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[글로벌 핫이슈] 미국, 2030년 달 원자로 가동⋯중국과 '우주 영토' 경쟁 점화
- 미국이 2030년까지 달 표면에 핵분열 원자로를 건설하는 계획을 본격화한다. 달 자원 선점을 둘러싼 중국과 우주 개발 경쟁이 격화되고 있다. 미국 항공우주국(NASA)의 숀 더피 장관 대행은 2025년 8월 5일, 트럼프 행정부의 구상에 따라 2030년까지 100킬로와트(kW)급 실용 원자로를 달에 설치할 것이라고 밝혔다. 더피 대행은 "미국은 달 개발 경쟁의 한가운데에 있다. 이는 중국과의 경쟁이다"라고 말해 이번 계획이 중국을 겨냥했음을 분명히 했다. NASA는 원자로 건설이 단순히 달에 깃발을 꽂는 상징적인 행위를 넘어, 실질적인 영유권 주장의 발판이 될 것으로 본다. 더피 대행은 원자로 주변을 '출입 금지 구역'으로 설정하는 방안을 언급하며 "출입 금지 구역을 통해 물과 얼음이 있는 크레이터 같은 중요 자원 지역에 대한 실질 영향력과 '영토' 주장을 강화할 수 있다"고 설명했다. NASA는 국제 협약의 안전 구역 조항을 근거로, 달 기지 주변에 '배타적 접근금지구역' 설정을 별도로 검토하고 있다. 태양광 안 통하는 '14일의 밤'…독자 에너지원 필수 달 기지 건설에 원자력 발전은 필수 요소로 꼽힌다. 달의 하루는 지구 시간으로 약 29.5일에 이르러 낮과 밤이 약 2주 간격으로 바뀐다. NASA에 따르면 달에서는 태양광 발전 시스템에 한계가 있지만, 핵 반응로는 영구적으로 그늘진 곳(물이 얼어 있을 수 있음)에 설치하거나 지구 시간으로 14일 반인 달의 밤 동안 계속해서 전력을 생산할 수 있다. 달의 낮과 밤 사이 온도 차이가 무려 약 300도에 달한다. 달의 낮에는 태양빛을 직접 받아 표면 온도가 섭씨 약 120도까지 올라간다. 반대로 달의 밤에는 태양빛이 전혀 닿지 않아 급격히 식으면서 섭씨 -170도 정도까지 떨어진다. 태양광 패널만으로는 2주 동안 계속되는 혹독한 밤에 에너지를 안정적으로 공급하기 어렵다. 원자로는 이 기간에도 중단 없이 전력을 공급해 인류가 오래 머물고 기지를 운영할 핵심 기반을 마련할 수 있다. 1960년대 아폴로 계획 시절부터 사용한 원자력 전지의 출력은 100와트(W) 미만에 불과하다. 이번에 추진하는 핵분열 원자로는 우라늄 연료를 이용해 100킬로와트(kW)의 전력을 생산할 수 있다. 이는 지구 일반 가정 수십 가구가 쓸 수 있는 전력량으로, 앞으로 달 기지를 운영하려면 원자로 여러 기가 필요할 것으로 보인다. NASA는 '킬로파워 프로젝트'를 통해 초소형 원자로 기술을 검증했으며, 2022년에는 40kW급 원자로 설계 계약을 3개 연합체(컨소시엄)와 500만 달러 규모로 맺었다. 이를 바탕으로 현재는 최종 목표인 100kW급 원자로 건설을 위해 민간 기업들의 제안을 받고 있다. 달 원자로의 요구 사양은 총중량 6톤 이내, 지름 4m·길이 6m의 원통형 용기에 담을 수 있어야 하고, 10년 동안 보수나 연료 보급이 필요 없는 완전 자율 운전 등 매우 까다롭다. 참고로 미국에서는 평균 40kW의 전력으로 33가구에 전력을 공급할 수 있다. 록히드마틴·웨스팅하우스…개발 경쟁 나선 미 기업들 세바스찬 코르비시에로 아이다호 국립 연구소(INL) FSP 프로젝트 책임자는 "지구의 원자로는 가볍고 작게 설계되지 않지만, 우주에서는 로켓에 실을 수 있도록 질량을 최소화해야 한다"고 기술상 어려움을 설명했다. 그는 달 원자로가 "화성 식민지 유지를 위한 체계(시스템) 개발의 필수 첫걸음"이라며 "달에서 계속 머물기 위해 반드시 필요하다"고 강조했다. 현재 FSP 프로젝트에는 세 연합체가 참여하고 있다. ▲록히드 마틴은 BWX 테크놀로지스 등과 협력하고, ▲원자로 개발 경험이 풍부한 웨스팅하우스는 에어로젯 로켓다인과 손을 잡았다. ▲신생기업 X-에너지는 보잉, 막사르와 팀을 이뤘다. 최종 원자로는 핵분열 에너지를 전기로 바꾸는 스털링 엔진과 과열을 막는 액체 나트륨 순환 냉각 장치를 탑재할 가능성이 높다. 이번 프로젝트에는 트럼프 행정부의 강한 의지가 반영됐다. 행정부는 NASA의 다른 예산을 삭감하는 흐름 속에서도 달 원자로 프로젝트에는 적극적으로 투자해 우주 패권 확보 의지를 드러내고 있다. 2030년까지 계획을 완수하지 못하면 비슷한 계획을 추진하는 중국과 러시아보다 전략상 뒤처질 수 있다는 위기감도 작용했다. 코르비시에로 책임자는 5년 안에 원자로 설치가 가능하냐는 물음에 "실행 가능하다고 생각한다"고 답했다. 다만 NASA의 유인 달 탐사 '아르테미스' 계획이 순조롭게 진행되고 관련 예산이 확보된다는 조건이 붙는다. 아르테미스 2호의 첫 유인 비행은 2026년 초로 예정됐다. 지구에서 수십억 달러에 이르는 건설 비용은 큰 과제다. 그러나 NASA는 중국의 추격 때문에 계획을 서두를 수밖에 없는 처지다. 중국은 2029년 달 탐사선 '창어 8호'를 쏘아 올려 2030년대 중반까지 로봇과 3차원(3D) 프린터로 달 기지를 짓는 기술을 시험할 계획이다. 더피 대행은 "햇빛이 항상 내리쬐고 얼음이 있는 달의 극지방은 최고의 땅"이라며 "미국은 그곳에 가장 먼저 도달해 영유권을 주장하고 싶어 한다"고 밝혔다. 달 원자로를 성공적으로 건설하면 화성 같은 더 먼 우주를 탐사하고 식민지를 만드는 데 필요한 에너지 기반을 다지는 중요한 기회가 될 전망이다.
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[글로벌 핫이슈] 미국, 2030년 달 원자로 가동⋯중국과 '우주 영토' 경쟁 점화
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[퓨처 Eyes(97)] 달에서 산다⋯中·캐나다·獨, '집 짓고 먹고 숨 쉬는' 월면 기지 경쟁 본격화
- 인류의 달 복귀 계획이 구체화하면서, 이제 인류의 시선은 달에 '가는 것'을 넘어 '사는 것'으로 향하고 있다. 지구에서 모든 것을 가져갈 수 없는 만큼, 달 현지에서 의식주를 해결하는 자급자족 기술은 영구 기지 건설의 성패를 가를 핵심 과제다. 최근 중국, 캐나다, 독일이 각각 건설, 식량, 생명 유지 분야에서 획기적인 기술을 선보이며, 공상과학 소설 같던 '월면 도시'의 꿈을 현실로 앞당기고 있다. 中, 태양열 3D 프린터로 '달 기지 외벽' 짓는다 달 기지를 위협하는 가장 큰 적은 진공 상태의 우주와 운석, 그리고 극심한 온도 변화다. 중국 허페이의 심우주탐사연구소(DSEL)가 이 문제의 해법으로 '월면토 벽돌' 기술을 제시했다. 달 표면을 덮고 있는 곱고 날카로운 흙먼지인 달의 표토(lunar regolith, 월면토)를 녹여 단단한 벽돌을 만드는 기술이다. NASA에 따르면 달의 표면층은 조각난 날카로운 암석 물질로 이루어져 있다. 지구 토양은 유기물로 구성되어 있지만, 달의 표토는 운석의 충돌과 태양 및 별에서 오는 전하를 띤 입자의 영향으로 형성된다. 지구의 토양은 바람과 물에 노출되어 입자의 가장자리가 닳아지지만, 달 표토의 암석 물질은 날카로운 상태를 유지하며 매우 뾰족한 파열 표면을 가지고 있다. 이로 인해 표토는 우주복과 장비를 빠르게 닳게 만들고 우주비행사 건강에 해로울 수 있는 등 잠재적으로 위험할 수 있다. 연구팀이 개발한 장비는 3D 프린터와 원리가 같지만, 열원으로 태양 에너지를 사용한다. 돋보기처럼 빛을 한 점으로 모으는 오목한 거울(포물선형 반사경)로 태양빛을 모으고, 이를 빛이 다니는 길인 가느다란 유리 섬유 묶음(광섬유 다발)을 통해 한 점에 집중시킨다. 이때 초점의 온도는 1,300℃ 이상으로 치솟아, 달의 표토(월면토)를 마치 용암처럼 녹여 원하는 모양의 벽돌로 찍어낼 수 있다. 이 기술의 가장 큰 장점은 지구에서 어떤 첨가물도 가져갈 필요 없이 오직 달에 있는 흙과 태양 빛만으로 건설 자재를 무한정 생산할 수 있다는 점이다. 연구팀은 지구의 현무암으로 만든 모의 월면토를 이용해 평면, 곡면 등 다양한 형태의 구조물 제작에 성공하며 기술의 가능성을 입증했다. 