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[퓨처 Eyes(90)] "시간이 3차원"⋯물리학 100년 숙제 '양자 중력' 해법 제시한 새 이론
- 우리가 사는 세상을 '3차원 공간'과 '1차원 시간'이 합쳐진 4차원의 무대라고 보는 현대 물리학의 기본 생각에 도전하는 새로운 이론이 나왔다. 시간이 실제로는 3차원이고, 우리가 아는 공간은 그 시간의 작용 때문에 생겨난 결과물이라는 주장이다. 이 이론은 아주 작은 원자의 세계와 거대한 우주를 하나로 묶으려는 물리학의 가장 큰 숙제인 '양자 중력' 문제까지 풀 수 있다는 기대를 모은다. 이 혁신적인 이론을 내놓은 사람은 미국 알래스카 페어뱅크스 대학교의 군터 클레체슈카 교수다. 그는 "3차원의 시간이야말로 모든 것을 이루는 바탕이며, 마치 그림을 그리는 캔버스와 같다"고 설명한다. "우리가 아는 3차원 공간 역시 존재하지만, 그것은 캔버스 자체가 아니라 그 위에 칠해진 그림물감에 더 가깝다"는 것이다. 그렇다면 3차원 시간이란 무엇일까? 우리가 아는 시간은 끊임없이 앞으로만 나아가는 직선 길과 같다. 하지만 만약 이 길 옆으로 또 다른 길이 나 있다면 어떨까? 지금 이 순간에 머무르면서 옆길로 한 걸음 옮기면, 바로 그날의 다른 가능성을 탐험할 수 있다. 이것이 시간의 '두 번째 차원'이다. 그리고 이 가능성들 사이를 오갈 수 있게 하는 힘이나 통로가 바로 시간의 '세 번째 차원'이다. 실험값과 소수점 9자리까지 일치 이 이론이 특히 주목받는 까닭은 실제 세상과 딱 들어맞는 구체적인 예측을 내놓기 때문이다. 기존 물리학 이론(표준 모형)은 세상이 무엇으로 만들어졌는지 잘 설명하지만, '왜 입자들이 지금과 같은 무게(질량)를 갖는지'는 정확히 답하지 못했다. 클레체슈카 교수의 계산은 이 질문에 대한 놀라운 답을 보여준다. 세상에서 가장 무거운 기본 입자인 '톱 쿼크'의 무게를 예측한 값이 실제 실험에서 측정한 값과 거의 똑같았다. 특히 전자 한 개의 무게는 실제 측정값과 소수점 아홉째 자리까지 똑같이 계산해냈다. '유령 입자'라고 불리는 아주 가벼운 중성미자들의 무게까지 정확히 예측했다. △ 가장 무거운 중성미자(ν 3 ): 0.058±0.004 eV △ 중간 중성미자(ν 2 ): 0.0086±0.0003 eV △ 가장 가벼운 중성미자(ν 1 ): 0.0023±0.0002 eV '세대 문제'부터 '양자 중력'까지…물리학 난제 풀다 새로운 이론은 숫자를 맞추는 데서 그치지 않고, 물리학의 오랜 수수께끼들에 대한 실마리를 제공한다. 첫째, 왜 기본 입자들이 꼭 세 종류씩 짝을 이루는지(세대 문제)를 시간의 3차원 구조로 깔끔하게 설명한다. 둘째, 물질 세계가 왜 유독 '왼손잡이'를 선호하는 것처럼 보이는지(대칭성 위반)에 대한 궁금증도 다른 가정 없이 시간의 구조만으로 풀어낸다. 이전에도 시간을 여러 차원으로 보려는 시도는 있었지만, 종종 '원인이 결과보다 늦게 일어나는' 심각한 모순이 생겨났다. 클레체슈카 교수의 이론은 이 문제를 해결해, 여러 시간 차원 속에서도 원인과 결과의 순서가 뒤바뀌지 않음을 수학적으로 보장한다. 셋째, 아주 작은 세계와 거대한 세계의 규칙을 합치는 '양자 중력' 이론의 실마리를 찾았다는 점이 가장 큰 성과로 꼽힌다. 현재 물리학은 자연계의 4가지 기본 힘(전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력, 중력) 중 중력을 제외한 세 힘은 '표준 모형'으로 설명하지만, 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 설명하는 중력과는 합치지 못하고 있다. 이 둘을 통합해 4가지 힘을 모두 아우르는 '모든 것의 이론'을 만드는 것이 물리학자들의 오랜 꿈이다. 이론에서 현실로…앞으로 10년의 검증 시험대 이 놀라운 아이디어는 단순한 상상으로 끝나지 않을 전망이다. 앞으로 10년 안에 여러 최첨단 과학 실험을 통해 이론이 맞는지 직접 확인할 수 있기 때문이다. 클레체슈카 교수는 "과거의 3차원 시간 이론들은 구체적인 실험과 연결되지 않은 수학적 상상에 가까웠다"며 "내 연구는 이 개념을 여러 방법으로 검증할 수 있는, 시험 가능한 물리 이론으로 바꾸었다"고 강조했다. 구체적인 검증 방법과 일정은 다음과 같다. △ 중력파: 땅속에서 우주의 미세한 떨림인 '중력파'를 측정하는 '라이고(LIGO+)'와 같은 검출기로, 이론이 예측한 빛과의 미세한 속도 차이를 확인할 것이다. △ 새로운 입자: 스위스에 있는 거대한 입자 실험 장치인 '대형 강입자 충돌기(LHC)'를 이용해 이론이 예측하는 새로운 입자를 찾는다. 이 입자들은 우주의 숨겨진 물질인 '암흑물질'의 유력한 후보로도 여겨진다. △ 암흑 에너지: 2027년부터는 여러 우주 망원경이 우주를 가속 팽창시키는 미지의 힘인 '암흑 에너지'의 변화를 관측해, 이론의 예측과 들어맞는지 비교할 예정이다. 과학 넘어 철학까지…'현실'의 재정의 이러한 예측들이 실험을 통해 사실로 밝혀진다면, 과학계에 거대한 혁명이 일어날 수 있다. 우리가 당연하게 여겼던 시간과 공간, 그리고 현실 자체를 완전히 새로운 눈으로 보게 되기 때문이다. 이 이론은 우리에게 물리적 현실의 본질을 뿌리부터 다시 생각해야 할지 모른다는 질문을 던진다. 이 이론이 맞다면, 시간은 우리가 떠내려가는 강이 아니라, 온 세상이 헤엄치는 거대한 바다일지도 모른다.
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[퓨처 Eyes(90)] "시간이 3차원"⋯물리학 100년 숙제 '양자 중력' 해법 제시한 새 이론
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[우주의 속삭임(123)] 은하 외곽서 별을 집어삼킨 유영 블랙홀⋯사상 첫 광학 관측
- UC버클리 천문학자들이 은하 중심 아닌 외곽에서 발생한 중력파 후보 현상을 포착했다. 은하 중심이 아닌 외곽에서 거대한 블랙홀이 별을 집어삼키는 극적인 장면이 처음으로 포착됐다고 과학 전문매체 사이테크 데일리가 19일(현지시간) 보도했다. 이는 장기적으로 두 초대질량 블랙홀의 병합 가능성을 보여주는 단초로, 향후 중력파 관측의 신기원을 열 것이라는 기대를 모으고 있다. 미국 UC버클리 천문학자들은 최근 AT2024tvd로 명명된 현상을 관측하고, 그 원인이 은하 외곽을 떠도는 블랙홀의 '조석파괴사건(TDE, Tidal Disruption Event)'이라는 사실을 밝혀냈다. 이 블랙홀은 태양 질량의 약 100만 배에 달하며, 자전 속도가 빠른 별 하나를 강한 중력으로 찢어낸 뒤 그 잔해에서 발생한 섬광을 통해 존재를 드러냈다. 이번 발견은 캘로포니아주 팔로마 천문대에 설치된 츠비키 천이 관측소(ZTF, Zwicky Transient Facility)의 광학 카메라를 통해 이루어졌으며, 이후 허블 우주망원경, X선, 전파망원경 등 다중 파장 관측으로 확정됐다. 이러한 유형의 TDE는 기존에 은하 중심에서만 발견됐으며, 비핵 영역(off-nuclear)에서 광학적으로 관측된 것은 이번이 처음이다. 두 블랙홀의 공존…장기 병합 가능성 주목 은하 중심부에도 이미 하나의 초대질량 블랙홀이 존재하고 있는 상황에서, 외곽에 또 다른 거대한 블랙홀이 존재한다는 것은 은하 병합의 잔재로 해석된다. 연구팀은 이 떠돌이 블랙홀이 과거 소형 은하의 중심이었던 블랙홀로, 병합 후 큰 은하에 포획됐을 가능성을 제시했다. 현재 은하 중심에 있는 블랙홀은 태양 질량의 약 1억 배이며, 근처 가스와 물질을 빨아들이며 성장 중이다. 두 블랙홀이 현재는 수천 광년 떨어져 있지만, 수십억 년 후에는 중력 상호작용을 통해 병합될 가능성도 배제할 수 없다는 것이 연구진의 설명이다. UC버클리의 라파엘라 마르구티(Raffaella Margutti) 교수는 "지금처럼 TDE를 통해 두 블랙홀이 근접해 있는 사례를 관측한 것은 처음"이라며 "향후 LISA(Laser Interferometer Space Antenna) 미션을 통해 이 병합에서 발생하는 중력파를 포착할 수 있을 것"이라고 전망했다. TDE, 보이지 않는 블랙홀을 밝히는 '플래시' 블랙홀은 그 자체로 빛을 방출하지 않기 때문에 직접 관측이 불가능하다. 하지만 주변의 별이나 가스가 블랙홀의 중력에 의해 찢겨나가며 생성되는 밝고 뜨거운 원반(강착 원반)과 방출되는 빛은 관측이 가능하다. TDE는 이러한 현상의 대표적 사례로, 블랙홀이 별을 삼키는 과정에서 발생하는 폭발적인 섬광이다. ZTF는 2018년 이후 현재까지 100건 가까운 TDE를 은하 중심에서 포착했으며, 이번처럼 외곽에서 발생한 사례는 전례가 없었다. 이는 블랙홀들이 은하 내에서 떠돌고 있을 수 있음을 시사하는 것이며, 그 수는 지금까지 예측보다 더 많을 가능성을 암시한다. 공동 저자인 라이언 초녹(Ryan Chornock) 교수는 "은하가 병합하면 블랙홀도 함께 들어오지만, 곧바로 병합하진 않는다"며 "이처럼 은하 내부를 떠도는 '유영 블랙홀'이 존재할 수 있다는 이론이 이번에 관측을 통해 확인됐다"고 말했다. LISA, 수백만 태양질량급 병합 중력파 탐지 준비 유럽우주국(ESA)과 미국항공우주국(나사·NASA)이 공동으로 추진 중인 리사(LISA) 우주 미션은 향후 10년 내 발사를 목표로 하고 있다. LISA는 수백만 태양질량 규모의 블랙홀 병합에서 나오는 중력파를 탐지하는 데 최적화된 장비로, 지상 기반의 LIGO나 VIRGO가 관측하지 못하는 중간질량대 영역을 담당하게 된다. 이번 AT2024tvd의 발견은 LISA의 과학적 타당성을 높이는 결정적 사례로 꼽힌다. TDE 같은 일시적 사건을 체계적으로 탐색한다면, 향후 LISA가 관측할 수 있는 병합 대상 블랙홀을 사전에 포착할 수도 있기 때문이다. "우주는 조용히 병합 중…우리는 단지 그 흔적을 따라간다" 연구 책임자인 유한 야오(Yuhan Yao) 박사는 "보통은 은하 중심에서만 찾던 현상이 외곽에서 나타났다는 것 자체가 우주 구조 형성의 과정을 다시 생각하게 한다"며, "이번 발견은 하나의 시작이며, 더 많은 '숨은 블랙홀'을 찾을 단서가 될 것"이라고 강조했다. 이번 연구는 미국 천문학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(123)] 은하 외곽서 별을 집어삼킨 유영 블랙홀⋯사상 첫 광학 관측
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[퓨처 Eyes(89)] "빅뱅 잔광(CMB)은 착각"⋯초기은하·블랙홀, 우주 기원론 뒤흔든다
