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스텔스 기술의 핵심은 레이더파 흡수·차단…록히드 비밀연구소에서 시작, 걸프전에서 위력 입증

탐지 기술과 스텔스 기술은 창과 방패다. 현대전에서 스텔스 기술은 탐지 기술의 발전과 역사적으로 관련이 깊다. 군사 기술에서는 소리, 빛, 열, 레이더 신호를 활용하여 적을 탐지하는 기술과 그런 신호 노출을 최소한으로 줄이려는 노력 간의 경쟁이 치열하다. 스텔스 기술은 신호 노출을 최소화하기 위한 매우 다양한 기술적 수단이 모여서 이뤄진 종합기술이다. 현대전에서 스텔스 능력의 보유 여부가 얼마나 중요한지는 매스컴을 통해 대중에게 많이 알려져 있다.스텔스 기술은 한글로는 ‘은폐 기술’로 해석될 수 있는데, 잘 보이지 않도록 하는 기술을 의미한다. 잘 보이지 않도록 하는 기술이라고 해서 흔히 영화 ‘어벤져스’에 나오는 쉴드의 공중항공모함 헬리케리어의 능동위장 모드나 ‘해리포터’의 투명 망토와 같은 것을 떠올리기 쉽다. 그러나 그것은 인간의 눈으로 관찰할 수 있는 광학신호(가시광선)에 대한 은폐 기술을 시각적으로 표현한 것일 뿐이고, 실제 군사 기술에서는 가시광선뿐만 아니라 음파, 적외선, 레이더파와 같은 신호를 이용하여 탐지하는 기술과 그에 대한 은폐 기술이 종합적으로 다루어진다. 다양한 탐지 기술의 특성과 한계다양한 신호 중에서 수중에서 주로 사용되는 음파를 제외하고는 레이더파, 적외선 및 가시광선은 실은 모두 같은 전자파의 일종이다. 모든 전자파는 공기 중에서 빛의 속도로 전파되지만 주파수에 따라서 그 종류가 구분된다. 우리 눈으로 관찰할 수 있는 빛은 약 430~790㎔(1㎔=1조㎐)의 주파수를 가지며, 적외선은 430㎔ 바로 아래 주파수 영역을 차지한다. 이에 비해서 레이더에 사용되는 전자파는 주로 1~40㎓(1㎓=10억㎐)의
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겨울철 바람에 따라 '삼한사미'가 생겨나죠

언제부터인가 겨울철에 '삼한사온'이라는 표현보다 '삼한사미'라는 표현이 언론에 자주 언급된다. 대부분 알고 있듯이 삼한사미는 3일은 춥고 4일은 따뜻한 한반도의 전통적 겨울 날씨인 '삼한사온(三寒四溫)'에서 유래한 것으로 따뜻할 '온(溫)'자 대신 미세먼지의 '미(微)'를 넣은 것이다. '3일은 춥고, 4일은 미세먼지 농도가 높아진다'는 뜻으로 우리나라의 최근 겨울철 고농도 미세먼지 현상을 비유하는 신조어다. 실제로 추운 3일간은 북쪽의 추운 지역에서 불어오는 바람의 영향을 받아 공기가 깨끗하고 온화한 4일간은 북서/서쪽 지역에서 불어오는 바람의 영향을 받아 미세먼지 농도가 높아진다.이는 같은 계절에 유사한 양의 대기오염 물질이 오염원에서 배출된다고 하더라고 미세먼지 농도는 바람(풍향과 풍속)에 매우 큰 영향을 받는다는 것을 보여준다. 바람은 왜 부는 것일까?그렇다면 바람은 왜 부는 것일까? 여러분은 뜨거운 여름 햇살에 도로나 땅 위에서 아지랑이가 피어오르는 것을 본 적이 있을 것이다. 추운 겨울 실내 한가운데 놓인 난로 위에서도 아지랑이와 비슷하게 아른거리는 움직임을 볼 수 있다. 이는 난로 위에서 데워진 공기가 위로 이동하는 것으로, 이런 현상을 통해 열은 실내 전체에 전달된다. 이 공기의 흐름은 공간적인 온도 차이에 의해 발생한다. 이를 지구에 비유한다면, 적도지방은 뜨겁게 데워지는 난로에 해당하고 극지방은 난로로부터 멀리 떨어진 추운 공간에 해당할 것이다. 이처럼 공기는 열에너지를 이동시켜주는 대류 운동을 하며, 대류 운동 결과 나타나는 공기의 이동을 바람이라고 한다. 이런 대류 운동으로 대기순환이
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3D 프린터로 찍어내는 인공 장기…뇌의 비밀 풀 수 있을까

