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[퓨처 Eyes(83)] 초강력 자기장 별 '마그네타', 금 등 무거운 원소 새 기원으로 떠올라
- 우리가 일상에서 사용하는 금이나 은, 백금 같은 귀금속은 과연 어디서 왔을까? 과학자들은 오랫동안 이 무거운 원소들이 우주의 장구한 역사 속, 아주 특별하고 강력한 사건을 통해 생겨났을 것이라고 추측해왔다. 최근까지 유력한 후보는 '중성자별'이라는 매우 무겁고 단단한 천체 두 개가 충돌하며 일으키는 거대한 폭발이었다. 그런데 최근, 과학자들이 금과 같은 무거운 원소를 만드는 또 다른 '공장' 후보를 발견했다는 연구 결과가 나왔다. 바로 '마그네타'라는 초강력 자기장을 가진 특별한 중성자별이 일으키는 거대한 우주 폭발이다. 무거운 원소 기원의 오랜 의문 138억 년 전 빅뱅으로 우주가 처음 탄생했을 때는 수소, 헬륨 같은 가벼운 원소들만 존재했다. 이후 별 내부 핵융합으로 탄소, 산소, 철 등 좀 더 무거운 원소가 생겨났다. 별이 수명을 다하고 폭발(초신성 폭발)할 때 이 원소들은 우주 공간으로 퍼져나가 새로운 별과 행성을 만드는 재료가 되었다. 그러나 금, 은, 백금, 우라늄처럼 철보다 훨씬 무거운 원소들은 일반적인 별의 핵융합이나 초신성 폭발만으로는 만들어지기 어렵다. 이들을 만들기 위해서는 훨씬 더 극한의 환경과 특별한 과정이 필요하다. 과학자들은 이 과정을 'r-과정(rapid neutron capture process)'이라고 부른다. 원자핵이 짧은 시간에 중성자를 빠르게 흡수하며 무거운 원소로 변신하는 과정이다. 이 r-과정이 정확히 우주 어디서 일어나는지가 오랜 숙제였다. 2017년, 천문학계는 큰 발견을 했다. 지구에서 약 1억 3000만 광년 떨어진 곳에서 두 개의 중성자별이 충돌하는 장면을 포착한 것이다. 중성자별은 태양보다 훨씬 무거운 별이 최후를 맞이할 때 남는 핵으로, 각설탕 한 조각 크기가 수억 톤에 달할 정도로 밀도가 높다. 이 두 개의 중성자별이 충돌하면서 시공간이 휘어지는 중력파와 함께 엄청난 빛과 에너지가 뿜어져 나왔다. 과학자들은 이 현상을 '킬로노바'라고 부른다. 이 킬로노바 현상 분석 결과, 금, 백금, 납 등 다양한 무거운 원소가 r-과정으로 대량 생성됨을 처음 확인했다. 마치 우주에 있는 거대한 '금 공장'과 같았다. 이 발견으로 중성자별 충돌은 무거운 원소의 주요 기원 중 하나로 확실하게 자리 잡았다. 그러나 킬로노바만으로는 모든 설명이 부족했다. 컬럼비아 대학교의 천문학자 아닐러드 파텔 박사는 "중성자별 합병은 우리 은하의 역사에서 비교적 후기에 발생하는 현상"이라고 지적한다. 우주 초기에 존재했던 무거운 원소까지 설명하기는 어려웠다. 과학자들은 r-과정이 일어날 수 있는 또 다른 장소를 찾아야 했다. 특별한 중성자별 '마그네타' 주목 새로운 연구는 바로 이 지점에서 출발한다. 연구팀이 주목한 것은 '마그네타'다. 마그네타는 중성자별 중에서도 지구 자기장의 수조 배에 이르는 초강력 자기장을 가진 특별한 천체다. 과학자들은 마그네타가 어떻게 형성되는지 정확히 밝히려고 노력 중이며, 우주 탄생 후 약 2억 년 안에 첫 별들과 함께 등장했을 것으로 추정한다. 마그네타는 때때로 표면에서 거대한 폭발을 일으키는데, 이를 '거대 플레어(giant flare)'라고 부른다. 이는 마치 지구에서 지진이 일어나듯, 중성자별 표면 아래의 움직임 때문에 지각에 쌓인 스트레스가 터져 나오며 발생하는 '별 지진(starquake)'과 비슷하다. 이 거대 플레어는 태양이 100만 년 동안 방출하는 것보다 더 많은 에너지를 단 몇 초 만에 쏟아낼 정도로 강력하며, 별 표면의 물질들을 고속으로 우주 공간에 내뿜는다. 연구팀은 2004년 12월, 인근 마그네타에서 관측된 거대 플레어 데이터에 주목했다. 당시 이 폭발 자체도 엄청났지만, 더 흥미로운 것은 폭발이 있고 약 10분 뒤 감지된 정체불명 희미한 '잔광(afterglow)' 신호에 있었다. 이 잔광 신호의 정체는 20년간 미스터리였다. '잔광' 신호에서 찾은 결정적 단서 컬럼비아 대학교와 플랫아이언 연구소의 브라이언 메츠거 교수 등 연구진은 마그네타의 거대 플레어가 r-과정을 통해 무거운 원소를 만들 수 있다는 이론 모델을 개발했다. 이 모델은 플레어로 분출된 뜨겁고 중성자가 풍부한 물질 속에서 r-과정이 일어나 금 같은 무거운 원소가 생성되며, 이 과정에서 특정 감마선이 나올 것으로 예측했다. 루이지애나 주립대학교의 에릭 번스 교수는 과거 데이터를 뒤져 2004년 마그네타 플레어의 잔광 신호를 찾아냈다. 놀랍게도 이 잔광 감마선 신호의 특징이 연구팀 이론 모델 예측과 거의 완벽히 일치했다. 마그네타 거대 폭발이 r-과정으로 무거운 원소를 생성했다는 강력한 증거가 될 수 있다. 나사의 인테그랄(INTEGRAL), 레시(RHESSI), 윈드(Wind) 위성 등 과거 임무 데이터들이 이 발견을 뒷받침했다. 파텔 박사는 "우리 중 누구도 20년 동안 데이터가 그냥 거기에 있었을 것이라고는, 그리고 우리의 이론 예측이 그렇게 완벽하게 일치할 것이라고는 상상하지 못했다"며 "우리 휴대폰이나 노트북 속 부품 일부가 우리 은하 역사 속 이런 극한의 폭발에서 만들어졌다고 생각하니 매우 흥미롭다"고 밝혔다. 새로운 가능성, 신중론 그리고 미래 이 연구 결과는 r-과정이 중성자별 충돌뿐 아니라 마그네타 거대 플레어 같은 다른 환경에서도 일어날 수 있음을 보여준다. 연구에 참여하지 않은 오클라호마 대학교의 존 카원 교수는 "r-과정이 다른 천체물리 현장에도 존재한다는 좋은 증거"라고 평가했다. 또한, 마그네타는 중성자별 충돌에 비해 우리 은하 내에서 더 가까이 발생할 수 있어, 앞으로 무거운 원소 생성 과정을 더 자세히 연구할 기회를 제공할 수 있다. 인디애나 대학교 블루밍턴의 찰스 호로위츠 박사는 "다음 마그네타 거대 플레어에서는 개별 원소를 직접 검출할 수도 있다는 점이 가장 흥미로운 가능성"이라고 기대감을 나타냈다. 그러나 아직 단정하기는 이르다는 신중론도 있다. 2017년 중성자별 충돌에서 방출된 엑스선 발견을 이끌었던 로마 대학교의 엘레오노라 트로야 박사는 이번 마그네타 플레어 증거가 "2017년에 수집된 증거와는 비교할 수 없다"고 지적했다. 그는 마그네타가 만드는 금 생산은 "가능한 설명 중 하나일 뿐이며, 마그네타는 복잡한 천체라 금 대신 다른 가벼운 금속을 만들 수도 있다"고 덧붙였다. 따라서 "금의 새로운 원천을 발견했다기보다는, 생산을 위한 대안 경로를 제안한 것으로 봐야 한다"고 강조했다. 연구팀은 마그네타 거대 플레어가 우리 은하에 있는 철보다 무거운 원소의 약 10% 정도를 설명할 수 있을 것으로 추정한다. 여전히 나머지 90%의 무거운 원소를 만드는 다른 과정이나 장소가 필요하다는 뜻이다. 빠르게 회전하는 중성자별을 탄생시키는 특별한 종류의 초신성 등 다른 후보들도 떠오른다. 파텔 박사는 "이번 발견은 우리를 올바른 그림에 더 가깝게 이끌지만, 다른 가능한 r-과정 장소와 결합해야 한다"고 말했다. 2027년 발사 예정인 나사의 새로운 감마선 망원경 COSI(콤프턴 분광계 및 영상장치)는 앞으로 마그네타 거대 플레어를 직접 관측하고 생성되는 원소를 식별하여 이 수수께끼를 푸는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대를 모은다. 우리가 날마다 사용하는 일상 생활 속 금속들이 사실은 수십억 년 전, 상상조차 할 수 없는 우주의 격렬한 사건 속에서 태어났다는 사실이 경이롭다. 과학자들의 끈질긴 탐구를 통해 우리는 우주와 우리 자신의 기원을 조금씩 더 깊이 이해하게 될 것이다.
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[퓨처 Eyes(83)] 초강력 자기장 별 '마그네타', 금 등 무거운 원소 새 기원으로 떠올라
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[ESGC] 트럼프 행정부, 미국 기후변화 평가보고서 집필진 전면 해임⋯과학적 권위 훼손 우려
- 도널드 트럼프 행정부가 미국 국가 기후변화 평가보고서(National Climate Assessment, 이하 NCA)의 집필을 맡은 과학자와 전문가 약 400명을 전원 해임한 것으로 나타났다. 이로써 보고서 자체의 발간 여부는 물론, 향후 보고서의 과학적 신뢰성에 대한 우려가 제기되고 있다. 미국 방송매체 CNN은 29일(현지시간) 입수한 이메일을 인용해, 트럼프 행정부가 미국 글로벌 변화연구프로그램(USGCRP) 산하 차기 NCA 집필진을 공식적으로 해촉했으며, 이 사실은 복수의 관계자들에 의해 확인됐다고 보도했다. 국가 기후변화 평가보고서는 미 의회가 법적으로 4년마다 발간을 의무화한 종합 보고서로, 연방 및 외부 과학자들이 공동으로 집필한다. 보고서는 미국 각 지역의 기후변화 영향을 정밀하게 분석해 연방 및 주정부, 기업, 지역사회에 과학적 근거를 제공해왔다. 하지만 트럼프 행정부는 이번 집필진 해촉을 통해 보고서 발간을 무기한 연기하거나, 기존 기후과학에 회의적인 시각을 담은 대체 보고서를 추진할 가능성까지 열어둔 것으로 알려졌다. 이는 전 세계 과학계에서 정설로 받아들여지는 기후위기 대응의 과학적 기반을 약화시킬 수 있다는 지적이 나온다. 2023년 발간된 제5차 국가 평가보고서는 "기후변화가 이미 미국 전역의 모든 지역을 변화시키고 있으며, 극단적 기상현상과 해수면 상승, 산불 등의 빈도와 강도가 높아지고 있다"고 진단했다. 이번 사태에 앞서 미 항공우주국(나사·NASA)은 해당 보고서를 지원하던 컨설팅업체 ICF와의 핵심 계약을 조기 해지했으며, 이는 사실상 보고서 작성 차질의 전조로 해석되어 왔다. 기후학계는 이번 조치가 지역사회와 지방정부의 정책결정에 실직적 타격을 줄 수 있다고 우려하고 있다. 샌호세 주립대 더스틴 멀바니 교수는 "이 보고서가 사라지면, 극한기후, 산불, 해수면 상승 등 실제적 위협에 대한 대응력이 약화될 수밖에 없다"고 지적했다. 워싱턴대 미드 크로스비 박사 역시 "NCA는 각 지역의 기후 리스크를 과학적으로 파악하고, 실질적인 대응책을 제시하는 데 있어 필수적인 자원"이라며, "보고서의 작성 주체가 모든 관련 연방기관과 외부 전문가로 구성된다는 점에서 높은 신뢰성을 가진다"고 강조했다. 그는 이어 "전문가 없이 진행되는 보고서는 과학적 정당성을 상실할 수 있으며, 이는 단지 보고서의 품질 문제를 넘어, 지역사회의 실질적 대비 능력에 심각한 악영향을 줄 수 있다고 경고했다. 한편, 기후변화 평가보고서뿐만 아니라 해당 프로그램을 총괄하는 미국 글로벌 변화연구프로그램(USGCRP)의 운영 체계와 구조 전반도 현재 검토 중이라는 문구가 공식 홈페이지에 게시되며, 행정부의 기후 정책 기조 전반에 대한 개편 가능성도 시사되고 있다. 게다가 미국 환경보호청(EPA)은 환경 정의와 관련된 약 800건의 보조금을 취소한다고 밝혔다고 워싱턴포스트가 29일 보도했다. 고위 EPA 직원은 해당 기관이 이미 377명의 수혜자에게 보조금 지급 취소를 통보한 것으로 알려졌다. 이 매체에 따르면 EPA는 추가로 404건에 취소 통지를 보낼 계획이며, 이로써 총 781건의 보조금이 취소된다. 더 힐은 보조금이 취소된 프로그램은 대부분 환경 정의와 관련된 것으로 보이며, 여기에는 지역 사회내 오염 모니터링, 예방, 정화와 같은 프로그램이 포함된다고 전했다.
