생글생글

과학과 놀자

카본단열재가 없었다면 태양 탐사선도 없었다

‘바보야, 문제는 경제야!’는 유명한 미국 대통령선거 캐치프레이즈였다. 오늘 이 글에서 강조하고 싶은 것은 ‘재료’지만 자칫 ‘바보’라는 다소 거친 언사에 현혹되어 논점이 흐려질지도 몰라 제목을 ‘양반’으로 조금은 순화를 도모했다. 조선 후기에 양반이 얼마나 늘어났던지 그 이후로 우리는 일면식 없는 상대에게도 ‘이 양반’ ‘저 양반’이라고 지칭한다. 사실은 왕과 귀족을 떠받치는 하층 계급이던 무늬만인 그 양반(!)들의 거의 모두가 이제는 명실상부 자유롭고도 평등한 시민들이 된 데는, 성능은 좋은데 지구에 지천으로 널려 가격이 저렴한 철이라는 물질에 기인하는 면이 있다는 해석이 있다. 풍부히 매장된 철이 인류문명 발전 뒷받침지구에 풍부하게 매장되어 있는 철이 만약 구리 정도만큼의 소량으로만 존재했다면, 청동에 비해 기술적으로도 더 고난도인 고온의 제강 기술이 아무리 발달하더라도 희소성에 기인한 비싼 가격 때문에 청동기시대 이후 우리가 살아오고 있는 철기시대는 도래하지 못했을 수도 있다. 철이라는 고마운 재료는 도시의 솟아오른 마천루의 뼈대와 대륙을 가로지르는 철로의 재료가 되어 물질문명을 일으켜 세우고 또 그것을 온 세상에 퍼뜨림으로써 대다수 지구인이 문명을 크게 차별 없이 누릴 수 있게 했다. 민주주의라는 정치체제의 보편화에도 지분이 있는 것이다. 한마디로 요약하자면, 좋은 것이 값싸고 풍부하기 때문에 아무리 힘이 없는 사람들에게도 접근성이 주어진 것이다.구석기, 신석기, 청동기 및 철기와 같이 인류의 선사 및 역사 시대를 구분함에 있어 재료를 그 기준으로 삼은 것은 덴마크 박물

과학 기타

태양은 핵융합으로 에너지를 만들어요…각국은 핵융합 기술개발 위해 경쟁 중이죠

원자는 핵과 전자로 이뤄졌다. 핵은 양성자와 중성자로 나눌 수 있다. 핵의 질량은 양성자와 중성자 입자를 모두 더한 질량 총합과 같아야 할까? 그렇지는 않다. 원자핵은 양성자와 중성자가 결합해 형성된 질량 사이에는 차이가 존재한다. 이를 질량 결손(Mass defect)이라고 한다.질량 변화가 에너지로예를 들면 양성자 2개와 중성자 2개로 이뤄진 헬륨(4He) 원자핵의 질량은 4.0015u이다. 그런데 양성자와 중성자 2개씩 꺼내서 더해 보면 질량은 4.0320u이다. 즉 양성자 2개와 중성자 2개가 결합해 헬륨(4He) 원자핵이 되면서 0.0305u만큼의 질량이 감소했다는 것을 알 수 있다.일반적으로 다른 원자들도 원자핵의 질량은 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자들이 각각 따로 떨어져 있을 때의 총합보다 작다. 양성자와 중성자가 결합하면서 감소하는 질량만큼 에너지로 방출되기 때문에 원자핵의 질량이 작아지는 것이다. 1905년 아인슈타인(1879~1955)은 질량의 변화가 에너지 양으로 변환될 수 있다는 내용의 ‘질량-에너지 등가(Mass-Energy equivalence)’의 관계를 ‘E＝mc2’이라고 설명했다.태양과 플라스마플라스마 상태에서 수소 원자핵들이 융합해 헬륨 원자핵을 만들 듯이 가벼운 원자핵들이 융합해 무거운 원자핵으로 변하는 화학 반응을 핵융합 반응이라고 한다. 태양의 중심에서 수소(1H)의 원자핵들이 충돌해 헬륨(2He) 원자핵으로 바뀌는 핵융합 반응이 일어난다. 이때 발생하는 빛과 열에너지가 지구에 전달되고, 이 에너지를 받아 동식물이 살아간다. 지금처럼 앞으로도 태양은 핵융합 반응을 지속할 것이다. 지구에 사는 동식물은 앞으로 상당히 오랜 시간 동안 태양 에너지를 공급받을 수 있다는 것을 의미