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2024-11-22 (금)

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[우주의 속삭임(79)] "달 뒷면, 한때 화산 폭발"

미국과 중국 연구원들이 달 뒷면에서 한때 화산이 폭발했다는 증거를 발견했다. 중국 연구팀이 달 탐사선 창어 6호가 수집한 샘플을 분석한 결과 신비한 달 뒷면에서 42억년 이상된 현무암(화산 폭발 후 형성된 현무암) 조각이 발견됐다고 BBC가 전했다. 이번 연구 결과는 지난 11월 15일 학술지 네이처와 사이언스에 게재됐다. 과학자들은 지구에서 볼 수 있는 달의 앞면에서 화산 활동이 있었다는 사실은 이미 알고 있었다. 그러나 달 뒷면은 앞면과 지질학적으로 매우 다르며, 대부분의 지역이 여전히 인간의 손이 닿지 못한 미탐사 지역으로 남아 있다. 중국 달 탐사선 창어 6호는 지난 6월부터 약 2개월간의 임무 끝에 달 뒷면에서 처음으로 토양 샘플을 회수하는 데 성공했다. 중국 과학아카데미의 전문가가 이끄는 연구진은 방사성 연대 측정법을 사용해 화산암의 연대를 확인했다. 분석 결과 약 28억3000만년 전에 '놀랍도록 젊은 분화'가 일어났다는 것을 밝혀냈다. 이는 달 앞면에서는 발견되지 않은 것이다. 지질학 및 지구물리학 연구소의 치우리 리교수는 상세한 동료 검토에서 "이것은 매우 흥미로운 연구"라고 적었다. 그는 "창어 6호 샘플에서 나온 최초의 지구 연대 연구이며, 달과 행성 과학계에 매우 중요한 연구 결과가 될 것"이라고 덧붙였다. 달의 뒷면은 '어두운 부분'으로 알려져 있지만, 지구에 있는 우리가 못 볼뿐 실제로는 햇빛을 많이 받는다. 이는 달이 지구와 수평으로 고정되어 있고, 지구 공전 시간이 약 27일로 항상 달의 같은 면이 지구를 향하고 있기 때문이다. 달 뒷면은 지구에서 볼 수 없기 때문에 오랫동안 미지의 영역이었다. 하지만 1959년 러시아(구 소련)의 루나 3호가 처음으로 달의 뒷면을 찍어 지구로 전송하면서 그 비밀이 밝혀지기 시작했다. 이후 중국의 달 탐사선 창어 4호가 2019년 1월 3일 인류 최초로 달 뒷면에 착륙해 탐사를 진행했다. 착륙 지점은 달 남극 에이트켄 분지 내에 있는 본 카르만 크레이터다. 달 뒷면의 샘플 회수 임무를 띤 창어 6호는 2024년 5월 3일 지구를 떠나 2024년 6월 1일 달 뒷면에 무사히 착륙했다. 참고로 달 앞면에는 미국, 소련, 중국, 인도, 일본 등이 착륙에 성공했다. 또한 달 남극에는 물이 있는 것으로 알려져 있다. 인도 달 탐사선 찬드라얀 3호는 2023년 7월 14일 발사돼 8월 23일 인류 최초로 달 남극에 착륙하는 데 성공했다. 이로써 인도는 미국, 러시아, 중국에 이어 네 번째로 달 착륙에 성공한 국가로 이름을 올렸다. 중국은 달에서 물을 찾고 영구 기지 건설 등을 조사하기 위해 2030년까지 세 번의 무인 임무를 더 계획하고 있다. 아울러 2030년까지 유인 우주선을 달에 보내는 것을 목표로 하고 있다. 미국도 아르테미스 3호 임무를 통해 2026년까지 우주비행사를 다시 달에 보낼 계획이다. 달 뒷면에는 헬륨-3이라는 희귀한 자원이 풍부하게 매장되어 있다고 알려져 있어 미래에는 달 뒷면에 기지를 건설하고 자원을 채굴할 수도 있을 것으로 전망돼 우주과학 선진국 간의 치열한 경쟁이 예상된다.
- IT/바이오
2024-11-18
[기후의 역습(80)] 나사, 남극 빙하의 특이한 '바다 연기' 공개

남극 서부의 주요 빙하가 이달 초 나사(NASA) 위성 관측에서 마치 '연기를 피우고 있는 듯한' 희귀한 광경을 포착했다고 CNN, 어스닷컴 등 외신이 전했다. 빙하에서 나타난 ‘바다 연기’는 실제 연기가 아니라 안개였던 것으로 밝혀졌다. 위성 이미지에서 파인 아일랜드 빙하(Pine Island Glacier)는 바다와 만나는 어두운 바닷물 표면 위에서 솜털 같은 흰색 연기처럼 보였다. 파인 아일랜드 빙하 및 인근의 스웨이츠 빙하는 서남극 빙상에서 아문센해로 흐르는 얼음의 주요 경로 중 하나로 주목받고 있다. 또한 남극 대륙에서 가장 빠르게 후퇴하는(녹아내리는) 빙하 중 하나다. 기묘한 이미지였던 ‘바다 연기’는 물과 바람이 만들어낸 것이었다. 나사에 따르면 강한 바람이 얼음과 차가운 물을 밀어내고 심해의 더 따뜻한 물이 표면으로 솟구치게 했다. 따뜻한 물이 매우 건조하고 차가운 공기에 따뜻하고 습한 공기를 불어 넣었다. 온도 차이로 인해 그 공기의 수분이 응축되어 안개가 형성된 것이다. CNN은 이를 지상에서 보면 마치 누군가가 물 위의 유령의 집에서 안개를 만드는 기계를 작동한 것처럼 보이다고 전했다. 물 표면에 가까운 지역은 연기와 비슷한 안개에 휩싸이게 되기 때문에 '바다 연기'라는 별명이 붙었다. 바다 연기 자체는 드문 일은 아니라고 한다. 차갑고 건조한 공기가 예외적으로 따뜻한 수역을 지날 때마다 발생할 수 있다. 때때로 북극의 첫 번째 겨울 폭풍이 비교적 따뜻한 호수를 지날 때 볼 수 있다. 그러나 나사에 따르면 이런 현상을 아일랜드 빙하에서 위성으로 관측하는 것은 드문 일이었다. 이 지역은 보통 구름에 가려져 있기 때문이라고. 파인 아일랜드 빙하는 남극 대륙에서 중요하고 엄격하게 모니터링되는 지역이다. 지구 온난화의 영향을 받아 존재가 위협받고 있기 때문이다. 이 빙하는 인접한 거대한 빙상의 배관 역할을 하여 인접한 바다로 얼음을 흘려보낸다. 이런 얼음의 흐름은 빙하가 1990년대부터 따뜻한 공기, 물, 눈 부족으로 균형을 잃고 얼음이 축적되지 않게 되면서 크게 증가해 왔다. 이 빙하는 인근 '최후의 보루'라고 알려진 빙하인 스웨이츠 빙하와 함께 지난 수십 년 동안 가속적으로 얼음을 잃고 있다. 얼음이 녹아 해수면을 몇 피트(1피트는 30.48cm) 올릴 가능성이 있다. 스웨이츠 빙하는 또 해수면을 10피트(약 3m)나 올릴 만큼 얼음이 많은 남극 빙상들이 붕괴되는 것을 막는 중요한 댐 역할을 담당하고 있다.
- 포커스온
2024-10-31
[기후의 역습(76)] 사하라 사막, 기습 폭우로 호수 생성…1년 이상 유지될 듯

사하라 사막의 세브카 엘 멜라(Sebkha el Melah) 호수가 기습 폭우로 일시적이나마 물로 채워졌다. 이는 사하라 사막의 과거가 푸르렀음을 보여주는 것이며, 전문가들이 기후 변화를 연구하는 데 도움이 된다고 사이테크데일리가 전했다. ◇ 고대의 녹색 사하라 약 1만1000~5000년 전 아프리카 습윤기 동안에는 사하라 사막이 오늘날보다 더욱 습하고 푸르렀다. 지질학 및 고고학적 증거에 따르면, 광활한 모래 언덕으로 뒤덮인 사하라 사막은 당시 초목과 습지, 심지어 큰 호수가 있었던 것으로 보인다. 지난 9월, 열대성 저기압이 북아프리카 일부 지역에 폭우를 몰고온 후 고대의 녹색 사하라 흔적이 잠시 다시 나타났다. 폭풍으로 흘러내린 물은 평상시에는 건조했던 사막의 몇몇 호수를 물로 채웠다. ◇ 세브카 엘 멜라 호수의 위성 이미지 나사(NASA)의 랜드샛 9호 위성은 9월 29일 이미지 장비(OLI-2)를 사용해 알제리의 세브카 엘 멜라 호수 중 하나의 이미지를 포착했다. 우가르타 산맥을 따라 위치한 이 호수는 9월 중순에 물이 채워지기 시작했다. 그전에는 호수 바닥이 소금으로 뒤덮인 모습이었다. 10월 16일 현재, 물은 호수의 191㎢면적을 덮고 있으며, 깊이는 2.2m로, 세브카 엘 멜라 호수 전체의 약 3분의 1이 채워졌다. 이는 기제작된 호수의 3D 지도와 위성 이미지 및 데이터를 바탕으로 한 호수의 수심 측량 결과 밝혀졌다. 2000년 6월 이후 이 호수에 물을 채운 것은 2008년과 2014년 두 번이었다. ◇ 담수의 희소성과 중요성 사하라 사막의 호수가 물로 채워지는 것은 '희귀하고 거의 기록되지 않은 일시적인 현상'이다. 이 지역에는 지상 기반 기상 관측소가 거의 없고, 연구원들은 나사의 위성 데이터 검색과 유럽 중기기상예보센터의 강우량 데이터를 사용해 호수를 물로 채우는 데 필요한 기상 조건을 연구해 왔다. 2000년 이후 세브카 엘 멜라 유역에 영향을 미친 수백 건의 강우 중 물을 채우기 시작할 만큼의 충분한 경우는 단 6번 뿐이었다. 이 모두는 열대성 저기압과 관련이 깊었는데, 습한 열대 공기가 산 위로 밀려 올라가는 지형으로 인해 특히 많은 비가 내렸다. 위성 관측에 따르면 세브카 엘 멜라흐의 경우 지질의 특성상 물로 채워지면 계속 고여 있을 수 있다. 지난 2008년에는 호수가 채워진 후 4년 만인 2012년에 완전히 말랐다. 앞으로 비가 더 내리지 않는다면 현재 2.2m 깊이의 호수 물이 완전히 증발하는 데 약 1년이 걸릴 것으로 보인다. ◇ 사막 호수 담수에 대한 역사적 관점 사하라가 아프리카 습윤기 동안 매우 습했다는 증거에도 불구하고, 얼마나 습했는가는 여전히 논쟁이다. 따라서 세브카 엘 멜라흐는 중요한 연구 대상인데, 이는 과거 강수 패턴에 대한 단서를 제공하는 거대한 '우량계' 역할을 하기 때문이다. 일부 학자들은 사하라 사막이 실제로는 고기후 전문가들이 생각하는 것만큼 비가 많이 내리지 않았으며, 따라서 그리 푸르지 않았을 것이라고도 추정한다. 사하라 사막의 호수에 채워진 물이 마르는 데 걸리는 시간을 감안할 때, 고대 사하라는 빈번한 강우 없이도 수 년 또는 수십 년 동안 호수가 부분적으로라도 채워질 만큼 물이 흔했을 수 있다는 추정이다. ◇ 사하라에 대한 기후 예측과 불확실성 고기후학자들은 밀란코비치 주기라고 불리는 작은 궤도 변화가 아프리카 습윤기의 주요 동인이었을 것이라고 인식한다. 그 이유는 밀란코비치 주기가 태양 복사의 분포에 약간의 변화를 일으키고, 북아프리카 몬순의 강도와 위치에 변화를 일으켰기 때문이다. 그런데 온실가스 배출과 기후 변화의 영향이 밀란코비치 주기의 순환적 효과에 더해지면서 사하라 사막이 앞으로 수 세기 또는 수천 년 동안 호수에 물이 차고 주변이 녹색으로 변할지도 모른다. 누구도 확신할 수 없는 미래다. 기후 변화에 관한 정부간 패널(IPCC)의 예측에 따르면 지구 온도가 상승함에 따라 사하라의 일부 지역은 강수량이 늘어날 수 있다. 그러나 예측의 불확실성은 예측된 변화보다 크다. 사하라에서 무슨 일이 일어날지는 매우 불확실하지만, 지속적인 변화의 관측은 사하라의 미래를 이해하는 데 도움이 될 것이라는 지적이다.
- 포커스온
2024-10-24
[신소재 신기술(113)] 美 조지아 공대, 리튬이온배터리 획기적 개선 음극재 개발

