가 사익을 위해 국민 건강을 희생시키는 행위라고 비판했다. 레이첼 클리터스 선임 정책 국장은 성명을 통해 "이번 규제 철폐는 미국을 병들게 하고, 대기, 물, 토양을 위험 수준으로 오염시킬 것"이라며, "트럼프 행정부는 EPA의 임무를 공중 보건 및 환경 보호에서 오염 유발 기업과 억만장자들의 이익 증진으로 변질시키려 한다"고 강도 높게 비난했다. 클리터스 국장은 대기 및 수질 오염으로 고통받는 사람들에게 "끔찍한 날"이라고 개탄했다. 트럼프 행정부 관계자들은 이번 주 휴스턴에서 열린 주요 에너지 컨퍼런스에서 기후 과학에 대한 의문을 제기하며, 바이든 행정부의 주요 기후변화 규제들을 '분쇄기(shredder)'에 넣겠다는 의지를 분명히 했다. 크리스 라이트 에너지부 장관은 지난 10일 CERAWeek 컨퍼런스에서 "트럼프 행정부는 국민들에게 끝없는 희생을 강요했던 바이든 행정부의 비합리적이고 사이비 종교적인 기후변화 정책을 종식시킬 것"이라고 말했다. 그는 이어 트럼프 행정부는 "기후변화를 현대 세계 건설의 부작용인 지구적 물리 현상 그 자체로 다룰 것"이라고 덧붙였다. 트럼프 행정부의 EPA는 바이든 행정부의 규정을 철폐하고 새로운 규정을 제정하기 위해 수개월에 걸친 규제 절차를 거쳐야 하며, 이번 발표는 그 과정의 시작을 알리는 신호탄이다. 기후변화 및 환경 단체들은 EPA의 잇따른 조치에 격렬하게 반발하며 법적 대응을 예고했다. 제이슨 릴랜더 생물다양성센터 기후법률연구소 법률 국장은 "트럼프 행정부의 무지는 지구에 대한 악의로만 능가될 뿐"이라며, "지옥과 고난, 맹렬한 화재와 치명적인 폭염이 닥쳐와도 트럼프와 그의 측근들은 국민의 생명보다 오염 유발 기업의 이익을 우선시하려 혈안이 되어 있다"고 비난했다. 규제 '분쇄기'에⋯혼란 가중되는 산업계 규제 정책의 급격한 변화는 수년 앞을 내다보고 계획을 수립하며 안정성을 중시하는 자동차 및 전력 유틸리티 산업에 어려움을 가중시킬 수 있다. CNN은 전기 및 자동차 산업 협회에 논평을 요청한 상태다. EPA는 바이든 행정부가 2024년 3월 확정한 차량 오염 규제를 폐지함으로써 전기차(EV) 산업을 직접 겨냥하고 있다. 해당 규정은 자동차 배기가스 기준을 강화하여 미국 자동차 제조업체들이 전기차 및 가솔린-배터리 혼합 방식의 연료 효율이 높은 하이브리드 모델 생산을 늘리도록 유도하는 내용을 담고 있었다. 리 젤딘 EPA 국장은 성명에서 "미국 자동차 산업은 지난 행정부의 억압적인 규제 체제로 인해 발목이 잡혀왔다"며, 트럼프 행정부는 "소비자 선택권과 환경을 보호하기 위해 법치주의를 준수할 것"이라고 주장했다. 주요 자동차 산업 협회는 이번 발표에 신중한 반응을 보였다. 존 보젤라 자동차혁신연합(Alliance for Automotive Innovation) CEO는 성명에서 "미국의 배기가스 규제에 대한 균형 잡힌 접근 방식은 차량 선택권을 보존하고, 업계의 글로벌 경쟁력을 유지하며, 향후 국가 경제 및 안보를 지원할 수 있는 입지를 확보하는 데 핵심적"이라고 밝혔다. 자동차 업계에 대한 이번 발표는 트럼프 대통령이 백악관 앞에서 테슬라 CEO 일론 머스크의 전기차를 전시하고, 머스크의 정부 개입 논란과 유럽 판매 부진 속에서 주가가 하락하자 테슬라 차량을 '정가'로 구매하겠다고 공언한 지 하루 만에 나온 것이다. 트럼프 대통령은 당시 행사에서 기자들에게 "오랫동안 운전을 안 했지만, 운전하는 것을 좋아한다"며 "백악관에 전기차를 두고 직원들이 사용하게 할 것"이라고 말했다. 트럼프 대통령은 대선 유세 기간 동안 전기차에 대해 강하게 비판했지만, 머스크와 긴밀한 관계를 형성한 이후로는 다소 완화된 태도를 보이고 있다. 트럼프 행정부는 또한 석탄 및 신규 천연가스 발전소에 2032년까지 기후 오염 배출량을 90% 감축 또는 포집하도록 의무화한 바이든 행정부의 규정을 철폐하겠다고 발표했다. 젤딘 국장은 오바마 행정부의 발전소 규제까지 거론하며, "트럼프 대통령은 첫 임기 때 청정 전력 계획(Clean Power Plan)을 폐기하겠다고 약속했으며, 우리는 현재 그 약속을 이행해 나가고 있다"고 강조했다. 알렉스 본드 전력 유틸리티 무역협회인 에디슨 전기 협회(Edison Electric Institute) 청정 에너지 및 환경 담당 이사는 "전력 회사들은 일관된 연방 정부 차원의 규제 체계를 갖춰야 한다"며, "그렇지 않으면 주별 규제와 소송에 직면하여 고객 비용 상승과 전력망 안정성에 영향을 미칠 수 있다"고 우려를 표했다. 본드 이사는 협회와 회원사들이 "청정 대기법(Clean Air Act)에 따른 EPA의 온실가스 배출 규제 권한을 계속 지지한다"고 덧붙였다.
