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[신소재 신기술(156)] 일반 암석을 탄소 포집 암석으로 변모시키는 신기술 개발
- 미국 스탠퍼드 대학교 화학과의 유슈안 첸 연구원이 매트 카난 교수옆에서 일반 암석이 굥정을 가해 CO₂ 포집 물질로 전환시킨 결과물을 들고 있다. 사진 출처=빌 리바드 / 프레코트 에너지 연구소 기후 변화로 지구가 몸살을 앓고 있는 가운데 일반 암석을 탄소를 포집하는 물질로 전환하는 혁신적인 신기술이 개발됐다. 인류 활동으로 대기 중에 배출되는 온실가스 중 이산화탄소(CO₂)는 지구 온난화의 주요 원인으로 지목된다. 이에 따라 전문가들은 화석 연료 사용량의 감축과 대기 중 이산화탄소를 적극적으로 제거하는 개술 개발의 필요성을 강조해왔다. 하지만 기존 탄소 포집 기술은 비용이 많이 들고 에너지 소모량이 많으며, 탄소 저장 솔루션 확보가 필수적이라는 한계점을 지니고 있다. 이런 가운데 미국 스탠퍼드 대학교 연구진은 암석을 활용한 혁신적인 탄소 포집 전략을 제시했다고 과학기술 전문 매체 기즈모도가 23일(현지시간) 보도했다. 스탠퍼드 대학교 매튜 카난(Mattew Kanan)과 유쉬안 첸 (Yuxuan Chen) 화학과 연구진은 열을 이용해 광물을 CO₂를 영구적으로 흡수하는 물질로 전환하는 공정을 개발했다. 지난 19일 학술지 '네이처(Nature)'에 발표된 연구 결과에 따르면, 이 공정은 실용적이고 저렴하며 일반적인 농업 관행의 요구 사항을 충족시켜 일석이조의 효과를 기대할 수 있다. 카난 교수는 "지구에는 대기 중 CO₂를 제거할 수 있는 광물이 무한정 존재하지만 인간의 온실 가스 배출을 상쇄시키기에는 반응 속도가 충분하지 않다"며 "이번 연구는 확장 가능한 방식으로 이러한 문제를 해결했다"고 밝혔다. 수십년 동안 과학자들은 암석의 자연적인 CO₂ 흡수 과정인 풍화 작용을 가속화하는 방법을 연구해왔다. 카난 교수와 첸 연구원은 풍화 속도가 느린 일반 규산염 광물을 풍화 속도가 빠른 광물로 전환함으로써 이 문제를 해결했다. 첸 연구원은 "단순한 이온 교환 반응을 통해 비활성 규산염 광물을 활성화하는 새로운 화학 반응을 구상했다"며 "이처럼 효과가 좋을 줄은 예상하지 못했다"고 설명했다. 이온은 전하를 띤 원자 또는 원자 그룹을 의미한다. 연두팀은 시멘트 생산 과정에서 영감을 얻었다. 시멘트 생산에서는 가마를 사용하여 석회석(퇴적암)을 산화칼슘이라는 반응성 화합물로 전환한 후 모래와 혼합한다. 연구진은 이 과정을 재현하되, 모래 대신 규산마그네숨이라는 물질을 사용했다. 규산마그네슘은 열을 가하면 이온 교환을 통해 산화마그네슘과 규산칼숨으로 전환되는 두 가지 광물을 포함한다. 이 광물들은 풍화 속도가 빠르다. 카난 교수는 "이 공정은 승수 역할을 한다"며 "반응성 광물인 산화칼슘과 비활성 규산마그네슘을 사용하여 두 가지 반응성 광물을 생성한다"고 설명했다. 연구진은 실험을 통해 습윤 규산칼슘과 산화마그네슘을 공기에 노출시킨 결과, 수 주에서 수개월 내에 풍화 작용의 결과물인 탄산염 광물로 전환되는 것을 확인했다. 카난 교수는 "산화마그네슘과 규산칼슘을 넓은 토지에 살포하여 대기 중 CO₂를 제거할 수 있다"며 "현재 시험 중인 흥미로운 응용 분야 중 하나는 농업 토양에 첨가하는 것"이라고 밝혔다. 