양훙룬 DSEL 수석 엔지니어는 "이 벽돌은 사람이 숨 쉴 수 있도록 내부 공기압을 유지하는 생활 공간(가압 모듈)을 감싸는 튼튼한 보호 외피 역할을 할 것"이라며 "강력한 우주 방사선, 시속 수만 km로 날아드는 미세 운석, 낮 120℃와 밤 영하 130℃를 오가는 극한의 온도 변화로부터 우주비행사와 내부 시설을 안전하게 지켜줄 것"이라고 설명했다. 현재 이 벽돌 시제품은 2024년 11월 중국 톈궁 우주정거장으로 보내져 3년간의 혹독한 우주 환경 내구성 시험을 거치고 있다. 연구팀의 최종 목표는 로봇을 투입해 이 모든 건설 과정을 사람의 개입 없이 자동으로 수행하는 것이다. 캐나다, '겨울잠 자는 온실'에서 곡물을 키운다 건물을 지었다면 다음은 식량이다. 크리스티안 살라버거 캐나다넨시스 최고경영자(CEO)는 "가루 주스나 동결건조 아이스크림만으로는 진정한 우주 탐사 임무를 수행할 수 없다"며 신선 식품의 중요성을 강조했다. 그의 회사 캐나다넨시스 에어로스페이스는 캐나다 구엘프대, 맥길대와 손잡고 극한의 달 환경에서 신선한 작물을 재배하는 '월면 온실' 기술을 개발하고 있다. 달의 밤은 지구 시간으로 2주나 계속되고, 이때 온도는 급강하하며 햇빛도 전혀 없다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 식물이 마치 겨울잠을 자듯 활동을 최소화하는 '준동면(quasi-hibernation)' 전략을 고안했다. 온실은 햇빛이 없는 밤 동안 에너지 소비를 극도로 줄여 버티다가, 다시 해가 뜨면 정상적으로 성장을 이어간다. 2024년 말부터 시작된 실험에서 연구팀은 지구 대기압의 절반에 불과한 저압 환경과 기나긴 어둠 속에서도 보리와 귀리를 성공적으로 생존시켰다. 또한 흙 없이 영양분을 녹인 물을 순환시켜 식물을 키우는 수경재배 방식의 단점도 극복했다. 물을 공유하기 때문에 병원균 하나가 전체 시스템을 오염시킬 수 있는데, 전기를 이용해 물속 유해균을 없애는 소독 기술을 적용해 문제를 해결했다. 이 프로젝트는 NASA가 주도하는 유인 달 탐사 계획 '아르테미스'와 연계되어, 2027년으로 예정된 유인 달 착륙 임무의 성공을 위한 핵심 과제로 추진되고 있다. 연구를 이끄는 겔프 대학교의 마이크 딕슨 교수는 "인류는 오랜 역사 속에서 언제나 술을 만들어왔다"며 "달에서도 좋은 술을 맛볼 수 있도록 보리를 재배하는 것이 오랜 목표"라는 유쾌한 포부를 밝히기도 했다. 독일, 조류(Algae)로 식량과 산소를 동시에 잡는다 독일 뮌헨공과대학교(TUM) 연구팀은 한 걸음 더 나아가 식량과 산소를 동시에 생산하는 기술을 제안했다. 해답은 바로 미세조류(algae)다. 연구팀이 개발 중인 '광생물반응기(PBR)'는 빛(光)을 이용해 미세조류 같은 생물(生物)을 키워 유용한 물질을 얻는 장치다. 우주비행사가 내뿜는 이산화탄소와 물을 공급하면, 조류가 광합성을 통해 신선한 산소를 만들어내고, 빠르게 증식한 조류는 단백질이 풍부한 식량(바이오매스)이 된다. 연구팀은 가느다란 관을 이용하는 '튜블러' 방식과 넓은 판을 쓰는 '평판형' 방식의 두 가지 PBR 설계를 비교 분석했다. 평판형이 생산 효율은 더 높지만, 유지보수가 더 까다로운 것으로 나타났다. 이 기술의 가장 큰 매력은 비용 절감 효과다. 지구에서 1kg의 화물을 달로 보내는 데 약 10만 달러(약 1억 3000만 원)가 드는 것을 감안할 때, PBR 구조물 대부분을 월면토로 만들면 시스템당 수백만 달러, 튜블러 방식의 경우 최대 5000만 달러(약 650억 원)까지 절약할 수 있다. 물론 아직 넘어야 할 산은 많다. PBR 가동에 필요한 빛을 태양에서 직접 얻으려면 투명한 유리가 필요한데, 월면토로 완벽하게 투명한 유리를 만드는 기술은 아직 초기 연구 단계다. 내부 LED 조명을 쓰자니 전력 소모와 부품 조달이 문제다. 플라스틱이나 전자부품, 그리고 생명 활동에 필수적인 탄소(C)와 질소(N) 같은 원소들도 달에는 매우 희귀하다. 연구팀은 우주비행사의 소변이나 생활 하수를 정화해 희소 원소를 재활용하는 '완전 순환(폐쇄 루프)' 방식을 현실적인 대안으로 제시했다. 미래의 달 기지, '통합 시스템'으로 진화한다 중국, 캐나다, 독일이 개발 중인 기술들은 각각 독립적으로도 의미가 크지만, 서로 결합될 때 진정한 시너지를 발휘한다. 미래의 달 기지는 중국의 벽돌로 지은 튼튼한 외피가 우주의 위협을 막아주고, 그 안에서 캐나다의 온실이 신선한 채소를, 독일의 광생물반응기가 식량과 산소를 공급하는 '통합 아키텍처' 형태가 될 전망이다. 여기에 태양광 발전과 에너지 저장 시스템, 물과 폐기물을 100% 재활용하는 기술이 더해지면, 지구의 보급에 의존하지 않는 지속 가능한 영구 기지 운영이 가능해진다. 현재 각국의 기술들은 초기 실험 단계에 머물러 있지만, '건설-식량-생명 유지'로 이어지는 이 기술 삼각편대는 인류가 달에서 스스로 짓고, 먹고, 숨 쉬는 시대를 앞당기는 핵심 동력이 되고 있다.
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[퓨처 Eyes(97)] 달에서 산다⋯中·캐나다·獨, '집 짓고 먹고 숨 쉬는' 월면 기지 경쟁 본격화
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[우주의 속삭임(133)] 화성에서 '산호' 닮은 암석 발견⋯수십억 년 전 물의 흔적
- 미국 항공우주국(나사·NASA)의 화성 탐사 로버 큐리오시티(Curiosity)가 지난 7월 24일 화성 게일 크레이터에서 산호(coral) 형태와 흡사한 독특한 암석 구조를 촬영했다. 이 암석은 약 2.5㎝ 크기로, 마치 지구 해저의 산호초처럼 가지 모양의 정교한 구조를 갖추고 있다. NASA는 지난 8월 4일 공식 성명을 통해 이 흑백 이미지를 공개하면서 "이 암석은 과거 액체 상태의 물이 존재하던 시기에 형성된 후, 수십억 년간 모래가 섞인 바람에 의해 침식돼 지금과 같은 형태가 됐다"고 밝혔다. 물과 광물, 그리고 수십억 년의 바람이 빚은 '산호 암석' 해당 암석은 큐리오시티의 고해상도 망원 카메라인 리모트 마이크로 이미저(Remote Micro Imager)를 통해 촬영됐다. NASA에 따르면, 화성에 존재했던 물은 광물을 용해시킨 채 바위의 미세한 틈을 따라 스며들었고, 이후 물이 증발하면서 광물이 결정화돼 암석 내부에 '광맥(mineral vein)'을 형성했다. 이후 수억 년간 지속된 풍화 작용이 주변 암석을 깎아내면서 오늘날의 가지 모양이 드러나게 된 것이다. 이는 지구에서도 자주 관찰되는 자연적 형성과정으로, NASA는 앞서 2022년에도 화성에서 꽃 모양을 닮은 암석을 발견한 바 있다. 최근 함께 촬영된 '파포소(Paposo)'라는 이름의 약 5㎝ 크기 비정형 암석 또한 이와 유사한 형성 과정을 거친 것으로 보인다. 생명 흔적 탐색 지속 중…"화성, 한때 생명체에 적합했을 가능성" 큐리오시티는 2012년 화성에 착륙한 이래 게일 크레이터(지름 약 154㎞) 내에서 약 35㎞를 이동하며 탐사를 이어오고 있다. 탐사 과정에서 시추, 시료 채취, 화학 분석 등이 이뤄지고 있으며, 그간 긴 탄소 사슬과 37억 년 전 암석 속 탄소 순환의 흔적 등 생명체가 존재했을 가능성을 뒷받침하는 증거가 다수 발견됐다. 이번 '산호형 암석' 역시 화성의 고대 환경이 액체 수분의 존재와 그에 따른 지질 변화로 구성되어 있었음을 시사하며, 향후 화성 생명체 존재 가능성 연구에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 국제 공동개발 장비로 정밀 분석 큐리오시티에 탑재된 분석 장비 '켐캠(ChemCam)'은 미국 로스앨러모스 국립연구소와 프랑스 국립우주연구센터(CNES), 툴루즈 대학, 프랑스국립과학연구센터(CNRS) 등 국제 협력 기관이 공동 개발한 것으로, 원거리에서도 암석 조성을 분석할 수 있는 레이저 분광 시스템을 갖추고 있다. 큐리오시티 미션은 미국 캘리포니아 파사데나에 위치한 칼텍(Caltech) 산하 NASA 제트추진연구소(JPL)가 주도하고 있으며, NASA 본부 산하 과학임무국이 이를 지원하고 있다.
