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2025-08-16 (토)

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[기후의 역습(122)] 남극 오존층, 회복세 공식 확인⋯MIT, 완전 소멸 궤도 진입

한때 지구 생태계를 위협했던 남극 오존층 구멍이 국제 사회의 공동 노력으로 괄목할 만한 회복세를 보이며 완전 소멸을 향해 나아가고 있다는 고무적인 연구 결과가 발표됐다. 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 연구진은 5일(이하 현지시간) 국제 학술지 '네이처'에 게재한 논문에서 "남극 오존층이 95% 신뢰 수준으로 회복되고 있으며, 이는 자연적 기상 변동성이 아닌 오존층 파괴 물질 감축 노력의 직접적인 결과"라고 밝혔다. MIT 뉴스는 5일 "이러한 회복(오존층 구멍 회복)이 자연적인 기상 변화나 성층권으로의 온실가스 배출 증가와 같은 다른 영향보다는 오존 고갈 물질의 감소에 주로 기인환다는 것을 보여준 최초의 연구"라고 밝혔다. 수십 년간 과학계는 남극 오존층 구멍의 점진적 개선 징후를 관찰해 왔으나, 이번 연구는 장기간의 관측 데이터를 토대로 오존층 회복에 대한 확고한 과학적 증거를 제시했다는 점에서 의미가 깊다. 논문의 주저자인 MIT의 저명한 대기 화학자 수잔 솔로몬 교수는 성명을 통해 "남극 오존층 구멍이 개선되고 있다는 정성적 증거는 많았지만, 이번 연구는 오존층 회복에 대한 신뢰도를 처음으로 수치화했다"고 강조했다. 솔로몬 교수는 "95% 신뢰도로 회복되고 있다는 결론은 매우 놀라운 성과이며, 인류가 환경 문제 해결에 실제로 나설 수 있음을 보여준다"고 덧붙였다. CFCs 남용으로 오존층 구멍 형성 오존층은 지구 표면 15~30km 상공의 성층권에 위치하며, 대기 중 오존 농도가 높아 유해한 태양 자외선을 흡수하여 지구 생명체를 보호하는 역할을 한다. 그러나 1970년대와 80년대에 들어서면서 남극 상공의 오존층에 거대한 구멍이 형성되기 시작했다. 이는 에어로졸 스프레이, 용매, 냉매 등에 광범위하게 사용된 염화불화탄소(CFCs)와 같은 합성 화합물이 주범으로 지목됐다. CFCs는 성층권에 도달하면 염소 원자를 방출하여 오존 분자 분해를 촉진하는 것으로 알려져 있다. 특히 남극 지역은 극도로 낮은 기온, 극지방 성층권 구름의 존재, 그리고 오존층 파괴 화학 물질을 가두는 극 소용돌이와 같은 특수한 조건으로 인해 남반구의 봄철에 오존층 파괴가 더욱 심각하게 나타난다. 솔로몬 교수는 과거 미국해양대기청(NOAA) 소속으로 1986년 남극에 파견되어 CFCs가 오존층 파괴의 원인임을 입증하는 결정적인 증거를 수집하는 데 기여했다. 몬트리올 의정서 채택 이후 CFCs 단계적 폐지 이러한 과학적 근거를 바탕으로 국제 사회는 문제 해결을 위해 발 빠르게 움직였다. 1987년 몬트리올 의정서 채택 이후 197개국과 유럽연합(EU)은 냉장고와 에어로졸에 사용되는 CFCs와 같은 오존층 파괴 물질의 단계적 폐지에 합의했다. 지난 10년간 남극 오존층 구멍은 특히 9월, 남극이 온난해지기 시작하며 오존층 구멍이 가장 크게 열리는 시기에 매년 축소되는 긍정적인 신호가 나타났다. 그러나 대기 중 '혼란스러운 변동성' 때문에 과학자들은 섣불리 회복을 단정하기를 주저했으며, 일각에서는 회복 속도가 기대에 미치지 못한다는 주장이 제기되기도 했다. 하지만 15년간 축적된 관측 데이터를 분석한 결과, 연구진은 오존층이 확실히 회복되고 있다는 결론을 내렸다. 현재 추세가 유지된다면 남극 오존층은 약 10년 후 완전히 회복될 것으로 전망된다. 연구팀은 남극 오존 회복의 원인을 파악하기 위해 정량적 접근 방식을 취했다. 팀은 기후 변화 커뮤니티에서 '지문 분석(fingerprinting)'이라는 방법을 차용했다. 이는 클라우스 하셀만이 개발한 것으로, 그는 2021년 이 기술로 노벨물리학상을 수상했다. 기후의 맥락에서 지문 분석은 자연적 기상 노이즈와 별도로 특정 기후 요인의 영향을 분리하는 방법을 말한다. 하셀만은 지문 분석을 적용해 기후 변화의 인위적인 지문 식별, 확인 및 정량화했다. 솔로몬 교수 팀은 지문 분석법을 적용해 또 다른 인위적인 신호, 즉 사람들이 오존층 파괴 물질을 줄이는 것이 오존층 회복에 미치는 영향을 확인하고자 했다. 아울러 지구 대기의 시물레이션으로 시작해 서로 다른 시작 조건에서 동일한 지구 대기의 여러 '평행 세계' 또는 시뮬레이션을 생성했다. 연구팀은 예를 들어, 온실 가스나 오존층 파괴 물질의 증가가 없다고 가정한 조건에서 시뮬레이션을 실행했다. 또한 온실 가스만 증가하고 오존층 물질만 감소하는 시뮬레이션도 실행했다. 이러한 시뮬레이션을 통해 연구팀은 수십년에 걸쳐 오존이 매월 회복되는 시간과 고도를 매핑하고 오존 고갈 물질의 감소로 인한 오존 회복의 핵심 '지문' 또는 패턴을 식별했다. 그런 다음 연구팀은 2005년부터 현재까지 남극 오존층에 대한 실제 위성 관측에서 이 지문을 찾았다. 팀은 2018년에 이 지문이 가장 강했고, 오존 회복이 주로 오존층 파괴 물질의 감소 때문이라고 95%의 신뢰도로 확신했다. 솔로몬 교수는 "2035년쯤에는 남극 오존층에서 오존층 파괴가 전혀 나타나지 않는 해를 보게 될 수도 있다. 이는 매우 감격스러운 일"이라며 "우리 시대에 오존층 구멍이 완전히 사라지는 것을 목격하게 될 것"이라고 강조했다. 이번 연구는 인류가 국제적인 협력을 통해 심각한 환경 문제에 효과적으로 대응할 수 있음을 보여주는 대표적인 사례로 기록될 전망이다.
- 포커스온
2025-03-07 14:43:00
[우주의 속삭임(100)] 화성의 붉은색, 냉수 속 철 산화물 '페리하이드라이트' 때문일 가능성 제기

화성을 상징하는 붉은 색은 건조 광물인 '적철석' 이 아닌, 물이 풍부한 철광물인 페리하이드라이트(ferrihydrite) 때문이라는 의견이 제기됐다. 화성은 특유의 붉은색으로 인해 오랜 기간 '붉은 행성'으로 불렸다. 최근 과학계는 이 독특한 색채의 기원을 밝혀낼 잠재적 단서를 발견해, 기존의 통념을 뒤집는 새로운 이론을 제시했다. 화성의 먼지는 산화철을 포함한 다양한 광물이 뒤섞인 것으로 알려져 있다. 새로운 연구에 따르면 산화철 중 하나인 물이 풍부한 페리하이드라이트가 화성의 붉은 색의 원인이라고 미국 항공우주국(나사·NASA)은 설명했다. 미국 브라운 대학교 지구·환경·행성 과학부의 박사후 연구원인 주저자 애덤 발란티나스는 "화성이 왜 붉은지에 대한 근본적인 질문은 아마도 수천 년에서 수백 년 동안 이어져 왔다"고 말했다. 발란티나스는 "저희 분석에 따르면 페리하이드라이트는 먼지의 모든 곳에 있으며 아마도 암석 형성에도 있을 것이다. 페리하이드라이트가 화성이 붉은 이유라고 생각한 것은 처음은 아니지만, 관찰 데이터와 새로운 실험 방법을 사용해 실험실에서 화성 먼지를 만들어 테스트할 수 있다"고 설명했다. 화성은 지구 가까이에 위치한 거리 상의 이점과 수십년 동안 탐사선을 보냄으로써 태양계에서 가장 광범위하게 연구된 행성 중 하나다. 궤도선과 착륙선은 화성의 붉은색이 행성을 뒤덮은 먼지 속 산화된 철 광물에서 비롯된다는 자료를 제공해 왔다. 과거 화성 암석 속 철은 물 또는 물과 대기 중 산소와 반응하여 지구에서 녹이 형성되는 것과 유사한 방식으로 산화철을 생성했다. 수십억 년에 걸쳐 산화철은 먼지로 분해되어 화성의 바람에 의해 이동하며 행성 전체에 퇴적되었고, 이는 현재에도 먼지 회오리와 대규모 먼지 폭풍을 일으키고 있다. 미국 브라운대학교 연구팀이 시뮬레이션된 화성 먼지를 보여주는 실험실 샘플. 황토색은 철분이 풍부한 페리히드라이트의 특징으로, 화성의 고대 물 활동과 환경 조건에 대한 중요한 통찰력을 제공하는 광물이다. 이 미세 분말 혼합물은 페리히드라이트와 현무암으로 구성되어 있으며 입자 크기가 1마이크로미터(머리카락 지름의 1/100) 미만이다(샘플 규모: 가로 1인치). 사진=애덤 발란티나스 그동안 우주선의 관측에만 의존한 화성 산화철 분석에서는 물의 흔적이 감지되지 않아 연구자들은 산화철이 적철석(hematite)일 것이라는 가설을 세웠다. 철광석의 주요 구성 성분인 건조 광물 적철석은 수십억 년에 걸쳐 화성 대기와의 반응을 통해 형성되었을 것으로 추정됐다. 이는 적철석이 화성 표면에 호수와 강이 존재했던 것으로 추정되는 시기 이후에 형성되었음을 의미했다. 그러나 브라운대학교 연구팀은 다수의 탐사 임무에서 수집된 자료와 모사된 화성 먼지를 결합한 새로운 연구 결과는 적철석이 아닌 냉수 환경에서 형성되는 광물인 페리하이드라이트(ferrihydrite)가 붉은색의 원인일 수 있다는 가능성을 제시했다. 이는 수백만 년 전 화성의 환경과 잠재적 거주 가능성에 대한 과학적 이해를 변화시킬 수 있음을 시사한다. 해당 연구 결과는 지난 25일 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표됐다. 연구를 주도한 애덤 발란티나스 박사후 연구원은 "화성은 여전히 붉은 행성이다. 다만, 화성이 왜 붉은색인지에 대한 우리의 이해가 변화했을 뿐이다"라고 밝혔다. 지구 실험실서 화성 먼지 재연 연구팀은 유럽우주국(ESA)의 화성 익스프레스 궤도선과 엑소마스 미량 가스 궤도선, 그리고 NASA의 화성 정찰 궤도선과 큐리오시티, 패스파인더, 오퍼튜니티 로버에서 수집된 자료를 활용했다. 미량 가스 궤도선의 CaSSIS 컬러 카메라는 화성 먼지 입자의 정확한 크기와 구성을 밝혀 연구자들이 지구에서 자체적으로 먼지를 제작할 수 있도록 했다. 연구진은 다양한 유형의 산화철을 사용하여 실험실에서 자체적인 화성 먼지를 만들었다. 모사된 먼지는 특수 분쇄기를 통해 화성의 먼지와 동일한 크기의 입자로 제작됐으며, 두께는 사람 머리카락의 1/100에 해당한다. 연구팀은 화성 궤도를 돌며 행성을 연구하는 궤도선에서 사용하는 기술과 유사한 X선 기계와 반사 분광계를 사용하여 먼지를 분석했다. 이후 실험실 자료와 우주선 자료를 비교했다. 발란티나스 연구원은 화성 익스프레스의 OMEGA 반사 분광계는 화성의 먼지가 가장 많은 지역에서도 물이 풍부한 광물의 증거를 보여주었으며, CaSSIS 자료는 실험실 시료와 비교했을 때 적철석이 아닌 페리하이드라이트가 화성 먼지와 가장 잘 일치한다는 것을 보여줬다고 밝혔다. CaSSIS 카메라 개발을 주도한 스위스 베른 대학교 물리학 연구소의 니콜라스 토마스 교수는 "우리는 현무암과 혼합된 페리하이드라이트가 화성에서 우주선이 관측한 광물과 가장 잘 일치한다는 것을 발견했다"고 말했다. 미량 가스 궤도선 자료를 사용하여 스위스 베른 대학교에서 연구를 시작한 발란티나스 연구원은 "주요 시사점은 페리하이드라이트가 표면에 물이 존재했을 때만 형성될 수 있기 때문에 화성이 우리가 이전에 생각했던 것보다 더 일찍 녹슬었다는 것이다. 또한 페리하이드라이트는 현재 화성의 조건에서도 안정적으로 유지된다"고 밝혔다. 물이 풍부했던 과거 화성 발란티나스 연구원은 화성의 붉은색에 대한 미스터리가 수천 년 동안 지속되어 왔다고 말했다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 로마인들은 화성의 색이 피를 연상시킨다는 이유로 전쟁의 신의 이름을 따서 화성이라고 명명했으며, 이집트인들은 화성을 '헤르 데셰르(Her Desher)', 즉 "붉은 것"이라고 불렀다. 발란티나스 연구원은 화성의 색이 물이 없는 형태의 녹인 적철석이 아닌 페리하이드라이트와 같은 물을 함유한 녹슨 광물 때문일 수 있다는 사실이 연구진을 놀라게 했다고 말했다. 하지만 이는 화성의 지질학적, 기후학적 역사에 대한 흥미로운 단서를 제공한다고 그는 덧붙였다. 발란티나스는 "물이 함유된 녹이 화성 표면 대부분을 덮고 있다는 것은 화성의 고대 과거에 액체 상태의 물이 이전에 생각했던 것보다 더 광범위하게 존재했을 수 있음을 시사한다. 이는 화성이 한때 액체 상태의 물이 존재했던 환경을 가지고 있었음을 의미하며, 물은 생명체의 필수 조건이다. 우리 연구는 화성에서 페리하이드라이트 형성에 산소(대기 또는 다른 출처에서)와 철과 반응할 수 있는 물이 모두 필요했음을 보여준다"고 말했다. 페리하이드라이트, 30억년 전 생성 가능성 이번 연구는 광물이 정확히 언제 형성되었는지 밝히는 데 초점을 맞추지는 않았다. 하지만 페리하이드라이트는 냉수에서 형성되기 때문에 수백만 년 전 화성이 더 따뜻하고 습했던 시기가 아닌 약 30억 년 전에 생성되었을 가능성이 있다. 발란티나스는 "이 시기는 화성에서 격렬한 화산 활동이 일어나 얼음이 녹는 현상과 물과 암석 사이의 상호작용을 촉발하여 페리하이드라이트 형성에 유리한 조건을 제공했을 가능성이 높은 시기였다. 이 시기는 화성이 초기 습한 상태에서 현재의 사막 환경으로 전환되는 시기와 일치한다"고 말했다. 페리하이드라이트는 먼지뿐만 아니라 화성 암석층에도 존재할 가능성이 있다. 이를 확인하는 가장 좋은 방법은 붉은 행성에서 암석과 먼지 실제 표본을 확보하는 것이다. 퍼시비어런스 로버는 이미 암석과 먼지를 포함하는 여러 표본을 수집했으며, NASA와 ESA는 화성 표본 귀환 프로그램(Mars Sample Return program)을 통해 2030년대 초까지 지구로 가져오는 것을 목표로 하고 있다. ESA의 미량 가스 궤도선 및 화성 익스프레스 프로젝트 과학자인 콜린 윌슨은 "이 귀중한 표본을 실험실로 가져오면 먼지에 페리하이드라이트가 얼마나 포함되어 있는지, 그리고 이것이 화성의 물의 역사와 생명체 존재 가능성에 대한 우리의 이해에 어떤 의미를 갖는지 정확히 측정할 수 있을 것"이라고 밝혔다. 한편 이번 연구 결과는 발란티나스 연구원과 동료들에게 먼지 폭풍을 통해 화성 전체로 퍼져나가기 전 페리하이드라이트의 원래 생성 위치와 페리하이드라이트가 형성되었을 때 화성 대기의 정확한 화학적 구성 성분 등 새로운 미스터리를 안겨주었다. 호건 교수는 먼지가 언제 어디서 형성되었는지 이해하는 것은 과학자들이 초기 지구와 유사한 행성의 대기가 어떻게 진화했는지에 대한 통찰력을 얻는 데 도움이 될 수 있다고 말했다. 호건 교수는 "페리하이드라이트는 눈이 녹거나 따뜻한 기후에서 짧은 기간 동안 강렬한 강우로 인해 단기간에 많은 물이 이동하는 지구의 토양에서 매우 흔하게 발견된다. 우리는 또한 (큐리오시티 로버가 탐사하고 있는 화성의) 게일 분화구의 호수 퇴적물에서도 페리하이드라이트의 증거를 발견했다. 이 퍼즐을 풀 수 있는 가장 좋은 방법은 화성 먼지 표본을 지구의 실험실로 가져오는 것이다"라고 덧붙였다.
- 포커스온
2025-02-28 14:48:00
[우주의 속삭임(99)] 화성 고대 해안선 발견, 과거 대양 존재 가능성 제시