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[ESGC] 트럼프 행정부, 미국 기후변화 평가보고서 집필진 전면 해임⋯과학적 권위 훼손 우려
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[우주의 속삭임(112)] NASA, "태양풍이 달 표면 물 생성에 기여"⋯혁신적 연구 결과 발표
- 미국 항공우주국(나사·NASA)이 달 표면의 물 분자 형성에 태양풍이 중요한 역할을 했을 가능성을 제시하는 연구 결과를 발표했다. 이번 발견은 달 극지의 영구 음영 지역(영구 그늘진 지역)에 물 얼음이 어떻게 축적되는지를 설명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. NASA에 따르면, 여러 차례의 우주 탐사를 통해 달 표면에서는 물 분자와 물을 구성하는 성분인 수산기(OH) 분자가 검출된 바 있다. 그러나 이들 물질의 기원은 명확히 규명되지 못했으며, 과거에는 화산활동, 달 지각 내부에서의 가스 분출, 미세 운석 충돌 등이 주요 가설로 제시돼 왔다. NASA가 주도한 이번 실험은 '태양풍 기원설'을 검증하는 데 초점을 맞췄다. 태양풍은 초속 160만 km/h에 달하는 고속의 전하 입자 흐름으로, 태양계 전체를 강타한다. 지구에서 밤하늘을 밝히는 오로라를 통해 태양풍의 생생한 증거를 볼수 있다. 다만, 지구는 자기권에 의해 태양 입자를 반사시켜 태양풍으로부터 보호받지만, 달은 매우 약하고 불규칙한 자기장을 갖고 있어 태양풍의 직격탄을 맞는다. 달 표면은 산소가 풍부한 암석과 먼지로 구성되어 있으나, 수소는 상대적으로 부족하다. 태양풍은 대부분 전자를 잃은 수소 원자핵(양성자)으로 구성되어 있으며, 이들이 달 표면을 지속적으로 강타하면서 수소를 공급하게 된다. 이 과정에서 달 암석과 상호작용을 통해 물이 생성될 수 있다는 것이다. NASA는 특히 달 표면의 물 분자가 일일 주기로 변화하는 패턴에 주목했다. 태양에 의해 가열된 지역에서는 수증기로 방출되지만, 차가운 지역에서는 유지되는 양상이 반복됐다. 만약 미세 운석 충돌이 주요 원인이라면 물의 양이 지속적으로 감소했어야 하지만, 매일 다시 동일 수준으로 회복되는 현상이 관찰됐다. 이는 태양풍이 물 생성을 주도하고 있음을 뒷받침하는 근거로 해석된다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 1972년 아폴로 17호 임무에서 수집한 달 토양 샘플을 이용해 실험을 진행했다. 팀은 진공 상태에서 입자 가속기를 사용해 며칠 동안 모의 태양풍을 퍼부었다. 이는 달에서 약 8만 년에 해당하는 시간이다. 이후 샘플의 화학적 변화를 분석한 결과, 기존에는 존재하지 않던 물의 흔적이 확인됐다. 연구를 이끈 NASA 고다드 우주비행센터의 행성과학자 리 시아 여(Li Hsia Yeo) 박사는 성명에서 "단순히 달 토양과 태양이 지속적으로 방출하는 수소만으로 물이 생성될 수 있다는 가능성을 보여준 것"이라며 이번 발견의 의의를 강조했다. 이번 연구는 지난 3월 17일 '지구물리학 연구저널: 행성 부문(JGR Planets)'에 게재됐다. 연구팀은 이번 결과가 향후 유인 달 탐사에 실질적인 도움이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히 달 남극 지역에 저장된 물 얼음은 향후 탐사 임무에서 귀중한 자원이 될 수 있다. 또한 이번 연구는 달 이외에도 대기나 자기장이 거의 없는 천체들에서 태양풍과 환경 간 상호작용을 이해하는 데 중요한 통찰을 제공할 것으로 보인다. 이는 생명의 기본 요소인 물이 우주에서 어떻게 생성되거나 소멸하는지를 이해하는 데 기여할 수 있다.
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[우주의 속삭임(112)] NASA, "태양풍이 달 표면 물 생성에 기여"⋯혁신적 연구 결과 발표
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[퓨처 Eyes(81)] 물 분해 숨겨진 비용 규명⋯효율적인 수소 생산 청신호
- 우리가 매일 사용하는 에너지, 그 뒤에는 지구를 뜨겁게 달구는 화석 연료의 그림자가 드리워져 있다. 멈추지 않는 지구 온난화의 시계 앞에서, 과학자들은 물에서 무한한 에너지를 얻는 꿈, 바로 '수소 에너지'에 주목해왔다. 마치 마법처럼 물을 분해해 깨끗한 연료를 얻는 기술, 하지만 오랫동안 이 꿈은 풀리지 않는 숙제처럼 에너지 낭비라는 숨겨진 비용에 발목이 잡혀 있다. 그런데 최근 한 대학 연구실에서 이 답답한 문제의 실마리를 찾아냈다. 물 분자 속에 숨겨진 놀라운 비밀, 그리고 더 깨끗한 미래를 향한 희망의 빛을 따라가 볼까? 지속 가능한 에너지 해결책에 대한 전 세계적인 염원이 뜨거운 가운데, 물을 전기 분해하여 수소와 산소로 나누는 '물 분해' 기술은 오랫동안 유망한 대안으로 손꼽아 왔다. 하지만 이론적으로 예상했던 것보다 실제 물 분해 과정에서 훨씬 더 많은 에너지가 필요하다는 점이 과학자들의 오랜 고민이었다. 그런데 최근 미국 노스웨스턴 대학교 화학자들이 물 분해의 에너지 효율 저하의 원인을 분자 수준에서 밝혀내 과학계의 주목을 받고 있다. 연구팀은 산소 원자를 내노기 직전의 아주 짧은 순간에 물 분자가 예상치 못한 '뒤집힘'이라는 특별한 행동을 하며, 이 움직임 때문에 에너지 효율이 떨어진다는 사실을 새롭게 밝혀냈다. 이 연구 결과는 권위 있는 과학 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 실렸다. 에너지 효율을 갉아 먹는 주범 연구를 이끈 프란츠 가이거 교수는 물 분해 반응 중 산소를 만드는 과정이 마치 닫힌 자물쇠를 여는 것처럼 매우 까다롭다고 설명한다. 그는 이론적으로 1.23볼트의 에너지면 충분해야 하지만, 실제로는 1.5~1.6볼트나 더 많은 에너지가 필요하다고 지적하며, "물을 뒤집는 데 필요한 에너지가 바로 이 추가 에너지의 주요 원인"이라고 강조했다. 마치 보이지 않는 손이 에너지 효율을 붙잡고 있는 듯한 상황이었던 셈이다. 물 분자는 전기를 띤 작은 자석과 같다. 음(-)전하를 띤 전극 쪽으로 양(+)전하를 띤 수소 원자를 향하려는 성질이 있다. 하지만 이렇게 되면 물 분자의 산소 원자에서 전극으로 전자가 이동하는 길이 꽉 막혀 버린다. 연구팀은 아주 강력한 전기장이 걸리는 순간, 물 분자가 순식간에 회전하며 산소 원자가 전극 표면을 향하게 된다는 것을 알아냈다. 마치 굳게 닫혀 있던 문이 활짝 열리듯, 수소 원자가 비켜서면서 전자가 자유롭게 이동할 수 있게 되는 것이다. pH 농도 조절로 효율 높이기 연구팀은 이 신기한 물 분자의 '회전' 운동에 얼마나 많은 에너지가 숨어 있는지 정밀하게 측정했다. 그 결과는 놀라웠다. 물 분자가 액체 상태를 유지하도록 서로 끌어 당기는 에너지와 거의 같은 양이었던 것이다. 하지만 희소식도 있다. 물의 pH 농도를 높이면 이 회전에 필요한 에너지를 놀랍게도 줄일 수 있다는 사실을 발견한 것이다. pH 농도가 낮을 때는 물 분자를 올바르게 회전시키는 데 더 많은 힘이 필요했지만 pH 농도가 높아질수록 물 분해 과정이 훨씬 더 수월하게 진행됐다. 가이거 교수는 "pH9 이하에서는 전기가 거의 흐르지 않는다"며, 물 분자는 여전히 회전하지만, 그 과정에 너무 많은 에너지가 소모되어 전기화학 반응 자체가 멈춰버린다고 설명했다. 수소 경제와 우주 탐사에 밝은 전망 이번 연구는 오랫동안 과학자들을 괴롭혔던 물 분해의 숨겨진 에너지 비용 문제를 명쾌하게 해결했을 뿐만 아니라, 더 효율적인 물 분해 기술 개발의 새로운 지평을 열었다는 평가를 받고 있다. 연구팀은 물 분자가 마치 숙련된 곡예사처럼 더 쉽고 빠르게 회전하도록 돕는 새로운 촉매를 설계한다면, 물 분해 기술을 우리의 삶에 더욱 가깝고 경제적인 방식으로 가져올 수 있을 것으로 기대하고 있다. 가이거 교수는 "우리의 궁극적인 목표는 지구를 병들게 하는 화석 연료에서 벗어나 깨끗한 에너지, 즉 수소 에너지를 주 에너지원으로 사용하는 '수소 경제' 사회를 건설하는 것"이라며, "태양 빛을 이용해 물을 분해하는 꿈은 더 이상 먼 미래의 이야기가 아닐지도 모른다"고 강조했다. 태양광 에너지를 활용하면 물 분해에 필요한 전기 에너지를 획기적으로 줄여 연료 생산 비용을 낮출 수 있기 때문이다. 또한, 이번 연구는 촉매 표면의 디자인을 물 분자 회전에 최적화하는 것이 마치 꽉 막힌 도로를 시원하게 뚫는 것처럼 전자 이동을 원활하게 시작하는 데 매우 중요하다는 점을 시사한다. 또한, 이 연구 결과는 미래에 있을 화성 탐사에서도 우주비행사들이 숨 쉴 공기와 깨끗한 에너지원을 확보하는 데 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 이번 연구에는 라이덴 스피먼, 에즈라 J. 마커 외에도 아르곤 국립 연구소의 알렉스 마틴슨과 퍼시픽 노스웨스트 국립 연구소의 메이비스 보아마, 제이콥 쿠퍼버그, 마크 엥겔하르트, 야통 자오, 케빈 로소 등 여러 연구자가 공동으로 참여했다. 가이거 교수는 "이제 물 분자 회전이 금속 전극뿐만 아니라 반도체 전극에서도 일어난다는 것을 알게 되었다"며, "이는 우리가 처음 생각했던 것보다 훨씬 더 흔한 현상일 수 있다. 앞으로 물 분자 회전이 가장 쉽게 일어나는 최적의 조건을 찾아 최적화할 계획"이라고 밝혔다. 연구팀은 앞으로 니켈, 적철석과 같이 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 물질을 활용하여 더욱 효율적인 물 분해 기술을 개발하기 위한 연구를 꾸준히 이어갈 예정이다. 이 작은 물 분자의 숨겨진 움직임 속에서 과학자들은 인류의 미래를 바꿀 거대한 가능성을 발견했다. 수십 년간 풀리지 않던 에너지 효율의 비밀을 밝혀낸 끈기와 노력은, 깨끗한 에너지로 가득한 세상을 향한 밝은 희망을 쏘아 올리고 있다. 마치 지구라는 푸른 별을 넘어 더 넓은 우주로 나아가는 꿈처럼, 효율적인 물 분해 기술은 지속 가능한 미래를 향한 우리의 여정에 든든한 동반자가 되어줄 것이다. 묵묵히 연구에 매진하는 과학자들의 열정과 끊임없는 탐구 정신이 만들어낼 더 놀라운 발견들을 기대하며, 우리 모두 깨끗한 에너지로 빛나는 미래를 함께 만들어갈 수 있기를 바란다.