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[우주의 속삭임(133)] 화성에서 '산호' 닮은 암석 발견⋯수십억 년 전 물의 흔적
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[기후의 역습(160)] 머신 러닝, 전 세계 빙하 침식 속도 정밀 예측⋯"연 0.02~2.68㎜"
- 기후 변화로 전 세계 빙하가 급속도로 녹고 있는 가운데, 머신 러닝(Machine Learning)을 활용해 전 세계 빙하의 침식 속도를 정밀하게 추정한 연구 결과가 발표됐다. 이 연구는 장기적인 지형 변화뿐만 아니라, 핵폐기물 저장지 선정 및 퇴적물 이동 모니터링 등 다양한 분야에 기초자료로 활용될 수 있을 전망이라고 웹사이트 Phys가 7일(현지시간) 전했다. 캐나다 빅토리아대학교(University of Victoria)의 지리학자 소피 노리스(Sophie Norris) 박사 연구팀은 국제 공동 연구를 통해 전 세계 18만 개 이상의 현대 빙하 중 약 85%에 해당하는 빙하에 대해 침식 속도를 예측했다. 이들은 러닝 머신 기반 회귀 분석을 통해 빙하 침식 속도의 99%가 연간 0.02~2.68밀리미터(mm) 범위에 있다는 정량적 결과를 도출했다. 이는 신용카드 두께와 유사한 수준이다. 노리스 박사는 "빙하 하부에서 발생하는 침식은 생각보다 훨씬 복잡한 메커니즘에 의해 이뤄진다"며 "기온, 빙하 하부 수량, 암석 유형, 지열 등 다양한 요소가 침식 속도에 영향을 미친다"고 설명했다. 해당 연구 결과는 학술지 '네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)'에 발표됐다. 최근 10년간 지구에서 사라진 빙하 2,700Gt…해수면 8mm 상승 기여 지난 10년간 지구 전역에서 사라진 빙하의 총량이 2700기가톤(Gt)에 달하는 것으로 나타났다. 이는 약 1조 리터의 물을 의미하며, 스위스 전역이 6m 깊이로 잠길 수 있는 엄청난 양이다. 유럽우주국(ESA)과 미국항공우주국(나사·NASA)의 지구의 중력장 측정 위성 그레이스(Grace)와 그레이스 포(GRACE-FO)의 데이터 분석에 따르면, 2014년부터 2024년까지 연평균 약 270Gt의 빙하가 손실된 것으로 추산된다. 이로 인해 지난 10년간 해수면은 약 8mm 상승했으며, 이는 동기간 전체 해수면 상승의 약 3분의 1에 해당한다. 특히 손실이 두드러진 지역은 알프스, 알래스카, 히말라야, 남미 안데스 산맥 등 중위도 및 고산 지역이다. 알프스 지역은 10년 사이 빙하 면적의 30~40%가 소멸됐으며, 알래스카와 히말라야는 세계에서 가장 빠르게 빙하가 줄어드는 지역으로 지목되고 있다. 히말라야는 연간 약 810Gt의 빙하를 잃고 있으며, 이는 아시아 주요 강 유역의 수자원 안보에도 위협을 줄 수 있다는 지적이다. 과학 학술지 네이처에 실린 연구(Nature, Hugonnet et al. 2021)와 IPCC 제6차 평가보고서(AR6, 2021)에 따르면, 21세기 중반까지 전 세계 빙하의 절반 이상이 사라질 것으로 전망되고 있다. 특히 인구 밀집 지역 인근의 저지대 소규모 빙하 후퇴 속도가 빠르게 가속화되면서 식수, 농업, 수력발전 등 생활 기반 전반에 영향을 미칠 가능성도 제기되고 있다. 이번 논문의 공동 저자인 캐나다 달하우지대학교(University of Dalhousie)의 존 고스(John Gosse) 교수는 "실제 빙하 환경에서 침식 속도를 측정하는 것이 매우 어렵다는 점을 감안할 때, 이번 연구는 전 세계 오지의 빙하 침식 과정을 예측할 수 있는 귀중한 자료"라고 평가했다. 이번 연구는 노리스 박사가 달하우지대 박사후연구원 시절 시작해 빅토리아대에서 마무리했으며, 프랑스 그르노블알프대(University of Grenoble Alpes), 미국 다트머스대(Dartmouth College), 펜실베이니아주립대, UC어바인 등과의 공동 연구로 진행됐다. 캐나다 핵폐기물관리기구(NWMO)의 재정 지원과 협력 아래 수행됐다. 연구팀은 향후 이 예측 모델을 활용해 기후변화에 따른 빙하 후퇴와 지형 변화, 유사 퇴적 및 영양염류 순환 등 지구 시스템 전반의 변화 양상을 보다 정밀하게 예측할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 지구 빙하는 단순한 자연경관을 넘어 해수면, 강수량, 지형 변화, 생태계 순환에까지 영향을 미치는 핵심 요소다. 전문가들은 기후 변화의 '가장 눈에 보이는 지표'로서 빙하의 지속적인 관측과 대응이 절실하다고 지적하고 있다.
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- ESGC
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[기후의 역습(160)] 머신 러닝, 전 세계 빙하 침식 속도 정밀 예측⋯"연 0.02~2.68㎜"
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[우주의 속삭임(132)] 138억 년 전 우주의 첫 분자 반응, 독일 실험실서 재현
- 우주 최초의 분자 생성 경로로 추정되는 헬륨수소이온(HeH⁺)의 반응 메커니즘이 실험을 통해 확인됐다. 독일 막스플랑크 핵물리연구소(Max-Planck-Institut für Kernphysik, MPIK) 연구진은 최근 우주 초기 환경을 모사한 조건에서 HeH⁺와 수소 동위원소인 중수소(Deuterium)의 반응을 성공적으로 재현했다고 밝혔다. 이번 연구는 빅뱅 직후 형성된 최초의 분자 반응 과정을 규명함으로써, 초기 우주 화학과 별 탄생 메커니즘에 대한 이해를 심화하는 계기를 마련했다는 평가를 받고 있다고 사이테크데일리가 전했다. 관련 연구 결과는 국제 학술지 '천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)' 7월 24일자에 게재됐다. 최초의 분자, 우주의 별을 잉태하다 약 138억 년 전 발생한 빅뱅 직후, 우주는 초고온·초고밀도의 플라즈마 상태였다. 이 시기 수초 안에 양성자와 중성자가 결합해 수소와 헬륨 등 가장 가벼운 원소가 형성됐다. 그러나 이들 원소는 모두 이온화된 상태였으며, 약 38만 년이 지나서야 우주는 충분히 냉각돼 전자가 원자핵과 결합할 수 있는 '재결합(Recombination)' 단계를 맞이했다. 이 시점부터 안정된 중성 원자가 형성됐고, 이후 첫 분자 형성을 위한 화학 반응이 시작됐다. HeH⁺는 중성 헬륨 원자와 양성자 상태의 수소가 결합해 형성된 것으로, 오늘날까지도 우주에서 존재가 관측된 가장 원시적인 분자로 알려져 있다. HeH⁺는 분극(극성)이 크고 낮은 온도에서도 효율적으로 에너지를 방출할 수 있어, 우주 초기 별 형성 과정에서 냉각 인자로 기능했을 가능성이 제기돼 왔다. 실험실에서 재현한 원시 우주 반응 이번 실험은 독일 하이델베르크에 위치한 MPIK의 극저온 저장 링(Cryogenic Storage Ring, CSR)에서 진행됐다. 이 장비는 직경 35m 규모로, 우주 공간과 유사한 극저온(섭씨 -267도 수준)과 초고진공 조건을 구현할 수 있다. 연구진은 HeH⁺ 이온을 CSR 내부에 최대 60초간 저장하면서, 여기에 중성 중수소 원자 빔을 교차시켜 반응을 유도했다. 이 과정에서 HeH⁺가 중수소와 충돌해 중수소수소이온(HD⁺)과 중성 헬륨 원자가 형성되는 반응을 확인했다. 이는 기존에 예측됐던 수소이온(H₂⁺) 대신 중수소 반응을 활용함으로써, 유사 반응의 실험적 검증이 가능하게 한 방식이다. 특히 이번 실험은 충돌 에너지를 세밀하게 조절해 온도 변화에 따른 반응률을 측정할 수 있도록 설계됐다. 그 결과, 기존 이론이 예측한 것과 달리 저온에서의 반응 속도가 거의 일정하게 유지된다는 사실이 확인됐다. 기존 이론 뒤집은 실험 결과…우주 화학에 새 지평 MPIK의 물리학자인 홀거 크레켈(Holger Kreckel) 박사는 "기존에는 반응 온도가 낮아지면 HeH⁺의 반응률도 급격히 감소할 것으로 예측돼 왔다"며 "그러나 실험과 이를 뒷받침한 새로운 이론 계산 모두 이 같은 가설을 뒷받침하지 않았다"고 밝혔다. 이는 프랑스 오르세대학 이론물리학자 요한 스크리바노(Yohann Scribano) 박사팀의 후속 계산에서도 일관되게 확인됐다. 기존 연구에 사용된 반응 퍼텐셜(Potential Surface)에 오류가 있었음을 지적한 스크리바노 박사팀은 이를 수정한 새로운 계산을 통해 실험 결과와 정합되는 반응 경로를 도출했다. 이로써 HeH⁺와 수소(또는 중수소)의 충돌 반응이, 생각보다 훨씬 높은 빈도로 일어났을 가능성이 제기되며, 이는 초기 우주에서 H₂(분자 수소) 형성의 핵심 경로로 작용했을 수 있다는 가설에 힘을 싣는다. 별의 탄생을 이끈 단순한 분자 HeH⁺는 단순한 분자지만, 우주의 별 형성에 있어서는 복잡한 역할을 수행한다. 초기 우주는 별의 씨앗인 원시 성운들이 수축하며 온도가 올라가는 과정을 반복했는데, 이 과정에서 분자가 방출하는 복사에너지는 냉각을 유도하며 핵융합에 이르기까지의 임계 조건 형성에 기여했다. 수소 원자는 약 섭씨 1만도 이하에서는 효율적인 복사 냉각이 어려운 반면, HeH⁺는 그보다 낮은 온도에서도 분자 진동과 회전을 통해 효과적인 에너지 방출이 가능하다는 점에서 그 중요성이 재조명되고 있다. 우주 화학의 기원을 다시 쓰다 이번 실험은 '우주 화학의 시작'으로 불리는 초기 반응 경로를 실험적으로 재현하고, 그 반응 동역학을 정량적으로 규명한 첫 사례로 평가된다. HeH⁺는 2019년 허블우주망원경을 통해 행성상성운 NGC 7027(위 사진)에서 실제로 발견되며 천문학적으로도 그 존재가 확증된 바 있다. 이에 따라 실험적·이론적 데이터는 향후 우주 초기 분자 분포 모델과 별 형성 이론 정교화에 핵심 단서를 제공할 것으로 보인다. MPIK 연구진은 향후 다른 원시 분자들과의 반응성 실험도 확대해나갈 계획이며, 궁극적으로는 초기 우주의 분자적 진화 경로와 그에 따른 천체 형성 메커니즘을 체계화하는 데 기여할 것으로 기대된다. ◇ 참고 문헌: F. Grussie 외, “Experimental confirmation of barrierless reactions between HeH⁺ and deuterium atoms suggests a lower abundance of the first molecules at very high redshifts”, Astronomy & Astrophysics, 2025년 7월 24일. [DOI: 10.1051/0004-6361/202555316]