현재는 먼지로 뒤덮인 건조한 사막과 같은 화성에 과거 호수뿐 아니라 대양까지 존재했을 가능성이 제기됐다. 미국과 중국 공동 연구팀의 최근 연구 결과에 따르면 지표 투과 레이더 관측을 통해 약 40억 년 전 화성에 해변과 유사한 지하 지형이 확인됐다고 과학 기술 전문 매체 컨버세이션과 사이언스얼럿이 24일(현지시간) 보도했다. 이는 화성이 과거 북반구에 거대한 바다를 품고 있었음을 시사하는 강력한 증거로 평가된다. 이 연구에는 중국 광저우 대학의 리 젠후이(Jianhui Li)가 이끄는 중국과 미국 과학자 팀이 참여했으며, 중국 국가우주국(CNSA)의 무인 화성 탐사선 주룽(Zhurong)이 수행한 작업을 기반으로 했다. 연구진은 해당 바다를 '듀테로닐루스(Deuteronilus)'라 명명했다. 펜실베이니아 주립대학교의 지질학자 벤자민 카르데나스는 "화성에서 고대 해변 및 삼각주와 유사한 지형을 발견했다"며, "바람, 파도, 풍부한 모래 등 휴양지 해변과 유사한 증거를 확인했다"고 밝혔다. 화성 탐사 로버는 지질, 토양, 대기를 포함한 여러 측면을 연구한다. 종종 물의 증거를 찾는데, 물은 화성에서 생명의 존재 여부를 결정하는 주요 요소이기 때문이다. 퇴적암은 화성에 물이 존재하고, 생명체가 존재할 수 있다는 증거를 담고 있을 수 있기 때문에 종종 조사 대상이 된다. 나사의 퍼시비어런스 로버는 현재 델타 퇴적물에서 생명체를 찾고 있다. 델타는 이집트의 나일 델타처럼 강의 하구에 대량의 토사와 같은 퇴적물이 쌓인 삼각형 지형인 삼각주(river delta)를 말한다. 퍼시비어런스 로버는 너비가 약 45km인 제제로 분화구에 있는 삼각주를 탐사하고 있으며, 고대 호수가 있었던 곳으로 추정된다. 반면 중국의 주룽 로버는 화성 북반구에 위치한 유토피아 평원에서 고대 바다 흔적을 찾고 있다. 화성의 물의 역사는 여전히 풀리지 않은 거대한 수수께끼이다. 표면만 보면 액체 상태의 물이 존재했던 흔적을 찾기 어렵고, 전 세계적인 먼지 폭풍은 화성의 건조함을 더욱 강조한다. 그러나 점차 늘어나는 증거들은 화성이 과거 표면에 액체 상태의 물을 풍부하게 보유했음을 보여준다. 화성에 물이 존재했다는 사실은 더 이상 논쟁의 여지가 없으나, 물의 양과 소멸 시기, 소멸 원인 등은 여전히 미스터리로 남아있다. 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 지구물리학자 마이클 망가는 "대양은 행성의 기후와 표면 형성에 큰 영향을 미치며, 잠재적인 생명체 서식 환경이 될 수 있다"고 설명했다. 이어, "화성 탐사에서 '물을 따라가라'는 주제가 중요한 이유이며, 특히 해저에 존재했을 가능성이 있는 해변 퇴적물을 관측하는 것은 매우 흥미로운 일"이라고 덧붙였다. 화성, 과거 충분한 물 존재 시사 중국 국가우주국(CNSA)의 주룽(Zhurong) 화성 탐사 로버가 수집한 데이터를 활용한 중국-미국 공동 연구팀(광저우 대학교의 엔지니어 리젠후이 및 지질학자 류하이 주도)은 과거 화성에 충분한 양의 물이 존재했음을 시사하는 새로운 증거를 제시했다. 주룽 로버는 유토피아 평원(Utopia Planitia)을 이동하며 지표 투과 레이더(GPR)를 통해 지하 80미터 깊이까지 암석층을 측정했다. 이 기술은 전파를 지하로 보내고, 밀도가 다른 물질을 만나 반사되는 파형을 분석하여 지하 구조의 3차원 지도를 생성한다. 주룽 로버의 데이터를 기반으로 한 이전 연구에서 해안선으로 추정되는 지형이 발견되었으나, 그 해석은 확정되지 않았다. 그러나 이번 GPR 데이터 분석 결과, 주룽 로버의 이동 경로를 따라 15도 각도로 상승하는 두꺼운 물질층이 발견되었으며, 이는 지구의 고대 해안선과 유사한 특징을 보였다. 망가 교수는 "해당 구조는 사구, 충돌 분화구, 용암류와는 다른 형태를 보였으며, 이는 대양의 존재 가능성을 시사한다"고 말했다. 또한, "이러한 지형의 방향은 과거 해안선과 평행하며, 장기간에 걸쳐 모래 해변이 형성되었음을 뒷받침하는 적절한 방향과 경사를 가지고 있다"고 설명했다. 이러한 지형은 강에서 퇴적물이 유입되고 파도와 조석 작용이 존재하는 거대한 액체 상태의 대양을 암시한다. 또한, 지구에서 퇴적물이 형성되는 데 걸리는 시간과 비교했을 때, 화성에는 수백만 년 동안 물 순환이 존재했음을 시사한다. 이러한 퇴적물은 호숫가에서는 형성될 수 없다. 망가 교수는 "수역이 클수록 조석 간만의 차이가 커지고, 바람이 더 큰 파도를 만들 수 있는 공간과 시간이 확보된다"며, "큰 조석과 파도는 해변 형성에 도움을 준다"고 설명했다. 화성에는 지구의 달과 같은 조석에 큰 영향을 미치는 위성이 없다. 태양 또한 지구의 조석에 영향을 미친다. 화성의 조석은 지구와는 다른 형태일 수 있지만, 분명히 존재했을 것이며, 풍부한 바람은 표면 파도를 생성했을 것으로 추정된다. 이번 발견은 화성에 과거 생명체가 살 수 있는 환경이 존재했을 가능성을 높이고, 적절한 장비를 갖추고 탐사할 경우 고대 생명체의 흔적을 찾을 수 있는 장소를 제시한다. 망가 교수는 "물, 육지, 대기가 함께 존재하는 해안 환경은 잠재적인 생명체 서식 환경이다. 이러한 환경이 언제 어디에 존재했는지 아는 것은 탐사 방향을 설정하고 위성 관측과 같은 다른 관측 결과를 해석하는 데 도움이 된다"고 말했다. 또한, "해안선은 과거 생명체의 흔적을 찾기에 좋은 장소이며, 지구의 초기 생명체는 공기와 얕은 물의 경계와 같은 곳에서 시작된 것으로 추정된다"고 덧붙였다. 망가 교수 팀의 최근 연구에 따르면, 화성의 물은 대부분 내부로 흡수되어 현재 접근 불가능한 액체 저장소 형태로 존재할 수 있다. 이번 연구는 화성의 흥미롭고 신비로운 과거에 이러한 저장소를 채울 만큼 충분한 액체 상태의 물이 존재했음을 시사하는 또 다른 퍼즐 조각이 될 수 있다. 다음 단계는 액체 상태의 대양에 대한 가설을 더욱 심층적으로 검증하고, 외계 행성의 파도와 조석을 모델링하는 것이다. 본 연구 결과는 미국 국립과학원 회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 게재됐다.
- 포커스온
2025-02-25 14:12:00
[우주의 속삭임(98)] 100만 개 넘는 '성간 물체', 태양계 오르트 구름에 존재할 수도

