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2025-06-17 (화)

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美 칼텍, "지구 내부 '덩어리'는 다른 행성의 '흔적'"

달을 생성한 것으로 추정되는 원시 행성의 흔적이 지구 내부에서 발견되어 큰 관심을 끌고 있다. 최근의 이 발견은 지구와 달의 기원에 대한 이론에 중요한 증거가 될 수 있다. 영국의 과학 전문 매체 사이키(phys.org)는 미국 캘리포니아 공대(칼텍, Caltech) 과학자들이 '네이처' 학술지에 발표한 논문을 인용해 지구 내부에서 원시 지구와 충돌한 행성의 흔적을 발견했다고 보도했다. 이 연구는 두 가지 중요한 과학적 미스터리를 해결할 수 있는 가능성을 제시한다. 하나는 수천 년 동안 인류를 매혹시켜온 달의 기원에 관한 것이고, 다른 하나는 그 충돌이 지구 내부에 어떤 영향을 미쳤는지에 관한 것이다. 주된 이론은 약 45억 년 전, 화성 크기의 행성이 아직 형성 중이던 지구와 충돌하여 달이 생성되었다는 것이다. 수천 년 동안, 달의 기원은 과학자부터 호기심 많은 어린이까지 모두를 매혹시켜왔다. 가장 널리 받아들여지는 이론은 약 45억 년 전, 지구가 형성되는 과정에서 화성 크기의 행성인 '테이아(Theia)'와의 거대한 충돌로 인해 달이 생성되었다는 것이다. 당시 지구는 현재 크기의 약 85%에 불과했으며, 이 충돌로 인한 엄청난 양의 잔해가 우주로 튕겨져 나가 달을 형성했다. 이 이론에도 불구하고, 수십 년 동안 테이아의 존재를 뒷받침할 명확한 증거는 발견되지 않았다. 그러나 최근 네이처에 발표된 미국 연구팀의 새로운 연구 결과는 우리가 테이아에 대해 이해하는 방식에 대해 새로운 관점을 제시할 수 있음을 나타낸다. 이 연구는 과학자들이 테이아의 흔적을 찾는 방식에 대해 재고할 필요가 있음을 시사하고 있다. '원시지구' 충돌 행성 흔적 2곳 추정 1980년대에 지진파를 통해 발견된 지구 표면 아래 약 2900킬로미터(1800마일) 깊이에 위치한 두 개의 거대한 '덩어리'는 지질학자들에게 오랫동안 의문을 제기해왔다. 이 대륙 크기의 물질 덩어리는 지구의 암석 맨틀의 바닥, 즉 녹아 있는 핵 근처에 걸쳐 있다. 하나는 아프리카 아래, 다른 하나는 태평양 아래에 위치해 있다. 과학자들은 이 덩어리들이 주변 암석에 비해 훨씬 더 뜨겁고 밀도가 높다는 것을 발견했다. 그러나 이 덩어리들의 정확한 성질과 기원에 대해서는 여전히 많은 것이 불확실하다. 최근 연구에 따르면, 이 덩어리들은 지구 형성 당시 테이아라는 원시 행성과의 충돌로 지구 내부로 들어온 ‘매장된 유물'일 수 있다. 이 충돌로 인해 테이아의 잔해가 지구의 깊은 내부에 숨겨져 있었을 가능성이 제시되고 있다. 연구팀은 달을 형성시킨 테이아와의 충돌이 지구가 생명을 유지할 수 있는 독특한 행성으로 발전하는 데 중요한 역할을 했을 것이라고 주장했다. 캘리포니아 공과대학의 지구역학 연구원이자 이번 연구의 주 저자인 첸 위안(Qian Yuan)은 AFP와의 인터뷰에서 테이아 충돌의 증거가 아직 발견되지 않은 것이 "매우, 매우 이상하다"고 언급했다. 위안에 따르면, 테이아는 원시 지구와 충돌할 때 초당 10km(약 6마일) 이상의 속도로 이동하고 있었으며, 이 속도로 인해 일부 잔해가 지구의 하부 맨틀까지 침투할 수 있었다고 한다. 맨틀은 지각과 외핵 사이의 암석층을 의미한다. 철분 함량 높아 지구 멘틀에 축적 연구팀이 개발한 시뮬레이션 동영상은 테이아의 맨틀 덩어리가 지구 내부에서 어떻게 움직이는지 보여주고 있다. 이 덩어리들은 수십 킬로미터에 이르는 너비를 가지고 있으며, 지구 내부를 소용돌이치며 이동하고 있다. 과학자들은 녹은 테이아 물질이 냉각되고 굳어지면서, 높은 철분 함량으로 인해 지구 맨틀과 핵의 경계에까지 가라앉았다고 설명했다. 