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과학과 놀자우주망원경으로 텅빈 공간에서 수많은 은하 발견
지난 7월 12일, 미국 항공우주국(NASA) TV는 제임스 웹 우주망원경의 첫 관측 결과를 실시간으로 공개했다. 모두 다섯 가지의 고해상도 이미지와 분광 스펙트럼이며, 그중 공식 발표가 있기 하루 전에 조 바이든 미국 대통령에 의해 공개된 SMACS 0723 은하단 이미지에는 ‘제임스 웹의 첫 번째 딥 필드(Webb’s First Deep field)’라는 이름이 붙었다.딥 필드 이미지는 허블 우주망원경으로부터 시작됐다. 1995년 로버트 윌리엄슨 우주망원경과학연구소(STScI) 소장은 허블 우주망원경을 담당하고 있었다. 그런 그가 어느 날 아무것도 없는 것처럼 보이는 깜깜한 우주 공간을 찍어보자는 엉뚱한 제안을 한다. 이 제안을 들은 천문학자들은 모두 그가 미쳤다고 생각했다.당시 허블 우주망원경은 우주 비행사들이 현장에서 정비와 업그레이드를 해야 했고, 잦은 고장으로 수리에 들어가는 비용만 해도 천문학적이었기 때문에 여론이 좋지 않았다. 그런 상황에서 아무것도 보이지 않는 깜깜한 우주의 한 부분을 촬영하고자 각도를 미세하게 조정하고, 희미한 빛을 보기 위해 오랜 시간 촬영한다는 것은 도박이나 다를 바가 없었다. 만약 촬영에 소득이 없다면 가뜩이나 좋지 않은 여론에다 ‘눈에 보이는’ 관측 대상의 대기 리스트가 밀려 있는 상황에서 막대한 비용을 잡아먹게 될 것이라는 우려가 주를 이뤘다.하지만 허블의 첫 딥 필드 이미지인 ‘허블 딥 필드(Hubble Deep Field, HDF)’의 탄생은 천문학계에 큰 충격을 안겨준 사건이 됐다. 지구 궤도를 공전하는 허블 우주망원경은 1995년 크리스마스를 즈음해 약 열흘에 걸쳐 큰곰자리 주변의 매우 작은 한 영역(100m 떨어진 거리에서 바라본 테니스공 크기 정
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과학과 놀자밤하늘 우주쇼, 유성우의 정체는?
신나는 과학을 만드는 사람들의 과학 이야기 (2)지난 8월 12일 밤부터 13일 새벽까지, 그리고 13일 밤부터 14일 새벽까지 페르세우스 유성우가 지구에 떨어졌다. 아쉽게도 전국 대부분 지역이 흐리고 비가 왔지만, 이 시기는 1년 중 가장 화려한 유성우를 볼 수 있는 때다. 페르세우스 유성우는 사분의자리 유성우(1월), 쌍둥이자리 유성우(12월)와 함께 1년 중 볼 수 있는 3대 유성우로 꼽힌다. 유성우란 유성이 비 오듯 쏟아져 내리는 현상을 말한다. 유성우가 생기는 까닭은 무엇일까?우주 공간에는 지구와 같은 행성 외에도 수많은 물체가 떠돌아다닌다. 행성 주변을 떠도는 다양한 크기의 물체를 유성체라고 한다. 유성체는 대부분 혜성과 소행성에서 떨어져 나와 생긴다. 이런 유성체들이 지구 중력에 끌려 들어와 대기권을 통과하면 공기와 마찰을 일으키며 밝은 빛을 낸다. 이것을 유성 또는 별똥별이라고 한다. 유성은 특정 시기에 유독 많이 떨어지기도 하는데, 이를 유성우라고 한다.유성은 우리 눈에 하얗게 보이지만 실제 색은 다양하다. 사람의 눈으로는 여러 색깔을 구별해내지 못하지만, 카메라를 통해서는 다채로운 유성의 색을 확인할 수 있다. 유성의 색이 다른 이유는 무엇일까. 유성체가 빠른 속도로 낙하하면 대기와의 마찰로 고열이 발생한다. 이때 유성체 주변 대기의 온도도 함께 상승해 대기 성분이 이온화하면서 여러 색의 빛을 낸다.유성우는 매년 비슷한 시기에 발생한다. 그것은 지구가 1년에 한 바퀴씩 태양 주위를 공전하기 때문이다. 혜성과 소행성은 태양 주변을 지날 때 공전 궤도상에 많은 부스러기를 남기는데, 이 공간을 지구가 지나갈 때 그 부스러기들이 지구로 떨어져 유성우가
