과학과 놀자 | 생글생글

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토양 성분 따라 파랑·분홍·보라색 꽃으로 피어나

초여름인 6월이면 피어나 아름다운 색깔과 자태로 사람들의 눈길을 끄는 꽃이 있다. 변심, 변덕, 소녀의 꿈, 냉정 같은 다양한 꽃말을 가진 수국(水菊·hydrangea)이다. 물을 좋아해 이름에 물(水)이 들어 있는 이 아름다운 꽃에 변심, 변덕 같은 꽃말이 지어진 이유는 무엇일까.파란색, 분홍색, 보라색, 연두색까지 수국은 다양한 색을 가지고 있다. 피어날 때는 연두색이다가 파란색 또는 분홍색으로 변해버리기도 한다. 심지어 작년에는 파란색이었다가 이듬해엔 분홍색 꽃이 피기도 한다. 파란색이 예뻐서 사들인 뒤 애지중지 가꾼 수국이 다음 해엔 분홍색으로 피어나면 좋아하던 사람의 마음이 변해버린 것 같은 배신감을 느낄 수도 있다. 그래서 변심이라는 꽃말이 생겼을 것이다. 수국은 왜 이렇게 색이 달라지는 것일까.수국의 색은 꽃 안에 들어 있는 색소에 의해 결정된다. 델피니딘(delphinidin)이라는 이름의 이 색소는 흙에서 흡수된 알루미늄 이온과 결합하면 파란색, 그대로 있으면 분홍색이 된다. 흙 속 알루미늄 이온의 양은 무엇에 따라 달라질까. 바로 흙의 산성도, pH다. 흙이 산성이면 알루미늄 이온이 뿌리로 흡수돼 파란 꽃이 피고, 염기성이면 알루미늄 이온이 흙 속 수산화 이온(OH -)과 결합해 물에 녹지 않는 앙금이 돼버리기 때문에 흡수되지 못해 분홍색이 된다. 그러니 산성 토양에서는 파란색, 염기성 땅에서는 분홍색으로 핀다는 말은 절반만 맞는 셈이다. 식초를 부어 땅을 산성으로 만든다고 해도 알루미늄 이온이 없다면 파란색 꽃을 볼 수 없기 때문이다.이 원리를 이용하면 수국의 꽃 색깔을 바꿀 수 있다. 예를 들어 파란 꽃을 원한다면 땅을 산성으로 만들어주면서도 알루미늄 이온
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우리 조상들의 냉장고, 석빙고에 담긴 과학

국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (5)음식을 신선하고 시원하게 보관할 수 있는 냉장고는 특히 여름철에 없어선 안 될 생활필수품이다. 우리 조상들에겐 냉장고는 없었지만 더운 여름에도 얼음을 보관할 수 있는 특수한 시설이 있었다. 바로 ‘석빙고(石氷庫)’다. 돌로 지은 얼음 창고라는 뜻이다.경주 석빙고(보물 제66호)는 1471년 만들어졌으며, 내부는 길이 14ｍ, 폭 6ｍ, 높이 5.4ｍ 크기다. 땅을 깊게 파고 들어간 반지하의 화강암 건축물로 외부 공기가 들어오는 것을 최소화하고, 내부를 서늘하게 유지할 수 있는 구조를 갖췄다. 석빙고 지붕은 2중 구조인데 바깥쪽은 단열(열의 이동을 막음) 효과가 높은 진흙으로, 안쪽은 열전달이 잘되는 화강암으로 만들었다. 지붕 바깥쪽에는 잔디를 심어 태양열이 석빙고 내부로 직접 들어오는 것을 차단했다.내부 천장에는 아래쪽 구멍은 넓고 위쪽 구멍은 좁은 직사각형 기둥 모양의 환기구가 세 개 있다. 더운 공기는 위로, 차가운 공기는 아래로 향하는 성질이 있는데, 석빙고 내부 온도가 올라갈 경우 위쪽 더운 공기는 천장 환기구로 나가고 아래쪽 찬 공기는 계속 머물도록 한 것이다.또 얼음 사이에는 열을 차단하는 효과가 있는 왕겨와 짚을 넣어 얼음이 녹지 않도록 했다. 얼음이 약간 녹았을 때는 융해열로 주변 열을 흡수해 왕겨와 짚의 안쪽 온도가 낮아지면서 얼음을 더 잘 보관할 수 있었다. 이렇게 해서 석빙고는 여름철에도 냉기를 유지했다.<삼국사기>에는 신라 지증왕 6년(505년)에 왕이 얼음을 보관하라는 명을 내렸다는 기록이 있다. 현재 남아 있는 석빙고는 경주 안동 창녕 청도 현풍 영산 해주(북한) 등 일곱 개로, 모두 조선 시대에
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충전하기 불편한 전기차, 태양광으로 달리게 할수 없을까