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(132)] 138억 년 전 우주의 첫 분자 반응, 독일 실험실서 재현
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[우주의 속삭임(131)] 달 토양에서 물과 산소, 연료까지⋯우주 생존 기술에 새 이정표
- 달 표면의 토양에서 물을 추출하고, 이를 이용해 우주인이 내뿜는 이산화탄소(CO₂)를 산소와 연료로 전환하는 차세대 기술이 개발됐다. 이 획기적인 기술은 향후 유인 달 탐사 및 장기 우주 거주 계획의 핵심 자립 수단으로 주목받고 있다고 사이테크데일리가 전했다. 홍콩중문대학(심천캠퍼스)의 루 왕(Lu Wang) 교수 연구팀은 7월 16일 국제 학술지 줄(Joule)에 발표한 논문을 통해, 태양광을 활용한 광열 반응 기반의 시스템을 통해 달 토양에서 물을 추출하고 이를 곧바로 연료 성분과 산소로 전환하는 통합 기술을 구현했다고 밝혔다. 이 기술은 물과 연료를 지구에서 운반해야 하는 기존 방식의 비용과 물류 부담을 크게 줄일 수 있는 잠재력을 지닌다. "달 토양이 가진 가능성, 예상을 뛰어넘었다" 루 교수는 "달 토양이 지닌 '마법' 같은 특성에 연구진 모두 놀랐다"며 "하나의 시스템 안에서 물 추출과 이산화탄소 촉매 반응이 동시에 이뤄지는 통합 기술이 개발되면서 에너지 효율은 물론 인프라 구축 비용까지 절감할 수 있게 됐다"고 설명했다. 이번 연구는 중국 창어(Chang’e) 5호 임무를 통해 확보된 실제 월면 토양 샘플과 모의 달 토양을 활용해 실험이 이뤄졌다. 연구진은 CO₂를 채운 반응기에 고집광 태양광 시스템을 연결해 태양 에너지를 열에너지로 전환시키고, 이를 통해 달 토양 내 일메나이트(ilmenite) 등 중금속 산화물로부터 물을 추출했다. 이와 동시에 CO₂를 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)로 분해해 연료 전구체로 전환하는 데도 성공했다. 이 기술은 우주인 호흡을 통해 발생하는 CO₂를 재활용하는 순환 시스템을 구현할 수 있어, 미래의 달 기지나 심우주 탐사선에서 생명 유지 및 추진체 생산의 핵심 기술로 적용 가능성이 기대된다. 물 한 갤런에 8만 달러…달 자원 활용이 경제성 해법 NASA와 유럽우주국(ESA) 등 각국 우주 기관은 오랜 기간 달을 기반으로 하는 ‘우주 탐사의 전진 기지’ 구상을 추진해왔다. 그러나 생명 유지에 필수적인 물과 산소, 연료 등을 지구에서 지속적으로 운반하는 데 따른 막대한 비용과 물류 복잡성이 가장 큰 걸림돌이었다. 연구에 따르면, 물 한 갤런(약 3.78리터)을 우주로 운반하는 데 드는 비용은 약 8만 3000달러(약 1억 1500만 원)에 달한다. 우주인 한 명이 하루에 평균 4갤런의 물을 필요로 한다는 점을 고려하면, 물류 문제는 단순한 비용의 문제가 아니라 생존 가능성 자체를 결정짓는 요소로 작용해왔다. 이 같은 현실을 반영해, 이번 연구는 자립적 생존 인프라 구축을 위한 자원 현지화(local resource utilization)의 가능성을 기술적으로 입증했다는 평가를 받고 있다. 현실적 과제도 여전…극한 환경, 불균일한 토양 성분 그러나 기술 상용화까지는 넘어야 할 난제도 적지 않다. 연구진은 달의 극심한 온도차, 고에너지 방사선, 중력 부족, 비균질적인 토양 성분 등 다양한 변수들이 실제 환경에서 시스템 작동을 어렵게 만들 수 있다고 지적했다. 또한, 우주인의 호흡만으로 발생하는 CO₂ 양은 전체 산소·연료 수요를 충족하기에는 한계가 있다는 점도 고려돼야 한다. 현재의 촉매 효율 역시 실험실 환경에서는 만족스러운 수준이지만, 장기간·대규모 운영이 필요한 실제 우주 거주 환경에서는 추가적인 기술 고도화가 필요하다는 것이 연구진의 판단이다. 연구진은 "지속가능한 월면 자원 활용과 우주 탐사를 실현하려면 기술적 한계와 개발·운영 비용을 동시에 극복해야 한다"며 국제적 협력과 장기적 투자의 중요성을 강조했다. 차세대 우주경제 기반 기술로 부상 이번 연구는 단순히 기술의 진보를 넘어, 향후 우주경제 구축에 있어 '월면 자원 자립형 생태계'라는 새로운 패러다임을 열 수 있다는 점에서 전략적 의미를 지닌다. 특히, 이산화탄소를 산소 및 연료로 전환하는 기술은 장기적으로 화성 탐사와 같은 심우주 미션에서도 응용 가능성이 높다. 해당 연구는 중국 국가중점 R&D계획, 국가자연과학기금, 광둥성 과학기술혁신기금, 심천시 기초과학재단 등 다수의 국가·지자체 자금을 지원받아 수행됐다. 이는 국가 차원에서의 전략적 우주기술 투자와 연계된 프로젝트라는 점에서 향후 연구 개발의 지속성과 확장성도 주목된다. 지금까지 달은 인류의 도달 목표였다면, 이제는 자립적 생존과 지속가능한 탐사의 시험대가 되고 있다. 이번 연구는 '우주 속의 지구화'를 위한 기술적 초석을 마련하는 의미 있는 진전으로 평가받는다.
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[우주의 속삭임(131)] 달 토양에서 물과 산소, 연료까지⋯우주 생존 기술에 새 이정표
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[기후의 역습(156)] 남극 최대 빙하 균열 가속⋯'스웨이츠 붕괴' 현실화되나
- 세계에서 가장 넓은 빙하로 꼽히는 남극 대륙의 '스웨이츠(Thwaites) 빙하'가 붕괴 임계점에 근접하며 지구 해수면 상승 우려가 다시 고조되고 있다. 미국 펜실베이니아주립대 등 국제 공동연구팀은 NASA 위성 자료를 기반으로 빙붕의 균열을 정밀 추적한 결과, 스웨이츠 빙하의 동쪽 빙붕에서 급속한 균열 확산이 진행 중이며, 빙하의 구조적 안정성이 무너지고 있다고 경고했다고 어스닷컴이 보도했다. 스웨이츠 빙하는 길이 120km(약 80마일)에 달하며, 서남극 해안에서 바다를 향해 거대한 빙붕을 형성하고 있다. 이 빙붕은 해수면에 떠 있지만 육지에 고정되어 있으며, 일종의 '방어벽' 역할을 하며 빙하 전체의 붕괴를 막고 있다. 그러나 이 빙붕이 무너지면 후방의 거대한 빙하가 바다로 유입되며, 전 지구적으로 해수면을 수 미터 상승시킬 수 있다는 것이 과학계의 분석이다. 이번 연구는 2018년부터 2024년까지 NASA의 고정밀 위성 ICESat-2가 수집한 데이터를 기반으로 진행됐다. 연구진은 새로운 알고리즘을 적용해 수직 방향의 빙붕 균열을 고해상도로 시각화하고, 균열의 깊이·위치·형태 등을 3차원으로 분석하는 모델을 개발했다. 논문 공동저자인 슈지에 왕(Sujie Wang) 펜실베이니아주립대 교수는 "빙붕의 균열은 단순한 이론 모델로 설명하기엔 복잡도가 높으며, 실제 관측 데이터에 기반한 분석이 절실하다"고 밝혔다. 연구진은 기존 이론이 놓쳤던 미세한 균열의 형성과 진화를 추적함으로써, 붕괴 징후를 조기에 포착할 수 있는 '사전 경보 시스템' 구축에 진전을 이뤘다고 설명했다. 연구 결과, 스웨이츠 빙붕 동쪽 구간에서 균열이 더 빠르게 진행 중인 반면, 서쪽 구간은 상대적으로 안정적인 것으로 나타났다. 이에 대해 연구팀은 겨울철 이상 고온, 해빙 감소, 해류 변화 등이 영향을 미쳤을 가능성을 제기했지만, 정확한 원인 분석은 향후 추가 연구가 필요하다고 덧붙였다. 균열이 확산되면 얼음의 흐름이 빨라지고, 그로 인해 더 많은 균열이 발생하는 '피드백 루프'가 형성된다. 연구진은 이러한 자기 강화적 불안정성 메커니즘이 빙붕 붕괴를 가속화할 수 있다고 우려했다. 공동저자인 리처드 앨리(Richard Alley) 교수는 "한 번 무너진 빙붕이 다시 자라나는 사례는 없었다"며 "이번 연구는 붕괴 시점을 더 정밀하게 예측할 수 있는 기반을 제공했다"고 말했다. 이번 연구는 2002년 붕괴된 라르센B 빙붕의 사례에서 영감을 받아 진행된 후속 프로젝트다. 당시 라르센B 빙붕은 수년간 누적된 온난화 영향 끝에 단 5주 만에 3200㎢ 규모가 완전히 붕괴됐다. 당시에는 예측 모델이 붕괴 전조를 포착하지 못했지만, 이번 연구는 그러한 한계를 극복하기 위한 새로운 관측 기반 분석법을 제시했다. 연구팀은 또한 향후 남극 전체 빙붕에 대한 분석을 확장하고 있다. 논문 공동저자이자 박사과정 연구원인 황 정루이(Zhengrui Huang)는 위성 자료를 기반으로 40개 이상의 남극 빙붕에서 균열 위치·깊이·형태를 3D로 수집한 데이터베이스를 구축했다. 이 자료는 향후 극지방 빙붕 역학을 연구하는 전 세계 연구자들에게 핵심 관측 자원으로 활용될 예정이다. 황 연구원은 "이번 데이터셋은 남극 빙붕 붕괴 예측을 위한 관측 기반 모델의 정교화에 중요한 역할을 할 것"이라며 "향후 기후 변화에 따른 남극 빙하의 반응을 과학적으로 규명하는 데 기여하길 바란다"고 말했다. 연구진은 향후 계절 기후 변화, 하천 유입, 관광 활동, 해류 모델링 등을 연계해 빙붕 균열의 전개 과정을 정밀 분석할 계획이다. 이번 연구 결과는 국제 지구환경학술지(International Journal of Remote Sensing)에 게재됐다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(156)] 남극 최대 빙하 균열 가속⋯'스웨이츠 붕괴' 현실화되나