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과학과 놀자달 탐사선 다누리, 4개월 뒤 달에 도착하는 이유
신나는 과학을 만드는 사람들의 과학 이야기 (1)우리 독자 기술로 제작된 대한민국 첫 달 탐사선 다누리호가 지난 8월 5일 오전 발사에 성공했다. 이로써 한국은 달 탐사선을 띄운 세계 일곱 번째 나라가 됐다. 다누리는 앞으로 4개월 반에 걸쳐 우주여행을 한 뒤 달에 도착해 내년 1월부터 달 표면 탐사 등 본격적인 임무를 수행한다.다누리가 달에 도착하기까지 이렇게 긴 시간이 걸리는 것은 직선 경로가 아니라 탄도형 달 전이 방식(BLT·Ballistic Lunar Transfer)이라고 하는 우회 경로를 택했기 때문이다.다누리는 지구에서 바로 달을 향해 가지 않고 일단 태양 방향으로 간다. 지구에서 약 150만㎞ 떨어진 라그랑주 L1 지점이 1차 목적지다. 이 지점은 태양과 지구의 중력이 균형을 이뤄 무중력 상태가 되는 곳이다. 다누리는 이곳에서 방향을 바꿔 다시 지구 쪽으로 온 뒤 지구를 지나쳐 달을 향해 간다. 이 경로를 그림으로 그려 보면 리본형 고리 모양이 된다. 총거리는 600만㎞에 이른다.다누리가 지구에서 달까지 3일 만에도 갈 수 있는 직선 경로를 두고 먼 길을 택한 이유는 연료를 아끼기 위해서다. 지구에서 달까지 바로 가는 방식은 시간은 절약되지만 연료 소모가 크다. 반면 BLT 방식은 태양, 지구, 달의 중력을 활용해 연료를 25% 정도 아낄 수 있다. 연료를 아끼는 만큼 좀 더 오랫동안 달을 탐사할 수 있다. 지금까지 미국과 일본만 성공한 고난도 기술이다.다누리의 임무 중엔 우주 인터넷 시험이 있다. 방탄소년단(BTS)의 노래 ‘다이너마이트’ 뮤직비디오 신호를 지구에서 받아 실시간 재생이 가능한지를 시험할 계획이다. 우주에서 들려올 ‘다이너마이트’가 벌써부터 기다려진다.김지현
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과학과 놀자갯벌은 생태적기능·오염정화·재해예방 등 보물같은 공간
우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있다. 특히 서해안과 남해안은 동해안과 달리 밀물과 썰물의 차가 커서 바닷물이 빠지면 넓은 갯벌이 드러난다. 갯벌은 강의 하류와 바다가 만나는 지점으로, 밀물과 썰물 시간에 따라 물에 잠기거나 공기에 노출돼 생물 다양성이 풍부하다.선사시대부터 갯벌은 사람들의 생활 터전이었다. 식량 자원이 풍부한 바닷가에서 거주해 신석기시대의 조개더미가 발견되고, 삼국시대에는 미역을 먹었다는 기록도 《삼국유사》에서 볼 수 있다. 지금도 갯벌은 갯마을 사람들에게 먹을거리를 무한 제공하며 생물자원의 생산지 역할을 하고 있다. 또 갯벌은 육지에서 배출돼 퇴적되는 오염물과 부유물 등의 오염물질을 정화시키고, 홍수 및 태풍으로 인한 피해를 감소시키기도 한다. 게다가 아름다운 경관과 관광 등 여가 활동을 제공하니, 이 얼마나 소중한 곳인가!갯벌을 아직 가보지 않았다면 방학이나 주말을 이용해 찾아가보자. 갯벌 생태계에 가서 직접 다양한 종을 탐색한다면 종 다양성의 의미를 경험할 수 있을 것이다. 찰흙처럼 고운 곳, 모래가 많은 곳, 자갈이 깔린 곳, 갯바위로 이뤄진 곳 등 갯벌의 모습은 다양하다. 이 중 갯바위에는 여러 종의 생물이 부착해 살아가므로 갯바위가 보전된 지역에 가면 진흙 갯벌보다 다양한 종을 관찰할 수 있다.갯벌로 떠나기 전에는 조수간만 차에 대한 정보 및 기후 조건 정보를 잘 살펴봐야 한다. 밀물과 썰물의 시각은 매일 달라진다. 바닷물이 들어오는 속도는 매우 빠르므로 썰물 시각을 기준으로 2시간 전에 갯벌에 방문하는 게 적당하며, 썰물 시간일 때는 뭍으로 돌아오기 시작해야 한다. 또 조수간만의 차이가 가장 큰 ‘
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과학과 놀자아삭한 채소를 개발한 한국 대표 농학자 우장춘