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트럼프 행정부, 환경 오염 규제 12건 이상 '도끼질'⋯규제 철폐 속도전
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[퓨처 Eyes(75)] 액체처럼 흐르는 황금빛 고체, '초고체' 탄생
- 레이저 빛을 초고체로 만드는 혁신적인 기술이 처음으로 개발됐다. 마법은 더 이상 동화속 이야기가 아니었다. 한 줄기 레이저 광선이 불가능을 현실로 바꾸며, 액체와 고체의 낯선 경계를 허무는 '황금빛 고체'를 눈 앞에 펼쳐냈다. 물리학자와 나노 기술자들로 구성된 국제 공동 연구팀이 마치 연금술같은 놀라운 기술로 레이저 빛을 '초고체(supersolid)'라는 미지의 물질 상태로 변환하는 데 세계 최초로 성공하며 오랫동안 과학계가 품어온 꿈을 마침내 실현했다. 이번 쾌거는 응축 물질 물리학의 오랜 숙원을 해결했을뿐 아니라, 상상조차 어려웠던 양자역학의 새로운 가능성을 활짝 열어젖힌 역사적인 순간으로 기록될 것이다. 해당 연구에 대해서는 네이처닷컴, 웹사이트 PHYS.org와 뉴사이언티스트, 퍼퓰러메카닉스 등 다수 외신이 심층적으로 다루었다. 일반적으로 양자 초고체는 양자 세계에서만 존재하는 실체로, 초저온 원자를 통해서만 형성되었지만 이탈리아 레체에 있는 국립연구위원회 나노기술 연구소(CNR Nanotec)의 과학자들이 이끄는 새로운 연구에서는 처음으로 빛을 사용하여 이 양자 물질 상태를 만들었다. 이전 연구에 따르면 초고체는 점도가 0이고 소금 결정에서 원자가 배열되는 방식과 유사한 결정과 같은 구조로 형성된다는 것이 밝혀졌다. 저명 학술지 '네이처'에 실린 이번의 놀라운 연구는 이탈리아 국립연구위원회(CNR)의 디미트리오스 트리포게오르고스 연구원의 지휘 아래 나노기술, 공학, 물리학 등 여러 분야의 국제적인 전문가들이 머리를 맞대 융합 연구를 거듭한 끝에 이룩한 값진 결실이다. 연구팀은 '빛의 연금술'이라고도 불러도 좋을만큼 혁신적인 접근 방식을 통해, 레이저 빛을 영원히 도달할 수 없는 꿈만 같았던 초고체로 완전히 탈바꿈시키는 기적을 만들어냈다. 레이저광으로 초고체 최초 구현 먼저 팀은 초고체를 만들기 위해 특수한 능선으로 형성된 갈륨 비소화물 조각에 레이저를 발사했다. 빛이 능선에 부딪히면서 빛과 재료 사이의 상호작용으로 플라리톤(polariton)이 형성됐다. 폴라리톤은 미리 설계된 방식으로 능선에 의해 제한됐고, 그로 인해 폴라리톤은 스스로 초고체를 형성했다. 그런 다음 연구팀은 만들어진 결과물이 진짜 초고체인지를 테스트했다. 이는 빛으로 만들어진 초고체가 이전에 생성된 적이 없다는 사실 때문에 매우 힘들었다. 그럼에도 연구팀은 초고체가 고체이자 유체이며 점성이 없다는 것을 확인했다. 트리포게오르고스 연구원은 감격에 찬 목소리로 "우리는 실제로 빛을 고체로 만들었다. 정말이지 믿기 어려울 정도로 놀라운 성취다"라고 외쳤다. 그의 목소리에는 이번 연구가 과학 역사의 새로운 장을 여는 기념비적인 사건이라는 평가가 충분히 담겨 있다. 미지의 물질 초고체, 과학계의 오랜 염원 초고체, 이름만 들어도 왠지 모르게 신비로운 느낌을 주는 이 물질은 마치 두 개의 얼굴을 가진 야누스와 같다. 점성이 전혀 없는 '초유동성'과, 원자들이 규칙적으로 빽빽하게 들어선 고체의 결정 구조를 동시에 지니고 있기 때문이다. 흐르는 액체의 자유로움과 단단한 고체의 견고함을 동시에 가진 초고체는 오랫동안 과학자들의 상상력을 자극하며, 미지의 영역 속에 머물러 있었다. 소금 결정처럼 질서 정연하게 늘어선 원자들 사이를 액체처럼 자유롭게 움직이는 초고체의 기묘한 이중성은, 현대 과학의 오랜 난제 중 하나였다. 특히 초고체는 극도로 낮은 기온, 즉 일반적인 상상으로는 가늠하기 어려운 극한 환경에서, 그것도 원자라는 극히 제한적인 재료로만 만들수 있었기에, 그 심오한 비밀을 파헤치는 것은 마치 별을 헤는 것만큼이나 어려운 일이었다. 반도체, 레이저 그리고 '폴라리톤'⋯빛의 마법이 현실이 되다 하지만 '불가능은 없다'는 인간의 불굴의 의지와 끊임없는 탐구 정신은, 마침내 과학의 역사를 진전시키는 놀라운 결과를 낳았다. 이번 연구팀은 오랫동안 굳어져 왔던 기존 연구의 틀을 과감하게 부수고, 완전히 새로운 길을 개척했다. 극저온, 원자라는 낡은 공식을 과감히 버리고, '알루미늄 갈륨비소' 반도체와 레이저 빛의 절묘한 조합을 통해 초고체 창조라는 꿈을 마침내 현실로 불러왔다. 연구진은 나노미터(10억분의 1미터) 수준의 초정밀 기술을 동원해 좁고 규칙적인 능선 패턴을 새겨 넣은 특별한 알루미늄 갈륨비소 웨이퍼를 제작하고, 이 혁신적인 반도체 구조에 레이저를 정밀하게 쏘았다. 레이저 빛이 능선에 부딪히는 찰나, 빛과 물질 사이에서 지금껏 상상 속에서만 가능했던 마법과 같은 상호작용이 눈앞에서 펼쳐졌다. 그 결과, '폴라리톤'이라는, 이전에는 알려지지 않았던 새로운 종류의 혼성 입자가 마치 마법처럼 탄생했다. 능선 패턴이라는 특수한 환경은 폴라리톤의 움직임과 에너지 레벨을 숙련된 조련사처럼 정교하게 통제했고, 마침내 폴라리톤들은 스스로 응축하며 꿈에서 그리던 물질, 초고체로 변신했다. 양자 기술 혁명의 도화선, 빛 기반 초고체의 무한한 가능성 이번 연구가 더욱 값진 이유는 단순히 빛을 초고체로 바꾸는 데 성공한 것을 넘어, 빛으로 만들어진 초고체의 놀라운 특성을 과학적인 실험으로 명확하게, 그리고 최초로 입증했다는 점이다. 공동 연구팀의 핵심 연구자인 다니엘레 산비토 CNR 연구원은 "빛으로 초고체를 만들고, 실제로 존재한다는 것을 실험적으로 증명하는 것은 과거에는 상상조차 할 수 없었던 미지의 영역에 발을 내딛는 것과 같았다. 우리 손으로 만들어낸 초고체가 과연 고체와 액체의 성질을 모두 가진 진정한 초고체인지, 아무도 걸어보지 않은 길을 걸으며 확인하는 과정은 마치 미지의 대륙을 탐험하는 것만큼이나 험난하고 가슴 뛰는 여정이었다"며 연구 과정 당시의 숨 막힐 듯한 긴장감을 전했다. 수많은 밤을 지새우는 실험과 고도의 분석을 거듭한 끝에, 연구진은 빛으로 빚어낸 초고체가 고체와 액체의 이중적인 모습을 완벽하게 드러내며, 점성이 '0'이라는 믿기 힘든 특성을 가지고 있음을 전 세계 과학계에 당당히 선언하는 데 성공했다. 