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과학과 놀자
'노란 가루' 한 움큼으로 탄소 20kg 없앤다

산업화 이전(1850~1900년)과 비교하면 지구의 평균온도는 얼마나 올랐을까. 세계기상기구(WMO)에 따르면 지난해는 약 1.45℃ 높았고, 관측을 시작한 이래 174년 만에 가장 따뜻한 해였다. 그런데 올해 기록이 경신될 것으로 보인다. 올해 1∼9월 상승폭이 약 1.54℃로 나타났기 때문이다. 2015년에 체결된 파리기후협약에서 국제사회가 합의한 상승폭 마지노선이 1.5℃였던 걸 생각하면 지구는 우리의 바람보다 빨리 따뜻해지고 있다.지구 기온이 점점 높아지는 주요 원인 중 하나는 온실가스다. 온실가스는 마치 이불처럼 지표면이 방출하는 열(적외선)을 가두는 물질이다. 온실가스의 농도가 높아지면 지구를 빠져나가지 못하는 열이 더 많아지므로 기온이 올라간다. 온실가스에는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소 등이 있는데 이산화탄소의 비율이 70% 이상으로 가장 크다. 더군다나 다른 온실가스보다 배출량이 많고, 대기 중에 오래 남아 있어 기후변화의 가장 큰 원인으로 꼽힌다. 과학자들이 이산화탄소를 줄이는 연구에 힘쓰는 이유도 여기에 있다.대표적 연구가 대기 중에 흩어져 있는 이산화탄소(약 400ppm 수준)를 포집하는 DAC(Direct Air Capture)다. DAC는 대기 중의 공기를 포집한 후 특별한 화학물질로 이산화탄소를 흡착해 걸러내는 기술이다. 이산화탄소를 직접 줄일 수 있고, 포집한 이산화탄소를 다양한 산업에 활용할 수도 있는 게 장점이다. 하지만 농도가 낮은 이산화탄소를 걸러내려면 많은 에너지가 필요한 데다 비용이 많이 들어서 상용화하려면 기술적·경제적 과제를 해결해야 한다.지난 10월 미국 캘리포니아대학교 버클리 캠퍼스(UC버클리) 소속 오마르 M. 야기 교수 연구팀이 이런 장애물을 극복할
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지구 밖 생명체 찾아 29억km '대장정'

태양계에 생명체가 산다면 가장 확률이 높은 곳은 어디일까? 가장 유력한 후보지는 금성, 화성, 목성의 위성인 유로파, 토성의 위성 엔셀라두스다. 이 중에서도 과학자들은 유로파에 특히 더 관심을 갖고 있다. 태양계에서 멀리 떨어져 있고, 행성도 아닌 작은 위성에 어떻게 생명체가 살 가능성이 있는 걸까.유로파를 처음 발견한 사람은 이탈리아의 천문학자 갈릴레오 갈릴레이다. 그는 1610년 자신이 만든 망원경으로 목성을 관찰하던 중, 그 주위를 도는 4개의 위성을 발견했다. 갈릴레이가 발견한 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토를 ‘갈릴레이 위성’이라 부른다. 이들은 목성이 가진 95개 위성 중에서 가장 큰 위성으로, 유로파는 달 크기의 90% 정도 된다. 만약 지금의 달 위치에 유로파가 있다면, 달과 거의 비슷한 크기로 보일 것이다. 다만 유로파의 표면은 매끈한 얼음으로 덮여 있어 햇빛을 더 많이 반사해 달보다 훨씬 밝게 보일 것이다.유로파의 가장 큰 특징은 두꺼운 얼음층 아래에 액체로 된 바다가 있다는 것이다. 이를 처음 발견한 것은 1995년부터 2003년까지 목성과 그 위성을 탐사한 갈릴레오 탐사선이다. 갈릴레오 탐사선은 목성의 강력한 자기장이 유로파 주변에서 교란된다는 사실을 알아냈다. 이는 유로파 내부에 전기 전도성 물질이 있고, 이 물질이 유로파 내에 자기장을 만든다는 뜻이다. 얼음은 전기가 잘 통하지 않으므로, 과학자들은 이를 설명하기 위해서는 유로파에 염분이 있는 바다가 있어야 한다는 결론을 내렸다. 이후 허블우주망원경은 유로파 표면에서 160~200km 높이의 물기둥이 치솟는 현상을 발견하기도 했다.과학자들은 목성의 강력한 중력이 유로파 내부에 마찰열을
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친구끼리 꿈에서 만나 대화, 현실이 될까