우리 태양계의 가장 가까운 이웃 별인 알파 센타우리(Alpha Centauri·AC·센타우루스자리 알파) 항성계에서 방출된 100만 개 이상의 '성간 물체'가 태양계를 감싸고 있는 오르트 구름(Oort Cloud)에 이미 존재할 수 있다는 주장이 나왔다. 미국 우주 전문 매체 스페이스닷컴은 지난 5일(현지시간) arXiv에 게재된 새로운 연구 논문을 인용, 이같이 보도했다. 해당 논문은 아직 동료 평가를 거치지 않았으며, 추후 행성 과학 저널(The Planetary Science Journal)에 게재될 예정이라고 라이브사이언스가 17일(현지시간) 전했다. 캐나다 서부 온타리오 대학의 리 및 천문학과, 지구 및 우주 탐사 연구소의 콜 그렉과 폴 비거트가 주도한 이번 연구는 알파 센타우리(AC) 항성계에서 지난 1억 년 동안 방출된 성간 물질의 양을 시뮬레이션하여 진행됐다. 연구진은 이 계산을 바탕으로 현재 태양계 내에 센타우루스 알파에서 온 폭 100m 이상의 '성간 물체'가 약 100만 개 존재할 것으로 예측했다. 참고로 미국을 대표하는 자유의 여신상은 높이가 93.5m에 달한다. 이는 현재 태양계 내에 자유의 여신상 크기의 성간 물체가 약 100만 개가 떠돌아다니는 것으로 이해할 수 있다. 성간 물체 발견의 의의 '성간 물체(Interstellar Object)'는 태양계 외부에서 기원하여 태양계를 통과하는 천체를 의미한다. 2017년 발견된 '오무아무아(Oumuamua)'와 2019년 발견된 '보리소프 혜성(Borisov)'이 대표적인 사례다. 성간 물체는 다른 행성계에서 온 천체이므로, 이를 분석하면 태양계 외부의 물질 조성과 형성 과정을 연구할 기회를 제공한다. 특히, 보리소프 혜성은 태양계 혜성과 유사한 성질을 보여, 혜성이 우주적으로 공통된 형성과정을 가질 가능성을 시사했다. 성간 물체는 원래 있던 별 주위에서 방출된 후 우주를 떠돌다 태양계로 들어온 천체다. 이를 통해 다른 행성계의 형성 과정과 동역학적 진화를 연구할 수 있다. 예를 들어, 오우무아무아는 예상과 달리 혜성 활동 없이 가속하는 특성을 보여 기존 모델을 수정하는 계기가 되었다. 성간 물체는 '판스페르미아(Panspermia)' 이론, 즉 생명체의 씨앗이 우주에서 이동할 가능성을 탐구하는 데 중요한 역할을 한다. 만약 성간 물체에서 생명체의 기본 구성 요소(아미노산, 유기물 등)가 발견된다면, 생명체가 우주적 규모에서 이동할 가능성을 뒷받침하는 증거가 될 수 있다. 성간 물체는 자연적으로 태양계를 통과하는 천체이므로, 인류가 미래에 다른 별로 이동할 가능성을 연구하는 데 도움을 준다. 오우무아무아의 특이한 운동 방식 때문에 일부 과학자들은 외계 문명이 만든 탐사선 가능성도 제기했으며, 이는 외계 문명 탐색(SETI) 연구와 연결될 수 있다. 아울러 태양계와 은하 환경을 이해할 수 있다. 성간 물체의 존재 자체가 은하 내에서 천체들이 얼마나 자주 방출되고 이동하는지를 이해하는 데 도움을 준다. 이를 통해 태양계가 다른 항성계와 어떤 영향을 주고받는지를 파악할 수 있으며, 태양계가 속한 은하 환경의 역학을 연구할 수 있다. 오르트 구름은 어디에 위치하나? 연구팀은 이러한 가상의 성간 침입자(천체)들은 '오무아무아'나 '보리소프 혜성'과는 달리 태양의 중력에 영구적으로 붙잡혀 대부분 태양계 가장자리 근처의 거대한 혜성 및 소행성 저장소인 오르트 구름에 존재할 가능성이 높다고 봤다. 따라서 발견하기가 거의 불가능하다는 것. 지금은 사라진 오무아무아와 보리소프 혜성은 우리 우주 주변을 고속으로 항해하는 모습이 발견돼 성간 공간에서 유래했음을 확인했다. 오르트 구름(Oort Cloud)은 태양계를 둘러싸고 있는 가상의 천체 집합체로, 혜성의 기원지로 추정된다. 태양으로부터 약 2,000~100,000 AU(천문단위) 정도 떨어진 구간에 존재한다고 여겨지며, 이는 태양과 가장 가까운 별(프록시마 센타우리)까지 거리의 약 1/4에 해당한다. 이 개념은 1950년 네덜란드 천문학자 얀 오르트(Jan Oort)가 장주기 혜성(공전 주기 200년 이상)의 궤도를 분석하면서 제안했다. 오르트 구름은 구형의 구조로 태양을 중심으로 모든 방향에 퍼져 있기 대문에 혜성이 다양한 방향에서 태양계로 들어올 수 있다. 오르트 구름은 아직 직접 관측된 적은 없지만, 수많은 혜성이 태양계 바깥 먼 곳에서 유입되는 것으로 보아 존재할 가능성이 크다고 여겨진다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 지금은 사라진 카시니 탐사선을 포함한 여러 우주선도 이전에 태양계를 흐르는 작은 성간 먼지 입자를 감지했다. 카시니 탐사선은 나사와 유럽우주국(ESA)이 공동 개발한 토성 무인탐사선으로 2004년 7월 토성 궤도에 진입해 본격적으로 탐사를 시작했으며, 약 13년 동안 토성을 300여 차례 공전하면서 방대한 데이터를 보낸 뒤 2017년 7월 토성의 대기권으로 진입해 임무를 종료했다. 연구진은 또한 작은 입자들이 알파 센타우리에서 태양계로 이동하는 방식을 시뮬레이션했다. 연구진은 100마이크로미터(0.004인치) 이상의 입자는 이론적으로 두 항성계 사이를 이동할 수 있으며, 이 입자 중 약 10개가 매년 지구 대기에서 불타면서 유성으로 소멸할 것으로 추정했다. 태양계와 가까운 이웃, 알파 센타우리 알파 센타우리는 알파 센타우루스 A와 알파 센타우루스 B(두 별은 쌍성계를 이루며 서로 공전하는 태양과 유사한 별임), 그리고 이 쌍성계를 도는 더 작은 적색 왜성인 프록시마 센타우루스(Proxima Centauri)의 세 개의 별로 구성되어 있다. 프록시마 센타우루스는 지구에서 가장 가까운 별로 약 4.25광년 떨어져 있으며, 프록시마 센타우루스 b로 알려진 행성이 확인된 유일한 항성이다. 연구에 따르면 알파 센타우리에서 나온 물질이 잠재적으로 대량으로 존재한다. 그렉과 비거트는 "오르트 구름 내에 직경 100m 이상인 알파 센타우리 입자의 현재 수는 10⁶개 또는 100만 개"라고 적었다. 하지만 이런 물체들은 감지하기가 극히 힘들다. 두 연구원은 "이러한 천체의 관측 가능한 비율은 낮은 수준이며 태양으로부터 10AU 이내에 존재할 확률은 백만 분의 1에 불과하다"고 설명했다. 전체 항성계는 현재 우리를 향해 이동하고 있으며 약 28,000년 후에 태양에 가장 가까워진다. 연구진은 이때 두 항성계 사이의 간격이 크게 줄어들기 때문에 태양계로 들어오는 물체의 수가 기하급수적으로 증가할 것이라고 밝혔다. 연구진은 또한 우리 태양계에서 방출되는 물질의 비율이 알파 센타우리와 매우 유사할 것이라고 추정했다. 이는 우리 우주 이웃에서 유래한 비슷한 수준의 성간 물질이 우리 이웃 별들에 포획되고 있음을 의미한다. 연구진은 "알파 센타우리와 태양계 사이의 물질 전달 방식을 더 잘 이해하는 것은 항성계의 상호 연결성과 은하 전체의 물질 교환 가능성을 탐구하는 새로운 길을 열어준다"고 논문에 적었다. 이번 연구는 우리 태양계가 고립되어 있지 않다는 구체적인 예를 보여준다. 항성계의 물질이 서로 자유롭게 이동할 수 있다면 행성 형성 과정에 대한 또 다른 이해의 문을 열어줄 수 있다. 두 연구원은 논문에서 "알파 센타우리에서 태양계로 물질이 이동될 수 있는 메커니즘에 대한 철저한 이해는 항성 간 수송에 대한 우리의 지식을 심화시킬 뿐만 아니라 항성계의 상호 연결성과 은하계 전체에 걸친 물질 교환의 잠재력을 탐구하기 위한 새로운 경로를 열어준다"고 강조했다. 성간 물체의 발견은 태양계 외부 물질의 직접적인 연구 기회를 제공하며, 행성계 형성 과정, 우주 생명체 기원, 항성 간 여행 가능성, 외계 문명 탐색 등 다양한 분야에서 중요한 과학적 의미를 갖는다. 앞으로 더 많은 성간 물체가 발견된다면, 인류의 우주 이해는 더욱 깊어질 것으로 보인다.
- 포커스온
2025-02-18 11:05:00
[우주의 속삭임(97)] 퍼시비어런스 화성 탐사선, '특별한 보물' 발견

미국 항공우주국(나사·NASA)의 퍼시비어런스 화성 탐사차가 화성의 '실버 마운틴' 지역에서 지금까지 수집한 것과는 전혀 다른 독특한 암석 표본을 발견했다. 퍼시비어런스는 화성 표면을 돌아다니며 탐사하도록 설계된 승용차 크기의 탐사차다. 퍼시비어런스는 현재 제제로 크레이터(Jezero Crater) 가장자리의 언덕과 암석 노두를 탐사하며, 이 지역의 지질학적 역사를 밝히기 위한 암석 표본을 수집하고 있다. 스페이스닷컴에 따르면 이번에 발견된 26번째 표본은 '실버 마운틴'으로 명명되었으며, 2.9cm 크기로 "지금까지 본 적 없는 독특한 질감"을 가지고 있다고 NASA는 밝혔다. NASA는 이 지역의 암석들이 "화성의 심층 과거를 엿볼 수 있는 희귀한 창"을 제공할 수 있다는 점에서 과학적 가치가 매우 높다고 설명했다. 이 암석들은 수십억 년 전 고대 충돌로 인해 화성 내부 깊은 곳에서 표면으로 솟아오른 것으로 추정된다. NASA 제트 추진 연구소(JPL)는 이 암석들이 초기 화성 지각의 일부이며, "태양계에서 발견된 가장 오래된 암석 중 하나일 수 있다"고 밝혔다. 이 암석 연구를 통해 화성과 지구를 비롯한 태양계 초기 형성 시기의 모습을 이해하는 데 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. NASA는 이 표본이 약 40억 년 전 화성 지질학적 시대인 노아키안 시대(Noachian age)의 첫 번째 표본이라고 덧붙였다. 노아키안 시대는 잦은 소행성 및 혜성 충돌로 인해 오늘날 화성에서 볼 수 있는 많은 크레이터가 형성된 시기이다. 2021년 제제로 크레이터 근처에 착륙한 퍼시비어런스는 고대 생명체의 흔적을 찾고, '실버 마운틴'과 같은 암석 표본을 수집하여 지구로 가져와 연구하며, 새로운 탐사 기술을 시험하는 임무를 수행하고 있다. 화성에서 고대 생명체를 찾는 로버 중 하나는 헬리콥터 '인저뉴어티'였다. 5번의 시험 비행을 위해 설계된 인저뉴어티는 로터 손상으로 임무를 종료하기 전까지 총 72번의 화성 하늘을 비행했다. 화성에서 4년간 탐사를 진행한 퍼시비어런스는 지질학적 역사 속에서 물과 상호 작용한 화학적 증거를 보여주는 암석들을 발견했다. 물은 지구에서 생명체에 필수적이다. 과학자들은 이 표본과 다른 표본들을 지구로 가져와 심층적으로 연구하기를 열망하고 있지만, 화성 샘플 귀환 프로그램의 운명은 비용 상승과 임무 복잡성으로 인해 아직 불확실하다. 비용 추정치가 110억 달러까지 상승하고 샘플 반환 일정이 2040년 이후로 연장되자 NASA는 계획을 전면적으로 개편하기 시작했으며, 이후 업계와 학계의 새로운 제안을 모색해 왔다. NASA는 2026년에 새로운 전략을 결정할 예정이다. 한편, 중국은 2028년 화성 샘플 귀환 임무를 발사해 2031년까지 지구로 표본을 반환하는 것을 목표로 하고 있다.
- 포커스온
2025-02-12 11:33:00
[우주의 속삭임(92)] 화성서 포착된 '강낭콩' 형상, 생명체 존재 가능성 시사

미국 항공우주국(나사·NASA)의 화성 정찰 궤도선(MRO)이 화성 북반구의 모래 언덕에서 '얼어붙은 강낭콩'을 연상시키는 독특한 형상을 포착했다고 라이브사이언스가 보도했다. 이 위성 사진은 2022년 9월 촬영되어 2024년 12월 공개됐으며, 과학자들이 과거 화성에 물과 생명체가 존재했을 가능성을 탐구하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 얼어붙은 모래 언덕, 이산화탄소 서리로 화성의 겨울 입증 포착된 모래 언덕들은 화성 북반구의 겨울철 특유의 이산화탄소 서리에 덮여 움직임 없이 고정된 상태를 보여준다. 지구와 화성의 모래 언덕은 일반적으로 바람에 의해 이동하며 형상을 바꾸는 것으로 알려져 있지만, 화성의 겨울에는 서리가 이를 덮어 고요한 모습을 유지한다. 봄이 되어 서리가 녹기 전까지 이러한 상태는 지속된다. 화성의 온도는 극히 낮으며 평균적으로 약 -60℃(-80℉)로 추정된다. 극지방은 겨울 철에 약 -125℃(-193℉)까지 떨어질 수 있다. 이산화탄소(CO₂)는 대기압에 따라 어는 온도가 달라진다. 지구의 대기압(1기압)에서 이산화탄소는 -78.5℃(-109.3℉)에서 고체(드라이아이스)로 변한다. 화성의 대기압(약 0.006기압)에서는 이산화탄소가 더 높은 온도에서 어는 경향이 있으며 일반적으로 약 -123℃(-189℉)에서 고체 상태가 형성된다. 과거 물의 흔적 암시하는 단서 과학자들은 서리로 덮인 이 독특한 지형을 통해 화성 표면에 물이 장기간 존재했을 가능성을 연구하고 있다. 비록 서리 자체는 물이 아닌 이산화탄소로 이루어져 있지만, 과거의 화성 환경이 액체 상태의 물을 유지할 수 있는 기후 조건을 제공했을 가능성을 엿볼 수 있는 단서를 담고 있다. 화성의 자전축은 지구보다 훨씬 극적으로 변화하며, 이는 계절적 변화뿐만 아니라 이산화탄소의 생성과 소멸 과정에도 큰 영향을 미친다. 자전축이 크게 기울어진 시기에는 이산화탄소 얼음이 승화하여 대기 밀도가 증가했다. 이는 액체 상태의 물이 안정적으로 존재할 수 있는 환경을 조성했을 가능성이 있다. 화성 기후 변화의 퍼즐을 맞추다 현재 과학자들은 화성의 이산화탄소 서리 형성과 계절적 변화를 연구하며 과거 화성의 기후를 재구성하고 있다. 이러한 연구는 서리가 형성한 지질학적 구조를 통해 화성의 기후와 환경 변화를 이해하는 데 기여할 것으로 보인다. 만약 화성의 과거에 물이 장기간 존재했던 시기가 있었다면, 이는 화성에서 미생물이 진화하고 생존했을 가능성을 높이는 증거가 될 수 있다. 심지어 현재에도 특정 환경에서 미생물이 생존하고 있을 가능성을 배제할 수 없다. 화성의 '강낭콩' 모래 언덕은 단순한 시각적 신비를 넘어, 화성 탐사의 새로운 가능성을 열어줄 중요한 단서를 제공하고 있다. 과거와 현재를 아우르는 화성의 환경 연구는 인류가 우주에서 생명체의 흔적을 찾는 여정에서 새로운 돌파구를 마련할 것으로 기대된다.
- 포커스온
2025-01-15 15:17:00
"생명 진화의 시작은 20억 년 전부터"⋯타임라인 15억 년 끌어 올렸다