- 138억 년 우주 역사의 정설인 '빅뱅 이론'의 가장 강력한 증거가 흔들리고 있다. 독일 본 대학교, 체코 프라하 대학교, 중국 난징 대학교 공동 연구팀은 우주 전체에 희미하게 퍼져 있는 '우주 마이크로파 배경 복사(CMB)'의 정체를 두고 새로운 해석을 내놨다고 밝혔다. 연구팀은 이 배경 복사의 상당 부분이 초기 은하 형성 과정에서 나온 빛일 수 있으며, 기존 학계의 측정이 과대평가됐을 가능성이 있다고 설명했다. 이 연구 결과는 세계적인 학술지 '핵물리학 B(Nuclear Physics B)' 최신호에 실려 우주론에 새로운 파장을 일으키고 있다. 현대 표준 우주론에 따르면, 우주는 약 138억 년 전 대폭발, 즉 빅뱅으로 탄생했다. 폭발 후 38만 년이 지나 우주가 충분히 냉각되자 빛이 비로소 자유롭게 퍼저나갈 수 있었는데, 이를 '우주 마이크로파 배경 복사(the cosmic microwave background radiation, 빅뱅 잔광)'라고 부른다. 과학계는 이 태고의 빛을 빅뱅의 결정적 증거이자 초기 우주의 모습을 담은 '스냅샷'으로 여겨왔다. 특히 배경 복사에 나타나는 미세한 온도 차이, 즉 비등방성(anisotropy)은 은하와 우주 거대 구조를 만든 초기 우주의 미세한 밀도 변화를 보여주는 증거로 해석됐다. '빅뱅의 메아리'에 드리운 의문 그러나 연구를 이끈 본대학교 파벨 쿠루파 교수는 "우리의 계산에 따르면, 이 우주 마이크로파 배경 복사는 이예 존재하지 않을 수도 있다"며 "적어도 우리는 그 정도가 과대평가됐다고 확신한다"고 주장했다. 연구팀은 우주에서 가장 먼저 생긴 것으로 알려진 '타원은하'에 주목했다. 연구팀은 현재 은하들 사이의 거리와 우주의 팽창 속도를 역으로 계산해, 타원은하들이 우주 초기에 불과 수억년이라는 짧은 기간에 집중적으로 만들어졌다고 밝혔다. 연구에 참여한 닌징대학교 에다 게르고 박사는 " 이 기간에 타원은하를 이루는 수천억 개의 별들이 폭발적으로 타오르며 엄청난 빛을 뿜어냈다"고 설명했다. 여구팀은 당시 별들의 핵융합 활동이 현재보다 수천배 더 밝았을 것으로 추정하며, 이때 나온 '초기 별빛'은 너무나 강력해 138억년이 지난 지금도 관측할 수 있다"고 덧붙였다. 우주 탄생의 청사진이 흔들인다 게르고 박사는 "우리의 계산은 현재 관측되는 우주 마이크로파 배경 복사의 최소 1.4%가 바로 이 타원은하 형성 과정에서 비롯됐음을 보여준다"며 "심지어 배경 복사 전체가 이 초기 빛일 가능성도 있다"고 말했다. 이 주장이 사실이라면 우주론의 근간이 흔들린다. 지금까지 과학자들은 배경 복사의 미세한 온도 차이를 초기 우주의 밀도 차이로 해석했고, 이 미세한 불균일성 덕분에 물질이 뭉쳐 은하가 태어날 수 있었다고 설명했다. 하지만 젠체 신호의 1.4% 이상이 후대 은하 형성의 빛 탓이라면, 이 메시한 온도 차이 측정의 신뢰성은 크게 떨어진다. 최근 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 예상을 뛰어넘는 초기 거대 은하들을 잇달아 발견하면서, 기존 우주 초기 구조 형성 모델에 대한 의문이 커지고 있다. 다만 이번 연구는 아직 초기 단계이며, 과학계의 폭넓은 지지를 얻지는 못했다. 최근 '킬로디그리 서베이(Kilo-Degree Survey)' 같은 대규모 관측 결과는 여전히 표준 우주론과 잘 들어맞는다. "빅뱅은 없었다"…더 과감한 주장도 크루파 교수는 "우리 결과는 표준 우주론 모델에 문제가 된다"며 "적어도 부분적으로는 우주의 역사를 다시 써야 할 필요가 있을지 모른다"고 강조했다. 한편, 표준 우주론의 핵심 증거에 의문을 제기하는 연구 말고도, 빅뱅 자체를 대체하는 새로운 우주 기원 모델도 등장해 학계의 주목을 받고 있다. 영국 포츠머스 대학교 우주론 및 중력 연구소 엔리케 가스타냐가 교수가 이끄는 국제 물리 연구팀은 학술지 '피지컬 리뷰 D(Physical Review D)'를 통해 빅뱅이 우주의 시작이 아니라는 '블랙홀 우주(Black Hole Universe)' 모델을 내놨다. 이 모델은 우리 우주가 더 큰 부모 우주 안에서 만들어진 거대 블랙홀 내부의 중력 붕괴와 그에 따른 '반동(bounce)'의 결과물이라는 주장이다. 무(無)에서의 창조가 아닌, 중력과 양자역학으로 이뤄지는 우주 순환의 한 과정이라는 설명이다. 가스타냐가 교수는 "빅뱅 모델은 물리 법칙이 붕괴하는 무한 밀도의 한 점에서 시작한다. 이는 우주의 시작이 완전히 이해되지 않았음을 보여주는 심각한 이론상의 문제"라고 지적했다. 그의 연구팀은 중력 붕괴가 반드시 특이점으로 끝나지 않으며, 양자 효과를 생각하면 고밀도 상태에 이른 물질 구름이 다시 팽창하는 새로운 단계로 '반동'할 수 있다고 설명했다. '새로운 우주론' 향한 과학계의 논쟁 이 모델은 기존 물리학 체계 안에서 설명될 뿐 아니라, 관측으로 검증할 수 있는 예측을 내놓는다는 점이 강점으로 꼽힌다. 대표적으로 우리 우주가 지구 표면처럼 미세하게 휘어져 있다고 예측한다. 유럽우주국(ESA)의 아라키스(ARRAKIHS) 우주 미션은 은하 외곽의 극도로 희미한 구조를 관측해, 이런 새로운 우주 모델의 예측을 검증하는 데 핵심 역할을 할 전망이다. 우주의 기원을 설명하는 표준 모델은 이처럼 다양한 방면에서 새로운 도전을 맞고 있으며, 우주론의 역사를 새로 쓸 논쟁은 이제 막 시작됐다.
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[퓨처 Eyes(89)] "빅뱅 잔광(CMB)은 착각"⋯초기은하·블랙홀, 우주 기원론 뒤흔든다
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[우주의 속삭임(122)] 달 표면서 발견된 유리구슬, 고대 화산 분출로 형성된 '우주의 타임캡슐'
- "보석인가, 화산재인가." 1969년 인류가 처음 달에 발을 디딘 이래 반세기 넘게 정체가 불분명했던 주황색 유리구슬의 기원이 56년 만에 밝혀졌다. 미국 아폴로 탐사대가 수집한 이 미세한 유리구슬은 달의 고대 화산 활동이 남긴 결정체로, 약 33억~36억 년 전 분화 활동의 흔적으로 추정된다고 어스닷컴, 라이브 사이언스 등 외신이 16일(현지시간) 보도했다. 각 구슬의 크기는 1mm미만이고, 33억~36억년 전 분출됐지만 그 안에는 달의 화산 활동 일지가 담겨 있다고 어스 닷컴이 전했다. 최첨단 분석 기술로 50년 만에 내부 성분 첫 정밀 규명 미 항공우주국(나사·NASA)의 아폴로 임무 당시 수거된 이 구슬은 각각 모래알보다도 작으며, 당시 예상됐던 회색 암석과 달먼지를 벗어난 예외적인 샘플로 주목받았다. 겉보기에 보석처럼 빛나는 이 구슬들은 사실상 '화산의 타임캡슐'로, 대기와 풍화작용이 없는 달의 표면에서 원형 그대로 보존되어 왔다. 과학자들은 오랜 기간 이 샘플을 분석하지 못한 채 보관만 해왔다. 당시 기술로는 구슬 내부 구조를 정밀 분석하는 것이 불가능했기 때문이다. 그러나 최근 고에너지 이온빔과 전자현미경 등 첨단 장비를 활용한 비파괴 분석 기술이 진전을 이루면서, 구슬 내부의 광물과 화학 성분을 정밀하게 확인할 수 있게 됐다. 세인트루이스 워싱턴대학과 브라운 대학의 토마스 윌리엄스, 스티븐 파먼, 알베르토 살, 케빈 라이언 오글리오레가 이번 연구에 참여했다. 오글리오레의 연구실에서는 샘플에 이온을 쏘아 한 번에 한 원자씩 조각을 세는 나노심스(NanoSIMS) 장비를 사용했다. 또한 협력 기관의 보완적 현미경과 원자 탐침 단층촬영 시스템이 전체적인 구슬의 그림을 완성했다. 연구팀은 다양한 색과 조성을 가진 유리구슬들이 각기 다른 종류의 화산 분출에서 형성됐음을 확인했다. 대표적으로 주황색 구슬은 고온의 현무암질 용암이 순간적으로 응고되며 형성된 것이며, 검은색 구슬은 보다 깊은 내부의 마그마 성분을 반영한다는 분석이다. 우주비행사들은 1972년 쇼티 크레이터에서 최초의 오렌지색 퇴적물을 발견했고, 연구를 위해 해당 토양을 수 파운드 포장해 지구로 가져왔다. 연구팀에 따르면 주황색 등의 밝은 색상은 달의 다른 곳에서 발견된 어두운 녹색 구슬과 달리 티타늄이 풍부한 마그마를 상징한다. 이들 유리구슬은 약 33억~36억 년 전, 달이 아직 지질학적으로 활발하던 시기의 폭발적인 화산 활동에서 비롯된 것으로 보인다. 대기가 없는 환경에서 분출된 용암 방울이 진공 상태에서 즉시 냉각되며 유리질 형태로 굳어진 것이다. 하와이의 킬라우에아 용암 분출과 유사하지만, 공기가 없는 우주 공간이라는 점에서 근본적인 차이를 보인다. 아폴로 샘플, 태양계 형성과 행성 진화 연구에 기여 기대 이번 연구는 단순한 지질 구조 분석을 넘어, 태양계 초기 행성의 열역학적 진화와 내핵 활동, 그리고 휘발성 원소의 분포에 대한 단서를 제공할 수 있다는 점에서 큰 의의를 지닌다. 어스닷컴에 따르면 수성이나 일부 소행성처럼 대기가 없는 행성과 위성도 달과 비슷한 화산쇄설물 활동이 일어났을 경우 분출된 흔적이 보전된 표면 물질을 가질 수 있다. 달 샘플에서처럼 연구자들에게 향후 화성의 위성이나, 예를 들어 NASA의 소행성 우주 탐사선 오시릭스-렉스가 소행성 베누에서 지구로 귀환시킨 베누의 표토와 같은 다른 임무에서 얻은 샘플을 연구하는 데 있어 기준을 제시할 수 있다는 점에서 의의가 크다. 연구에 참여한 케빈 오글리오레(Kevin R. Ogliore) 교수는 이 구슬들을 "고대 달 화산학자의 일기장을 읽는 것과 같다"고 표현하며, "달 내부의 진화 과정과 그 당시의 조건을 이해하는 데 있어 핵심적 단서가 될 수 있다"고 말했다. 해당 연구는 학술지 이카루스(Icarus)에 게재됐다. 이번 발견은 아폴로 탐사 이후 장기간 보관돼 있던 샘플이, 첨단 분석 기술의 발전을 통해 새로운 과학적 가치를 창출할 수 있음을 보여주는 대표적 사례로 평가된다. 달 표면의 작은 유리구슬 하나하나가 달의 과거는 물론, 태양계의 형성 과정까지도 조망할 수 있는 단서가 될 수 있다는 점에서 향후 추가 연구가 기대된다.
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[우주의 속삭임(122)] 달 표면서 발견된 유리구슬, 고대 화산 분출로 형성된 '우주의 타임캡슐'
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[ESGC] 산업화 이후 강으로 유입된 수은 3배↑⋯규제 완화 우려
- 전 세계 강을 통해 이동하는 수은(mercury)의 양이 산업혁명 이후 3배 이상 증가한 것으로 나타났다. 이는 석탄 연소, 광산 채굴, 제조업 등 인간의 산업 활동이 수은의 방출과 이동 경로에 구조적 변화를 초래했기 때문이라는 분석이다. 12일(현지시간) ABC뉴스에 따르면 미국 툴레인대학교 연구팀은 화산활동·산불 등 자연 기원을 반영한 수은 방출량을 재구성하고 이를 현재와 비교해 연간 수은 유출량이 1850년대 390메가그램에서 현재 약 1000메가그램으로 증가했음을 밝혀냈다. 연구팀은 전 세계 강 하상 퇴적물 코어 분석을 통해 이같은 결과를 입증했다. 논문 공동 저자인 쿨레인대학교의 환경공학과 장옌쉬(Yanxu Zhang) 교수는 "수은은 신경계 독성 물질로, 강과 어류에 축적될 수 있어 인체 건강에 직접적인 위협이 된다"며 "특히 남미, 동남아시아, 아프리카와 같은 개발도상국 지역에서 수은 노출 위험이 더 크다"고 지적했다. 이런 가운데 미국 환경보호청(EPA)이 추진중인 수은과 중금속 배출 규제 완화 조치가 논란의 중심에 섰다. EPA는 올해 초 '수은 및 공기 유해물질 기준(MATS)'을 포함한 규제 완화를 골자로 한 20여 건의 정책 개정안을 발표했다. 해당 기준은 석탄 및 석유 화력발전소의 수은, 비소 등 유해물질 배출을 제한해온 핵심 규제다. 리 젤딘(Lee Zeldin) EPA 국장은 기자회견에서 "새 규제가 시행되더라도 발전소는 현재보다 더 많은 수은을 배출할 수 없다"고 강조했지만, 환경단체들과 전문가들은 "사실상 수은 방출의 문을 다시 여는 결정"이라고 우려를 표했다. 어스저스티스(Earthjustice)의 제임스 퓨(James Pew) 연방청정대기법 책임자는 "수은은 아동의 뇌 발달을 방해하고, 비소는 암과 선천적 결함과 연관이 있다"며 강력한 규제 유지 필요성을 강조했다. 미국 내에서 이미 수은 오염으로 인한 피해 사례도 발생하고 있다. 미네소타주는 강·호수에서 잡힌 어류에 포함된 수은 농도가 기준치를 초과함에 따라 주민들에게 '주 1회 이상 어류 섭취 금지' 권고를 내렸다. EPA는 수은 노출이 말초 시야 상실, 감각 이상, 언어·청각·운동 기능 저하를 유발할 수 있으며, 특히 태아기 노출시 신경계 발달에 심각한 영향을 줄 수 있다고 경고했다. 이번 보고서에 대해 존 홀드렌(John Holdren) 전 백악관 과학보좌관은 "놀라운 결과가 아니다. 인간의 환경적 영향이 자연 영향의 규모를 월등히 초과하고 있음을 보여주는 또 하나의 증거"라고 말했다. 그는 "과학 기반의 공중보건 보호 체계에서 불러나려는 현 행정부의 행보는 무책임의 극치"라고 비판했다. 호나경법 전문가인 예일대 댄 에스티(Dan Esty) 교수는 "수은은 미국 환경정책사에서 대중 건강과 규제가 직접 연결된 대표적인 사례"라며 "이를 되돌리는 시도는 장기적 보건 비용을 증가시킬 것"이라고 지적했다. 한편, 미 하원은 지난달 화학 공장, 정유시설, 농약 제조업체 등 약 1800개 시설이 자체적으로 '경미한 오염원'으로 재분류되도록 하는 허용하는 법안을 통과시켰다. 이 조치는 향후 해당 건설의 유해물질 감시·보고 의무를 사실상 면제하는 결과로 이어질 수 있다. 장옌쉬 교수는 "미국 동부처럼 산업 시설이 밀집된 지역은 특히 수은 오염에 만감하다"며 "지속적인 수은 유입은 결국 인간이 생선 섭취를 조절해야 할 정도의 사안으로 확대될 수 있다"고 경고했다. 수은과 같은 중금속은 축적성과 장기 독성이 강한 물질로, 그 피해는 수십 년에 걸쳐 누적될 수 있다. 따라서 전문가들은 현재의 과학적 증거를 무시한 규제 완화가 장기적으로 심각한 환경적·보건적 비용을 초래할 수 있다고 강조했다.