2009년 개봉해 많은 인기를 얻었던 영화 '마이 시스터즈 키퍼(My Sister's Keeper)'에서는 골수암에 걸린 첫째 아이의 치료와 장기 이식을 위해 유전자 조작으로 설계된 둘째 아이를 출산한 가족이 겪는 이야기를 다룬다. 최근 개봉한 국내 영화 '서복' 역시 인간의 불로장생을 위해 개발된 복제인간이 겪는 딜레마를 다루며 인기를 끌고 있다. 이 영화에 등장하는 주인공들은 모두 누군가를 살리기 위한 목적으로 골수, 줄기세포, 장기 등 신체 일부를 환자에게 기증하는 과정에서 윤리적 갈등을 겪는다.아직까지는 영화에서나 일어나는 갈등이지만, 생명공학이 발전함에 따라 이런 일은 현실이 될 수도 있을 것이다. 장기 이식의 딜레마를 해결할 인공 장기 개발이런 갈등을 없앨 수 있는 기술 중 하나는 인체 일부나 장기를 축소한 인공 장기인 ‘오가노이드’ 개발이다. 오가노이드(organoid)는 ‘장기’를 뜻하는 ‘organ’과 ‘유사함’을 뜻하는 접미사 ‘-oid’가 합쳐진 단어로, ‘미니 장기’라고 불린다. 이 미니 장기 개발을 위해 과학자들은 줄기세포(stem cell)를 활용해 3차원 세포 집합체를 만든다. 이 집합체에 장기 발달에 필요한 단백질, 신호 전달 물질, 성장인자 등을 공급하면 세포 스스로 장기와 비슷한 모양을 갖추며 자라도록 유도할 수 있다.예를 들어 ‘미니 뇌’를 만들고 싶다면, 줄기세포를 뇌 신경세포로 자라게끔 유도한 다음 우리 뇌와 유사하게 3차원 구(球) 형태로 자라도록 해야 한다. 이런 과정은 짧게는 8주, 길게는 수개월이 걸린다. 보다 완벽한 ‘미니 장기’를 만들기 위한 과학자들의 노력그러나 오가노이드를
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번개를 보면 '꼬마요정' 전자의 자유를 생각해보세요

만물의 근원을 탐구하던 철학자 탈레스는 동물의 털과 호박(화석화된 송진)을 맞대고 문지르면 힘이 작용한다는 사실을 발견했다. 그 작용의 주역은 전자의 이동이다. 호박을 의미하는 그리스어 λεκτρον(일렉트론)에서 전자의 영어단어 electron이 유래했음은 현대인의 상식이다. 하지만 많은 상식이 그렇듯이 배경이나 근본적인 속성에 대한 이해는 막연하다.전자는 본래 물질 구성의 기본 요소인 원자 내에 존재한다. 쿨롱 힘으로 양의 전하를 띠는 원자핵에 구속되어 있다. 전자의 파동성을 고려하여 양자역학 방정식을 풀어내면 전자가 존재할 수 있는 불연속적인 상태가 구해지는데, 이를 전자궤도 혹은 오비탈이라고 한다. 원자의 성질은 전자가 들어있는, 가장 큰 궤도에 따라 정해진다. 구조가 비슷한 궤도까지 전자를 채운 원자들은 비슷하게 행동한다. 이런 개념을 확장한 것이 주기율표다.두 개 이상의 원자는 전자를 공유함으로써 화학 결합을 형성한다. 20세기 초반 GE에 근무하던 물리학자 랭뮤어가 화학자 루이스와 ‘원자가 이론’을 제안하면서 주기율표의 원소들이 화학 결합을 형성하는 방식을 설명할 수 있게 되었다. 이를 바탕으로 분자 수준에서 생명 현상을 연구하는 분자생물학이 시작되고 DNA 구조가 분석될 수 있었다. 열·에너지로 인해 원자핵의 속박에서 벗어나는 자유전자원자가 규칙적으로 배열된 결정 구조에서 수많은 원자를 아우르는 전자궤도의 중첩 상태 같은 것이 생기는 것을 양자역학으로 설명할 수 있다. 이것을 에너지 밴드라고 부른다. 구리나 은과 같이 전기를 잘 통하는 도체는 밴드 내부에 자유로운 전자가 많이 있다. 부도