전기자동차(EV) 시장의 케즘(chasm·일시적 수요 정체) 극복 방안의 하나로 '차세대 배터리'가 거론되는 가운데 미국에서 새로운 음극 소재가 개발됐다. 조지아 공과대학은 홈페이지를 통해 하이롱 첸(Hailong Chen) 교수가 이끄는 다기관 연구팀은 리튬이온배터리(LIBs)를 획기적으로 개선할 수 있는 저렴한 새로운 음극 소재를 개발했다고 밝혔다. 이는 전기자동차 시장과 대규모 에너지 저장 시스템을 변화시킬 가능성이 있다. 조지아공대 우드러프 기계공학부 및 재료과학·공학부 하이롱 첸 부교수는 "오랫동안 사람들은 기존 음극재보다 저렴하고 지속 가능한 대안을 찾고 있었다. 우리가 그걸 찾은 것 같다"고 말했다. 연구팀에 따르면 획기적인 소재인 삼염화철(FeCl3)은 일반적인 음극재 비용의 1~2%에 불과하지만 동일한 양의 전기를 저장할 수 있다. 음극재는 용량, 에너지 및 효율성에 영향을 미치며 배터리 성능과 수명, 경제성에 중요한 역할을 한다. 첸 교수는 "우리 음극재는 게임 체인저가 될 수 있다"며 "이는 전기차 시장 뿐만 아니라 전체 리튬 이온 배터리 시장을 크게 개선할 것"이라고 말했다. 연구 결과는 학술지 네이처 서스테너빌리티(Nature Sustainability)에 게재됐다. 1990년대 초 소니에 의해 처음 상용화된 리튬이온배터리(LIB)는 스마트폰이나 테블릿과 같은 개인용 전자제품의 폭발적인 성장을 촉발했다. 이 기술은 결국 전기자동차에 동력을 공급하는 신뢰할 수 있고 충전 가능한 고밀도 에너지원으로 발전했다. 그러나 개인용 전자 제품과 달리 전기차와 같은 대규모 에너지 사용자는 LIB 비용에 특히 민감하다. 현재 배터리는 전기차 총 비용의 50%를 차지하며, 이로 인해 이러한 청정 에너지 자동차는 내연 기관 자동차보다 더 비싸다. 더 나은 배터리 구축 구식 알카라인 배터리와 납축 배터리에 비해 리튬이온배터리는 더 작은 패키지에 더 많은 에너지를 저장하고 충전 장치에 더 오래 전원을 공급한다. 그러나 리튬이온배터리에는 코발트나 니켈과 같은 희귀 속이 포함되어 있으며 제조 비용이 높다. 지금까지 LIB용으로 네 가지 유형의 음극만 성공적으로 상용화됐다. 기존 LIB는 액체 전해질을 사용하여 에너지 저장 및 방출을 위한 리튬 이온을 운반한다. 저장할 수 있는 에너지 양에는 엄격한 제한이 있으며 누출 및 화재가 발생할 수 있다. 그러나 모든 고체리튬이온배터리는 고체 전해질을 사용하여 배터리 효율성과 안정성을 크게 높이고 더 안전하게 더 많은 에너지를 저장할 수 있도록 한다. 아직 개발 및 테스트 단계에 있는 이러한 배터리는 상당한 개선이 될 것이다. 연구팀이 개발한 FeCl3 음극, 고체 전해질 및 리튬 금속 양극을 사용하면 전체 배터리 시스템 비용이 현재 LIB의 30-40%에 불과하다. 첸 교수는 "이는 전기차를 내연 기관 자동차보다 훨씬 저렴하게 만들뿐만 아니라 새롭고 유망한 형태의 대규모 에너지 저장 장치를 제공해 전력망의 복원력을 향상시킨다"고 말했다. 이어 "또한 우리가 개발한 음극은 전기차 시장의 지속 가능성과 공급망 안정을 크게 향상시킬 것"이라고 기대했다. 음극재로 염화철(FeCl3) 주목 음극재로서의 FeCl3에 대한 첸의 관심은 고체 전해질 재료 연구에서 시작됐다. 그의 연구실은 2019년부터 기존 상용 산화물 기반 음극을 사용해 고체 배터리를 만들려고 시도했다. 결과는 좋지 않았다. 음극과 전해질 재료가 잘 맞지 않았던 것. 연구원들은 염화물 기반 음극이 염화물 전해질과 더 나은 쌍을 이루어 더 나은 배터리 성능을 제공할 수 있다는 점에 착안했다. 첸 교수는 "우리는 시도해볼 가치가 있는 후보(FeCl3)를 찾았다. 결정구조가 리튬이온 저장 및 운송에 잠재적으로 적합했기 때문이다"라고 설명했다. 현재 전기차에서 가장 많이 사용되는 음극은 산화물이며 엄청난 양의 값비싼 니켈과 코발트가 필요하다. 이는 독성이 있을 수 있으며 환경 문제를 야기할 수 있는 중금속이다. 이와 대조적으로 연구팀이 개발한 새로운 음극에는 철(Fe)과 염소(Cl)만 포함되어 있다. 이는 강철과 식용 소금에서 발견되는 풍부하고 저렴하며 널리 사용되는 원소들이다. 초기 테스트에서 FeCl3는 다른 훨씬 더 비싼 음극만큼 또는 더 나은 성능을 발휘하는 것으로 나타났다. 예를 들어 널리 사용되는 음극 리튬철인산염(LiFePO4, LIF)보다 작동 전압이 더 높다. 작동 전압은 배터리가 장치에 연결될 때 제공하는 전기력으로 정원에서 사용하는 호스의 수압과 유사하다. 연구팀은 이 기술이 5년 이내에 전기차에서 상업적으로 실행 가능할 수 있을 것으로 기대했다. 첸은 현재로서는 연구팀이 FeCl3와 관련 소재를 계속 연구할 것이라고 말했다. ◇ 참고: Zhantao Liu, Jue Liu, Simin Zhao, Sangni Xun, Paul Byaruhanga, Shuo Chen, Yuanzhi Tang, Ting Zhu, Hailong Chen. 「모든 고체 리튬 이온 배터리를 위한 저비용 삼염화철 음극」 Nature Sustainability.
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2024-09-25
[우주의 속삭임(51)] 토성 고리, 6개월 후에 못본다

가스 행성 토성의 고리는 태양계에서 가장 매혹적이고 상징적인 천체적 특징이다. 17세기에 이탈리아 천문학자 갈릴레오 갈릴레이가 고대 망원경으로 처음 발견했다. 다만 망원경의 성능적 한계로 인해 토성의 모습을 '귀'가 달린 것처럼 비유했다. 그 이후 최첨단 연구와 관찰을 통해 학계는 토성 고리의 복잡한 수수께끼를 풀고 고리의 구성과 이를 형성하는 역동적인 과정을 밝혀냈다. 빠르게 다가오는 중요한 우주적 사건이 곧 토성에 대한 우리의 시각을 극적으로 바꿀 것이라고 한다. 2025년 3월이 되면 토성의 장엄한 고리는 지구서는 사실상 보이지 않게 될 것이라고 지구 및 천체 물리학을 다루는 어스닷컴이 전했다. 물론 고리가 물리적으로 사라지는 것은 아니다. 보이지 않는 현상은 토성의 축이 기울어져 고리가 우리 시야에 가장자리로 위치하기 때문에 발생한다는 것이다. 이는 역설적으로 천문학자와 관찰자 모두에게 독특한 천체 변화를 목격할 수 있는 희귀한 기회를 제공한다. 이 현상은 토성이 태양을 공전하는 데 걸리는 시간인 29.5년마다 반복되는 이벤트다. 2025년 3월 이후에는 토성의 축 기울기의 변동으로 고리가 다시 관측자의 시야에 들어오고, 2025년 11월에 다시 사라지게 된다. 천문학자들은 이는 결국 일종의 숨바꼭질을 하면서 천체 게임을 하는 것이라고 말했다. 토성의 고리는 대부분 얼음 입자, 암석 파편, 우주 먼지로 구성되어 있다. 고리를 구성하는 입자는 모래 크기의 작은 먼지에서 버스, 집이나 학교만큼 거대한 덩어리까지 다양하다. 이러한 혼합으로 고리가 흥미로운 모습을 갖게 된다. 토성의 고리는 견고한 하나의 구조가 아니다. A, B, C 고리와 보기 어려운 희미한 D, E, F, G 고리를 포함한 여러 개로 구성되어 있다. 이러한 부분은 A와 B 고리 사이의 '카시니 분할'과 같은 틈새로 구분되어 있으며, 너비는 약 4800km이다. 고리의 모양과 구성은 주로 토성의 많은 위성과의 중력적 상호 작용에 의해 형성된다. 위성 중 일부는 고리의 가장자리 근처에 매달려 있으며 중력으로 고리 입자를 끌어당겨 고리 모양을 유지하는 데 도움을 준다. 토성의 고리가 어떻게 생겨났는지는 천문학자들 사이에서 여전히 뜨거운 주제다. 파괴된 토성의 위성, 토성의 강한 중력에 의해 찢어진 혜성의 잔재, 40억 년 전 토성이 형성될 때 남은 물질 등 수많은 이론이 제안됐다. 새로운 이론이 계속 등장하고 있다. 나사(NASA), 유럽우주국(ESA), 이탈리아우주국(ASI)이 토성과 위성들을 탐사할 목적으로 공동 발사한 카시니-하위헌스(Cassini-Huygens) 임무는 많은 성과를 가져다 주었다. 우주선의 탐사는 2004년 토성에 도착하면서 시작되어 2017년에 마무리된 13년간 이루어졌다. 카시니-하위헌스 임무는 활동 내내 토성과 복잡한 위성 및 고리 시스템에 대한 귀중한 정보를 제공했다. 가장 멋진 발견 중 하나는 고리의 틈새, 특히 A와 B 고리 사이의 눈에 띄는 공간인 카시니를 발견한 것이었다. 이 공간은 토성의 위성의 중력에 의해 형성되어 고리 시스템이 실제로 얼마나 역동적이고 끊임없이 변화하는지를 보여준다. 우주선은 또 많은 위성에 대한 더 깊은 지식을 제공, 위성의 고유한 구성과 지질학적 특징을 알려주었다. 예를 들어 토성의 얼음 위성 중 하나인 엔셀라두스에는 수증기와 유기 물질을 뿜어내는 간헐천이 있어 지하 바다의 가능성을 암시한다. 토성은 고리 외에 최소 145개에 달하는 위성이 있으며, 각각 고유한 특성을 갖고 있다. 태양계에서 두 번째로 큰 위성인 타이탄은 두꺼운 대기와 흥미로운 표면으로 주목받고 있다. 타이탄은 목성보다 약하지만 지구보다는 강한 자기장을 가지고 있어 토성과의 복잡한 상호 자기작용을 나타낸다. 향후 진행될 드래곤플라이 탐사 임무는 타이탄에서 생명체의 흔적을 찾을 계획이다. 엔셀라두스에서는 생명체에 필수적인 구성 요소가 존재한다는 것을 발견했다. 토성은 망원경이나 고성능 쌍안경을 가진 관찰자들에게 여전히 매혹적인 대상이다. 무수한 얼음 입자와 암석 파편으로 구성된 고리는 특히 태양계의 신비다. 토성의 고리가 내년 3월 사라지기까지 천체 관찰자는 고리를 달리 관찰할 독특한 기회를 얻게 될 것이다.
- IT/바이오
2024-09-05
[우주의 속삭임(47)] 제임스 웹 망원경, 별처럼 탄생한 떠돌이 행성 6개 발견