요즘 길을 다니다 보면 파란색 번호판을 단 전기차를 심심치 않게 볼 수 있다. 전기차는 내연기관을 사용하는 차에 비해 적은 환경 오염과 소음, 저렴한 충전 요금 등 다양한 장점이 있다. 브레이크와 타이어 관련 부품 말고는 거의 손댈 것이 없다는 것도 장점이다. 환경 오염을 막기 위해 전기차 구매 시 정부로부터 지원금을 받을 수 있으며, 고속도로 통행료도 50% 할인받을 수 있다. 이 외에 차량 내부가 넓고 주행 성능이 좋다는 장점은 덤으로 딸려온다.그런데 2021년 미국 인터넷 금융매체 마켓인사이더 연구에 따르면 전기차 소유자 5명 중 1명은 다시 내연차로 전환했다. 왜 그럴까. 전기차 충전의 번거로움 때문이라고 한다. 전기차의 주행거리는 보통 500㎞ 정도지만, 차량을 이용할 때 에어컨이나 난방 등도 이용하다 보니 실주행 거리는 짧아진다. 배터리 성능이 떨어지는 겨울철에는 주행거리가 더 줄어든다. 충전 인프라가 부족하고 충전에 오랜 시간이 걸리는 것도 불편 요인이다.이에 따라 자동차업계에서는 태양전지가 큰 이슈가 되고 있다. 자동차 지붕에 태양광 패널을 넣어 전기차 충전의 단점을 극복하고자 하는 것이다. 이를 솔라 루프(태양광 패널 지붕)라고 부른다.솔라 루프 상용화는 2009년 도요타 프리우스에 장착하며 시작됐다. 현대도 2019년 쏘나타 하이브리드에 솔라 루프를 장착해 하루평균 3.6㎞를 더 달릴 수 있도록 했다. 최근 인기 있는 아이오닉 5에도 솔라 루프 옵션을 넣었다. 테슬라는 2016년 11월 17일 부채가 많은 솔라시티를 인수해 태양광산업 관련 첫 제품으로 솔라 루프를 출시했다.태양전지는 무엇으로 만들어졌으며 어떤 원리로 작동되는 걸까. 태양전지는 반도체로 만들어
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적응과 진화의 왕 곤충의 생존 전략

국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (4)우리는 곤충을 작고 하찮은 존재로 여긴다. 기껏해야 다리가 여섯 개 달린 신기한 동물 정도로 생각한다. 마음에 안 드는 사람을 향해 "벌레만도 못한 놈"이라고 욕을 하기도 한다. 하지만 생물의 역사를 돌이켜보면 곤충은 결코 무시할 만한 존재가 아니라는 사실을 알게 된다.곤충은 약 4억8000만 년 전 지구상에 처음 등장했다. 그에 비해 인간의 역사는 20만 년밖에 안 된다. 약 2억 년 전 공룡이 살던 시대에도 곤충은 있었다. 곤충은 살기 좋은 온대지방은 물론 무더운 열대지방, 추운 극지방 등 지구상 모든 곳에 분포한다.수로만 따지면 전 세계 생물의 절반이 곤충이다. 열대우림처럼 인간이 접근하기 어려워 조사하지 못한 지역까지 포함하면 지구상 생물의 80%가 곤충일 것이라고 곤충학자들은 말한다. 곤충이 오래도록 살아남은 비결은 무엇일까.나비의 날개 무늬는 천적으로부터 몸을 감추는 역할도 하지만 중요한 기능이 하나 더 있다. 체온 조절이다. 북극에 사는 네발나빗과 나비들은 몸통이 검고, 날개에 검정 무늬가 있다. 검은색은 빛을 흡수하는 성질을 지닌다. 북극의 나비들은 날개로 빛에너지를 흡수해 체온을 유지한다. 반면 더운 지방에 사는 나비들은 빛을 반사하는 흰색 날개를 갖고 있다.초여름 해질녘이 되면 우리 눈앞에서 알짱거리는 귀찮은 벌레가 있다. 깔따구라는 곤충이다. 깔따구는 남극에도 산다. 깔따구 애벌레는 남극의 차가운 얼음 속에서 2년이나 견뎌내야 어른벌레가 된다. 깔따구 애벌레는 단단한 껍질 속에 들어가 추위를 버텨낸다. 나방 애벌레들은 나뭇잎 사이에 숨거나 자신만의 집을 만들어 천적으로부터 스스로를