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지구 온도 낮추기…'고고 챌린지'에 담긴 뜻

우리나라뿐만 아니라 세계적으로 공기가 나빠지고 있다는 목소리가 높다. 특히, 올해 봄 한국에서는 몽골이나 중국발 미세먼지로 인해 뿌연 하늘을 많이 보고 있다. 미세먼지에 의해 나빠진 게 공기뿐일까? 기상청 관측 자료를 토대로 확인했을 때, 올해 3월 서울의 일별 평균 기온은 9.02도였다. 이에 비해 작년 3월 서울의 일별 평균 기온은 7.74도였다. 작년보다 올해 기온이 약 1.3도 높아진 것이다. 2019년 3월에는 7.1도로 더 낮았다. 이를 보건대 해가 지나갈수록 기온이 점점 올라가는 것을 알 수 있다. 왜 이렇게 기온이 올라가고 공기가 나빠지는 것일까? 온실효과로 뜨거워지는 지구그 이유는 바로 온실효과 때문이다. 온실효과란 이산화탄소, 메탄 같은 온실가스 성분의 대기 중 농도가 올라감에 따라, 지표면을 뜨겁게 달구는 역할을 하는 것을 말한다. 온실가스가 대기와 멀지 않은 곳에 정체돼 보이지 않는 층을 만들어서 대기 바깥으로 공기가 나가고 들어오지 못하게 하기에 지표면이 뜨거워지는 것이다. 그렇다면, 온실가스 농도는 왜 높아지는 것일까? 여러 가지 이유가 있지만, 가장 중요한 이유는 산업혁명 이후 석탄과 석유 같은 화석연료를 주연료로 사용했기 때문이다. 화석연료가 탈 때 나오는 온실가스가 대기로 배출돼 농도가 높아지면서 지구온난화 현상을 초래했다. 이런 지구온난화가 세계적인 기후변화를 발생하게 하는 원인이다. 인류에게 큰 위협인 기후변화 늦춰야지구온난화로 인한 기후변화는 폭염, 폭우, 산사태, 대기오염 등 재난재해를 발생시켜 인간에게 큰 위협으로 다가오고 있다. 지구의 온도가 지속적으로 상승하면 희귀 동물들의 서식지가 사라져 생물 다양성에 위
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우연에 의한 끝없는 변화…'블랙스완'은 언제든지 찾아온다

지난해부터 우리나라에선 ‘동학개미’ ‘서학개미’가 돌풍이다. 많은 소액투자자들이 한국 혹은 미국 주식시장으로 진출해 적극적으로 투자하고 있다. 관련해서 ‘게임스톱 사태’를 기억하는가? 지난 1월 미국의 대형 헤지펀드의 공매도에 대항해 ‘개미’들이 게임스톱 주식을 엄청나게 사서 그 주가가 크게 오른 일이 있었다. 특히 5분 동안 주가가 일곱 배 가까이 오르내리는 등 엄청난 변화를 겪기도 했다. 이런 상황은 우리나라의 서학개미들에게도 (거의 실시간으로) 영향을 미쳤을 뿐 아니라 전 세계의 금융시장에 큰 여파를 미쳤다. 주가가 오르고 내리는 폭이 워낙 컸던 탓에 미국은 정치 및 행정 부문에서도 이를 심도 있게 논의하기도 하였다.사실, 게임스톱이라는 회사의 이익 전망은 그리 밝지만은 않았다. 이 회사는 본래 게임을 오프라인에서 유통하는 회사여서 최근 많은 게임회사들이 게임을 온라인으로 제공하는 바람에 여러 가지 어려움을 겪고 있었다. 지난해부터 온라인으로 게임을 판매하도록 ‘체질을 개선하겠다’고 발표하는 등 구조조정을 하겠다고 해 주식시장에서는 이를 긍정적으로 평가하고 주식의 가격이 오름세를 띠었다. 하지만 1년 넘게 지속된 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 사태로 인해 주식 가격이 마냥 오르기에는 한계가 분명할 터였다. 헤지펀드들은 주가가 ‘떨어질 것으로 예상’하고 주식을 미리 빌려서 오늘의 높은 가격에 팔고 떨어진 후에 갚을 셈(공매, 空賣)으로 이익을 내려고 했다. 수단을 가리지 않고 공격적으로 투자해서 자신들의 이익만을 챙기려는 헤지펀드에 대항해, 소액투자자들은 ‘누가 앞에
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연구용 원자로와 가속기에서 만들어진 중성자와 방사광…10-9ｍ 크기 나노세계의 비밀을 푸는 열쇠