천문학자들이 제임스 웹 우주 망원경(JWST)을 사용해 별을 공전하지 않고 자유롭게 떠다니는 특이한 우주 천체인 자유 부유 행성을 발견했다. 제임스웹은 지구에서 960광년 거리의 페르세우스 분자 구름에서 홀로 떠도는 6개의 자유 부유 행성을 발견했다고 CNN과, 스페이스닷컴, 라이브사이언스 등 다수 외신이 전했다. 천문학자들은 제임스웹을 통해 별 형성 성운, 즉 가스와 먼지구름인 NGC1333을 들여다 보았다. 이 행성들은 목성 질량의 5~10배에 이르며 항성 주위를 공전하지 않고 성간 가스에서 직접 응축되어 별처럼 형성된 것으로 추정된다. 특히 이 중 하나는 가스와 먼지 원반으로 둘러싸여 있어 위성 또는 '미니 행성'을 형성 중일 가능성도 제기됐다. 일반적으로 별은 가스와 먼지 구름에서 형성된다. 그런 다음 별의 형성에서 남은 물질이 행성의 형성으로 이어진다. 하지만 항성체도 행성과 비슷하게 형성될 수 있다고 연구 저자들은 지적했다. 제임스웹이 자유 부유 행성을 발견한 것은 이번이 처음은 아니다. 지난 2023년에는 오리온 성운에서 목성 질량 이진 천체 또는 점보(JUMBO)라고 알려진 42쌍의 자유 부유 가스 거대 행성을 발견하기도 했다. 이러한 천체는 많은 질량이 가스 행성 및 갈색 왜성과 겹치기 때문에 행성과 별의 경계가 모호하다. 이번에 발견된 6개의 천체는 지구에서 약 960광년 떨어진 북쪽 별자리 페르세우스 자리에 위치한 NGC 1333이라는 반사 성운 및 산개성단 복합체에서 발견됐다. 허블 우주 망원경은 이전에 성운의 이미지를 포착했지만 먼지로 인해 별 형성 과정을 볼 수 없었다. 제임스웹은 목성 질량보다 5배 작은 작은 떠돌이 행성도 감지할 수 있지만 NGC 1333에서는 그런 행성을 찾지 못했다. 이 사실은 자유롭게 떠다니는 행성의 형성 과정에 대한 중요한 정보를 제공한다. 성운 안에는 신생 별, 갈색 왜성(별이나 행성이 아닌 천체), 행성과 같은 질량을 가진 물체가 있었다. 태양계 행성 중에서 가장 큰 목성은 질량이 지구 질량의 약 318배에 해당하는 엄청나게 큰 크기다. 새로 발견된 천체 중 하나는 목성 5개, 즉 지구 1600개 정도의 질량을 가지고 있는 것으로 추정된다. 천체를 둘러싼 먼지가 많은 원반은 별과 비슷하게 형성되었을 가능성이 제기됐다. 두 가지 행성 형성 과정 태양계의 행성들은 원시 행성 원반에서 물질이 쌓여 점점 더 커지는 '상향식 과정'을 통해 탄생했다. 반면, 행성을 행성하는 다른 방식은 '하향식 과정'으로, 중력 하에서 별처럼 가스와 먼지 구름에서 직접 붕괴해 형성되는 것이다. 목성 질량의 약 1~5배 범위에서 자유롭게 떠다니는 행성이 발견되지 않았다는 것은 목성 질량 5개가 하향식 형성 과정의 하한선이라는 것을 강력하게 시사한다. 물론 행성계에서 방출된 후 지구 크기의 암석 행성들도 많이 존재할 수 있지만, 이들은 JWST로 감지하기에 너무 작을 가능성이 있다. 연구팀은 제임스웹을 이용해 인간의 눈에는 보이지 않는 적외선으로 성운을 자세히 연구했고, 희귀한 현상인 갈색 왜성과 행성 질량을 가진 동반 천체를 발견했다. 영국의 세인트 앤드류스 대학교의 천체물리학자이자 연구 공동 저자인 알렉스 숄츠는 성명을 통해 "거대 행성과 비슷한 질량을 가진 작은 물체는 스스로 행성을 형성할 수가 있다"고 밝혔다. 이번 발견에 참여한 존스 홉킨스 대학교의 천체 물리학자 레이 자야와르다나(Ray Jayawardhana)는 "우리의 관측은 자연이 적어도 두 가지 다른 방식으로 행성 질량 전체를 생성한다는 것을 확인시켜준다. 하나는 별이 생성되는 방식처럼 가스와 먼지 구름의 수축이고, 다른 하나는 우리 태양계의 목성처럼 어린 별 주위의 가스와 먼지 원반에서 생성되는 것이다"라고 설명했다. 연구원들은 다음 단계로 JWST를 이용해 천체를 추적하고. 대기와 구성을 연구해 천체의 형성에 관한 단서를 찾고 다른 우주 천체와 어떻게 다른 지 알아내는 것이라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 '천문학 저널(The Astronomical Journal)'에 게재가 수락됐으며, 사전 인쇄 서버 arXiv에서 이용할 수 있다.
- IT/바이오
2024-08-30
[우주의 속삭임(45)] 슈퍼 블루문 직전 희귀한 '달무지개' 포착

관찰이 극히 어려운 달무지개가 이번주 슈퍼 블루문이 뜨기 직전 미국 상공의 밤하늘에서 발견되었다고 라이브사이언스가 전했다. 슈퍼문은 달이 지구에서 가장 가까운 지점에 위치할 때 뜨는 보름달로 미니문에 비해 14%나 더 크다. 블루문은 한 달에 두 번 보름달이 뜰 때 나중에 뜨는 달을 말하는 것으로 둘이 동시에 뜰 때 슈퍼 블루문이라고 한다. 밝은 달이 유지되는 며칠 동안 운이 좋다면 초월적인 천문 현상인 달무지개를 볼 수 있는 기회는 여전히 남아 있다고 한다. 달무지개는 태양이 만들어 내는 무지개와 같은 방식으로 생성되지만, 분명한 차이점이 하나 있다. 달빛이 빗방울에 반사되고 굴절될 때 나타난다. 그러나 달빛이 워낙 약해 보름달 주변에서만 볼 수 있다. 그렇기 때문에 달무지개 현상은 훨씬 더 드물다. 달이 밤하늘에서 가장 밝게 빛날 때로 한정되는 것이다. 달빛은 태양에 비해 너무 희미해서, 빛나는 달무지개는 보통 흰색으로 보인다. 이는 우리 눈의 색 감지 수용체가 희미한 빛에서 제대로 작동하지 않기 때문이다. 달무지개도 색이 있지만 워낙 약해 생성된 색상 스펙트럼을 사람의 눈이 구별하지 못한다. 영국기상청에 따르면, 달무지개 역시 일반 무지개와 같은 7가지 색이다. 그런데 이번 보름달은 '10년에 한 번' 나타나는 슈퍼 블루문이 나타나기 직전인 지난 며칠 동안 비정상적으로 밝았고, 달무지개는 더욱 인상적으로 나타났다. 스페이스웨더닷컴에 따르면, 천체 사진작가인 아론 왓슨은 지난 18일 오전 2시경 콜로라도주 파오니아 상공에서 쌍둥이 달무지개를 발견하고 촬영했다. 왓슨은 "육안으로도 생생하고 다채로웠으며 몇 분 지속되면서 천천히 희미해졌다"고 말했다. 그는 사진을 찍기 직전 여러 색깔의 무지개가 더욱 밝고 생생해졌다고 덧붙였다. 핑거레이크데일리뉴스도 같은 날 밤 뉴욕주 케우카(Keuka) 호수 위에서 또 다른 달무지개가 발견되었다고 보도했다. 이 달무지개는 콜로라도에서 촬영된 것보다 밝지는 않았지만, 카메라로 찍은 영상에는 독특한 무지개 색상이 나타났다고 한다. 며칠 동안 달은 최근 달무지개가 발견되었을 때와 비슷한 밝기를 유지할 것으로 보인다. 따라서 달무지개를 볼 가능성은 아직 남아 있다고. 그러나 무지개가 피어나려면 약하게라도 비가 내리고 있어야 하며 달빛은 빗방울에 반사될 만큼 맑아야 한다. 밝은 달무지개는 달이 지평선에 가장 가까울 때 가장 선명하게 보인다. 따라서 가장 좋은 관찰 시간은 일몰 후나 일출 전이다. 그리고 일반 무지개와 마찬가지로, 달무지개는 빛의 근원인 달이 관찰자 뒤에 있을 때만 발견할 수 있다. 카메라는 사람의 눈이 놓칠 수 있는 희미한 색조까지 담아낼 수 있기 때문에 사진을 찍으면 더욱 선명한 달무지개 색깔을 볼 수 있다.
- IT/바이오
2024-08-22
두 희귀 유전병, 대사-면역 결함 밀접한 연관성 드러나

대사와 면역의 두 가지 유전적인 질병이 지금까지 알려진 것보다 더 많은 공통점을 가지고 있다는 최신 연구 결과가 나왔다고 메디컬익스프레스가 전했다. 미국 테네시주 밴더빌트 대학 연구진이 수행한 이 연구 결과는 사이언스의 자매 학술지 '사이언스 면역학(Science Immunology)' 저널에 발표됐다. 연구 결과는 면역 체계 T 세포(세포의 면역을 담당하는 림프구의 일종)의 기능에 매우 중요한 '새로운 대사 유전자 세트'를 가리키며, 이러한 대사 또는 면역 장애를 가진 환자들의 치료를 개선할 가능성을 높였다는 평가다. 이 연구는 선천적인 신진대사 오류(세포가 음식을 에너지로 전환하는 과정의 장애)와 선천적인 면역 오류(면역 체계 기능에 영향을 미치는 장애)를 일으키는 유전자들을 조사 분석한 결과다. 현재까지 이러한 희귀하고 복잡한 질병들은 여전히 명쾌하게 규명되지 않았다. 밴더빌트 대학 의료센터의 제프리 러스멜 및 앤드류 패터슨 박사는 "이전에는 대사와 면역이라는 두 질병 목록에 모두 들어가 있는 공통 유전자는 소수에 불과했다. 이번 연구 결과 우리는 더 많은 유전자가 중복돼 있다는 사실을 발견했다“고 말했다. 또한 "우리의 연구는 선천적인 신진대사의 오류와 관련된 많은 유전자들이 돌연변이가 발생할 때 T 세포 기능에도 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여 주었다"고 밝혔다. 연구 결과에 따르면 선천적 신진대사 이상이 있는 환자는 치료에 영향을 미칠 수 있는 면역 결함도 있을 수 있다. 반대로 대사 결함은 선천적 면역 결함이 있는 환자의 증상에 영향을 미칠 수 있다. 러스멜 교수는 "아직 규명해야 할 것이 훨씬 많지만, 이러한 연관성들은 다른 치료법들을 시사할 수 있다”며 “이 질병들은 다른 범주라기 보다는 연속선의 일부다. 그들 사이에는 회색 지대가 있으며, 이 둘을 교차하는 새로운 종류의 선천적 면역 대사 오류가 발생할 수 있다”고 설명했다. 패터슨과 연구팀은 유전자 편집 기술 크리스퍼(CRISPR: 유전자가위) 접근법을 사용해 면역 결함이 있는 대사 유전자의 선천적 결함과 대사 결함이 있는 면역 유전자의 선천적 결함을 검사했다. 또한 각 세트에서 면역 및 대사 결함이 있는 유전자를 추가로 분석했다. 기계론적 영향을 더 주의 깊게 조사하기 위해서였다. 연구팀의 목표는 대사 경로가 T 세포 기능을 조절하는 방식을 발견하고, 면역 매개 질환에 대한 표적 치료법을 개발하는 것이었다. 패터슨은 "우리가 한 일은 추가 조사를 위한 기반을 마련하는 것"이라고 말했다. 그는 "우리가 연구한 두 가지 사례는 새로운 생물학과 새로운 메커니즘을 가리키고 있으며, T 세포 기능에서 그들의 역할을 분석하기 위해 수백 개의 다른 유전자를 식별하고 확인한 것“이라고 설명했다. 이 연구 결과는 모두가 이용할 수 있도록 공개됐다.
- IT/바이오
2024-08-20
[기후의 역습(38)] 안데스산맥 빙하, 1만1천 년 만에 최소 면적 기록

