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과학과 놀자

김장 김치에 담긴 발효 과학 이야기

신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (15)김장은 늦가을부터 초겨울 사이 배추김치, 깍두기, 동치미 등을 한꺼번에 담가 두는 우리 고유의 문화다. 싱싱한 채소를 구하기 어려웠던 옛날, 겨울이 오기 전 김치를 한목에 담가 겨우내 먹을 수 있도록 채소를 비축해 두던 풍습이 오늘날까지 이어지고 있다. 김장 김치는 비타민, 무기질 등 다양한 영양소의 공급원 역할을 한다.김장의 첫 단계는 배추를 소금에 절이는 일이다. 깨끗이 씻은 배추를 반으로 자른 뒤 배춧잎 사이사이에 소금을 뿌리고 8시간 정도 놔둔다. 배추를 소금에 절이면 탱탱했던 배춧잎이 쭈글쭈글해지면서 부피가 작아지는 것을 볼 수 있는데, 이는 삼투압 현상 때문이다.삼투압이란 삼투에 의해 나타나는 압력을 말한다. 삼투는 농도가 다른 두 액체를 선택적 투과를 하는 반투막으로 막아 놓았을 때 농도가 낮은 쪽의 액체가 농도가 높은 쪽으로 이동해 평형이 이뤄지는 현상이다. 배추에 소금을 뿌리면 배춧잎 겉면의 농도가 높아져 배춧잎 내부의 수분이 밖으로 빠져나온다. 그 결과 배춧잎이 쪼그라든다.그렇게 해서 배추 속 수분을 제거하면 해로운 세균이나 미생물이 살아가기 어려운 환경이 조성돼 김치를 오랫동안 보관해 두고 먹을 수 있게 된다. 이런 원리는 과일잼이나 과일청을 만들 때도 비슷하게 적용된다.절인 배추에 고춧가루, 마늘, 젓갈 등을 넣어 잘 버무리면 김치가 완성된다. 김치는 익으면서 우리 몸에 이로운 균을 만들어 낸다. 이런 과정을 발효라고 한다. 발효는 온도가 낮고 산소가 없는 곳에서 증식하는 유산균에 의해 일어난다.유산균은 김치 양념에 들어간 재료를 분해해 젖산, 초산 등을 만들어낸다. 이런

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세상의 근원, 더이상 쪼갤 수 없는 작은 알갱이 '원소'

신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (8)지금 여러분이 보고 있는 컴퓨터 모니터나 스마트폰 액정을 잘게 부수면 어떻게 될까요? 부서진 액정을 더 잘게 가루로 만들면 무엇이 남을까요? 상상하기 어렵지만 궁금하지 않나요? 마지막에 남는 아주 작은 알갱이가 스마트폰 액정을 구성하는 가장 기본적인 요소겠죠.물질을 이루는 근원적인 요소가 무엇일까 하는 질문은 아주 오랜 옛날부터 있었습니다. 고대 그리스에선 물, 불, 흙, 공기가 세상의 근원이라고 생각했어요. 이 네 가지가 섞여서 여러 가지 물질을 만들어 낸다고 믿었죠. 물론 이것은 사실이 아닙니다.이후 과학자들이 연구를 거듭해 물질의 기초가 되는 요소들을 찾아냈어요. 이를 ‘원소’라고 해요. 더 이상 쪼갤 수 없는 근원적인 요소라는 뜻이에요. 지금까지 과학자들이 찾아낸 원소는 총 118개입니다. 이 중 약 90개는 자연적으로 존재하는 것이고, 나머지는 인공적으로 합성한 것입니다. 우리 생활에 쓰이는 철, 구리, 알루미늄과 공기 중에 있는 산소도 원소예요.이 모든 원소를 기록한 것이 우리가 학교에서 배우는 주기율표입니다. 서로 비슷한 성질을 지닌 원소들을 같은 세로줄에 배치했기 때문에 '주기'가 있다고 하는 것입니다. 지금은 100개가 넘는 원소가 알려져 있지만, 3

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천년의 세월을 간직한 연꽃 씨앗

신나는 과학을 만드는 선생님들의 과학 이야기 (5)저수지나 연못에 가면 단아한 자태와 고운 빛깔을 뽐내며 은은한 향기를 풍기는 연꽃을 볼 수 있다. 여러해살이 수생식물인 연꽃은 진흙 속에서도 깨끗하게 피어난다. 연꽃은 보통 개화 1일, 만개 2일, 낙화 1일 등 4일 동안 핀다. 첫째날 꽃받침이 떨어지고 꽃봉오리가 벌어지기 시작하면 다음날부터 스스로 열을 내며 향기를 품고 벌들을 불러모은다.식물이 꽃을 피우려면 열이 필요한데, 대부분의 식물은 태양열을 이용한다. 반면 연꽃은 스스로 열을 내 개화한다. 충북농업기술원 신세균 박사팀의 연구 결과, 꽃을 피울 때 연꽃의 온도는 섭씨 30도까지 올라간다. 외부 기온보다 5~6도 높은 수준이다. 연꽃을 열화상 카메라로 촬영해 보니 꽃받침 부분에서 특히 온도가 높은 것으로 나타났다. 실험 결과 연꽃은 당분을 축적해 열을 내는데 꽃받침이 발열에 필요한 에너지를 가장 많이 공급했다.연꽃이 스스로 열을 내는 것은 식물의 번식 방법인 꽃가루받이와 관련 있다. 식물이 번식하려면 곤충이 꽃가루를 수술에서 암술로 옮기는 꽃가루받이가 이뤄져야 한다. 연꽃이 품은 열에너지는 향기를 더 멀리까지 퍼뜨려 더 많은 곤충을 불러 모을 수 있게 해 준다.연꽃은 피어난 지 3~4일 지나면 벌, 풍뎅

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달 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