이 방법은 토양이 너무 산성일 때 탄산칼슘을 첨가하는 농부들에게도 실용적일 수 있다. 이 과정을 석회 처리라고 한다. 카난 교수는 "이 제품을 첨가하면 두 광물 성분이 모두 알칼리성이므로 석회 처리가 필요하지 않다"며 "또한 규산칼슘이 풍화되면서 식물이 흡수할 수 있는 형태의 규소를 토양에 방출하여 작물 수확량과 회복력을 향상시킬 수 있다"고 설명했다. "이상적으로는 농부들이 농업 생산성과 토양 건강에 유익한 이 광물에 비용을 지불하고, 탄소 제거는 부가적인 효과로 얻을 수 있을 것이다." 약 1톤의 산화마그네슘과 규산칼슘은 대기 중 CO₂ 1톤을 흡수할 수 있으며, 이 추정치는 다른 탄소 포집 기술에 사용되는 에너지의 절반 미만을 사용하는 가마에서 배출되는 CO₂를 포함한다. 그러나 이 솔루션을 효과적인 수준으로 확장하려면 매년 수백만 톤의 산화마그네슘과 규산칼슘이 필요하다. 첸 연구원은 감람석이나 사문석과 같은 규산마그네슘의 천연 매장량 추정치가 정확하다면 인간이 배출한 모든 대기 중 CO₂를 제거하고도 남을 만큼 충분할 것이라고 지적했다. 또한 규산염은 광산 폐기물에서 회수할 수도 있다. 카난 교수는 "사람들은 이미 연간 수십억 톤의 시멘트를 생산하는 방법을 알고 있으며, 시멘트 가마는 수십 년 동안 작동한다"며 "이러한 학습과 설계를 활용하면 실험실 발견에서 의미 있는 규모의 탄소 제거로 이동하는 명확한 경로가 있다"고 강조했다.
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- ESGC
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[신소재 신기술(156)] 일반 암석을 탄소 포집 암석으로 변모시키는 신기술 개발
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[기후의 역습(42)] 화산 폭발, 엄청난 탄소 방출로 온난화 촉발…생물 대량 멸종 초래도
- 자연은 종종 인류의 시급한 과제에 대한 해결책을 제시해 준다. 지구의 지질학적 역사도 마찬가지로 지구 온난화를 이해할 수 있는 정보와 장기적인 통찰력을 제공한다. 지구 역사를 통틀어 재앙을 몰고 온 대규모의 화산 폭발은 대기와 해양에 막대한 양의 탄소를 방출했다. 지구과학 소식을 전하는 어스닷컴은 화산의 엄청난 탄소 방출은 급격한 기후 온난화를 촉발해 육지와 해양 생태계의 대량 멸종으로 이어졌다고 전했다. 나아가 이러한 강력한 화산 활동 기간은 수백만 년 동안 지구의 ‘탄소 및 기후 조절 시스템’을 혼란에 빠뜨렸으며 지구 환경에 지속적인 영향을 미쳤을 가능성이 높다는 지적이다. 이는 취리히 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 환경 과학자팀이 진행한 최근 연구 결과다. 연구팀은 지구 역사상 주요 기후 변화에 직면했던 식물이 어떻게 반응하고 진화했는지를 분석했다. 또 이러한 변화가 지구의 자연적 탄소-기후 조절 시스템에 어떤 영향을 미쳤는지도 조사했다. 연구 결과는 사이언스 저널 최신호에 실렸다. 연구팀은 고대 퇴적물에서 발견된 동위원소에 대해 화학적 분석을 수행하는 한편, 분석 데이터를 지구의 지질학적 기후 체계를 조절하는 식물의 역할을 통합해 설계한 모델과 비교했다. 팀은 이 모델을 사용해 화산 활동으로 인한 강력한 탄소 방출에 지구 시스템이 어떻게 반응하는지도 시뮬레이션했다. 