선사시대에 얼음으로 뒤덮였던 남미 안데스산맥 빙하가 녹아 바위를 드러내고 있다. 이곳 열대 빙하는 1만 1700년 만에 가장 작은 크기로 줄어들어 기후 변화의 직격타를 맞고 있는 것으로 밝혀졌다. 이는 보스턴 칼리지 연구팀이 조사한 것으로, 연구 결과는 '사이언스' 저널에 게재됐다고 PHYS가 전했다. 보스턴 칼리지 연구팀이 안데스산맥의 4개 빙하에 인접한 암석 샘플을 분석한 결과 빙하 후퇴가 예상보다 심각했다. 지구과학자들은 과거에도 적도에 접한 열대 지방의 기온이 올라감에 따라 이 지역 빙하가 녹거나 후퇴할 것이라고 예측했는데, 이번 조사 결과에 따르면 빙하의 후퇴는 지금까지의 예측을 뛰어넘어 훨씬 빠르게 진행됐다. 연구팀을 이끈 제러미 샤쿤 박사는 "현재의 빙하 면적과 크기가 지난 1만 1000년 동안 과거 어느 때보다 작다는 강력한 증거가 있다"고 말했다. 그는 "최근 빙하 후퇴가 적설량 감소나 구름의 변화가 아닌 기온 상승 때문이라는 점을 감안할 때, 열대 지방은 이미 홀로세(신생대 제4기 마지막부터 현재까지 진행 중인 지질 시대) 범위를 벗어나 인류세(인간 활동이 지구환경에 영향을 미친 산업혁명 이후 현재)로 들어와 있다는 것을 발견했다"고 설명했다. 따라서 빙하는 이제 더 이상 홀로세 간빙기로 분류되지 않을 것으로 보인다. 홀로세 간빙기는 문명이 탄생하고, 물이 마을과 도시의 형성 및 농업과 상업 활동의 번성을 결정한 중요한 시대다. 그러나 빙하에 관한 한 종말을 향해 나아가고 있는 시대, 즉 인류세로 분류하는 것이 옳다는 게 보고서의 지적이다. 보고서는 전 세계 빙하의 대부분이 예상보다 훨씬 빠르게 녹아내리고 있으며, 기후학에서 예상하는 일정보다 적어도 수십 년 앞설 가능성이 있다고 시사한다. 샤쿤은 "안데스 빙하 감소는 빙하가 중요한 기준점을 넘어섰다는 지구상의 첫 번째 강력한 증거다. 이는 지구상 모든 곳의 빙하에 대한 '탄광의 카나리아(다가올 위험을 먼저 알려주는 존재)'다"라고 설명했다. 안데스산맥에서의 연구팀의 목표는 지난 1만 1000년 동안 열대 빙하가 어떻게 줄었는지를 확인하는 것이었다. 팀은 안데스산맥이 퍼져 있는 콜롬비아, 페루, 볼리비아에서 최근 빙하가 녹아 드러난 기반암의 성분을 측정했다. 베릴륨-10과 탄소-14라는 두 가지 희귀한 동위 원소가 우주에서 온 우주 방사선에 노출되면 기반암 표면에 축적된다. 빙하 밑에 있다가 최근 노출된 기반암에서 이들 동위 원소의 농도를 측정하면 과거에 기반암이 노출된 시간을 확인할 수 있다. 이를 통해 빙하가 오늘날과 비교해 어땠는지 또한 알 수 있다. 햇볕에 그을린 정도를 통해 사람이 햇볕에 얼마나 오래 노출되었는지 알 수 있는 것과 유사하다. 연구팀은 4개의 열대 빙하 앞에서 측정한 18개의 기반암 샘플에서 베릴륨-10이나 방사성 탄소-14를 거의 발견하지 못했다. 이는 이곳 빙하가 마지막 빙하기에 형성된 이후 우주 방사선에 노출된 적이 없다는 것을 말해준다. 다시 말해 이 지역은 최근까지 빙하에 덮여 드러나지 않았으며, 현재의 빙하는 전례없는 수준으로 녹고 있다는 방증이다. 한편, 20년 전 세계에서 가장 큰 열대 빙하인 페루 퀘르카야 빙하를 연구하던 과학자들은 빙하에 있던 식물의 잔해가 빙하가 녹으면서 같이 흘러내리는 것을 발견했다. 방사성 탄소 연대 측정 결과, 이 식물의 나이는 5000년으로 추정됐다. 이는 퀘르카야 빙하가 5000년 전에 훨씬 더 컸음을 의미한다. 그렇지 않았다면 식물은 이미 없어졌을 것이기 때문이다. 샤쿤은 퀘르카야에서의 발견은 현대의 빙하 후퇴 규모가 홀로세 변동의 한계를 넘어서고 있는지까지는 불분명하다고 말했다. 연구팀은 알래스카에서 티에라 델 푸에고에 이르기까지 아메리칸 코딜레라 산맥의 전체에 걸쳐 빙하에 동일한 기술을 적용해 탐사하고 있다. 팀은 작년에 북미에서의 샘플링 결과를 발표했으며 곧 남미 남부에서의 연구 결과도 발표할 계획이다. 결과물을 모두 모으면 현재의 빙하 후퇴에 대한 총체적인 판단을 내릴 수 있을 것이라는 기대다.
- 포커스온
2024-08-06
[기후의 역습(30)] 한겨울 아카타마 사막, 10년 만에 꽃밭 변신

세계에서 가장 건조한 칠레 아카타마 사막에서 10년 만에 겨울철 개화 현상이 나타났다. 남반구 가을에 애당하는 지난 4월 중순, 칠레 북부에 약 11mm의 비가 내린 후 아카타마 사막에서 최대 15년 동안 휴면 상태였던 식물들이 꽃을 피우기 시작했다고 라이브사이언스와 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 전했다. 가장 먼저 꽃을 피우는 종은 밝은 자홍색 꽃을 가진 '파타 데 과나코(Cistanthe grandiflora)'와 흰색 꽃을 피우는 '들판의 한숨(Nolana baccata)'이다. 이번 개화는 약 300~400㎢ 면적에서 발생했다고 칠레 국립산림청(Conaf) 아타카마 지부의 생물다양성 보존 및 과학 연구 책임자인 세사르 피사로가 밝혔다. 남반구에 있는 아카타마 사막의 개화는 겨울비로 인해 봄(9월~10월, 북반구는 가을 절기)에 발생하며, 200종 이상의 꽃이 약 15,000㎢에 걸쳐 만개한다. 이는 6월부터 8월 사이에 15mm 이상의 비가 내리는 엘니뇨 현상과 관련이 있다. 2015년에도 지금과 마찬가지로 가을 절기인 3월에 비가 내려 겨울에 식생이 활성화됐다. 같은해 7월과 8월에도 비가 내려 사막에 꽃이 앞다퉈 피어났다. 하지만 이번에도 같은 일이 일어날지는 불투명하다. 미국 국립해양대기청(NOAA)의 예측에 따르면 엘리뇨와 라니냐가 모두 발생하지 않는 현재의 ENSO 중립 상태가 라니냐로 전환되기 전 한 달간 더 지속될 가능성이 높다고 한다. 이는 가뭄이 재발하고 아타카마 사막이 이 기간동안 초목을 다시 활성화하기에 충분한 습도를 갖지 못하게 될 지도 모른다는 뜻이다. 앞으로 몇 주 안에 비가 오면 대기 습도가 평년보다 높아져서 9월에 꽃이 필 수도 있다. 그러나 이는 에측할 수 없다는 것이 NOAA의 설명이다. 연구자들은 아카타마 사막의 식물들이 한겨울에 꽃을 피우기 시작한 원인 중 하나가 아마도 기후 변화 때문일 것이라고 말했다. 칠레 가톨릭 대학교 생태학 조교수인 마리아 페르난다 페레스는 가장 큰 문제는 벌이나 나비 등 꽃의 씨앗을 맺게 하는 수분매개자가 꽃이 피는 속도에 맞춰 나타나지 않는다는 점을 우려했다. 페레스 교수는 "씨앗이 발아하고 꽃이 피지만 벌이나 나비 등 곤충 수분매개자가 제때 도착하지 않으면 씨앗이 결실을 맺지 못한다"고 설명했다. 연구자들은 "기후 변화로 인해 한겨울에도 꽃이 자주 피는 희귀한 현상이 발생할 수 있으며, 이는 대부분 1년생 식물이 번식하지 않을 수도 있다는 의미"라며 사막에서 식물이 아예 사라져버릴 수도 있다고 우려했다.
- 생활경제
2024-07-23
[신소재 신기술(81)] 핀란드, 목재 부산물 리그닌 활용 차세대 배터리 개발 성공

나무에서 발견되는 천연물질인 리그닌을 활용한 차세대 배터리가 개발됐다. 핀란드에 본사를 둔 임업 및 재생 가능 제품 회사인 스토라 앤소(Stora Enso)는 목재의 주요 성분인 리그닌을 기반으로 한 배터리 대체품 리그노드(Lignode)를 개발했다고 더쿨다운이 보도했다. 스토라 앤소는 이 친환경 배터리 생산을 위해 스웨덴의 나트륨 이온베터리 개발사인 알트리스(Altris)와 상용화를 위해 협력했다. 리그노드는 펄프 제조에서 나오는 제품인 리그닌에서 추출한 지속 가능한 경질 탄소로 리튬 이온과 나트륨 이온의 양극(충전 및 방전 중에 이온을 받거나 방출하는 베터리 부품) 재료로 사용된다. 인터레스팅엔지니어링이 따르면, 리튬 배터리는 가장 에너지 밀도가 높은 솔루션이다. 업계는 현재 리튬 배터리를 사용해 휴대전화, 테블릿, 노트북에 전원을 공급하고 있다. 그러나 리튬 배터리는 리튬, 코발트 등 희귀 금속을 활용해 가격이 높으며, 과충전, 과방전 시 화재 위험이나 열폭주현상 등의 안전 문제가 있다. 특히 열폭주 현상은 배터리셀 하나에서 발생한 열이 다른 셀로 전달되어 연쇄적으로 폭발하는 현상으로 대형 화재의 원인이 될 수 있다. 친환경 배터리는 전기 자동차(EV), 태양광 발전, 풍력발전소를 포함한 대체 에너지 운동에도 중요하다. 에너지연구소(IER)는 리튬 배터리 생산 과정에서 상당한 양의 탄소 오염이 대기 중으로 방출된다고 밝혔다. 배터리 핵심 구성 요소 중 하나인 흑연은 대부분 중국에서 공급하기 때문에, 다른 국가들의 중국 의존도가 높은 점도 문제라고 인터레스팅엔지니어링은 지적했다. IER은 "중국이 전기의 약 60%를 석탄에서 얻는다"고 밝혔다. 석탄을 태워서 전력을 생산하면 독성 오염이 발생해 지구 온난화가 더욱 심화될 수 있다. 게다가 "리튬 배터리는 종종 매립지에 버려져 토양과 지하수로 누출될 수 있는 중금속을 포함한 독소를 방출할 수 있다"고 IER은 지적했다. 그로 인해 업게에서는 친환경적인 에너지 저장 대체품 개발에 노력을 기울이고 있다. 리그닌은 침엽수나 활엽수 등 목본식물의 목질부를 구성하는 주요 성분 중 하나로 나무의 20~30%를 차지한다. 셀룰로오스와 함께 식물 세포벽의 주성분이며. 식물의 강도와 견고함을 제공하는 역할을 한다. 리그닌은 복잡한 3차원 구조를 가진 고분자 화합물로, 다양한 페놀 단위들이 연결되어 있다. 이러한 복잡한 구조 때문에 분해가 어려워 제지산업에서는 펄프 생산 과정에 제거해야 하는 골칫거리로 여겨지기도 했다. 하지만 최근에는 리그닌의 활용 가치가 재조명되면서 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 접착제 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가능성이 높아지고 있다. 스토라 엔소는 "펄프 제조에서 나오는 리그닌은 양극 재료 제조를 위한 안정적이고 일관된 원자재 공급을 보장한다"고 설명했다. '생물 기반' 소재는 구성에 탄소를 포함하므로, 리튬 및 나트륨 배터리에서 양극 재료를 만드는 데 사용되는 흑연을 대체할 수 있는 적격 소재다. 이번 친환경 배터리 개발자인 알트리스에 따르면 나트륨 이온 배터리는 지속가능하고 재활용하기 쉽다. 스토라 앤소의 수석 부사장 겸 생체재료 성장 책임자인 유쏘 콘띠넨(Jusso Konttinen)은 "리그노드는 세계에서 가장 지속 가능한 양극 소재가 될 잠재력이 있기 때문에, 알트리스와의 이번 파트너십은 보다 지속 가능한 전기화를 지원하려는 우리의 공동 의지와 완벽하게 부합한다"고 말했다. 스토라 앤소는 자사 웹사이트에서 "리그닌은 펄프를 생산할 때 발생하는 부산물이기 때문에 양극은 순환 공정의 일부로 만들어진다"면서 "실제로 우리는 (목재) 부산물을 귀중한 자원으로 바꾸고 있다"고 밝혔다. 이 창의적인 에너지 저장 방법이 성공적이라면 현재 널리 사용되고 있는 리튬 배터리의 지속 가능한 대체품이 될 수 있다. 리그닌 활용 배터리 개발로 생산 과정에서 대기 오염을 줄이고, 매립지의 독성 폐기물 또한 동시에 줄일 수 있으며, 저렴한 친환경 소재를 활용한 지속 가능한 배터리 생산이 앞당겨질 전망이다.
- 포커스온
2024-07-22
영국 어린이 암 환자, 로봇 덕분에 학교 수업 참여