프랑스 소르본 대학교의 알베르토 브라마티 교수는 "이번 연구는 응축 물질 물리학 분야의 오랜 숙제를 마침내 해결했을 뿐 아니라, 물질의 상전이, 특히 양자 물질이 그 상태를 변화시키는 근본 원리에 대한 깊이 있는 통찰력을 인류에게 선사하는 획기적인 과학적 성취"라고 극찬하며, "빛 기반 초고체 연구는 앞으로 양자 기술 분야에 지금껏 상상조차 할 수 없었던 혁신적인 응용 가능성을 활짝 열어줄 것이다"라고 밝은 미래를 예견했다. 트리포게오르고스 연구원은 "빛으로 만든 초고체는 기존의 원자 초고체에 비해 훨씬 정밀하게 제어할 수 있고, 훨씬 더 편리하게 다룰 수 있는 엄청난 잠재력을 품고 있다"고 강조하며, "이번 연구를 기회 삼아, 이제까지는 그 누구도 감히 상상하지 못했던 미지의 물질 세계를 탐험하고, 궁극적으로 우리 인류의 미래를 획기적으로 바꿀 양자 기술 발전에 작게나마 기여할 수 있기를 간절히 희망한다"는 뜨거운 열정을 내비쳤다. 한 줄기 빛에서 시작된 작은 불꽃이, 마침내 과학 역사의 거대한 불꽃으로 타오르기 시작했다. 빛의 연금술로 빚어낸 꿈의 물질, 초고체가 우리에게 선사할 미래는 과연 어떤 모습일까? 응축 물질 물리학은 물론, 양자 컴퓨팅, 양자 센서 등 모든 첨단 기술 분야를 뿌리부터 뒤흔들 혁명의 드라마가, 바로 지금, 눈앞에서 펼쳐지려 하고 있다. ◇ 참조: Dimitrios Trypogeorgos et al, Emerging supersolidity in photonic-crystal polariton condensates, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08616-9 광자를 사용하여 만든 초고체, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-00637-8
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(75)] 액체처럼 흐르는 황금빛 고체, '초고체' 탄생
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[우주의 속삭임(104)] 바너드 별 주위에서 미니 행성 4개 발견
- 지구에서 두 번째로 가까운 항성계인 바너드 별(Barnard's Star)의 주위를 도는 작은 행성이 하나가 아니라 네 개가 있다는 새로운 증거가 발견됐다. 오랫동안 태양계 너머의 행성에 대한 연구자들의 깊은 관심을 받아온 바너드 별은 지구에서 약 6광년 거리에 위치하며, 하늘에서 빠른 움직임으로 유명하다. 천문학자들은 바너드 별이 행성계를 형성하는 과정에 대한 중요한 단서를 제공할 행성을 거느리고 있을지에 대해 오랫동안 궁금해했다. 미국 시카고대학교 천문학자들의 관측 결과에 따르면 바너드 별 주위를 공전하는 4개의 작은 행성이 존재할 가능성이 제기됐다. 시카고대학 측에 따르면 각 행성은 지구 질량의 20~30%에 불과하며, 단 며칠 만에 별을 한 바퀴 공전하는 것으로 추정된다. 바너드 별은 태양계에서 네 번째로 가까운 항성으로, 센타우루스자리 알파(알파 센타우리) 삼중성계 다음으로 가깝다. 고유운동(proper motion)이 가장 큰 별로 유명해, 하늘에서 이동하는 속도가 빠르게 관측된다. 연간 약 10.3초각(arcseconds)씩 움직이며, 이는 다른 별들보다 훨씬 빠른 속도이다. 적색왜성(M4형)으로 겉보기 등급은 9.5에 해당돼 너무 희미해서 육안으로는 볼 수 없다. 이번 발견은 작고 희미한 행성을 탐지하는 기술의 정밀도가 크게 향상되었음을 시사하며, 많은 이들의 주목을 받고 있다. 미국 시카고 대학의 박사 과정 학생이자 이번 연구의 제1 저자인 리트빅 바산트(Ritvik Basant)는 "바너드 별은 우리Cosmic Neighbor이지만, 아직 알려진 것이 너무나 적다. 이번 발견은 이전 세대 관측 장비로는 상상할 수 없었던 정밀도를 가진 새로운 장비의 획기적인 발전을 알리는 신호탄이다"라고 강조했다. 바너드 별이 전설같은 존재가 된 이유는? 바너드 별은 1916년 시카고대학교 부설 여키스(Yerkes) 천문대의 천문학자 E. E. 바너드(E. E. Barnard)에 의해 처음 세상에 알려졌다. 바너드가 이 별의 빠른 고유 운동을 처음 발견해 그의 이름이 붙었다. 이후 과학자들은 꾸준히 바너드 별을 주시해 왔다. 행성이 존재한다는 주장이 반복적으로 제기되었지만 번번이 실망으로 끝났기에, 바너드 별은 행성 사냥꾼들 사이에서 '거대한 흰 고래(great white whale)'라는 별칭으로 불리기도 했다. 과거에는 낮은 감도의 장비로 인해 때때로 모순적인 신호가 발생했다. 이것이 바로 바너드 별이 행성 사냥꾼들 사이에서 전설과 같은 존재가 된 이유 중 하나다. 그들은 때때로 행성 존재의 증거를 포착했다고 생각했지만, 결국에는 결과가 불확실하다는 것을 깨달았다. 전문가들은 바너드 별이 태양 다음으로 가장 가까운 단일 별 시스템이라는 점에 주목했다. 반면, 가장 가까운 전체 항성계인 프록시마 센타우리(Proxima Centauri)는 중력에 묶인 세 개의 별로 이루어져 있다. 다중 별 시스템은 행성 형성 과정을 복잡하게 만들 수 있기 때문에, 단일 별 시스템인 바너드 별은 잠재적인 행성이 존재할 수 있는 다른 환경을 제공할 것으로 예상된다. MAROON-X를 이용한 행성 탐색 천문학자들은 밝은 별 옆에 붙어 있는 작은 행성을 직접 관측할 수 없다. 대신, 각 행성이 별에 미치는 미세한 중력의 영향을 추적한다. 하와이 제미니(Gemini) 천문대에 설치된 MAROON-X라는 특수 장비는 별빛 신호에서 발생하는 희미한 흔들림을 감지할 수 있다. 연구팀은 MAROON-X를 사용해 바너드 별 주위에서 3개의 행성을 발견했다. 네 번째 행성은 MAROON-X 관측 데이터와 칠레에 있는 ESPRESSO 장비의 이전 관측 데이터를 결합하는 과정에서 추가로 확인됐다. 바산트 연구원은 "우리는 밤 시간대를 달리하여, 또 날짜를 달리하여 관측했다. (제미니천문대가 있는) 칠레와 하와이, 저희 연구팀은 서로 협력하지 않았다. 이것은 데이터에 유령(그동안 바너드 별에서 확실한 행성이 발견되지 않아서 전설적인 존재처럼 여겨졌기 때문에 유령이라는 말을 사용함)이 존재하지 않는다는 것을 확신시켜 준다"고 말했다. 