이 물질들은 오랜 시간에 걸쳐 대규모저속지역(LLVP)으로 알려진 별도의 두 개의 덩어리로 축적되었으며, 현재는 각각 달보다 더 큰 크기에 이르렀다. 첸 위안은 이러한 발견에 대해 "지구의 깊은 내부에 대한 이론을 검증하는 것은 매우 어렵고, 모델링이 100% 확실할 수 없다"고 말했다. 이는 지질학적 연구에서 자주 마주치는 복잡성과 불확실성을 반영하는 발언이다. 이 이론이 만약 사실이라면 그 의미는 중대할 수 있다. 지구는 현재까지 알려진 바에 의하면 우주에서 생명이 존재할 수 있는 유일한 행성이다. 첸 위안은 테이아와의 충돌이 지구의 구성을 단 24시간 만에 극적으로 변화시켰을 수 있다고 말했다. 위안은 초기 조건이 지구를 독특하게 만드는 중요한 요소, 즉 다른 암석 행성과 구별되는 이유라고 주장했다. 이전 연구들은 테이아가 생명의 핵심 성분인 물을 지구에 가져왔을 가능성을 제시했다. 또한, 이 덩어리가 맨틀 기둥(마그마 기둥)을 형성하여 지구 표면에 영향을 미치고 초대륙의 진화와도 연관이 있을 수 있다는 관찰이 있었다. 위안은 "테이아는 지구에 중요한 무언가를 남겼고, 이는 지난 45억 년 동안 지구의 진화에 중요한 역할을 했다"고 강조했다. 스코틀랜드 스털링 대학교의 지구 과학 및 행성 탐사 전문가 크리스티안 슈뢰더는 이 이론이 다양한 증거와 일치한다며, 이것이 매우 중요하고 흥미로운 발견임을 강조했다. 슈뢰더는 달의 형성에 대한 미스터리가 여전히 완전히 해결되지 않았다고 언급하면서도, 이번 연구가 테이아 충돌 이론에 무게를 두고 있으며 핵과 맨틀의 경계에서 관찰되는 이상 현상에 대한 신뢰할 수 있는 설명을 제공한다고 말했다. 이처럼 지구 내부에 보존될 가능성이 있는 테이아의 잔해가 오늘날 지구상에서 진행되는 중요한 과정들에 영향을 미쳤을 수 있다는 의견에 힘이 실리고 있다.
- 생활경제
2023-11-16 11:55:00
美 캘텍, 바이러스만큼 작고 강력한 3D 프린팅 금속 개발

독감 바이러스보다 작고 내결함성이 크게 향상된 새로운 3D 프린팅 금속이 개발됐다. 현재의 3D 프린터는 완성된 모형의 품질이 기존 제품보다 떨어진다는 단점이 있었다. 과학기술 전문매체 톰스하드웨어(tom’s HARDWARE)는 최근 미국 캘리포니아 공과대학교(캘텍, Caltech) 연구자들이 독감 바이러스만큼 작은 금속재료로 3D 프린팅에 성공한 사례를 소개했다. 캘텍의 제조 방법에 따르면 150나노미터(독감 바이러스와 비슷한 크기)의 작은 금속재료를 비슷한 크기의 기존 재료보다 3~5배 더 견고하게 만들 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이 방법으로 금속을 3D 프린팅하는 것이 좋은 이유는 무엇일까. 작은 규모의 재료 제조는 원자 수준에서 복잡한 미세 구조를 가지며, 이는 큰 금속 물체에서 심각한 결함을 일으킬 수 있다. 그러나 나노 규모에서는 상황이 달라진다. 완벽하고 결함이 없는 나노 기둥은 자체적인 접촉으로 인해 무너질 수 있지만, 결함이 많은 나노 기둥은 오히려 결함에 대한 내성이 크게 향상된다. 이번 연구 논문의 주 저자인 웬싱 창(Wenxin Zhang)에 따르면, 나노 구조물 내부의 기공은 전체 구조를 약화시키기보다는 결함을 거의 즉시 중단시킬 수 있다. 이는 무엇을 의미할까. 나노 규모에서 물리학의 법칙이 매우 독특해지며, 이 분야의 기술 발전에 따라 우리는 이러한 비정상적이고 모순적인 현상을 더 자주 목격하게 될 것이다. 더 중요한 것은, 이러한 발견이 나노 크기의 센서, 열 교환기 등과 같이 매우 유용한 다양한 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다는 점이다. 비록 기술적으로는 3D 프린팅의 일종이지만, 캘텍 연구소에서 사용되는 나노 스케일 재료의 특수 제작 과정은 소비자용 최고의 3D 프린터에서 구현하기는 거의 불가능할 것이다. 