2014년 개봉한 영화 '인 마이 드림스(In My Dreams)'는 꿈속에서 만나 사랑에 빠진 두 남녀의 이야기를 다룬다. 그들은 꿈에서의 만남이 갈수록 생생해지자, 현실에서 서로를 찾아 나선다. 꿈과 현실의 경계에서 사랑이 환상이 아니라 실제가 될 수 있음을 증명하기 위해 노력하던 두 사람은 결국 마주하게 되고 "이거 꿈이 아니냐"며 서로를 바라본다.꿈에서 사랑하는 사람을 만나 대화하는 게 현실과 동떨어진, 단순히 극적 상황을 연출하기 위한 영화적 장치일까. 지난 10월 미국 샌프란시스코에 있는 수면 연구 기업 렘스페이스(REMspace)가 전한 연구 내용을 보면 꼭 그렇지도 않다. 렘스페이스에 따르면 그들은 뇌파와 수면장애 판별에 사용되는 수면다원검사를 활용해 두 사람이 세계 최초로 꿈속에서 대화하는 실험에 세계 최초로 성공했다.렘스페이스가 공개한 자료를 보면 실험 참가자 2명은 ‘자각몽(Lucid Dream)’ 상태에서 간단한 메시지를 주고받았다. 자각몽은 자신이 꿈을 꾸고 있다는 사실을 인지하면서 꾸는 꿈으로, 일반적인 꿈에 비해 그 내용이 현실적이고 기억에 또렷하게 남는다. 자각몽은 주로 렘수면 단계에서 나타난다. 사람들은 잘 때 눈이 빠르게 움직이는 렘(REM, Rapid Eye Movement)수면과 눈의 움직임이 거의 없는 비렘(NREM, Non-Rapid Eye Movement)수면을 오간다. 렘수면은 전체 수면의 약 20%를 차지하며, 수면 시간 중 90분 간격으로 4~6회 발생하고 10~30분 정도 진행한다.렘스페이스는 꿈 전용 언어인 ‘레묘(Remmyo)’를 활용했다. 레묘는 자각몽을 꾸는 사람의 얼굴 근육 변화와 그때 떠올린 단어를 대응시키는 기술로, 얼굴 근육 변화는 여섯 가지 움직임으로 구성되며 ‘얼굴
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진주 공룡 화석, '플랩 러닝'<날갯짓하며 달리기>의 증거 보여줘

새가 공룡의 후예라는 사실은 과학계의 정설로 자리 잡고 있다. 최근 연구에 따르면 초기 깃털 공룡이 날갯짓과 독특한 이동 방식으로 비행 진화의 중간 단계를 거쳤을 가능성이 제기됐다. 특히 한국에서 발견된 공룡 발자국 화석은 조류 비행의 기원을 밝히는 핵심 단서로 주목받고 있다.새와 공룡의 관계를 밝히는 연구는 오랜 시간 학계의 주요 관심사였다. 특히 수각류(Theropoda)에 속하는 깃털 공룡 중 일부가 깃털을 점진적으로 진화시켜 현대 조류로 이어졌다는 사실이 밝혀졌다. 고생물학자들은 여러 화석 증거와 생물학적 특징을 바탕으로 새와 깃털 공룡의 밀접한 연관성을 입증해왔다.초기 깃털 공룡들은 새처럼 완전한 비행을 하지는 못했다. 한 예로 시노사우롭테릭스(Sinosauropteryx)는 깃털이 있었지만 비행하는 데 쓰이진 않았다. 이때 깃털은 보온이나 위장 등의 목적으로 사용했을 것으로 추정된다. 또 카우딥테릭스(Caudipteryx)는 날개 형태의 짧고 넓은 깃털이 있었는데, 이 깃털이 비행에는 적합하지 않았다. 카우딥테릭스의 날개는 몸의 균형을 잡거나 구애, 위장 등의 목적으로 사용했을 가능성이 큰 것으로 알려져 있다. 페나랍토르(Pennaraptor)의 경우 깃축과 빳빳한 깃털이 있었지만, 실제로 날 수는 없었다.이 외에 깃털 공룡 화석이 다수 발견됐으나, 대부분 현대 조류처럼 깃털을 나는 용도로 이용하지 않았을 것으로 추측됐다.최근 일부 깃털 공룡이 비행과 유사한 움직임을 통해 하늘을 나는 형태로 진화해나갔을 거라는 연구가 나왔다. 지난 9월 국제 학술지 <미국국립과학원회보(PNAS)>에 실린 연구에서 마이크로랩터와 같은 초기 소형 공룡이 ‘플랩 러닝(flap-running)’을 통해 양