팀이 초점을 맞춘 시기는 약 2억 5200만 년 전 페름기-트라이아스기 ‘시베리아 트랩(Siberian Traps)’ 대량 멸종을 포함해 지구 지질학적 역사상 세 가지 중요한 기후 변화였다. 시베리아 트랩은 러시아의 초거대 현무암질 용암지대로, 거대 화산의 분화로 인해 엄청난 양의 용암과 화산재를 지표면에 뿌렸고 이로 인해 생물체가 대량으로 사멸했다고 한다. ETH 취리히의 타라스 게리아 교수는 "시베리아 트랩 형성기 20만 년 동안 약 4만기가톤(Gt)의 탄소를 방출했고, 그 결과 지구 평균 기온이 섭씨 5~10도 상승하면서, 기록상 지구에서 가장 심각한 멸종 사건이 발생했다"고 설명했다. 생물이 온도 상승에 적응하지 못하면서 급속한 생태계 파괴로 이어졌던 것. 연구팀원인 ETH 취리히의 줄리안 로거 박사는 "시베리아 트랩과 같은 재앙적인 사건이 터지면 식물이 원상회복되는 데 수백만 년이 걸릴 수 있다. 장기간 지구의 탄소-기후 조절 시스템은 심각하게 약화되고 비효율화돼 장기적인 기후 온난화가 초래된다"고 설명했다. 재앙적인 화산 폭발의 심각성은 방출된 탄소가 얼마나 빨리 지구 내부로 다시 격리될 수 있는지에 따라 결정된다. 탄소의 격리는 규산염 광물 풍화나 유기 탄소 생성 등의 메커니즘을 통해 발생하며, 이 과정을 통해 탄소는 대기에서 효과적으로 제거된다. 연구에 따르면 화산 폭발 후 기후가 안정화되고 새로운 평형 상태에 도달하는 데 걸리는 시간은 식물이 온난화에 얼마나 빨리 적응할 수 있는지에 크게 좌우된다. 일부 식물 종은 더 시원한 지역으로 이동하는 방법을 택했지만 많은 경우 화산 폭발은 너무나 치명적이어서 식물 종은 지속적인 온도 상승에 적응할 시간이 충분하지 않았고 멸종의 길을 걸었다. 연구 결과는 현시대 인간이 유발한 기후 위기에 중대한 시사점을 보여준다. 연구에 따르면 식물의 교란은 화산 폭발과 같은 지질학적 변화와 마찬가지로 기후 온난화를 장기화하고 심화시킬 수 있다. 실제로 지구의 탄소 순환을 조절하는 식물의 능력이 떨어져 기후가 안정적인 평형을 이루는데 수백만 년이 걸린 사례도 있다. 연구팀은 지구가 글로벌 기후 위기에 처해 있다고 경고하면서 "이전의 어떤 화산 활동보다 더 빠른 속도로 온실가스를 방출하고 있다. 연구 결과는 갑작스러운 기후 변화에서 원상으로 회복하는데 기여하는 식물의 역할을 보여준다. 그런데 전 세계적으로 산림 벌채가 중단되지 않아 자연 생태계가 기후를 조절하는 능력을 잃고 있다"고 경고했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(42)] 화산 폭발, 엄청난 탄소 방출로 온난화 촉발…생물 대량 멸종 초래도
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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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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(16)] 나사 화성 탐사선 퍼시비어런스, 고대 지질 밝히는 새로운 암석 발견
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소행성 표면서 물 분자 첫 발견
