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초승달에도 전체윤곽 보이는건 지구 반사빛 때문

"변한 그를 욕하진 말아줘 네 얼굴도 조금씩 변하니까 … You're still my No. 1 보름이 지나면 작아지는 슬픈 빛 날 대신해서 그의 길을 배웅해줄래" 2002년, 가수 보아의 2집 타이틀로 발매된 곡 No. 1의 노랫말 중 일부다. 이 노랫말은 의인화한 달에 말하는 투로 지어졌는데, 인상적인 것은 말하는 대상인 달의 얼굴이 ‘조금씩 변한다’는 표현이다. 우리가 알고 있는 것처럼 밤하늘에서 밝게 빛나는 달의 모양은 매일 조금씩 달라진다. 지구에서 보이는 달의 모양을 ‘위상’이라 하는데, 달의 위상이 변하는 까닭은 달이 지구 주위를 공전하면서 태양과 지구, 달의 위치 관계가 달라지기 때문이다. 태양계 구성원 중 스스로 빛을 낼 수 있는 천체는 태양이 유일하다. 금성이나 화성 같은 행성이나 달과 같은 위성은 스스로 빛을 내지 못하지만, 표면에 태양빛이 반사돼 지구에 도달하기 때문에 어두운 밤에 볼 수 있다. 달은 지구 주위를 공전하고 있으므로 태양빛을 받아 밝게 빛나는 면을 우리에게 얼마나 보여주는가에 따라 초승달이 상현달, 보름달, 하현달, 그믐달의 순서로 바뀌는 것을 볼 수 있다. 그런데 태양빛을 반사하는 영역 중 일부만 볼 수 있는 초승달과 그믐달일 때 자세히 관찰해보면, 왼쪽 사진처럼 달의 어두운 부분이 희미하게 빛나는 것을 확인할 수 있다. 태양빛은 달이 태양을 향한 쪽에만 도달하므로, 태양빛이 닿지 못하는 반대쪽이 보이면 안 될 것 같은데 말이다. 이것은 달의 어두운 영역에 태양으로부터 나오는 빛 이외의 다른 빛이 반사되었기 때문이다. 이 어두운 영역을 희미하게 밝혀주는 빛은 지구로부터 출발한 것이다. 태양빛은 달뿐만 아니라 지구에서도 반사된다. 달에는 대기
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해조류·해초류 심는 '바다식목일' 아시나요?

우리나라 사람들은 해조류를 즐겨 먹는다. 육수를 낼 때 빼놓지 않고 넣는 다시마, 생일이면 꼭 먹는 미역국, 어린이부터 어른까지 모두 좋아하는 구운 김, 호호 불면서 먹는 재미가 있는 매생잇국, 톳나물 무침, 파래 초무침, 꼬시래기 무침 등 다양한 요리에 활용돼 밥상에 자주 올라온다. 해조류는 광합성을 하는 생물로 광합성 색소에 따라 녹조류, 갈조류, 홍조류로 구분된다. 특히 파래 매생이는 녹조류, 미역 다시마 톳은 갈조류, 김 꼬시래기는 홍조류에 속한다. 광합성을 한다고 하면 흔히 육상 식물의 모습을 떠올리지만, 해조류는 뿌리, 줄기, 잎의 구분이 분명하지 않으며 꽃을 피우지도 않고 포자에 의해 번식한다. 즉 뿌리, 줄기, 잎이 명확하게 구분되고 꽃을 피우며 씨앗을 통해 번식하는 잘피 같은 해초류(sea grass)와는 분류학적으로 전혀 다른 생물이다. 이 해조류와 해초류가 숲처럼 무성하게 서식하는 공간을 ‘바다숲’이라 부른다. 바다숲의 중요성이 대두되는 가운데 우리나라에는 해조류와 해초류를 심는 날이 있다. 몇 월 며칠인지 알고 있는가? 바로 5월 10일 ‘바다식목일’이다! 우리나라는 2013년 세계 최초로 국가기념일로 지정했고, 지난 5월 10일에는 제11회 바다식목일 기념식이 제주에서 열렸다. 해양이 오염되고 해수 온도가 상승해 바다숲이 사막화되는 현실을 극복하고자 매년 바다숲을 만들고 있다. 바다숲은 해삼, 전복 등 해양 초식동물의 먹이원이며 서식지와 피난처가 되고, 오염물질을 제거할 수 있으며, 해양 생태계의 pH를 조절해 해양의 산성을 완화하는 등 생물 다양성 유지에 중요한 역할을 하고 있다. 게다가 광합성으로 이산화탄소를 흡수하니, 탄소중립(실질적인
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터지지 않게 하려면 식초·소금 화학반응 활용을