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[ESGC] 산업화 이후 강으로 유입된 수은 3배↑⋯규제 완화 우려
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[우주의 속삭임(120)] 100년 된 수수께끼, 은하계 '우주선' 기원에 한 발 더 다가서다
- 우주에서 날아오는 매우 빠르고 에너지가 높은 입자인 우주선(宇宙線, cosmic rays)의 출처는 어디일까. 미국 미시간주립대학교(Michigan State University) 천체물리학 연구진이 은하계 내 고에너지 우주선(cosmic rays)의 기원을 밝히기 위한 연구에서 중요한 진전을 이뤘다고 웹사이트 PHYS.org가 보도했다. 이번 연구는 알래스카 앵커리지에서 지난 6월 8일부터 12일까지 열린 제246차 미국천문학회(American Astronomical Society)에서 발표됐으며, '천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)' 및 'AAS 리서치 노트(Research Notes of the AAS)'에 각각 게재됐다. '우주선(Cosmic Rays)'은 빛에 가까운 속도로 이동하는 고에너지 입자로, 1912년 처음 발견된 이후 100년 넘게 그 발생지가 명확히 밝혀지지 않았다. 미시간주립대 슈오 장(Shuo Zhang) 물리·천문학과 조교수 연구팀은 블랙홀, 초신성 잔해, 별 형성 지역 등 극한 천체현상이 우주선의 주요한 기원 후보임을 지목하고, 이를 '페바트론(PeVatron)'이라는 고에너지 천체 입자 가속 장치 개념으로 접근해 연구를 진행했다. 첫 번째 연구에서는 중국의 고고도 공기 샤워 관측소(LHAASO)가 발견한 미지의 페바트론 후보 천체를 분석했다. 박사후연구원 스티븐 디커비(Stephen DiKerby)는 유럽우주국의 XMM-Newton X선 우주망원경 자료를 활용해, 해당 천체가 펄서풍 성운(pulsar wind nebula)임을 규명했다. 이는 펄서로부터 방출된 전자·양전자와 함께 고에너지를 전달하는 확산 거품 구조로, 실제 페바트론의 실체를 확인한 드문 사례 중 하나로 평가된다. 두 번째 연구는 학부생 엘라 웨어(Ella Were), 아미리 워커(Amiri Walker), 샨 카림(Shaan Karim)이 주도했다. 이들은 NASA의 스위프트(Swift) X선 망원경을 통해 또 다른 LHAASO 천체들의 X선 방출 한계를 측정하고, 향후 보다 정밀한 천체 분류 및 관측을 위한 기반을 마련했다. 장 교수는 "우주선은 생각보다 지구 생명체와 훨씬 더 밀접한 관련이 있다"면서 "블랙홀처럼 아주 먼 곳에서 온 약 100조 개의 우주 중성미자가 매초 우리 몸을 통과한다. 그것들이 어디에서 왔는지 궁금하지 않으세요?"라고 반문했다. 이어 장 교수는 "우리의 연구는 우주선의 발원지를 식별하고 분류함으로써, 향후 중성미자 관측소와 전통적 광학·X선·감마선 망원경의 심층 연구를 위한 기준 데이터로 활용될 수 있을 것"이라며, "이는 향후 입자 가속 메커니즘 해명과 은하 진화, 암흑물질 연구에도 큰 기여를 할 수 있다"고 설명했다. 장 교수팀은 향후 남극 아이스큐브 중성미자 관측소(IceCube Neutrino Observatory) 자료와 X선, 감마선 망원경 자료를 융합해, 왜 일부 천체는 중성미자를 방출하는 반면 다른 천체는 그렇지 않은지를 분석할 계획이다. 이를 통해 중성미자의 발생 조건과 공간적 기원을 규명하고, 입자물리학과 천문학 간의 융합연구를 본격화할 방침이다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(120)] 100년 된 수수께끼, 은하계 '우주선' 기원에 한 발 더 다가서다
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[퓨처 Eyes(88)] RNA, 스스로 복제하다⋯생명 기원 미스터리 풀 실마리
- 인류의 기원은 어디일까. 우리는 과연 어디에서 왔을까. 수천년 동안 인류의 지적 호기심을 자극해온 이 바탕이 되는 질문에 과학이 한 걸음 더 다가섰다. 최근 과학자들이 실험실 환경에서 생명 탄생의 가장 초기 단계로 여기는 리보핵산(RNA)의 자가 복제 과정을 일부 재현하는 데 성공하면서, 지구 최초의 생명체가 어떻게 등장했는지에 대한 수수께끼를 푸는 데 중요한 실마리를 제공하고 있다. 이는 약 40억 년 전 단백질이나 DNA(디옥시리보핵산) 보다 먼저 RNA가 생명 활동의 중심이었으리라는 'RNA 세계' 가설에 힘을 싣는 연구 결과로 주목받는다. 생명의 설계도이자 일꾼, RNA 대부분의 진화생물학자는 지구가 약 4억 년 동안 'RNA 세계'였다고 본다. 이 가설의 핵심은 생명의 시작이 정교한 DNA나 단백질이 아닌 상대적으로 단순한 구조의 RNA에서 비롯됐다는 것이다. RNA는 오늘날 우리 몸 속에서 유전 정보를 전달하거나 단백질을 만드는 데 관여하는 물질이다. RNA는 DNA처럼 유전 정보를 저장하는 능력과 단백질처럼 화학 반응을 돕는 효소 기능을 일부 함께 수행한다는 점이 중요하다. 즉, RNA는 정보 저장과 기능 수행이라는 생명의 두 가지 핵심 역할을 혼자 해낼 수 있는 다재다능한 분자다. 과학자들은 이런 RNA가 스스로 복제하며 점차 복잡한 생명 시스템으로 진화했을 것으로 추정하고 있다. 유니버시티 칼리지 런던(UCL) 제임스 애트워터 박사는 RNA를 두고 "이것이 생물학을 움직인 분자였다"고 표현하며 그 중요성을 강조했다. 하지만 이 RNA 세계 가설에는 큰 어려움이 있었다. 첫째, 현재 살아있는 생물에게서 이 '최초 RNA 복제자'의 명확한 흔적을 찾기 어렵다는 점이다. 둘째, 초기 지구와 비슷한 환경에서 RNA가 스스로 복제하는 과정을 실험실에서 성공적으로 재현하지 못했다는 점이다. RNA 분자는 DNA처럼 두 가닥이 서로 꼬인 이중 나선 구조를 이룰 수 있는데, 이 RNA 이중 나선은 DNA와 견주어 결합력이 훨씬 강하다. 이 때문에 두 가닥을 분리해 각각을 바탕으로 새로운 RNA 가닥을 만드는 복제 과정이 매우 어렵다. 마치 단단히 붙은 테이프 두 장을 떼어 복사본을 만들려는 것과 비슷하다. 풀리지 않던 RNA 복제의 수수께끼 영국 유니버시티 칼리지 런던(UCL)과 케임브리지 MRC 분자생물학 연구소 공동 연구팀은 이러한 어려움을 극복하기 위해 RNA에 대한 새로운 접근을 시도했다. 연구팀은 국제 학술지 '네이처 케미스트리'에 발표한 논문에서 특정 조건으로 RNA의 부분 자가 복제를 이끄는 데 성공했다고 밝혔다. 연구팀이 주목한 것은 '트리뉴클레오타이드', 즉 세 개의 RNA 문자(핵산의 기본 단위인 뉴클레오타이드가 세 개 이어진 것)로 이루어진 짧은 RNA 조각인 '삼중항 RNA'였다. 애트워터 박사는 "우리가 사용한 삼중 뉴클레오타이드라고 불리는 RNA의 삼중항 또는 세 글자 구성 요소는 오늘날 생물학에서는 찾을 수 없지만, 훨씬 쉬운 복제를 가능하게 한다. 가장 초기 형태의 생명체는 우리가 알고 있는 어떤 생명체와도 상당히 달랐을 것이다"라고 설명했다. 오늘날 세포 안에서 단백질을 만드는 정보 단위가 세 개의 염기(코돈)로 이루어진다는 점을 생각하면 이 삼중항 RNA의 역할은 흥미롭다. 애트워터 박사는 "생물학이 과거에 RNA를 복사하는 방식과 오늘날 생물학이 RNA를 사용하는 방식 사이에 관계가 있을 수 있다"고 언급했다. 실험실에서 찾은 생명 탄생의 조건 연구팀의 실험 과정은 초기 지구의 특정 환경 변화를 따랐다. 먼저, 복제의 바탕이 될 긴 RNA 가닥과 많은 양의 삼중항 RNA 조각들을 물에 넣고 용액을 산성으로 만든 뒤 80°C까지 가열했다. 뜨거운 온도와 산성 조건은 긴 RNA 가닥의 이중 나선 구조를 풀어 헤쳐 단일 가닥으로 만들고, 이 단일 가닥에 상보적인 삼중항 RNA 조각들이 달라붙도록 이끈다. 마치 긴 사다리의 한쪽 면에 짧은 가로대 조각들이 붙는 것과 같다. 이렇게 삼중항 RNA 조각들이 달라붙으면 원래 RNA 가닥들이 다시 서로 강력하게 결합하는 것을 막는 효과가 있다. 다음으로, 연구팀은 이 용액을 알칼리성으로 바꾸고 영하 7°C로 빠르게 냉각해 얼렸다. 물이 얼면서 RNA와 삼중항 RNA 조각들은 얼음 결정 사이의 좁은 액체 공간에 높은 농도로 모인다. 바로 이 조건에서 RNA 효소(화학 반응을 돕는 RNA)가 활성화해, 주형 RNA 가닥에 붙어 있던 삼중항 RNA 조각들을 마치 구슬을 꿰듯 하나로 길게 이어 새로운 RNA 가닥을 만든다. 연구팀이 녹인 뒤 수소 이온 농도(pH)와 온도를 조절하자 RNA는 거듭 복제됐다. 애트워터 박사는 "우리가 설계한 변화하는 조건이 예를 들어 밤낮의 온도 변화나 뜨거운 암석이 차가운 대기와 만나는 지열 환경과 같이 자연스럽게 생길 수 있다"고 말했다. 그는 또한 " 오늘날 지구에서 그 재료들을 찾을 수 있다. 아이슬란드 온천은 우리가 실험실에서 사용하는 것만큼 산성인 것을 포함해 다양한 이온 농도(pH)를 가질 수 있다"고 덧붙이며, 이런 과정이 자연적인 담수 환경 예를 들어 지열 활동이 활발한 연못이나 호수에서 일어났을 가능성을 내비쳤다. 소금물은 어는 과정을 방해해 이 과정에 알맞지 않다고 한다. 한 걸음 다가선 생명의 기원, 남은 과제들 이번 실험으로 연구팀은 약 180개 문자로 이루어진 RNA 효소 가닥 가운데 약 17%인 최대 30개 문자까지 성공적으로 복제했다. 이는 완전한 자가 복제에는 이르지 못하지만, RNA가 스스로 복제할 수 있는 가능성을 실험으로 보여준 중요한 성과다. 연구팀은 사용한 RNA 효소의 효율을 높이면 완전한 복제도 가능할 것으로 기대한다. MRC 분자생물학 연구소 필리프 홀리거 박사는 "생명은 정보를 통해 순수 화학과 분리된다. 이 정보는 유전 물질에 암호화된 분자 기억으로 한 세대에서 다음 세대로 전달된다. 이 과정이 일어나려면 정보가 복사, 즉 복제되어 전달되어야 한다"고 강조하며 이번 연구의 뜻을 설명했다. 정보의 복제와 전달이야말로 생명 현상의 바탕이기 때문이다. 또한 이번 연구에서 사용한 삼중항 RNA의 역할을 두고 위스콘신-매디슨 대학교 재커리 애덤 박사는 "RNA 뉴클레오타이드 삼중항은 모든 세포에서 번역 때 매우 특정한 정보 기능을 수행한다"며, "이 논문은 RNA 뉴클레오타이드 삼중항이 살아있는 세포가 나타나기 전에 했을 수 있는 순전히 화학 역할, 즉 비정보 기능을 가리킬 수 있다는 점에서 흥미롭다"고 평가했다. 이는 삼중항 RNA가 정보 전달 기능 이전에 구조나 화학 역할을 먼저 했을 가능성을 보여준다. 연구팀은 과거 자연 복제에 가장 많이 관여했을 삼중항들이 가장 강하게 결합하며, 최초 유전 코드가 이런 삼중항 세트로 이루어졌으리라는 또 다른 흥미로운 연결고리도 내놓았다. 물론 이번 연구 결과가 생명 기원의 모든 궁금증을 풀어주는 것은 아니다. 아직 부분 복제에 머물고 있으며, 초기 지구의 복잡하고 다양한 환경 조건을 실험실에서 완벽히 재현하기에는 한계가 있다. 그럼에도 이번 성과는 지구의 오랜 RNA 세계가 실제로 자가 복제 능력을 가졌을 수 있다는 구체적인 증거를 보여주며, 생명 탄생이라는 궁극적인 물음을 향한 과학 탐구에 중요한 이정표를 세웠다고 할 수 있다. 인류의 오랜 궁금증을 풀려는 과학자들의 여정은 앞으로도 계속될 것이다.