- 과학자들이 지금은 폐기된 적외선 천문학 성층권 천문대(SOFIA)의 데이터를 활용해 소행성 표면에서 물 분자를 최초로 발견했다고 사이테크데일리가 14일(현지시간) 보도했다. 이 매체에 따르면 사우스웨스트 연구소(Southwest Research Institute, SwRI)의 연구원들은 미 항공우주국(NASA·나사) 과학자들과 독일 우주국 DLR의 공동 프로젝트인 SOFIA 데이터를 활용하여 소행성 표면에서 물 분자를 확인했다. 이는 태양계 형성과 생명체 지원 가능성에서 물의 분포와 물의 역할을 이해하는 데 중요한 진전을 이루었다는 평가를 받고 있다. SOFIA의 포캐스트(FORCAST) 장비는 이전에는 건조하다고 여겨졌던 소행성에서 물을 발견했다. 과학자들은 규산염이 풍부한 소행성 4개를 조사하여 그 중 2개에서 분자 물을 나타내는 중적외선 스펙트럼 시그니처를 분리하기 위해 FORCAST 장비를 사용했다. 해당 연구는 지난 2월 12일 행성과학저널(The Planetaey Science Journal)에 게재됐다. 소행성 물 분포의 중요성 이 발견에 관한 행성 과학 저널 논문의 수석 저자인 SwRI의 아니시아 아레돈도(Anicia Arredondo) 박사는 "소행성은 행성 형성 과정에서 남은 찌꺼기이기 때문에 태양 성운의 형성 위치에 따라 구성 성분이 달라진다"라고 말했다. 아레돈도 박사는 "특히 소행성의 물 분포는 물이 지구에 어떻게 전달되었는지를 밝힐 수 있기 때문에 특히 흥미롭다"고 부연했다. 무수 또는 건조한 규산염 소행성은 태양 가까이에서 형성되는 반면 얼음 물질은 더 멀리 떨어져서 합쳐진다. 소행성의 위치와 구성 성분을 이해하면 태양 성운의 물질이 어떻게 분포하고 형성 이후 어떻게 진화했는지 알 수 있다. 태양계의 물 분포는 다른 태양계의 물 분포에 대한 통찰력을 제공하며, 물은 지구상의 모든 생명체에 필요하기 때문에 태양계와 그 너머에서 잠재적 생명체를 찾을 수 있는 곳을 찾을 수 있게 해줄 것으로 예상된다. 아레돈도는 "소행성 아이리스(Iris)와 마살리아(Massalia)에서 분자 물로 추정되는 특징을 발견했다"고 말했다. 그는 "저희는 달 표면에서 햇빛을 받은 분자 물을 발견한 연구팀의 성공을 바탕으로 연구를 진행했다. 다른 천체에서도 이 스펙트럼 시그니처를 찾기 위해 SOFIA를 사용할 수 있다고 생각했다고 설명했다. 이전에는 달 햇빛이 비추는 표면에서만 분자 물이 발견되었으며, 소행성에서의 물 존재는 처음 확인된 사례다. SOFIA는 달 남반구에서 가장 큰 크레이터 중 하나에서 물 분자를 감지했다. 달과 소행성에 대한 이전 관측에서는 어떤 형태의 수소가 검출되었지만 물과 가까운 화학적 친척인 하이드 록실을 구별하지 못했다. 과학자들은 달 표면에 펼쳐진 1㎥(세제곱미터)의 토양에 화학적으로 결합된 12온스(340g)짜리 물 한 병에 해당하는 양의 물이 광물에 갇혀 있는 것을 발견했다. 아레돈도는 "스펙트럼 특징의 밴드 강도에 따르면 소행성의 풍부한 물은 태양이 비추는 달의 물과 일치한다"며 "마찬가지로 소행성에서도 물이 결합되어 있을 수 있다고 설명했다. 연구팀은 "태양계 물 분포는 다른 항성계 물 분포에도 영향을 미칠 가능성이 있다"고 밝혔다. 또한 "지구 생명체의 필수 요소인 물은 생명체 탐사 시 중요한 기준이 될 것"이라고 덧붙였다. 앞으로 연구팀은 소행성 물의 정확한 양과 분포를 파악하기 위해 추가 관측을 진행할 계획이다.