지구에서 생명의 시작은 약 20억년 전에 발생했다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 전 세계 생명체의 역사는 암석에 기록된다. 생명의 역사와 진화는 화석 및 화석이 발견되는 퇴적물 층에 새겨져 있다. 지금까지의 정설은 생명의 시작은 대략 5억 년 전부터였다. 그런데 최근 미국 버지니아 공대 연구진은 생명의 역사를 거의 20억 년 전으로 확장, 시간표를 15억 년이나 연장하는 연구 보고서를 발표했다. 이 연구는 사이언스지에 실렸으며 어스닷컴이 요약해 전했다. 생명 차트 확장 지금까지 발견된 화석의 증거는 지난 5억 년 동안 생물 진화의 이정표를 기록해 왔다. 그런데 버지니아 공대 지생물학자 슈하이 샤오 박사가 이끄는 연구진은 원생대 고대 생명체 시대를 최대 25억 년 전까지 확장하는 분석 결과를 얻었다. 원생대 생명체는 일반적으로 더 작고 부드러웠으며, 뼈대가 없는 해면동물은 화석 흔적을 거의 남기지 않았다. 이 흔적을 연구진이 찾아낸 것. 샤오 박사는 "이번 연구는 지금까지 이 기간에 대한 가장 포괄적인 최신 분석이다"라고 말했다. 연구진은 분석을 위해 더 높은 시간적 해상도의 그래픽 상관관계 프로그램을 적용했다. 연구 결과는 원생대 생명체의 전 세계적 다양성과 진화에 대한 고해상도 분석을 제공한다. 생명 차트는 광대한 기간 동안 생명의 역사가 어떻게 전개되었는지에 대한 정보를 제공한다. 원생대 생명체에 대한 기초적인 이해 연구에 따르면 약 25억 년에서 5억 4100만 년 전까지 지속된 원생대 기간 동안, 지구상의 생명체는 대부분 단순하고 미세했다. 박테리아나 조류 등 작은 단세포 유기체가 바다에서 유영했던 것으로 보인다. 이러한 초기 생명체는 지구를 형성하는 데 큰 역할을 했다. 그들은 광합성을 통해 산소를 생산했고, 산소가 점차 대기를 채워 더 복잡한 생명체가 발달할 수 있는 기반을 마련했다. 원생대 중반에는 진핵생물이라는 더 진보된 세포가 나타났다. 이 세포들은 오늘날 모든 식물과 동물의 구성 요소로, 세포 안에는 핵과 다른 특수한 구조가 있다. 원생대가 진행되면서 생명은 더욱 진화하기 시작했다. 원생대가 끝나갈 무렵, 진핵 세포 중 일부는 단순한 다세포 유기체를 형성하기 시작했다. 이는 오늘날 우리가 보는 생명체의 다양성을 위한 토대를 마련했다. 이 시대의 화석은 작은 세포 군집과 단순한 바다 생물의 첫 징후를 보여준다. 생명은 여전히 대부분 바다에 서식했지만, 이러한 초기의 진화는 다음 시대인 현생대에 일어날 생명의 폭발을 위한 무대를 제공했다. 원생대 해양 진핵생물의 진화 연구팀은 핵이 있는 세포를 가진 유기체인 고대 해양 진핵생물의 진화를 분석했다. 이 초기 진핵생물은 동물, 식물, 균류의 조상이었고, 이들은 지구상의 복잡한 생명의 길을 열었다. 연구진은 진핵생물이 적어도 18억 년 전에 처음 나타났다는 것을 발견했다. 그리고 '지루한 10억 년'이라고 불리는 그 다음 10억 년 동안 이 상황은 크게 변하지 않았다. 종은 느리게 진화했고 다양성은 안정적으로 유지되었으며 새로운 종이 출현하거나 오래된 종이 멸종하는 경우는 거의 없었다고 한다. 이 지루하지만 평온했던 기간은 지구가 극적인 변화를 겪으면서 결국 끝났다. 그 후 환경 변화와 진화로 다양성이 급증했고 오늘날 우리가 알고 있는 복잡한 생태계의 발전 무대가 마련됐다. 빙하기가 생명의 진화에 미친 영향 7억 2000만 년에서 6억 3500만 년 전에 지구는 적어도 두 번의 심각한 빙하기를 경험했다. 전 지구적 빙하기는 지구를 얼음 속으로 몰아 넣었고, 생명체의 궤적을 바꾸어 놓았다, 샤오 박사는 "빙하는 다양성과 역동성 측면에서 진화 경로를 재설정한 주요 요인이었다"라고 설명했다. 빙하기 직후 진핵생물 종이 빠르게 교체된 것이다. 이로써 지루한 10억 년이 끝나고 역동적인 생물 다양성 시대가 시작됐다. 그렇다면 지루한 10억 년 동안 진핵생물 진화는 왜 그렇게 느리고 안정적으로 유지되었을까. 그 이유는 이 기간 동안 종의 교체율이 낮았기 때문이다. 빙하기를 거치면서 기후 변화와 대기 중 산소 수치 상승이 생명체 진화를 가속하는 역할을 했을 것으로 추정된다. 또는 유기체 간의 경쟁이나 상호 작용이 신속한 종의 진화를 이끌었을 것이라는 해석도 있다. 원생대 생명에 대한 이번 연구는 현대 동물, 식물, 균류의 조상인 초기 진핵생물이 어떻게 진화했는지에 대한 이해를 높여주고 있다. 또 수십억 년에 걸쳐 생물과 지구 환경이 어떻게 서로에게 영향을 미쳤는지도 보여준다는 지적이다.
- IT/바이오
2024-12-27 14:22:00
[우주의 속삭임(88)] 화성 지하 깊은 곳에서 물 발견⋯생명체 존재하나?

화성 내부를 세밀히 들여다본 결과, 지하 깊은 곳에 물이 숨어 있는 것으로 추정돼 생명체의 존재에 대한 새로운 희망을 주고 있다고 어스닷컴이 전했다. 이 분석 및 연구 결과는 UC 버클리 및 샌디에이고 캠퍼스의 연구진이 수행하고, 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 실렸다. 최근의 연구에서 나온 증거에 따르면, 액체 상태의 물은 화성 표면 아래 깊은 곳에 고립돼 내부의 균열(틈)과 구멍에 갇혀 있는 것으로 보인다. 이를 근거로 전문가들은 화성의 바다 약 1마일(1.6km) 아래 전체를 덮을 만큼의 충분한 물이 있을 수 있다고 추정했다. 이 발견은 화성의 물 대부분이 수십억 년 전에 우주로 사라졌다는 오래된 이론을 완전히 뒤바꾸는 것이다. 우주로 날아가지 않고 상당한 물이 화성에서 전혀 사라지지 않고 지하 깊은 곳에 남아 있을 수 있다는 것이다. 화성 지하의 비밀 미 항공우주국(나사·NASA)의 인사이트(InSight) 임무가 화성 표면의 황량한 풍경 아래 깊은 곳에서 수집한 지진 판독값은 숨겨진 거대한 저류층(저수지)이 있다는 아이디어를 뒷받침하고 있다. 연구진은 화성의 지진, 운석 충돌, 화산의 속삭임에서 나오는 신호를 연구해 화성 지하에 무엇이 있는지를 지도화(매핑)했다. 신호의 파동이 다른 층을 어떻게 통과하는지를 해석함으로써, 연구진은 이 데이터에 가장 부합하는 물질이 물에 젖은 암석이라는 것을 발견했다. 액체는 지하 깊은 곳의 작은 틈에 갇혀 있는 것으로 나타났다. 연구진인 UC 버클리의 마이클 망가 교수는 화성 표면 훨씬 아래 물이 숨겨진 곳은 결코 생명체가 거주하기 어려운 지역이 아니라고 주장했다. 그는 "지하수는 충분히 거주 가능한 환경이 될 수 있다"고 지적했다. 화성의 물과 생명체의 가능성 물론 지금까지 화성에서 직접적인 생체 신호가 나타난 적은 없다. 그러나 지하에 생명체가 서식하기에 적합한 지역이 있다는 개념은 일단 상상력을 자극한다. 지구상의 유기체 역시 엄청나게 깊은 지하나 칠흑 같은 동굴에서 살아남는다. 화성의 지각 아래에도 비슷한 조건과 환경이 존재할 수 있다. 망가 교수는 "이번 연구가 화성에서 생명체가 있다는 직접적인 증거는 아니지만, 적어도 원론적으로는 생명을 유지할 수 있는 장소임을 확인했다"고 설명했다. 심층 굴착과 높지 않은 확률 새로 발견된 저수지는 과학적으로 흥미로운 자료를 풍부하게 보유하고 있을지 모르지만, 이는 약 7~13마일(11~21km) 깊이에 존재한다. 지구에서 그 깊이까지 굴착하는 것은 현재의 엔지니어링 능력을 넘어서는 것이다. 인간이 기록한 가장 깊은 굴착은 러시아의 콜라 심층 시추공이었으며, 깊이는 7.6마일(12km) 정도였다. 화성에서 발견된 깊이의 물 공급원을 활용하거나 탐사하는 것은 현재의 지구의 기술로는 사실상 불가능해 보인다. 이는 현지에서 활동할 우주인이 이 물을 자원으로 활용할 것이라는 환상을 깬다. 지하에 물이 풍부할 지는 몰라도, 현재로서는 '그림의 떡'이라는 말이다. 화성 과거 물의 단서 옛날 화성은 아마도 더 습했을 것으로 추정된다. 궤도 이미징과 탐사선 임무 데이터는 강과 호수가 지형을 깎아냈던 시기를 알리는 특징을 보인다. 지질학적 증거는 액체 상태의 물이 특정 광물을 형성하는 데 영향을 미쳤음을 보여준다. 이번 연구는 화성에 물을 공급했던 원천의 상당 부분이 완전히 사라지지 않았다는 것을 암시한다. 대신, 물은 화성의 지각 깊숙이 스며들어 그 이후에도 그대로 남아 있었을 가능성을 내보인다. 화성 역사의 창 UC 샌디에이고 스크립스 해양연구소의 바샨 라이트 교수는 오늘날 화성에 액체상태의 물이 얼마나, 어디에 존재하는지 아는 것이 중요하다고 강조했다. 특히 화성의 물 순환을 이해하는 것은 기후, 표면 및 내부의 진화를 이해하는 데 중요하다는 지적이다. 화성의 지하 저수지를 탐사하면 고대 화성이 형성된 과정을 엿볼 수 있는 기회도 얻을 수 있다. 화성이 습한 환경에서 차갑고 건조한 상태로 전환된 이유를 설명할 수 있다는 것이다. 화성의 물과 미래 연구 2022년 종료된 인사이트 임무는 화성의 구조에 대한 풍부한 단서를 제공할 만큼 충분히 긴 시간 동안 지진 활동을 기록했다. 그 판독 결과는 이제 화성이 물을 숨긴 위치에 대한 다른 관점을 불러일으켰다. 지하 저수지에 접근해 분석하는 것은 여전히 먼 꿈이지만, 저수지가 존재한다는 사실을 아는 것만으로도 전문가들이 화성을 사람이 거주 가능한 장소로 생각하는 방식이 바뀐다. 향후 지하의 물은 미래 새로운 장비와 우주 임무에도 영감을 줄 것으로 보인다.
- IT/바이오
2024-12-26 14:32:00
[퓨처 Eyes(61)] 10억 년 전 고대 유전자, 생쥐 탄생 혁명 주도

10억 년 전 지구를 지배했던 단세포 생물의 고대 유전자가 오늘날 생쥐 탄생을 가능하게 했다. 과학계를 놀라게 한 이번 연구는 줄기세포와 진화의 관계를 새롭게 조명하며 재생의학의 미래를 열 획기적인 발견으로 평가받고 있다. 홍콩 대학교와 독일 막스 플랑크 육상 미생물학 연구소의 공동 연구진은 단세포 생물에서 유래한 유전자를 생쥐 세포에 도입해 줄기세포를 생성했으며, 이를 통해 살아있는 생쥐를 탄생시키는 데 성공했다고 사이언스 얼럿(Science Alert)과 IFL사이언스 등 다수 외신이 전했다. 연구팀은 편모조류에서 발견되는 유전자를 쥐의 유전자와 교환함으로써 두 편모조류가 기능적으로 얼마나 유사한지 확인할 수 있었다. 홍콩 대학의 야 가오 박사와 데이지린 세나 탄, 독일 막스 플랑크 육상 미생물학 연구소의 마티아스 기르빅 박사가 이끄는 연구팀은 복제된 쥐의 줄기세포를 배양하고 게놈을 재프로그래밍하여 포유류의 Sox2 유전자를 동물과 가까운 단세포 생물인 동정편모충류[choanoflagellate, 후생동물의 가장 가까운 친척으로 여겨지는 생물로, 긴 편모(flagellum)를 가지고 있으며, 이 편모 주변을 둘러싼 깃(collar) 모양의 구조를 가지고 있는 게 특징] Sox 유전자로 대체해, 연구를 진행했다. 이 세포를 배아 쥐(마우스) 배반포에 주입한 다음, 임신한 쥐 대리모에 이식하는 임신, 출산, 양육 환경에서 배양했다. 영국 퀸 메리 대학의 유전학자 알렉스 드 멘도사는 사이언스얼럿에 "단세포 친척인 쥐에서 얻은 분자 도구를 사용해 성공적으로 쥐를 만들어냄으로써 우리는 거의 10억 년 전의 진화 과정에서 놀라운 기능의 연속성을 목격하고 있다"고 말했다. 멘도사는 "이 연구는 줄기세포 형성에 관여하는 핵심 유전자가 줄기세포 자체보다 훨씬 일찍 생겨났을 수 있음을 시사하는데, 아마도 우리가 보는 다세포 생명체의 길을 닦는 데 도움이 되었을 것"이라고 설명했다. 고대 유전자가 오늘날 동물 발달에 핵심적인 역할을 한다는 점을 실증한 이번 연구는 줄기세포의 기원과 재활용 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 고대 유전자, 다세포 생물 진화의 토대가 되다 약 10억 년 전, 지구에는 동물이나 식물 같은 다세포 생물이 존재하지 않았다. 당시 지구를 지배하던 단세포 생물 가운데 동정편모충류(choanoflagellates)는 오늘날 동물의 가장 가까운 친척으로 여겨진다. 동정편모충은 현미경으로 관찰할 정도로 작은 단세포 생물이지만, 이들의 유전체에는 포유류 줄기세포 형성을 돕는 것으로 알려진 Sox와 POU라는 유전자의 초기 버전이 포함되어 있다. 기존에는 줄기세포가 다세포 생물에서만 진화했을 것이라 여겨졌지만, 이번 연구는 단세포 생물에도 줄기세포 형성에 중요한 유전자가 존재했음을 보여준다. 연구진은 이 유전자들이 다세포 생물로 진화하는 과정에서 재활용되고 확장되었을 가능성을 제시하며, 고대 유전자의 가치를 새롭게 조명하고 있다. 생쥐 탄생의 비밀, 동정편모충류 유전자 연구진은 동정편모충류의 Sox 유전자를 생쥐 세포에 도입해 생쥐의 Sox2 유전자를 대체했다. Sox2는 포유류 줄기세포의 다능성(모든 세포로 분화할 수 있는 능력)을 유지하는 데 중요한 유전자다. 놀랍게도 동정편모충의 Sox 유전자 역시 생쥐 세포에서 동일한 기능을 수행할 수 있었다. 동물은 '다능성'이라고 알려진 특징을 가지고 있다. 다능성은 배아 줄기세포가 분화하여 완전히 발달된 유기체를 구성하는 다양한 조직으로 발달할 수 있는 능력을 말한다. 동물에 인접한 미생물에 대한 이전 연구에 따르면 다능성의 기원은 다세포성보다 앞선 것으로 나타났다. 이것이 사실이라면, 이는 동물의 진화 결과가 아니라 동물 진화의 원동력 중 하나일 수 있다. 생쥐 세포는 동정편모충 유전자의 도움으로 유도만능줄기세포(iPSC) 상태로 전환되었으며, 이를 발달 중인 생쥐 배아에 주입한 결과 키메라 생쥐(마우스)가 탄생했다. 키메라 생쥐는 서로 다른 유전자를 가진 두 세포 집단이 공존하는 동물로, 이번 실험에서는 줄기세포의 영향을 받아 맨 위의 사진에서 보이는 것처럼 검은 털 반점과 어두운 눈 등의 특징을 가진 생쥐가 만들어졌다. 이 발견은 단세포 생물의 간단한 유전자가 다세포 생물의 복잡한 발달에 얼마나 중요한 역할을 할 수 있는지 명확히 보여준다. 고대 유전자, 재생의학의 미래를 열다 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 이번 연구는 야마나카 박사의 연구를 기반으로 더 나아가, 고대 단세포 생물의 유전자를 활용해 줄기세포를 생성했다. 이는 줄기세포 형성 메커니즘이 생명 진화 초기 단계부터 존재했음을 강력히 뒷받침한다. 진화에서 재활용된 유전자, 재생의학의 열쇠 연구진은 동정편모충 유전자들이 초기 생명체의 기본적인 세포 기능을 조절하는 역할을 했으며, 이후 다세포 생물이 출현하면서 더 복잡한 기능으로 진화했을 가능성을 제시한다. 이를 "10억 년에 걸친 기능적 연속성"이라 설명하며, 진화생물학과 재생의학이 맞닿은 접점임을 강조한다. 홍콩대 랄프 야우흐(Ralf Jauch) 박사는 "고대 유전자 연구는 다능성 메커니즘을 더욱 정밀하게 조정하고 최적화할 방법을 제시할 것"이라며, 동정편모충 유전자의 합성 버전을 개발해 기존 유전자보다 효율적으로 작동할 가능성도 시사했다. 이번 연구는 고대 단세포 생물이 현대 생명공학에 얼마나 큰 영감을 줄 수 있는지 보여준다. 단세포 생물의 유전자가 다세포 생물의 기원과 발전에 중요한 역할을 했다는 사실은 줄기세포 연구와 재생의학의 새로운 가능성을 열고 있다. 줄기세포와 진화라는 두 축이 만들어갈 생명과학의 미래가 더욱 기대된다. 한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.
- 포커스온
2024-12-05 15:32:00
[우주의 속삭임(83)] 금성, 생명체 존재했던 '푸른 행성'이었을까? 연구 결과는 '회의적'