암으로 투병 중인 영국 런던의 한 학생이 대화형 로봇의 도움을 받아 학교 수업을 따라가고 있다고 BBC가 전했다. 주인공은 12세의 하워드. 하워드는 지난해 12월 희귀암 중 하나인 팔암 진단을 받고 올 1월부터 집중적인 화학 치료를 시작했다. 이 때문에 학교 출석률은 50% 미만으로 떨어졌다. 트위크넘에 소재한 학교에 다니던 하워드는 학교 수업을 따라가기 위한 방법을 찾았고, 'AV 하워드'라는 대화형 아바타와 시청각 로봇을 소개받아 집과 병원에서 수업을 받을 수 있게 됐다. 하워드가 수업을 받을 수 있도록 교사 및 동료 학생들은 AV 하워드를 수업에 활용하는 교육도 받았다고 한다. 하워드는 AV 하워드에 부착된 카메라를 사용해 책과 워크시트를 읽을 수 있었으며, 내장 스피커를 통해 동료 학생들과 대화할 수 있었다. 동료 학생들은 수업 시간마다 교대로 로봇을 운반해 하워드가 나머지 수업에 참여할 수 있도록 지원했다. 동료 학생들에게도 새로운 방식의 로봇 협업 수업이 교육 효과를 높이는 것으로 평가됐다. 수업에 더 적극적으로 참여하고 로봇과의 대화에 더 큰 흥미를 느꼈다는 것이다. 마틴 오설리번 교장은 "암 치료를 받는 학생은 교육 현장에서 멀어질 수밖에 없고, 학습 진도를 따라가지 못하는 물리적인 측면은 물론 동료와의 사회 생활을 이어가지 못하는 정신적인 건강 측면에서도 큰 문제가 될 수 있다. AV 하워드를 활용한 교육은 다양한 이유로 현장에서 교육을 받을 수 없는 학생들에게 희망을 주는 미래가 될 것"이라고 기대했다. 이 로봇은 하워드 등 중환자 어린이와 그 가족을 지원하는 자선단체인 차트웰 어린이 암 신탁(Chartwell Children's Cancer Trust)에서 제공했다. 하워드 지원이 긍정적인 효과를 보임에 따라 차트웰 신탁은 더 많은 어린이들이 로봇의 도움을 받을 수 있도록 조치할 방침이다. 차트웰 신탁의 가족 지원 담당 엠마 설은 "어린이 환자를 돌보고 있는 가족이 필요로 하는 것은 무엇일까를 끊임 없이 고민한다. 하워드에게 가장 필요한 것은 교육에 접근하는 것이었고, AV 하워드를 통해 솔루션을 찾아 냈다”고 말했다.
- IT/바이오
2024-07-12
[신소재 신기술(57)] 영국 스타트업, AI로 희토류 없는 영구자석 개발

영국의 한 스타트업이 인공지능(AI)을 활용해 희토류를 사용하지 않고도 영구 자석을 제작했다. 런던에 본사를 둔 스타트업 머티리얼스 넥서스(Materials Nexus)는 영국 헨리 로이스 연구소 및 셰필드 대학교와 협력해 AI 기반 소재 발굴 플랫폼을 활용해 희토류 원소를 사용하지 않고 새로운 영구 자석인 '마그넥스(MagNex)'를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링(IE)이 11일(현지시간) 보도했다. 영구 자석은 외부 에너지 공급 없이도 자기장을 유지할 수 있는 자석이다. 전자레인지 문이나 스피커, 하드디스크 드라이브뿐만 아니라 풍력 터빈 로터, 첨단 로봇, 전기자동차(EV)에 이르기까지 다양한 분야에서 사용된다. 현재 사용되는 영구 자석은 네오디뮴과 디스프로슘 등과 같은 희토류 광물을 사용해서 만들어진다. 이들은 매우 희귀하며 공급망 문제에 매우 취약한 광물이다. 머티리얼스 넥서스는 강력한 인공지능 모델을 활용해 기존 재료를 대체하거나 프로세스를 줄이는 새로운 재료를 설계해 산업생산 과정의 여러 문제를 해결하고자 했다. 새로 개발된 영구 자석 제작은 기존 프로세스보다 200배나 빨랐고, 탄소 배출량은 70%나 절감됐다. 조나단 빈(Jonathan Bean) 머티리얼스 넥서스 공동 설립자 겸 CEO는 "이 AI 기반 플랫폼은 원하는 물성을 지닌 원소 조합을 빠르고 체계적으로 주기율표에서 검색한다. 모든 데이터는 자체 양자역학 계산을 통해 생성되기 때문에 실험 데이터 세트보다 정확성과 범위가 넓다. 이 데이터는 기계 학습 알고리즘을 통해 입력되고 최적의 공식을 생성한다"고 설명했다. 1억개 이상 후보 물질 조성 연구팀은 이 기술을 희토류를 사용하지 않는 영구 자석 개발에 적용하여 1억 개 이상의 후보 물질 조성을 분석해 새로운 유형의 영구 자석을 제작했다. 보도자료에 따르면 연구팀은 3개월간의 설계 및 테스트를 거쳐 기존 방식 대비 20% 저렴한 소재 비용으로 마그넥스를 개발하는데 성공했다. 개발 속도는 기존 방식의 200배나 빨랐다. 셰필드 대학의 야금 및 재료 가공교수인 이안 토드(Iain Todd)는 "머티리얼스 넥서스와의 첫번째 협력이 이처럼 긍정적인 결과를 낳게 되어 매우 기쁘다"고 말했다. 토드 교수는 "재료 발견을 위해 AI를 사용하는 머티리얼스 넥서스의 접근 방식과 셰필드의 헨리 로이스 연구소에서 고급 합금을 제조하기 위해 보유하고 있는 세계적인 시설이 결합되어 새로운 자성 재료를 놀라운 속도로 개발할 수 있었다. 이 접근 방식의 추가적인 이점은 현재 사용 가능한 희토류 재료에 비해 탄소 배출량이 70% 감소한다는 것이다"라고 강조했다. 탄소 배출량 70% 감소 빈 CEO는 "AI 기반 재료 설계는 자기 뿐만 아니라 재료 과학 전체 분야에도 영향을 미칠 것"이라면서 "이제 우리는 모든 종류의 산업 요구에 맞는 새로운 재료를 설계할 수 있는 확장 가능한 방법을 확인했다"고 말했다. 그는 "마그넥스에 대한 소재 발굴 재료 검색에 3개월이 걸렸다. 데이터 세트와 기능을 확장함에 따라 검색 속도도 더욱 빨라질 것"이라고 IE와의 인터뷰에서 밝혔다. 빈은 또한 "이미 반도체, 촉매제, 코팅 등 다양한 제품 분야에 대한 광범위한 관심을 불러일으켰다. 점점 더 시급해지는 공급망과 환경 문제 해결을 위한 새로운 소재 개발에 시장 수요를 충족시키는데 우리 플랫폼이 어떤 역할을 할지 기대된다"고 덧붙였다. 마그넥스의 개발은 희토류 없는 영구 자석 제조 기술의 발전을 가속화하고 미래 청정 에너지 개발에 기여할 것으로 잔망된다.
- 포커스온
2024-06-12
희귀 뇌전증(간질) 발작 감지하는 새로운 AI 시스템 개발

USC(서던 캘리포니아 대학교) 연구진이 희귀한 형태의 뇌전증(간질)을 포함한 발작 유형을 식별하는 AI 기술을 개발, 조기 치료의 기회를 확대할 수 있게 됐다. 관련 소식을 올린 USC 홈페이지 게시글에 따르면, 미국에서 340만 명 이상, 전 세계적으로는 6500만 명 이상이 뇌전증을 앓고 있는데, 이는 신경계에 영향을 미치고 발작을 일으키는 신경 질환이다. 26명 중 1명은 평생 어느 시점에 뇌전증이 발병하고, 매년 뇌전증 환자 1000명 중 1명은 예상치 못하게 사망한다. 많은 질환과 마찬가지로, 뇌전증 치료도 조기 발견에서 시작된다. 세계보건기구(WHO)는 적절한 진단과 치료를 받으면 뇌전증 환자의 70%가 발작 없이 살 수 있다고 추정한다. 의학계에서는 수년에 걸쳐 전극을 사용해 캡처한 뇌파(EEG) 신호에서 발작을 감지하고 분류하는 기계 학습 기술이 개발돼, 인간이 단독으로 다루기에는 너무 복잡한 상관관계를 찾고 있다. 그러나 이 시스템은 희귀한 형태의 뇌전증 발작을 감지하는 데 어려움을 겪는다. 그 이유는 AI가 패턴을 학습하고 예측하기 위해 데이터에 의존하기 때문이다. 이러한 희귀한 발작의 불충분한 예는 예측 능력을 떨어뜨린다. 이번에 USC 연구진은 뇌 상호 작용을 분석하여 간질을 식별하고, 희귀하고 복잡한 사례의 진단을 개선하는 AI 시스템을 개발했다. 최근 PAKDD(고급 지식 검색 및 데이터 마이닝) 컨퍼런스에서 발표된 이 시스템은 종래에 비해 12% 향상된 성능을 보여주었다. 적은 데이터로 정확한 결과 생성 뇌파 전극의 위치와 그들이 추적 관찰하는 뇌 영역을 포함, 뇌전증 감지에서 AI 시스템이 일반적으로 간과하는 여러 정보 소스를 통합함으로써, AI는 발작이 발생할 가능성이 있는 시기를 보이는 패턴이나 특징을 식별할 수 있다. 또 이 기술은 훈련 데이터 사례가 적은 희귀한 발작 유형에서도 적은 데이터로 정확한 결과를 생성하도록 한다. 연구진인 USC 사이러스 샤하비 교수는 "간단한 경우 AI 시스템은 단순한 이진 분류이기 때문에 발작을 일으켰는 지의 여부를 알 수 있지만, 분류하기 쉽지 않은 다양하고 희귀한 유형의 발작이 있고, 이 경우 기존 기술은 정확도가 낮다"고 지적했다. 어린이들에게 종종 영향을 미치고 갑작스러운 근육 조절 상실을 유발하는 희귀한 형태의 발작인 ‘무긴장 발작’이 대표적인 예다. 이 경우, 새로 개발된 시스템은 뇌 영역의 공간적 관계를 조사하고 운동 피질, 기저 신경절, 소뇌 및 뇌간과 같은 근육 조절에 관여하는 뇌 영역의 우선 순위를 지정해 무긴장 발작을 나타내는 활동 패턴을 식별한다. 연구진의 아라시 하지사피는 "개발된 시스템의 AI 모델에는 희귀한 유형의 발작과 관련된 특징을 나타내는 모든 정보가 수집된다. 따라서 소량의 샘플로도 학습이 가능하다”고 밝혔다. 연구진은 시스템 개발의 목표는 인간 의사를 대체하는 것이 아니라 발견하기 어려운 경우에 의사의 지식을 보충하는 것이라고 말했다. USC의 신경학 교수 폴 톰슨 박사는 이번 시스템 개발이 '신경학계의 게임 체인저'가 될 반가운 돌파구라고 평가했다. "이번 성과는 인간이 식별하기 어려운 패턴을 감지하는 AI를 활용함으로써 임상의가 작업을 더 쉽고 빠르며 안정적으로 수행할 수 있게 해준다"는 것이다. 한편 연구진은 이 기술이 언젠가 스마트폰에 정보를 제공하는 웨어러블 센서에 통합될 것으로 예상했다. 샤하비 교수는 "뇌 발작은 갑자기 발생하므로 이를 조기에 발견하면 실제로 생명을 구할 수 있다"며 "시스템은 뇌파의 불규칙성을 감지하면 미리 경고할 수 있으며, 이는 뇌전증 진단과 치료에 큰 기회를 열어줄 것"이라고 강조했다.
- IT/바이오
2024-06-07
[신소재 신기술(53)] 새로운 냉각 기술로 양자 컴퓨팅 시대 열린다