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소행성 표면서 물 분자 첫 발견
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NASA, 금속성분 풍부한 '프시케' 소행성 탐사
- 미국 항공우주국(NASA)은 화성과 목성 사이의 궤도에 있는 프시케(Psyche)라는 금속성분이 풍부한 소행성 탐사를 시작했다. 미국 매체 더 힐에 따르면 프시케는 철과 니켈 등의 금속으로 풍부하며, 길이가 280km에 달하는 거대한 소행성이다. NASA는 이 소행성이 충돌로 인해 표면의 암석이 제거된 채 남아있는 행성 핵으로 보고 있으며, 이를 통해 지구를 포함한 행성들의 핵이 어떻게 형성되었는지에 대한 단서를 찾을 수 있을 것으로 기대하고 있다. NASA의 제트 추진 연구소(JPL)는 지난 10월 13일 프시케 탐사선을 우주로 쏘아 올렸다. 이 탐사선은 약 6년 동안 40억km를 여행해 2029년 8월에 동일한 이름의 목적지인 프시케 소행성에 도착할 예정이다. 그 전에 탐사선은 2026년 5월 화성 근처를 지나며 화성의 중력을 이용해 속도를 증가시키고 방향을 조절한다. 행성에 도착한 후에는 약 26개월 동안 고도 65~700km 상공에서 프시케를 공전하며 지형과 구성 성분, 자기, 중력 등 다양한 정보를 수집할 계획이다. 이번에 탐사를 진행하는 '프시케' 탐사선은 소행성 이름을 따서 붙여졌다. 다중 스펙트럼 이미저, 감마선과 중성자 분광계, 자력계와 X-밴드 중력 과학 조사를 포함한 여러 도구를 탑재하고 있다. 또한 전파가 아닌 레이저를 사용하여 훨씬 더 빠른 속도로 데이터를 지구로 다시 보내는 심우주 광통신 장치를 테스트한다. 프시케 탐사 임무는 태양계의 탄생과 진화에 대한 많은 정보를 밝혀내어 과학에 도움이 될 것으로 기대한다. 아울러 우주의 천연 자원 채굴에 대한 정보도 수집한다. 일부 전문가들은 프시케 소행성의 광물 가치를 약 10조 달러(약 1경3430조원)로 추정하고 있다. '지구 물리학 연구 저널(Journal of Geophysical Research)'의 한 논문은 대략 11.65조 달러로 추정하기도 했다. 정확한 가치는 아직 확인되지 않았지만 미래에 이 소행성의 풍부한 광물을 채굴하려는 많은 시도가 예상된다. 핵 융합 추진 기술 발전 기대 프시케 혹은 다른 소행성에서의 채굴을 시작하기 위해서는 향후 5~6년 동안 새로운 기술 개발이 필요하다. 지구와 프시케 사이의 거리가 매우 멀기 때문에, 현재의 기술로는 소행성에서 광물을 채굴하고 지구로 귀환시키는 데 엄청난 비용이 들 것으로 예상되기 때문이다. 핵 융합 추진 기술이 개발된다면, 지구와 프시케 사이의 이동 시간이 크게 단축될 것으로 보인다. 이 기술을 활용하면 로봇을 이용해 소행성에서 자원을 채굴하고 정제한 후, 채굴된 자원을 우주 산업 인프라로 운송하는 광산 선박의 활용이 가능해질 것이다. 프시케와 같은 태양계의 천체들은 경제적인 이윤을 창출할 수 있으며, 이는 많은 이점을 가지고 있다. 소행성 채굴은 지구에서의 채굴과 달리 환경에 미치는 부정적인 영향이 없다. 저명한 천체 물리학자 닐 드 그래스 타이슨(Neil deGrasse Tyson)은 소행성과 달의 채굴에 대해 긍정적인 견해를 제시했다. 