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[퓨처 Eyes(93)] 78만 년의 침묵을 깬 지구 자기장 역전의 '소리'⋯혼돈의 교향곡 재현됐다
- 독일 헬름홀츠 지구과학 연구센터(GFZ) 연구팀이 약 78만 년 전 발생한 지구의 거대한 격변, '마투야마-브룬헤스(Matuyama-Brunhes) 자기장 역전' 현상을 소리로 재현했다. 2024년 약 4만 1000년 전의 '라샴프 사건(Laschamps event)'으로 알려진 자기장 변화를 음향으로 복원하는 연구에 참여했던 과학자들이, 이번에는 훨씬 더 오래된 시대의 지질 데이터를 섬뜩한 청각 경험으로 되살려 학계의 주목을 받았다. 나침반이 언제나 지리적 북극을 가리킬 것이라 생각할 수 있지만, 실제로 지자기 북극과 지리 북극은 항상 일치하지 않는다. 일시적인 자기장 역전 현상은 물론, 태양의 자기장 변화처럼 지구 자기장도 수만 년에 걸쳐 극이 뒤바뀌는 역전 현상을 겪을 수 있다. 예를 들어 '마투야마-브룬헤스 역전' 당시에는 지자기 북극이 적도의 남쪽까지 이동했을 가능성이 제기된다. 이번 연구는 GFZ의 지구물리학자인 사냐 파노프스카와 아흐메드 나세르 마흐굽이 주도했다. 연구팀은 전 세계 시추 코어 퇴적물에 남은 고대 자기 데이터를 바탕으로 당시 지구 자기장 모델을 구축했다. 이후 막시밀리안 아르투스 샤너가 데이터를 시각화했고, 클라우스 닐센과 샤너가 음향화 작업을 맡아 소리를 완성했다. 땅속 액체 금속이 만든 '지구 방패막' 지구 자기장은 행성 중심부의 핵, 그중에서도 액체 상태인 외핵에서 소용돌이치는 초고온의 쇠와 니켈이 만들어낸다. 나침반에 의존하지 않고 항해할 수 있는 환경이라면 자기장의 변화가 큰 문제가 되지 않을 수도 있다. 하지만 지구의 거대한 자기장은 단순한 방향 표시 기능을 넘어, 우주로 수십에서 수백 킬로미터까지 뻗어 나가 지구를 둘러싼 자기권을 형성해 태양에서 쏟아지는 강력한 태양풍과 같은 고에너지 입자들로부터 지표를 보호하는 거대한 보호막 역할을 한다. 동시에 이 자기장은 극지방의 오로라를 만들어내는 장관의 원천이기도 하다. 그러나 이러한 지구 자기장은 생각보다 고정되어 있지 않다. 일예로 지난해 12월 자기북극의 위치가 업데이트 되기도 했다. 미국 항공우주국(나사·NASA)은 "지난 200년 동안 지구 자기장은 평균적으로 약 9% 약화된 것으로 알려져 있다"고 밝혔다. 다만, 고지자기(古地磁氣) 연구에 따르면 현재의 자기장은 지난 10만 년 동안 가장 강한 수준이며, 백만 년 평균보다도 두 배 가까이 강력하다는 분석도 있다. 1831년, 영국 해군 장교이자 극지 탐험가인 제임스 클라크 로스가 자기 북극의 정확한 위치를 처음으로 측정한 이후, 자기 북극은 북서쪽 방향으로 약 1,100km(600마일) 이상 이동했다. 이 이동 속도는 과거 연간 약 16km(10마일)에서 현재는 연간 약 55km(34마일)로 빨라지고 있다. 지자기 극은 수백 년에서 수천 년에 걸쳐 무작위로 뒤바뀔 수 있으며, 그 간격은 1만 년에서 최대 5000만 년 이상에 이른다. 앞서 언급했듯이 약 4만 1000년 전에는 '라샴프 사건(Laschamps event)'으로 알려진 일시적인 자기장 역전이 발생했다. 데이터가 보여주는 자기 역전 과정은 단순한 극의 이동이 아니다. 지구의 남북 자극은 깔끔하게 자리를 바꾸는 대신, 마치 술에 취한 듯 비틀거리며 여러 개의 자극으로 쪼개졌다가 불안정하게 합쳐지는 혼란스러운 과정을 느리게 반복한다. 연구팀이 재현한 소리는 처음에는 평온하지만, 이내 '불협화음의 혼돈'으로 돌변해 당시의 격변을 생생하게 들려준다. 마지막으로 지속된 자기극 역전은 약 78만 년 전에 발생했으며, 이 역전의 증거를 처음 발견한 지구물리학자들의 이름을 따서 '마투야마-부룬헤스 자기장 역전'이라고 명명됐다. 라샴프 사건은 지질학적 시간 척도에서 단기간 지속된 반면, 마투야마-브룬헤스 역전은 더 긴 시간 척도에서 발생한 것으로 여겨진다. 마투야마-브룬헤스 역전이 정확히 얼마나 지속되었는지는 아직 과학적 논쟁의 여지가 있으며, 더 높은 추정치는 역전이 2만 2000년 동안 지속되었음을 시사한다. 이 역전의 증거는 전 세계적으로 찾아볼 수 있으며, 주로 퇴적물 기록의 자기장선을 통해 확인할 수 있다. 빙하와 용암에 새겨진 78만 년의 흔적 자기장이 약해지면 더 많은 우주 방사선이 대기로 들어오는데, 이때 특정 물질(베릴륨-10 동위원소)이 평소보다 많이 만들어진다. 이 물질은 눈과 함께 쌓여 빙하 속에 그대로 기록된다. 유럽우주국(ESA)은 성명을 통해 "독일 포츠담에 있는 헬름홀츠 지구과학 센터(GFZ)의 연구진은 전 세계의 굴착 코어에서 채취한 퇴적물에서 추론한 고지자기 데이터를 바탕으로 역전 전, 역전 중, 역전 후의 자기장에 대한 글로벌 모델을 구축했다"고 설명했다. 연구팀은 남극이나 그린란드의 빙하를 깊게 파내어 (빙하 코어) 각 시대별 얼음층에 남은 베릴륨-10의 양을 분석해, 과거 자기장의 세기를 역으로 알아낸 것이다. 또한, 화산 폭발 시 용암이 굳는 과정에서 남겨진 자기 흔적을 통해서도 당시의 기록을 확인할 수 있다. 인류 조상도 겪은 2만 2천 년의 대격변 우리 조상인 호모 에렉투스(Homo erectus)는 이 기나긴 격변의 시기를 직접 겪었다. 과학자들은 자기 역전이 최대 2만 2000년까지 이어졌을 것으로 추정하지만, 이 기간에 대해서는 여전히 학계의 논쟁이 남아있다. 일부 연구에서는 자기장의 급격한 변화가 지구 생명체의 대멸종이나 기후 변화와 연관이 있다고 보기도 한다. 하지만 당시 인류에 관한 기록이 매우 드물어 구체적인 영향은 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 자기 역전 다시 올까?…미래 예측과 현대 기술의 과제 지질학에서 마투야마-브룬헤스 역전은 '중기 플라이스토세(Middle Pleistocene)'라는 지질 시대의 시작을 알리는 중요한 기준점이다. 만약 현대 사회에서 이 정도 규모의 자기 역전이 다시 일어난다면 전력망, 통신, GPS 위성 항법 같은 현대 사회의 핵심 기반 시설에 심각한 장애를 일으킬 수 있다. 최근 남대서양에서 나타난 자기장 이상 현상 탓에 일시적인 불안감이 커지기도 했으나, 전문가들은 지구가 곧 자기장 역전을 겪을 징후는 없다고 분석했다. 1830년대 이후 자기장 세기가 약 10% 줄어든 것은 사실이지만, 미국 지질조사국(USGS) 역시 자기장 세기 감소가 반드시 극성 역전의 전조는 아니라고 설명한다. 오히려 자기장 세기는 자연스럽게 오르내릴 수 있으며, 앞으로 다시 강해질 수도 있다. 연구를 이끈 헬름홀츠 지구과학 연구센터의 사냐 파노프스카 연구원은 "이처럼 큰 사건을 이해하는 일은 앞으로의 우주 기후 예측, 환경 영향 평가, 지구 체계의 장기 변화를 파악하는 데 필수적"이라고 강조했다. 78만 년 전의 자기장 역전은 단순한 극의 교체가 아닌 수만 년에 걸친 혼돈의 시기였다. 그 정확한 영향은 아직 알 수 없지만, 인류와 지구 생명체 진화에 중요한 배경이 된 것은 분명하다. 소리로 되살린 이 사건은 현대 인류 출현의 무대를 마련한, 잊히지 않는 노래와 같다.
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[퓨처 Eyes(93)] 78만 년의 침묵을 깬 지구 자기장 역전의 '소리'⋯혼돈의 교향곡 재현됐다
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[우주의 속삭임(129)]NASA, '미스터리 슈퍼지구' 발견⋯154광년 거리서 주기적 섬광
- 주기적인 섬광으로 신호를 보내는 '미스터리 슈퍼지구'가 발견됐다. 미국 항공우주국(NASA)이 지구에서 약 154광년 떨어진 외계 행성 'TOI-1846 b'를 새롭게 확인했다고 데일리 메일, 어스닷컴 등 다수 외신이 14일(현지시간) 보도했다. 이 행성은 지구보다 약 두 배 크고 네 배 무거운 '슈퍼지구'로, 특이한 점은 해당 천체가 주기적으로 정체불명의 신호에 해당하는 광도 변화를 보이고 있다는 점이다. NASA는 지난 2018년 발사한 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite) 우주망원경을 통해 이 같은 현상을 포착했으며, 이후 지상 관측소와의 추가 합동 분석을 통해 2025년 3월 TOI-1846 b의 존재를 확정했다. 해당 행성은 작고 서늘한 적색왜성 주위를 불과 4일마다 1회 공전하며, 이 과정에서 별빛이 반복적으로 감소하는 신호가 발생해 과학자들의 주목을 받았다. '적색 왜성'은 태양의 크기와 질량의 약 40%이며, 약 1800℃(6000℉)의 뜨거운 빛을 내기때문에 생명체 거주 가능 영역이 태양보다 훨씬 가깝다. 또한 적색 왜성은 우리 은하 별의 약 75%를 차지하며, 그 중 다수는 지구 근처에 위치한다. 이번 발견의 주저자인 모로코 우카이메덴 천문대의 압데라흐만 수브키우 연구원은 "TESS 관측 자료뿐 아니라 다중 색상의 지상 광학 자료, 고해상도 영상 및 분광 관측을 활용해 행성의 존재를 검증했다"고 밝혔다. 해당 연구는 미국 코넬대학교에서 운영하는 무료 논문 저장 사이트 '아카이브(arXiv)'에 게재됐다. TOI-1846 b는 '반지름 간극(radius gap)'으로 불리는 희귀한 분류에 속한다. TOI-1846 b 표면 온도는 섭씨 약 316℃(약 600℉)로 추정되지만, 고체 핵과 얼음층, 얕은 바다나 얇은 대기를 가질 가능성도 제기되고 있다. 