바너드 별 행성의 특징 과학자들은 이번에 발견된 행성들이 작은 암석 행성일 것으로 추정하지만, 정확한 구성 성분을 확인하는 것은 어려운 상황이다. 지구에서 바라보는 각도 때문에 행성들이 별 앞을 통과하는 현상이 관측되지 않아, 암석 또는 가스 행성 여부를 식별하는 일반적인 방법은 적용할 수 없다. 하지만 이 행성들의 궤도는 별과 너무 가까워 생명체가 살기에 적합한 환경은 아닐 가능성이 높다. 시카고 대학의 제이콥 빈(Jacob Bean) 교수는 "12월 말, 이 데이터를 정말 집중적으로 분석하면서 온통 그 생각뿐이었다. 마치 우주에 대해 다른 사람은 모르는 것을 우리만 갑자기 알게 된 기분이었다. 이 비밀을 어서 빨리 세상에 알리고 싶었다"고 당시의 흥분을 전했다. 빈 교수는 "우리가 하는 연구는 점진적인 경우가 많아서, 때로는 큰 그림을 보기 어려울 때도 있다. 하지만 우리는 인류가 영원히 알게 될 무언가를 발견했다. 그 발견의 희열은 정말 엄청나다"라며 이번 연구의 의의를 강조했다. "추가 탐사 통해 생명체 거주 가능 조건 밝히고 싶어" 바너드 별의 4개 행성은 시선 속도(radial velocity) 도구로 확인된 가장 작은 천체 중 하나다. 지금까지 발견된 대부분의 암석 외계 행성은 지구보다 큰 경향을 보이며, 그 패턴은 은하수 전체에서 일관되게 나타난다. 천문학자들은 더 작은 행성들이 어떻게 형성되는지에 대한 힌트를 얻기 위해, 더 작은 행성들이 다양한 구성 성분을 보이는지 확인하고자 한다. 우주에 풍부하게 존재하는 M형 왜성은 강력한 자기 활동으로 알려져 있으며, 이는 행성 발달에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 과정을 이해하는 것은 어떤 별이 안정적인 표면을 가진 행성을 거느릴 가능성이 높은지 파악하는 데 중요한 단서를 제공할 수 있다. 일부 과학자들은 이러한 통찰력이 생명체 탐색을 위한 미래 연구 방향을 제시해 줄 것으로 기대하고 있지만, 바너드 별 행성들은 항성과의 거리가 너무 가까워 생명체가 살기에는 매우 뜨거운 환경일 것으로 예상된다. 연구진은 앞으로 더 온화한 영역에 있는 행성을 찾기 위해 기술을 계속 개선해 나갈 예정이다. 관측 장비의 발전은 새로운 놀라운 발견으로 이어질 가능성을 높여준다. 추가적인 탐사를 통해 작은 행성이 차가운 별 주위에서 더 흔하게 형성되는지, 또는 생명체 거주 가능 조건이 예상치 못한 방식으로 달라지는지 등을 밝혀낼 수 있을 것이다. 망원경 성능이 향상될수록 놀라운 발견을 할 가능성은 점점 더 커지고 있다. 본 연구는 제미니 천문대/국립과학재단(NOIRLab), 하이델베르크대학, 암스테르담대학의 과학자들이 참여했으며, 연구 결과는 지난 3월 11일 '행성 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)'에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(104)] 바너드 별 주위에서 미니 행성 4개 발견
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[우주의 속삭임(103)] 은하 중심부의 신비한 현상, '새로운 형태의 암흑물질' 존재 가능성 시사
- 우리 은하 중심부에서 관측된 미스터리한 현상이 기존 이론과는 다른 형태의 암흑물질 존재를 암시할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 암흑물질은 우주 질량의 약 85%를 차지하는 것으로 추정되지만, 아직 직접 관측된 적이 없어 현대 과학의 최대 난제 중 하나로 남아 있다. 이번 연구는 과학자들이 오랫동안 추적해 온 암흑물질의 실체에 한 걸음 더 다가섰음을 보여준다. 영국 킹스칼리지 런던 연구팀은 은하 중심부에서 발생하는 설명되지 않는 화학 반응의 원인이 기존 이론과는 다른 새로운 암흑물질 후보일 가능성을 제기했다. 이에 대해서 PHYS.org와 스페이스닷컴 등 주요 외신은 10일(현지시간) 심층적으로 보도했다. 스페이스닷컴에 따르면, 연구팀이 제안한 새로운 암흑물질 후보는 기존 가설보다 가벼우면서 자기 소멸성을 가진다. 즉, 두 개의 암흑물질 입자가 충돌하면 서로를 소멸시키며, 이 과정에서 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 양전자가 생성된다. 이 과정에서 발생한 전자와 양전자의 홍수는 은하 중심부의 밀도가 높은 가스에서 중성 원자로부터 전자를 떼어내는 데 필요한 에너지를 제공한다. 이를 '이온화'라고 하며, 이 과정이 은하 중심 분자영역(CMZ)에 이온화된 가스가 풍부한 이유를 설명할 수 있다. 암흑물질의 소멸은 흔치 않지만, 암흑물질이 밀집해 있을 것으로 추정되는 은하 중심부에서는 더 자주 발생할 가능성이 크다. 이번 연구의 주요 저자인 킹스칼리지 런던의 박사후 연구원 샴 발라지(Shyam Balaji) 박사는 "우리 은하 중심부에는 수십 년간 미스터리로 남아 있던 거대한 양전하를 띤 수소 구름이 존재한다. 일반적으로 수소 기체는 중성이므로, 음전하를 띤 전자를 제거할 만큼 충분한 에너지를 공급하는 원천이 무엇인지가 오랫동안 의문이었다"고 설명했다. 그는 이어 "은하 중심부에서 방출되는 에너지 신호는 지속적이고 강력한 에너지원이 존재함을 시사하며, 이는 기존 모델에서 고려했던 것보다 훨씬 가벼운 형태의 암흑물질에서 비롯될 가능성이 있다"고 덧붙였다. 암흑물질은 빛과 거의 상호작용하지 않거나, 상호작용하더라도 너무 약하고 드물어 과학자들이 직접 관측하지 못했다. 이에 따라 암흑물질이 전자, 양성자, 중성자 등 중입자(바리온·baryon)로 구성되지 않았을 것이라는 결론이 도출됐다. 중입자는 원자보다 작은 아원자의 한 종류로, 별, 행성, 달을 비롯해 우리가 일상에서 보는 모든 사물을 이루는 원자의 기본 구성 요소다. 암흑물질에 대한 가장 유력한 이론은 약하게 상호작용하는 무거운 입자(WIMP·Weakly Interacting Massive Particle)가 후보라는 가설이었다. 그러나 이번 연구는 WIMP보다 훨씬 낮은 질량을 가진 새로운 유형의 암흑물질 가능성을 제시했다. 