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[퓨처 Eyes(88)] RNA, 스스로 복제하다⋯생명 기원 미스터리 풀 실마리
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'울산형 광역비자' 시행⋯조선업 외국인 인력 본격 유입
- 조선업 인력난 해소를 위한 '울산형 광역비자' 제도가 본격 시행된다. 울산시는 26일 법무부의 광역형 비자 시범사업 대상 지자체로 최종 선정됐다고 밝혔다. 이 제도는 지방정부가 지역 산업 특성에 맞춰 외국인 비자를 설계하면 정부가 승인하는 방식으로, 울산형 비자는 조선업 현장에 숙련 외국인 인력을 공급하는 데 중점을 뒀다. 우즈베키스탄과 동남아 현지에서 사전 교육을 받은 근로자들이 E-7-3 비자를 통해 울산 조선소에 투입된다. [미니해설] 울산형 광역비자 본격 시행…조선업 외국인 인력난 숨통 트이나 조선업 인력난 해소를 위한 '울산형 광역비자' 제도가 본격적으로 시행된다. 울산시는 26일 법무부가 추진하는 광역형 비자 시범사업의 최종 대상 지자체로 선정됐다고 밝혔다. 이번 제도를 통해 울산지역 조선업계는 우즈베키스탄과 동남아시아 현지에서 양성한 외국인 전문 인력을 직접 채용할 수 있는 길이 열리게 됐다. 광역형 비자란? 광역형 비자는 지방정부가 지역의 산업 구조와 여건에 맞춰 외국인 유입 비자를 설계하면, 정부가 이를 승인해 시행하는 제도다. 기존에는 정부가 주도적으로 외국인 인력을 관리했지만, 광역형 비자는 자치단체가 주체가 되어 지역 산업 맞춤형 인력을 유치할 수 있다는 점에서 자율성과 실효성을 동시에 갖췄다. 울산형 광역비자는 조선업 분야에 특화된 비자다. 조선 용접공, 선박 전기원, 선박 도장공 등 3개 직종에서 숙련된 외국인 인력을 해외 현지에서 양성한 뒤, E-7-3 비자를 통해 울산의 기업들이 직접 채용하는 구조다. 국내 인력 기피, 조선업 미충원율 15% 울산은 한때 세계 조선업의 중심지로 번성했지만, 최근에는 고령화와 기피 업종 인식 등으로 인해 인력난이 심각해지고 있다. 특히 최근 조선업이 글로벌 경기 회복과 함께 수주 호황을 맞이했음에도 불구하고, 이를 감당할 인력이 부족하다는 것이 가장 큰 고민이다. 울산시에 따르면 오는 2027년까지 최소 1만3천명 이상의 추가 인력이 필요한 상황이다. 그러나 국내에서는 조선업이 ‘고위험·저임금’ 업종으로 인식되면서 청년층의 취업 기피 현상이 이어지고 있다. 실제로 지난해 상반기 기준 조선업 취업자의 미충원율은 15%로, 전체 산업 평균(8.3%)의 두 배에 가깝다. 현지 교육·선발 시스템 갖춘 '울산형 고용허가제' 울산형 광역비자의 또 다른 핵심은 사전 교육 기반의 고용 시스템이다. 울산시는 이미 우즈베키스탄 빈곤퇴치고용부와 인적자원개발 업무협약(MOU)을 체결했고, 올해 3월에는 현지에 조선업 인력양성센터를 설립했다. 해외 인재들은 국내 입국 전에 한국어, 한국 문화, 직무 교육 등을 현지에서 3~6개월간 이수하게 된다. 이를 '울산형 고용허가제'와 연계해 우수 교육생에게만 취업 기회를 부여하는 방식으로 관리한다. 즉, 단순 외국인 노동력 유입이 아니라 '선별적이고 숙련된 인력 확보'를 목표로 한다. 올해 230명, 내년 210명 등 총 440명의 외국인 조선업 종사자가 울산에 투입될 예정이며, 대상 국가는 우즈베키스탄, 태국, 베트남, 인도네시아 등 4개국이다. 인력 수급 넘어서 지역사회 통합까지 울산시는 이 제도를 단순한 인력 확보 차원을 넘어, 지역의 인구 활력 제고와 외국인 정주 지원까지 포괄하는 종합 전략으로 보고 있다. 외국인 근로자들이 지역사회에 안정적으로 정착할 수 있도록 다양한 사회 통합 프로그램도 함께 마련할 계획이다. 김두겸 울산시장은 "울산형 광역비자는 지방소멸 위기 속에서 지역 산업을 지키기 위한 울산의 생존 전략"이라며 "외국인 인재들이 울산의 구성원으로서 잘 어우러질 수 있도록 정주 여건과 지역 사회 통합 정책도 면밀히 추진하겠다"고 밝혔다. 산업계 기대 vs 과제 울산지역 조선업계는 이번 제도 시행을 환영하는 분위기다. 특히 일손 부족으로 공정 지연과 계약 지체 우려가 높았던 중소 조선협력사들은 숙련 외국인 인력의 투입으로 숨통이 트일 것으로 기대하고 있다. 다만, 외국인 인력 도입에 따른 주거, 의료, 교육 등 생활 인프라 부족 문제와 지역 주민들과의 문화 갈등 가능성 등은 여전히 풀어야 할 과제다. 정부와 지방자치단체, 업계가 긴밀히 협력해 제도의 안착과 장기적 정착을 위한 정책적 보완이 필요한 시점이다.
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'울산형 광역비자' 시행⋯조선업 외국인 인력 본격 유입
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[우주의 속삭임(117)] 태양계 형성의 실마리, 초기 목성은 현재보다 2배 컸다
- 목성이 형성 초기에는 지금보다 훨씬 큰 규모였으며 자기장도 최대 50배 강력했다는 연구 결과가 나왔다. 이 발견은 태양계 전체의 기원과 구조를 이해하는 데 중요한 단서를 제공한다. 미국 캘리포니아공과대학(칼텍, Caltech) 행성과학 교수 콘스탄틴 바티긴와 미시간 대학교 물리천문학 교수인 프레드 C. 애덤스가 이끄는 연구팀은 5월 20일자 '네이처 천문학(Nature Astronomy)'에 발표한 논문에서 목성의 초기 상태를 역산한 계산 결과를 공개했다. 칼텍은 홈페이지를 통해 "목성은 예전에는 현재 크기의 두 배였고 훨씬 더 강한 자기장을 가지고 있었다"고 밝혔다. 흔히 우리 태양계의 '설계자'라고 불리는 목성의 중력은 다른 행성들의 궤도를 형성하고, 그 행성들이 형성된 가스와 먼지 원반을 조각하는 데 중요한 역할을 했다. 논문에 따르면, 태양계의 최초 고체 물질이 생성된 지 380만 년 후, 즉 태양 주위의 물질 원반(원시행성상 성운으로 알려짐)이 소멸하는 중요한 시점에 목성은 지금보다 반지름이 두 배 가까이 컸으며, 자기장은 현재보다 최소 50배 강했다. 연구진은 기존 행성 형성 모델에서 자주 활용되는 가스 축적 속도 등 가정에서 벗어나, 목성의 내측 위성인 아말테아(Amalthea)와 테베(Thebe)의 공전 궤도 기울기를 분석하는 방식으로 접근했다. 이 위성들은 목성의 네 개의 큰 갈릴레이 위성 중 가장 작은 이오보다 목성에 더 가까이 공전한다. 즉, 이들 소형 위성은 목성에 가깝고 공전 궤도가 약간 기울어져 있는데, 이는 태양계 초기부터 거의 변하지 않았을 것으로 추정된다. 이를 통해 연구진은 목성의 원시적 크기와 자기장을 재구성할 수 있었다. 계산 결과 당시 목성은 현재보다 부피가 2000개 이상의 지구를 담을 수 있을 정도로 거대했다. 현재는 약 1321개의 지구를 수용할 수 있는 크기다. 바티긴 교수는 "우리가 어디서 왔는지를 이해하는 것이 궁극적인 목표이며, 이를 위해서는 행성 형성 초기 단계를 파악하는 것이 필수적"이라며 "이번 연구는 목성뿐 아니라 태양계 전체의 형성과 진화를 이해하는 데 중요한 진전을 의미한다"고 말했다. 애덤스는 과거가 오늘날 태양계에 남긴 놀라은 흔적을 강조했다. 그는 "45억 년이 지난 지금도 목성의 초기 물리적 상태를 재구성할 수 있는 충분한 단서가 남아 있다는 것은 놀라운 일이다"라고 말했다. 이번 연구는 초기 목성의 거대한 질량과 자기장이 태양계 전체 구조에 어떤 영향을 미쳤는지에 대해서는 직접 언급하지 않았지만, 목성의 형성과 초기 진화가 태양계의 형성에 '중추적인 역할'을 했다는 점을 강조했다. 해당 논문 제목은 '목성의 원시 물리적 상태 결정(Determination of Jupiter's Primordial Physical State)'이다. 칼텍, 데이비드 및 루실 패커드 재단, 국립과학재단, 미시간대학교, 미시간대학교 이론물리센터가 연구비를 지원했다.
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[우주의 속삭임(117)] 태양계 형성의 실마리, 초기 목성은 현재보다 2배 컸다
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[우주의 속삭임(115)] 제임스 웹 우주망원경, 목성 오로라의 새로운 비밀 포착⋯지구보다 수백 배 밝아
- 미국항공우주국(나사·NASA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST)이 태양계 최대 행성인 목성의 오로라에서 기존과는 다른 새로운 특징을 포착했다. 이번 관측은 목성 자기권과 대기 상층부의 상호작용을 보다 정밀하게 이해하는 데 기여할 것으로 기대된다. NASA는 13일(현지시간) 웹 우주망원경이 2023년 12월 25일 관측한 목성 북극 오로라에 대한 연구 결과를 발표했다. 연구는 영국 레스터대학의 조너선 니콜스(Jonathan Nichols) 박사가 이끄는 국제 공동연구진이 수행했으며, 주요 내용은 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 게재됐다. 목성의 오로라는 지구의 북극광·남극광처럼 태양에서 방출된 고에너지 입자들이 자기장을 따라 대기 상층에 유입돼 형성된다. 그러나 목성에서는 이와 더불어 위성 '이오(Io)'에서 방출된 화산 분출물도 중요한 기여 요인으로 작용한다. 이오의 강력한 화산 활동으로 방출된 입자들은 목성 주변의 자기장에 포획돼 초고속으로 가속되며, 대기와 충돌해 강력한 오로라를 만들어낸다. 특히 웹 망원경의 근적외선 카메라(NIRCam)를 활용한 이번 관측에서는 오로라 내에서 생성된 삼수소양이온(H₃⁺)의 방출선이 이전보다 훨씬 불규칙하게 변화한다는 사실이 새롭게 밝혀졌다. 이는 목성 상층 대기의 열적 구조와 방출 메커니즘에 대한 기존 가설을 재검토할 필요성을 시사한다. 니콜스 박사는 "오로라가 15분 간격으로 천천히 희미해졌다 다시 밝아질 것이라 예상했지만, 실제로는 전 영역이 초 단위로 변화하며 '튀고 터지는 듯한' 역동적인 모습을 보였다"고 밝혔다. 그는 "이번 자료는 말 그대로 크리스마스 선물 같은 발견"이라고 덧붙였다. 연구진은 또한 웹 망원경과 동시에 허블 우주망원경의 자외선 센서를 활용해 목성 오로라를 관측했지만, 웹에서 관측된 가장 밝은 빛이 허블에는 나타나지 않는 이상 현상을 발견했다. 니콜스 박사는 "두 망원경의 데이터를 종합해도 기존 이론으로 설명이 되지 않는다"며 "매우 저에너지 입자가 대량으로 대기에 유입됐을 가능성이 있으나, 이는 현재의 물리학적 예측을 넘어서는 것"이라고 설명했다. 이 같은 관측 결과는 향후 목성의 자기권 구조뿐 아니라 외계행성 오로라 연구에도 새로운 방향을 제시할 것으로 보인다. 연구진은 향후 NASA의 주노(Juno) 탐사선의 데이터와 추가적인 웹 망원경 관측을 결합해 분석을 이어갈 계획이다. 한편 제임스 웹 우주망원경은 NASA, 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)이 공동으로 개발한 세계 최고 성능의 적외선 천문관측 장비로, 우주의 기원과 행성 시스템의 진화를 밝히기 위한 핵심 도구로 활용되고 있다.
