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과학과 놀자

우주선 충돌시켜 궤도 변경…방어기술 개발 '박차'

최근 미국항공우주국(NASA)은 소행성 ‘2024 YR4’가 2032년 지구와 충돌할 가능성을 제기했다. 다행히 2월 최고 3.1%까지 상승했던 충돌 확률은 한 달 내 급격히 낮아져 사실상 위험이 해소됐다. 그러나 소행성 충돌이 초래할 피해가 워낙 파괴적이기에 과학자들은 긴장을 늦추지 않고 지구 근접 소행성을 관측하고 있다.소행성 충돌은 지구 궤도를 도는 소행성이 지구와 부딪치는 사건이다. 충돌 시 강력한 에너지를 방출하며, 대규모 파괴를 일으킬 수 있다. 현재 지구 충돌 가능성이 있는 소행성은 베누(Bennu), ‘2024 YR4’ 등이다. 베누는 지름 약 500m의 소행성으로, 2182년 지구와 충돌할 확률 이 약 0.037%로 추정된다. 최근 충돌 가능성이 제기된 소행성 ‘2024 YR4’의 지름은 약 40~100m로 추정된다. 최대 지름인 100m조차 지구 지름의 약 13만분의 1에 불과하다. 크기가 작아 보이지만, 충돌 시 위력은 매우 파괴적이다.1908년 시베리아 퉁구스카에서 발생한 운석 충돌은 소행성 2024 YR4와 비슷한 크기의 천체가 대기 중에서 폭발한 사건으로, 그 파괴력을 보여주는 대표적 사례다. 당시 충돌로 약 2150㎢의 숲이 파괴됐는데, 이는 서울 면적의 약 3.56배에 해당한다. 충돌 여파로 현장에서 15km 떨어진 곳에서는 방목되던 순록 약 1500마리가 폐사했다. 200km 떨어진 곳을 지나던 기차는 궤도를 이탈했으며, 무려 1500km 떨어진 지역의 가정집 유리창이 깨지기도 했다. 이는 소행성 충돌이 단순한 크기 이상의 위험을 내포하고 있음을 시사한다.충돌 순간의 피해만이 문제가 아니다. 충돌로 발생한 부유물은 전 지구적으로 심각한 영향을 미친다. 소행성이 지구에 충돌하면 수백만 톤의 먼지와 암석 조각이 대기로 방출

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미생물 사료, 코 마스크…소 방귀·트림 잡았다

지구 생태계가 직면한 문제 중 가장 시급한 것은 단연코 ‘지구온난화’일 것이다. 지구의 온도는 지속해서 오르고 있고, 이로 인한 여러 이상기후로 인간은 물론 여러 생명체가 고통받고 있다. 그리고 최근 지구온난화를 막기 위해 소의 트림과 방귀를 줄여야 한다는 목소리가 나오고 있으며, 관련 기술도 개발되고 있다.온난화 부추기는 반추동물의 소화 시스템2006년 UN 식량농업기구는 지구온난화를 가속화하는 원인으로 소가 내뿜는 트림과 방귀를 지적했다. 소의 트림과 방귀에는 온실가스인 메탄가스가 포함돼 있기 때문이다. 소 한 마리가 1년간 트림과 방귀로 배출하는 메탄가스는 85kg이나 된다.전 세계 13억 마리로 추정되는 소가 배출하는 메탄가스가 전 세계 메탄가스 배출량의 25%를 차지한다고 알려져 있다. 특히 트림할 때 많은 양의 메탄가스가 배출되는데, 그 원리는 소의 독특한 ‘소화 시스템’에서 찾을 수 있다.소는 반추동물이다. 반추동물은 먹은 것을 게워내어 다시 먹는 소화 형태를 지닌 동물을 말한다. 즉 ‘되새김질’을 한다는 것이다. 사슴, 기린 등 250여 종이 반추동물에 포함된다. 하루에 3만 번, 12시간 이상 음식물을 씹고 되새김질하며 보낸다. 소의 위는 반추위, 벌집위, 겹주름위, 주름위 이렇게 4개의 구획으로 나뉜다.우선 소는 풀이나 거친 식물을 뜯어 먹는데, 이때 충분히 씹지 않고 빨리 삼킨다. 삼킨 음식은 첫 번째 구획인 반추위로 이동한다. 여기서 소화 역할을 하는 것은 미생물이다. 미생물은 식물의 섬유질을 당분으로 분해하는 발효를 일으킨다. 이 과정에서 만들어진 수소와 이산화탄소가 결합해 메탄가스가 된다. 이후 음식물은 두 번째 구획인