다시 말하면, '반지름 간극(radius gap)'은 외계 행성 연구 분야에서 사용되는 용어로, 행성의 반지름 분포에서 특정 크기대의 행성이 거의 발견되지 않는 현상을 의미한다. 구체적으로는 지구형 암석 행성(반지름 약 1~1.5배 지구 크기)과 해왕성형 가스 행성(반지름 약 2~4배 지구 크기) 사이에 행성 발견 수가 급감하는 구간이 존재하며, 이 간격을 '반지름 간극'이라고 한다. 이 용어는 외계 행성의 형성과 진화를 이해하는 데 핵심적인 개념으로, 최근 행성 대기의 존재 유무와 생명체 거주 가능성 분석에서도 매우 중요한 연구 대상이다. 관측에 따르면 이 행성은 항성에 대해 조석 고정(tidally locked) 상태일 가능성이 높다. 즉, 한 면은 항성을 계속 향하고 다른 면은 영구적인 어둠에 놓이게 되며, 이러한 극단적인 온도차는 물이 냉각 지역에 포획되는 조건을 만들어낼 수도 있다. 또한 이 행성을 불과 4일 만에 항성을 공전하며, 수성이 우리 태양에 머무르는 거리보다 태양에 훨씬 더 가까이 머물러 있다. NASA는 향후 제임스 웹 우주망원경(JWST)을 통해 TOI-1846 b의 대기 구성 성분을 분석할 계획이다. 적외선 관측을 통해 수증기, 메탄, 이산화탄소 등 생명 가능성과 관련된 기체를 탐지할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이와 함께 하와이 제미니 천문대의 MAROON-X 등 지상 기반 고감도 장비도 별의 미세한 요동을 측정해 질량을 정밀 검증하고, 추가 행성 존재 가능성까지 조사하고 있다. 실제로 TOI-1846 b의 궤도에서 포착된 미세한 움직임은, 이 행성 이외에도 다른 행성이 더 있을 가능성을 시사한다. 아직 확인되지는 않았지만, 보다 바깥쪽의 보다 서늘한 '생명체 거주가능 영역'에 또 다른 행성이 존재할 수 있다는 전망도 제기된다. 이번 발견은 최근 보고된 또 다른 슈퍼지구 'TOI-715 b'와 더불어, 항성의 복사선에 의해 대기를 잃는 행성과 그렇지 않은 행성 간의 진화 차이를 이해하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 특히 우리 은하 내 별의 약 75%를 차지하는 적색왜성 주변의 행성들을 분석함으로써, 은하계 내 숨겨진 '거주 가능 세계'의 수를 예측하는 데 핵심적 역할을 할 것으로 보인다. TOI-1846 b의 발견은 인간이 우주에서 생명체가 살 수 있는 또 다른 터전을 찾는 여정에 의미 있는 진전을 더한 사례로 평가된다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(129)]NASA, '미스터리 슈퍼지구' 발견⋯154광년 거리서 주기적 섬광
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[우주의 속삭임(127)] NASA, 태양 대기에서 '헬리시티 장벽' 첫 발견
- 미국 항공우주국(NASA)의 태양탐사선 '파커 솔라 프로브(Parker Solar Probe)'가 태양 외곽 대기인 코로나(corona)에서 '헬리시티 장벽(helicity barrier)'으로 불리는 새로운 물리적 구조의 증거를 포착했다. 이는 1939년 이후 물리학계가 85년 동안 풀지 못했던 태양 대기 고온 현상, 이른바 '코로나 가열 문제(coronal heating problem)'의 해명을 향한 중대한 진전을 의미한다고 과학 전문매체 IFL사이언스가 지난 10일(현지시간) 보도했다. 태양탐사선 파커 솔라 프로브는 2018년 발사돼 지금까지 24차례에 걸쳐 태양에 근접 비행을 수행했으며, 지난 6월에는 인류가 제작한 물체 중 최고 속도인 시속 69만2000km(430,000마일)를 기록하며 태양 대기 깊숙이 접근했다. 이 탐사선은 태양의 대기 구조, 태양풍 가속 원인, 플라스마 거동 등 태양물리학의 핵심 난제를 규명하기 위한 목적으로 운용되고 있다. 태양은 중심부에서 수소를 헬륨으로 융합시키며 약 1,500만℃의 온도를 발산하지만, 외부 대기인 코로나는 표면 온도(약 5,500℃)보다 훨씬 높은 200만℃ 이상으로 측정된다. 고온의 중심에서 멀어질수록 오히려 온도가 높아지는 이 현상은 기존 열역학 법칙으로 설명하기 어렵다는 점에서 오랫동안 과학자들의 의문을 자아냈다. 기존 이론은 코로나 내 난류 또는 이온 사이클로트론 파(ion cyclotron wave) 같은 자기파에 의한 에너지 전달을 가열 원인으로 제시해왔지만, 각 이론은 전자와 이온의 온도 차이 또는 파의 생성량 부족 등 결정적인 설명력을 확보하지 못했다. 이번 연구에서 제안된 '헬리시티 장벽' 이론은 이러한 기존 가설들의 결점을 상호 보완해주는 개념이다. 연구진은 이를 물이 산을 따라 흐르다 댐에 가로막혀 에너지가 특정 방식으로 전환되는 현상에 비유했다. 즉, 헬리시티 장벽은 전자의 직접 가열을 차단하고 에너지를 이온 사이클로트론 파로 우회시켜 이온 가열을 유도하는 작용을 한다는 것이다. 논문 공동저자인 로망 메이랑 박사(영국 퀸메리 런던대)는 "헬리시티 장벽이 존재하면 난류 소산 구조가 변화하며, 플라스마 가열 방식 자체가 달라진다"고 설명했다. 연구진은 파커 탐사선이 수집한 태양풍 자기장 데이터를 바탕으로, 열에너지 대비 자기에너지가 높은 조건에서 장벽 형성이 가능함을 이론적으로 예측하고, 실제로 해당 조건에서 자기장 요동이 예측대로 변화함을 관측했다. 이 조건은 태양 근접 환경에서 자주 나타나는 것으로 확인됐다. 논문은 '피지컬 리뷰 X(Physical Review X)' 최신호에 게재됐으며, 논문 저자이자 퀸메리 런던대 우주플라스마물리학 리더인 크리스토퍼 첸 박사는 "이번 연구는 난류 소산의 근본 물리와 태양풍 가속 메커니즘에 대한 이해를 확장시켰으며, 향후 우주 기상(space weather) 예측의 정밀도를 높이는 데에도 기여할 것"이라고 평가했다. 연구진은 이번 결과가 우리 태양뿐 아니라, 자기적 구조와 고온 플라스마가 공존하는 외부 우주 환경에서도 유사하게 적용될 수 있다고 밝혔다. 제1저자인 잭 맥킨타이어 박사과정 연구원은 "헬리시티 장벽 개념은 코로나 내 수소 이온이 전자보다 항상 뜨거운 이유를 설명하며, 우주 플라스마의 보편적 난류 특성 이해에 중요한 시사점을 제공한다"고 덧붙였다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(127)] NASA, 태양 대기에서 '헬리시티 장벽' 첫 발견
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[우주의 속삭임(124)] NASA 화성 탐사 로버, '거미줄'처럼 얽힌 광물 구조물 첫 근접 촬영 성공
- 미국 항공우주국(나사·NASA)의 화성 탐사 로버 '큐리오시티(Curiosity)'가 화성 지표에서 '거미줄'처럼 얽힌 광물질 암석 구조물의 첫 근접 사진을 촬영했다. 과학자들은 이 구조물이 화성의 고대 수환경과 과거 생명체 존재 가능성을 밝히는 단서가 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이번에 촬영된 구조물은 '박스워크(Boxwork)'라 불리며, 광물질이 교차하며 형성한 지그재그 형태의 능선이다. NASA는 해당 구조물이 고대 지하수가 암석 틈을 따라 흐르면서 남긴 광물 침전물이 굳어 형성된 것으로 보고 있다. 이후 수억 년에 걸친 강한 화성 바람에 의해 주변 암석은 침식됐지만, 상대적으로 단단한 광물질 능선은 남아 현재와 같은 형태가 드러난 것으로 분석된다. 이러한 박스워크는 지구에서도 동굴 내에서 드물게 관찰되는 지질 구조로, 종유석이나 석순과 유사한 방식으로 생성된다. 다만 화성에서는 그 규모가 훨씬 크며, 위성 관측 기준으로 최대 20km에 달하는 영역에 걸쳐 분포한다. 큐리오시티 로버는 현재 게일 크레이터 중심부에 위치한 해발 5.5km 높이의 샤프산(Mount Sharp) 사면에서 이 박스워크 지대를 탐사 중이다. 해당 지역은 산 전체에서도 유일하게 이 구조물이 분포하는 지역으로, NASA는 이를 과학적으로 중요한 목표 지역으로 삼아 2024년 11월부터 접근을 시작했고 2025년 6월 초 본격적인 관측에 돌입했다. NASA는 2025년 6월 23일, 박스워크 지형의 근접 사진을 공개하고, 탐사 지역을 3D로 확인할 수 있는 인터랙티브 영상을 유튜브를 통해 배포했다. 큐리오시티는 이 구조물 주변 암석을 시추하고 시료 분석을 수행한 결과, 칼슘 황산염(calcium sulfate) 광물질이 다수 포함되어 있는 것으로 나타났다. 이 광물은 지하수를 통해 형성되는 염성(鹽性) 광물로, 이번 발견은 이전까지 샤프산 고지대에서는 확인되지 않았던 것이라 과학자들은 이를 "매우 놀라운 결과"라고 평가하고 있다. 이번 구조물은 앞서 '화성의 거미(Spiders on Mars)'라 불리던 이산화탄소 얼음이 만든 지형과는 전혀 다른 것이다. NASA 측은 혼동을 방지하기 위해 별도로 구분하고 있다고 설명했다. 연구진은 박스워크의 상세 분석을 통해 화성이 과거 물이 풍부했던 시기, 즉 해수와 지하수가 존재하던 시기의 지질 환경을 복원하고, 최근 발견된 화성 지각 아래 거대한 지하 바다와의 관련성도 탐색할 계획이다. 특히 큐리오시티 미션 과학자인 커스틴 시백(Rice University)은 "이러한 광물질 능선은 염분을 포함한 액체 지하수가 흐르던 환경에서 지하에서 형성된 것"이라며 "이러한 조건은 초기 지구에서도 미생물이 생존할 수 있었던 환경과 유사하다"고 설명했다. 그는 "이 지역은 화성의 생명체 존재 여부에 대한 오랜 논쟁에 실마리를 제공할 수 있는 중요한 탐사 지점"이라고 강조했다. 큐리오시티는 2012년 화성 게일 크레이터에 착륙해 현재까지 13년째 활동 중이다. NASA는 향후에도 해당 지형을 추가 분석해 화성의 기후 변화, 수분 존재 여부, 생명체 흔적 가능성 등을 종합적으로 검토할 예정이다.