밀집된 CMZ에서 생성된 양전자는 주변 수소 분자와 상호작용해 전자를 떼어내기 전에 멀리 이동하거나 탈출하기 어렵다. 따라서 이온화 과정은 CMZ에서 특히 효율적으로 이루어진다. 발라지 박사는 "이 모델이 해결하는 가장 큰 문제는 CMZ의 과도한 이온화"라며 "이온화 가스를 형성하는 일반적인 원인 중 하나인 우주선(우주 방사선)은 현재 관측된 높은 수준의 이온화를 설명하기에 충분하지 않은 것으로 보인다"고 말했다. 현재 암흑물질의 주요 후보는 다양한 질량을 가진 '악시온(axion)'과 '악시온 유사 입자'다. 연구진은 이 저질량 암흑물질 입자들이 서로 충돌해 '소멸(annihilation)' 과정을 거치면서 새로운 전하 입자를 생성할 가능성을 제기했다. 이 새로 생성된 전하 입자들이 수소 기체를 이온화할 수 있다는 것이다. 기존 이온화 이론은 우주선을 통한 에너지원에 의존해 왔다. 그러나 CMZ에서 관측된 에너지 신호는 우주선만으로는 충분히 설명되지 않았으며, 기존 WIMP 모델로는 이러한 현상이 발생할 수 없는 것으로 나타났다. 이에 연구진은 암흑물질 소멸로 발생하는 에너지원이 기존 우주선보다 느리고, WIMP보다 질량이 작다는 결론을 도출했다. 우주선은 빛의 속도에 가까운 속도로 이동하는 하전 입자지만, 연구팀에 따르면 CMZ의 이온화 신호는 기존의 많은 암흑물질 후보보다 가볍고 느리게 움직이는 근원을 가리키는 것으로 보인다. 또한, 우주선이 CMZ의 이온화 가스를 형성했다면 감마선과 관련된 방출이 동반되어야 한다. 하지만 이러한 감마선 방출은 CMZ 연구에서 관측되지 않았다. 발라지 박사는 "만약 암흑물질이 CMZ의 이온화에 기여한다면, 우리는 암흑물질을 직접 볼 수는 없지만 은하계 가스에 미치는 미묘한 화학적 영향을 관찰함으로써 그 존재를 감지할 수 있다"고 설명했다. 한편, 은하 중심에서 관측된 희미한 감마선 빛은 양전자와 이온화 과정과 연관이 있을 가능성도 제기됐다. 발라지 박사는 "이온화와 감마선 방출 사이의 직접적인 연관성을 발견한다면 암흑물질의 존재를 입증하는 강력한 증거가 될 것"이라면서도 "현재로서는 이 두 신호 사이에 어느 정도 상관관계가 있지만, 이를 확실한 증거로 판단하기 위해서는 더 많은 데이터가 필요하다"고 말했다. 그는 이어 "암흑물질 탐색은 현대 물리학에서 가장 중요한 과제 중 하나지만, 현재 대부분의 실험은 지구에서 암흑물질이 오기를 기다리는 방식으로 이루어지고 있다"며 "CMZ의 기체를 활용한 연구를 통해 우리는 보다 직접적인 근원에 접근할 수 있으며, 분석 결과 암흑물질이 기존 예상보다 훨씬 가벼울 가능성이 있음을 시사한다"고 강조했다. 또한 "우리 은하 중심부의 관측을 통해 CMZ 내 수소 기체가 암흑물질의 본질을 밝힐 중요한 단서를 제공하고 있다"고 덧붙였다. 이번 연구는 은하 중심의 다른 미스터리와도 연관될 가능성이 있다. 예를 들어, 은하 중심에서 관측된 특정 X선 방출선인 '511keV 방출선'이 동일한 저질량 암흑물질이 충돌해 전하 입자를 생성하는 과정에서 발생했을 가능성이 제기됐다. 또한, 암흑물질 소멸 모델은 양전자와 전자가 결합해 '양전자늄' 상태를 형성한 뒤 X선 형태로 붕괴하는 과정이 CMZ의 특이한 빛 방출을 설명할 수도 있다. 발라지는 "서브 GeV 암흑물질에 의해 생성된 이온화 속도는 기존 감마선 및 우주 마이크로파 배경(CMB) 관측과 모순되지 않으며, 기존 제약 조건에 완벽히 부합한다"고 밝혔다. 이 연구는 10일 학술지 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)'에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(103)] 은하 중심부의 신비한 현상, '새로운 형태의 암흑물질' 존재 가능성 시사
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[기후의 역습(122)] 남극 오존층, 회복세 공식 확인…MIT, 완전 소멸 궤도 진입
- 한때 지구 생태계를 위협했던 남극 오존층 구멍이 국제 사회의 공동 노력으로 괄목할 만한 회복세를 보이며 완전 소멸을 향해 나아가고 있다는 고무적인 연구 결과가 발표됐다. 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 연구진은 5일(이하 현지시간) 국제 학술지 '네이처'에 게재한 논문에서 "남극 오존층이 95% 신뢰 수준으로 회복되고 있으며, 이는 자연적 기상 변동성이 아닌 오존층 파괴 물질 감축 노력의 직접적인 결과"라고 밝혔다. MIT 뉴스는 5일 "이러한 회복(오존층 구멍 회복)이 자연적인 기상 변화나 성층권으로의 온실가스 배출 증가와 같은 다른 영향보다는 오존 고갈 물질의 감소에 주로 기인환다는 것을 보여준 최초의 연구"라고 밝혔다. 수십 년간 과학계는 남극 오존층 구멍의 점진적 개선 징후를 관찰해 왔으나, 이번 연구는 장기간의 관측 데이터를 토대로 오존층 회복에 대한 확고한 과학적 증거를 제시했다는 점에서 의미가 깊다. 논문의 주저자인 MIT의 저명한 대기 화학자 수잔 솔로몬 교수는 성명을 통해 "남극 오존층 구멍이 개선되고 있다는 정성적 증거는 많았지만, 이번 연구는 오존층 회복에 대한 신뢰도를 처음으로 수치화했다"고 강조했다. 솔로몬 교수는 "95% 신뢰도로 회복되고 있다는 결론은 매우 놀라운 성과이며, 인류가 환경 문제 해결에 실제로 나설 수 있음을 보여준다"고 덧붙였다. CFCs 남용으로 오존층 구멍 형성 오존층은 지구 표면 15~30km 상공의 성층권에 위치하며, 대기 중 오존 농도가 높아 유해한 태양 자외선을 흡수하여 지구 생명체를 보호하는 역할을 한다. 그러나 1970년대와 80년대에 들어서면서 남극 상공의 오존층에 거대한 구멍이 형성되기 시작했다. 이는 에어로졸 스프레이, 용매, 냉매 등에 광범위하게 사용된 염화불화탄소(CFCs)와 같은 합성 화합물이 주범으로 지목됐다. CFCs는 성층권에 도달하면 염소 원자를 방출하여 오존 분자 분해를 촉진하는 것으로 알려져 있다. 특히 남극 지역은 극도로 낮은 기온, 극지방 성층권 구름의 존재, 그리고 오존층 파괴 화학 물질을 가두는 극 소용돌이와 같은 특수한 조건으로 인해 남반구의 봄철에 오존층 파괴가 더욱 심각하게 나타난다. 