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[퓨처 Eyes(81)] 물 분해 숨겨진 비용 규명⋯효율적인 수소 생산 청신호
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[신소재 신기술(171)] 포스텍 연구진, 극한 온도 변화 견디는 '하이퍼어댑터' 초고성능 합금개발
- 국내 연구진이 영하 196도부터 영상 600도까지, 총 800도에 이르는 극한 온도 변화에도 강도와 연성을 유지하는 차세대 금속 합금을 개발했다. 포항공과대학교(POSTECH) 김형섭 교수 연구팀은 철, 니켈, 코발트, 크롬, 알루미늄, 티타늄 등을 조합해 새로운 고엔트로피 합금(High Entropy Alloy, HEA)을 제작하고, 이를 '하이퍼어앱터(Hyperadaptor)'라는 이름을 붙였다고 코스모스매거진과 사이테크데일리가 22일(현지시간) 보도했다. 새로 개발된 HEA는 -196°C(77K)의 극저온 조건에서 600°C(873K)의 고온에 이르는 넓은 온도 범위에서 거의 일정한 기계적 성능을 보여준다. 이러한 놀라운 안정성은 합금 내에 균일하게 분포된 나노 크기의 L1₂ 석출물이 존재하기 때문이다. 이 미세 입자는 변형을 억제하는 보강재 역할을 하며, 금속 내부의 미끄럼 변형(slip)을 조절함으로써 외부 환경 변화에도 소재의 강도와 연성(유연성)을 유지하게 한다. 이번 연구는 학술지 '머티리얼스 리서치 레터스(Materials Research Letters)'에 게재됐다. 포스텍이 개발한 고엔트로피 합금은 5종 이상의 원소를 거의 동일한 비율로 혼합한 소재로, 기존 금속보다 강도, 인성, 내열성, 내식성 등이 우수하다는 평가를 받고 있다. 특히 다양한 원소가 무작위로 결합하면서 오히려 구조적 안정성이 향상된다는 점에서 '엔트로피의 역설'로 주목받아 왔다. 김형섭 교수는 "이번에 개발한 HEA는 기존 합금의 온도 의존적 성능 한계를 극복한 최초의 소재"라며 "극한 환경에서도 일정한 기계적 거동을 유지하는 새로운 물질군의 등장을 의미한다"고 밝혔다. 이번에 개발된 HEA는 니켈 35%, 철·코발트·크롬 53%, 알루미늄 7%, 티타늄 5%로 구성됐으며, 구조는 FCC(면심입방체) 형태다. 이는 각 입방체의 꼭짓점과 면 중심에 원자가 배치된 형태로, 높은 연성과 강도를 동시에 지닌 것이 특징이다. 연구팀은 여기에 알루미늄과 티타늄을 '구조 보강재'처럼 첨가해 고온에서도 형태와 기능이 변형되지 않도록 했다. 논문의 제1저자인 박효진 박사는 "일반적인 금속은 특정 온도 범위에 최적화되어 있지만, 이 HEA는 극저온과 고온을 넘나드는 환경에서도 성능 저하 없이 상요할 수 있다"며 "가스터빈, 항공기 제트엔진, 로켓추진체, 원자력 발전소 등 극한 환경의 금속 소재로 활용도가 높을 것"이라고 설명했다. 이번 연구 성과는 고온과 저온을 오가는 극한 산업 현장에 새로운 가능성을 제시하는 한편, 미래 항공우주 및 자동차, 에너지 산업의 핵심 소재 기술로 자리매김할 것으로 기대된다. ◇ 참고문헌: 박효진, 손수정, 안성열, 하효정, 김래언, 이재흥, 주효문, 김정기, 김형섭 공저, '하이퍼어앱터(Hyperadaptor); 넓은 온도 범위에서 Ni 기반 고엔트로피 합금의 온도 비감응성 인장 특성', Materials Research Letters 2025년 2월 6일 . DOI: 10.1080/21663831.2025.2457346
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[신소재 신기술(171)] 포스텍 연구진, 극한 온도 변화 견디는 '하이퍼어댑터' 초고성능 합금개발
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[우주의 속삭임(111)] '우주 라디오'로 암흑물질 추적⋯액시온 주파수 탐지 장치 개발
- 우주의 대부분을 구성하는 것으로 알려진 암흑물질 탐색에 새로운 전기가 마련됐다. 과학자들이 '우주 라디오'에 비유되는 신형 암흑물질 검출기를 개발해, 향후 15년 이내 암흑물질 후보자인 '액시온(axion)'을 직접 포착할 가능성이 열렸다. 영국 킹스칼리지런던(KCL), 미국 하버드대, UC버클리 등 국제 공동 연구팀은 지난 16일(현지시간) 국제 학술지 네이처(Nature)에 발표한 논문에서 엑시온의 주파수를 포착하기 위한 특수 장비와 새로운 소재 기반의 탐색 기술을 소개했다. 해당 연구에 대해서는 과학 기술전문매체 사이테크 데일리가 보도했다. 연구팀은 이 장치에 대해 "40년 넘게 추적해 온 암흑물질의 실체를 규명할 수 있는 마지막 단계에 접어들었다"고 평가했다. 암흑물질은 우주 전체 질량의 약 85%를 차지하는 것으로 추정되며, 별이나 은하의 운동 등 중력 효과로 간접적으로만 존재가 추정되어 왔다. 하지만 직접 관측은 한 번도 성공한 적이 없다. 이번 연구에서 핵심이 된 입자인 '액시온'은 매우 가볍고, 일반 물질과의 상호작용이 극히 적어 포착이 어렵다고 알려져 있다. 이 입자는 파동처럼 행동하며 특정 주파수 대역에 존재할 수 있다고 이론상 제안돼 왔다. 연구진은 이론상 존재할 것으로 추정되는 액시온 주파수를 탐지하기 위해, '액시온 준입자(AQ, axion quasiparticle)'를 생성할 수 있는 특수 소재를 활용했다. 해당 장치는 일종의 '우주 라디오'처럼 작동해, 액시온이 존재할 법한 주파수를 조율하며 탐색을 진행한다. 탐지 시에는 미량의 빛을 방출하게 되며, 이는 액시온 존재를 확인할 수 있는 간접 신호가 된다. 이 장치의 핵심 소재는 망간비스무트텔루라이드(MnBi₂Te₄)로, 전자기적 특성이 뛰어나고 얇은 2차원 구조로 가공이 가능하다. 하버드대 주도하에 6년간 개발된 이 소재는 공기에 민감해 원자 수준의 얇은 층으로 정밀 제작됐으며, 외부 자극에 따라 전자적 성질이 정밀하게 조정될 수 있다. 연구책임자인 KCL의 데이비드 마시(David Marsh) 박사는 "1983년 액시온이 라디오 주파수처럼 작동할 수 있다는 이론이 제기된 이후, 우리는 이제 그 주파수를 실제로 조율할 수 있는 기술에 도달했다"며 "남은 건 탐지 범위를 확대하고, 시간을 들여 탐색하는 일"이라고 설명했다. 연구팀은 향후 5년 안에 실용적 수준의 AQ 검출기를 완성하고, 이후 10년 이상 고주파 영역을 정밀 수캔해 액시온을 찾겠다는 계획이다. 이번 검출기는 암흑물질의 규명이라는 물리학 최대 난제 중 하나에 결정적 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 마시 박사는 "최근 액시온을 주제로 한 논문 수가 힉스 보손 발견 직전과 비슷한 수준에 이르렀다"며 "지금은 암흑물질 연구자들에게 흥미로운 시기"라고 덧붙였다. ◇ 참고문헌: '2D MnBi2Te4에서 액시온 준입자 발견(Observation of the axion quasiparticle in 2D MnBi2Te4)' by Jian-Xiang Qiu, Barun Ghosh, Jan Schütte-Engel, Tiema Qian, Michael Smith, Yueh-Ting Yao, Junyeong Ahn, Yu-Fei Liu, Anyuan Gao, Christian Tzschaschel, Houchen Li, Ioannis Petrides, Damien Bérubé, Thao Dinh, Tianye Huang, Olivia Liebman, Emily M. Been, Joanna M. Blawat, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kin Chung Fong, Hsin Lin, Peter P. Orth, Prineha Narang, Claudia Felser, Tay-Rong Chang, Ross McDonald, Robert J. McQueeney, Arun Bansil, Ivar Martin, Ni Ni, Qiong Ma, David J. E. Marsh, Ashvin Vishwanath and Su-Yang Xu, 2025년 4월 16일, Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-08862-x
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(111)] '우주 라디오'로 암흑물질 추적⋯액시온 주파수 탐지 장치 개발
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[우주의 속삭임(110)] "지구 물의 기원, 소행성 아닌 지구 자체"⋯옥스퍼드대 기존 학설 뒤집는 연구 발표