지구와 쌍둥이처럼 흡사한 금성에 과연 생명체가 존재하고 있었을까. 최근 과학계에서는 금성이 과거 생명체가 있었을 가능성에 대한 논쟁이 뜨겁다. 금성은 태양계의 두 번째 행성이지만 금속 눈, 이산화탄소 대기, 수많은 화산과 산성비가 내려 지구의 '사악한 쌍둥이'로 불리고 있다. 지구와 질량 및 태양과의 거리가 비슷한 금성은 현재 납도 녹일만큼 뜨거운 표면 온도(섭씨 약 500도)와 황산 구름으로 뒤덮인 '지옥의 행성'이다. 하지만 고대에는 지구와 훨씬 유사한 환경이었을 것이라는 추측이 지배적이었다. 새로운 연구 "금성은 탄생부터 뜨거웠다" 최근 영국 케임브리지 대학교 연구팀은 금성의 대기 화학 조성을 분석한 결과, 금성 표면에 물로 이루어진 바다가 존재했을 가능성이 낮다는 연구 결과를 발표했다고 스페이스 닷컴이 2일(현지시간) 보도했다. 이는 '금성은 탄생부터 뜨거웠다'는 가설에 힘을 실어주고 있다. 연구팀은 금성 대기 중 물, 이산화탄소, 카르보닐황화물의 파괴 속도와 화산 활동을 통한 보충 속도를 분석했다. 화산 활동은 행성 내부 물질을 표면으로 운반하고 가스 형태로 방출하기 때문에 행성 내부 상태를 파악하는 중요한 지표가 된다. 지구의 화산 폭발은 물이 풍부한 내부 구조 때문에 대부분 수증기로 이루어져 있다. 반면, 금성의 화산 가스에서 수증기가 6%에 불과하다는 사실을 연구팀은 발견했다. 이는 금성 내부가 매우 건조하며, 표면에 바다를 형성할만큼 충분한 물을 가지고 있지 않았음을 시사한다. 금성은 극도로 두꺼운 대기를 가지고 있으며, 이산화탄소가 풍부한 대기에 의해서 온실효과가 발생해 금성 표면의 온도를 섭씨 약 460도까지 높인다. 이산화탄소에 의한 온실효과가 없다고 가정한다면 금성의 온도는 현재 지구의 표면 온도와 비슷하게 된다. "금성, 지구와 다른 진화 과정을 거친 행성" 이번 연구를 이끈 테레자 콘스탄티누 케임브리지 대학 천문학 연구소 박사 과정 연구원은 "금성은 태양계 외행성 연구에 중요한 의미를 지닌다"며 "생명체 거주 가능 구역의 경계에서 지구와 매우 다른 진화 과정을 거친 행성을 탐구할 수 있는 기회를 제공하기 때문"이라고 설명했다. 2029년 발사 예정인 미 항공우주국(나사·NASA)의 다빈치(DAVINCI) 미션은 금성 대기 탐사를 통해 이러한 의문에 답을 제시할 것으로 기대된다. 다빈치 탐사선은 금성 대기를 통과하며 중요한 데이터를 수집하고, 착륙 과정에서 7초간 금성 표면을 관측할 수 있을 것으로 예상된다. "생명체 존재 가능성 낮지만, 외계 행성 연구에 중요한 단서 제공" 콘스탄티누 연구원은 "과거 금성에 생명체가 살 수 있었다면, 이미 발견된 외계 행성들에도 생명체가 존재할 가능성이 높아진다"면서도 "하지만 이번 연구 결과는 금성과 유사한 외계 행성들이 생명체 거주 가능성이 낮음을 시사한다"고 밝혔다. 연구팀은 금성이 과거 지구와 유사한 환경이었기를 바랐지만, 이번 연구 결과는 그렇지 않았음을 보여준다. 이에 연구원은 "실망스럽지만, 최소한 우리가 아는 생명체가 존재할 가능성이 높은 행성에 탐사를 집중하는 것이 더욱 효율적"이라고 강조했다. 이번 연구 결과는 천문학 및 천체물리학 분야의 온라인 국제전문학술지 '네이처 천문학(Nature Astronomy)'에 게재됐다. 금성은 왜 지구의 '사악한 쌍둥이' 행성일까? 금성은 지구와 질량과 크기, 구성 성분 등이 비슷한 행성이다. 그로 인해 종종 금성은 '지구의 사악한 쌍둥이'라는 별명으로 불리고 있다. '사악한 쌍둥이'는 비록 쌍둥이로 태어났지만 살면서 서로 다른 길을 걸어 결국에는 다른 운명을 맞이한 사람을 부를 때 쓰는 용어다. 그렇다면 행성인 금성을 지구의 사악한 쌍둥이라고 부르는 이유는 무엇 때문일까. 금성과 지구는 태양계 행성 중에서 마치 쌍둥이처럼 크기와 질량이 가장 비슷하다. 금성의 지름은 지구의 약 95%이고, 질량은 81%정도다. 밀도도 비슷해서 중력도 거의 같다. 그로 인해 초기 태양계 형성 당시 지구와 금성은 비슷한 구성성분으로 이루어져 있었을 것으로 추정된다. 암석형 행성이라는 공통점도 있다. 이와 같이 쌍둥이처럼 닮은 점도 있지만, 금성과 지구의 환경은 극명하게 다르다. 지구는 생명체가 번성하는 푸른 행성이지만, 금성은 표면 온도가 464℃에 달하고 대기압이 지구의 92배에 달하는 고온 고압의 환경이다. 게다가 금성의 대기는 이산화탄소로 가득차 있고 황산 구름이 뒤덮고 있어 생명체가 살 수 없는 마치 '지옥'과 같은 환경이다. 이처럼 금성은 지구와 쌍둥이처럼 닮았지만 전혀 다른 운명을 맞이한 '사악한 쌍둥이'와 같은 양상을 보이고 있다. 즉, 금성은 지구와 전혀 다른 극단적인 환경으로 인해 생명체가 살 수 없어서 '사악한 행성'이 된 것이다.
- IT/바이오
2024-12-03 15:23:00
[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다

우주는 더 이상 단순한 탐험의 공간이 아니다. 국제우주정거장(ISS)과 민간 우주 임무에서 진행된 줄기세포 실험에서 의료 과학의 판도를 바꿀 혁신적인 결과가 나왔다. ISS의 미세중력 환경에서 배양된 줄기세포가 지구에서는 실현할 수 없었던 뛰어난 능력을 발휘한 것이다. 미국 플로리다 메이요 클리닉과 세다스-사이나이 연구진은 이번 실험 결과가 질병 치료와 재생의학 연구에 새로운 지평을 열 것이라고 최근 발표했다. 우주에서는 줄기세포가 스스로 3차원 구형 배열을 형성했다는 점이 연구진에게 가장 큰 놀라움을 안겨 주었다. 지구의 중력 때문에 평면 배양 접시 위에서만 자라던 줄기세포가 우주의 미세중력 아래에서는 스스로 진화하듯 3차원 조직 구조를 만들어 낸 것이다. 이는 인체 조직에 가까운 구조로, 면역 조절과 염증 완화 능력을 크게 향상시켰다. 플로리다 메이요 클리닉의 아바 주바이르 박사는 "우리는 세포가 3차원으로 자라리라고는 기대하지 않았다. 그러나 미세중력 환경은 세포가 자연스럽게 구형 배열을 형성하도록 했다. 이는 지구에서는 불가능했던 현상"이라고 설명했다. 이처럼 우주의 미세중력은 줄기세포의 자가 조립 능력을 활성화하며, 새로운 의료 혁신의 가능성을 열어주었다. 이번 연구는 NPJ 마이크로그래비티(NPJ Microgravity)에 게재됐으며, 우주 환경을 활용한 줄기세포 연구가 새로운 의료 혁신을 가져올 것으로 기대된다. [미니해설] 우주 실험이 밝혀낸 줄기세포의 비밀⋯불로장생의 꿈 '성큼' 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 줄기세포는 그 자체로 현대 의학의 혁신적인 가능성을 품고 있다. 복제와 분화 능력은 조직 재생과 질병 치료의 핵심 자원으로 평가받는다. 그러나 기존 기술은 여전히 복잡한 한계를 지니고 있다. 이런 상황에서 우주에서 진행된 줄기세포 배양 실험은 재샌의학 분야에 새로운 방향을 제시하며 주목받고 있다. 미세중력, 줄기세포 배양의 최적 환경 미세중력은 중력이 거의 없는 상태를 말한다. '무중력' 이라고도 불리지만, 중력이 완전히 없는 것은 아니고 지구 표면 중력의 100만분의 1 정도로 매우 작은 중력만 존재하는 환경이다. 지구 궤도를 도는 우주정거장에서는 지구 중력의 영향을 거의 받지 안항 미세중력 환경이 조성된다. 우주 환경에서 줄기세포를 배양하는 일은 간단하지 않았다. 미세중력 상태에서는 액체가 접시 밖으로 흘러나갈 위험이 있었기 때문이다. 하지만 연구진은 96웰 플레이트의 액체 표면 장력을 활용해 세포를 고정하는 기술을 개발하여, 성공적으로 배양 과정을 진행할 수 있었다. 아룬 샤르마 세다스-사이나이 연구소 박사는 "표면 장력을 활용한 이번 기술은 실험 성공의 핵심이었다. 맞춤형 장비 없이도 우주 실험을 가능하게 한 중요한 성과였다"라고 말했다. 우주에서의 새로운 가능성: 노화 관련 질환 치료 미세중력 환경은 줄기세포가 더 자연스러운 성장 상태를 유지하며, 면역 조절 능력과 염증 완화 효과를 향상시키는 데 기여했다. 이는 단순한 발견을 넘어, 줄기세포의 응용 가능성을 확장하는 중요한 과학적 단서를 제공한다. 연구진은 미세중력 환경에서 줄기세포를 대량으로 제조할 방법을 모색 중이다. 이는 줄기세포 기술의 상업적 생산과 재생의학 응용을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. 이번 연구는 노화 관련 질환의 치료에 새로운 전환점을 마련했다. 줄기세포는 뇌졸중, 암, 치매와 같은 질환 치료에서 중요한 역할을 할 가능성을 보여주었다. 또한, 우주 환경에서 배양된 줄기세포는 지구로 돌아온 뒤에도 복제 안정성과 확장 능력을 유지하며 의료 응용 가능성을 높였다. 클라이브 스벤슨 세다스-사이나이 연구소 교수는 "우리가 수행한 연구는 시작에 불과하다. 우주에서 제조된 줄기세포는 재생의학을 혁신할 독특한 특성을 갖고 있다"고 말했다. 우주 시대의 의료 혁명: '불로장생'의 가능성 이번 연구 결과는 단순한 과학적 발견을 넘어, 재생의학의 새로운 장을 열었다. 우주라는 실험실은 줄기세포 기술의 대량 생산과 상업적 생산 가능성을 제시하며, 인류의 오랜 꿈인 '불로장생'을 현실로 만들 가능성을 보여준다. 우주에서 시작된 줄기세포 연구는 더 이상 공상과학의 영역이 아니다. 미세중력이라는 우주의 독특한 환경은 질병 치료와 장기 이식 기술에 혁신적인 변화를 가져올 것이다. 미래의 어느 날, 우리는 줄기세포 기술 덕분에 질병의 고통에서 벗어나 건강하게 오래 사는 꿈을 이룰지도 모른다. 그리고 그 꿈을 현실로 만들 열쇠는 바로 우주에서 진화한 작은 세포들이 쥐고 있을 것이다.
- 포커스온
2024-11-28 14:28:00
[우주의 속삭임(82)] 나사 큐리오시티 로버, 화성의 신비한 거미줄 바위 발견