그는 이러한 채굴 활동이 천연 자원에 대한 충돌과 갈등을 줄일 수 있을 것이라고 말했다. 한국, 다누리 탐사 계획 우리나라도 우주 광물 채굴 분야에 뛰어들기 위한 준비를 하고 있다. 한국항공우주연구원은 2029년부터 2031년까지 '다누리'라는 이름의 소행성 탐사선을 개발 중이다. '다누리'는 지구로부터 약 1.5억km 떨어진 '162173 APL' 소행성을 목표로 하고 있다. 이 소행성은 지름이 약 500m이며, 철, 니켈, 황, 규산염 등의 광물이 풍부하다. '다누리'는 2029년 8월에 발사되어 2031년 12월에 APL 소행성에 도착할 예정이며, 그곳의 지형, 구성 성분, 자기장 등을 조사할 계획이다. '프시케'와 '다누리'의 탐사는 우주 광물 채굴의 실현 가능성을 입증하는 중요한 단계가 될 것이다. 우주 광물 채굴이 현실화되면 지구의 자원 문제를 해결하고, 새로운 경제적 기회를 열어줄 것으로 예상된다.
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NASA, 금속성분 풍부한 '프시케' 소행성 탐사
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美 나사, 1경 규모 금속 행성 탐사선 10월 발사
- 미국 텍사스주 크기의 행성이 엄청난 속도로 지구를 향해 돌진하고 있다. 미국 우주항공국(NASA)는 비행선을 보내 이 행성에 구멍을 뚫고, 핵탄두를 설치해 폭파하는 방법으로 행성을 둘로 쪼개는 아이디어를 낸다. 영화 '아마겟돈' 이야기다. 그런데 영화 같은 일이 실제로 벌어질 전망이다. 나사는 이번엔 행성을 폭파하는 것이 아니라 어떤 광물이 있는지 조사하기 위해 비행선을 발사한다. 독일의 날씨전문 누리집 '다스베터(daswetter)'에 따르면, 과학자들은 '16프시케(16 Psyche)'라는 이름의 소행성을 탐사할 예정이다. 이번 탐사는 행성의 구성을 파악하기 위한 것이다. 이 소행성은 지난 1852년 3월 17일 이탈리아의 천문학자 안니발레 드 가스프리스(Annibale de Gasparis)가 발견했으며, 소행성대에서 가장 무거운 10개의 소행성 중 하나로 꼽힌다. 과학자들의 이번 탐사는 행성의 형성과 관련된 금속 및 기타 구성 요소에 대한 탐색을 목적으로 한다. 우주는 끊임없이 새로운 비밀을 품고 있으며, 이를 탐사하는 과학자들의 노력은 계속 이어진다. 소행성 '16프시케'는 철, 니켈, 금 등의 금속 성분을 주요 구성 요소로 갖는다. 이러한 특징은 태양계를 구성하는 미행성 핵이 대체로 금속 성분으로 형성됐을 가능성을 시사하며, 과학계는 이 점에 큰 관심을 가지고 있다. 나사가 그린 위의 프시케 상상도처럼 이 소행성의 형태는 감자와 유사한 불규칙한 모양을 하고 있다. 어쩌면 편평한 타원형으로 보일 수도 있다. 적도를 가로지르는 가로 길이는 약 280km, 세로 길이는 232km로, 전체 표면적은 약 16만5800 ㎢에 이른다. 최근의 연구에서는 이 소행성의 주요 성분이 금속으로 되어 있다고 분석됐다. 일반적으로 유리와 모래에서 발견되는 금속성분과 규산염의 복합체로 이해하면 된다. 레이더를 통한 관찰과 소행성의 열관성 측정 결과, 프시케는 암석과 금속의 조합으로 이루어져 있을 가능성이 높다. 특히, 전체 부피 중 30~60% 정도가 금속성분으로 구성되어 있는 것이 확인됐다. 