- 지구상의 물이 외부 소행성에서 기원했다는 기존 학설이 뒤집혔다. 영국 옥스퍼드대 연구팀은 지구 형성 초기부터 지구 자체 물질 속에 수소가 풍부하게 존재했으며, 이 수소가 물 생성의 핵심 원천이었다는 가능성을 제시했다. 이번 연구는 국제 학술지 이카루스(Icarus)에 17일(현지시간) 게재됐다. 연구팀은 남극에서 2012년 채집된 희귀 운석 'LAR 12252'를 분석했다. 이 운석은 약 45억 5000만 년 전 지구 형성 당시 구성물질과 유사한 조성을 가진 '엔트사타이트 콘드라이트(enstatite chondrite)'로 알려져 있다. 연구에 사용된 분석 기법은 X선 근접 흡수 구조(XANES) 분광법으로, 옥스퍼드셔주 다이아몬드 라이트 소스 싱크로트론에서 운석 시료에 고강도 X 선을 조사해 원소의 존재와 화학적 결합 상태를 확인하는 방식이다. 분석 결과 운석의 미세 입자 매트릭스에서 풍부한 황화수소(H₂S)를 발견했다. 연구 초기에는 기존 연구처럼 콘드룰(Chondrule, 운석내 구형 결정 구조체)의 비결정 영역에 집중했지만, 우연히 콘드룰 바깥쪽 미세 입자 매트릭스 영역에서 황화수소 농도가 월등히 높다는 사실을 발견한 것. 이는 기존에 알려진 비결정질 영역보다 5배 이상 높은 수치로, 지구 외부에서 유입된 것이 아닌 운석 자체에 내재된 수소일 수 있는 가능성이 높다. 이전 과학계에서는 지구 형성 이후 약 1억 년 간 외부 소행성이 수소를 포함한 수화물질을 운반해왔고, 이로 인해 물이 형성됐다는 '소행성 기원설'이 지배적이었다. 하지만 옥스퍼드 연구팀은 지구 형성 물질 자체가 수소를 풍부하게 함유하고 있었다는 정반대의 결론에 도달한 것이다. 특히 연구팀은 운석의 산화나 균열 등 지구 오염의 흔적이 있는 영역에서는 수소가 거의 검출되지 않았다는 점에 주목했다. 이는 운석 내 수소가 지구내 오염에서 비롯되지 않았다는 강력한 반증이다. 이번 연구를 이끈 옥스퍼드대 지구과학과 박사과정 톰 배럿(Tom Barrett)은 "분석 결과 예상치 못한 위치에서 황화수소를 발견했을 때 흥분을 감추지 못했다"며 "이 수소가 지구 외부에서 온 것이 아니라면, 물은 지구 형성 재료에서 비롯된 고유한 부산물이라는 결정적인 증거가 될 수 있다"고 밝혔다. 공동 저자인 제임스 브라운 옥스퍼드대 부교수는 "이 연구는 지구가 어떻게 지금의 모습으로 진화했는지에 대한 근본적인 질문에 중요한 단서를 제공한다"며 "운석 연구를 통해 확인된 수소 함유량은 기존 추정치를 훨씬 뛰어넌는다"고 설명했다. 이번 연구는 지구의 물이 우연히 외부에서 유입된 것이 아니라, 지구의 구성물질에서 자연스럽게 유래했을 수 있다는 주장을 과학적으로 뒷받침한다. 또한, 유사한 유형의 운석을 통한 추가 연구가 진행된다면, 태양계 내 다른 행성들의 물 존재 가능성에 대한 새로운 통찰을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
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[우주의 속삭임(110)] "지구 물의 기원, 소행성 아닌 지구 자체"⋯옥스퍼드대 기존 학설 뒤집는 연구 발표
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트럼프 '우주판 미사일 방어망' 유력 수주 후보로 스페이스X 부상⋯머스크는 부인
- 도널드 트럼프 미국 대통령이 추진 중인 차세대 미사일 방어체계 '골든돔(Golden Dome)' 구축 사업의 유력 수주 후보로 일론 머스크의 우주기업 스페이스X가 부상했다고 로이터통신이 17일(현지시간) 보도했다. 팔란티어, 안두릴 등 실리콘 밸리 기반 방산 시술기업도 함께 참여한 것으로 알려졌다. 로이터에 따르면, 스페이스X와 인공지능(AI) 기반 방산 소프트웨어 업체 팔란티어, 드론 제조업체인 안두릴은 최근 미국 국방부에 골든돔 구축을 위한 위성 기반 미사일 탐지·추적 시스템 설계를 제안했다. 이들은 저제구 궤도에 400개에서 100개에 달하는 위성을 배치해 미사일 발사 징후를 조기 탐지하고, 이를 실시간 추적하는 방안을 내놓은 것으로 전해졌다. 특히 스페이스X는 이 시스템을 정부가 직접 소유하는 방식이 아닌, '구독(subscription) 서비스' 형태로 제공하는 방안을 제시해 주목받고 있다. 이는 정부가 시스템 접근권에 대해 비용을 지불하는 방식으로, 클라우드 기반 방위 인프라를 구상한 것으로 보인다. 국방부는 이들 기업 연합체에 우호적인 반응을 보이고 있는 것으로 알려졌으나, 로이터는 아직 프로젝트 초기 단계인 만큼 구조와 수주 업체 구성은 향후 몇 달간 유동적일 수 있다고 덧붙였다. 보도에 따르면, 최근 몇 주 사이 해당 기업들은 트럼프 행정부 및 국방부 고위 관계자들과 접촉하며 사업 설명을 진행해 왔다. 하지만 일론 머스크는 로이터 보도를 인용한 소셜미디어 엑스(X, 구 트위터) 게시글에 "사실이 아니다"라고 직접 부인하며 혼선을 낳고 있다. 다른 참여 업체들은 로이터의 논평 요청에 답하지 않았다. 현재 골든돔 입찰에는 약 180개 기업이 찬여 의사를 밝힌 것으로 전해졌다. 이 중 실리콘밸리스타트업이 주도하는 컨소시엄이 계약을 수주할 경우, 이는 기존 록히드마틴, 노스럽 그러먼, 보잉 등 전통 방산 기업들에게 큰 위협이 될 전망이다. 동시에 민간 우주·AI 기업들이 국방 산업에 본격 진입하는 분기점이 될 수도 있다는 평가다. 한편, 미국 민주당 의원들은 머스크가 정부의 디지털행정효율부(DOGE)에 깊숙이 관여하고 있는 상황에서 국방부의 대형 계약까지 수주하는 것은 이해충돌이라고 지적하며 반발하고 있다. 트럼프 대통령은 지난 1월 취임 직후, 이스라엘의 '아이언돔(Iron Dome)'을 본뜬 미국판 방공체계를 구축하는 내용의 행정명령에 서명했다. 애초 '미국을 위한 아이언돔'으로 명명된 이 계획은 후에 '골든돔'으로 명칭이 변경됐다. 이 시스템은 지상 레이더 탐지가 어려운 극초음속 미사일 등을 우주 센서와 우주 요격기를 통해 상승 단계에서 격추한다는 개념으로, 전통적인 미사일 방어체계를 대체하는 구상을 담고 있다
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트럼프 '우주판 미사일 방어망' 유력 수주 후보로 스페이스X 부상⋯머스크는 부인
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나토, 팔란티어 AI 군사시스템 도입⋯방산업계 판도 바꾸나
- 미국방산기술 기업 팔란티어 테크놀로지(Palantir Technologies)가 개발한 인공지능(AI) 기반 군사 시스템이 북대서양조약기구(나토·NATO)의 전력에 본격적으로 편입된다. 이는 유럽 방위 체계가 본격적으로 AI 중심의 정보전 체계로 전환되는 중대한 이정표로 평가된다. 14일(현지시간) 나토는 팔란티어로부터 '메이븐 스마트 시스템(MSS)'을 공식 도입한다는 계약을 최종 확정했다고 발표했다. 파이낸셜 타임스에 따르면 계약의 세부조건은 공개되지 않았으나, 나토는 이 시스템을 30일 이내 실전에 배치할 예정이라고 밝혔다. 이 소식에 팔란티어의 주가는 장중 한때 9%까지 급등했다가 상승폭을 일부 반납했으며, 최종적으로 4.6% 오른 채 장을 마감했다. 팔란티어가 공급하는 MSS NATO 시스템은 방대한 실시간 데이터를 분석해 '전장 상황 인식(battlespace awareness)'과 전략 기획을 지원하는 AI 기반 소프트웨어다. 적의 움직임 탐지, 목표 식별, 전술적 의사결정 보조 기능을 포함하고 있으며, 이미 미 육군, 공군, 우주군을 포함한 미군 전력 전반에 적용 중이다. 이번 계약을 통해 팔란티어는 미국을 넘어 유럽 국방 체계의 핵심 기술 파트너로 발돋움하게 됐다. 미국 군당국은 이미 지난해 9월 팔란티어와 5년간 1억 달러(약 1370억 원) 규모의 계약을 체결해 MSS 시스템의 미군 내 적용을 확대하고 있다. AI 국방기술 선도 기업으로 부상…나토의 선택, 업계 판도 바꾸나 시장 전문가들은 이번 계약이 단순한 공급 계약을 넘어 유럽이 미국산 AI 군사 시스템에 대한 의존도를 강화하는 정치·전략적 신호로 보고 있다. 미국 투자은행 윌리엄 블레어(William Blair)의 루이 디팔마 애널리스트는 "이번 계약은 유럽이 미국 방산업체 의존도를 줄이려 한다는 우려를 불식시킨 사건”이라며, “나토의 선택은 미국 전체 방산산업에 긍정적 파급력을 미칠 것"이라고 분석했다고 이날 시킹알파가 전했다. 웨드부시 증권의 애널리스트 대니얼 아이브스도 "팔란티어는 미국과 유럽의 AI 국방 지출 확대 흐름 속에서 핵심 수혜주가 될 것"이라며 12개월 목표 주가를 120달러로 유지하고 '매수' 의견을 재확인했다. 그는 "팔란티어는 정부·상업 부문 모두에서 AI 계약을 빠르게 확보하며, AI 기반 국방 시장의 중심에 위치하고 있다"고 평가했다. 논란 속에도 고속 성장…팔란티어의 AI 전쟁 기술 한편, 팔란티어는 전세계적으로 AI를 활용한 전쟁 기술의 상용화를 주도해 왔으며, 지난해 미국 정부와의 계약에서만 15억7000만 달러(약 2조 1500억 원)의 매출을 기록했다. 그러나 이스라엘군과의 협력에 따른 인권 침해 논란으로 인해, 지난해 북유럽의 한 대형 연기금으로부터 투자 철회를 통보받는 등 윤리적 문제를 둘러싼 비판도 받고 있다. 또 올해 들어 내부 임원진의 주식 매도로 인해 주가가 일시적으로 하락했으며, 트럼프 행정부의 미 국방예산 삭감 추진 보도로도 압박을 받은 바 있다. 그럼에도 불구하고 팔란티어 주가는 올해 들어 22% 상승세를 기록 중이며, 스탠더드 앤드 푸어스(S&P) 500 지수가 8% 이상 하락한 것과 대조적인 흐름을 보이고 있다. AI 국방 기술의 확산, 향후 시장 판도 주목 이번 나토 계약은 AI가 향후 국방·안보의 핵심 기술로 자리 잡을 것임을 시사한다. 과거 미군이 먼저 채택한 AI 기반 정보전 시스템이 동맹국으로 확산되고 있다는 점에서 상징적인 의미를 갖는다. 팔란티어는 나토뿐 아니라 미 해군, 해병대, 공군, 육군, 우주군 등 전 군 조직에 걸쳐 시스템을 배포 중이며, 이는 단순한 소프트웨어 수출이 아니라 국가 안보 전략의 전환을 이끄는 기술 수출로 평가받는다. 시장에서는 향후 독일, 프랑스, 일본 등 다른 주요국 군대도 유사한 AI 기반 시스템 도입에 나설 가능성이 제기되고 있다. 인공지능과 국방기술이 융합되는 이 흐름에서, 팔란티어는 단순한 기술 기업을 넘어 세계 안보 질서 재편의 중심에 서게 될지도 모른다.