국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (12)한국을 대표하는 전통 음식 김치는 배추와 무 등 신선한 채소가 있어야 제맛을 낼 수 있다. 아삭아삭하게 씹히는 배추와 무의 식감이 김치 맛을 더해 준다. 그런데 우리가 먹는 배추와 무가 원래부터 그렇게 아삭아삭했던 것은 아니다. 그런 배추와 무를 개발해 보급한 사람은 한국을 대표하는 농학자 우장춘(1898~1959)이다.우장춘 이전에 과학자들은 생물 종의 탄생을 진화론으로 설명했다. 19세기 영국 생물학자 찰스 다윈은 <종의 기원>에서 생존에 유리한 변이(생물 개체가 가진 특성)가 자연 선택에 의해 살아남으면서 새로운 종으로 진화한다고 봤다. 나무가 새 가지를 치며 자라듯이 생물 종도 기존 종에서 새로운 종이 갈라져 나오면서 다양해진다는 것이다.그러나 우장춘은 종의 분화만으로는 생물 종의 탄생을 설명할 수 없다고 생각했다. 그는 종이 달라도 같은 속(屬)에 들어가는 식물을 교배하면 새로운 종을 만들어 낼 수 있다고 봤다. 우장춘은 이를 증명하기 위해 종은 다르지만 같은 속인 배추와 양배추를 교배해 제3의 식물인 서양 유채를 만들고, 염색체 분석을 통해 이들 사이의 세포학적 관계를 밝혀냈다. 즉, 유채가 배추와 양배추의 자연적인 잡종 결과 탄생한 새로운 종이라는 사실을 밝혀낸 것이다.이처럼 서로 다른 종이 합쳐져 새로운 종이 되는 것을 '종의 합성'이라고 한다. 우장춘은 1936년 도쿄제국대학 농학박사 학위 논문인 '배추 속(屬) 식물에 관한 게놈 분석'에서 이 같은 이론을 세계 최초로 제시했다. 이 이론은 같은 종끼리만 교배가 가능하다고 본 당시의 패러다임을 깨뜨린 것이었다.종의 합성은 두 식물을 교배해 세
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과학과 놀자액체상태 거치지 않는 '마른 얼음'…산업현장 세척에도 활용
더운 여름, 얼음과 함께 차가움의 대명사로 불리는 것이 있다. 하얗고 차가우며 물에 넣으면 흰 연기를 퐁퐁 내며 사라지는 드라이아이스. ‘마른 얼음’이라는 이름은 드라이아이스의 성질에 대해 중요한 정보를 제공해준다.얼음이 녹아 액체인 물로 변하고 그로 인해 주변이 젖는 데 비해 드라이아이스는 젖지 않는다는 것이다. 고체에서 액체를 거치지 않고 바로 기체로 날아가는 승화성을 지니고 있기 때문이다. 고체가 기체로 날아가거나 반대로 기체에서 고체로 변하는 승화는 일상생활에서 흔히 나타나는 현상은 아니다.아이스크림이나 냉동식품같이 언 상태로 판매되는 제품을 구입하면 대개 드라이아이스가 들어 있다. 얼음팩이나 젤 냉각팩보다 온도를 낮추는 효과가 크기 때문이다. 드라이아이스의 온도는 영하 78.5도로 일상생활에서 접할 수 있는 물질 중 가장 차갑다. 자체 온도가 낮은 데다 기체로 승화하면서 승화열을 흡수하는 냉각 효과도 더해지기 때문에 탁월한 냉각제가 된다. 이런 드라이아이스는 언제, 어떻게 발견돼 사용되기 시작한 걸까?1835년 프랑스의 과학자 샤를 틸로리에는 금속 탱크에서 액체 이산화탄소가 배출될 때 눈 같은 흰 물질이 생기는 것을 관찰했다. 이를 얼음이라고 생각한 틸로리에는 흰 물질이 녹지 않고 사라지는 것을 보고 어리둥절했는데, 동료 과학자들 덕분에 자신이 최초로 드라이아이스를 만들었다는 걸 알게 됐다. 액체 상태로 배출된 이산화탄소가 기체로 변하면서 열을 흡수해 급격하게 온도가 떨어져 고체가 된 것이다. 이 실험은 지금도 해볼 수 있다. 1회용 플라스틱 스포이트를 자른 뒤 곱게 간 드라이아이스 가루를 넣고 입구를 막아두면 드
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과학과 놀자뜨거운 물과 차가운 물, 어느 쪽이 더 빨리 얼까?