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핵심은 정자 단백질 묶음의 역할 ··AI가 풀었다

지구상 거의 모든 동물의 생명은 정자가 난자에 이동하는 것으로 시작된다. 그리고 이 두 세포는 서로를 인식하고 결합한다. 굉장히 단순해 보이고, 우리에겐 아주 익숙한 과학적 사실이지만 조금만 들여다보면 미스터리 투성이다. 일단 우리는 정자와 난자의 만남 과정에서 ‘무엇이’ ‘어떻게’ 관여하는지 제대로 알지 못한다. 그런데 최근 이 미스터리를 한 꺼풀 벗겨내는 연구가 발표됐다. 정자 세포와 난자 세포가 서로를 인식하고 결합하는 메커니즘이 밝혀진 것이다.빅토리아 데네케 오스트리아 빈대학교 분자병리연구소 연구원이 이끄는 연구팀은 정자 세포와 난자 세포가 결합할 때 관여하는 단백질에 주목했다. 그동안 두 세포가 결합할 때 관여하는 단백질은 크게 세 종류로 알려져 있었다. 2005년 정자에 있는 단백질인 ‘이즈모(IZUMO) 1’이 가장 먼저 발견됐다. 당시 일본 도쿄대 연구팀은 쥐에게서 이즈모 단백질을 만드는 유전자를 삭제하는 실험을 진행했고, 그 결과 다른 기능은 멀쩡했지만, 오직 난자 세포와 융합하는 기능만 상실됐다. 그 이후 영국 웰컴 트러스 생어 연구소에서 정자 세포와의 결합에 관여하는 난자 표면 단백질 ‘주노(JUNO)’를 발견했고, 이즈모와 유사하게 정자에서 난자 결합 과정에 관여하는 ‘스파카(SPACA) 6’도 확인됐다. 이로써 정자와 난자 세포가 결합할 때 관여하는 단백질의 존재는 모두 밝혀진 듯했다. 하지만 그 이후로 이들이 결합하는 메커니즘이 도무지 밝혀지지 않아 정자와 난자와의 만남은 여전히 미스터리로 남아 있었다.오스트리아 연구팀은 정자와 난자의 결합에 관여하는 새로운 단백질이 있을 것이라 가정하고, 구
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표면장력 원리로 계단 오르고…프로펠러 휠도

음식점 입구 앞 문턱, 지하철 역사 계단, 인도 위의 돌. 평범해 보이는 일상의 모습이지만, 휠체어를 타는 장애인에겐 에베레스트산만큼이나 큰 난관이다. 이럴 때 휠체어 바퀴가 계단을 오르고, 돌을 딛고 넘을 수 있다면 얼마나 좋을까! 그런데 머지않은 미래에는 이런 상상이 현실이 될 것으로 보인다. 장애물의 모양에 따라 형태가 바뀌는 바퀴가 개발됐기 때문이다. 힘차게 구르던 휠체어가 계단 모형 앞에서 잠시 멈추어 선다. 다시 천천히 움직이던 휠체어는 계단에 닿는 순간 모양을 바꾸기 시작한다. 마치 계단의 모양을 읽어낸 듯 바퀴와 계단이 닿는 면이 완벽하게 밀착된다. 덕분에 휠체어는 계단을 넘는 데 성공한다.이 휠체어는 한국기계연구원 AI로봇연구소 연구팀이 새롭게 개발한 바퀴를 장착했다. 이 바퀴의 핵심은 도로를 달릴 때는 단단하고 동그란 모양의 바퀴로 작동하다가, 장애물을 넘을 때는 말랑해지며 장애물의 모양에 따라 바퀴 모양도 바꾼다는 것이다.과학자들은 그동안 기존의 한계를 뛰어넘는 새로운 바퀴를 개발하기 위해 아이디어를 모았다. 대표적 바퀴가 ‘비공기압 타이어’다. 비공기압 타이어는 이름 그대로 공기가 없는 타이어다. 그 대신 바퀴 안쪽에 벌집 모양으로 생긴 고무 기둥으로 채워져 있다. 고무 기둥은 말랑말랑하기 때문에 장애물을 넘기에 수월하다. 장애물을 넘는 순간 고무 기둥과 함께 바퀴의 표면도 구부러지면서 장애물을 통과하는 방식이다.이러한 특징은 한편으로 단점이기도 하다. 말랑한 만큼 바퀴가 바닥과 닿는 면이 넓어져 마찰력이 커지면서 빨리 구르는 데 한계를 지닌다. 회전할 땐 중심을 잃기도 쉽다. 회전운동의 중심인 회전축
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억만장자 아이작먼, 인류 최초로 민간 우주 유영