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나토, 팔란티어 AI 군사시스템 도입⋯방산업계 판도 바꾸나
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[신소재 신기술(168)] "쌀알만 한 뇌, 우주만큼 정밀하게 해부됐다"
- 쌀알만 한 생쥐 뇌 조직의 정밀 해부를 통해 신경세포 8만4000개와 5억 개의 시냅스, 5.4㎞에 달하는 신경망이 드러났다. 9년에 걸쳐 진행된 국제 공동 연구가 포유류 뇌를 가장 정밀하게 해부한 커넥톰을 완성 한 것이다. 인공지능(AI) 기술과 인간의 손길이 결합된 이번 프로젝트는 뇌과학의 디지털 전환을 본격화하는 전환점이 될 전망이다. 미국 프린스턴대학교, 스탠퍼드대학교, 텍사스 베일러 의과대학, 시애틀 앨런 뇌과학연구소 등 22개 연구기관 소속 150명 이상이 참여한 국제 공동연구팀은 생쥐 뇌의 1㎣도 채 되지 않는 부위에서 8만4000개의 신경세포와 5억 개 이상의 시냅스 연결, 5.4㎞ 길이의 신경망 구조를 밝혀냈다. 이는 현재까지 포유류 뇌를 대상으로 한 가장 정밀하고 방대한 커넥톰(connectome·신경연결지도)으로 기록됐다. 연구팀은 뇌 지도를 만들면서 수만 개의 개별적인 나무 모양의 뉴런을 디지털 방식으로 풀어내고, 각 뉴런의 고유한 가지 시스템을 추적한 다음, 이를 하나하나 재구성해 광대한 회로 네트워크를 만들었다. 이를 커넥톰이라고 부른다. 프린스턴 대학교는 이번 연구는 9년간 진행됐으며 22개 기관의 150명 이상의 연구자들이 이 프로젝트에 참여했다고 밝혔다. 이번 연구는 미국 베일러 의과대학에서 시작됐다. 과학자들은 특수 현미경을 사용해 생쥐가 러닝머신 위에서 10초 동안 베이스점프, 루지 등 다양한 익스트림 스포츠, 애니메이션, 영화 매트릭스, 매드맥스: 분노의 도로 등의 비디오 영상을 보는 동안 쥐의 시각 피질 1㎣(세제곱밀리미터) 부분의 뇌 활동을 기록하는 방식으로 진행됐다. 이후 앨런 연구소 연구팀은 생쥐 뇌를 2만8000개 층으로 절단하고, 인공지능(AI) 분석과 인간의 수작업 검수를 결합해 신경세포 간 연결망을 일일이 추적해 재구성했다. 연구팀이 진행한 코티컬 네트워크(Cortical Networks)의 머신 인텔리전스인 MICrONS 프로젝트는 지금까지 포유류 뇌의 가장 자세한 배선도를 구축했으며, 이 배선도는 온라인에서 무료로 이용할 수 있다. 이번 연구를 총괄한 데이비드 마코위츠 박사는 "인간 게놈 프로젝트에 비유되는 신경과학의 분수령"이라고 평가했다. 이어 프린스턴 대학교의 또 다른 연구팀은 인공지능과 머신러닝을 사용하여 세포와 연결망을 3D 입체로 재구성했다. 뇌 활동 기록과 함께, 이 입체에는 5억 2300만 개의 시냅스(20만 개의 세포를 연결하는 연결점)와 4km 길이의 축삭(다른 세포로 뻗어 나가는 가지)이 포함되어 있다. 스탠퍼드대학교 신경과학자 안드레아스 톨리아스 교수는 "이 연구는 구조와 기능을 동시에 기록한 최초의 사례"라며 "우리가 세계를 인식하고 감정을 느끼고 결정을 내리는 뇌의 생물학적 구조를 데이터로 포착한 것"이라고 강조했다. 연구팀은 이를 통해 단순한 신경 배치도뿐 아니라, 각 신경세포 간 상호작용과 정보 전달 방식까지 시각화해냈다. 과거 곤충의 뇌를 대상으로 한 연결지도는 존재했지만, 이번처럼 포유류 뇌의 고도 복잡성을 구현한 사례는 처음이다. 프린스턴대 신경과학자 세바스찬 승 교수는 "이번 연구를 통해 구현한 커넥톰(connectome)은 뇌과학의 디지털 전환을 여는 출발점"이라며 "이 기술은 신경 연결의 이상 패턴을 식별하고, 치매 등 뇌 질환의 원인을 규명하는 데 획기적인 전기를 마련할 것"이라고 말했다. 이 연구는 뇌의 새로운 특성, 유형, 조직 및 기능 원리, 세포 분류의 새로운 방식을 밝혀냈다. 특히 뇌 안의 새로운 억제 원리를 발견한 것은 이번 연구의 가장 큰 성과로 평가된다. 과학자들은 이전에 신경 활동을 억제하는 억제 세포를 다른 세포의 활동을 약화시키는 단순한 힘으로 생각했다. 반면 연구팀은 훨씬 더 정교한 수준의 의사소통을 발견했다. 억제 세포는 무작위로 행동하는 것이 아니라, 어떤 흥분 세포를 표적으로 삼을지 매우 선택적으로 결정하여 네트워크 전체에 걸친 조정 및 협력 시스템을 구축한다. 어떤 억제 세포는 함께 작용하여 여러 흥분 세포를 억제하는 반면, 어떤 억제 세포는 특정 유형의 세포만을 표적으로 삼아 더욱 정밀하게 작용한다. 뇌의 형태와 기능을 이해하고, 뉴런 간의 세부적인 연결을 전례 없는 규모로 분석할 수 있는 능력은 뇌와 지능 연구에 새로운 가능성을 열어준다. 또한 알츠하이머병, 파킨슨병, 자폐증, 조현병과 같이 신경 전달 장애를 수반하는 질환에도 영향을 미칠 수 있다. 공개된 이번 데이터는 인공지능 연구는 물론, 뇌 질환 조기 진단, 치료법 개발 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 특히 인간의 뇌가 정보 처리 속도나 효율성 측면에서 현존하는 어떤 AI보다도 앞선 이유를 설명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 앨런 연구소 부연구원인 누노 다 코스타 박사는 "고장 난 라디오가 있는데 회로도를 가지고 있다면 수리하기가 더 수월할 것"이라고 이번 연구의 성과를 비유했다. 그는 "우리는 이 모래알(뇌 세포)에 대한 일종의 구글 지도 또는 청사진을 제시하고 있다. 앞으로 이를 활용하여 건강한 쥐의 뇌 배선과 질병 모델의 뇌 배선을 비교할 수 있을 것이라고 강조했다. 이 연구 결과는 과학저널 '네이처(Nature)'에 일련의 논문으로 발표됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(168)] "쌀알만 한 뇌, 우주만큼 정밀하게 해부됐다"
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[퓨처 Eyes(79)] 꿈의 양자 컴퓨터 현실로 성큼…안정성과 혁신 향상 기대
- 미래를 혁신할 핵심 기술로 주목받는 양자 컴퓨터는 뛰어난 잠재력에도 불구하고 극도로 민감한 특성 때문에 '믿을 수 없는' 존재로 여겨져 왔다. 하지만 최근 과학계에서는 이러한 한계를 극복하고 꿈의 양자 컴퓨터를 현실로 만들기 위한 획기적인 연구 결과들이 잇따라 발표되고 있다. 주변 환경의 미세한 방해에도 안정적인 연산을 가능하게 하는 '마법 입자'에 대한 연구와, 기존 물리학의 상식을 뛰어넘는 특이한 성질을 가진 새로운 물질을 합성한 연구는 양자 컴퓨터 상용화의 길을 더욱 밝히고 있다. 불안정이라는 꼬리표를 떼고, 인류의 난제를 해결할 열쇠가 될 양자 컴퓨터. 그 꿈을 현실로 성큼 다가서게 만든 두 가지 혁신적인 연구 결과를 따라가 보자. 기존의 컴퓨터는 0과 1, 두 가지 상태만으로 정보를 처리하는 반면, 양자 컴퓨터는 큐비트라는 특별한 단위를 사용한다. 큐비트는 0과 1은 물론, 0과 1이 동시에 존재하는 '중첩'이라는 신비한 상태를 가질 수 있어 기존 컴퓨터로는 풀기 어려웠던 복잡한 문제들을 훨씬 빠르게 해결할 것으로 기대된다. 하지만 큐비트는 주변의 아주 작은 소리나 빛, 온도 변화에도 쉽게 영향을 받아 그 상태가 깨져버리는, 마치 모래성 같은 존재다. 과학자들은 오랫동안 이 불안정성을 극복하고 안정적인 양자 컴퓨터를 만드는 방법을 찾아왔다. 마요라나 입자, 양자 안정성의 새로운 희망 최근 옥스퍼드 대학교, 델프트 공과대학교, 아인트호벤 공과대학교 연구팀과 퀀텀 머신즈 등 국제 공동 연구팀은 '마요라나 영 모드(Majorana zero modes, MZM)'라는 특별한 입자를 이용하여 양자 컴퓨터의 안정성을 획기적으로 높일 수 있는 방법을 찾아냈다. 마요라나 영 모드는 주변 환경의 방해에도 강하게 저항하는 특이한 준입자로, 마치 옷감처럼 튼튼하게 얽혀 있어 외부의 간섭에도 쉽게 그 상태가 변하지 않아 이론적으로 오랫동안 안정적인 양자 정보를 저장하고 처리하는 데 매우 적합한 후보로 여겨져 왔다. 하지만 실제로 이 입자를 안정적으로 구현하는 것은 매우 어려운 과제였다. 연구팀은 양자점과 초전도 물질을 연결하여 만든 '3-사이트 기타예프 사슬'이라는 특별한 구조를 아주 정밀하게 설계했다. 이 특별한 사슬 구조는 마요라나 영 모드들을 마치 안전한 방에 격리시키듯, 서로 멀리 떨어뜨려 외부의 불안정한 요소로부터 보호하는 역할을 한다. 이 구조 안에서 마요라나 영 모드들이 서로 멀리 떨어져 안정적으로 존재할 수 있는 최적의 지점, 즉 '스위트 스폿'을 찾아낸 것이다. 이렇게 분리된 마요라나 영 모드들은 원치 않는 상호 작용을 줄이고 외부 노이즈에 대한 저항력을 크게 높여준다. 해당 연구 결과는 학술지 네이처 나노테크놀로지에 게재됐다. 연구를 이끈 옥스퍼드 대학교 재료학과의 그레그 매주어 박사는 "이번 연구 결과는 기타예프 사슬을 확장하는 것이 마요라나 안정성을 유지할 뿐만 아니라 향상시킨다는 것을 증명하는 중요한 진전"이라며, "옥스퍼드에 새로 설립한 연구 그룹을 통해 이 연구를 더욱 발전시켜 더욱 확장 가능한 양자점 플랫폼을 만드는 데 집중할 것"이라고 밝혔다. 앞으로 연구팀은 이 사슬을 더 길게 늘려 마요라나 영 모드들이 외부 환경으로부터 더욱 완벽하게 격리되어 안정성이 기하급수적으로 높아질 것으로 기대하고 있다. 이는 실용적인 양자 컴퓨터 개발에 중요한 발걸음이다. 새로운 물질의 탄생, 양자 기술의 혁신을 이끌다 한편, 러트거스 대학교 연구팀이 주도하는 국제 연구팀은 최근 기존의 양자 물리학으로는 이해하기 어려웠던 두 가지 특별한 물질을 결합하여 새로운 인공 구조를 만드는 데 성공했다. 마치 샌드위치처럼 얇게 쌓아 올린 이 구조는 미래 양자 컴퓨터의 핵심 재료가 될 수 있을 것으로 주목받고 있다. 연구팀이 결합한 두 가지 물질은 각각 독특한 성질을 가지고 있어 오랫동안 '불가능한 물질'로 여겨져 왔다. 하나는 원자력 발전소에서 방사성 물질을 가두는 데 사용되는 다이스프로슘 티타네이트로, 자연계에서 찾기 어렵다는 '자기 홀극(자기 단극)'이라는 특별한 입자를 붙잡아 둘 수 있는 성질을 가지고 있다. 마치 물 분자처럼 특별한 배열을 가진 이 물질은 내부에 작은 자석들이 갇혀 있어, 특정 조건에서 마치 N극만 있거나 S극만 있는 자석처럼 행동하는 자기 홀극을 만들어낼 수 있다. N극과 S극이 항상 함께 있는 일반적인 자석과 달리, 자기 홀극은 N극 또는 S극 중 하나만 가진 자석과 같은 입자다. 노벨상 수상자인 폴 디랙이 1931년에 그 존재를 예측했지만, 우주에서는 아직 발견되지 않았다. 다른 하나는 파이로클로어 이리데이트라는 새로운 자기 반금속으로, 독특한 전자적, 위상적, 자기적 특성 때문에 주로 실험 연구에 사용된다. 이 물질 안에는 빛처럼 빠르게 움직이고 회전 방향도 다른 '바일 페르미온(Weyl Fermions)'이라는 아주 작은 입자가 들어있다. 이 입자들은 마치 빛과 같은 속도로 움직이며, 전자의 흐름을 제어하는 데 매우 유용하여 미래의 초고속 전자 소자나 양자 컴퓨터의 재료로 주목받고 있다. 1929년 헤르만 바일에 의해 예측된 이 입자는 2015년에 처음으로 결정 형태로 발견되었으며, 전기를 매우 잘 통하게 하고 자기장이나 전자기장에 특별하게 반응하는 성질을 가지고 있어 전자 장치의 재료로 사용될 때 매우 안정적이다. 러트거스 대학교 물리학 및 천문학과의 자크 차칼리안 교수는 "이번 연구는 이전에는 불가능했던 방식으로 완전히 새로운 인공 2차원 양자 물질을 설계하는 새로운 방법을 제시하며, 양자 기술을 발전시키고 그 기본 속성에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 잠재력을 가지고 있다"고 말했다. 연구팀은 'Q-DiP'라는 새로운 장비를 직접 제작하여 이 두 가지 '불가능한' 물질을 원자 수준에서 정밀하게 쌓아 올리는 데 성공했다. 이 새로운 물질은 양자 컴퓨터는 물론, 차세대 양자 센서와 같은 첨단 기술에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 미래를 바꿀 양자 기술, 우리의 삶에 미칠 영향 지금까지 우리는 양자 컴퓨터라는 꿈을 향한 두 갈래의 획기적인 발걸음을 지켜보았다. 한 연구는 양자 컴퓨터의 안정성을 높이는 데 초점을 맞추었고, 다른 연구는 혁신적인 특성을 가진 새로운 물질을 제시했다. 극미의 세계에서 펼쳐지는 과학자들의 끊임없는 탐구는, 한때 공상과학 소설 속 이야기로만 여겨졌던 양자 컴퓨터를 현실의 문턱 앞으로 데려왔다. 양자컴퓨팅 기술이 상용화되면 신약 개발과 의학 연구에 혁신을 일으키고, 금융 , 물류, 제조 분야 등에서 비용을 획기적으로 절감해 일상 생활에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 과학자들은 양자기술이 머신러닝 알고리즘에도 혁신을 일으켜 인공지능(AI) 시스템을 더욱 강력하게 만들 것으로 기대하고 있다. 불안정성을 극복하려는 노력과 상상조차 어려웠던 새로운 물질의 탄생은, 앞으로 우리가 경험하게 될 미래 컴퓨팅의 혁신을 예고하는 듯하다. 어쩌면 가까운 미래에는 지금은 상상할 수조차 없는 놀라운 능력으로 인류의 숙제를 해결하는 양자 컴퓨터가 우리 곁에 함께하게 될지도 모른다. 우리가 상상하는 미래는 과연 어떤 모습일까? 과학의 발걸음이 멈추지 않는 한, 꿈은 현실이 될 날을 기다리고 있다.