대규모 시설인 연구용 원자로와 가속기는 다양한 용도를 가지고 있다. 연구용 원자로라고 하면 미국 과학자 엔리코 페르미가 건설한 최초의 원자로와 같이 시험용으로 만든 원자로를 연상하기 쉽다. 그리고 가속기라고 하면 스위스 제네바에 있는 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 강입자가속기와 같이 원자보다 작은 아원자입자를 연구하는 시설을 먼저 떠올릴 것이다. 그런데 연구용 원자로와 가속기는 의외로 원자나 분자가 이루는 나노미터() 크기의 세계, 즉 나노 세계를 관찰하는 데에도 대단히 유용하게 사용되며, 현대 문명에 직접적인 영향을 주고 있다. 방사광과 중성자를 햇빛 대신 사용17세기 네덜란드의 안토니 반 레벤후크가 직접 제작한 현미경으로 미생물을 최초로 발견한 것은 일대 사건이었다. 생명에 대해 인류가 갖고 있던 기존의 관념이 뒤집어졌고 이후 많은 질병의 원인을 알아내고 현대적인 위생관념이 성립하는 계기가 되었다. 이어진 산업혁명 시대에는 현미경이 제품 개발과 품질 확인에 유용하게 사용되었다. 포목상이던 레벤후크도 천의 품질을 확인할 목적으로 현미경을 만들었다고 알려져 있다. 이와 같이 인간의 삶에 광범위하게 영향을 끼쳤기 때문에 현미경은 대중에 널리 알려진 과학 도구가 되었다.레벤후크가 만든 현미경은 구형의 렌즈가 하나만 달린 단안경에 불과했다. 지난 몇 세기 동안 눈으로 볼 수 없는 작은 세계를 관찰하려는 과학자들의 노력으로 광학현미경은 발전을 거듭했으며, 현대에는 수십만 배의 배율을 가진 전자현미경에서 원자 하나하나를 구분할 수 있는 경지에 이른 주사터널링현미경(STM)까지 다양한 장비가 일상적으로 사용되기에 이르렀다.연
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식물의 광합성도 물과 이산화탄소를 결합하는 화학반응

화학공장은 전처리, 반응, 분리·정제 영역으로 나눌 수 있다. 주요 구성 장치는 반응기, 열교환기, 분리기(증류탑, 흡착탑)가 있다. 증류탑과 흡착탑은 불순물을 제거하거나 생성물의 순도를 높이는 역할을 하며, 열교환기는 온도가 다른 유체가 흐르는 관을 접촉해 에너지 비용을 절감시켜준다. 우리나라에 분리·정제 및 열교환기에 대한 세계적인 전문가들이 많지만 반응기를 설계할 수 있는 전문가는 매우 드물다. 그 이유에 대해 알아보자. 반응속도는 가장 느린 과정에 의해 결정화학반응은 어떠한 물질이 화학 변화를 겪어 다른 물질로 변화하는 과정이다. 화학반응의 중요한 두 요소는 ‘반응속도’와 ‘화학평형’ 개념이다. 반응속도는 어떤 화학 반응이 일어나는 속도를 말한다. 예를 들어 공기 중에서 쇠가 산화되는(녹스는) 반응은 몇 년이 걸리는 느린 반응이지만, 부탄가스가 연소되는 반응은 단 몇 초 만에 일어난다. 이처럼 반응속도는 반응온도, 압력, 반응물·생성물 농도, 촉매 사용 여부에 따라 영향을 받는다.대부분 촉매는 반응속도를 증가시켜 주는 역할을 하며, 화학과와 화학공학과에서 다루는 촉매의 종류는 다르다. 화학과에서는 반응물과 촉매의 상(phase: 물질의 상태)이 같은 균일(homogeneous) 촉매를 다룬다. 즉 반응물과 촉매가 모두 액체기 때문에 반응물이 촉매에 접촉하는 현상을 크게 고려하지 않는다. 화학공학과에서는 반응 이후 반응물과 촉매를 쉽게 분리하기 위해 반응물과 촉매 간 상이 다른 불균일(heterogeneous) 촉매를 사용한다. 일반적으로 반응물의 상은 액체, 기체 또는 액체/기체며 촉매는 주로 고체를 사용한다.반응물이 촉매 활성점에 도

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