솔로몬 교수는 과거 미국해양대기청(NOAA) 소속으로 1986년 남극에 파견되어 CFCs가 오존층 파괴의 원인임을 입증하는 결정적인 증거를 수집하는 데 기여했다. 몬트리올 의정서 채택 이후 CFCs 단계적 폐지 이러한 과학적 근거를 바탕으로 국제 사회는 문제 해결을 위해 발 빠르게 움직였다. 1987년 몬트리올 의정서 채택 이후 197개국과 유럽연합(EU)은 냉장고와 에어로졸에 사용되는 CFCs와 같은 오존층 파괴 물질의 단계적 폐지에 합의했다. 지난 10년간 남극 오존층 구멍은 특히 9월, 남극이 온난해지기 시작하며 오존층 구멍이 가장 크게 열리는 시기에 매년 축소되는 긍정적인 신호가 나타났다. 그러나 대기 중 '혼란스러운 변동성' 때문에 과학자들은 섣불리 회복을 단정하기를 주저했으며, 일각에서는 회복 속도가 기대에 미치지 못한다는 주장이 제기되기도 했다. 하지만 15년간 축적된 관측 데이터를 분석한 결과, 연구진은 오존층이 확실히 회복되고 있다는 결론을 내렸다. 현재 추세가 유지된다면 남극 오존층은 약 10년 후 완전히 회복될 것으로 전망된다. 연구팀은 남극 오존 회복의 원인을 파악하기 위해 정량적 접근 방식을 취했다. 팀은 기후 변화 커뮤니티에서 '지문 분석(fingerprinting)'이라는 방법을 차용했다. 이는 클라우스 하셀만이 개발한 것으로, 그는 2021년 이 기술로 노벨물리학상을 수상했다. 기후의 맥락에서 지문 분석은 자연적 기상 노이즈와 별도로 특정 기후 요인의 영향을 분리하는 방법을 말한다. 하셀만은 지문 분석을 적용해 기후 변화의 인위적인 지문 식별, 확인 및 정량화했다. 솔로몬 교수 팀은 지문 분석법을 적용해 또 다른 인위적인 신호, 즉 사람들이 오존층 파괴 물질을 줄이는 것이 오존층 회복에 미치는 영향을 확인하고자 했다. 아울러 지구 대기의 시물레이션으로 시작해 서로 다른 시작 조건에서 동일한 지구 대기의 여러 '평행 세계' 또는 시뮬레이션을 생성했다. 연구팀은 예를 들어, 온실 가스나 오존층 파괴 물질의 증가가 없다고 가정한 조건에서 시뮬레이션을 실행했다. 또한 온실 가스만 증가하고 오존층 물질만 감소하는 시뮬레이션도 실행했다. 이러한 시뮬레이션을 통해 연구팀은 수십년에 걸쳐 오존이 매월 회복되는 시간과 고도를 매핑하고 오존 고갈 물질의 감소로 인한 오존 회복의 핵심 '지문' 또는 패턴을 식별했다. 그런 다음 연구팀은 2005년부터 현재까지 남극 오존층에 대한 실제 위성 관측에서 이 지문을 찾았다. 팀은 2018년에 이 지문이 가장 강했고, 오존 회복이 주로 오존층 파괴 물질의 감소 때문이라고 95%의 신뢰도로 확신했다. 솔로몬 교수는 "2035년쯤에는 남극 오존층에서 오존층 파괴가 전혀 나타나지 않는 해를 보게 될 수도 있다. 이는 매우 감격스러운 일"이라며 "우리 시대에 오존층 구멍이 완전히 사라지는 것을 목격하게 될 것"이라고 강조했다. 이번 연구는 인류가 국제적인 협력을 통해 심각한 환경 문제에 효과적으로 대응할 수 있음을 보여주는 대표적인 사례로 기록될 전망이다.
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[기후의 역습(122)] 남극 오존층, 회복세 공식 확인…MIT, 완전 소멸 궤도 진입
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[우주의 속삭임(100)] 화성의 붉은색, 냉수 속 철 산화물 '페리하이드라이트' 때문일 가능성 제기
- 화성을 상징하는 붉은 색은 건조 광물인 '적철석' 이 아닌, 물이 풍부한 철광물인 페리하이드라이트(ferrihydrite) 때문이라는 의견이 제기됐다. 화성은 특유의 붉은색으로 인해 오랜 기간 '붉은 행성'으로 불렸다. 최근 과학계는 이 독특한 색채의 기원을 밝혀낼 잠재적 단서를 발견해, 기존의 통념을 뒤집는 새로운 이론을 제시했다. 화성의 먼지는 산화철을 포함한 다양한 광물이 뒤섞인 것으로 알려져 있다. 새로운 연구에 따르면 산화철 중 하나인 물이 풍부한 페리하이드라이트가 화성의 붉은 색의 원인이라고 미국 항공우주국(나사·NASA)은 설명했다. 미국 브라운 대학교 지구·환경·행성 과학부의 박사후 연구원인 주저자 애덤 발란티나스는 "화성이 왜 붉은지에 대한 근본적인 질문은 아마도 수천 년에서 수백 년 동안 이어져 왔다"고 말했다. 발란티나스는 "저희 분석에 따르면 페리하이드라이트는 먼지의 모든 곳에 있으며 아마도 암석 형성에도 있을 것이다. 페리하이드라이트가 화성이 붉은 이유라고 생각한 것은 처음은 아니지만, 관찰 데이터와 새로운 실험 방법을 사용해 실험실에서 화성 먼지를 만들어 테스트할 수 있다"고 설명했다. 화성은 지구 가까이에 위치한 거리 상의 이점과 수십년 동안 탐사선을 보냄으로써 태양계에서 가장 광범위하게 연구된 행성 중 하나다. 궤도선과 착륙선은 화성의 붉은색이 행성을 뒤덮은 먼지 속 산화된 철 광물에서 비롯된다는 자료를 제공해 왔다. 과거 화성 암석 속 철은 물 또는 물과 대기 중 산소와 반응하여 지구에서 녹이 형성되는 것과 유사한 방식으로 산화철을 생성했다. 수십억 년에 걸쳐 산화철은 먼지로 분해되어 화성의 바람에 의해 이동하며 행성 전체에 퇴적되었고, 이는 현재에도 먼지 회오리와 대규모 먼지 폭풍을 일으키고 있다. 미국 브라운대학교 연구팀이 시뮬레이션된 화성 먼지를 보여주는 실험실 샘플. 황토색은 철분이 풍부한 페리히드라이트의 특징으로, 화성의 고대 물 활동과 환경 조건에 대한 중요한 통찰력을 제공하는 광물이다. 이 미세 분말 혼합물은 페리히드라이트와 현무암으로 구성되어 있으며 입자 크기가 1마이크로미터(머리카락 지름의 1/100) 미만이다(샘플 규모: 가로 1인치). 사진=애덤 발란티나스 그동안 우주선의 관측에만 의존한 화성 산화철 분석에서는 물의 흔적이 감지되지 않아 연구자들은 산화철이 적철석(hematite)일 것이라는 가설을 세웠다. 철광석의 주요 구성 성분인 건조 광물 적철석은 수십억 년에 걸쳐 화성 대기와의 반응을 통해 형성되었을 것으로 추정됐다. 이는 적철석이 화성 표면에 호수와 강이 존재했던 것으로 추정되는 시기 이후에 형성되었음을 의미했다. 