기차 여행, 부활절, 냉면엔 어떤 공통점이 있을까? 답은 삶은 달걀이다. 우유와 더불어 완전식품으로 불려온 달걀은 우리 주변에서 쉽게 구해 먹을 수 있는 단백질 공급원으로 오랜 세월 사랑받아왔다. 계란을 삶을 때 소금 간을 적당히 하거나 노른자가 살짝 덜 익게 만들어서 굽는 등 다양한 방법으로 만든 삶은 계란이 ‘구운 계란’이란 항목으로 분류돼 팔리고 있다. 우리가 원하는 취향에 맞도록 달걀을 삶는 것은 단순해 보이지만 꽤 많은 과학을 필요로 하는 정밀 작업이다. 달걀을 잘 삶는 방법을 검색하면 수많은 자료가 나오는데, 과학적으로 각 방법을 설명하기 위해서는 달걀의 구조를 아는 것이 좋다. 달걀의 맨 바깥쪽은 탄산칼슘(CaCO3) 성분으로 이뤄져 있는 껍질로, 난각이라 부른다. 난각은 상대적으로 단단해 달걀 내부를 보호하는 역할을 하는데, 염기성 염의 일종이라 산성을 띠는 식초에 녹는다. 부엌에서 해볼 수 있는 간단한 화학 실험 중 하나인 ‘달걀 껍데기 녹이기’는 그릇에 식초와 달걀을 넣기만 하면 된다. 이때 식초와 닿은 달걀 껍데기에서 기포가 발생하는 것을 볼 수 있는데, 이는 껍질의 탄산칼슘과 식초 속 아세트산(CH3COOH)이 반응해 발생하는 이산화탄소(CO2) 기체다. 며칠이 지나 난각이 모두 녹으면 난각막만 남은 말랑말랑한 달걀을 얻을 수 있다. 난각막은 대표적인 반투막으로, 물을 통과시키기 때문에 난각막 달걀을 물에 담가두면 물이 안쪽으로 들어가 왕달걀을 만들 수 있다. 달걀을 잘 삶기 위해서는 달걀이 터져서는 안 된다. 달걀이 터지지 않게 삶는 방법을 검색하면 소금이나 식초를 넣으라는 내용이 나오는데, 두 물질 모두 달걀이 터져 내용물이 흘러나오는
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지구에 산소 공급하지만 녹조현상 일으키기도

지구 초기 대기는 대부분 이산화탄소였다. 그러다 바닷속에서 광합성을 하는 원시 생명체가 등장했고, 에너지를 얻기 위해 광합성하고 남은 찌꺼기인 산소가 늘었다. 30억 년 전쯤 지구에 출현한 것으로 추정되는 남세균은 약 25억 년 전부터 지구를 뒤덮었고, 엄청난 양의 산소를 내뿜었다. 이 세균이 만든 산소는 바닷속에서 철과 만나 철이 대량 함유된 호상철광층을 형성했고, 엄청나게 많은 양의 산소가 소비되고도 남아 대기로 방출됐다. 그렇게 지구 대기에 산소가 많아졌고, 성층권에 오존층이 형성돼 육상으로 생명체가 올라올 수 있었다. 남조류(blue-green algae)로 알려졌던 남세균은 광합성으로 햇빛에서 에너지를 얻고, 유기 화합물과 산소를 생산하는 최초 유기체다. 주로 연녹색을 띠며 세포들이 모여 커다란 군체를 형성하기 때문에 맨눈으로 작은 알갱이들을 볼 수 있다. 세포가 죽어서 터지면 세포 속 청색 색소가 퍼져나와 남색을 띤다는 의미로 남조류라 부르게 됐다. 남세균은 지금도 지구에 살면서 왕성하게 산소를 만들고 있다. 바다와 강, 호수에서 단세포 미생물로 광합성하고, 육지에서는 식물 속 엽록체로 존재하며 광합성을 한다. 인공 광합성을 연구하는 과학자들은 인공 남세균을 만들어 온실기체인 이산화탄소를 제거하고, 사람들에게 유용한 물질을 생산하는 기술을 개발하고 있다. 미 항공우주국(NASA)에서는 남세균이 화성에 산소를 만들어낼 수 있는지를 연구한다. 남세균은 화성의 물처럼 먼지만 포함된 물이어도 성장할 수 있고, 화성처럼 압력이 낮은 대기에서 활용할 수 있는 기체들을 스스로의 탄소와 질소 공급원으로 사용할 수 있음을 확인했다. 현재 알려진 남세균은 150