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[우주의 속삭임(124)] NASA 화성 탐사 로버, '거미줄'처럼 얽힌 광물 구조물 첫 근접 촬영 성공
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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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- 포커스온
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[우주의 속삭임(122)] 달 표면서 발견된 유리구슬, 고대 화산 분출로 형성된 '우주의 타임캡슐'
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[우주의 속삭임(121)] 태양 남극 첫 관측⋯자기장 반전 단서 포착
- 유럽우주국(ESA)이 태양의 남극을 촬영한 사상 최초의 이미지를 공개했다. 이 이미지들은 태양이 자연 주기의 가장 활발한 국면인 '태양 극대기'로 진입하는 시점에서, 그간 관측이 불가능했던 태양 남극의 자기 활동을 생생히 보여주며 태양 과학의 새로운 지평을 열고 있다. 이번 이미지는 유럽우주국(ESA)과 미국 항공우주국(NASA)이 공동 운영하는 '솔라 오비터(Solar Orbiter)' 탐사선이 촬영했다고 ESA가 밝혔다. 이 탐사선은 지구 궤도와 다른 고위도 경로를 따라 비행하며, 지난 3월 말 태양 적도에서 약 15~17도 아래 위치한 지점에서 남극의 스냅샷을 직접 포착했다. 태양의 극지대는 지금껏 어떤 관측 장비도 직접적으로 담아낸 적이 없는 '우주 과학의 미지의 땅'이었다. 12일(현지시간) USA 투데이에 따르면 그동안 우리가 본 태양 이미지는 모두 적도 부근에서 찍은 것이다. 지구는 태양계의 모든 행성과 마찬가지로 황도라고 알려진 하늘의 평평한 원반 모양의 평면을 가로지르는 선을 따라 태양 궤도를 돌기 때문이다. 그러나, 솔라 오비터는 2025년 2월 금성을 가까이 지나면서 중력이 증가해 우주선에 궤도면을 벗어나 더 높은 각도로 태양을 볼 수 있게 되면서 '태양 남극 포착'이라는 역사적인 스냅샷을 촬영했다. 카롤 먼델 ESA 과학국장은 "태양은 생명의 원천이자, 동시에 현대 사회의 우주 및 지상 전력 시스템을 위협할 수 있는 존재"라며, "태양의 작동 원리를 이해하고 행동을 예측하는 것이 필수적"이라고 강조했다. 이어 "솔라 오비터의 이번 성과는 태양 연구의 새로운 시대를 여는 출발점"이라고 평가했다. 이번에 포착된 태양 남극은 자기장 북극과 남극 성분이 뒤섞인 혼란스러운 상태를 보였다. 이는 태양활동이 절정에 이르는 '극대기' 국면에 나타나는 특징으로, 자기장이 곧 반전되어 남극이 북극으로 전환되는 시점을 예고하는 현상으로 풀이된다. 태양은 약 11년을 주기로 활동성을 바꾸며, 조용한 '극소기'와 폭발적인 플레어와 폭풍이 빈번한 '극대기'를 오간다. ESA에 따르면, 극대기 동안에는 양 극의 자기장이 서로 뒤바뀌고, 이후 단일 성향의 자기장이 서서히 축적되며 극소기로 향한다. 그러나 이러한 극점 변화의 정교한 메커니즘은 아직 완전히 밝혀지지 않았으며, 솔라 오비터는 이를 실시간으로 추적하고 분석할 수 있는 첫 기회를 제공하고 있다. 막스플랑크 태양계연구소의 소장인 사미 솔란키 박사는 "솔라 오비터는 극점 자기장 형성 과정을 유례없는 관측각에서 추적할 수 있는 최적의 시점에 도달했다"고 밝혔다. 태양 극지를 향한 솔라 오비터의 접근은 단순한 우연이 아니다. 이 탐사선은 금성을 수차례 근접 비행하며 궤도를 점차 기울여 지구와 다른 경사각에서 태양을 바라보도록 설계되었다. 기존의 태양 관측은 모두 지구와 비슷한 적도면을 따라 회전하는 궤도에서만 이뤄졌기 때문에, 극지 관측은 사실상 불가능했다. 솔라 오비터는 2020년 2월에 발사되어 현재까지 고위도에서 태양을 정밀 추적하고 있으며, 향후 몇 년간 궤도 기울기를 더 확대해 더욱 많은 극지 이미지를 확보할 계획이다. ESA의 태양탐사 책임자인 다니엘 뮐러 박사는 "이 데이터들은 태양 자기장과 태양풍, 태양 활동 전반에 대한 인류의 이해를 근본적으로 바꾸게 될 것"이라며 "최고의 장면은 아직 오지 않았다"고 기대를 전했다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(121)] 태양 남극 첫 관측⋯자기장 반전 단서 포착
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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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[우주의 속삭임(120)] 100년 된 수수께끼, 은하계 '우주선' 기원에 한 발 더 다가서다
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[글로벌 핫이슈] 트럼프와 머스크 '브로맨스' 결국 파국⋯트럼프 감세법안 두고 공개 충돌
- 도널드 트럼프 미국 대통령과 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO) 간의 갈등이 심화되고 있다. 양측은 트럼프 행정부의 핵심 과제 중 하나인 공화당 세제 개편안, 특히 전기차 세액공제 축소 문제를 두고 공개적으로 설전을 벌였다. 트럼프 대통령은 5일(현지시간) 백악관에서 열린 독일 메르츠 총리와의 회담 중 기자들에게 "머스크에게 실망했다"며 "그가 세제 개편안에 반대한 것은 (세제 개편안에서) 전기차 세액공제를 줄였기 때문"이라고 말했다. 이에 머스크는 대통령의 발언이 전해지는 와중 실시간으로 소셜네트워크서비스(SNS) X(엑스)에 에 반박글을 올렸다. 머스크는 트럼프 대통령이 자신을 비판한 데 대해 "정말 배은망덕하다"며 "내가 없었다면 트럼프는 대선에서 졌을 것이고 민주당이 하원을 장악했을 것이며 상원도 51대 49로 공화당이 패배했을 것"이라고 강하게 반발했다. 머스크는 또 "나는 세액공제를 줄이는 것 자체는 괜찮다"면서도 "문제는 법안에 포함된 '역겨운 특혜조항(pork)' 덩어리"라며 감세안 전체에 반대하는 배경을 설명했다. 이에 앞서 트럼프 행정부는 '크고 아름다운 하나의 법(Big Beautiful Bill)'이라 불리는 세제 개편안을 추진 중이다. 이 법안은 테슬라 등 일부 전기차 모델에 적용되던 최대 7500달러의 세액공제를 2025년 말 종료하는 내용을 담고 있다. 이 법안은 현재로선 2032년까지 유지된다. JP모간에 따르면 이는 테슬라의 연간 순익에 약 12억 달러의 손실을 초래할 수 있다. 트럼프 대통령은 "머스크는 이 법안의 내막을 누구보다 잘 아는 인물인데 갑자기 입장을 바꿨다"며 "전기차 관련 의무조항이 줄어든다는 사실을 알고 나서 태도를 바꿨다"고 주장했다. 이에 대해 머스크는 "해당 법안은 나에게 단 한 차례도 보여지지 않았다"며 "의회조차 제대로 읽지 못한 채 한밤중에 졸속 통과됐다"고 반박했다. 트럼프 대통령은 이날 머스크가 추천한 미 항공우주국(NASA) 국장 후보로 거론된 제러드 아이잭먼에 대해서도 "민주당 지지 이력이 있어 적절치 않다고 판단해 거절했다"고 밝혔다. 아이잭먼은 머스크와 가까운 사업가다. 불과 일주일 전만 해도 트럼프 대통령은 머스크를 백악관으로 초청해 그간의 공로를 치하하는 자리를 마련했다. 머스크의 반발 이후 테슬라 주가는 14%대나 급락했다.
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[글로벌 핫이슈] 트럼프와 머스크 '브로맨스' 결국 파국⋯트럼프 감세법안 두고 공개 충돌
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[신소재 신기술(178)] 핵추진 기술, 심우주 탐사의 새로운 문을 열다
- 태양계 외곽과 심우주 탐사를 위한 '핵분열 기반 전기추진(nuclear electric propulsion)' 기술이 우주항행의 새로운 전기를 예고하고 있다. 1950년대 처음 개념이 제안된 이 기술은 최근 화성 너머로 탐사영역을 확장하려는 인류의 흐름과 맞물려 다시금 주목받고 있다고 과학전문 매체 인터레스팅엔지니어링이 3일(현지시간) 보도했다. 인도 방갈로르에 본사를 둔 두 민간 우주기업 최고경영자들은 '제56회 달·행성과학 콘퍼런스(LPSC 2025)'에서 핵열 전기추진 기술의 가능성과 한계를 다룬 공동연구를 발표했다. 연구팀은 화학추진과 태양광 기반 시스템이 장기 심우주 탐사에는 한계가 있다고 지적하며, 핵분열 기반 전기추진 기술이 이러한 제약을 돌파할 열쇠가 될 수 있다고 강조했다. 인도 민간 우주항공 기업 액셀러론 에어로스페이스(Acceleron Aerospace) 말라야 쿠마르 비스왈 최고경영자(CEO)과 그라하 스페이스(Grahaa Space) 라메시 쿠마르(CEO)는 "핵분열 추진은 높은 에너지 밀도와 태양광에 의존하지 않는 자립적 전력공급이 가능해, 수십 년간 안정적인 탐사 운용이 가능하다"고 밝혔다. 이들은 기존 추진체 대비 핵분열 추진의 주요 장점으로 △ 추진력과 생명 유지 장치 구동을 위한 안정적 전력 제공 △ 탐사 시간 단축 △ 대형 탑재체 수송 가능성 등을 꼽았다. 미 항공우주국(나사·NASA)에 따르면 핵 추진은 화학 로켓보다 추진제 효율이 더 높다. 화성으로의 유인 및 화물 임무와 태양계 외곽으로의 과학 임무에 활용될 수 있는 잠재적 기술로, 많은 경우 더 빠르고 강력한 임무를 수행할 수 있다. 핵추진 시스템은 특히 태양빛이 닿지 않는 그림자 지형이나 태양계 외곽과 같은 저광량 환경에서도 운용이 가능하다는 점에서 활용성이 높다. 이번 연구는 핵추진의 장점 외에도 방사선 차폐, 시스템 중량, 안전성 확보 등 기술적 난제도 조명했다. 비스왈은 미국 과학 매체와의 인터뷰에서 "NASA의 '킬로파워(Kilopower)' 프로젝트와 같은 연구는 핵분열 기술의 실현 가능성을 뒷받침하는 긍정적 신호"라고 평가했다. 