그러나 브라운대학교 연구팀은 다수의 탐사 임무에서 수집된 자료와 모사된 화성 먼지를 결합한 새로운 연구 결과는 적철석이 아닌 냉수 환경에서 형성되는 광물인 페리하이드라이트(ferrihydrite)가 붉은색의 원인일 수 있다는 가능성을 제시했다. 이는 수백만 년 전 화성의 환경과 잠재적 거주 가능성에 대한 과학적 이해를 변화시킬 수 있음을 시사한다. 해당 연구 결과는 지난 25일 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표됐다. 연구를 주도한 애덤 발란티나스 박사후 연구원은 "화성은 여전히 붉은 행성이다. 다만, 화성이 왜 붉은색인지에 대한 우리의 이해가 변화했을 뿐이다"라고 밝혔다. 지구 실험실서 화성 먼지 재연 연구팀은 유럽우주국(ESA)의 화성 익스프레스 궤도선과 엑소마스 미량 가스 궤도선, 그리고 NASA의 화성 정찰 궤도선과 큐리오시티, 패스파인더, 오퍼튜니티 로버에서 수집된 자료를 활용했다. 미량 가스 궤도선의 CaSSIS 컬러 카메라는 화성 먼지 입자의 정확한 크기와 구성을 밝혀 연구자들이 지구에서 자체적으로 먼지를 제작할 수 있도록 했다. 연구진은 다양한 유형의 산화철을 사용하여 실험실에서 자체적인 화성 먼지를 만들었다. 모사된 먼지는 특수 분쇄기를 통해 화성의 먼지와 동일한 크기의 입자로 제작됐으며, 두께는 사람 머리카락의 1/100에 해당한다. 연구팀은 화성 궤도를 돌며 행성을 연구하는 궤도선에서 사용하는 기술과 유사한 X선 기계와 반사 분광계를 사용하여 먼지를 분석했다. 이후 실험실 자료와 우주선 자료를 비교했다. 발란티나스 연구원은 화성 익스프레스의 OMEGA 반사 분광계는 화성의 먼지가 가장 많은 지역에서도 물이 풍부한 광물의 증거를 보여주었으며, CaSSIS 자료는 실험실 시료와 비교했을 때 적철석이 아닌 페리하이드라이트가 화성 먼지와 가장 잘 일치한다는 것을 보여줬다고 밝혔다. CaSSIS 카메라 개발을 주도한 스위스 베른 대학교 물리학 연구소의 니콜라스 토마스 교수는 "우리는 현무암과 혼합된 페리하이드라이트가 화성에서 우주선이 관측한 광물과 가장 잘 일치한다는 것을 발견했다"고 말했다. 미량 가스 궤도선 자료를 사용하여 스위스 베른 대학교에서 연구를 시작한 발란티나스 연구원은 "주요 시사점은 페리하이드라이트가 표면에 물이 존재했을 때만 형성될 수 있기 때문에 화성이 우리가 이전에 생각했던 것보다 더 일찍 녹슬었다는 것이다. 또한 페리하이드라이트는 현재 화성의 조건에서도 안정적으로 유지된다"고 밝혔다. 물이 풍부했던 과거 화성 발란티나스 연구원은 화성의 붉은색에 대한 미스터리가 수천 년 동안 지속되어 왔다고 말했다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 로마인들은 화성의 색이 피를 연상시킨다는 이유로 전쟁의 신의 이름을 따서 화성이라고 명명했으며, 이집트인들은 화성을 '헤르 데셰르(Her Desher)', 즉 "붉은 것"이라고 불렀다. 발란티나스 연구원은 화성의 색이 물이 없는 형태의 녹인 적철석이 아닌 페리하이드라이트와 같은 물을 함유한 녹슨 광물 때문일 수 있다는 사실이 연구진을 놀라게 했다고 말했다. 하지만 이는 화성의 지질학적, 기후학적 역사에 대한 흥미로운 단서를 제공한다고 그는 덧붙였다. 발란티나스는 "물이 함유된 녹이 화성 표면 대부분을 덮고 있다는 것은 화성의 고대 과거에 액체 상태의 물이 이전에 생각했던 것보다 더 광범위하게 존재했을 수 있음을 시사한다. 이는 화성이 한때 액체 상태의 물이 존재했던 환경을 가지고 있었음을 의미하며, 물은 생명체의 필수 조건이다. 우리 연구는 화성에서 페리하이드라이트 형성에 산소(대기 또는 다른 출처에서)와 철과 반응할 수 있는 물이 모두 필요했음을 보여준다"고 말했다. 페리하이드라이트, 30억년 전 생성 가능성 이번 연구는 광물이 정확히 언제 형성되었는지 밝히는 데 초점을 맞추지는 않았다. 하지만 페리하이드라이트는 냉수에서 형성되기 때문에 수백만 년 전 화성이 더 따뜻하고 습했던 시기가 아닌 약 30억 년 전에 생성되었을 가능성이 있다. 발란티나스는 "이 시기는 화성에서 격렬한 화산 활동이 일어나 얼음이 녹는 현상과 물과 암석 사이의 상호작용을 촉발하여 페리하이드라이트 형성에 유리한 조건을 제공했을 가능성이 높은 시기였다. 이 시기는 화성이 초기 습한 상태에서 현재의 사막 환경으로 전환되는 시기와 일치한다"고 말했다. 페리하이드라이트는 먼지뿐만 아니라 화성 암석층에도 존재할 가능성이 있다. 이를 확인하는 가장 좋은 방법은 붉은 행성에서 암석과 먼지 실제 표본을 확보하는 것이다. 퍼시비어런스 로버는 이미 암석과 먼지를 포함하는 여러 표본을 수집했으며, NASA와 ESA는 화성 표본 귀환 프로그램(Mars Sample Return program)을 통해 2030년대 초까지 지구로 가져오는 것을 목표로 하고 있다. ESA의 미량 가스 궤도선 및 화성 익스프레스 프로젝트 과학자인 콜린 윌슨은 "이 귀중한 표본을 실험실로 가져오면 먼지에 페리하이드라이트가 얼마나 포함되어 있는지, 그리고 이것이 화성의 물의 역사와 생명체 존재 가능성에 대한 우리의 이해에 어떤 의미를 갖는지 정확히 측정할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 한편 이번 연구 결과는 발란티나스 연구원과 동료들에게 먼지 폭풍을 통해 화성 전체로 퍼져나가기 전 페리하이드라이트의 원래 생성 위치와 페리하이드라이트가 형성되었을 때 화성 대기의 정확한 화학적 구성 성분 등 새로운 미스터리를 안겨주었다. 호건 교수는 먼지가 언제 어디서 형성되었는지 이해하는 것은 과학자들이 초기 지구와 유사한 행성의 대기가 어떻게 진화했는지에 대한 통찰력을 얻는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 호건 교수는 "페리하이드라이트는 눈이 녹거나 따뜻한 기후에서 짧은 기간 동안 강렬한 강우로 인해 단기간에 많은 물이 이동하는 지구의 토양에서 매우 흔하게 발견된다. 우리는 또한 (큐리오시티 로버가 탐사하고 있는 화성의) 게일 분화구의 호수 퇴적물에서도 페리하이드라이트의 증거를 발견했다. 이 퍼즐을 풀 수 있는 가장 좋은 방법은 화성 먼지 표본을 지구의 실험실로 가져오는 것이다"라고 덧붙였다.