미국에서 획기적인 냉각 기술이 개발돼 절대 영도 도달 시간을 단축했다. 미국 정부기관인 국립 표준 기술 연구원(NIST) 연구팀은 획기적인 냉각 기술을 개발해 빅 칠(Big Chill)로 알려진 절대 영도에 근접한 초저온을 기존보다 훨씬 빠르고 효율적으로 달성할 수 있게 됐다고 라이브사이언스가 최근 보도했다. 이 기술은 양자 컴퓨팅, 천문학 등 중요 과학 실험에 필요한 준비 시간을 크게 단축 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 절대 영도는 -273.15℃ 또는 0켈빈으로 표시되는 가장 낮은 온도를 의미한다. 이 온도에서 원자와 분자는 완전히 정지 상태에 있으며, 열 에너지가 전혀 존재하지 않는다. 절대 온도는 이론적 개념이며 실제로 실험적으로 달성하기에는 어렵다. 현재까지 절대 온도에 가장 근접하게 도달한 온도는 1999년 로듐을 활용한 냉각 기법으로 기록한 약 100피코켈빈이다. 과학 실험에 사용되는 민감한 전기 장비는 온도 변동과 같은 외부 노이즈의 간섭을 받지 않도록 절대 영도 근처의 초저온을 유지해야 한다. 하지만 기존 냉장 장치는 이러한 온도를 달성하는 데 배우 비용이 많이 들고 비효율적이었다. NIST 과학자들은 훨씬 더 빠르고 효율적으로 절대 온도를 달성할 수 있는 새로운 프로토타입의 냉장고를 제작했다. 염구팀은 이를 사용하면 연간 2700만와트의 전력을 절약하고, 전세계 에너지 소비를 3000만달러까지 줄일 수 있다고 주장했다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 게재됐다. 기존PTR 설계 개선해 초저온 달성 기존 가정용 냉장고는 액체 냉매가 저압 파이트(증발기)를 통해 순환하면서 열을 흡수해 내부를 냉각시키는 방식으로 작동한다. 냉매는 압축기를 거쳐 다시 액체 상태로 변환되면서 온도가 상승하고 이 열은 냉장고 뒷면을 통해 방출된다. 과학자들은 40년 이상 펄스 튜브 냉장기(PTR)를 사용해 초저온을 달성해돴다. PTR은 헬륨 가스를 이용해 유사한 과정을 거치지만 열을 훨씬 더 잘 흡수한다. PTR은 효과적이긴 하지만 에너지 소비가 많고 비용이 많이 들며, 냉각 시간이 오래 걸리는 담점이 있다. NIST 연구팀은 기존 PTR 설계 개선을 통해 냉각 시간을 단축하고 전체 비용을 낮출 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 PTR은 기본 온도(보통 4 켈빈 근처)에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계되어 있어 전체 냉각 과정 중 상당 부분에서 비효율적으로 작동한다고 지적했다. 이에 NIST 연구팀은 압축기(컴프레서)와 냉장고 사이의 PTR 설계를 조정해 헬륨 가스 사용 효율을 높였다. 기존 방식에서는 헬륨 가스 일부가 순환 루트 대신 방출 밸브로 유출되면서 낭비됐다. 적은 비용으로 양자 컴퓨팅 구현 연구팀이 제안한 재설계에는 온도가 내려가면 수축하는 밸브가 포함돼 헬륨 가스 낭비를 방지할 수 있다. 이러한 개선으로 NIST 팀이 셜계를 수정한 PTR은 기존 방식보다 1.7배~3.5배 빠르게 초저온(빅 칠)을 달성했다. 연구팀은 이 새로운 기술을 통해 이탈리아의 희귀 현상 암흑 물질 연구소(CUORE)에서 수행한 실험 시간을 최소 1주일 단축할 수 있었다고 밝혔다. 이 연구소는 현재까지 이론상으로만 존재하는 방사성 붕괴 형태와 같은 희귀 현상을 연구하는데 사용된다. 정확한 연구 결과를 얻기 위해서 이러한 시설에서 배경 잡음을 최대한 줄여야 한다. 연구진은 이 새로운 방법을 사용하면 현재 이론적인 형태의 방사능 붕괴와 같은 희귀 사건을 찾는 데 사용되는 이탈리아의 극저온지하천문대(CUORE)에서의 실험 시간을 최소 일주일 이상 단축할 수 있다고 연구 결과에서 밝혔다. 이 시설에서 정확한 결과를 얻으려면 배경 소음을 최대한 줄여야 한다. 양자 컴퓨터도 비슷한 수준의 격리가 필요하다. 양자 컴퓨터는 양자 비트, 즉 큐비트(qubit)를 사용한다. 기존 컴퓨터는 정보를 비트(bit) 단위로 저장하고 1 또는 0의 값으로 데이터를 인코딩하여 순차적으로 계산을 수행하지만 큐비트는 양자역학의 법칙에 따라 1과 0의 중첩을 차지하며 계산을 병렬로 처리하는 데 사용할 수 있다. 그러나 큐비트는 매우 민감하기 때문에 열 에너지의 미세한 변동을 포함해 최대한의 외부 노이즈(배경 잡음) 차단이 필요하다. 연구팀은 이론적으로 가까운 미래에 훨씬 더 효율적인 냉각 방법을 달성할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨팅 분야에서 더 빠른 혁신으로 이어질 수 있다고 말했다. 또한, 연구팀은 이 기술이 초저온을 달성하면서도 동시에 훨씬 저렴한 비용으로 초저온 산업에 도움이 될 수 있으며, 시간 집약적이지 않은 실험 및 산업 응용 분야의 비용을 절감할 수 있다고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-06-03
[퓨처 Eyes(37)] 양자 컴퓨팅, 초순수 실리콘 개발로 큰 도약

과학자들이 실리콘 동위원소 제거를 통해 정제된 초순수 실리콘을 만들어 양자 컴퓨팅 구현에 한 발 더 다가섰다. 최근 영국과 호주의 과학자들이 고성능 큐비트 장치를 구성할 수 있는 초순수 실리콘을 생산해 양자 컴퓨팅 발전에 새로운 가능성을 열었다고 어스닷컴과 인디펜던스 등 다수의 외신이 보도했다. 이번 연구는 호주 멜버른 대학교와 영국 맨체스터 대학교의 첨단 전자 재료 그룹이 주도했다. 실리콘은 전자 제품과 컴퓨팅에서 매우 중요한 소재로, 반도체 기술의 동의어처럼 사용된다. '실리콘 밸리'라는 지명도 실리콘의 중요성을 반영한다. 실리콘은 다양한 조건에서 전기를 전도하도록 만들 수 있으며, 지각에서 두 번째로 풍부한 원소로 쉽게 구할 수 있는 장점이 있다. 지난 수십 년 동안 실리콘은 컴퓨터의 엄청난 확장을 촉진했지만, 실리콘의 순도 문제는 슈퍼컴퓨터 등 고급 시스템에서 제한 요소로 작용했다. 실리콘은 자연 상태에서 실리콘-28(Si-28), 실리콘-29(Si-29), 실리콘-30(Si-30) 등 세 가지 안정적인 동위원소로 존재한다. Si-28은 전체 실리콘의 약 92.23%를 차지하며, Si-29는 약 4.67%, 희귀한 Si-30은 약 3.10%를 차지한다. 이번 연구의 공동 감독자인 데이비드 제이미슨 교수는 "자연적으로 발생하는 실리콘은 대부분 Si-28이지만, 약 4.5% 존재하는 동위원소 Si-29가 문제를 일으킨다"고 지적했다. 그는 "실리콘-29는 각 원자의 핵에 여분의 중성자가 있어 작은 불량 자석처럼 작용해 양자 일관성을 파괴하고 컴퓨팅 오류를 일으킨다"고 설명했다. 연구팀은 이온 주입기를 사용해 컴퓨터 칩에 Si-28 빔을 발사해 Si-29의 불순물을 제거했다. 그 결과 Si-29 함량이 4.5%에서 0.0002%로 감소했다. 제이미슨 교수는 "이온 주입기를 조정해 실리콘을 이 수준으로 순수하게 정제할 수 있다"고 밝혔다. 이번 연구를 주도한 리처드 커리 교수는 "이 획기적인 발전으로 양자 컴퓨팅을 구축하는 작업이 상당히 가속화될 것"이라고 말했다. 커리 교수는 "우리는 실리콘 기반 양자 컴퓨터를 구성하는 데 필요한 중요한 ‘벽돌’을 효과적으로 만들었다"라고 비유하면서, "이 기술은 인류를 변화시킬 잠재력을 가진 기술(양자 컴퓨팅)을 실현 가능하게 만드는 중요한 단계"라고 덧붙였다. 이번 발견은 과학 학술지 커뮤니케이션 머티리얼스-네이처에 게재됐다. 양자 컴퓨터는 큐비트 수가 많을수록 더 강력하지만, 오류에 더 취약하다. 양자 컴퓨팅의 구성 요소인 큐비트는 매우 민감하여 안정적인 환경이 필요하기 때문이다. 온도 변화 등 환경의 아주 미세한 변화도 컴퓨터 오류를 일으킬 수 있다. 다시 말하면, 양자 컴퓨터는 양자 물리학의 무한한 영역을 활용해 일반 컴퓨터가 할 수 없는 일을 수행할 수 있다. 그러나 정보를 처리하고 저장하는 양자 비트(큐비트)는 미세한 온도 변동이나 실리콘 불순물과 같은 사소한 간섭으로 인해 '일관성'을 잃을 수 있다. 그로 인해 오늘날 과학자들이 사용하는 양자 컴퓨터는 절대 온도(-273도)에 가까운 냉장고에 넣어 두는 경우에만 오류 없이 작동할 수 있다. 큐비트는 중첩과 얽힘 같은 고유한 특성을 가지며, 이를 통해 많은 계산을 병렬로 수행할 수 있다. 하지만 큐비트는 환경에 매우 민감하여 쉽게 양자 상태를 잃을 수 있다. 이를 디코히어런스라고 한다. 이러한 취약성 때문에 양자 오류 수정 기술이 필요하다. 실리콘은 기존 컴퓨팅의 기반이 되는 물질로, 연구자들은 실리콘이 확장 가능한 양자 컴퓨터의 해답이 될 것으로 기대하고 있다. 천연 실리콘의 동위원소 문제를 해결한 멜버른 대학교의 과학자들은 Si-29와 Si-30의 원자를 제거하여 양자 컴퓨터에 적합한 고품질의 초순수 실리콘을 만들어냈다. 슈퍼 컴퓨터를 능가하는 양자 컴퓨터는 단 30개의 큐비트로 작동된다. 이 프로젝트에서 실험을 수행한 라비 아차리아 박사는 "고품질 실리콘 큐비트를 생성하는 능력은 지금까지 사용된 실리콘의 순도에 의해 제한되었다. 우리가 보여준 획기적인 순도는 이 문제를 해결한다"고 설명했다. 제이미슨 교수는 "우리의 기술은 인공지능, 보안 데이터, 통신, 백신 및 의약품 설계, 에너지 사용, 물류 및 제조 등 사회 전반에 걸쳐 획기적인 변화를 약속하는 안정적인 양자 컴퓨터로 가는 길을 열어준다"고 밝혔다. 그는 "이제 우리는 매우 순수한 실리콘-28을 생산할 수 있게 됐다. 다음 단계는 많은 큐비트에 대해 동시에 양자 일관성을 유지할 수 있음을 입증하는 것이다. 큐비트가 30개에 불과한 양자 컴퓨터는 일부 응용 분야에서 오늘날의 슈퍼컴퓨터 성능을 능가할 것"이라고 덧붙였다. 새로운 의약품 설계나 정확한 일기 예보는 오늘날의 슈퍼 컴퓨터로는 계산이 너무 어려운 영역이다. 커리 교수는 "대규모 데이터를 처리할 수 있는 능력을 재고할 수 있는 기술을 통해 우리는 기후 변화의 영향을 해결하고, 보안 통신과 백신 설계 등 의료 문제를 해결하는 등 복잡한 현실 문제에 대한 솔루션을 찾을 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 성과는 1917년 어니스트 러더퍼드의 '원자 쪼개기' 발견, 1948년 '더 베이비'의 전자 저장 프로그램 컴퓨팅 최초 시연 등 맨체스터 대학교의 과학 혁신 역사와 맞물려 중요한 이정표가 될 것으로 보인다. 연구팀은 이번에 발견한 초순수 실리콘이 큐비트가 많은 양자 컴퓨터가 더 오랫동안 안정적으로 작동하는 데 도움이 될 것이며, 다음 단계는 이를 테스트하는 것이라고 말했다.
- 포커스온
2024-05-23
[먹을까? 말까?(15)] 희귀 햄버거, 미국 젖소 조류독감 감염으로 안전 점검 필요