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빅뱅 기억 품은 미지의 입자…우주의 비밀 풀릴까

매 순간 수십조 개의 작은 입자가 빛의 속도만큼 빠르게 우리 몸을 통과하고 있다. 하지만 우리는 이 입자의 존재를 전혀 느낄 수 없다. 별명이 ‘유령 입자’인 이 이상한 입자의 이름은 ‘중성미자’다.중성미자는 우주를 이루는 기본 입자 중 하나로, 우주에 광자(빛) 다음으로 많다. 입자물리학에서는 물질과 힘을 이루는 17개의 기본 입자와 이들의 상호작용을 ‘표준 모형’으로 설명한다. 표준 모형에 따르면 모든 물질은 ‘쿼크’와 ‘렙톤’이라는 두 종류의 기본 입자로 이뤄져 있다. 그리고 이들 사이의 힘(상호작용)을 매개하는 입자인 ‘보손’, 기본 입자들에 질량을 부여하는 ‘힉스 입자’가 있다. 중성미자는 이 중 렙톤에 속한다.힉스 입자처럼, 중성미자도 발견되기 전에 이론으로 먼저 예측된 입자다. 중성미자의 존재를 예측한 사람은 오스트리아의 이론물리학자 볼프강 파울리다. 1930년대, 물리학자들은 원자핵 속의 중성자가 양성자로 변하며 전자가 튀어나오는 베타 붕괴를 연구하고 있었다. 물리 법칙에 따르면, 반응 전후 각 물질의 질량과 에너지 총합은 보존돼야 한다. 그런데 아무리 측정해도 반응 전과 후의 에너지 총합이 보존되지 않았다. 이에 파울리는 베타 붕괴 시 쉽게 찾을 수 없는 미지의 입자가 만들어질 것으로 예측했다.이후 과학자들은 이 미지의 입자, 즉 중성미자를 검출하기 위해 노력했지만, 쉽지 않았다. 중성미자가 전하를 띠지 않고, 다른 물질과도 거의 반응하지 않기 때문이다. 그래서 과학자들은 중성미자를 간접적인 방법으로 찾기 시작했다. 그리고 마침내 1956년, 미국의 물리학자인 클라이드 카원과 프레더릭 라이

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내핵 안에 또 다른 핵 발견…과학 교과서 바뀔까?

전체가 커다랗고 단단한 하나의 돌일 것만 같다. 하지만 지구는 여러 층으로 나뉘어 있고, 그 한가운데에는 태양 표면만큼 뜨거운 열을 내뿜는 핵도 있다. 그런데 최근 과학자들이 기존에 알려진 구조와 달리 핵 안에 있는 또 다른 핵을 발견했다는 연구 결과를 발표했다.지구의 내부 구조는 흔히 과일에 비유하곤 한다. 복숭아를 예로 들어보자. 복숭아 표면에는 아주 얇은 껍질이 있고, 껍질을 벗겨내면 말랑말랑한 과육이, 더 안쪽에는 단단한 씨앗이 있다. 지구도 이와 같은 구조를 띤다. 지구의 가장 바깥쪽에는 복숭아 껍질처럼 얇지만 단단한 지각이 있다. 우리가 살고 있는 육지나 바다 밑바닥이 지각에 포함된다. 지구 전체 부피의 1%밖에 되지 않는다.말랑말랑한 과육은 지구의 맨틀에 해당한다. 지각 바로 아래에 있다. 맨틀은 지구 전체 부피의 약 80% 정도를 차지할 정도로 지구에서 가장 두꺼운 층이다. 철과 마그네슘으로 이뤄진 고체지만 일반적인 고체와 달리 ‘점성이 있는 액체’처럼 아주 서서히 움직이는 것으로 알려졌다. 그 결과 지각이 함께 움직이며 산, 해구 등 여러 지형이 만들어졌고 화산활동이나 지진이 발생한다.맨틀 바로 밑에 있는 핵은 지구의 중심이다. 복숭아 씨앗 부분이다. 온도는 무려 4000~6000℃에 이를 정도로 매우 뜨겁다. 이 열의 기원은 지금으로부터 약 46억 년 전 지구가 처음 만들어졌을 때와 관련이 있다. 소행성들이 충돌하고 뭉쳐지며 불덩어리 형태의 초기 지구가 만들어졌다. 이후 시간이 지나면서 바깥쪽부터 천천히 식기 시작했고, 지금의 지구가 되었다. 따라서 지구의 내부 온도는 핵 쪽으로 들어갈수록 뜨겁다.핵은 다시 외핵과 내핵으로 나뉜다. 외핵은