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빙하 시추해보면 생성 당시 대기환경 알 수 있어

사진은 1972년 12월 7일 아폴로 17호에서 찍은 지구의 모습이다. 푸른 구슬(The Blue Marble)이라 불리는 이 사진을 보면 남극이 하얀 얼음으로 덮여 있다. 북극과 남극은 혹독한 추위로 사람이 접근하기 힘든 곳이었다. 지금은 극지연구소가 설치돼 극지방의 생물, 해양, 지질, 빙하 및 우주를 연구하고 있다.우리나라도 1988년 남극세종과학기지를 세웠고, 그후 2004년 북극다산과학기지, 2014년 남극장보고기지를 열어 운영하고 있다. 극지연구소의 과거 환경을 이해하려는 노력은 귀중한 결실을 보고 있다. 특히 과거 대기의 기록보관소 같은 빙하 연구가 주목받고 있다.빙하는 지구의 물 중 바닷물을 제외한 육지 물의 약 63%를 차지하며, 중력과 압력으로 천천히 움직이는 거대한 얼음덩어리다. 빙하는 얼음이 압력을 받거나 온도 변화에 의해 융해와 동결을 되풀하면서 더 압축돼 만들어진다. 극지방 대륙 전체를 덮고 있는 빙하는 대륙빙하, 히말라야나 알프스산맥같이 높은 산에 있는 빙하는 곡빙하다. 남극과 북극의 두꺼운 대륙빙하는 평균 얼음 두께가 1600~1700m나 되고, 아래쪽 부분은 수십만 년 전에 쌓인 얼음이다. 빙하를 시추공으로 뚫어 캐내는 긴 원통모양의 빙하 코어를 이용하면 수십만 년 전의 비밀을 알 수 있다. 남·북극 빙하는 수십만 년 전 쌓인 얼음빙하 코어에는 빙하가 만들어질 당시의 연간 변화가 줄무늬로 나타난다. 이를 통해 빙하의 생성 시기를 알아낸다. 빙하 속에 포함된 작은 공기 방울은 당시의 대기 조성을 알려준다. 온실가스인 메테인이나 이산화탄소, 해양 기원의 에어로졸(Na, Cl, K, Ca, Mg, SO), 육상 기원의 미세먼지 입자나 에어로졸(Ba, Al, Fe, Rb), 화산 활동에 의한 물질, 인간
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올 여름엔 '과학 바캉스'를 즐겨보자

국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (3)어느새 2022년이 절반 가까이 지나가고 있다. 한 달 반 정도만 더 열심히 공부하면 즐거운 여름 방학을 맞는다. 아직 좀 이르긴 하지만 더위를 식히고 과학 지식도 얻을 수 있는 바캉스 방법을 소개한다. 과학관으로 떠나는 바캉스, ‘과캉스’다. 평소 가고 싶었던 과학관에 가 보는 것도 좋고, 특별히 점찍어 둔 곳이 없다면 가족과 피서를 떠나는 김에 근처에 있는 과학관을 찾아가도 좋다. 국립과학관 5곳(대전, 부산, 대구, 광주, 경기 과천)을 비롯해 종합 과학관만 전국에 29곳이 있다. 자연·생태(40곳), 천문·지질(29곳), 해양(25곳), 우주(9곳), 동물(7곳) 등 주제별 과학관도 많다과학관 위치와 전시 주제에 관한 정보는 전국 과학관 길라잡이 홈페이지에서 찾아볼 수 있다. 여기에선 주제별, 지역별로 과학관을 찾아볼 수 있다.어느 과학관으로 갈지 정했다면 어떻게 즐길지도 생각해 보자. 과학관 관람은 편한 시간을 택해 자유롭게 할 수도 있고 정해진 시간에 맞춰 해설사의 설명을 들으며 할 수도 있다. 여름에는 과학관마다 상설 전시 외에 특별 전시도 많이 열리니 관심이 가는 특별전이 있는지 찾아보는 것도 좋다. 과학과 좀 더 친해지고 싶다면 일정한 수강료를 내고 교육 체험 프로그램을 수강하거나 과학 캠프에 참여해 볼 것을 권한다.과학관에 직접 가는 것이 어렵다면 비대면 관람 체험을 활용할 수도 있다. 코로나19를 계기로 대부분의 과학관이 가상현실(VR) 등을 활용한 온라인 비대면 관람 서비스를 강화했다. 인터넷이나 스마트폰으로 집에서도 전국에 있는 과학관을 둘러볼 수 있다. 올여름엔 과학 속에서 휴식하고 과학과 함께
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자는 동안 뇌는 기억·학습능력 높이고 노폐물 배출