최근 미국에서 젖소의 조류독감 감염으로 양이나 사슴 등 동물의 고기로 만든 희귀 햄버거의 위생 안전 문제가 수면위로 떠오르고 있다. 양고기 햄버거는 양고기 특유의 독특한 풍미와 약간의 지방 함량이 특징이다. 일반적으로 양파, 마늘, 허브 등 양념을 듬뿍 넣어 만들며, 페타 치즈, 후무스 등 양오긱와 잘 어올리는 토핑을 추가하기도 한다. 미 농무부(USDA)는 미국에서 젖소에서 H5N1 조류독감 바이러스가 검출된 후 생고기에 대한 즉각적인 조류독감 실험실 테스트에 나섰다. CNN은 지난 16일(현지시간) 젖소에서 검출된 H5N1 조류 독감 바이러스에 대한 새로운 USDA 테스트 결과에 대해 보도했다. 미국 농무부의 실험실 테스트 결과, 생 소고기에서 H5N1 조류 독감 바이러스는 발견되지 않았다. 그러나 이 테스트는, 희귀 햄버거를 먹는 것이 왜 위험한지를 상기시켜주었다. 햄버거 패티, 얼마나 익히는 게 안전할까? 농무부는 최근 젖소에서 H5N1 조류 독감 바이러스가 검출된 후 안전한 식품 취급 요령을 확인하기 위해 실시한 일련의 테스트의 일환으로, 대체 바이러스를 갈은 소고기에 섞은 다음 다양한 시간과 온도에서 패티를 조리하는 실험을 진행했다. 연구원에 따르면 중간 크기의 햄버거 패티를 섭씨 145도까지 조리한 햄버거나 160도까지 조리한 웰던 버거에서는 바이러스가 발견되지 않았다. 그러나 120℃ 이하로 익힌 패티에서는 살아있는 바이러스가 일부 발견됐다. USDA의 고병원성 조류 인플루엔자 수석 고문 대행인 에릭 디블은 "바이러스는 '훨씬, 훨씬 낮은 수준'으로 존재했다"고 말했다. 그러나 낮은 온도에서 익힌 햄버거 패티에 존재하는 소량의 바이러스가 사람을 병에 걸리게 할 수 있는지는 아직 알려지지 않았다. 디블은 USDA는 이미 살모넬라균이나 대장균과 같은 박테리아에 의한 감염을 피하기 위해 식품 온도계로 측정한 내부 온도를 160℃까지 조리할 것을 소비자에게 권고하고 있다고 지적했다. 그는 "이미 권장되고 있는 안전한 식품 취급이나 안전한 조리 관행을 바꿀 필요는 없다고 생각한다"고 말했다. 디블은 지난 5월 6일부터 5월 12일까지 전국 실험실에서 소의 H5N1 조류 독감에 대한 1100건의 검사를 처리했으며, 그 중 278건이 양성으로 추정된다고 말했다. 그는 같은 동물에서 여러 샘플을 채취하거나 검사를 합칠 수 있기 때문에 검사 건수가 검사한 동물의 수나 양성 판정을 받은 동물의 수를 반영하지 않는다고 경고했다. 약 600건의 검사는 주(Stste)를 이동하는 젖소에 대한 검사를 의무화하는 USDA의 새로운 명령에 따라 수행됐다. 또 다른 450건의 검사는 감염 증상을 보이는 젖소를 대상으로 실시됐다. 희귀 햄버거, 먹어도 안전한가? 그렇다면 소고기가 아닌 사슴 고기 등으로 만든 희귀한 햄버거 패티는 어떨까. 사슴고기 햄버거는 소고기보다 높은 단백질 함량과 낮은 지방 함량을 가지고 있다. 사슴 고기 특유의 맛을 살리기 위해 소금, 후추와 같은 간단한 양념으로만 맛을 내기도 하고, 버섯이나 베이컨, 크랜배리 소스 등 다양한 토핑을 활용해 풍미를 더하기도 한다. 그러나 미국에서는 지난 4월 만성소모성질병(CWD: Chronic wasting disease), 즉 '좀비사슴병(광록병)'을 앓고 있던 사슴 고기를 먹은 사냥꾼 2명이 비슷한 신경 질환을 앓고 사망한 소식이 뒤늦게 알려지면서 CWD가 동물에서 인간으로 전염될 수 있다는 우려가 제기됐다. CWD에 감염된 사슴은 체중 감소, 균형 조정력 상실, 무기력증, 체중 감소, 침흘림, 사람에 대한 두려움 부족 등의 현상이 나타나기 때문에 '좀비사슴병'이라고도 불린다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강과학센터의 연구원들은 지난 2022년 CWD를 앓고 있었던 사슴 고기를 먹은 두 명의 사냥꾼이 CWD와 같은 신경 질환인 산발성 크로이츠펠트야콥병(CJD) 발병한 후 어떻게 사망했는지를 보고했다. 연구진은 두 번째로 사망한 남성이 77세였으며 정신적인 혼란과 공격성을 나타냈고, 치료를 진행했지만 한 달 안에 사망했다고 밝혔다. 올해 4월 초 미국 신경과 학회 연례 회의에서 발표된 사례 보고서에서 연구원들은 "사망한 환자의 병력은 CWD가 동물로부터 인간으로의 전염 가능성을 시사한다"라고 적어 사슴고기 섭취에 주의보를 내렸다. 연구 결과는 ‘노롤로지’ 저널에 게재됐다. 그밖에 사슴고기 외에도 악어고기, 말고기, 코끼리고기 등 다양한 희귀 고기로 만든 햄버거가 있다. 미국 뉴욕에 있는 바이트 카페(Bite Cafe)는 특이한 재료를 사용한 햄버거를 제공하는 곳으로 악어고기, 사슴 고기 등을 햄버거 메뉴에 포함시켰다. 호주 루버거(RooBerger)는 캥거루 고기를 사용한 햄버거를 파는 매장으로 유명하지만 사슴고기 등 다른 희귀 고기를 사용하는 햄버거도 있다. 희귀 햄버거 패티의 맛에 대한 호기심 때문에 건강을 잃지 않도록 주의하는 것이 바람직하다. 한편, 미국에서는 젖소의 조류독감 바이러스 검출로 우유를 마시는 것이 안전한가에 대한 우려도 제기됐다. 미 연방 식품의약국(FDA)에 따르면 저온살균처리된 우유는 마셔도 안전하다는 대답이다. 저온살균공정은 1860년대에 발명됐다. 1860년대에 프랑스 미생물학자 루이 파스퇴르는 와인과 맥주를 가열하면 부패를 일으키는 미생물이 죽는다는 사실을 발견했다. 이는 당시 프랑스에서 매우 심각한 문제였다. 섭씨 63도(화씨 143)도에서 30분간 가열하는 방법으로 '저온살균법'으로 알려지게 된 이 가열 과정은 제2차 세계대전 이전에 미국에서 채택됐다. 당시 미국에서 발생하는 식중독 질병의 23%가 우유로 인해 발생했다. 1973년에 연방 정부는 미국 내 전역에서 판매되는 모든 우유를 저온 살균하도록 요구했고, 1987년에는 원유의 주 간 판매를 금지했다.
- 생활경제
2024-05-20
일론 머스크 "잔인한 AI 막고 인류에게 유익하게 개발해야"

일론 머스크 테슬라와 스페이스X 최고경영자(CEO)가 인공지능(AI)의 미래 위험성을 경고하며 인류에게 유익한 방식으로 AI 개발할 필요성을 강조했다. 머스크는 6일(현지시간) 미국 로스앤젤레스(LA)에서 열린 제27회 밀컨 글로벌 콘퍼런스에서 마이클 밀컨 회장과 대담을 통해 이 주제에 대해 발언하며 "생물학적 지능의 비중이 점차 줄어들고, 거의 모든 지능이 디지털 형태로 전환될 것"이라고 전망했다. AI, 인류에게 유익한 방식으로 구축해야 이날 머스크는 AI가 잔인해지지 않도록 하는 것이 중요하다고 거듭 강조했다. 그는 "(인간의) 생물학적(biological) 지능의 비중은 갈수록 점점 작아지고 있다"며 "결국은 생물학적인 지능의 비율은 1% 미만이 되고, 거의 모든 지능은 디지털이 될 것"이라고 내다봤다. 머스크는 "그렇다면 AI가 우리에게 어떤 역할을 할 수 있을까? 모르겠다"며 우려했다. 다만 그는 "우리는 AI가 잔인하기를 원하지는 않는다"며 "그래서 나는 우리가 AI를 인류에게 유익한 방식으로 구축하는 것이 매우 중요하다고 생각한다"고 말했다. 이어 "AI는 가장 진실을 추구해야 하며 사실이 아닌 것을 말하도록 가르쳐서는 안 된다고 덧붙였다. 그는 정치적으로 올바르지 않더라도 진실이라고 믿는 것을 말해야 한다"고 밝혔다. 머스크는 영화 '2001 스페이스 오디세이'(1968)에서 인공지능 컴퓨터 할(HAL)이 우주비행사들을 죽인 이유를 거론하며, "HAL이 거짓말을 강요당했기 때문"이라고 설명했다. 그는 "우리는 AI에게 거짓말을 하게 만들어서는 안 된다"고 거듭 강조했다. AI가 우주 탐사에 얼마나 도움이 될 수 있는지에 대한 질문에 머스크는 "우주 탐사는 AI가 거의 활용되지 않는 분야 중 하나"라며, "스페이스X는 기본적으로 AI를 사용하지 않고 있으며, AI 사용에 반대하는 것이 아니라 아직 적절한 사용처를 찾지 못했다"고 답했다. 머스크는 스페이스X를 통해 화성 탐사용 우주선 개발을 진행 중이다. 그는 인류가 지구 외 다른 행성에서 거주하는 다중 행성(multiplanetary) 문명을 형성해야 한다고 주장했다. 머스크는 "우리 은하계의 어떤 문명이 백만 년 동안 지속될 수 있다면, 광속보다 훨씬 낮은 속도로도 은하 전체를 탐험하고 식민지화할 수 있을 것"이라고 설명하며, "지금까지 외계인의 증거가 없다는 사실은 모든 문명이 위태롭고 희귀하다는 것을 의미할 수 있다"고 말했다. 이어 그는 "인류 문명을 광활한 어둠 속의 작은 촛불로 보고, 다중 행성 문명을 이루지 못하면 결국 공룡처럼 자멸하거나 운석 등 대규모 재난에 의해 멸망할 위험이 있다"고 경고했다. 정부 규제 비판과 출산 장려 머스크는 이날 정부 규제에 대한 비판의 목소리를 높였다. 그는 "사람은 죽지만, 법규는 영원히 지속될 수 있다"며 "시간이 지남에 따라 법과 규정이 점점 더 많아지고 규제 기관이 늘어나 결국 모든 것이 불법이 될 수 있다"고 지적했다. 그는 더 나아가 "역사적으로 규제를 제거하는 주된 방법은 전쟁이었지만, 이제는 전쟁을 원하지 않기 때문에 법과 규제를 적극적으로 청산하는 프로세스가 필요하다"고 주장했다. 머스크는 또한 문명의 지속 가능성에 대한 걱정을 표현하며, 특히 저출산 문제를 지적했다. 그는 "저출산은 문명의 지속 가능성에 큰 위협이 될 수 있으며, 이 추세가 계속된다면 문명은 폭발적으로 멸망하기보다는 점차 쇠퇴해 갈 것"이라고 경고했다. 밀컨 연구소의 회장은 머스크의 주장에 동의하며, 한국의 출산율이 과거 6명에서 현재는 0.72명으로 급격히 감소한 사례를 언급하며 이 문제의 심각성을 강조했다. 미국의 이민 정책에 대해서는 강경한 입장을 표명했다. 그는 "합법적 이민 절차가 길고 복잡하며, 친구 중에는 아직 영주권을 받지 못한 사람들도 있다"고 언급했다. 그러면서 "미국 남쪽 국경을 넘는 것은 상대적으로 쉬워, 직접 국경을 방문해 그 상황을 목격했다"고 말했다.
- IT/바이오
2024-05-07
[신소재 신기술(41)] 극한의 강도와 인성 가진 혁신적인 합금