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홍수피해 막고 탄소 흡수…댐 건설비용도 줄여줘

지난 2월, 체코에서 비버가 댐을 건설했다는 뉴스가 나왔다. 댐 건설 프로젝트가 중단된 지역이어서 더욱 반가운 소식이었다. 심지어 비버의 댐 건설로 절약한 비용은 무려 18억 원이었다. 또한 비버가 만든 댐은 단순한 서식지를 넘어 생태계 유지에도 중요한 역할을 한다. 과학자들은 비버가 만든 댐이 생태계 유지 외에 홍수를 막고 탄소 흡수에도 중요한 역할을 한다고 평가한다.미국에는 “비지 애즈 어 비버(busy as a beaver)”라는 관용어가 있다. 비버가 부지런하고 열심히 사는 동물로 알려져 ‘바쁘게 일하는 사람’ 또는 ‘정말 바쁜 상태’를 묘사할 때 쓰는 표현이다. 비버는 빠르고 효율적으로 서식지인 댐을 만들어내는 동물이다. 게다가 한번 댐을 만들고 난 뒤에도 끊임없이 서식지를 보수공사 하며 살아간다.최근 체코에서 비버가 열심히 움직인 덕분에 고민거리로 남아 있던 프로젝트를 해결하고 경제적·환경적 이득까지 얻었다는 뉴스가 전해졌다. 7년 전 체코 정부는 프라하 남서쪽 브르디 지역 클라라바강에 댐 건설 프로젝트를 추진했다. 습지를 조성해 강의 산성수와 오염수를 방지하고, 멸종 위기에 처한 가재 등을 보호하기 위한 취지였다. 100만 달러(약 15억) 이상의 자금도 확보했다. 그러나 과거 군사 훈련장으로 사용한 토지라는 이유로 건축 허가를 받지 못해 프로젝트는 무기한 지연되었으며, 강은 수년째 방치된 채로 남아 있었다.그러던 지난 1월, 댐이 건설돼 있었다. 댐을 건설한 숨은 엔지니어는 비버 8마리였다. 체코 자연보호청의 보후밀 피셰르에 따르면, 비버의 댐 건설로 약 3000만 체코 코루나(약 18억 원)가 절약됐다. 통상 댐을 건설하는 데 수년이 걸

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유전자 편집으로 면역 거부반응 없애는 게 관건

현지 시간으로 지난 2월 3일, 미국 식품의약국(FDA)이 바이오기업 유나이티드 테라퓨틱스가 신청한 형질 전환 돼지의 신장을 사람에게 이식하는 임상시험을 최초로 승인하면서 ‘이종 장기이식’을 향한 관심이 뜨겁다. 이종 장기이식은 돼지와 사람처럼 종이 다른 생물 사이에서 장기를 이식하는 것을 말한다.보통 장기이식은 사람 간에 이뤄지지만, 기증자가 턱없이 부족한 문제를 해결하기 위한 대안으로 이종 장기이식이 떠올랐다. 유나이티드 테라퓨틱스는 오는 6월 55~70세 말기 신부전증 환자 6명에게 이식수술을 진행하고, 향후 임상시험 대상자를 50명까지 늘릴 예정이다.이종 장기이식에서 가장 큰 걸림돌은 면역거부반응이다. 사람의 면역체계는 세균, 바이러스 같은 외부 병원체로부터 몸을 보호하기 위해 원래 자기 것이 아닌 외부 세포를 구별하고, 이를 제거하도록 설계됐다. 장기를 이식하면 면역세포가 이 장기의 세포를 외부 세포로 인식해 공격하는데 이것이 바로 면역거부반응이다. 사람의 장기를 다른 사람에게 이식해도 면역거부반응이 일어나기 때문에 면역억제제 복용 등을 통해 이를 억제한다.이종 장기이식에서는 면역거부반응이 더 심하게 나타난다. 그래서 장기를 제공할 생물의 유전자를 조작해 원흉을 미리 제거해야 한다. 예컨대 돼지 세포 표면에는 당 분자인 α-Gal(galactose-α-1,3-galactose)와 Neu5Gc(N-acetylneuraminic acid)가 존재한다. 두 분자는 음식물 섭취로 축적된 것을 제외하면 사람에게는 존재하지 않아서 몸에 들어오면 면역체계가 강한 거부반응을 일으킨다.이를 막는 방법은 특정 유전자를 정밀하게 제거, 추가, 수정하는 ‘유전자 편집’ 기술을 이용해 각