국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (11)더운 여름날 물이나 음료수에 얼음을 띄워 마시면 정말 시원하죠? 만약 얼음이 없다면 여름을 나기가 훨씬 더 힘들 거예요. 얼음 틀에 물을 가득 담아 냉동실에 넣어 두면 시원한 얼음을 만들 수 있죠.얼음과 물은 똑같이 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이뤄진 분자들로 구성돼 있습니다. 냉동실처럼 주변 온도가 차가운 곳에서는 이 분자들이 모여 육각형 모양의 구조를 만들고, 이것이 결정을 이뤄 단단한 얼음이 만들어집니다.반대로 따뜻한 곳에서는 이 구조가 약해지면서 얼음이 흐물흐물 녹아 버려 물로 바뀌지요. 온도가 낮은 환경에서는 물 분자들이 주변에 열에너지를 빼앗기면서 안정된 구조를 만들게 되는 반면, 온도가 높은 환경에서는 주변으로부터 열에너지를 흡수한 분자들이 안정된 구조를 벗어나 활발히 운동하기 때문입니다.여기서 퀴즈를 하나 내 볼게요. 차가운 물과 따뜻한 물을 동시에 냉동실에 넣으면 어느 쪽이 더 빨리 얼음이 될까요? 언뜻 생각하기엔 차가운 물이 빨리 얼 것 같죠. 얼음이 차가운 성질을 지녔으니까요. 하지만 실제로는 따뜻한 물이 차가운 물보다 빨리 언답니다.1963년 탄자니아에 에라스토 음펨바라는 학생이 있었어요. 이 학생은 학교 수업 시간에 아이스크림을 만들던 중 따뜻한 우유와 설탕을
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과학과 놀자힘의 상호작용 속에서 입자에 의해 결정되는 우주
얼마 전 《사라진 중성미자를 찾아서》라는 책을 쓴 박인규 교수의 대중 강연을 들을 기회가 있었다. 유령 입자의 탄생에서 약력의 발견, 태양의 수수께끼, 정체를 바꾸는 입자, 중성미자에 대한 이야기였다. 강연을 들으며 우주를 이루고 있는 물질의 신기한 세계에 대한 호기심이 향수처럼 일어났다.중성미자 이야기를 시작하려면 물질을 구성하는 입자들에 대해 알아볼 필요가 있다. 대부분의 사람은 물질을 구성하는 기본 입자는 원자라고 답할 것이다. 실제로 원자의 어원도 그리스어로 ‘나눌 수 없는’이라는 뜻의 아토모스(atomos)에서 유래했다. 하지만 원자는 핵과 전자로 이뤄져 있고 다시 핵은 양성자와 중성자로 구성돼 있다.여기서 의문이 생긴다. 전자는 음전하(-)를 띠고, 양성자는 양전하(+)를 띠므로 둘 사이에는 인력이 작용해 핵 주위에 전자가 운동하고 있는 것은 지구가 중력에 의해 태양 주변을 돌고 있는 것과 비슷하게 이해할 수 있다. 그런데 같은 전하를 띤 양성자끼리 어떻게 핵에 단단하게 뭉쳐 있을 수 있을까. 흔히 원자의 구조를 이야기할 때 원자를 야구장 크기로 비유하면 핵은 야구공 크기 정도라고 표현한다. 수치로 표현하면 10만 분의 1 정도다. 그리고 이 핵에 원자 대부분의 질량이 모여 있다. 그렇다면 질량이 있는 물체 사이에 상호작용하는 중력이 전하를 띤 물체 사이에 작용하는 힘인 전기력보다 더 커서 그런 것일까. 계산해보면 두 양성자 사이에 작용하는 중력의 크기는 전기력의 크기보다 대략 1/10<윗첨자>36배다. 비교도 할 수 없이 약한 것이다.그렇다면 어떻게 핵이 만들어졌을까. 여기서 또 다른 힘의 존재를 유추할 수 있다. 그 정체는 바로 강력(강한