미국 버클리 국립연구소 과학자들은 원자 수준에서 합금 결정의 꼬임이나 굽힘으로 인해 극한의 온도에서도 균열이 발생하지 않는 특별한 금속 합금을 발견했다. 과학 전문매체 사이테크데일리는 지난 4월 29일(현지시간) 로렌스 버클리 국립연구소와 UC 버클리의 연구원들이 개발한 신소재에 대해 거의 불가능에 가까운 강도와 인성으로 재료 과학자들에게 충격을 주는 혁신적인 새로운 합금이라고 전했다. 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 하프늄으로 구성된 금속 합금은 지금까지 거의 달성하기 불가능해 보였던 극한의 고온과 저온 모두에서 놀라운 강도와 인성을 보여주었다고 한다. 여기서 강도는 재료가 원래 모양에서 영구적으로 변형되기 전에 견딜 수 있는 힘의 양으로 정의되며, 인성은 파단(균열)에 대한 저항력을 의미한다. 광범위한 조건에서 굽힘과 파단에 대한 합금의 복원력은 더 높은 효율로 작동할 수 있는 차세대 엔진을 위한 새로운 종류의 재료에 대한 문을 열 수 있다고 평가된다. 이전에는 이러한 특성을 동시에 달성하는 것이 거의 불가능하다고 여겨졌다. 이 연구는 로버트 리치(Robert Ritchie) 박사가 이끄는 로렌스 버클리 국립연구소(Berkeley Lab)와 UC 버클리 팀과 디란 아펠리안(Diran Apelian) 교수가 이끄는 UC 어바인 팀, 엔리케 라베르니아(Enrique Lavernia) 교수가 이끄는 텍사스 A&M 대학교 팀의 협력으로 진행됐다. 이 연구는 최근 '사이언스(Science)' 저널에 게재됐다. 이 합금의 특징은 넓은 온도 범위에서 강도과 파손에 대한 놀라운 저항성을 가지고 있다는 것이다. 이는 차세대 엔진을 위한 새로운 소재 개발에 혁신을 가져올 수 있는 가능성을 열어준다. 새로운 금속 합금 RHEA/RMEA 연구팀은 이 합금의 놀라운 특성을 발견하고 원자 구조에서 발생하는 상호 작용으로 인해 이러한 특성이 어떻게 발생하는지 밝혀냈다. 이들은 특히 RHEA/RMEA(Refractory High or Medium Entropy Alloys)라고 불리는 새로운 금속 합금 계열에 속하는 합금에 집중했다. 리치 연구실의 박사 과정 학생인 제1저자 데이비드 쿡(David Cook)은 "열을 전기 또는 추력으로 변환하는 효율은 연료가 연소되는 온도에 따라 결정되며, 온도가 높을수록 더 좋다. 그러나 작동 온도는 이를 견뎌야 하는 구조 재료에 의해 제한된다"고 설명했다. 쿡 연구원은 "우리는 현재 고온에서 사용하는 재료를 더욱 최적화할 수 있는 새로운 금속 재료가 절실히 필요하다. 이 합금이 바로 그 가능성을 보여주는 것"이라고 덧붙였다. 기존 RMEA의 한계 돌파한 뛰어난 인성 대부분의 상업용 또는 산업용 응용 분야에서 사용되는 금속은 하나의 주요 금속에 소량의 다른 원소를 혼합하여 만든 합금이지만, RHEA/RMEA는 매우 높은 녹는점을 가진 금속 원소를 거의 동일한 비율로 혼합해서 만든다. 이로 인해 RHEA/RMEA는 과학자들이 아직 밝혀내지 못한 독특한 특성을 가지고 있다. 리치 박사 팀은 고온 응용 분야의 잠재력으로 인해 수년 동안 이러한 합금을 연구해 왔다. 해당 논문의 공동 저자인 푸닛 쿠마르(Punit Kumar)박사는 "저희 팀은 이전에 RHEA/RMEA에 대한 연구를 진행했으며 이러한 재료가 매우 강하지만 일반적으로 극도로 낮은 인성을 가지고 있다는 것을 발견했다. 따라서 이 합금이 예외적으로 높은 인성을 보이는 것을 발견했을 때 매우 놀랐다"고 말했다. 극한의 온도에서도 강도와 인성 유지 쿡에 따르면 대부분의 RMEA는 파단 인성이 10MPa√m 미만으로, 기록상 가장 부서지기 쉬운 금속 중 하나다. 골절에 견디도록 특별히 설계된 최고의 극저온 강은 이 소재보다 약 20배 더 강하다. 하지만 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 하프늄(Nb45Ta25Ti15Hf15) RMEA 합금은 상온에서 일반적인 RMEA보다 25배 이상의 강도를 기록하여 극저온 강철을 능가할 수 있었다. 연구팀은 -196°C(액체 질소 온도), 25°C(실온), 800°C, 950°C 및 1200°C의 총 5가지 온도에서 새로운 합금의 강도와 인성을 평가했다. 마지막 온도인 1200°C는 태양 표면 온도의 약 1/5에 해당한다. 마침내 연구팀은 합금이 추위에서는 가장 강도가 높고 온도가 상승함에 따라 다소 약해졌지만 여전히 넓은 범위에서 인상적인 수치를 자랑한다는 것을 발견했다. 인성은 기존 균열에 얼마나 많은 힘이 필요한지 계산해서 산출되며 모든 온도에서 높았다. 원자 배열의 비밀 풀기 거의 모든 금속 합금은 결정질이며, 이는 재료 내부의 원자가 반복 단위로 배열되어 있음을 의미한다. 그러나 완벽한 결정은 없으며 모두 결함을 포함하고 있다. 가장 눈에 띄는 결함은 결정 내 원자의 미완성 평면인 전위라고 불리는 결함이다. 금속에 힘이 가해지면 모양 변화를 수용하기 위해 많은 전위가 움직이게 된다. 예를 들어 알루미늄으로 만든 종이 클립을 구부리면 종이 클립 내부의 전위가 움직이면서 모양이 변한다. 그러나 낮은 온도에서는 전위의 움직임이 더 어려워지고, 그 결과 많은 재료가 저온에서 전위가 움직이지 못해 부서지기 쉽다. 타이타닉의 강철 선체가 빙산에 부딪혔을 때 부서진 것도 바로 이 때문이다. 녹는 온도가 높은 원소와 그 합금은 이러한 현상을 극한으로 끌어올려 800°C까지 부서지기 쉽다. 하지만 이 RMEA는 액체 질소(-196°C)와 같은 낮은 온도에서도 잘 깨지지 않는 특성을 보이고 있다. 공동 연구자인 앤드류 마이너와 연구팀은 이 놀라운 금속 내부 특성을 이해하기 위해 버클리 랩 분자 파운드리의 일부인 국립 전자 현미경 센터의 4차원 주사 투과 전자 현미경(4D-STEM)과 주사 투과 전자 현미경(STEM)을 사용해 응력을 받은 샘플과 구부러지지 않고 금이 가지 않은 대조 샘플을 분석했다. 전자 현미경 데이터에 따르면 합금의 특이한 인성은 '꼬임 밴드(kink band)'라는 희귀 결함의 예상치 못한 부작용에서 비롯된 것으로 밝혀졌다. 꼬임 밴드는 가해진 힘으로 인해 결정 조각이 스스로 붕괴되어 갑작스럽게 구부러질 때 결정에 형성된다. 연구팀은 이전 연구를 통해 RMEA에서 꼬임 밴드가 쉽게 형성된다는 사실을 알고 있었지만 연화 효과가 격자를 통해 균열이 퍼지기 쉽게 만들어 재료의 강도를 낮출 것이라고 가정했다. 하지만 실제로는 그렇지 않았다. 쿡은 "우리는 원자 사이에 날카로운 균열이 있는 경우 꼬임 밴드가 실제로 손상을 멀리 분산시켜 균열의 전파에 저항하여 균열을 방지하고 매우 높은 파괴 인성을 이끌어 낸다는 것을 처음으로 보여주었다"라고 말했다. 한편, 리치는 "기계 엔지니어는 실제 세계에서 사용하기 전에 재료의 성능에 대한 깊은 이해가 당연히 필요하기 때문에 Nb45Ta25Ti15Hf15 합금을 제트기 터빈이나 스페이스X 로켓 노즐과 같은 것을 만들기 전에 훨씬 더 근본적인 연구와 엔지니어링 테스트를 거쳐야 한다"고 지적했다.
- 포커스온
2024-05-02
[우주의 속삭임(2)] 태양 4곳 동시 폭발하는 희귀 현상 발생

미 항공우주국(NASA)의 태양활동관측위성(SDO: Solar Dynamics Observatory)이 태양의 거대한 영역 4곳이 동시에 폭발하는 희귀한 현상을 포착했다고 과학 전문 매체 IFL사이언스가 전했다. 태양의 폭발과 화기 분출은 흔히 발생한다. 특히 태양활동이 강한 태양극대기(또는 흑점극대기) 정점에 가까울 때 더욱 그렇다. 대개 11년 주기(슈바베 주기라고 함)로 극소기와 극대기가 반복된다. 극소기에는 태양면 위에 흑점이 가장 적게 나타나고, 극대기에는 100개 이상의 흑점이 나타난다. 슈바베 주기의 태양 흑점 수에 따라 코로나 질량 방출(CME)이 강도가 변하면서 발생하며, 때로는 지구에 화려한 오로라와 전파 정전을 일으키기도 한다. 국립기상청은 "태양 흑점은 자기장이 지구보다 약 2500배 더 강한 지역으로, 태양의 다른 어느 곳보다 훨씬 강도가 높은 지역"이라면서 "강한 자기장으로 인해 자기압은 증가하고 주변 대기압은 감소하는데, 이는 집중된 자기장이 태양 내부에서 표면으로 흐르는 뜨거운 가스의 흐름을 방해하기 때문에 주변에 비해 온도를 낮추게 된다"고 설명했다. 태양 표면에서의 큰 폭발은 이로 인해 발생한다. 드물게, ‘교감적 태양 플레어(Sympathetic Solar Flare)’라고 부르는 복수의 폭발이 동시에 발생할 수 있다. 한꺼번에 여러 곳에서 복수의 폭발이 일어나는 것이다. 이는 우연의 일치라고 생각됐지만 2002년 통계 분석 결과 그렇지 않은 것으로 드러났다. 이런 폭발은 자기 루프를 통해 연결될 때 발생한다. 더 드물게는 ‘슈퍼 교감적’ 태양 플레어로 확대돼 두 개 이상의 현상이 동시에 발생할 수 있다. 이번 4개 폭발이 그 예다. 현재로서는 태양 플레어에서 분출된 잔해가 지구에 도달할 지는 확실하지 않다. 스페이스웨더닷컴에 따르면, 만약 잔해가 지구로 떨어진다면 26일이 될 것이라고 예상했다. 그러나 피해는 없을 듯하다. 대부분의 지자기 폭풍과 마찬가지로 인류는 걱정할 것이 없을 것이라는 지적이다. 태양 폭발은 종종 오로라와 함께 전력망 및 무선 통신의 장애 등 소소한 문제를 일으킬 수 있다. 물론 드물기는 하지만 캐링턴 사건 규모의 태양폭풍이 발생할 수 있으며, 이는 지구에 더 큰 문제를 야기할 수 있다. 캐링턴 사건은 1859년 지구를 강타한 대규모 지자기 폭풍으로 유럽과 북미의 경우 밤에도 대낮처럼 주변이 환해질 정도였다고 한다. 당시 관측된 태양 플레어는 종전 기록을 갈아치웠으며, 이 정도의 폭풍이 오늘날 발생했다면 전력망 등에 재앙 수준의 피해를 일으킬 것이라는 분석이다.
- IT/바이오
2024-04-26