나사(NASA)의 화성 탐사선 큐리오시티(Curiosity) 로버가 화성에서 거미줄과 같은 패턴의 바위 지대를 발견했다. 게디즈 발리스(Gediz Vallis) 수로의 물 활동을 조사하던 큐리오시티 로버의 다음 임무는 '상자형 구조물'이라고 알려진 이 바위 지대에 대한 탐사가 될 것으로 보인다고 사이테크데일리가 전했다. 복잡한 거미줄 패턴으로 구성된 이 암석은 행성 표면을 따라 수 마일에 걸쳐 펼쳐져 있다. 이 지역을 연구하기 위해 큐리오시티는 지난 9월 말, 해협 내의 유황석 등 다양한 특징을 보여주는 360도 파노라마를 촬영했다. 큐리오시티의 임무는 고대 화성에 미생물 생명체가 존재했다면, 이를 위해 필요했을 조건의 증거를 찾는 것이다. 수십억 년 전, 화성에는 호수와 강이 있었고, 높이 5000m의 샤프산 기슭에 위치한 게디즈 밸리스 해협은 중요한 정보를 제공할 수 있다. 이 해협은 화성이 물을 잃어갈 당시의 환경이 어땠는지 보여줄 수 있다. 샤프산의 오래된 지층은 건조한 기후에서 형성되었지만, 수로의 존재는 기후가 크게 변화하면서 때때로 물이 이 지역을 통해 흘렀음을 시사한다. 지난 2012년 착륙 이후 약 33km를 이동한 큐리오시티는 현재 게디즈 발리스 해협의 서쪽 가장자리를 따라 이동하고 있다. 그 과정에서 여러 장의 파노라마를 수집했으며, 거미줄 모양의 바위도 발견됐다. 나사의 화성 정찰 궤도선(MRO)으로 보면 이 상자 모양은 표면을 가로질러 뻗어 있는 거미줄처럼 보인다. 샤프산의 마지막 물줄기에 의해 운반된 광물이 표면 암석의 균열로 가라앉은 후 굳어지면서 형성된 것으로 여겨진다. 암석 일부가 침식돼 떨어져 나가면서, 갈라진 틈에 굳어진 광물들과 거미줄 같은 상자 모양의 구조물만 남았다. 지구에서도 상자 모양의 구조물은 절벽과 동굴에서 목격됐다. 그러나 샤프산의 상자 모양의 구조물은 화성에서 물이 사라지면서 형성되었고, 10~20km에 달하는 지역에 걸쳐 있다는 점에서 지구의 그것과는 다르다. 큐리오시티 로버를 통해 화성을 연구하는 라이스 대학교의 커스틴 지바흐 박사는 "능선 지대의 거미줄 모양 암석에는 지하에서 결정화된 광물이 포함되어 있을 것이다. 그곳은 더 따뜻했을 것이고, 짠 액체 상태의 물이 흘렀을 수 있다"고 말했다. 또 "초기 지구 미생물들도 비슷한 환경에서 생존할 수 있었을 것이다. 그래서 화성의 탐사는 흥미롭다"고 강조했다. 한편 연구진은 360도 파노라마에서 보이는 '피나클 릿지' 잔해 더미를 포함해 수로 내에서 다양한 특징을 형성한 타임라인을 구성하고 있다. 강, 젖은 토석류, 마른 눈사태 등이 모두 흔적을 남겼다. 또한 넓게 퍼져 있는 유황석 지대에 대한 몇 가지 질문에 대한 답도 찾고 있다. MRO가 촬영한 이 지역의 이미지는 밝은색의 눈에 띄지 않는 패치처럼 보였다. 유황석은 MRO의 고해상도 이미징 장비로도 볼 수 없을 정도로 작았는데, 큐리오시티 로버가 부순 돌 내부에서 노란색 결정의 유황석이 드러났다. 그리고 로버의 장비는 돌이 순수한 유황임을 확인했다. 이는 화성에서 과거 어떤 임무에서도 본 적이 없는 것이었다. 유황이 형성된 이유는 밝혀지지 않았다. 지구에서는 화산과 온천 활동으로 생겨나지만, 샤프산에서는 그 증거가 없다. 이는 앞으로 해결되어야 할 숙제다.
- IT/바이오
2024-11-27 14:12:00
[신소재 신기술(131)] 유전자 편집으로 더 달콤하고 큰 토마토 개발

중국 농업과학원 연구팀이 크리스퍼(CRISPR) 유전자 가위 기술을 이용하여 크기는 유지하면서 당도를 높인 토마토 품종 개발에 성공했다. 이는 대량 생산되는 토마토의 맛과 풍미를 향상시키는 동시에 생산 효율성을 높일 수 있는 획기적인 기술로 평가 된다. 해당 연구에 대해서는 영국 일간지 더 가디언과 홍콩 매체 사우스 차이나 모닝 포스트(SCMP), 과학전문 매체 네이처닷컴, 파퓰러사이언스 등 다수 외신이 다루었다. 크리스퍼(CRISPR)는 세균의 면역 체계에서 유래한 유전자 편집 기술이다. 쉽게 말해, 유전자의 특정 부붐을 정확하게 잘라내고 붙여 넣거나 수정할 수 있는 기술이다. 마치 워드프로세서로 문서를 편집하듯이, CRISPR를 이용하면 생명체의 유전 정보를 원하는 대로 수정할 수 있다. 연구팀은 토마토(Solanum lycopersicum)에서 당 함량을 조절하는 두 가지 유전자, SlCDPK27과 SlCDPK26을 CRISPR-Cas9 기술로 식별했다. 이 유전자들은 당(설탕) 생산에 관여하는 효소를 분해하여 토마토의 '슈가 브레이크(Sugar brake)' 역할을 한다. 연구팀은 이 두 유전자를 비활성화함으로써 일반 토마토보다 포도당과 과당 함량이 30% 높은 새로운 품종을 개발했다. 놀라운 것은 과일의 크기나 전체 수확량에는 영향을 미치지 않았다는 점이다. 슈가 브레이크(sugar brake)는 비db적인 표현으로 식물 내에서 당(설탕)의 축적을 억제하는 메커니즘을 의미한다. 마치 자동차의 브레이크가 속도를 늦추는 것처럼 슈가 브레이크는 식물 세포 내에서 당의 양이 과도하게 증가하지 않도록 조절하는 역할을 한다. CRISPR 유전자 편집 기술을 이용하여 이러한 슈가 브레이크 유전자를 비허ㅘㄹ성화하면 토마토의 당 함량을 높일 수 있다. 이번 연구 결과는 2024년 11월 13일 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다. 연구팀은 "돌연변이 토마토의 씨앗은 개수가 적고 가볍지만 정상적인 발아를 보였다"며 "이러한 결과는 토마토의 당 축적을 조절하는 메커니즘에 대한 이해를 제공하며, 크기와 수확량을 희생하지 않고 당 함량을 높일 수 있는 가능성을 제시한다"고 밝혔다. 공동 저자인 장진저 박사는 새로운 품종의 토마토가 현재 시중에 판매되는 토마토보다 맛이 훨씬 뛰어나다고 강조했다. 그는 "현재 판매되는 토마토는 마치 물처럼 맛이 없다"며 새로운 품종의 맛에 대한 기대감을 드러냈다. 이번 연구는 단순히 맛을 개선하는 것 이상의 의미를 지닌다. 네이저치는 전 세계적으로 매년 2억500만톤의 토마토가 생산되며, 대부분 야생 조상보다 크기가 100배 이상 크다고 지적했다. 이러한 크기 증가는 수분 항량 증가로 이어져 토마토 피이스트와 같은 제품 생산에 추가적인 에너지, 비용, 시간이 소요된다. 당도가 높은 토마토는 생산 효율성을 높여 제조업체에서 더 나은 선택지를 제공할 수 있다. 더 나아가 이번에 발견된 두 유전자는 다른 많은 식물종에서도 발견되기 때문에, 이와 유사한 유전자 편집 기술을 통해 다른 농작물의 품질을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 아울러 슈가 브레이크는 토마토뿐만 아니라 다른 식물에도 존재하는 것으로 알려져 있다. 슈가 브레이크 메커니즘을 이해하고 조절하는 것은 식물의 품질을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 예를 들어 과일의 당도를 높이거나, 곡물의 저장성을 향상시키는 데 활용될 수 있다.
- IT/바이오
2024-11-15 16:29:00
[우주의 속삭임(78)] 목성에 단단한 땅이나 바위가 없는 이유는?

목성에는 지구에서 밟는 풀이나 흙과 같이 사람이 걷거나 우주선이 착륙할 수 있는 단단한 표면이 없다. 그 이유는 뭘까. 온갖 특이한 현상을 연구하는 물리학계에서도 '표면이 없는 세계'라는 개념은 이해하기 어렵다고 한다. 나사(NASA)의 로봇 탐사선 주노(Juno)가 이상한 행성인 목성 궤도를 9년째 공전하고 있는 지금도 목성의 많은 부분은 여전히 미스터리로 남아 있다. 태양에서 다섯 번째 행성인 목성은 화성과 토성 사이에 있다. 태양계에서 가장 큰 행성으로, 1000개 이상의 지구가 들어갈 만큼 크고 여유 공간도 있다. 태양계의 수성, 금성, 지구, 화성 등 네 개의 내행성은 모두 단단한 암석 물질로 이루어져 있지만, 목성은 태양과 유사한 구성을 가진 가스 행성이다. 소용돌이치고, 폭풍우가 몰아치며, 격렬하게 난기류를 일으키는 가스 덩어리의 거대 구체다. 목성의 일부 지역에서는 바람이 시속 약 640km 이상으로 불고 있다. 이는 지구의 5등급 허리케인보다 약 3배 빠른 속도다. 지구 대기권 꼭대기에서 시작해 약 100km 아래로 내려가면 기압이 지속적으로 증가한다. 궁극적으로는 땅이든 물이든 지구 표면에 부딪힌다. 목성의 경우, 대부분이 수소와 헬륨으로 이루어진 대기권의 꼭대기에서 내려가기 시작하면 지구와 마찬가지로 더 깊이 들어갈수록 압력이 증가한다. 목성의 압력은 엄청나다. 위의 가스층이 점점 더 아래로 밀려 내려감에 따라, 그것은 마치 바다 밑바닥에 있는 것과 같다. 지구의 물 대신 목성은 가스로 둘러싸여 있다. 압력이 너무 강해져서 인체가 붕괴될 것이다. 압력에 눌려 사망하게 되는 것이다. 1600km 아래로 내려가면 뜨겁고 밀도가 높은 가스가 이상하게 작동하기 시작한다. 가스는 액체 수소 형태로 바뀌어 물이 없는 바다를 만들어낸다. 물이 없다는 점은 다르지만, 태양계에서 가장 큰 바다라고 할 수 있다. 약 3만 2000km를 내려가면 수소는 흐르는 액체 금속에 더욱 가까워진다. 이 물질은 너무 이질적이다. 과학자들도 그 때문에 큰 어려움을 겪었으며, 최근에야 실험실에서 이 물질을 재현했다. 이 액체 금속 수소의 원자는 매우 단단히 압축돼 전자가 자유롭게 돌아다닐 수 있다. 이러한 층 전환은 갑작스러운 것이 아니라 점진적으로 이루어진다. 수소 가스에서 액체 수소로, 그리고 금속 수소로의 전환은 천천히 부드럽게 이루어진다. 어떤 지점에도 날카로운 경계나 고체 물질 또는 표면은 없다. 이렇게 내려가면 궁극적으로 목성의 핵에 도달하게 된다. 이것은 목성 내부의 중심 영역이며 표면과 혼동해서는 안 된다. 학자들은 여전히 목성 핵 물질의 정확한 성질에 대해 논쟁하고 있다. 그중에서 가장 호응을 받는 모델은 암석과 같은 고체가 아니라, 액체와 고체의 뜨겁고 밀도가 높은 금속성 혼합물과 비슷하다는 것이다. 목성 핵의 압력은 엄청나서 마치 지구 대기 1억 개가 누르는 것과 같다. 또는 신체의 각 제곱인치 위에 엠파이어 스테이트 빌딩 두 개가 얹히는 것과 같다. 압력만이 유일한 문제는 아니다. 목성의 핵에 도달하려는 우주선은 섭씨 2만 도의 극심한 열에 녹을 것이다. 이는 태양 표면보다 3배 더 뜨거운 온도다. 목성은 이상하고도 무서운 곳이다. 그러나 목성이 없었다면 인간이 존재하지 않았을 수도 있다. 그 이유는 목성이 지구를 포함한 태양계 내행성을 보호하는 방패 역할을 하기 때문이다. 목성은 엄청난 중력으로 수십억 년 동안 소행성과 혜성의 궤도를 바꾸어 놓았다. 목성의 개입이 없었다면 우주 잔해 중 일부가 지구에 충돌했을 수도 있다. 만약 하나의 충돌이 대격변 수준이었다면 지구는 멸종 수준의 사건을 일으켰을 것이다. 공룡의 대멸종을 연상하면 납득할 수 있다. 목성은 지구 생명체의 존재에 도움을 주었을지 모르지만, 목성 자체는 생명체가 살기에 매우 부적합한 곳이다. 그러나 목성의 위성인 유로파는 다르다. 태양계의 다른 곳에서 생명체를 찾을 수 있는 가장 좋은 기회가 될 수 있다. 나사의 유로파 클리퍼(Europa Clipper)는 지난 10월에 발사된 로봇 탐사선으로, 유로파를 약 50회 비행하며, 이를 통해 위성의 거대한 지하 바다를 연구할 계획이다. 탐사선은 2030년 4월에 도착할 예정이다.
- IT/바이오
2024-11-13 09:46:00
[우주의 속삭임(77)] 중국 탐사선, 화성 고대 바다 존재 증거 발견⋯과학계 논쟁 가열

중국의 화성 탐사 로버 '주롱(Zhurong)'이 고대 화성에 광활한 바다가 존재했음을 뒷받침하는 새로운 증거를 발견했다는 연구 결과가 발표되어 과학계의 이목이 집중되고 있다. 8일 네이처(Nature)지에 게재된 연구 논문에 따르면, 주롱은 2021년 화성 북반구 유토피아 평원에 착륙한 이후 고대 바다의 흔적으로 추정되는 다양한 지형적 특징을 포착했다고 야후 뉴스가 이날 보도했다. 연구를 이끈 홍콩 폴리텍 대학교의 우보(Wu Bo) 교수는 주롱의 착륙 지점 주변에서 "움푹 패인 원뿔형 구조, 다각형 홈, 침식된 흔적" 등 과거 바다의 존재를 시사하는 여러 특징을 발견했다고 밝혔다. 특히, 연구팀은 주롱이 수집한 정보와 위성 데이터 분석을 통해 이 지역 근처에 과거 해안선이 존재했을 가능성을 제기했다. 이들은 약 37억 년 전 홍수로 인해 바다가 형성되었고, 이후 바닷물이 얼어붙으면서 해안선이 만들어졌으며, 34억 년 전쯤 사라졌을 것으로 추정했다. 그러나 이러한 연구 결과에 대한 반론도 제기되고 있다. 펜실베이니아 주립 대학교의 벤자민 카르데나스 교수는 화성의 강한 바람이 수십억 년 동안 퇴적물을 이동시키고 암석을 침식시켰을 가능성을 간과했다며 연구 결과에 회의적인 입장을 보였다. 그는 과거 모델링 연구 결과를 인용하며 "느린 화성 침식 속도로도 오랜 시간에 걸쳐 해안선의 흔적이 사라질 수 있다"고 주장했다. 이에 대해 우보 교수는 바람에 의한 침식 가능성을 인정하면서도, 운석 충돌로 인해 지하 암석과 퇴적물이 지표면으로 노출될 수 있다는 점을 강조했다. 화성 바다 존재 여부에 대한 논쟁은 여전히 진행 중이지만, 이번 연구 결과는 화성 생명체 존재 가능성에 대한 탐구에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 카르데니아 교수는 "대부분의 과학자들은 지구 생명체가 해저 열수 분출구 주변이나 바닷물과 공기가 만나는 조간대에서 발생했다고 생각한다"며 "바다 존재 증거는 화성 생명체 서식 가능성을 높이는 요인"이라고 설명했다. 이번 연구는 화성의 과거 환경을 이해하고 생명체 존재 가능성을 탐색하는데 중요한 발검음이 될 것으로 평가되며, 향후 화성 암석 샘플을 지구로 가져와 분석하는 임무를 통해 더욱 명확한 결론을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
- IT/바이오
2024-11-08 16:28:00
[퓨처 Eyes(56)] 전기 농업, 식량 위기 극복할 미래 농업의 혁신