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[우주의 속삭임(115)] 제임스 웹 우주망원경, 목성 오로라의 새로운 비밀 포착⋯지구보다 수백 배 밝아
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[우주의 속삭임(113)] 은하에서 쏟아진 '유령 입자'⋯중성미자 생성 메커니즘의 새 해석
- 남극 얼음속에 묻힌 입자 망원경이 우리 우주의 가장 수수께끼 같은 입자인 '중성미자(neutrino)'에 대한 새로운 단서를 포착했다. 미국 UCLA와 일본 오사카대, 도쿄대 카블리 우주물리수학연구소(Kavli IPMU) 등 국제 공동 연구진은 오징어 은하로도 불리는 '은하 NGC 1068'에서 유래한 고에너지 중성미자 신호를 분석해 기존 이론과는 다른 생성 경로를 제안했다고 UCLA 매거진이 지난 7일(현지시간) 보도했다. 중성미자는 전기적으로 중성이며, 물질과 거의 상호 작용하지 않아 '유령입자'로 불린다. 이러한 특성 탓에 우주의 기원을 밝히는 열쇠로 주목받고 있지만, 감지 자체가 극도로 어렵다. 이에 따라 연구진은 남극 빙하 1㎦ 깊숙이 5160개의 센서를 설치한 아이스큐브 중성미자 관측소(IceCube Neutrino Observatory)를 활용해 이 입자를 추적해왔다. UCLA의 물리 및 천문학 교수이자 카블리 IPMU의 선임 연구원인 알렉산더 쿠센코(Alexander Kusenko)는 "우리는 빛을 사용하여 별을 보는 망원경을 가지고 있지만 이러한 천체 물리학 시스템 중 상당수는 중성미자를 방출한다"고 말했다. 남극 입자 망원경에 대해 쿠센코 교수는 "중성미자를 보려면 다른 유형의 망원경이 필요하며, 이것이 바로 남극에 있는 망원경이다"라고 설명했다. NGC 1068에서 이번에 감지된 중성미자는 놀랍도록 강한 신호를 보였지만, 통상 함께 나타나야할 고에너지 감마선의 발산은 에상보다 훨씬 약했다. 일반적으로 활동성 은하핵(AGN)에서는 양성자와 광자의 충돌로 중성미자와 감마선이 동시에 생성되는데, NGC 1068에서는 이러한 상관관계가 깨진 것이다. 연구진은 새로운 논문에서 이 현상의 원인을 중성자 붕괴로 설명했다. 해당 은하 중심에서 방출된 제트가 자외선 광자와 충돌하며 헬륨 원자핵이 분해되고, 이 과정에서 방출된 중성자가 붕괴하며 중성미자를 생성한다는 것이다. 이때 발생하는 전자도 감마선을 만들지만, 그 세기는 매우 약해 관측 결과와 부합한다. 논문 제1저자인 야스다 고이치로 UCLA 박사과정 연구원은 "수소는 양성자 하나로 이뤄져 광자와 충돌하면 강한 감마선과 중성미자를 동시에 만든다. 반면, 헬륨에는 중성자가 있어 감마선 없이도 중성미자를 생성할 수 있다"며 NGC 1068에서 관측되는 중성미자의 기원은 헬륨일 가능성이 가장 높다고 밝혔다. 이 새로운 이론은 NGC 1068뿐 아니라 우주 곳곳에 존재하는 유사한 은하에도 적용될 수 있어, 향후 관측 자료를 통해 검증이 가능하다. 특히 이러한 은하들에서 감마선이 약하다는 이유로 간과됐던 중성미자 신호들이 실제로는 존재했을 가능성을 제기한다. 연구에 참여한 이노우에 요시유키 오사카대 교수는 "이 모델은 기존 코로나(corona, 은하 코로나는 주로 X선이나 자외선 파장에서 탐지되며 수백만~수천만도의 온도를 가진 플라즈마로 구성됨)이론을 넘어선 새로운 시각을 제시한다"며 "향후 다양한 은하에서의 중성미자 검출이 이 가설을 검증할 것"이라고 말했다. 한편, 중성미자 천문학은 아직 초기 단계에 머물러 있으나, 이번 연구는 은하 중심에 존재하는 초대질량 블랙홀 주변의 극한 환경을 이해하는 데 중요한 실마리를 제공한다. 공동저자인 쿠센코 UCLA 교수는 "과학에 대한 투자는 당장은 눈에 띄지 않더라도 수십 년 후 인류 삶을 바꿀 큰 변화를 이끌 수 있다"고 강조했다. 이번 연구 결과는 세계적인 물리학 저널 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐으며, 공개된 논문은 arXiv에서도 확인할 수 있다. 미국 에너지부, 세계 최초 국제 연구센터 이니셔티브(WPI), 일본 과학진흥협회에서 이번 연구를 지원했다. ◇ 참고 문헌: Koichiro Yasuda 외, '활성 은하핵 NGC 1068 제트의 베타 붕괴에서 발생하는 중성미자와 감마선', Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.151005 . arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2405.05247
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(113)] 은하에서 쏟아진 '유령 입자'⋯중성미자 생성 메커니즘의 새 해석
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[퓨처 Eyes(83)] 초강력 자기장 별 '마그네타', 금 등 무거운 원소 새 기원으로 떠올라
- 우리가 일상에서 사용하는 금이나 은, 백금 같은 귀금속은 과연 어디서 왔을까? 과학자들은 오랫동안 이 무거운 원소들이 우주의 장구한 역사 속, 아주 특별하고 강력한 사건을 통해 생겨났을 것이라고 추측해왔다. 최근까지 유력한 후보는 '중성자별'이라는 매우 무겁고 단단한 천체 두 개가 충돌하며 일으키는 거대한 폭발이었다. 그런데 최근, 과학자들이 금과 같은 무거운 원소를 만드는 또 다른 '공장' 후보를 발견했다는 연구 결과가 나왔다. 바로 '마그네타'라는 초강력 자기장을 가진 특별한 중성자별이 일으키는 거대한 우주 폭발이다. 무거운 원소 기원의 오랜 의문 138억 년 전 빅뱅으로 우주가 처음 탄생했을 때는 수소, 헬륨 같은 가벼운 원소들만 존재했다. 이후 별 내부 핵융합으로 탄소, 산소, 철 등 좀 더 무거운 원소가 생겨났다. 별이 수명을 다하고 폭발(초신성 폭발)할 때 이 원소들은 우주 공간으로 퍼져나가 새로운 별과 행성을 만드는 재료가 되었다. 그러나 금, 은, 백금, 우라늄처럼 철보다 훨씬 무거운 원소들은 일반적인 별의 핵융합이나 초신성 폭발만으로는 만들어지기 어렵다. 이들을 만들기 위해서는 훨씬 더 극한의 환경과 특별한 과정이 필요하다. 과학자들은 이 과정을 'r-과정(rapid neutron capture process)'이라고 부른다. 원자핵이 짧은 시간에 중성자를 빠르게 흡수하며 무거운 원소로 변신하는 과정이다. 이 r-과정이 정확히 우주 어디서 일어나는지가 오랜 숙제였다. 2017년, 천문학계는 큰 발견을 했다. 지구에서 약 1억 3000만 광년 떨어진 곳에서 두 개의 중성자별이 충돌하는 장면을 포착한 것이다. 중성자별은 태양보다 훨씬 무거운 별이 최후를 맞이할 때 남는 핵으로, 각설탕 한 조각 크기가 수억 톤에 달할 정도로 밀도가 높다. 이 두 개의 중성자별이 충돌하면서 시공간이 휘어지는 중력파와 함께 엄청난 빛과 에너지가 뿜어져 나왔다. 과학자들은 이 현상을 '킬로노바'라고 부른다. 이 킬로노바 현상 분석 결과, 금, 백금, 납 등 다양한 무거운 원소가 r-과정으로 대량 생성됨을 처음 확인했다. 마치 우주에 있는 거대한 '금 공장'과 같았다. 이 발견으로 중성자별 충돌은 무거운 원소의 주요 기원 중 하나로 확실하게 자리 잡았다. 그러나 킬로노바만으로는 모든 설명이 부족했다. 컬럼비아 대학교의 천문학자 아닐러드 파텔 박사는 "중성자별 합병은 우리 은하의 역사에서 비교적 후기에 발생하는 현상"이라고 지적한다. 우주 초기에 존재했던 무거운 원소까지 설명하기는 어려웠다. 과학자들은 r-과정이 일어날 수 있는 또 다른 장소를 찾아야 했다. 특별한 중성자별 '마그네타' 주목 새로운 연구는 바로 이 지점에서 출발한다. 연구팀이 주목한 것은 '마그네타'다. 마그네타는 중성자별 중에서도 지구 자기장의 수조 배에 이르는 초강력 자기장을 가진 특별한 천체다. 과학자들은 마그네타가 어떻게 형성되는지 정확히 밝히려고 노력 중이며, 우주 탄생 후 약 2억 년 안에 첫 별들과 함께 등장했을 것으로 추정한다. 마그네타는 때때로 표면에서 거대한 폭발을 일으키는데, 이를 '거대 플레어(giant flare)'라고 부른다. 이는 마치 지구에서 지진이 일어나듯, 중성자별 표면 아래의 움직임 때문에 지각에 쌓인 스트레스가 터져 나오며 발생하는 '별 지진(starquake)'과 비슷하다. 이 거대 플레어는 태양이 100만 년 동안 방출하는 것보다 더 많은 에너지를 단 몇 초 만에 쏟아낼 정도로 강력하며, 별 표면의 물질들을 고속으로 우주 공간에 내뿜는다. 연구팀은 2004년 12월, 인근 마그네타에서 관측된 거대 플레어 데이터에 주목했다. 당시 이 폭발 자체도 엄청났지만, 더 흥미로운 것은 폭발이 있고 약 10분 뒤 감지된 정체불명 희미한 '잔광(afterglow)' 신호에 있었다. 이 잔광 신호의 정체는 20년간 미스터리였다. '잔광' 신호에서 찾은 결정적 단서 컬럼비아 대학교와 플랫아이언 연구소의 브라이언 메츠거 교수 등 연구진은 마그네타의 거대 플레어가 r-과정을 통해 무거운 원소를 만들 수 있다는 이론 모델을 개발했다. 이 모델은 플레어로 분출된 뜨겁고 중성자가 풍부한 물질 속에서 r-과정이 일어나 금 같은 무거운 원소가 생성되며, 이 과정에서 특정 감마선이 나올 것으로 예측했다. 루이지애나 주립대학교의 에릭 번스 교수는 과거 데이터를 뒤져 2004년 마그네타 플레어의 잔광 신호를 찾아냈다. 놀랍게도 이 잔광 감마선 신호의 특징이 연구팀 이론 모델 예측과 거의 완벽히 일치했다. 마그네타 거대 폭발이 r-과정으로 무거운 원소를 생성했다는 강력한 증거가 될 수 있다. 나사의 인테그랄(INTEGRAL), 레시(RHESSI), 윈드(Wind) 위성 등 과거 임무 데이터들이 이 발견을 뒷받침했다. 파텔 박사는 "우리 중 누구도 20년 동안 데이터가 그냥 거기에 있었을 것이라고는, 그리고 우리의 이론 예측이 그렇게 완벽하게 일치할 것이라고는 상상하지 못했다"며 "우리 휴대폰이나 노트북 속 부품 일부가 우리 은하 역사 속 이런 극한의 폭발에서 만들어졌다고 생각하니 매우 흥미롭다"고 밝혔다. 새로운 가능성, 신중론 그리고 미래 이 연구 결과는 r-과정이 중성자별 충돌뿐 아니라 마그네타 거대 플레어 같은 다른 환경에서도 일어날 수 있음을 보여준다. 연구에 참여하지 않은 오클라호마 대학교의 존 카원 교수는 "r-과정이 다른 천체물리 현장에도 존재한다는 좋은 증거"라고 평가했다. 또한, 마그네타는 중성자별 충돌에 비해 우리 은하 내에서 더 가까이 발생할 수 있어, 앞으로 무거운 원소 생성 과정을 더 자세히 연구할 기회를 제공할 수 있다. 인디애나 대학교 블루밍턴의 찰스 호로위츠 박사는 "다음 마그네타 거대 플레어에서는 개별 원소를 직접 검출할 수도 있다는 점이 가장 흥미로운 가능성"이라고 기대감을 나타냈다. 그러나 아직 단정하기는 이르다는 신중론도 있다. 2017년 중성자별 충돌에서 방출된 엑스선 발견을 이끌었던 로마 대학교의 엘레오노라 트로야 박사는 이번 마그네타 플레어 증거가 "2017년에 수집된 증거와는 비교할 수 없다"고 지적했다. 그는 마그네타가 만드는 금 생산은 "가능한 설명 중 하나일 뿐이며, 마그네타는 복잡한 천체라 금 대신 다른 가벼운 금속을 만들 수도 있다"고 덧붙였다. 따라서 "금의 새로운 원천을 발견했다기보다는, 생산을 위한 대안 경로를 제안한 것으로 봐야 한다"고 강조했다. 연구팀은 마그네타 거대 플레어가 우리 은하에 있는 철보다 무거운 원소의 약 10% 정도를 설명할 수 있을 것으로 추정한다. 여전히 나머지 90%의 무거운 원소를 만드는 다른 과정이나 장소가 필요하다는 뜻이다. 빠르게 회전하는 중성자별을 탄생시키는 특별한 종류의 초신성 등 다른 후보들도 떠오른다. 파텔 박사는 "이번 발견은 우리를 올바른 그림에 더 가깝게 이끌지만, 다른 가능한 r-과정 장소와 결합해야 한다"고 말했다. 2027년 발사 예정인 나사의 새로운 감마선 망원경 COSI(콤프턴 분광계 및 영상장치)는 앞으로 마그네타 거대 플레어를 직접 관측하고 생성되는 원소를 식별하여 이 수수께끼를 푸는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대를 모은다. 우리가 날마다 사용하는 일상 생활 속 금속들이 사실은 수십억 년 전, 상상조차 할 수 없는 우주의 격렬한 사건 속에서 태어났다는 사실이 경이롭다. 과학자들의 끈질긴 탐구를 통해 우리는 우주와 우리 자신의 기원을 조금씩 더 깊이 이해하게 될 것이다.