과학자들은 광학과 레이더 관찰을 이용해 프시케의 3D 모델을 구축했다. 이 모델에는 두 개의 함몰된 분화구가 포함되어 있다. 그 결과 소행성 표면에는 금속 함량과 색상에 상당한 차이가 있음이 드러났다. 이 소행성은 우리 태양계를 구성하는 요소 중 하나인 소행성 핵에서 파생된 대량의 금속성분으로 이루어져 있을 가능성이 높다고 과학자들은 추정하고 있다. 소행성 프시케는 태양계 형성 초기에 자주 일어났던 여러 차례의 격렬한 충돌을 견뎌낸 것으로 추정된다. 이는 우리에게 지구의 핵이나 다른 암석 행성의 핵이 어떻게 형성되었는지에 대한 통찰을 제공할 수 있다. 프시케는 태양으로부터 3억7800만~4억9700만km 떨어진 화성과 목성 사이의 태양을 공전한다. 이는 2.5~3.3AU(1AU, Astronomical unit, 지구와 태양 사이의 거리)거리로, 프시케가 태양 주위를 회전하는데 지구 시간으로 약 5년이 걸리지만, 자체 축(프시케의 하루)을 중심으로 한 번 회전하는 데는 4시간이 조금 넘게 걸린다. 나사는 2023년 10월 5일에 '프시케(Psyche)'라는 탐사선을 발사할 계획이다. 이 탐사선은 중력을 이용해 화성 상공을 지나가며, 이후 태양 전기 추진을 활용해 소행성에 접근할 예정이다. 탐사선이 소행성에 도착하면, 4개의 다른 궤도에서 탐사 활동을 시작한다. 주된 연구 목적은 프시케가 실제로 소행성의 핵심 부분인지 파악하는 것이다. '프시케 임무'의 핵심 과학적 목표는 행성 형성의 기본 구성 요소를 분석하고, 이전에 경험하지 못한 새로운 세계를 탐험할 계획이다. 연구팀은 프시케에 핵의 잔여 물질이 있는지, 그 연대는 어느 정도인지, 그리고 지구의 핵과 유사한 환경에서 형성되었는지, 그 표면의 특성은 어떠한지를 밝히려고 한다. 프시케 탐사 우주선과 태양전지는 테니스장 정도의 크기다. 우주선의 몸체는 소형 픽업트럭 보다 약간 크고, 높이는 농구 골대 정도다. 우주선에는 △금속성분과 규산염 성분을 구분할 수 있는 고해상도 멀티스펙트럴 이미저(Multispectral Imager) △ 소행성의 원소 구성을 감지하는 감마선 및 중성자 분광계, △ 잔류 자기장을 감지하고 측정하는 자력계, △ X-밴드 무선 통신 시스템을 사용해 중력장을 고정밀도로 측정하고 프시케의 내부 구조에 대한 정보를 얻을 수 있는 전파과학, △ 짧은 시간에 많은 데이터를 전송할 수 있는 심우주 광통신(DSOC) 등이 탑재된다. 16프시케가 예상대로 대량의 금속으로 이루어져 있다면 그 가치는 약 10조 달러(한화로는 약 1경3280조원)로 추정된다. 그러나 이번 탐사 임무의 주요 목적은 단순한 채굴이나 경제적 이익이 아니라 해당 행성의 구성물질을 파악하는 것에 있다. 미국과 일본 등 우주 강국은 다른 소행성 탐사 프로젝트도 활발히 진행 중이다. 2019년에 발사된 일본의 우주선 '하야부사2'는 2030년 이후 다른 소행성으로의 여정을 계획하고 있다. 나사의 '오시리스 렉스' 탐사선은 소행성 베누(Bennu)에서 수집한 샘플을 지구로 가져오기 위해 오는 9월24일 복귀할 예정이다.
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美 나사, 1경 규모 금속 행성 탐사선 10월 발사
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