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[우주의 속삭임(100)] 화성의 붉은색, 냉수 속 철 산화물 '페리하이드라이트' 때문일 가능성 제기
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[신소재 신기술(158)] 반도체 나노플레이트 약점 활용 나노스케일 조립 기술 혁신
- 카드뮴 셀레나이드(CdSe) 나노플레이트의 취약점을 활용한 혁신적인 반도체 나노스케일(구조체) 조립 기술이 개발됐다. 카드뮴 셀레나이드 나노판은 혁신적인 전자 소재 개발의 유망한 기반으로 주목받고 있다. 특히, 이 나노판은 원자 몇 개 두께에 불과한 초박형 구조로 뛰어난 광학적 특성을 제공해 전 세계 연구자들의 관심을 끌고 있다. 독일 헬름홀츠 드레스덴-로젠도르프 센터(HZDR), 드레스덴 공과대학교(TU Dresden), 라이프니츠 고체 및 재료 연구소 드레스덴(IFW) 공동 연구팀은 카드뮴 셀레나이드 나노판의 체계적인 생산을 위한 중요한 진전을 이루었다고 웹사이트 PHYS가 전했다. 카드뮴 셀레나이드 나노판은 빛이나 공기에 노출될 경우 표면 산화 또는 구조 변화가 발생해 광학적 특성이 저하될 수 있는 취약점이 있다. 특히 고온이나 습도가 높은 환경에서는 광학적 안정성이 더욱 떨어질 수 있다. 또한 제조 과정이 어려워 균일한 형태와 크기의 카드뮴 셀레나이드 나노판을 대량 생산하는 것은 기술적으로 힘들다. 게다가 카드뮴 셀레이트 나노판의 표면을 안정화하거나 다른 물질과 결합하는 과정에서도 어려움이 발생할 수 있다. 연구팀은 학술지 '스몰(Small)'에 카드뮴 셀레나이드 나노판 구조와 기능 간의 상호 작용에 대한 기초적인 통찰력을 얻었다고 발표했다. 연구에 따르면 카드뮴 기반 나노판은 근적외선(NIR)과 특정 상호 작용을 통해 빛을 흡수, 반사, 방출하거나 다른 광학적 특성을 나타내는 2차원 물질 개발에 적합하다. 이러한 스펙트럼 범위는 다양한 기술 분야에서 활용될 수 있다. 예를 들어, 의료 진단에서는 NIR 빛이 가시광선보다 조직에서 산란이 적어 조직 내부를 더 깊이 관찰할 수 있다. 통신 기술에서는 고효율 광섬유 시스템에 NIR 물질이 사용되며, 태양 에너지 분야에서는 광전지 효율을 높일 수 있다. HZDR 이온빔 물리학 및 재료 연구소의 리코 프리드리히 박사 겸 드레스덴 공과대학교 이론 화학과 교수는 "원하는 광학적 및 전자적 특성을 나타내도록 물질을 특정하게 변형하는 능력은 이러한 모든 응용 분야에서 매우 중요하다"고 말했다. 드레스덴 공과대학교 물리 화학과의 알렉산더 아이히뮐러 교수는 "과거에는 나노 화학 합성이 시행착오를 통해 물질을 혼합하는 것에 가까웠기 때문에 어려움이 있었다"고 덧붙였다. 두 과학자는 공동으로 협력해 이번 연구 프로젝트를 이끌었다. 정밀한 나노 입자 생산을 위한 양이온 교환 여기서 특별한 과제는 나노 구조체의 폭과 길이를 변경하지 않고 원자층의 수와 조성을 특정하게 제어하여 두께를 조절하는 것이다. 이러한 복잡한 나노 입자 합성은 재료 연구의 핵심 과제이다. 양이온 교환은 이러한 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 했다. 이 방법에서는 나노 입자의 특정 양이온(양전하를 띤 이온)을 다른 이온으로 체계적으로 대체한다. 아이히뮐러 교수는 "이 과정은 조성과 구조를 정밀하게 제어하여 기존 합성 방법으로는 얻을 수 없는 특성을 가진 입자를 생산할 수 있게 한다. 그러나 이 반응의 정확한 작동 방식과 시작점에 대해서는 알려진 것이 거의 없다"고 설명했다. 이번 프로젝트에서 연구팀은 활성 모서리가 중요한 역할을 하는 나노판에 초점을 맞췄다. 이러한 모서리는 화학적으로 특히 반응성이 높아 판들을 조직화된 구조로 결합할 수 있다. 이러한 효과를 더 잘 이해하기 위해 연구팀은 정교한 합성 방법, 원자 분해능 (전자)현미경, 광범위한 컴퓨터 시뮬레이션을 결합했다. 나노 입자의 활성 모서리와 결함은 화학적 반응성뿐만 아니라 광학적 및 전자적 특성으로도 흥미롭다. 이러한 위치는 종종 전하 운반체의 농도가 높아 운반체의 이동과 빛의 흡수에 영향을 미칠 수 있다. 프리드리히 박사는 "단일 원자 또는 이온을 교환하는 능력과 결합하여 단일 원자 촉매에서 이러한 결함을 활용하여 개별 원자의 높은 반응성과 선택성을 활용하여 화학 공정의 효율성을 높일 수 있다"고 설명했다. 이러한 결함의 정밀한 제어는 나노 물질의 NIR 활성에도 중요하다. 이는 근적외선이 흡수, 방출 또는 산란되는 방식에 영향을 미쳐 광학적 특성을 체계적으로 최적화할 수 있는 방법을 제공한다. 나노 구조체 연결, 자기 조직화를 향한 발걸음 이 연구의 또 다른 결과는 활성 모서리를 통해 나노판을 체계적으로 연결하여 입자를 정렬되거나 자기 조직화된 구조로 결합할 수 있다는 것이다. 미래 응용 분야에서는 이러한 조직화를 활용하여 NIR 활성 센서 또는 새로운 유형의 전자 부품과 같은 통합 기능을 갖춘 복잡한 재료를 생산할 수 있다. 실제로 이러한 재료는 센서 및 태양 전지의 효율성을 높이거나 새로운 데이터 전송 방법을 용이하게 할 수 있다. 동시에 이 연구는 촉매 또는 양자 재료와 같은 나노 과학의 다른 분야에 대한 기초적인 통찰력을 제공한다. 연구팀의 이번 발견은 최첨단 합성, 실험 및 이론적 방법의 조합 덕분에 가능했다. 연구자들은 나노 입자의 구조를 정밀하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 활성 모서리의 역할을 자세히 조사할 수 있었다. 원자 결함 분포 및 조성 분석 실험은 재료 특성에 대한 포괄적인 이해를 얻기 위해 이론적 모델링과 결합됐다. ◇ 참고: 볼로디미르 샴라옌코 외, 반도체 나노판의 취약점: 격리된 결함에서 방향성 나노 스케일 어셈블리로, 스몰 (2024). DOI: 10.1002/smll.202411112
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[신소재 신기술(158)] 반도체 나노플레이트 약점 활용 나노스케일 조립 기술 혁신
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