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SF영화처럼 현실과 가상세계 접목해서 볼 수 있어

투명한 자동차 유리에 가야 할 방향이나 속도를 보여주는 헤드업 디스플레이(HUD), 안경에 다른 나라 말이나 글을 번역해 보여주는 것 등이 AR 기술을 활용한 것이다. AR 기술이 적용되는 다양한 분야 중 활용도가 매우 기대되는 것으로 ‘AR 안경’이 있다. AR 안경은 눈에 착용하는 디스플레이 장치로, 주변 환경을 인식해 필요한 정보나 콘텐츠를 표시해 줄 수 있다. 시각적으로 현실과 가상을 접목한다는 점에서 AR 안경의 활용은 무궁무진하다. 특히 스마트폰을 대체할 차세대 개인용 모바일 장치로 기대돼 많은 정보기술(IT) 기업이 AR 안경을 개발하고 있다. 애플은 2024년 안경 형태의 AR 헤드셋 출시를 목표로 연구개발을 진행 중이다. 구글은 외국어를 번역해 자막처럼 띄워주는 스마트 글라스를 선보였다. 메타(옛 페이스북)는 메타버스와 연결된 가상현실과 증강현실을 통합한 장치를 개발하겠다고 발표한 바 있다. 최초의 AR 안경은 1960년대에 등장했다. 당시 컴퓨터 공학자인 이반 서덜랜드가 머리에 걸 수 있는 디스플레이를 만들었다. 이 장치는 헬멧에 가까운 형태였는데, 서덜랜드는 눈 가까이 있는 작은 디스플레이를 이용해 연구실 풍경 위로 간단한 가상 이미지를 띄우는 데 성공했다. 사용자의 움직임과 시선을 감지해 이미지를 조절할 수도 있었다. 그는 업적을 인정받아 AR의 아버지로 불린다. 1990년대 들어 AR 안경의 개발이 활발해졌으며, 보잉 연구원이었던 톰 코델이 비행기 조립 과정에서 사용할 수 있는 부품을 바라보면 가상의 설명을 겹쳐서 보여주는 안경을 개발하면서 ‘AR’이라는 용어를 만들었다. AR 안경은 어떤 원리로 제작하고 작동하는 것일까. AR 기기에서 광학 기술은 디스플레
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동물 행동의 의문 푸는 네 가지 관점 제시

잠시 후 집으로 돌아온 벌이 그가 모래로 덮어버린 둥지로 정확히 들어가자 그는 나지막이 환호성을 질렀다. 주변에 수백 개의 다른 벌집이 있음에도 꿀벌잡이노래기벌은 자신의 둥지를 정확하게 찾아 들어갔기 때문이다. 환호성을 지른 이는 바로 동물행동학의 창시자 중 한 명인 니콜라스 틴베르헌(Nikolaas ‘Niko’ Tinbergen, 1907~1988)이다. 1929년 당시 네덜란드 레이던대학의 대학원생이던 틴베르헌은 이 관찰에 근거해 ‘벌은 주변 지형을 탐지해 자기 집을 찾는다’는 가설을 세웠다. 틴베르헌은 자신의 가설을 검증하기 위해 꿀벌잡이노래기벌이 집으로 들어가는 입구 주위를 솔방울로 에워싼 다음 벌이 집 밖으로 나가자 그 솔방울들을 모두 다른 쪽으로 옮겨놓았다. 그리고 이틀 후 돌아온 꿀벌잡이노래기벌은 자기 집으로 돌아가지 않고 옆에 있는 솔방울로 둘러싸인 곳으로 찾아갔다. 솔방울 냄새가 후각적 신호가 되지 않을까 생각해 향수를 묻혀 실험했는데도 결과는 같았다. 틴베르헌은 자신의 가설대로 꿀벌잡이노래기벌이 시각적 정보를 가지고 집을 찾는다는 사실을 확신했고, 이 실험 결과를 바탕으로 32쪽짜리 박사 학위 논문을 작성했다. 그의 논문은 당시 레이던대학의 역대 박사 학위 통과 논문 중 가장 짧았다. 틴베르헌은 유일한 노벨상 형제 수상자이기도 하다. 그는 1973년 카를 폰 프리슈, 콘라트 로렌츠와 함께 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했고, 그의 형인 얀 틴베르헌은 그보다 4년 앞선 1969년에 노벨 경제학상을 수상했다. 네덜란드 사람이던 틴베르헌은 제2차 세계대전에 참전해 전쟁 포로가 되었다가 종전 후 영국으로 귀화해 옥스퍼드대학 교수가 되었다. 그때 그가 가르친
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가벼우면서 출력 커 배터리 재료로 최적이죠

