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과학과 놀자탈출 속도가 빛의 속도가 되는 우주공간 경계선
최근 역주행하고 있는 노래가 있다. 우연히 듣게 되었는데, 가수의 실력도 실력이거니와 가사와 음률이 좋아서 인상에 남았다. 반 아이들과 종업식 날 함께 들을 계획도 세웠다. 가사 중 몇 줄을 적어보자면 다음과 같다.이 노래는 헤어짐을 위로하는 내용인데, 생소한 단어들이 보인다. ‘사건의 지평선 너머로 저기 사라진 별의 자리 아스라이 하얀 빛’과 같이 말이다. 사실 이 곡을 작사, 작곡하고 직접 부른 가수 윤하는 이전부터 꾸준히 천체 물리학적 소재에서 영감을 받아 곡을 만들어왔다. 2007년 발매한 앨범에 포함된 주기마다 나타났다 사라지는 ‘혜성’부터2022년 발매된 앨범에 포함된 블랙홀의 경계선을 일컫는 ‘사건의 지평선’까지 말이다. 특히 ‘사건의 지평선’이 수록된 이번 앨범에는 가상의 혜성 구름이지만 태양계 혜성들의 발생지라고 여겨지는 ‘오르트 구름’, 혜성의 순우리말 표현인 ‘살별’, ‘별의 조각’, ‘하나의 달’, ‘black hole’과 같이 천체 물리에서 따온 비유와 내용이 한가득이다.그럼 ‘사건의 지평선(event horizon)’이란 무엇이며 왜 이 표현을 사용해 헤어짐을 비유한 것일까. 사건의 지평선이라는 용어는 사람들이 가장 많이 알고 있는 물리학자인 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 나온다. 일반 상대성 이론에서 질량은 시공간을 휘게 한다. 이때 질량이 클수록 시공간을 많이 휘게 한다. 질량에 따른 시공간의 휘어짐에 따라 나타나는 힘을 ‘중력(gravity)’이라고 한다. 질량에 의해 휘어진 공간을 물체가 탈출하기 위해서는 일정 이상의 속도가 필요하다. 그 경계가 되는 속도를 ‘
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과학과 놀자지구 멸망 막기 위한 소행성 충돌 실험
신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (13)지난해 개봉한 영화 ‘돈 룩 업(Don't Look Up)’은 지구가 혜성과 충돌해 멸망하는 이야기를 담고 있다. 지구가 혜성이나 소행성과 충돌하는 스토리는 이 영화 외에도 여러 영화에 등장한다. 이런 시나리오는 영화 속 이야기로만 그치지는 않는다. 과거에도 지구는 소행성과 충돌한 적이 있고, 지금도 2300여개 소행성이 지구 주변을 돌고 있다.중생대 백악기 말인 6600만년 전 공룡을 비롯해 지구 생명체의 75%가 사라진 5차 대멸종도 소행성 충돌이 원인인 것으로 알려져 있다. 멕시코 유카탄 반도에는 너비 180㎞, 깊이 20㎞인 칙술루브 분화구가 있다. 이 분화구는 소행성이 지구와 충돌해 생긴 것으로 추정된다. 소행성 파편에 많이 포함된 이리듐이라는 원소는 지구 지층에는 매두 드문 원소인데, 백악기 말 형성된 지층에서 유난히 많이 발견됐다. 그 시기 소행성과 지구의 충돌이 있었다는 유력한 증거다.역사상 가장 큰 규모의 소행성 충돌은 1908년 퉁구스카 대폭발이다. 비교적 최근인 2013년 3월에도 러시아 30㎞ 상공에서 거대한 운석이 폭발해 건물 7000채가 부서지고, 1400명이 다쳤다. 당시 폭발 충격은 히로시마에 떨어진 원자폭탄 위력의 수십 배에 달했다고 한다.언제 또 일어날지 모를 소행성 충돌 공포로부터 인류를 구할 수 있는 획기적인 발걸음이 지난 9월 27일 있었다. 미국 항공우주국(NASA)이 우주선을 소행성에 충돌시켜 소행성의 궤도를 바꾸는 실험을 한 것이다. 소행성이 지구에 충돌할 위험이 있을 때를 대비한 ‘지구 방위’ 실험이었다.NASA가 개발한 우주선 다트(DART)는 지구에서 1080만㎞ 떨어진 목성 근처의 소행성 디모르포스