이 과정은 매우 복잡하며, 감광성 혼합물을 만드는 것부터 시작해, 이 혼합물을 레이저로 경화시키고, 니켈 이온이 함유된 용액을 주입하며, 물질을 굽고, 부품에서 화학적으로 산소 원자를 제거하는 단계를 포함한다. 3D 프린팅은 평면의 문자나 그림을 인쇄하는 것이 아니라, 입체적인 형태를 만들어내는 과정이다. 이 기술은 3차원 공간에 실제 사물을 생성하여 의료, 생활용품, 자동차 부품 등 다양한 물건을 제작할 수 있다. 3D 프린터에는 잉크 대신 플라스틱, 나일론, 금속과 같이 입체 도형을 만드는 데 사용되는 재료가 들어 있다. 이러한 재료를 활용하는 기술의 발전으로 이제는 고무, 종이, 콘크리트, 심지어 음식까지 다양한 재료를 이용한 3D 인쇄가 연구되고 있다. 한편, 한국의 정형외과용 임플란트 기업 오스테오닉이 자체 기술로 개발한 3D 프린팅 척추 임플란트 제품인 ‘지니아 3D 프린티드 케이지(ZINNIA 3D Printed Cage)’를 최근 출시했다. 이 제품은 인체 친화적인 티타늄 파우더로 3D 프린팅되어 척추 퇴행성 질환, 디스크 손상 또는 탈출 등의 치료에 사용되는 추간체 유합 보형재다. '지니아 3D 프린티드 케이지'는 인체 뼈의 해면골 구조를 모방한 다공성 설계로, 기존의 추간 유합 보형재와 달리 뼈 형성을 조기에 촉진하는 ‘생체 모방 다공성 스캐폴드’가 특징이다.
- 생활경제
2023-11-15 11:17:00
전기차 배터리 전문가, CATL 리튬인산철 배터리 급속 충전 이의 제기

중국 리튬 이온 배터리 전문 기업 CATL은 지난 8월 중순 세계 최초의 4C 초고속 충전 리튬 인산철 배터리인 '셴싱(Shenxing)'을 개발, '전기차 초고속 충전 시대'를 열었다고 발표했다. 세계 최대의 EV 배터리 제조업체인 CATL(Contemporary Amperex Technology Co.)은 '셴싱' 배터리가 10분 충전으로 전기 자동차에 약 400킬로미터(약 249마일)의 주행 거리를 제공할 수 있다고 주장했다. 그러나 4일(현지시간) 야후 뉴스에 따르면 배터리 기술 과학자 라치드 야자미(Rachid Yazami) 박사는 "전기차의 총 주행 거리로 환산되는 배터리의 사이클 수명, 극한 온도 성능, 안전성 및 비용과 같은 중요한 정보가 CATL의 주장에는 많이 누락되어 있다"며 CALT 주장에 이의를 제기했다. 1979~1980년에 리튬 그래핀 양극을 발명한 야자미 박사는 세계 최고의 배터리 기술 전문가 중 한명이다. 이 양극은 시장에 출시된 리튬 이온 배터리에서 가장 흔히 사용된다. 상업용 리튬 이온 시장은 2023년부터 2032년까지 1303억 달러 규모로 성장할 것으로 예상된다. 리튬인산철(LFP) 배터리의 장점 중 하나는 지속 가능한 청정 에너지 공급원이라는 점이다. 또한 다른 리튬 이온 배터리보다 비용 효율적이고 폭발 위험이 적어 안전하다. CATL은 이 배터리를 연말까지 대량 생산해 2024년 1분기까지 전기차에 탑재할 수 있을 것이라고 밝혔다. 이 회사는 "현재 급속 충전에 대한 불안감이 소비자들이 전기차로 전환하는 것을 막는 가장 큰 요인이 되고 있다"고 말했다. 미국에는 전기차 충전 인프라가 부족하기 때문에 주행 가능 거리는 전기차 소유자와 잠재적 구매자에게 중요한 요소다. 2022년 미국에서 판매되는 전기차의 평균 주행 거리는 291마일(약 470킬로미터)로 알려졌다. CATL은 셴싱의 '높은 에너지 밀도'로 인해 완전 충전 시 435마일(700킬로미터) 이상의 주행거리를 확보할 수 있다고 주장했다. 또한 CATL은 셴싱이 섭씨 -10도(화씨 14℉)에서 30분 만에 0%에서 80%까지 충전할 수 있다고 밝혔다. 더 레지스터는 "셴싱은 LFP 배터리로, 구형 전기차 리튬 배터리보다 과충전 허용 범위가 더 넓다" 면서 "또한 더 높은 온도에서 작동 할 수 있으며, 그 과정에서 더 많은 열이 발생하기 때문에 빠르게 충전하려는 경우 적합하다"고 전했다. 그러나 단점으로 "배터리가 최대 용량에 가까워질수록 충전 속도가 느려지고 추운 날씨도 충전을 지연시킬 수 있다"고 지적했다.
- 산업
2023-09-04 17:25:00