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[퓨처 Eyes(79)] 꿈의 양자 컴퓨터 현실로 성큼…안정성과 혁신 향상 기대
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[먹을까? 말까?(96)] '우주 된장' 맛은 어떨까?⋯국제우주정거장서 발효 실험
- 과학자들이 국제우주정거장(ISS)에서 콩을 발효시켜 세계 최초로 우주 된장(우주 미소·space miso)을 탄생시켰다. 미소는 일본 요리에서 사용하는 된장을 말한다. 국제우주정거장에서 발효된 '우주 된장'이 처음으로 지구에 돌아와 세상에 모습을 드러냈다. 과학자들은 이번 실험이 우주 환경에서의 미생물 생존 가능성과 향후 우주 탐사 시 식량 다양성 확대에 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 2일(현지시간) CNN에 따르면 미국 매사추세츠공과대학(MIT)의 매기 코블렌츠와 덴마크 공과대학의 조슈아 에반스 박사는 2020년 3월, 조리된 콩 반죽을 담은 용기를 ISS로 보냈다. 이 반죽은 약 30일간 미세중력 환경에서 발효 과정을 거친 뒤 '우주 된장'이 완성된 후 지구로 귀환시켰다. 해당 실험은 2025년 4월 2일 학술지 아이사이언스(iScience)에 게재됐다. 된장이 담긴 용기에는 온도, 습도, 압력, 방사선 등을 실시간으로 측정하는 센서가 부착돼 발효 환경을 정밀하게 기록했다. 우주 발효와 비교하기 위해 미국 캠브리지와 덴마크 코펜하겐 두 곳에서 같은 재료를 이용한 된장을 발효시켰다. 에반스 박사는 CNN과의 인터뷰에서 "우주에서의 발효는 전례가 없던 시도였기에 결과를 예측하기 어려웠다"고 밝혔다. 그는 "우주 된장은 색이 더 어둡고, 육안상으로도 더 많이 흔들린 흔적이 있었다"며 "이는 우주로의 운반 과정에서 발생한 영향으로 보인다"고 설명했다. 연구진은 우주 환경의 미세중력, 방사선 노출 등의 요소가 미생물의 성장과 대사 작용에 영향을 미쳤을 가능성을 제기했다. 실제로 '우주 된장'은 지구에서 발효된 된장과 유사한 감칠맛을 지녔지만, 구수한 맛이 강했고 볶은 견과류 향이 느껴졌다고 한다. 코블렌츠 박사는 "우주에서도 미생물 군집이 생존하고 활동할 수 있음을 보여주는 사례"라며, "이번 실험은 우주에서의 생명 가능성과 식문화 확장을 위한 기초자료가 될 수 있다"고 강조했다. 이번 실험은 우주 식량의 다양화 가능성을 실험한 여러 시도 중 하나다. 그간 우주에서는 상추, 무, 고추 등의 신선 농작물 재배 실험이 진행되어 왔으며, 2021년에는 고추 수확을 기념해 ISS 내에서 '타코 파티'가 열리기도 했다. 한편 일본 주류업체 아사히 슈조는 자사의 인기 브랜드 '닷사이'를 우주에서 발효시키기 위한 실험을 준비 중이다. 해당 업체는 일본우주항공연구개발기구(JAXA)를 통해 ISS 내 '기보(Kibo)' 모듈에 접근할 수 있는 권한을 확보했으며, 우주 양조 장비 개발을 병행해 2025년 시험 발사에 나설 예정이다. 이번 연구는 향후 우주 탐사와 장기 체류 임무에서 건강과 문화적 다양성을 동시에 고려한 식량 개발의 단초로 평가된다. 다만, 에반스 박사는 "우주 된장의 영양학적 가치에 대한 정밀 분석은 아직 진행 중이며, 단백질 조성이나 생리활성 물질의 함량 등은 추가 검토가 필요하다"고 덧붙였다.
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[먹을까? 말까?(96)] '우주 된장' 맛은 어떨까?⋯국제우주정거장서 발효 실험
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[퓨처 Eyes(78)] 중국, '칩 혁명' 쏘아 올릴 레이저 개발…ASML 독주 시대 '흔들'
- 손톱보다 작은 반도체 칩, 그 안에는 세상을 움직이는 빛이 새겨져 있다. 바로 극자외선(DUV) 레이저 광선이다. 현재 이 빛을 다루는 기술은 네덜란드의 거대 기업 ASML이 굳건히 움켜쥐고 있다. 그러나 최근, ASML의 아성에 도전하는 한줄기 빛이 포착됐다. 중국과학원(CAS)의 연구자들이 기존과는 전혀 다른 방식으로, 차세대 반도체 생산의 판도를 뒤흔들 '꿈의 레이저' 개발에 성공한 것이다. 국제광공학회(SPIE)는 지난 3월 22일, CAS 연구진이 실험실 환경에서 반도체 포토리소그래피에 사용되는 193nm 파장의 빛을 방출하는 고체 심자외선(DUV) 레이저를 개발했다고 발표했다. 이는 기존의 가스 기반 엑시머 레이저 방식과는 완전히 다른 접근 방식으로 더욱 주목받고 있다. 심자외선 레이저는 매우 짧은 파장에서 고에너지 빛을 방출하며, 반도체 제조, 고해상도 분광법, 정밀 소재 개공과 양자 기술 분야에서 중요한 역할을 한다. 기존의 엑시머 또는 가스 방전 레이저와 비교하면 DUV 레이저는 응집성이 더 낮고 더 낮은 전력 소비를 제공해 더 작고 효율적인 시스템을 구축할 수 있다. 만약 이 새로운 극자외선 레이저 광원 기술이 실제 대량 생산에 적용될 수 있다면, 이는 곧 첨단 공정 기술을 활용한 차세대 반도체 칩 생산 장비 개발의 가능성을 열어젖히는 혁신적인 성과로 평가받을 수 있다. 하지만 고체 레이저의 성능을 대규모 생산에 필요한 수준으로 끌어올릴 수 있을지는 아직 미지수다. 기존 DUV 레이저 기술의 한계 현재 ASML, 캐논, 니콘 등 주요 반도체 장비 기업들은 193nm 파장의 DUV 레이저를 만들기 위해 주로 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저를 사용한다. 이 방식은 아르곤과 플루오린 가스를 혼합한 챔버에 고전압 전기 펄스를 가해 불안정한 ArF 분자를 만들고, 이 분자가 다시 안정화되면서 193nm 파장의 빛을 방출하는 원리를 이용한다. 이 레이저는 짧고 강한 에너지 펄스 형태로 최대 100~120W의 출력을 내며, 최신 액침 DUV 장비의 경우 초당 8000~9000번(8~9kHz)의 빠른 속도로 빛을 쏜다. 이 빛은 복잡한 광학 시스템을 거쳐 반도체 웨이퍼에 회로 패턴이 담긴 마스크를 통과하며 미세한 회로를 새기는 데 사용된다. 중국과학원의 새로운 해법 '고체 레이저' 하지만 CAS 연구팀은 이러한 기존 방식 대신 완전히 새로운 고체 방식을 택했다. 이들은 자체 제작한 이터븀(Yb)이 첨가된 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 결정 증폭기를 이용해 1030nm 파장의 레이저 빔을 먼저 만든다. 이 빔을 두 갈래로 나눈 뒤, 각각 다른 광학 과정을 거쳐 최종적으로 193nm 파장의 빛을 얻는 방식이다. 첫 번째 경로에서는 1030nm 빔을 비선형 광학 과정인 4차 조화파 발생(FHG)을 통해 원래 파장의 1/4인 258nm 빔으로 변환시킨다. 이 과정에서 약 1.2W의 출력이 발생한다. 두 번째 경로에서는 나머지 1030nm 빔을 광학 파라메트릭 증폭기에 넣어 1553nm 파장의 빔을 만들고, 이 빔은 약 700mW의 출력을 갖는다. 최종적으로 이 두 개의 빔, 즉 258nm와 1553nm 파장의 빔을 직렬로 연결된 리튬 삼붕산염(LBO) 결정에 통과시켜 평균 전력 70mW, 6kHz의 주파수, 그리고 880MHz보다 좁은 선폭을 가진 193nm 파장의 결맞는 빛을 얻게 된다. CAS 측은 이 테스트 시스템의 스펙트럼 순도가 현재 상용 시스템과 견줄 만한 수준이라고 밝혔다. CAS 시스템이 만들어낸 193nm 파장의 빛은 고체 레이저 방식으로 얻어진 것으로, 평균 전력은 70mW, 주파수는 6kHz, 선폭은 880MHz 미만이다. 이는 ASML의 ArF 엑시머 기반 생산 시스템이 제공하는 100~120W 출력, 9kHz 주파수와 비교하면 아직 성능 면에서 크게 뒤처지는 수준이다. 과학기술 전문매체 톰스 하드웨어는 "ASML의 제품보다 훨씬 낮은 성능"이라고 지적했다. 그럼에도 불구하고 이번 CAS의 성과는 매우 중요한 의미를 갖는다. 기존의 가스 기반 방식이 아닌 고체 방식으로 193nm 파장의 레이저를 만들었다는 점 자체가 혁신적인 시도이기 때문이다. 특히 CAS 연구팀은 여기서 한발 더 나아가 1553nm 빔에 나선형 위상판을 적용하여 궤도 각운동량을 갖는 소용돌이 빔을 생성하는 데 성공했다. 사이테크 데일리는 이를 두고 "최초로 고체 레이저에서 193nm 소용돌이 빔이 생성된 것"이라고 강조하며, "이러한 빔은 하이브리드 ArF 엑시머 레이저의 시딩에 유망하며 웨이퍼 처리, 결함 검사, 양자 통신 및 광학 미세 조작에 중요한 응용 분야를 가질 수 있다"라고 보도했다. 소용돌이 빔은 빛이 진행하면서 회전하는 독특한 형태를 띠는데, 이는 물질을 아주 정밀하게 제어하거나 정보를 담아 전달하는 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 첨단 기술이다. 특히 양자 기술 분야에서는 소용돌이 빔이 양자 통신이나 양자 컴퓨팅의 효율성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다. 미래 반도체 기술의 판도 바꿀까 비록 현재 CAS 시스템의 출력은 상업용 반도체 생산에 필요한 수준에 크게 못 미치지만, 이번 연구는 고체 레이저 기반의 새로운 DUV 광원 개발 가능성을 열었다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 높은 처리량과 안정적인 공정이 필수적인 반도체 제조 분야에서 CAS의 기술이 상용화되기까지는 앞으로 여러 세대의 추가적인 개발이 필요할 것으로 예상된다. 사이테크 데일리는 "이 혁신적인 레이저 시스템은 반도체 리소그래피의 효율성과 정밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 첨단 제조 기술을 위한 새로운 길을 열어준다. 193nm 소용돌이 빔을 생성하는 능력은 해당 분야에서 더 큰 발전을 이끌어 전자 장치 생산 방식을 혁신할 가능성이 있다"라고 전망했다. 이번 연구를 이끈 쉬안훙원 박사를 비롯한 중국과학원 연구팀의 작은 빛줄기가 미래 반도체 산업의 거대한 지각 변동을 일으킬 수 있을지, ASML이 굳건히 지켜온 빛의 성채에 균열을 낼 수 있을지 귀추가 주목된다. ◇ 참고 문헌: 『광학 파라메트릭 증폭기를 이용한 소형 협대역 선폭 고체 193nm 펄스 레이저 광원 및 그 소용돌이 빔 생성』 저자: 장지타오, 헝샤오보, 왕준우, 천성, 왕샤오지에, 퉁천, 리정, 쉬안훙원, 2025년 3월 9일, 어드밴스드 포토닉스 넥서스. DOI: 10.1117/1.APN.4.2.026011