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과학과 놀자개기월식 현상 '신비의 달' 2030년 착륙 도전
2022년 11월 8일 화요일 밤, 달이 지구의 그림자에 가려지는 개기월식이 나타났다. 특별히 이번 개기월식 때는 달이 천왕성을 다시 가리는 엄폐 현상이 동시에 나타났다. 월식과 행성 엄폐가 동시에 발생하는 건 100년에 한두 번 정도 일어나는 드문 현상이고, 우리나라에서 이번처럼 개기월식과 천왕성 엄폐 동시 발생 현상을 보려면 200년은 기다려야 한다.다행히 날씨도 좋아 많은 사람이 일생에 단 한 번 볼 수 있는 개기월식과 천왕성 엄폐 현상을 마주했다.개기월식은 보름달이 뜨는 음력 15일, 공전궤도상에서 태양-지구-달이 일직선일 때 지구 그림자 속으로 달이 들어가 달이 가려지는 현상이다. 달이 지구 그림자 속으로 들어가면 태양 빛을 반사하지 못하는 부분부터 어두워지기 시작해 부분월식이 시작되고 지구의 본그림자 속으로 완전히 가려지면 개기월식이 된다. 개기월식이라도 달이 완전히 사라지지 않고 붉은색 보름달로 보이게 되는데, 이는 직접 들어오는 태양 빛은 차단돼도 지구에서 산란한 빛이 달에 들어오기 때문이다. 그러므로 개기월식 때 붉은 정도는 지구 대기에서 산란돼 나오는 빛의 양이 얼마인지를 상대적으로 알려주는 척도가 된다.개기월식이 얼마나 붉고 선명한지를 나타내는 정도를 댄존 등급(Danjon Scale)이라고 하는데, 프랑스 천문학자 루이스 댄존이 달이 보이는 정도를 0~4등급으로 나눈 지표다. 0등급이 가장 어둡고 4등급이 가장 밝다. 댄존 등급은 지구의 대기 상태에 따라 달라진다. 지구상에서 화산 활동이 일어나면 대기에서 산란해 나가는 빛의 양도 줄어들어 달은 어둡게 관측된다.달과 관련된 천문현상으로 개기일식도 있다. 개기일식은 공전궤도상에서 태양-달-지
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과학과 놀자우주여행 시대가 다가오고 있어요
신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (12)상상 속에서나 가능했던 우주여행이 점점 현실로 다가오고 있습니다. 유리 가가린이 1961년 인류 최초로 우주 비행에 성공한 이후 우주는 선택받은 사람들만의 영역이었습니다. 여전히 우주여행은 개척 단계이고 천문학적인 비용이 들지만, 조금씩 가능성의 영역으로 접근하고 있습니다.올해 4월 미국 우주개발 기업 액시엄이 모집한 우주 여행객들이 국제우주정거장(ISS)에 다녀왔습니다. 이들은 스페이스X가 제작한 우주 발사체 팰컨9과 우주선 크루 드래건을 이용해 우주로 나갔다가 17일 만에 지구로 돌아왔습니다. 이들은 15일간 국제우주정거장(ISS)에 머물렀습니다.작년 7월에는 영국 버진그룹의 리처드 브랜슨 회장이 우주에 다녀왔습니다. 브랜슨 회장은 VSS 유니티라는 우주 여객기를 타고 지구를 벗어나 3~4분간 ‘무중력 체험’을 하고 돌아왔습니다. 본격적인 우주여행이라고 할 수는 없지만 우주 공간을 체험하고 왔다는 의미가 있습니다.아마존 창업자 제프 베이조스도 작년 7월 자신이 설립한 우주여행 기업 블루오리진의 로켓을 타고 지구와 우주의 경계선인 고도 100㎞ 상공까지 올라갔다 왔습니다. 블루오리진의 우주여행은 유인 캡슐과 결합한 로켓이 수직으로 올라간 뒤 내려오는 방식으로, 캡슐은 고도 75㎞에서 분리된 후 지구 대기권과 우주의 경계선인 고도 100㎞의 카르만 라인에서 낙하합니다. 비행 시간은 약 10분으로 캡슐에 설치된 3개의 대형 낙하산을 이용해 지구에 착륙합니다.우주여행은 아직 보통 사람이 접근하기는 어렵습니다. 무엇보다 비용이 너무 많이 드니까요. 액시엄의 우주여행에는 미국 부동산 투자 사업가와 캐