더 오랜 시간 사용할 수 있는 스마트폰, 한 번 충전으로 500㎞를 달릴 수 있는 전기자동차. 이런 기계를 만들기 위해 필수적으로 필요한 원소는 무엇일까? 바로 리튬이다. 우리가 사용하는 많은 기계는 리튬 이온 전지로 작동된다. 스마트폰으로 이 글을 읽을 때, 스마트폰 내부의 리튬 이온 전지에서는 어떤 화학반응이 일어나고 있을까? 리튬은 원자번호 3번으로, 원자의 크기가 작고 밀도도 0.534g/㎤로 금속 중에서 가장 낮다. 가벼우면서도 높은 출력 전압을 낼 수 있고, 반응성이 매우 큰 알칼리 금속이다. 전자 1개를 내놔 리튬 이온(Li+)으로 존재하려는 경향성이 매우 강하다. 이때 배터리 내부에서 리튬 이온과 전자를 서로 다른 경로로 이동시켜 전자를 배터리 외부로 연결된 도선으로 이동할 수 있게 만든다. 이런 전자의 이동(전류)을 이용하는 것이 리튬 이온 전지의 기본 원리다. 리튬 이온 전지의 평균 전압은 3.4V로 일반 1.5V 망간 건전지에 비하면 매우 높다. 리튬 이온 전지는 양극재와 음극재, 전해액과 분리막으로 구성돼 있다. 전지의 양극재는 수산화 리튬, 탄산리튬과 같은 리튬 산화물과 니켈, 코발트, 망간 등과 같은 다양한 금속 화합물로 이뤄진다. 양극재의 금속 화합물 종류와 비율에 따라 전지의 특성이 결정된다. 음극재는 흑연으로 구성돼 있고, 흑연의 판상 구조는 양극에서 이동해온 리튬 이온을 저장하기에 유리하다. 전지가 충전될 때 양극에 있던 리튬 이온은 전해액을 통해 이동하고, 전자는 충전을 위해 전지에 연결된 도선을 따라 음극으로 이동한다. 전해액은 이온 전도도가 높은 LiPF6(육플루오린화 인산 리튬)와 같은 염을 유기 용매에 녹인 것으로, 염은 리튬 이온을 안정적으
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과학은 교차검증 통해 진실 밝히는 과정이죠

학생에게 지구가 둥글다고 믿는 이유를 물어보니 자신있게 "수평선 너머에서 항구로 들어오는 돛단배를 보면 돛의 끝부분부터 솟아오르듯이 보이기 때문"이라고 말한다. 그 학생에게 돛단배를 본 적이 있느냐고 물으니 본 적은 없다고 한다. 결국 그 학생은 누군가의 말이나 글을 통해 얻은 지구 모양에 관한 근거를 자신이 확인한 근거라고 착각하는 것이다. 우리가 살면서 믿는 과학 지식은 개인적으로 모두 검증할 수 없을 정도로 많다. 따라서 어떤 과학 지식은 직접 경험한 것을 근거로 판단해 믿고, 다른 과학 지식은 그 지식을 전달하는 사람의 말이나 책, 영상 등을 믿고 받아들이게 된다. 지구가 둥글다고 직접 확인한 사례엔 어떤 것이 있을까. 각자의 경험을 이 글에서 모두 다룰 순 없으니 월식 현상으로 과학 지식을 검증해 판단하는 과정을 짐작해보자. 월식 현상을 관찰하면 지구 그림자가 원 모양을 이루며 달을 가리는 것을 볼 수 있다. 하지만 월식 현상만으로는 지구가 공처럼 생겼는지, 아니면 둥글고 납작한 쟁반처럼 생겼는지를 판단할 수 없다. 다른 방법을 검색해보니 지구 전체의 모양을 경험하긴 어렵고 일단 시간과 돈이 너무 많이 든다. 그래서 과학 지식을 다루는 사람들은 하나의 지식을 기회가 있을 때마다 다양하게 교차 검증해 모순이 발생하지 않음을 확인하면서 성장시켜나간다. 이를테면 투명 인간에게 밀가루 1㎎을 뿌려선 그 존재를 알 수 없으나 많은 양의 밀가루를 뿌리면 그 존재뿐만 아니라 모양도 대충 알 수 있는 것과 같다. 월식 현상을 직접 본 적이 없는 사람도 인터넷에서 수많은 월식 사진을 볼 수 있다. 온라인상의 다양한 사람이 직접 촬영했다고 주장하는 월

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