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[퓨처 Eyes(83)] 초강력 자기장 별 '마그네타', 금 등 무거운 원소 새 기원으로 떠올라
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[우주의 속삭임(112)] NASA, "태양풍이 달 표면 물 생성에 기여"…혁신적 연구 결과 발표
- 미국 항공우주국(나사·NASA)이 달 표면의 물 분자 형성에 태양풍이 중요한 역할을 했을 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표했다. 이번 발견은 달 극지의 영구 음영 지역(영구 그늘진 지역)에 물 얼음이 어떻게 축적되는지를 설명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. NASA에 따르면, 여러 차례의 우주 탐사를 통해 달 표면에서는 물 분자와 물을 구성하는 성분인 수산기(OH) 분자가 검출된 바 있다. 그러나 이들 물질의 기원은 명확히 규명되지 못했으며, 과거에는 화산활동, 달 지각 내부에서의 가스 분출, 미세 운석 충돌 등이 주요 가설로 제시돼 왔다. NASA가 주도한 이번 실험은 '태양풍 기원설'을 검증하는 데 초점을 맞췄다. 태양풍은 초속 160만 km/h에 달하는 고속의 전하 입자 흐름으로, 태양계 전체를 강타한다. 지구에서 밤하늘을 밝히는 오로라를 통해 태양풍의 생생한 증거를 볼수 있다. 다만, 지구는 자기권에 의해 태양 입자를 반사시켜 태양풍으로부터 보호받지만, 달은 매우 약하고 불규칙한 자기장을 갖고 있어 태양풍의 직격탄을 맞는다. 달 표면은 산소가 풍부한 암석과 먼지로 구성되어 있으나, 수소는 상대적으로 부족하다. 태양풍은 대부분 전자를 잃은 수소 원자핵(양성자)으로 구성되어 있으며, 이들이 달 표면을 지속적으로 강타하면서 수소를 공급하게 된다. 이 과정에서 달 암석과 상호작용을 통해 물이 생성될 수 있다는 것이다. NASA는 특히 달 표면의 물 분자가 일일 주기로 변화하는 패턴에 주목했다. 태양에 의해 가열된 지역에서는 수증기로 방출되지만, 차가운 지역에서는 유지되는 양상이 반복됐다. 만약 미세 운석 충돌이 주요 원인이라면 물의 양이 지속적으로 감소했어야 하지만, 매일 다시 동일 수준으로 회복되는 현상이 관찰됐다. 이는 태양풍이 물 생성을 주도하고 있음을 뒷받침하는 근거로 해석된다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 1972년 아폴로 17호 임무에서 수집한 달 토양 샘플을 이용해 실험을 진행했다. 팀은 진공 상태에서 입자 가속기를 사용해 며칠 동안 모의 태양풍을 퍼부었다. 이는 달에서 약 8만 년에 해당하는 시간이다. 이후 샘플의 화학적 변화를 분석한 결과, 기존에는 존재하지 않던 물의 흔적이 확인됐다. 연구를 이끈 NASA 고다드 우주비행센터의 행성과학자 리 시아 여(Li Hsia Yeo) 박사는 성명에서 "단순히 달 토양과 태양이 지속적으로 방출하는 수소만으로 물이 생성될 수 있다는 가능성을 보여준 것"이라며 이번 발견의 의의를 강조했다. 이번 연구는 지난 3월 17일 '지구물리학 연구저널: 행성 부문(JGR Planets)'에 게재됐다. 연구팀은 이번 결과가 향후 유인 달 탐사에 실질적인 도움이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히 달 남극 지역에 저장된 물 얼음은 향후 탐사 임무에서 귀중한 자원이 될 수 있다. 또한 이번 연구는 달 이외에도 대기나 자기장이 거의 없는 천체들에서 태양풍과 환경 간 상호작용을 이해하는 데 중요한 통찰을 제공할 것으로 보인다. 이는 생명의 기본 요소인 물이 우주에서 어떻게 생성되거나 소멸하는지를 이해하는 데 기여할 수 있다.
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[우주의 속삭임(112)] NASA, "태양풍이 달 표면 물 생성에 기여"…혁신적 연구 결과 발표
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[우주의 속삭임(110)] "지구 물의 기원, 소행성 아닌 지구 자체"⋯옥스퍼드대 기존 학설 뒤집는 연구 발표
- 지구상의 물이 외부 소행성에서 기원했다는 기존 학설이 뒤집혔다. 영국 옥스퍼드대 연구팀은 지구 형성 초기부터 지구 자체 물질 속에 수소가 풍부하게 존재했으며, 이 수소가 물 생성의 핵심 원천이었다는 가능성을 제시했다. 이번 연구는 국제 학술지 이카루스(Icarus)에 17일(현지시간) 게재됐다. 연구팀은 남극에서 2012년 채집된 희귀 운석 'LAR 12252'를 분석했다. 이 운석은 약 45억 5000만 년 전 지구 형성 당시 구성물질과 유사한 조성을 가진 '엔트사타이트 콘드라이트(enstatite chondrite)'로 알려져 있다. 연구에 사용된 분석 기법은 X선 근접 흡수 구조(XANES) 분광법으로, 옥스퍼드셔주 다이아몬드 라이트 소스 싱크로트론에서 운석 시료에 고강도 X 선을 조사해 원소의 존재와 화학적 결합 상태를 확인하는 방식이다. 분석 결과 운석의 미세 입자 매트릭스에서 풍부한 황화수소(H₂S)를 발견했다. 연구 초기에는 기존 연구처럼 콘드룰(Chondrule, 운석내 구형 결정 구조체)의 비결정 영역에 집중했지만, 우연히 콘드룰 바깥쪽 미세 입자 매트릭스 영역에서 황화수소 농도가 월등히 높다는 사실을 발견한 것. 이는 기존에 알려진 비결정질 영역보다 5배 이상 높은 수치로, 지구 외부에서 유입된 것이 아닌 운석 자체에 내재된 수소일 수 있는 가능성이 높다. 이전 과학계에서는 지구 형성 이후 약 1억 년 간 외부 소행성이 수소를 포함한 수화물질을 운반해왔고, 이로 인해 물이 형성됐다는 '소행성 기원설'이 지배적이었다. 하지만 옥스퍼드 연구팀은 지구 형성 물질 자체가 수소를 풍부하게 함유하고 있었다는 정반대의 결론에 도달한 것이다. 특히 연구팀은 운석의 산화나 균열 등 지구 오염의 흔적이 있는 영역에서는 수소가 거의 검출되지 않았다는 점에 주목했다. 이는 운석 내 수소가 지구내 오염에서 비롯되지 않았다는 강력한 반증이다. 이번 연구를 이끈 옥스퍼드대 지구과학과 박사과정 톰 배럿(Tom Barrett)은 "분석 결과 예상치 못한 위치에서 황화수소를 발견했을 때 흥분을 감추지 못했다"며 "이 수소가 지구 외부에서 온 것이 아니라면, 물은 지구 형성 재료에서 비롯된 고유한 부산물이라는 결정적인 증거가 될 수 있다"고 밝혔다. 공동 저자인 제임스 브라운 옥스퍼드대 부교수는 "이 연구는 지구가 어떻게 지금의 모습으로 진화했는지에 대한 근본적인 질문에 중요한 단서를 제공한다"며 "운석 연구를 통해 확인된 수소 함유량은 기존 추정치를 훨씬 뛰어넌는다"고 설명했다. 이번 연구는 지구의 물이 우연히 외부에서 유입된 것이 아니라, 지구의 구성물질에서 자연스럽게 유래했을 수 있다는 주장을 과학적으로 뒷받침한다. 또한, 유사한 유형의 운석을 통한 추가 연구가 진행된다면, 태양계 내 다른 행성들의 물 존재 가능성에 대한 새로운 통찰을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
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[우주의 속삭임(110)] "지구 물의 기원, 소행성 아닌 지구 자체"⋯옥스퍼드대 기존 학설 뒤집는 연구 발표
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[신소재 신기술(164)] "기술적 장애물 없다"…유럽, 17조원 규모 차세대 입자충돌기 건설 본격화
- 유럽입자물리연구소(CERN)는 2025년 3월 31일(이하 현지시간) 17조원 규모의 차세대 입자 충돌기 '미래 원형 충돌기(Future Circular Collider·FCC)' 건설과 관련해 "기술적 장애물은 없다"고 밝혔다. 이에 따라 세계 최대 규모의 입자가속기 건설 프로젝트가 본궤도에 오를 전망이다. CERN와 국제 협력 기관들은 이날 프랑스-스위스 국경을 관통하는 약 91km 길이의 순환형 가속기 터널 건설에 대한 다년간의 타당성 조사 결과를 발표하며, 기술적 측면에서 프로젝트 진행을 저해할 만한 중대한 문제는 발견되지 않았다고 전했다고 웹사이트 PHYS.org가 이날 보도했다. 이번 보고서는 전 세계 1000여명 이상의 물리학자와 공학자들이 참여했다. FCC 가속기는 현재 세계 최대 규모인 27km 길이의 대형강입자충돌기(LHC)의 세 배 이상 길이로, 평균 지하 200m에 위치하게 된다. LHC는 지난 2012년 '신의 입자'로 불리는 힉스 보손(Higgs boson)의 존재를 입증한 바 있다. 힉스 보손은 지금까지 발견된 입자 중 가장 단순하면서도 가장 난해한 성질을 지닌 입자로, 우리 존재의 근본을 이해하는 데 중대한 함의를 지닌다. 이 입자는 빅뱅 직후 극히 짧은 순간, 전자와 같은 기본 입자들이 질량을 얻게 한 메커니즘과 관련되어 있으며, 이를 통해 원자와 구조물 형성이 가능해졌다. 나아가, 우주의 운명과 현대 물리학의 미해결 문제들에 접근하는 실마리를 제공할 것으로 기대된다. 총 둘레 약 91km 규모로 설계된 FCC는 LHC보다 훨씬 높은 에너지에서 충돌 실험을 가능케 하며, 우주의 기원과 입자 질량 생성 메커니즘에 대한 과학적 탐구를 한층 진전시킬 것으로 기대된다. CERN에 따르면 FCC 연구 프로그램은 두 단계로 구성된다. 우선 힉스 보손, 약한 상호작용, 톱쿼크(Top quark)를 정밀 분석하기 위한 전자–양전자 충돌기 단계를 거쳐, 이후 약 100TeV의 전례 없는 충돌 에너지를 갖는 양성자–양성자 충돌기 단계로 발전한다. 이 두 단계는 2020년 개정된 유럽 입자물리학 전략의 최우선 과제에 부합하는 상호보완적인 물리학 프로그램으로 구성되어 있다. 파비올라 지아노티 CERN 사무총장은 AFP와의 인터뷰에서 "이번 프로젝트는 유럽이 기초과학 분야에서 글로벌 리더십을 유지하기 위해 반드시 필요하다"며 "특히 중국과의 경쟁이 현실화되고 있는 상황"이라고 강조했다. 이어 "FCC 프로젝트는 올바른 방향으로 잘 진행되고 있으며, 각국 정부의 자금 지원이 필요한 시점"이라고 덧붙였다. FCC는 LHC가 2041년 운용 종료 시점을 맞이함에 따라, 향후 유럽 내 기초과학 연구의 지속성과 선도성을 확보하기 위한 후속 프로젝트로 기획됐다. 현재 CERN은 23개 회원국과 이스라엘로 구성되어 있으며, 이들 국가가 오는 2028년까지 프로젝트 추진 여부 및 예산 배정을 결정할 예정이다. CERN은 모든 신규 프로젝트가 지속가능한 연구 인프라의 모범이 되도록 하겠다는 원칙을 천명했으며, 이에 따라 설계, 건설, 운영, 해체 전 단계에 생태설계(ecodesign) 원칙을 적용하겠다고 밝혔다. 보고서에는 FCC의 환경 영향을 최소화하는 동시에 사회에 이로운 신기술을 촉진하고, 에너지 재활용과 같은 지역 연계 시너지 개발 방안도 상세히 제시됐다. FCC 타당성 조사의 핵심은 충돌기 고리 및 관련 인프라의 배치에 있었다. 과학적 효용을 극대화하면서도 지역적 조화, 환경적 영향, 건설 여건 및 비용 등을 고려한 시뮬레이션이 진행되었으며, 무려 100개 이상의 시나리오가 개발 및 분석됐다. 그 결과로 선정된 최적안은 평균 깊이 200m, 총 둘레 90.7km의 원형 구조로, 지상에 8개의 지원 시설과 4개의 실험 구역이 포함된다. 하지만 일각에서는 프로젝트의 천문학적 비용과 환경적 영향에 대한 우려도 제기되고 있다. 전체 건설비는 150억 스위스프랑(약 17조 원)으로 추산되며, 독일 등 일부 회원국은 막대한 재정 투입에 부담을 느끼고 있는 것으로 알려졌다. 이에 대해 CERN 측은 전체 비용의 최대 80%까지 자체 예산으로 충당 가능하다고 설명했다. 환경 단체와 지역 주민들의 반대 목소리도 이어지고 있다. 프랑스 로슈쉬르포롱 지역의 낙농업자 티에리 페리야는 "충돌기 건설로 농장 부지 5헥타르가 수용될 위기"라며 반발했고, 프랑스·스위스 환경단체 연합 'CO-CERNes'는 "전기 소비량, 온실가스 배출량, 사업 규모 모두가 지나치다"며 부정적인 입장을 밝혔다. 그르노블 대학의 올리비에 세파스 박사는 "재정·생태·운영 면에서 모두 부담이 크다. 이보다는 소규모 과학 프로젝트에 대한 투자 확대가 바람직하다"고 지적했다. 반면, 툴루즈대 L2IT 연구소의 캐서린 비스카라 박사는 "우주의 기원과 힉스 입자의 역할 등 근본적 질문에 접근하기 위해서는 FCC 같은 장비가 필요하다"며 지지를 표명했다. 프랑스 페르네볼테르 지역에서는 FCC 건설로 인한 열 에너지 활용을 통한 도시 난방 계획이 거론되는 등, 지역 일자리 창출과 에너지 효율 개선 측면에서 긍정적 효과를 기대하는 시각도 존재한다. 다니엘 라포즈 시장은 "이 프로젝트가 중국이 아닌 유럽에서 진행되어야 한다. 그렇지 않으면 유럽의 과학 주도권이 약화될 것"이라고 말했다. FCC 프로젝트는 오는 수년간 각국의 정치적 결단과 사회적 합의, 그리고 기술적 세부 설계를 거쳐 최종 착수 여부가 결정될 예정이다. 유럽의 과학적 미래가 걸린 중대한 분기점이 도래한 셈이다.