햇빛 없이도 식물을 키운다? 마치 공상과학 영화에서나 나올 법한 이야기지만, 현실이 될 날이 머지않았다. 광합성은 지구 생명체의 근원이지만 에너지 효율은 겨우 1%에 불과하다. 이 비효율을 극복하고 미래 식량 위기를 해결할 혁신적인 기술이 바로 '전기 농업(electro-agriculture)'이다. 최근 생명공학 학술지 줄(Joule)에 발표된 논문에서 생명공학자들은 전기 농업이라는 새로운 식량 생산 패러다임을 선보였다. 태양 에너지를 이용해 CO₂를 식물의 먹이로 바꾸는 이 기술은, 햇빛에 의존하는 광합성을 대체하며 농업에 필요한 토지는 94%로 감소해 농업의 미래를 뒤흔들 잠재력을 지녔다. 광합성을 대체하는 전기 농업 캘리포니아 리버사이드 대학교의 생물공학자 로버트 진커슨(Robert Jinkerson) 교수와 워싱턴대학교 세인트루이스 캠퍼스의 전기화학자인 펑 지아오(Feng Jiao) 교수는 새로운 전기 농업 기술을 통해 농작물이 빛이 없는 환경에서도 자랄 수 있는 가능성을 제안했다. 농업의 혁신을 가져올 수 있다고 확신하는 진커슨은 "더 이상 햇빛을 필요로 하지 않는다면, 우리는 농업을 환경으로부터 완전히 분리해 통제된 실내 환경에서 식량을 재배할 수 있다"고 강조한다. 이는 농업이 더 이상 기후나 조건에 영향을 받지 않고 언제 어디서든 필요한 식량을 생산할 수 있음을 의미한다. 전기 농업은 단순히 빛을 대체하는 것 이상의 의미를 갖는다. 진커슨 교수의 연구팀은 태양광 패널을 통해 태양 에너지를 흡수하고, 이 에너지를 CO₂와 물 사이의 화학 반응에 활용해 아세트산염을 생성한다. 이 아세트산염은 식물이 에너지와 탄소 공급원으로 사용하게 된다. 진커슨 교수는 "우리는 식물의 발아 과정에서 사용되는 대사 경로를 다시 활성화시켜, 식물이 광합성 없이 아세트산염만으로도 자랄 수 있도록 연구하고 있다"고 덧붙였다. 현재 토마토와 상추를 대상으로 실험 중이며, 향후 고구마나 곡물 등 주요 작물로도 확장할 계획이다. 이 기술이 상용화될 경우, 전통 농업에서 발생하는 온실가스 배출을 크게 줄일 수 있다. 펑 자오 교수는 "현재 약 4%의 에너지 효율을 달성했으며, 이는 기존 광합성의 4배 수준이다. 이 방식이 더 효율적이기 때문에 식량 생산에 따른 CO₂ 배출량을 크게 감소시킬 수 있을 것"이라고 전망했다. 이는 농업의 환경적 부담을 대폭 줄일 뿐만 아니라, 식량 생산의 새로운 장을 열 수 있음을 의미한다. 빛 없도 농사를 지을 수 있는 전기 농업은 우주에서의 까다로운 식량 생산 문제도 해결할 수 있다. 기존 농업은 심각한 삼림 벌채로 이어지는 경우가 많은 데, 이는 생물다양성 손실과 기후 변화의 주요 원인이 되도 한다. 전기 농업은 작물 생산에 필요한 토지의 양을 대폭 줄임으로써 토지 개간에 따른 생태적 피해의 일부를 회복시킬 수 있다. 아울러 수로를 오염시키고 수생태계에 영향을 미칠 수 있는 비료와 살충제에 대한 의존도를 낮추므로 지속 가능한 식량 생산에 대한 유망한 대안을 제시한다. 전기 자극을 통한 수확량 증대 전기 농업의 또 다른 중요한 연구는 전기를 이용해 농작물의 성장을 촉진하는 방법이다. 이 기술은 19세기 말에서 20세기 초에 잠시 유행했던 '전기 재배(electroculture)'의 현대적 버전으로 볼 수 있다. 당시에는 전기를 식물에 직접 적용해 수확량을 늘리거나 해충을 제거하려는 시도가 있었으나, 명확한 과학적 근거 없이 실패한 사례들이 많았다. 하지만 오늘날 연구자들은 더 정교한 방법으로 전기를 농업에 적용하고 있다. 미국 앨라배마주의 오크우드 대학교 생화학자인 알렉산더 볼코프(Alexander Volkov) 교수는 저온 플라즈마(Cold Plasma)를 이용해 씨앗을 자극하는 연구를 진행 중이다. 이 연구에서는 식물의 수확량이 20~75% 증가한 결과를 얻었으며, 감자의 경우 수확량이 40%까지 늘어났다. 볼코프 교수는 "우리는 씨앗을 플라즈마로 1분 미만 처리했을 때, 수확량이 눈에 띄게 증가하는 것을 확인했다. 양배추 수확량도 75% 증가했으며, 맛도 더 달았다"라고 밝혔다. 씨앗의 플라즈마 처리는 농업 분야에 떠오르는 기술로, ㅊ플라즈마를 이용해 씨앗의 발아율을 높이고 생장을 촉진하는 기술이다. 플라즈마는 고체, 액체, 기체 상태 다음의 제4의 물질로, 이온, 전자, 중성 입자 등으로 구성된 이온화된 기체이다. 플라즈마는 씨앗 껍질의 표면을 변화시켜 물 흡수율을 높이고, 발아에 필요한 효소 활성을 증가시켜 발아율을 향상시킨다. 또한 플라즈마는 씨앗 내부의 생화학적 반응을 촉진해 뿌리와 씨앗의 생장을 촉진한다. 게다가 플라즈마는 씨앗 표면의 박테리아, 곰팡이 등 병원균을 살균해 씨앗의 건강을 증진시킨다. 저온 플라즈마는 단순히 씨앗의 수확량을 증가시키는 것뿐만 아니라 씨앗이 발아할 때 환경 스트레스를 덜 받게 만들어 준다. 셰튼홀 대학교의 호세 로페즈(Jose Lopez) 교수는 "씨앗이 처음 발아할 때는 외부 환경의 스트레스에 매우 취약하다. 플라즈마는 씨앗의 껍질을 미세하게 구멍을 내어. 씨앗이 물과 양분을 더 쉽게 흡수할 수 있도록 돋븐다"고 설명했다. 그 결과 플라즈마로 처리된 씨앗은 처리되지 않은 씨앗보다 훨씬 더 빠르게 자란다. 전기 농업의 미래 전기 농업을 도입한다면 자연 서식지의 점진적인 복원이 용이해지고, 생물 다양성이 향상되며 탄소 발자국을 줄일 수 있다. 이처럼 엄청난 잠재력에도 불구하고, 전기 농업은 여전히 해결해야 할 과제가 남아 있다. 핵심 문제로는 태양열 화학 반응기의 초기 설치 비용과 유지 관리, 그리고 대규모 실내 농업시설을 지원하는 데 필요한 인프라를 꼽을 수 있다. 또한 아세트산을 주요 에너지 원으로 사용할 때 식물 생리학에 미치는 장기적인 영향을 이해하기 위해서는 추가 연구가 필요하다. 진커슨은 "식물의 경우, 식물이 이런 방식으로 성장하도록 진화하지 않았기 때문에 아세트산염을 탄소원으로 활용하도록 하는 연구 개발 단계에 있다"고 말했다. 그는 "하지만 버섯과 효모, 해조류는 현재 이런 방식으로 재배할 수 있으므로 이러한 응용 분야가 먼저 상용화되고 식물은 나중에 상용화될 것으로 생각한다"고 덧붙였다. 전기 농업이 성공한다면 식량 생산 자체에 혁명을 일으킬 수 있는 환경 친화적이고 공간 효율적인 방법이 될 수 있다.
- 포커스온
2024-10-31 15:27:00
[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재⋯행성 과학 새 지평 열어

토성의 위성 중 하나인 타이탄의 메탄 층에 대한 미스터리가 한겹 풀렸다. 타이탄은 토성의 위성 중 가장 큰 천체로, 태양계 내에서는 목성의 위성 가니메데에 이어 두 번째로 크다. 미국 하와이대학교 마노아 캠퍼스의 행성 과학자들은 새로운 연구를 통해 타이탄의 얼음 속에 메탄 가스가 갇혀 최대 10km 두께의 독특한 지각을 형성하고 있음을 밝혀냈다고 사이테크데일리가 보도했다. 이 지각은 그 아래 얼음층을 따뜻하게 하고 타이탄의 메탄 대기를 설명하는 데 도움이 될 것으로 예상된다. 타이탄의 메탄 미스터리 풀다 토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 태양계에서 지구 외에 대기와 액체 상태의 바다, 강, 호수를 가진 유일한 천체다. 극도로 추운 기온 때문에 이 액체들은 메탄과 에탄 같은 탄화수소로 이루어져 있으며, 표면은 단단한 고체 물 얼음으로 구성되어 있다. 하와이 지구물리학 및 행성학 연구소(HIGP)의 로렌 슈어마이어 연구원이 이끄는 연구팀은 타이탄의 충돌 크레이터가 예상보다 수백 미터 얕다는 사실을 발견했다. 나사(NASA) 데이터에 따르면 타이탄에서 확인된 크레이터는 90개에 불과하며, 이는 타이탄의 표면과 지질학적 역사에 대한 흥미로운 질문을 제공한다. 크레이터 분석을 통한 통찰 슈어마이어 연구원은 "다른 위성들을 기반으로 했을 때 타이탄 표면에 더 많은 충돌 크레이터가 있고, 그 크레이터들은 우리가 관찰한 것보다 훨씬 더 깊을 것으로 예상했기 때문에 분화구가 실제로는 얕다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 그는 "우리는 타이탄 특유의 무언가가 크레이터를 얕게 만들고 비교적 빠르게 분화구를 사라지게 한다는 것을 깨달았다"고 덧붙였다. 연구팀은 이 미스터리를 조사하기 위해 컴퓨터 모델을 사용해 타이탄의 얼음층이 메탄 클래스레이트 얼음층으로 덮여 있을 경우, 충돌 후 지형이 어떻게 변화흐는 지 시뮬레이션했다. 메탄 클래스레이트 얼음은 결정 구조 내에 메탄가스가 갇힌 일종의 고체 물 얼음이다. 타이탄 크레이터의 초기 형태는 알려져 있지 않기 때문에 연구팀은 비슷한 크기의 목성의 가니메데의 크레이터를 기반으로 두 가지 초기 깊이를 모델링하여 비교했다. 슈어마이어 연구원은 "이 모델링 접근 방식을 사용하여 메탄 클래스레이트 지각의 두께를 5~10km로 제한할 수 있었다. 이 두께를 사용한 시뮬레이션에서 관측된 크레이터와 가장 일치하는 크레이터 깊이가 생성되었기 때문이다"라고 설명했다. 그는 "메탄 클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 따뜻하게 하고 놀라울 정도로 빠른 지형 이완을 유발하며, 이는 지구의 빠르게 움직이는 따뜻한 빙하와 비슷한 속도로 크레이터를 얕게 만든다"라고 부연했다. 타이탄 대기에 미치는 메탄의 영향 메탄 얼음층의 두께를 추정하는 것은 타이탄의 메탄 대기 기원을 설명하고 연구자들이 타이탄의 탄소 순환, 액체 메탄 기반 '수문 순환(물이 끊임 없이 이동하는 현상)' 및 기후 변화를 이해하는 데 도움이 되기 때문에 중요하다. 슈어마이어 연구원은 "타이탄은 온실가스 메탄이 대기를 어떻게 따뜻하게 하고 순환하는지 연구할 수 있는 천연 실험실"이라고 말했다. 그는 "시베리아 영구 동토층과 북극 해저 아래에서 발견되는 지구의 메탄 클래스레이트 수화물은 현재 불안정해지고 메탄을 방출하고 있다. 따라서 타이탄에서 얻은 교훈은 지구에서 일어나는 과정에 중요한 통찰력을 제공할 수 있다"고 덧붙였다. 타이탄의 생명체 존재 가능성 이러한 새로운 발견에 비추어 볼 때 타이탄에서 볼 수 있는 지형은 따뜻할 수도 있다. 메탄 클래스레이트 얼음 지각의 두께를 제한함으로써 타이탄의 내부가 이전에 생각했던 것처럼 차갑고 딱딱하며 비활성 상태가 아니라 따뜻할 가능성이 있음을 알 수 있다는 것. 슈어마이어 연구원은 "메탄 클래스레이트는 일반적인 물 얼음보다 강하고 단열성이 뛰어나다"면서 "클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 단열하고 물 얼음층을 매우 따뜻하고 연성으로 만들며 타이탄의 얼음층이 천천히 대류하고 있거나 대류했음을 의미한다"고 설명했다. 향후 탐사 임무 슈어마이어 연구원은 "두꺼운 얼음층 아래 타이탄의 바다에 생명체가 존재한다면, 생명체의 흔적(바이오마커)은 우리가 미래 임무를 통해 더 쉽게 접근하거나 볼 수 있는 곳까지 타이탄의 얼음층 위로 운반되어야 할 것"이라면서 "이는 타이탄의 얼음층이 따뜻하고 대류하는 경우 발생할 가능성이 더 크다"고 말했다. 연구팀은 2028년 7월 발사되어 2034년 타이탄에 도착할 예정인 NASA 드래곤플라이 미션을 통해 이 위성을 가까이에서 관찰하고, 셀크라는 크레이터를 포함한 얼음 표면을 추가로 조사할 수 있는 기회를 갖게 될 것이다. ◇ 참고 문헌: Schurmeier, L. R., Brouwer, G. E., Kay, J. P., Fagents, S. A., Marusiak, A. G., & Vance, S. D. (2024). Rapid Impact Crater Relaxation Caused by an Insulating Methane Clathrate Crust on Titan. The Planetary Science Journal, DOI: 10.3847/PSJ/ad7018
- IT/바이오
2024-10-28 11:42:00
[우주의 속삭임(72)] 화성, 얼음 아래 생명체 존재 가능성⋯NASA 연구 결과 발표