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과학과 놀자과학기술을 활용한 예술, 미디어 아트
신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (11)화가가 꿈인 지니는 지난 주말 조선의 천재 화가 김홍도 전시회를 보러 갔다. 전시회 팸플릿에는 ‘단원 김홍도의 미디어 아트 전시’라고 적혀 있었다. 전시관에 들어가니 김홍도의 작품이 움직이는 영상으로 만들어져 멋진 배경음악과 함께 흘러나왔다. 그림이 꼭 살아 움직이는 것 같았다. 지니의 마음을 사로잡은 이런 영상이 미디어 아트라고 했다.미디어 아트란 사진, 영상, 터치스크린, 레이저 등 여러 가지 미디어 기술을 활용한 예술 작품을 말한다. 미디어 아트 기법을 활용하면 2차원 평면의 그림도 살아 움직이는 3차원 입체로 재탄생한다.김홍도의 작품 중 ‘행려풍속도 8곡병’은 당시 생활상을 생동감 넘치게 묘사하고 있다. 아쉽게도 프랑스 파리 기메박물관에 소장돼 있어 직접 감상하기는 어렵다. 대신 이 작품을 바탕으로 한 미디어 아트 전시를 국내에서 만날 수 있다. ‘행려풍속도 8곡병’의 미디어 아트를 보는 동안 지니는 마치 1700년대 한양에 와 있는 듯한 착각이 들었다.미디어 아트의 배경에는 과학 기술이 있다. 과학 기술이 발전하면서 예술의 표현 기법 또한 다양해진 것이다. 대표적인 것이 증강현실(AR), 가상현실(VR) 기술이다. AR, VR 기술은 관객이 작품에 참여하는 인터랙티브 아트를 가능하게 한다. 인터랙티브(interactive)란 서로 영향을 주고받는다는 의미다.관람객이 발을 내딛는 곳마다 꽃이 피어나고, 폭포에 손을 대면 물줄기 방향이 바뀌는 것과 같은 이미지를 AR과 VR 기술을 통해 만들어 낼 수 있다. 화면에서 고래가 튀어나오는 것처럼 현실과 가상세계가 뒤섞인 이미지를 구현하는 데도 AR과 VR 기술이
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과학과 놀자유성생식은 유전적 다양성 확보로 생존확률 높여
1859년, 다윈은 <종의 기원>을 발간해 '자연선택'을 세상에 소개하며 유럽 사회에 엄청난 충격을 줬다. 인간이 침팬지와 비슷한 영장류 조상으로부터 진화했다는 그의 주장은 당시 유럽 사회의 세계관과 윤리관을 뒤엎는 것이었다.다윈의 자연선택론은 동물 중 어떤 개체는 살아남아 자신의 유전자를 대물림하고, 어떤 개체는 자손을 남기지 못하고 죽는지에 대해 비교적 설득력 있는 설명을 제공한다. 예를 들어 대부분의 새는 암컷이 수컷에 비해 우중충한 색을 갖는데, 이는 암컷이 알을 품고 있는 동안 포식동물의 눈에 잘 띄지 않아 생존율이 높아진 ‘자연선택’의 결과 때문이고, 가젤 영양의 몸이 천적보다 빨리 달릴 수 있도록 발달한 것도 ‘자연선택’의 결과라고 제시했다.다윈은 <종의 기원>을 발간한 지 12년이 되는 1871년에 <인간의 유래와 성선택>이라는 책을 발간해 유럽 사회에 더 큰 파장을 일으켰다. 다윈은 자신의 기존 이론인 ‘자연선택론’에 반하는 것처럼 보이는 특성 즉, 공작 수컷의 화려한 꼬리 깃털이나 엘크 수컷의 무겁고 거대한 뿔처럼 생존에 불리한 특성이 어떻게 발달했는지 스스로 의문을 제기했다. 여기서 다윈은 같은 종 내에서 일어나는 짝짓기 행동과 짝 고르기라는 번식 경쟁을 끌어들여 ‘성선택 이론’이라는 새로운 개념을 도입했다. 공작새 수컷의 꼬리나 엘크 수컷의 거대한 뿔은 성선택 과정에서 생긴 자연스러운 결과라는 것이다. 다윈은 생존을 위한 자연선택과 번식을 위한 성선택을 구분한 뒤, 성선택은 자연선택보다 훨씬 더 지능적인 과정이라고 설명했다.성의 존재는 생명의 진화에 어떤 이점이 있는 것일까.모