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[신소재 신기술(164)] "기술적 장애물 없다"…유럽, 17조원 규모 차세대 입자충돌기 건설 본격화
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[먹을까? 말까?(93)] LA 오존 오염의 숨겨진 주범은 '요리'…휘발성물질 배출, 자동차와 맞먹어
- 청정 엔진 보급과 전기차 확산으로 자동차 배기가스 배출이 감소하는 가운데, 최근 미국 로스앤젤레스(LA) 도심의 오존 오염을 악화시키는 의외의 원인이 발견됐다. 바로 음식 조리 과정에서 나오는 휘발성 유기화합물(VOCs)이다. 미국 해양대기청(NOAA)은 최근 연구에서 LA 지역 오존 형성의 약 26%가 음식 조리 과정에서 방출된 VOCs에 의한 것으로 분석됐다고 밝혔다. 이는 자동차 배출가스가 초래하는 오존 형성량(29%)과 거의 맞먹는 수준이다. 이 연구는 국제학술지 『대기화학과 물리학(Atmospheric Chemistry & Physics)』 최신호에 게재됐다. 연구진은 기존의 대기오염 모델에서 빠졌던 요리 배출물질을 추가해 LA 도심의 실제 대기 상태와 화학반응 과정을 정밀하게 분석했다. 연구를 주도한 NOAA 화학과학연구소 첼시 스톡웰 박사는 "도심 지역 VOCs의 상당 부분이 조리 과정에서 배출된다는 점은 기존에도 알려져 있었지만, 그동안 공식적인 오염물질 목록이나 대기 질 모델에는 제대로 반영되지 않았다"며 "이 물질들은 화학적 반응성이 매우 높기 때문에, 이를 간과하면 오존 생성에 대한 도시 차원의 대응 전략 수립에 빈틈이 생길 수 있다"고 지적했다. VOCs는 지표면 오존을 생성하는 두 가지 핵심 요소 중 하나다. VOCs가 차량 배기가스의 질소산화물(NOx)과 햇빛 아래에서 광화학 반응을 일으키면 유해한 오존이 형성된다. 높은 농도의 지표 오존은 사람과 동물, 식물에 심각한 피해를 준다. 미국 환경보호국(EPA)의 규제와 각종 환경 정책으로 지난 수십 년간 차량 배기가스를 억제하면서 오존 농도는 미국 전역에서 크게 개선됐다. 하지만 최근 몇 년간은 대기질 개선 속도가 정체되거나 오히려 일부 지역에서는 다시 오존 농도가 증가하는 현상이 나타나고 있다. 이러한 변화는 학계가 도시의 오염물질 구성을 새롭게 점검하는 계기가 됐다. NOAA 연구진은 특히 2021년 LA와 라스베이거스를 대상으로 수행한 대규모 대기오염 조사 프로젝트(SUNVEx)의 결과를 바탕으로 이번 연구를 진행했다. 당시 공기 샘플 분석 결과 라스베이거스 도심에서 포착된 인간 활동 기원의 VOCs 가운데 약 21%가 식용유와 지방에서 나오는 것으로 확인됐다. 음식점 밀집 지역일수록 음식 조리 배출물질 농도가 현저히 높았다. 연구진이 이번 분석에서 음식 조리 배출물을 정교하게 모델링한 결과, LA 도심에서 인간 활동에 의해 발생하는 오존 생성량 가운데 45%는 페인트, 접착제, 개인위생용품 등 휘발성 화학제품(VCPs)에 의한 것으로 나타났다. 뒤이어 자동차 배출가스가 29%, 음식 조리 과정이 26%로 나타났다. 비록 전체 오존 오염에서 음식 조리 배출물의 비중은 상대적으로 낮지만, 연구진은 이 분야가 앞으로의 대기질 개선을 위한 중요한 연구 영역이라고 강조했다. 스톡웰 박사는 "현대 도심에서 변화하는 VOCs 배출 구조를 정확히 파악하고 오존 오염 저감 방안을 마련하기 위해서는 음식 조리 배출물을 더 체계적으로 조사해야 한다"며 "다른 도시에서도 이 같은 배출이 오존 오염에 영향을 미치는지 추가 연구가 필요하다"고 밝혔다.
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- ESGC
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[먹을까? 말까?(93)] LA 오존 오염의 숨겨진 주범은 '요리'…휘발성물질 배출, 자동차와 맞먹어
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머스크 소유 SNS 엑스, 미국 등 전세계에서 일시 접속 장애
- 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)가 소유한 소셜미디어(SNS) 엑스(X·옛 트위터)가 10일 오전(현지시간) 미국을 비롯한 거의 전 세계 국가에서 일시적으로 접속이 안 되는 현상이 발생했다. 이날 로이터통신 등 외신들에 따르면 머스크는 이를 외부의 사이버공격 탓으로 돌리면서 공격의 진원지가 우크라이나로 파악됐다고 주장했으나 구체적인 증거는 제시하지 않았다. 인터넷 모니터링 사이트 '다운디텍터'는 이날 오전 미국과 영국, 프랑스, 인도, 호주, 아르헨티나, 일본 등 대부분의 국가에서 엑스 서비스에 접속할 수 없다는 이용자들의 신고가 접수됐다고 밝혔다. 미국의 경우에는 이날 오전 5시부터 6시 사이에 최대 2만여 명이, 이어 오전 8시부터 낮 12시 사이에 최대 4만여 명이 엑스 서비스를 이용할 수 없다고 알렸다. 문제를 경험한 서비스 유형으로는 모바일 앱이 57%, 웹사이트가 32%를 차지했다. 일본에서는 오전 5∼6시께 최대 7만여건, 오전 8∼12시께 최대 4만여건의 신고가 접수됐다. 블룸버그 통신은 이날 엑스 사이트가 다운된 상태가 두 차례에 걸쳐 각각 몇 분간 이어졌다가 복구됐다고 전했다. 머스크는 이날 오후 그의 엑스 계정에 올린 글에서 "엑스에 대한 대규모 사이버공격이 있었다(아직도 있다)"며 "우리는 매일 공격을 받지만, 이번에는 많은 자원이 동원됐다"고 주장했다. 이어 "크고 조직화한 집단, 그리고/또는 국가가 관여하고 있다(Either a large, coordinated group and/or a country is involved)"며 "추적 중"이라고 덧붙였다. 머스크는 이날 오후 폭스 비즈니스 진행자 래리 커들로와의 인터뷰에서 이 사안에 대해 "정확히 무슨 일이 일어났는지 확실하지는 않지만, 엑스 시스템을 다운시키려는 대규모 사이버공격이 있었다"며 이 공격의 인터넷 프로토콜(IP) 주소가 "우크라이나 지역에서 기원했다(IP addresses originating in the Ukraine area)"고 말했다. 다만 머스크는 이에 대한 명확한 증거를 제시하지는 않았다. 머스크는 최근 우크라이나 전쟁이 빨리 멈추기를 바란다는 취지의 글과 함께 자신의 우주항공기업 스페이스X가 제공하는 위성 인터넷 스타링크의 역할을 강조하면서 "내가 스타링크를 끄면 우크라이나의 전선 전체가 붕괴할 것"이라고 썼다가 우크라이나 지지자들에게서 "스타링크를 끄겠다고 협박하는 것이냐"는 비판을 받았다. 이에 대해 머스크는 지난 9일 우크라이나에 대한 협박이 아니라 사실을 말한 것이라며 "내가 아무리 우크라이나의 정책에 동의하지 않더라도, 스타링크는 절대 단말기를 끄지 않을 것"이라고 해명하는 글을 올렸다. 한편 이날 머스크의 지지자들은 최근 테슬라 매장 앞 시위나 테슬라 차량 등에 대한 잇단 공격처럼 머스크를 반대하는 세력이 엑스를 겨냥해 사이버 공격을 시도했을 가능성을 엑스에서 제기하기도 했다. '도지디자이너'라는 아이디를 쓰는 엑스 사용자는 "처음엔 정부효율부(DOGE)에 대한 항의 시위, 그다음엔 테슬라 매장들이 공격받았다. 이제 엑스가 다운된다. 이것이 엑스에 대한 공격의 결과일 가능성을 배제할 수 없다"고 썼고, 머스크는 이 글을 자신의 계정에 공유했다. 또 이날 오전 머스크는 간밤에 시애틀에서 테슬라 사이버트럭 차량 4대가 불탄 사건을 민주당 관련 단체의 방화라고 주장하는 게시물을 공유하며 "이것은 미친 짓"이라고 비난하기도 했다. 머스크는 지난 8일 엑스에 올린 글에서 테슬라 시위의 배후에 민주당 활동가들과 거액 기부자들이 있다고 주장했다. 미국에서는 도널드 트럼프 행정부의 정부효율부(DOGE)를 맡아 이끄는 머스크에 대해 반대하는 시위가 확산하고 있으며, 테슬라 매장이나 차량을 대상으로 한 방화, 총격 등 다양한 공격이 잇따르고 있다. DOGE는 트럼프 대통령의 지시를 받아 연방 정부 부처와 기관의 지출을 줄이기 위해 조직 축소와 공무원 대량 해고를 주도하고 있다.