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[퓨처 Eyes(78)] 중국, '칩 혁명' 쏘아 올릴 레이저 개발…ASML 독주 시대 '흔들'
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우주 파편, 위기인가? ESA "1cm 이상 파편 120만개 넘어"
- 지구 저궤도에 1cm 이상의 파편이 무려 120만개가 떠도는 것으로 나타났다. 유럽우주국(ESA)은 4월 1일(현지시간) 제9차 유럽 우주 파편 콘퍼런스에서 다큐멘터리 '우주 파편: 위기인가?'를 공개하며 우주 환경의 심각성을 경고했다. 현재 지구 저궤도에는 약 4만 개의 우주 물체가 추적되고 있으며, 이 중 1cm 이상 파편은 120만 개 이상으로 추정된다. 충돌 위험은 급증하고 있으며, 일부 고도대에서는 파편 밀도가 실제 운용 위성과 맞먹는 수준이다. ESA는 파편 증가를 막기 위해 위성 임무 종료 후 궤도 이탈 조치를 강화하고, 적극적인 파편 제거 조치가 필요하다고 밝혔다. [미니해설] "120백만 개의 파편, 충돌은 시간문제" 유럽우주국이 본 우주 쓰레기 위기 4월 1일, 독일 다름슈타트에서 열린 제9차 유럽 우주 파편 콘퍼런스에서 유럽우주국(ESA)은 단편 다큐멘터리 '우주 파편: 위기인가?( Space Debris: Is it a Crisis?)'를 공개하며, 우주 환경의 지속 가능성에 대한 심각한 우려를 표명했다. ESA는 2025년판 '우주 환경 보고서'를 통해 우주 파편의 급증 추세와 충돌 가능성, 그리고 대응책에 대해 상세히 설명했다. 우주는 더 이상 무한하지 않다 ESA는 지구 저궤도를 "유한한 자원"으로 규정했다. 보고서에 따르면, 현재 우주에서 추적 가능한 물체는 약 4만 개에 달하며, 이 중 실제 운영 중인 위성은 약 1만 1000개다. 그러나 1cm 이상 크기의 파편은 120만 개, 10cm 이상은 5만 개 이상으로 추정된다. 이는 충돌 시 위성을 치명적으로 파괴할 수 있는 수준이다. 더 혼잡해진 지구 저궤도 특히 통신 위성들이 밀집해 있는 550km 고도에서는 실제 위성과 동일한 규모의 파편이 존재해, 충돌 가능성이 실질적인 위협으로 부상하고 있다. ESA의 파편 모델링 도구인 MASTER에 따르면 고도 약 550km의 저지구 궤도 범위에서는 현재 활성 위성의 수와 동일한 규모의 파편이 충돌 위협을 가하고 있는 것으로 나타났다. ESA는 이를 '케슬러 증후군(Kessler Syndrome)'으로 경고했다. 케슬러 증후군은 우주 파편 간의 연쇄 충돌이 발생해 특정 고도가 아예 쓸 수 없게 되는 상황을 뜻한다. 2024년, 파편 3천개 추가⋯폭발·충돌 여전히 발생 2024년 한 해 동안만도 여러 건의 주요 파편화(fragmentation) 사건이 발생했으며, 이로 인해 추적 대상 우주 파편이 3000개 이상 추가됐다. ESA는 이러한 상황을 막기 위해 위성과 로켓이 임무 종료 후 남은 연료 및 배터리를 사전에 제거하는 '수동화(passivation)' 조치가 필수라고 강조했다. 재진입 추세는 긍정적, 하지만 해결책은 아니다 다행히 최근 몇 년간 위성 및 로켓의 재진입 횟수는 증가하고 있다. 2024년에는 하루 평균 3건 이상으로, 사상 처음으로 통제된 재진입이 비통제 재진입을 넘어섰다. ESA는 특히 상업 부문에서 파편 저감 지침 준수율이 높아지고 있다고 평가했다. 기존에는 임무 종료 후 25년 이내 궤도 이탈이 기준이었으나, ESA는 2023년부터 자체적으로 5년 이내 이탈 기준을 도입했다. 현재 이 5년 기준에 부합하는 사례는 80%를 넘고 있으며, 국제 기준으로도 확산이 기대된다. 앞으로 몇 년 동안 재진입에 계속 영향을 미칠 수 있는 또다른 요인은 현재 태양 주기의 정점으로 인해 발생한 높은 수준의 태양 활동이다. 이 강렬한 우주 날씨 현상인 태양 활동은 종종 대기 저항을 증가시켜 재진입 시간을 가속화한다. 그러나, 제거 없이 충돌 막을 수는 없다 ESA는 보고서를 통해 "신규 발사가 없더라도, 기존 파편의 충돌·폭발로 인한 추가 파편 발생 속도가 자연 대기권 재진입보다 빠르다"며, 우주 쓰레기 자체를 적극 제거하는 '적극적 파편 제거(ADR, Active Debris Removal)' 없이는 상황을 통제할 수 없다고 강조했다. 현재 태양 활동이 활발해 대기 저항이 증가하면서 위성의 궤도 이탈과 재진입 속도가 다소 빨라진 측면도 있다. 하지만 이는 일시적인 외부 요인일 뿐, 장기적인 해결책이 될 수 없다는 것이 ESA의 판단이다. 위기는 이미 시작됐다 인간의 우주 에 대한 미래의 열망은 달 탐사와 화성 탐사 등으로 향하고 있다. 인간 우주 탐험가가 통과하기에 안전한 저궤도를 유지하는 것 외에도 지구와 달 사이의 공간인 지구-달 공간을 깨끗하게 유지하는 것이 점점 더 중요해지고 있다. 지구-달 사이는 강력한 중력과 두꺼운 대기가 없어 궤도에서 점차적으로 잔해물을 제거할 수 없기 때문에 깨끗한 상태를 유지하는 것이 중요하다. ESA는 "지금 우리가 내리는 선택이 미래 세대의 우주 이용 가능성에 직접적인 영향을 줄 것"이라며, 단순한 기술 문제가 아닌 '우주 환경 윤리'의 문제임을 강조했다. 보고서는 민간 기업, 정부, 국제기구가 협력해 새로운 파편 저감 조치를 시행하고, 기술적·정책적 대응을 병행해야 한다고 제언했다.
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우주 파편, 위기인가? ESA "1cm 이상 파편 120만개 넘어"
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[우주의 속삭임(109)] 우주여행, 뼈에 '치명적 구멍'⋯NASA의 실험쥐가 보여준 골다공증의 미래
- 인간의 우주여행이 점점 현실이 되고 있는 가운데, 장기간의 무중력 상태에 머무는 것이 심각한 골밀도 소실이 일어날 수 있다는 인체에 미치는 충격적 결과가 드러났다. 미 항공우주국(나사·NASA)이 국제우주정거장(ISS)에 37일간 실험쥐를 보내 수행한 골밀도 관련 연구에서, 뼛속이 '속부터 녹아내리는' 심각한 현상이 확인된 것이다. 특히 하중을 견디는 역할을 하는 대퇴골이 가장 큰 피해를 입었다. 해당 연구에 대해서는 과학 전문매체 사이언스얼럿이 3월 31일(현지시간) 보도했다. NASA와 블루마블우주과학연구소가 공동 진행한 이번 연구는 미국 공공과학 도서관 온라인 학술 웹사이트 '플로스 원(PLOS ONE)'에 게재됐다. 뼈가 비어간다⋯"지구의 하중 잃은 뼈, 내부부터 무너져" 연구진은 쥐를 이용해 무중력 상태에서의 골다공증 진행 과정을 정밀 분석했다. 그 결과, 지구에 남아 있던 대조군 쥐들과 비교해 우주로 떠난 쥐들은 대퇴골 말단, 즉 엉덩이와 무릎 관절이 연결되는 부위에 커다란 공백(구멍)이 생긴 것으로 나타났다. 반면 척추 부위, 특히 요추는 비교적 온전하게 보존됐다. 이는 뼈가 단순히 전신적으로 약해지는 것이 아니라, 지구에서 체중을 지탱하던 부위일수록 미세중력에서 훨씬 더 빨리, 더 심하게 손상된다는 사실을 보여준다. 연구에 참여한 생체공학자 루크마니 케이힐 박사는 "우주에서는 신체의 하중을 지탱하는 기능이 사라지기 때문에 뼈가 쓰임을 잃고, 그 결과 구조 자체가 붕괴하기 시작한다"며 "이는 뇌과학에서 말하는 '사용하지 않으면 퇴화한다'는 개념과 유사하다"고 밝혔다. 우주골다공증, 지구보다 10배 빠른 속도로 진행 중력에서 자유로워지는 것이 인간의 몸에 꼭 유익한 것만은 아니다. 실제로 우주에 다녀온 우주비행사들은 평균적으로 한 달에 1% 이상, 지구 평균보다 10배 가까운 속도로 골밀도를 상실하는 것으로 보고됐다. 이는 골다공증 노인 환자보다 더 빠른 속도이며, 수개월만 우주에 머물러도 수십 년 치의 골소실이 일어날 수 있다. 심지어 이번 실험의 실험쥐들은 골격 성장이 마무리되지 않은 젊은 개체들이었음에도, 미세중력에서 대퇴골 내 연골이 조기 골화되는 현상이 나타났다. 이는 뼈의 성장이 멈추고, 오히려 발육이 저해될 수 있다는 신호다. 방사선 탓 아니다⋯"골 소실 문제는 중력 부재" 이번 연구의 핵심은, 우주 공간에서의 뼈 손상이 단순한 우주 방사선, 빛 부족 등의 전신적 요인이 아니라는 점이다. 연구진은 대조군 쥐에게도 로켓 발사 시의 진동과 비행 조건을 모사했지만, 유의미한 골소실은 나타나지 않았다. 또한, 우주에서 쥐가 받은 일일 방사선량은 극히 낮았으며, 과거 방사선 단독 실험에서 골소실을 유도한 수준과 비교해도 수십 분의 일에 불과했다. 결국, 골밀도 저하의 본질적인 원인은 '중력이 없는 환경' 그 자체라는 결론에 가까워지고 있다. 해답은 '운동'⋯식이요법은 한계 이러한 우주골다공증 현상을 막기 위해, NASA는 단순한 식단 조절이나 칼슘 보충제보다 무중력 환경에서도 하중을 시뮬레이션할 수 있는 운동 기기의 활용에 주목하고 있다. 실제로 ISS에서는 러닝머신에 몸을 고정해 사용하는 방식의 운동이 도입되어 있으며, 향후 중력 모사 웨이트 트레이닝 기기도 확대될 전망이다. 인류가 화성이나 그 너머로의 장기 우주여행을 본격적으로 준비하고 있는 지금, 우주에서 모무는 동안 인간의 '뼈'는 최대 약점이자 극복 과제로 떠오르고 있다. 우주에서의 '골다공증'을 극복하지 못한다면, 미래의 우주인들은 먼 별보다 지구의 중력을 그리워하게 될지도 모른다.