화성에 과연 생명체가 존재할 수 있을까? 화성은 태양계에서 지구와 가장 닮은 행성으로, 붉은색 표면과 극지방의 만년설, 과거 물이 흘렀던 흔적 등 다양한 특징을 가지고 있다. 화성은 표면에 산화철이 풍부해 붉게 보인다. 이 때문에 '붉은 행성'이라는 별명을 가지고 있다. 과거에 물이 존재했던 흔적이 발견되면서 생명체가 존재했거나, 존재할 가능성이 제기되고 있다. 미국 항공우주국(나사·NASA)은 최근 홈페이지를 통해 화성 표면의 얼음 아래에 미생물이 서식할 수 있는 환경이 조성될 수 있다는 가능성을 제시했다고 밝혔다. NASA 연구진은 컴퓨터 모델링을 통해 화성의 얼음을 투과하는 햇빛의 양이 얼음 아래 얕은 물웅덩이에서 광합성을 일으키기에 충분하다는 것을 보여주었다. 지구에서도 얼음 내부에 형성된 유사한 물웅덩이에서 조류, 균류, 미세한 시아노박테리아(남조류) 등 광합성을 통해 에너지를 얻는 다양한 생명체가 발견됐다. 이 연구의 주요 저자인 NASA 제트추진연구소의 아디티아 쿨러는 "우주 어딘가에서 생명체를 찾고 있다면, 화성의 얼음층은 가장 근접하기 쉬운 장소 중 하나일 것"이라고 말했다. 화성 먼지 쌓인 얼음층 주목 연구진은 화성의 먼지가 섞인 얼음층에 주목했다. 나사에 따르면 화성에는 얼어붙은 물과 얼어붙은 이산화탄소라는 두 가지 얼음이 존재한다. 쿨러와 그의 동료 연구진은 네이처 커뮤니케이션즈 지구와 환경(Nature cummunications Earth & Environment)에 게재된 논문에서 과거 수백만년 동안 화성의 빙하기에 눈과 먼지가 섞여 표면에 떨어져 형성된 얼음층을 조사했다. 먼지 입자는 깊은 곳까지 햇빛이 도달하는 것을 막을 수 있지만, 표면 근처에서는 햇빛을 흡수해 얼음을 녹이고 얕은 웅덩이를 만들 수 있다. 지구에서도 먼지가 섞인 얼음에서 '크라이오코나이트(Cryconite) 구멍' 이라는 작은 공간이 형성되는 현상이 흔히 관찰된다. 바람에 날린 먼지 입자가 얼음에 쌓이고 햇빛을 흡수하면서 얼음이 녹아 물 웅덩이가 만들어지는 것이다. 어두운 먼지는 주변 얼음보다 더 많은 햇빛을 흡수해 얼음이 따뜻해지고 표면 아래 몇 피트까지 녹을 가능성이 있다. 이러한 물웅덩이는 조류 등 단순한 생명체에게 생존에 필요한 환경을 제공한다. 연구진은 이러한 현상이 화성에서도 일어날 수 있으며, 먼지가 섞인 얼음층 아래 3m 깊이까지 광합성이 가능할 정도의 햇빛이 도달할 수 있다고 분석했다. 또한, 얼음층은 얕은 물웅덩이의 증발을 막고 유해한 방사선으로부터 생명체를 보호하는 역할도 할 수 있다. 연구진은 화성의 북반구와 남반구의 위도 30도에서 60도 사이 지역에서 이러한 얼음층이 존재할 가능성이 높다고 예측했다. 쿨러는 앞으로 실험실에서 화성의 먼지가 섞인 얼음을 재현해 추가 연구를 진행하고, 화성에서 얕은 물웅덩이가 존재할 가능성이 높은 지역을 지도로 만들어 미래의 탐사 목표를 설정할 계획이다.
- IT/바이오
2024-10-21 10:53:00
[퓨처 Eyes(53)] 세계 최초, 나노 크기 물방울 생성 실시간 포착

수소와 산소를 결합하는 과정을 통해 나노크기의 물방울 생성 장면이 처음으로 포착됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀이 은백색 금속인 팔라듐(Pd)을 이용해 수소와 산소를 결합, 나노 크기의 물방울을 실시간으로 생성하는 과정을 세계 최초로 관찰하고 촬영하는 데 성공했다. 이 연구는 심우주 탐사에서 물을 생산하는 혁신적인 기술로 활용될 가능성을 제시하며 주목받고 있다. PHYS.org, IFL사이언스, 사이언스 얼러트 등 다수 외신이 이 같은 내용을 중점적으로 다루었다. 팔라듐 반응으로 나노 물방울 생성 물(H₂O)의 성분은 간단하다. 수소 원자 2개와 산소 원자 1개를 섞으면 지구 생명체 유지에 가장 중한 물 분자가 만들어진다. 연구팀은 팔라듐 반응을 직접 관찰하기 위해 20나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 너비의 팔라듐 조각 표면에 수소와 산소 원자를 추가하고 멤브레인을 사용해 이어지는 상호작용을 포착했다. 팔라듐은 수소를 흡수하고 저장하는 능력이 뛰어난 금속으로, 수소가 팔라듐 구조 내부로 들어가 산소와 빠르게 결합하면서 물을 생성한다. 이번 연구에서는 벌집 모양의 나노 반응기와 초박막 유리 멤브레인을 사용해, 팔라듐 표면에서 수소와 산소가 결합해 물방울을 형성하는 과정을 실시간으로 시각화했다. 연구팀은 고진공 투과 전자 현미경을 이용해 이 극미세 반응을 관찰했다. 벌집 모양의 나노 반응기는 기체 분자를 가두어 서로 반응하게 한 후, 그 과정을 초박막 멤브레인을 통해 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 구현했다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐이 수소와 산소를 빠르게 물로 변환하는 나노 단위의 과정을 확인했다. 전자 에너지 분광법을 통한 분석 연구팀은 팔라듐 표면에서 생성된 나노 크기의 물방울을 전자 에너지 분광법(EELS)을 사용해 분석했다. 이 방법은 전자를 시료에 쏘아 전자의 에너지 손실을 측정함으로써 시료의 화학적 결합 상태를 파악하는 기술이다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐 표면에서 발생하는 물 분자의 결합 상태와 생성 과정을 정밀하게 관찰할 수 있었다. 이는 또한 인도의 달 탐사선 찬드라얀 1호가 달에서 물의 존재를 확인하는데 사용된 것과 동일한 기술이기도 하다. 2008년 발사된 찬드라얀 1호는 얼름, 헬륨-3을 포함한 달의 자원을 조사했다. 물은 인류 생존에 중요한 요소로 과학자들은 달의 남극에서 상당한 양의 물을 발견했으며, 미래의 우주 임무에서 달의 물을 활용하는 점에 주목하고 있다. 게다가 지난 2023년 8월 23일 찬드라얀 3호가 달에서 물이 풍부한 지역으로 알려진 남극 지역에 세계 최초로 착륙해 달 탐사의 새로운 이정표를 세웠다. 우주에서 물 생성 응용 가능성 이번 연구는 심우주 탐사에서 물을 현지에서 생산할 수 있는 가능성을 열었다. 팔라듐을 이용해 수소를 미리 우주선에 저장해두면, 우주 비행사들은 산소만 추가해 식수를 생산할 수 있는 방법을 제시한 것이다. 이는 달, 화성,목성 탐사와 같은 장기 우주 미션에서 중요한 자원 확보 방식으로 활용될 수 있다. 연구의 시니어 저자인 노스웨스턴 대학교 비나약 드라비드 교수는 "나노 규모의 물방울을 직접 시각화함으로써, 극한의 반응 조건 없이도 가스와 금속 촉매를 사용해 빠르게 물을 생성할 수 있는 최적의 조건을 파악할 수 있었다"고 밝혔다. 그는 "이 기술은 우주 환경뿐만 아니라, 수소 연료 전지와 같은 에너지 생산 기술에도 중요한 영향을 미칠 것"이라고 덧붙였다. 팔라듐의 촉매 역할과 수소 에너지 팔라듐은 연성과 전성이 뛰어나 가공하기 쉽고, 내부식성이 강하며 고온에서도 안정적이다. 특히 촉매 활성이 뛰어나 다양한 화학 반응에 활용되며, 수소를 흡수하는 능력 덕분에 최근 수소 에너지와 연료 전지 분야에서 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 이번 연구는 팔라듐이 수소와 산소를 결합해 물을 생성하는 속도가 수소와 산소의 주입 순서에 따라 크게 달라진다는 사실을 밝혀냈다. 이는 우주 공간과 같은 특수 환경에서 물을 효율적으로 생산하는 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다. 영화 '마션'의 현실화 연구팀은 영화 '마션'에서 주인공 마크 와트니(맷 데이먼 분)가 화성에서 로켓 연료를 태워 수소를 추출하고 산소와 결합해 물을 만든 장면을 언급하며, "우리 기술도 극한 환경 없이 팔라듐과 기체만으로 물을 생성할 수 있다"고 설명했다. 이는 우주 탐사에서 더 간단하고 효율적인 물 생산 방법을 제시한 것이다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재되었으며, 향후 우주 탐사 및 수소 에너지 분야에서 중요한 응용 가능성을 제시하고 있다.
- 포커스온
2024-10-11 11:51:00
[우주의 속삭임(69)] 화성, 왜 생명체가 살 수 없게 됐나?

현재 화성의 게일 분화구를 탐사하고 있는 나사(NASA)의 탐사선 큐리오시티가 초기 화성의 기후가 생명체가 살기에 적합했던 상황(표면에 광범위한 물이 있다는 증거)에서 어떻게 생명체가 살기에 부적합한 곳으로 바뀌었는지에 대한 새로운 세부 정보를 제공하고 있다고 나사가 홈페이지를 통해 밝혔다. 화성 표면은 매우 차갑고 오늘날 생명체가 살기에는 부적합하지만, 전문가들은 나사의 화성 탐사선은 먼 과거에 화성에 생명체가 살았을 수 있는지에 대한 단서를 찾고 있다. 그런 가운데 연구진이 큐리오시티에 탑재된 장비를 이용해 게일 분화구에서 발견된 탄소가 풍부한 광물(탄산염)의 동위원소 구성을 측정했고, 화성의 고대 기후가 어떻게 변화했는지에 대한 새로운 정보를 찾아냈다. 메릴랜드주에 소재한 나사 고다드 우주비행센터의 데이비드 버트 박사는 최근 미국 국립과학원회보에 발표된 연구 논문에서 "이 탄산염의 동위원소 값은 극심한 양의 증발이 있었음을 알려주며, 탄산염은 일시적인 액체 상태의 물만을 지탱할 수 있는 기후에서 형성되었을 가능성이 높다“라고 말했다. 그는 "채취한 탄산염 샘플은 화성 표면에서 생명체가 살았던 고대 환경(생물권)과 일치하지는 않지만, 탄산염이 형성되기 전 생물권이 있었을 가능성을 배제하지는 않는다"고 덧붙였다. 즉, 화성은 탄산염이 생성되기 전 물이 풍부했을 때에는 생물권이 있었을 가능성이 있지만, 갑작스러운 액체 상태 물의 대규모 증발로 인해 물이 마르고 그 과정에서 탄소가 풍부한 탄산염이 만들어졌을 가능성이 있다는 것이다. 동위원소는 원자 번호는 같지만, 질량이 다른 원자를 말한다. 물이 급속도로 증발함에 따라 가벼운 탄소와 산소는 대기 중으로 빠져나가고, 무거운 탄소 원자는 남아 더 많은 양이 축적되어 결국 탄산염 암석과 결합됐다. 과학자들이 탄산염에 관심을 갖는 이유는 기후에 대한 기록, 즉 증거로 작용할 수 있기 때문이다. 이러한 광물은 물의 온도와 산성도, 물과 대기의 구성을 포함, 광물이 형성된 당시 환경의 특징을 그대로 보존한다. 이 논문은 게일 분화구에서 발견된 탄산염에 대한 두 가지 형성 가능성을 제안하고 있다. 첫 번째는 탄산염이 게일 분화구 내에서 일련의 습윤-건조 순환을 통해 만들어졌다는 것이다. 두 번째는 탄산염이 게일 분화구에서 극저온 조건 아래 매우 염분이 많은 물에서 형성됐을 것이라는 가능성이다. 공동 연구자인 나사의 제니퍼 스턴 박사는 "이러한 형성 메커니즘은 서로 다른 생명체 거주 가능성 시나리오를 제시하는 두 가지 다른 기후 체제를 보인다"며 "첫 번째 시나리오인 습윤-건조 순환은 더 살기 좋은 환경과 덜 좋은 환경 사이의 교차를 나타낸다. 반면, 두 번째 시나리오에서 화성 중위도의 극저온 기온은 대부분의 물이 얼어 있고 염분이 많아 거주 가능성이 낮은 환경을 보인다"고 말했다. 첫 번째 시나리오에서 생명체의 거주 가능성이 높음을 시사한다. 고대 화성에 대한 이 같은 기후 시나리오는 특정 광물의 존재, 대규모의 모델링 및 암석층 형성의 식별을 기반으로 제안됐다. 이 결과는 시나리오를 뒷받침하는 암석 샘플의 동위원소 증거를 추가한 최초의 결과다. 화성 탄산염의 중금속 동위원소 값은 지구의 탄산염 광물보다 매우 높으며, 화성 광물에서 기록된 가장 무거운 탄소 및 산소 동위원소 값이다. 연구진에 따르면 습윤-건조 또는 차갑고 염분이 많은 두 가지 기후 시나리오는 모두 중금속 탄소와 산소가 풍부한 탄산염을 형성하는 데 필요하다. 이 발견은 큐리오시티 탐사선에 실린 화성 샘플분석(SAM) 및 레이저분광기(TLS) 장비를 사용해 이루어졌다. SAM은 샘플을 섭씨 900도까지 가열한 다음 TLS를 사용해 가열 단계에서 생성되는 가스를 분석한다. 한편, 이 작업에 대한 자금 지원은 나사의 화성 탐사 프로그램을 통해 지원됐다.
- IT/바이오
2024-10-10 14:08:00