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벽, 바닥, 공중…3차원 공간 어디서든 충전

스마트폰, 태블릿 PC, 무선 이어폰, 스마트 워치 등 기술 발달로 우리는 다양한 전자기기를 쓰며 ‘스마트’하게 살고 있다. 하지만 ‘스마트’해진 만큼 불편함도 늘었으니, 전자기기의 사용이 늘면서 ‘충전 지옥’에 빠진 것이다. 충전기를 찾거나 보조배터리를 들고 다녀야 하는데, 여간 번거로운 일이 아니다. 그래도 이런 불편함은 조만간 해소될 것으로 보인다. 무선 충전 기술이 계속 발전하는 덕분이다.무선 충전 기술이라고 하면 어렵고 복잡하게 여겨지지만, 사실 간단한 원리를 이용한다. 심지어 우리가 중고등학교 과학 시간에 배우는 내용이다. 바로 ‘전자기 유도 현상’이다.전자기 유도 현상은 1831년 영국의 물리학자 마이클 패러데이가 발견했다. 패러데이는 덴마크의 물리학자 한스 크리스티안 외르스테드의 실험을 반복하던 중 흥미로운 생각을 떠올린다. 외르스테드는 1820년 전류가 흐르는 도선 주위에 자기장이 만들어진다는 사실을 발견했는데, 패러데이는 이와 반대로 자기장의 변화를 이용하면 전류를 흐르게 할 수 있지 않을까 하는 역발상을 한다. 그리고 실제로 코일에 자석을 넣거나 뺐더니, 도선에 전류가 흐르는 것을 발견했다. 이렇게 자기장의 변화로 생긴 전류를 ‘유도전류’라고 한다. 패러데이의 이 발견은 전기와 자기의 상관관계를 밝히며 전자기학의 틀을 세웠을 뿐 아니라 전동기·발전기 등 곳곳에 응용되어 산업을 발전시켰고, 스마트폰의 무선 충전에까지 활용되기에 이르렀다.그렇다면 이제 전자기 유도 현상을 이용한 스마트폰의 무선 충전 방식을 살펴보자. 충전 패드와 스마트폰에는 모두 코일이 감겨 있다. 충전 패드에

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공룡이 육지 생태계를 지배한 힘 '잡식성'

지금으로부터 약 2억 년 전, 지구의 모습은 완전히 달랐다. 공룡들이 육지 생태계를 지배했다. 브라키오사우루스, 티라노사우루스, 트리케라톱스 등 종도 매우 다양했다. 공룡은 어떻게 다른 생명체들을 제치고 지구 생태계를 지배할 만큼 번성할 수 있었을까? 많은 과학자는 이 궁금증을 풀기 위해 화석을 연구한다. 그리고 최근 똥화석에서 그 비밀의 실마리가 나왔다.스웨덴 웁살라 대학교 그제고시 니에츠비에지키 박사가 이끈 국제연구팀은 공룡들의 똥과 구토물 화석인 브로말라이트(bromalite)를 분석한 결과, 공룡들의 식습관이 번성의 비밀이라는 사실을 밝혔다. 다양한 먹이를 먹으며 주변 환경에 잘 적응했고, 덕분에 기후가 크게 변했을 때 취약해진 다른 생물과 달리 건강하게 살아남을 수 있었다는 것이다.연구팀은 폴란드 분지에서 발견된 브로말라이트에 주목했다. 폴란드 분지는 후기 트라이아스기 당시 ‘판게아’라는 하나의 큰 대륙의 북부에 위치한 곳이다. 트라이아스기 말부터 쥐라기 초까지 시대에 만들어진 공룡 화석이 많이 발견된다. 이 시기는 공룡이 지구 생태계에 나타나 번성하기 시작한 시기와 일치한다.이번 연구의 또 다른 핵심은 브로말라이트다. 브로말라이트는 똥과 구토물 등이 화석화된 것을 말한다. 어떤 먹이를 먹었는지, 당시 주변에 어떤 식생이 형성돼 있었는지 등 뼈나 이빨 화석으로는 알 수 없는 정보를 얻을 수 있다. 똥과 구토물이 배설된 뒤 재빠르게 흙이나 화산재 등에 묻히거나, 산소가 적어서 미생물 활동이 제한되어 분해가 느려지는 환경, 탄산칼슘 같은 광물질이 주변에 많은 환경에서 화석화될 수 있다. 또 똥에 뼈나 껍질 같은 무기질 성분이 많