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- IT/바이오
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머스크 소유 SNS 엑스, 미국 등 전세계에서 일시 접속 장애
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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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현대건설, 美 홀텍과 손잡고 300MW급 SMR 2기 건설 착수…국내 첫 해외 SMR 프로젝트
- 현대건설이 미국 소형모듈원자로(SMR) 개발업체 홀텍과 협력해 미시간주에 300MW급 SMR 2기 건설을 본격 추진한다. 현대건설은 25일(현지시간) 미시간 팰리세이즈 원자력발전소에서 '미션 2030' 행사를 열고 올 연말 '펠리세이즈 SMR-300 최초호기(FOAK)' 프로젝트 착공 계획을 발표했다. 현대건설과 홀텍은 2021년부터 SMR 개발 및 사업 협력을 이어왔으며, 이번 프로젝트를 통해 국내 건설사가 해외에 SMR을 건설하는 첫 사례가 될 전망이다. 이날 행사에는 양사 주요 경영진이 참석했으며, 원전 용량 확대 및 해외 사업 협력을 포함한 확장협력합의서를 체결했다. 양사는 미국을 포함한 글로벌 시장에서 SMR 사업 독점권을 확대하고, 별도 합작법인을 설립해 프로젝트를 체계적으로 추진할 계획이다. [미니해설] 현대건설, 美 SMR 시장 본격 진출⋯홀텍과 300MW급 원전 건설 추진 현대건설이 미국 소형모듈원자로(SMR) 개발업체 홀텍과 손잡고 미시간주에 300MW급 SMR 2기 건설을 본격 추진한다. 이는 국내 건설사가 해외에 SMR을 건설하는 첫 사례가 될 전망이다. SMR 사업 본격 착수 현대건설은 25일 미시간주 팰리세이즈 원자력발전소에서 열린 '미션 2030' 행사에서 2025년 연말에 ‘펠리세이즈 SMR-300 최초호기(FOAK)’ 프로젝트를 착공한다고 밝혔다. 현대건설과 홀텍은 2021년 SMR 개발 및 사업 동반진출 협력계약을 체결한 이후, SMR 개발 및 사업 추진, 원전 해체 사업, 사용후 핵연료 임시저장시설 구축 등 원전 밸류체인 전반의 프로젝트를 공동 수행해왔다. 이번 프로젝트는 미시간주 코버트에 위치한 홀텍 소유의 팰리세이즈 원전단지 내에 300MW급 SMR 2기를 신설하는 사업으로, 양사는 지반 및 지질조사, 환경영향평가를 포함한 현장 맞춤설계를 진행해왔다. 양사는 올해 상반기 내 설계를 완료하고, 연말 착공을 거쳐 2030년 상업운전을 목표로 하고 있다. 미국 정부의 인허가 절차를 순조롭게 마칠 경우, 이번 프로젝트는 국내 건설사가 해외에 SMR을 건설하는 첫 사례로 기록될 전망이다. 참고로 300MW급이면 가정용 전력으로 따지면 약 60만 가구에 공급할 수 있는 규모다. 즉, 300MW급 SMR 2기는 최대 120만 가구에 전력을 공급할 수 있는 규모로, 중소도시 하나의 전력 공급을 책임질 수 있는 수준이다. 현대건설-홀텍, 글로벌 SMR 시장 공략 이날 행사에는 이한우 현대건설 대표이사, 크리스 싱 홀텍 회장, 켈리 트라이스 홀텍 인터내셔널 사장, 릭 스프링맨 홀텍 글로벌 청정에너지 부문 사장 등 주요 경영진이 참석했다. 행사에서 양사는 원전 용량을 300MW급 SMR로 확대하는 내용과 북미 및 글로벌 시장에서의 사업 협력을 포함한 확장협력합의서를 체결했다. 또한 프로젝트 매니지먼트를 위한 공동 조직 운영 방안도 합의했다. 특히 현대건설이 보유한 홀텍 추진 SMR 사업에 대한 독점권을 미국뿐만 아니라 글로벌 시장으로 확대하는 방안을 마련하고, 이번 사업 운영·관리를 위한 합작법인을 설립해 체계적인 사업 수행에 나선다. 이한우 현대건설 대표는 "성공적인 사업 완수를 위해 미국 정부 및 현지 기업과 긴밀히 협력해 체계적인 공급망을 구축하고, 미국 내 양질의 일자리 창출 등 지역 사회와 상생할 수 있는 방안을 마련하겠다"며 "이를 통해 글로벌 SMR 산업의 신기원을 열 것"이라고 밝혔다. 크리스 싱 홀텍 회장도 "원자력발전소 건설 분야에서 독보적인 역량을 보유한 현대건설과의 파트너십 확대는 중추적인 발전"이라며 "양사의 체계적인 공급 역량과 세계적 수준의 프로젝트 관리 역량을 바탕으로 미국 최초의 SMR-300 배치가 완벽히 실현될 것"이라고 말했다. 글로벌 SMR 경쟁 본격화 최근 국내 주요 건설사들은 미국 SMR 기업들과 협력을 강화하며 현지 진출 및 수주에 박차를 가하고 있다. SMR은 원자로와 증기발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등 주요 기기를 하나의 용기에 통합한 300MW 이하의 소규모 원전으로, 기존 대형 원전에 비해 안전성이 높고 경제성이 뛰어나 차세대 원전으로 주목받고 있다. 특히 미국과 유럽을 중심으로 탄소중립 목표 달성을 위한 SMR 도입이 활발히 논의되면서, 글로벌 에너지 시장에서 SMR의 역할이 더욱 확대될 전망이다. 이번 현대건설과 홀텍의 협력은 국내 기업이 글로벌 SMR 시장에서 경쟁력을 확보하는 중요한 계기가 될 것으로 보인다. SMR 기술 개발과 해외 사업 확장을 동시에 추진하는 현대건설의 전략이 글로벌 에너지 시장에서 어떤 성과를 거둘지 주목된다.
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현대건설, 美 홀텍과 손잡고 300MW급 SMR 2기 건설 착수…국내 첫 해외 SMR 프로젝트
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[우주의 속삭임(98)] 100만 개 넘는 '성간 물체', 태양계 오르트 구름에 존재할 수도
- 우리 태양계의 가장 가까운 이웃 별인 알파 센타우리(Alpha Centauri·AC·센타우루스자리 알파) 항성계에서 방출된 100만 개 이상의 '성간 물체'가 태양계를 감싸고 있는 오르트 구름(Oort Cloud)에 이미 존재할 수 있다는 주장이 나왔다. 미국 우주 전문 매체 스페이스닷컴은 지난 5일(현지시간) arXiv에 게재된 새로운 연구 논문을 인용, 이같이 보도했다. 해당 논문은 아직 동료 평가를 거치지 않았으며, 추후 행성 과학 저널(The Planetary Science Journal)에 게재될 예정이라고 라이브사이언스가 17일(현지시간) 전했다. 캐나다 서부 온타리오 대학의 리 및 천문학과, 지구 및 우주 탐사 연구소의 콜 그렉과 폴 비거트가 주도한 이번 연구는 알파 센타우리(AC) 항성계에서 지난 1억 년 동안 방출된 성간 물질의 양을 시뮬레이션하여 진행됐다. 연구진은 이 계산을 바탕으로 현재 태양계 내에 센타우루스 알파에서 온 폭 100m 이상의 '성간 물체'가 약 100만 개 존재할 것으로 예측했다. 참고로 미국을 대표하는 자유의 여신상은 높이가 93.5m에 달한다. 이는 현재 태양계 내에 자유의 여신상 크기의 성간 물체가 약 100만 개가 떠돌아다니는 것으로 이해할 수 있다. 성간 물체 발견의 의의 '성간 물체(Interstellar Object)'는 태양계 외부에서 기원하여 태양계를 통과하는 천체를 의미한다. 2017년 발견된 '오무아무아(Oumuamua)'와 2019년 발견된 '보리소프 혜성(Borisov)'이 대표적인 사례다. 성간 물체는 다른 행성계에서 온 천체이므로, 이를 분석하면 태양계 외부의 물질 조성과 형성 과정을 연구할 기회를 제공한다. 특히, 보리소프 혜성은 태양계 혜성과 유사한 성질을 보여, 혜성이 우주적으로 공통된 형성과정을 가질 가능성을 시사했다. 성간 물체는 원래 있던 별 주위에서 방출된 후 우주를 떠돌다 태양계로 들어온 천체다. 이를 통해 다른 행성계의 형성 과정과 동역학적 진화를 연구할 수 있다. 예를 들어, 오우무아무아는 예상과 달리 혜성 활동 없이 가속하는 특성을 보여 기존 모델을 수정하는 계기가 되었다. 성간 물체는 '판스페르미아(Panspermia)' 이론, 즉 생명체의 씨앗이 우주에서 이동할 가능성을 탐구하는 데 중요한 역할을 한다. 만약 성간 물체에서 생명체의 기본 구성 요소(아미노산, 유기물 등)가 발견된다면, 생명체가 우주적 규모에서 이동할 가능성을 뒷받침하는 증거가 될 수 있다. 성간 물체는 자연적으로 태양계를 통과하는 천체이므로, 인류가 미래에 다른 별로 이동할 가능성을 연구하는 데 도움을 준다. 오우무아무아의 특이한 운동 방식 때문에 일부 과학자들은 외계 문명이 만든 탐사선 가능성도 제기했으며, 이는 외계 문명 탐색(SETI) 연구와 연결될 수 있다. 아울러 태양계와 은하 환경을 이해할 수 있다. 성간 물체의 존재 자체가 은하 내에서 천체들이 얼마나 자주 방출되고 이동하는지를 이해하는 데 도움을 준다. 이를 통해 태양계가 다른 항성계와 어떤 영향을 주고받는지를 파악할 수 있으며, 태양계가 속한 은하 환경의 역학을 연구할 수 있다. 오르트 구름은 어디에 위치하나? 연구팀은 이러한 가상의 성간 침입자(천체)들은 '오무아무아'나 '보리소프 혜성'과는 달리 태양의 중력에 영구적으로 붙잡혀 대부분 태양계 가장자리 근처의 거대한 혜성 및 소행성 저장소인 오르트 구름에 존재할 가능성이 높다고 봤다. 따라서 발견하기가 거의 불가능하다는 것. 지금은 사라진 오무아무아와 보리소프 혜성은 우리 우주 주변을 고속으로 항해하는 모습이 발견돼 성간 공간에서 유래했음을 확인했다. 오르트 구름(Oort Cloud)은 태양계를 둘러싸고 있는 가상의 천체 집합체로, 혜성의 기원지로 추정된다. 태양으로부터 약 2,000~100,000 AU(천문단위) 정도 떨어진 구간에 존재한다고 여겨지며, 이는 태양과 가장 가까운 별(프록시마 센타우리)까지 거리의 약 1/4에 해당한다. 이 개념은 1950년 네덜란드 천문학자 얀 오르트(Jan Oort)가 장주기 혜성(공전 주기 200년 이상)의 궤도를 분석하면서 제안했다. 오르트 구름은 구형의 구조로 태양을 중심으로 모든 방향에 퍼져 있기 대문에 혜성이 다양한 방향에서 태양계로 들어올 수 있다. 오르트 구름은 아직 직접 관측된 적은 없지만, 수많은 혜성이 태양계 바깥 먼 곳에서 유입되는 것으로 보아 존재할 가능성이 크다고 여겨진다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 지금은 사라진 카시니 탐사선을 포함한 여러 우주선도 이전에 태양계를 흐르는 작은 성간 먼지 입자를 감지했다. 카시니 탐사선은 나사와 유럽우주국(ESA)이 공동 개발한 토성 무인탐사선으로 2004년 7월 토성 궤도에 진입해 본격적으로 탐사를 시작했으며, 약 13년 동안 토성을 300여 차례 공전하면서 방대한 데이터를 보낸 뒤 2017년 7월 토성의 대기권으로 진입해 임무를 종료했다. 연구진은 또한 작은 입자들이 알파 센타우리에서 태양계로 이동하는 방식을 시뮬레이션했다. 연구진은 100마이크로미터(0.004인치) 이상의 입자는 이론적으로 두 항성계 사이를 이동할 수 있으며, 이 입자 중 약 10개가 매년 지구 대기에서 불타면서 유성으로 소멸할 것으로 추정했다. 태양계와 가까운 이웃, 알파 센타우리 알파 센타우리는 알파 센타우루스 A와 알파 센타우루스 B(두 별은 쌍성계를 이루며 서로 공전하는 태양과 유사한 별임), 그리고 이 쌍성계를 도는 더 작은 적색 왜성인 프록시마 센타우루스(Proxima Centauri)의 세 개의 별로 구성되어 있다. 프록시마 센타우루스는 지구에서 가장 가까운 별로 약 4.25광년 떨어져 있으며, 프록시마 센타우루스 b로 알려진 행성이 확인된 유일한 항성이다. 연구에 따르면 알파 센타우리에서 나온 물질이 잠재적으로 대량으로 존재한다. 그렉과 비거트는 "오르트 구름 내에 직경 100m 이상인 알파 센타우리 입자의 현재 수는 10⁶개 또는 100만 개"라고 적었다. 하지만 이런 물체들은 감지하기가 극히 힘들다. 두 연구원은 "이러한 천체의 관측 가능한 비율은 낮은 수준이며 태양으로부터 10AU 이내에 존재할 확률은 백만 분의 1에 불과하다"고 설명했다. 전체 항성계는 현재 우리를 향해 이동하고 있으며 약 28,000년 후에 태양에 가장 가까워진다. 연구진은 이때 두 항성계 사이의 간격이 크게 줄어들기 때문에 태양계로 들어오는 물체의 수가 기하급수적으로 증가할 것이라고 밝혔다. 연구진은 또한 우리 태양계에서 방출되는 물질의 비율이 알파 센타우리와 매우 유사할 것이라고 추정했다. 이는 우리 우주 이웃에서 유래한 비슷한 수준의 성간 물질이 우리 이웃 별들에 포획되고 있음을 의미한다. 연구진은 "알파 센타우리와 태양계 사이의 물질 전달 방식을 더 잘 이해하는 것은 항성계의 상호 연결성과 은하 전체의 물질 교환 가능성을 탐구하는 새로운 길을 열어준다"고 논문에 적었다. 이번 연구는 우리 태양계가 고립되어 있지 않다는 구체적인 예를 보여준다. 항성계의 물질이 서로 자유롭게 이동할 수 있다면 행성 형성 과정에 대한 또 다른 이해의 문을 열어줄 수 있다. 두 연구원은 논문에서 "알파 센타우리에서 태양계로 물질이 이동될 수 있는 메커니즘에 대한 철저한 이해는 항성 간 수송에 대한 우리의 지식을 심화시킬 뿐만 아니라 항성계의 상호 연결성과 은하계 전체에 걸친 물질 교환의 잠재력을 탐구하기 위한 새로운 경로를 열어준다"고 강조했다. 성간 물체의 발견은 태양계 외부 물질의 직접적인 연구 기회를 제공하며, 행성계 형성 과정, 우주 생명체 기원, 항성 간 여행 가능성, 외계 문명 탐색 등 다양한 분야에서 중요한 과학적 의미를 갖는다. 앞으로 더 많은 성간 물체가 발견된다면, 인류의 우주 이해는 더욱 깊어질 것으로 보인다.
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