사람은 하루 30%의 시간을 잠자는 데 소비한다. 사람이 평균 80년을 산다면 약 24년을 자는 셈이다. 생각해보면 이는 굉장히 긴 시간이다. 과학자들은 사람이 왜 잠을 자게 됐는지 이해하기 위해 노력해왔고, 수많은 이론을 제시했다.옛날에는 밤에 잠을 자는 것이 포식자에게 들키지 않아 생존에 유리했기 때문에 잠을 잘 자는 개체가 살아남아 현재의 우리가 자게 됐다는 진화론적 이론도 있었고, 에너지를 비축하기 위함이라는 이론도 있었다. 최근 들어 뇌과학자들이 잠이 뇌 기능에 많은 역할을 하고 있다는 사실을 밝혀내고 있다.뇌는 뉴런이라 부르는 약 1000억 개의 신경세포로 구성돼 있다. 각각의 신경세포는 가지돌기와 축삭돌기들이 밖으로 뻗어 나와 있고, 이들에 의해 수많은 신경세포가 복잡하게 연결돼 있다. 이런 신경세포 간 연결을 시냅스라고 하는데, 우리 뇌에는 100조 개가 넘는 시냅스가 있다. 감각 기관을 통해 제공된 정보는 전기 신호로 바뀐 뒤 신경세포를 통해 뇌로 전달된다. 시냅스로 연결된 신경세포들이 이 정보를 주고받는데 이런 활동을 통해 우리는 기억하고 학습할 수 있게 된다.뇌는 신체의 정보를 처리하는 중요한 기관으로, 몸무게의 2%밖에 안 되지만 우리 몸이 소비하는 전체 에너지의 약 18%를 소비할 정도로 매우 활발하게 활동한다. 그런데 뇌가 쉬지 않고 계속 일하면 어떤 일이 발생할까.과학자들은 쥐를 상대로 강제로 잠을 재우지 않는 실험을 했다. 쥐가 2주 동안 잠을 자지 못하자 피부에 종양이 생기고 체온이 낮아졌으며, 먹이를 먹어도 몸이 말라갔다. 그리고 4주 동안 잠을 자지 못하자 면역 기능이 낮아져 감염증으로 죽고 말았다.사람을 대상으로 한 실험도 있었
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우주방사선과 돌연변이

국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (2)‘인터스텔라’ ‘마션’ 등의 영화를 보면 우주를 탐험하고 여행하는 상상을 하게 된다. 민간 우주선도 나왔으니 우주여행 시대가 곧 다가올 것 같다. 그러나 인간이 지구가 아닌 다른 별에서 사는 시대를 열기 위해선 극복해야 할 난관이 많다. 그중 하나가 우주방사선이다.우주방사선의 존재는 물리학자 빅터 헤스가 처음으로 밝혀냈다. 그는 이 연구로 1936년 노벨 물리학상을 받았다. 지구에서도 인간은 항상 우주방사선에 노출된다. 다만 태양에서 지구로 불어오는 바람인 태양풍과 지구 자기장, 대기 중 산소와 질소 등이 우주방사선으로부터 인간을 보호해 준다. 그러나 우주에선 이런 보호막이 없어 우주방사선의 영향을 직접적으로 받는다.우주방사선은 에너지가 워낙 강해 인간의 유전자 변형을 일으키는 것으로 알려져 있다. 스콧 켈리는 미국 항공우주국(NASA) 소속 우주 비행사로 국제우주정거장에서 1년간 살았다. 그에겐 쌍둥이 형제 마크 켈리가 있었는데, 두 사람의 DNA를 비교한 결과 7% 정도가 달라졌다고 한다.우주방사선에는 지구 탄생의 비밀이 담겨 있기도 하다. 원시 지구는 메탄 암모니아 수소 등이 대기 중에 가득했고, 우주방사선이 지금보다 많았다. 원시 생물은 탄생 후 26억 년간 스스로 복제해 일란성 쌍둥이를 만드는 무성 생식으로 번식했다. 우주방사선은 이 원시 생물의 유전자를 손상시키고 변화시켰다. 덕분에 생물의 종류가 다양해질 수 있었다. 돌연변이는 변화하는 환경에서 인류가 살아남을 수 있는 해답을 제공할 수 있는 열쇠이기도 하다.우주여행 시대를 열기 위해선 우주방사선으로부터 인간을 보호할 수 있는

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