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과학과 놀자군고구마 맛과 향은 아미노산과 당의 합작품
군고구마, 붕어빵, 호떡…. 겨울철 길거리에서 만날 수 있는 맛있는 간식이다. 이들 앞을 지나갈 때면 달콤하고도 구수한 냄새가 코끝을 스친다. 이 맛있는 냄새는 어떤 물질일까? 바로 '마이야르 반응'에 의해 만들어진 화합물이다.마이야르 반응은 1912년 프랑스 과학자 루이 카미유 마이야르에 의해 보고된 아미노산과 환원당의 화학 반응이다. 환원당은 알데하이드나 케톤 작용기를 갖는 당으로 반응성이 크다. 마이야르는 당시 아미노산으로 단백질을 형성하는 과정을 연구 중이었는데, 아미노산에 포도당과 같은 당을 반응시키면 갈색 물질이 형성되는 것을 알게 됐다. 이때 생긴 갈색 물질은 다양한 맛과 향을 내는데, 군고구마나 군밤의 표면에 형성된 맛있는 갈색 부분이 바로 마이야르 반응으로 인해 만들어진 화합물이다.밀가루 반죽을 가열하면 반죽에 들어 있는 아미노산의 아미노기(-NH2)와 환원당의 카보닐기(-(C=O)-)가 결합해 여러 단계를 거치며 갈색 물질의 ‘멜라노이딘’을 형성한다. 아미노산과 환원당이 결합할 때 아미노산과 환원당(포도당, 엿당, 젖당 등)의 종류에 따라 다양한 생성물이 생기는데, 이를 총칭해 멜라노이딘이라 부른다. 예를 들어 아미노산 중 류신과 당이 결합하면 초콜릿 향을 내는 멜라노이딘을 형성하며, 아르지닌과 당이 결합하면 팝콘 냄새를 풍기는 멜라노이딘을 만든다.마이야르 반응은 고기를 불에 구울 때도 일어난다. 삼겹살을 구우면 고기 속 아미노산과 당이 결합하는 마이야르 반응에 의해 표면이 갈색으로 변하고 맛있는 냄새가 난다. 인류는 아주 오랜 기간 마이야르 반응으로 생성된 멜라노이딘을 먹었다. 빵을 구울 때 나는 빵 냄새나 노
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과학과 놀자지구를 지키기 위한 노력, 탄소 중립
신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (10)탄소 중립이라는 말을 들어 본 적 있나요? 여기서 탄소는 이산화탄소를 뜻합니다. 우리가 숨을 ‘후~’ 하고 내쉴 때 나오는 기체입니다. 탄소 중립이란 이산화탄소의 총 배출량이 늘어나지 않도록 하는 것을 말합니다. 숲을 조성해 이산화탄소를 흡수하고, 탄소를 배출하지 않는 무공해 에너지를 개발하는 등의 노력이 필요합니다.이산화탄소는 식물의 광합성을 비롯해 지구상에서 생물이 살아가는 데 꼭 필요한 기체입니다. 하지만 이산화탄소가 너무 많으면 문제가 생길 수 있습니다. 그것은 이산화탄소가 일으키는 온실 효과 때문입니다.비닐하우스는 외부 환경에 상관없이 내부 온도를 일정하게 유지할 수 있습니다. 지구도 마찬가지로 지구를 둘러싸고 있는 공기 때문에 온도를 어느 정도 일정하게 유지합니다. 특히 이산화탄소는 지표면에서 반사되는 에너지를 흡수하는 성질이 있어 온실 효과를 일으킵니다.그래서 대기 중에 이산화탄소가 많아지면 지구에서 반사된 에너지가 대기권을 빠져나가지 못해 지구의 온도가 올라가게 돼요. 온실의 유리가 열이 빠져나가는 것을 막아 내부 온도를 높이는 것처럼 이산화탄소가 열 배출을 막아 지구 온도를 높이는 것이죠.지구가 뜨거워지면 어떤 일이 발생할까요. 과학자들은 지구 평균 기온이 2℃ 상승하면 적도 지역에서는 사람이 살 수 없게 될 것이라고 예상하고 있어요. 또 태풍, 폭염 등 자연재해가 더 자주 일어날 것이라고 해요. 이와 같은 전 지구적인 재난을 막기 위해 세계 각국이 그린 뉴딜이라는 이름으로 추진하고 있는 것이 탄소 중립입니다.탄소 중립은 단기간에는 달성하기 어
