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과학과 놀자

외계 생명체 찾아낼까? 제임스 웹 우주 망원경에 쏠리는 관심

국립중앙과학관과 함께하는 과학 이야기 (1)우주는 어떻게 탄생했으며, 초기 우주는 어떤 모습이었을까. 지구 밖 외계 생명체는 과연 존재할까. 수많은 과학자가 오랫동안 해 온 질문들이다. 이런 의문을 풀어 줄 것으로 기대를 모으고 있는 우주 망원경이 있다. 작년 12월 25일 발사에 성공한 ‘제임스 웹 우주 망원경(웹망원경)’이다.웹망원경은 1990년 인류가 최초로 우주에 발사한 허블 망원경의 뒤를 이을 우주 망원경이다. 인류가 지금껏 개발한 우주 망원경 중 가장 크고 성능도 우수하다. 미국 항공우주국(NASA), 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국(CSA)이 22년간 10조원 넘는 연구비를 투자해 개발했다. 과학자들은 웹망원경이 별과 은하의 탄생과 진화, 블랙홀의 비밀 등에 관해 새로운 발견을 해낼 것으로 기대하고 있다. 외계 생명체의 존재 증거를 찾아낼 수 있을지도 관심사다.웹망원경은 18개의 육각형 거울로 우주를 관측한다. 거울의 지름은 6.5m로 허블 망원경(2.4m)의 2.7배 정도 된다. 사물을 눈으로 볼 때보다 100만 배 확대해서 볼 수 있다. 태양열과 빛으로부터 망원경을 보호하는 테니스 코트 크기의 차단막도 달려 있다. 지구에서 약 150만㎞ 떨어진 곳에서 행성과 별, 은하의 움직임을 관찰한다.현재 시험 가동 중인 웹망원경은 오는 6월부터 본격적인 활동에 들어가 앞으로 5년간 우주 관측 임무를 수행한다. 6월 말엔 웹망원경이 처음 관측한 ‘퍼스트 라이트(first light)’ 사진을 지구에 보내올 예정이다. 인류가 개발한 가장 우수한 우주 망원경에 비친 우주는 어떤 모습일지 벌써부터 기대된다.백창현 국립중앙과학관 기상연구관 

과학과 놀자

지구상 모든 생명체가 의존하는 태양광 에너지…기후변화 촉발하는 과도한 화석연료 사용 경계해야

코로나19 사태 이전에는 우리의 건강에 직접 영향을 주는 대기 중의 미세먼지가 많이 논의되다가 최근에는 세계적으로 산불, 폭우, 폭염 등 이상 기후가 이슈가 되고 있다. 이상 기후의 원인으로는 대기 중 이산화탄소 농도 증가에 따른 기후 변화가 지목되고 있다. 기후는 대기의 온도, 바람, 비, 눈을 모두 아우른다. 태양광으로 대기가 가열되고, 지표에서 물이 증발해 구름이 되고, 대기압의 차이로 생긴 바람을 따라 이동한 구름이 다시 비와 눈이 되어 지표에 내린다. 이런 모든 변화가 기후다. 기후는 태양으로부터 오는 태양광 에너지에 의해 작동된다. 에너지를 전달하는 매개체인 이산화탄소태양광 에너지는 어디서 오는 걸까? 태양에서는 수소와 수소의 핵융합 반응으로 헬륨이 만들어진다. 이 과정에서 수소의 일부 물질이 에너지로 변환되는데, 이 에너지로 인해 고온으로 가열된 태양은 햇빛을 포함한 다양한 전자기파를 사방으로 방출한다. 그중 일부가 지구에 도달해 태양광 에너지를 전달한다. 반짝이는 별빛도 에너지 크기는 미미하지만 태양광과 마찬가지로 별에서 지구로 전달되는 에너지다. 아인슈타인이 발견한 것과 같이 우주에서는 물질과 에너지가 상호 변환하고, 또 이동하며 변화 혹은 순환한다. 우리 주위에도 물질이 에너지로 변환하는 예들이 있다. 우라늄 원자가 2개로 쪼개지며 일부 물질이 에너지로 변환되는데, 원자력발전소는 이 에너지를 이용해 전기를 생산한다. 병원에서 사용하는 양전자방출단층촬영(PET) 장치는 인체에 주입한 방사성원소(F-18)가 방출하는 양전자가 주위의 전자와 반응하여 두 전자의 질량이 모두 감마선 에너지로 변환되어 방출되는데, 이를 탐지하

과학 기타

규산염 광물과 탄소화합물

지난 시간에는 규산염 광물은 Si-O 사면체를 기본구조로 1줄로 길게 이어진 단일사슬 구조, 2줄로 이어진 2중 사슬 구조, 평면으로 넓게 이어진 판상구조 등 네 가지 구조에 대해 언급했다. 지구상의 생명체는 모두 탄소 화합물을 갖고 있기에 우주에서 탄소 화합물의 흔적 발견은 생명체의 존재 확 률이 높다는 의미로 해석할 수 있다. 재미있는 사실은 식물은 광합성 작용으로 물(H2O)과 이산화 탄소(CO2)를 사용하여 포도당(C6H12O6)과 같은 탄소 화합물을 스스로 만들어 낼 수 있다.음식으로 섭취하는 탄소화합물반면에 사람은 탄소 화합물을 스스로 생성하지 못하고 음식 등을 통해 섭취해야 한다. 그럼에도 탄소 화합물은 인체를 구성하는 물질들 중 중요한 한 가지다.탄화수소는 탄소와 수소로만 이루어진 화합물이고, 여기에 다른 원소를 포함하고 있다면 탄소 화합물이라 한다. 탄소 화합물들도 규산염 광물과 같이 일정한 규칙에 의해 결합한다.최외각 전자를 원소 기호 주위에 점으로 찍은 것을 루이스 전자점식이라 한다. 전자점식에서 비공유 전자쌍을 뺀 나머지를 사람의 팔로 생각하면 탄소원소(C)는 14족이라 4개의 팔을 갖고 있다. 비금속 원소와 비금속 원소 사이의 결합을 공유 결합이며, 공유결합은 사람과 사람이 악수하는 모습과 비슷한 결합이다.탄소 원자(C) 1개가 수소 원자(H)와 결합해 안전한 물질이 되기 위해서는 탄소 원자 1개가 4개의 수소 원자와 각각 악수하는 모양을 갖추어야 한다. 이런 모양을 정사면체(결합각 109.5도)라고 부른다. 규산염 광물은 Si-O 사면체를 기본구조로 하듯이 탄소화합물은 C-H 사면체를 기본으로 한다.단일결합·이중결합·삼중결합탄소 원자의 수에 따른