스페이스X(SpaceX)가 민간 우주 시대의 가능성을 또 한번 확장했다. 9월 12일, 전문 우주비행사가 아닌 민간인 두 명이 우주 유영에 성공한 것이다. 그동안 우주 유영을 포함한 다양한 우주 임무는 미국항공우주국(NASA) 등 정부기관의 영역으로만 여겨져왔다.스페이스X(SpaceX)가 민간 우주 시대의 가능성을 또 한번 확장했다. 9월 12일, 전문 우주비행사가 아닌 민간인 2명이 우주 유영에 성공한 것이다. 그동안 우주 유영을 포함한 다양한 우주 임무는 미국항공우주국(NASA) 등 정부 기관의 영역으로만 여겨져왔다.‘폴라리스 돈(Polaris Dawn)’으로 명명된 이번 임무는 억만장자 재러드 아이작먼이 이끄는 민간 우주여행 프로젝트다. 재러드 아이작먼과 퇴역군인, 스페이스X 엔지니어 2명이 참여했으며, 9월 10일 우주선 ‘크루 드래건(Crew Dragon)’을 타고 우주로 향했다. 이들은 지상을 떠난 지 약 16시간 후에 1400km(870마일) 상공에 도달했는데, 이는 1972년 미국의 마지막 달탐사선인 아폴로 17호 이후 인간이 우주에서 여행한 가장 먼 거리다.이후 이들은 지구 상공 730km까지 고도를 낮춘 다음, 시속 2만5000km로 움직이는 우주선에서 나와 우주 유영을 시도했다. 재러드 아이작먼이 먼저 크루 드래건 꼭대기의 해치를 열고 나와 난간을 한 손으로 잡고 몸을 내밀었다. 아이작먼은 그 상태로 10분가량 우주에 머물렀다. 아이작먼은 우주 유영을 하며 “지구에서는 우리 모두 할 일이 많지만, 여기서 보는 지구는 확실히 완벽한 세상처럼 보인다”고 소감을 남겼다. 아이작먼의 우주 유영이 끝난 뒤, 스페이스X의 엔지니어 중 한 명인 세라 길리스도 나와 10분가량 우주 유영을 수행했다.이번 우주 유영의 목적은
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"에취~~" 소리는 비슷해도 신경 경로 달라요

기침과 재채기는 몸이 나가라는 신호를 보내는 반응이다. 호흡기나 코에 침투한 미세먼지, 병원균과 같은 불청객을 몰아내기 위해 우리 몸은 반사적으로 기침이나 재채기 반응을 일으킨다. 소리마저 비슷하게 들리지만, 두 반응은 각기 다른 방식으로 발생한다. 최근에는 둘이 완전히 다른 신경 경로로 발생한다는 사실까지 밝혀졌다.우리 몸은 종종 의지와 무관하게 특정 반응을 일으킨다. 기침과 재채기가 대표적인 예다. 기침과 재채기는 비슷해 보이지만, 반응이 나타나는 과정에 차이가 있다.기침은 호흡기에 들어온 이물질을 배출하기 위한 반사작용이다. 외부에서 들어온 먼지, 연기 혹은 바이러스 등이 기도의 감각수용체를 자극하면 뇌는 이를 즉각적으로 인지하고, 기관지를 수축시켜 강한 공기를 내뿜도록 신호를 보낸다. 이 과정에서 기도가 일시적으로 닫힌 상태에서 빠르게 열리며, 강한 바람이 이물질을 밀어낸다. 이때 공기의 빠른 분출로 기침 소리가 난다.반면 재채기는 비강을 통한 자극에 반응하는 방어기제다. 꽃가루, 먼지, 곰팡이 포자 또는 기타 미세한 입자가 코 안쪽의 점막을 자극하면 비강에 위치한 감각수용체가 이를 감지해 뇌로 신호를 보낸다. 뇌는 코와 입을 통해 강한 공기 흐름을 만들어 자극 물질을 제거하려는 반사작용을 유도한다. 이처럼 기침과 재채기는 각각 호흡기와 비강을 보호하는 방어기제로 작용한다.기침과 재채기는 반응 시 침방울이 퍼지는 거리에도 차이가 있다. 2016년 미국 MIT 물리학과 리디아 보로이바 교수는 침방울의 확산 거리를 연구해 국제 학술지 ‘네이처’에 발표했다. 보로이바 교수는 초고속 비디오카메라를 사용해 기침과 재채기 중 침

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