특히 이 기술이 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 물론, 태양계 너머 카이퍼벨트까지의 접근을 가능케 할 것이라는 분석도 내놓았다. 그러나 현실적인 과제는 여전히 남아 있다. 바로 '예산'이다. 핵추진 로켓은 1950년대에도 제안된 바 있으나, 당시 NASA의 로켓용 핵추진 엔진 NERVA(너바) 프로그램은 1973년 예산 삭감과 스페이스 셔틀 집중정책으로 폐기됐다. 기술적 가능성에도 불구하고 투자 수익이 단기간에 나타나지 않는다는 점이 지속적인 자금 확보의 걸림돌로 작용하고 있다. NERVA(너바, Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application) 프로그램은 1955년부터 1973년까지 미국이 추진한 핵열추진 로켓 개발 프로젝트로, NASA와 미국 원자력위원회(AEC)가 공동으로 주도했다. 이 프로그램은 기존 화학로켓보다 높은 추진 효율을 제공하여, 심우주 탐사와 유인 화성 탐사 임무를 위한 핵심 기술로 여겨졌다. NERVA는 액체 수소를 추진제로 사용하며, 고온의 핵분열 반응로에서 수소를 가열하여 노즐을 통해 분사함으로써 추진력을 얻는 방식이다. 이러한 핵열추진 방식은 기존 화학로켓보다 약 23배 높은 비추력(약 800~900초)을 제공하여, 더 무거운 탑재물을 더 먼 거리로 운반할 수 있는 잠재력을 지녔다. 1973년, NERVA 프로그램은 여러 요인으로 인해 종료됐다. 우선, 아폴로 프로그램 이후 우주 탐사에 대한 정치적·사회적 관심이 감소하면서, 유인 화성 탐사와 같은 장기 계획에 대한 지원이 줄어들었다. 또한, 환경 및 안전에 대한 우려, 예산 삭감, 무인 탐사선의 발전 등도 프로그램 종료에 영향을 미쳤다. 2023년, NASA 우주비행사 출신이자 민간 우주기업 '애드 아스트라(Ad Astra)'를 설립한 프랭클린 창 디아즈는 "핵 전기추진 엔진(VASIMR)을 우주에서 시험 운용하기 위한 기술은 이미 준비됐지만, 상용화를 위한 수백만 달러 규모의 자금 확보가 관건"이라고 말한 바 있다. 비용과 시간, 기술적 장벽을 넘어설 수 있다면 핵추진 기술은 단순한 대안이 아닌 '심우주 탐사의 새로운 시대'를 여는 열쇠가 될 수 있다. 우주 기술이 지닌 상징성과 전략적 가치가 커지는 지금, 이 고전적이지만 혁신적인 접근법이 재조명받고 있다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(178)] 핵추진 기술, 심우주 탐사의 새로운 문을 열다
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[기후의 역습(142)] 북극 해빙, 미국 동부 해안 침수 위기 불러올 수도
- 지구 온난화로 인한 북극권의 이상 고온 현상이 대서양 해류 시스템을 뒤흔들 수 있다는 경고가 과학계에서 제기됐다. 이는 향후 미국 동부 해안 지역에 해수면 상승과 대규모 침수 위험을 초래할 수 있다는 분석과 맞닿아 있다. 스웨덴 예테보리대학 기후학자인 셀린 외제(Céline Heuzé) 박사를 비롯한 노르웨이, 독일, 영국 등 국제 공동 연구진은 최근 발표한 연구를 통해 북극의 해빙 가속화가 북대서양 해류 순환(AMOC, Atlantic Meridional Overturning Circulation)에 중대한 영향을 미칠 가능성이 있다고 지적했다고 네이처, 어스닷컴 등 다수 외신이 전했다. 연구진은 북극의 부포르 해류(Beaufort Gyre)에 담긴 담수가 일정 한계를 넘길 경우, 대서양의 온난 해류 흐름이 약화되거나 붕괴될 수 있다고 분석했다. AMOC는 남북을 오가는 해류 순환으로, 북반구의 기후 안정성과 밀접한 관련이 있는 핵심 시스템이다. 특히 미국 플로리다. 조지아, 캐롤라이나 등 동부 해안 지역은 AMOC가 느려질 경우 따뜻한 해류가 북쪽으로 이동하지 못하고 해안에 정체되어 해수면 상승을 가속화 시킬 수 있다. 미 해양대기청(NOAA)은 이미 미국 동부 일부 지역에서 평균보다 빠른 해수면 상승이 진행중이라고 경고했다. 이와 같은 해류 변화는 단순히 해수면 상승을 넘어, 폭풍 강도 강화와 강수 패턴 변화 등 기후 전반에 걸친 영향을 미칠 수 있다. MIT 해양학자 라파엘레 페라리(Raffaele Ferrari) 교수는 "AMOC의 붕괴는 '기후 티핑 포인트(Climate Tipping Point)'에 해당한다"며 "예측 불가능한 규모의 변화가 갑작스럽게 일어날 수 있다"고 우려했다. NASA 연구에 따르면 북극 해빙이 줄어들면, 기존의 밝은 얼음 표면이 어두운 해수면으로 바뀌며 태양열을 더 많이 흡수하게 된다. 이로 인해 해수 온도가 상승하고, 추가적인 해빙 및 담수 유입으로 이어져 AMOC의 균형이 더욱 위협받는 악순환이 반복된다는 분석이다. 미국 동부 해안 도시들은 이에 대응해 해안 방벽, 배수 펌프, 해수 유입 방지 시설 등 인프라 개선에 나서고 있다. 버지니아주 노퍽(Notfolk)등 일부 도시는 조례 개정과 함께 침수 위험 지역에 대한 신규 개발 제한도 검토 중이다. 국제 연구진은 다행히 일부 관측 결과 AMOC가 기존 모델보다 다소 강인한 모습을 보이고 있다고 설명했으나, 온실가스 배출이 지속될 경우 향후 수십 년 내에 해류 악화 가능성은 여전히 유효하다고 강조했다. 이에 따라 과학자들은 장기적으로 탄소 배출 저감, 재생에너지 확대, 해양 생태계 보호를 통한 기후 완화 정책이 반드시 병행돼야 한다는 입장이다. 아울러 연안 지역의 주민, 지방 정부, 교육기관, 기업 등이 협력해 기후 회복력 강화를 위한 행동에 나설 것을 주문했다. 해양 전문가들은 "해류 변화는 단지 물의 흐름이 아니라, 생태계와 농업, 도시계획, 사회경제 전반에 연쇄적 영향을 주는 대형 구조"라며, "북극에서 일어난 변화가 곧 뉴욕과 마이애미 해안에 파문을 일으킬 수 있음을 간과해서는 안 된다"고 경고했다. 이번 연구 결과는 네이처 자매지 '지구·환경 커뮤니케이션(Communications Earth & Environment)'에 게재됐다.
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- ESGC
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[기후의 역습(142)] 북극 해빙, 미국 동부 해안 침수 위기 불러올 수도
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[우주의 속삭임(118)] 화성 대기 탈출 현상 '스퍼터링', 사상 첫 직접 관측
- 미국과 프랑스의 우주과학 연구진이 화성에서 '대기 스퍼터링(atmospheric sputtering)' 현상을 사상 처음으로 직접 관측했다. 이는 화성 초기 존재했던 물이 사라진 이유에 대한 답이 될 수 있어 주목받고 있다. 미국 항공우주국(나사·NASA)은 29일(현지시간) 공식 홈페이지를 통해, 화성탐사선 '메이븐(MAVEN)'이 10년에 걸쳐 수집한 데이터를 분석한 결과, 태양풍에 의해 화성 대기가 우주로 탈출하는 스퍼터링 과정을 처음으로 실시간 확인했다고 발표했다. 연구진은 화성 상공 약 350km 지점의 아르곤(Ar) 밀도가 태양풍의 방향과 전기장 변화에 따라 달라지는 반면, 지표면 근처에서는 아르곤 밀도가 거의 일정하게 유지된다는 사실을 포착했다. 이 같은 고도별 차이는 고에너지 태양풍 입자가 화성 대기 분자에 충돌해 우주로 날려 보내는 스퍼터링 현상이 실제로 일어나고 있음을 뒷받침하는 결정적 단서로 해석됐다. 스퍼터링은 행성 자기장이 약하거나 없을 경우 태양풍에 포함된 이온이 대기 입자를 직접 때려 우주로 방출시키는 현상이다. 자기장이 지구처럼 강하게 형성되지 않은 화성은 이 같은 대기 손실 메커니즘에 매우 취약하다. 콜로라도 볼더 대학교 대기 및 우주 물리학 연구소의 MAVEN 수석 연구원이자 이 연구의 주저자인 섀넌 커리 박사는 화성 대기 스퍼터링 현상에 대 "수영장에서 대포알을 던지는 것과 같다"고 비유했다. 그는 "이 경우 대포알은 무거운 이온이 대기에 매우 빠르게 충돌하여 중성 원자와 분자를 튀기는 것"이라고 설명했다. 특히 연구진은 태양 폭풍이 발생할 때 대기 중 아르곤 밀도 차이가 더욱 뚜렷해졌다는 점에 주목했다. 고고도에서는 가벼운 아르곤 동위원소가 사라지고, 무거운 동위원소만 남는 경향이 지속적으로 관측됐다. 이는 현재 시점에서도 화성에서 스퍼터링이 활발하게 일어나고 있다는 것을 의미한다. 이번 연구는 스퍼터링이 화성의 기온 저하와 건조한 환경, 나아가 표면 물 손실에 결정적 역할을 했다는 기존 가설을 뒷받침하는 과학적 증거로 평가된다. 연구진은 이를 입증하기 위해 메이븐 탐사선에 탑재된 태양풍 이온 분석기, 자력계, 중성 가스 및 이온 질량 분석기 등 3가지 계측 장비를 활용해, 화성의 낮과 밤, 고·저고도 전 구간에서 동시에 정밀 측정을 수행했다. 이러한 관측은 몇 년에 걸쳐 진행됐으며, 다양한 조건에서 데이터를 확보해 정확성을 높였다. 수집된 데이터로 과학자들은 태양풍과 스퍼터링의 관계를 정밀하게 반영한 아르곤 분포 지도를 새롭게 제작했다. 이 지도는 고에너지 입자가 어디서 대기와 충돌해 아르곤을 탈출시키는지를 정확히 보여준다. 특히 스퍼터링 속도는 이전 예측보다 4배 빠르게 진행 중이며, 태양 폭풍 시기에는 그 속도가 더욱 가속화되는 것으로 나타났다. 커리 박사는 "이번 결과는 스퍼터링이 화성 대기 손실과 물의 역사에 중대한 영향을 끼쳤음을 보여준다"며, "초기 화성은 지금보다 훨씬 강한 자외선에 노출돼 있어 스퍼터링도 훨씬 격렬하게 일어났을 가능성이 크다"고 설명했다. 연구진은 "이 같은 대기 손실이 누적되면서 화성 표면의 물과 대기가 오랜 시간에 걸쳐 소실됐을 것"이라고 덧붙였다. NASA는 "이 연구는 과거 화성의 물 존재 가능성과 거주 환경 조건을 이해하는 데 핵심적인 자료가 될 것"이라고 평가했다. 이번 성과는 국제학술지 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(118)] 화성 대기 탈출 현상 '스퍼터링', 사상 첫 직접 관측
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