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[우주의 속삭임(109)] 우주여행, 뼈에 '치명적 구멍'⋯NASA의 실험쥐가 보여준 골다공증의 미래
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[신소재 신기술(164)] "기술적 장애물 없다"⋯유럽, 17조원 규모 차세대 입자충돌기 건설 본격화
- 유럽입자물리연구소(CERN)는 2025년 3월 31일(이하 현지시간) 17조원 규모의 차세대 입자 충돌기 '미래 원형 충돌기(Future Circular Collider·FCC)' 건설과 관련해 "기술적 장애물은 없다"고 밝혔다. 이에 따라 세계 최대 규모의 입자가속기 건설 프로젝트가 본궤도에 오를 전망이다. CERN와 국제 협력 기관들은 이날 프랑스-스위스 국경을 관통하는 약 91km 길이의 순환형 가속기 터널 건설에 대한 다년간의 타당성 조사 결과를 발표하며, 기술적 측면에서 프로젝트 진행을 저해할 만한 중대한 문제는 발견되지 않았다고 전했다고 웹사이트 PHYS.org가 이날 보도했다. 이번 보고서는 전 세계 1000여명 이상의 물리학자와 공학자들이 참여했다. FCC 가속기는 현재 세계 최대 규모인 27km 길이의 대형강입자충돌기(LHC)의 세 배 이상 길이로, 평균 지하 200m에 위치하게 된다. LHC는 지난 2012년 '신의 입자'로 불리는 힉스 보손(Higgs boson)의 존재를 입증한 바 있다. 힉스 보손은 지금까지 발견된 입자 중 가장 단순하면서도 가장 난해한 성질을 지닌 입자로, 우리 존재의 근본을 이해하는 데 중대한 함의를 지닌다. 이 입자는 빅뱅 직후 극히 짧은 순간, 전자와 같은 기본 입자들이 질량을 얻게 한 메커니즘과 관련되어 있으며, 이를 통해 원자와 구조물 형성이 가능해졌다. 나아가, 우주의 운명과 현대 물리학의 미해결 문제들에 접근하는 실마리를 제공할 것으로 기대된다. 총 둘레 약 91km 규모로 설계된 FCC는 LHC보다 훨씬 높은 에너지에서 충돌 실험을 가능케 하며, 우주의 기원과 입자 질량 생성 메커니즘에 대한 과학적 탐구를 한층 진전시킬 것으로 기대된다. CERN에 따르면 FCC 연구 프로그램은 두 단계로 구성된다. 우선 힉스 보손, 약한 상호작용, 톱쿼크(Top quark)를 정밀 분석하기 위한 전자–양전자 충돌기 단계를 거쳐, 이후 약 100TeV의 전례 없는 충돌 에너지를 갖는 양성자–양성자 충돌기 단계로 발전한다. 이 두 단계는 2020년 개정된 유럽 입자물리학 전략의 최우선 과제에 부합하는 상호보완적인 물리학 프로그램으로 구성되어 있다. 파비올라 지아노티 CERN 사무총장은 AFP와의 인터뷰에서 "이번 프로젝트는 유럽이 기초과학 분야에서 글로벌 리더십을 유지하기 위해 반드시 필요하다"며 "특히 중국과의 경쟁이 현실화되고 있는 상황"이라고 강조했다. 이어 "FCC 프로젝트는 올바른 방향으로 잘 진행되고 있으며, 각국 정부의 자금 지원이 필요한 시점"이라고 덧붙였다. FCC는 LHC가 2041년 운용 종료 시점을 맞이함에 따라, 향후 유럽 내 기초과학 연구의 지속성과 선도성을 확보하기 위한 후속 프로젝트로 기획됐다. 현재 CERN은 23개 회원국과 이스라엘로 구성되어 있으며, 이들 국가가 오는 2028년까지 프로젝트 추진 여부 및 예산 배정을 결정할 예정이다. CERN은 모든 신규 프로젝트가 지속가능한 연구 인프라의 모범이 되도록 하겠다는 원칙을 천명했으며, 이에 따라 설계, 건설, 운영, 해체 전 단계에 생태설계(ecodesign) 원칙을 적용하겠다고 밝혔다. 보고서에는 FCC의 환경 영향을 최소화하는 동시에 사회에 이로운 신기술을 촉진하고, 에너지 재활용과 같은 지역 연계 시너지 개발 방안도 상세히 제시됐다. FCC 타당성 조사의 핵심은 충돌기 고리 및 관련 인프라의 배치에 있었다. 과학적 효용을 극대화하면서도 지역적 조화, 환경적 영향, 건설 여건 및 비용 등을 고려한 시뮬레이션이 진행되었으며, 무려 100개 이상의 시나리오가 개발 및 분석됐다. 그 결과로 선정된 최적안은 평균 깊이 200m, 총 둘레 90.7km의 원형 구조로, 지상에 8개의 지원 시설과 4개의 실험 구역이 포함된다. 하지만 일각에서는 프로젝트의 천문학적 비용과 환경적 영향에 대한 우려도 제기되고 있다. 전체 건설비는 150억 스위스프랑(약 17조 원)으로 추산되며, 독일 등 일부 회원국은 막대한 재정 투입에 부담을 느끼고 있는 것으로 알려졌다. 이에 대해 CERN 측은 전체 비용의 최대 80%까지 자체 예산으로 충당 가능하다고 설명했다. 환경 단체와 지역 주민들의 반대 목소리도 이어지고 있다. 프랑스 로슈쉬르포롱 지역의 낙농업자 티에리 페리야는 "충돌기 건설로 농장 부지 5헥타르가 수용될 위기"라며 반발했고, 프랑스·스위스 환경단체 연합 'CO-CERNes'는 "전기 소비량, 온실가스 배출량, 사업 규모 모두가 지나치다"며 부정적인 입장을 밝혔다. 그르노블 대학의 올리비에 세파스 박사는 "재정·생태·운영 면에서 모두 부담이 크다. 이보다는 소규모 과학 프로젝트에 대한 투자 확대가 바람직하다"고 지적했다. 반면, 툴루즈대 L2IT 연구소의 캐서린 비스카라 박사는 "우주의 기원과 힉스 입자의 역할 등 근본적 질문에 접근하기 위해서는 FCC 같은 장비가 필요하다"며 지지를 표명했다. 프랑스 페르네볼테르 지역에서는 FCC 건설로 인한 열 에너지 활용을 통한 도시 난방 계획이 거론되는 등, 지역 일자리 창출과 에너지 효율 개선 측면에서 긍정적 효과를 기대하는 시각도 존재한다. 다니엘 라포즈 시장은 "이 프로젝트가 중국이 아닌 유럽에서 진행되어야 한다. 그렇지 않으면 유럽의 과학 주도권이 약화될 것"이라고 말했다. FCC 프로젝트는 오는 수년간 각국의 정치적 결단과 사회적 합의, 그리고 기술적 세부 설계를 거쳐 최종 착수 여부가 결정될 예정이다. 유럽의 과학적 미래가 걸린 중대한 분기점이 도래한 셈이다.
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[신소재 신기술(164)] "기술적 장애물 없다"⋯유럽, 17조원 규모 차세대 입자충돌기 건설 본격화
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[우주의 속삭임(108)] 화성에서 긴 탄소 분자 사슬 발견, 고대 생명체 존재 가능성 시사
- 화성에서 최대 12개의 탄소 원자로 이루어진 사슬이 고대 호수 바닥으로 추정되는 지역에서 발견되어, 고대 생명체 존재 가능성을 더욱 높이고 있다. NASA의 큐리오시티 로버에 탑재된 샘플링 장비가 이번 발견을 이끌었으며, 국제 연구팀이 지구 실험실에서 결과를 검증했다고 과학 전문매체 사이언스 얼럿이 25일(현지시간) 보도했다. 이번 연구는 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)의 분석화학자 카롤린 프라이시네(Caroline Freissinet) 박사가 주도했다. 발견된 탄소 화합물 자체는 비생물학적 과정을 통해 생성되었을 가능성도 있지만, 수십억 년 전에 형성되었을 수 있는 긴 유기 분자를 화성 표면에서 식별할 수 있는 로버의 능력을 입증한다. 프라이시네 박사는 인터뷰에서 "깨지기 쉬운 선형 분자가 형성된 지 37억 년이 지난 후에도 화성 표면에 여전히 존재한다는 사실은 새로운 가능성을 제시한다. 수십억 년 전 지구에 생명체가 나타났을 때 화성에 생명체가 존재했다면, 오늘날에도 그 고대 생명체의 화학적 흔적을 발견할 수 있을 것이다"라고 설명했다. 화성 탐사선 큐리오시티의 주요 목표는 화성에 생명체가 존재했는지, 혹은 존재 가능성이 있었는지를 알려줄 단서를 수집하는 것이다. 게일 크레이터(분화구)의 퇴적암을 탐사하는 동안 큐리오시티는 염소 및 황 함유 유기 화합물과 질산염 등 다양한 흥미로운 퇴적물을 발견했으며, 이는 고대 암석에서 더 복잡한 생명체 지표가 발견될 수 있다는 가능성을 시사한다. 연구진은 컴벌랜드(Cumberland)라는 이암(머드스톤) 퇴적물에서 채취한 광물 샘플을 분석하기 위해 화학적 증강제를 사용하는 실험 절차를 이용했다. 실험 조건은 기체 크로마토그래피-질량 분석법을 위해 온도를 약 850°C(1,562°F)까지 올릴 때 연소 위험을 제한하기 위해 분자 산소를 제거하는 방식이었다. 분석 결과, 현재까지 화성에서 발견된 가장 긴 탄소 사슬 중 일부인 데케인(C10H22), 운데케인(C11H24), 도데케인(C12H26) 형태의 포화 탄화수소 사슬이 미량 검출됐다. 연구진은 실험실 조건에서 다양한 분석 실험을 수행하여, 샘플에 함께 존재했던 벤조산을 포함한 다른 유기 화합물로부터 화성과 유사한 광물 조건이 어떻게 탄소 사슬을 생성할 수 있는지 밝혔다. 어떤 경우든, 샘플 분석과 실험실 연구 모두 화성 머드스톤에 상당한 길이의 탄소 분자 사슬이 존재함을 강력하게 시사한다. 프라이시네 박사는 "검출된 분자는 10개, 11개, 12개의 선형 탄소 사슬로, 알케인 또는 탄화수소로 알려져 있다"며, "이는 최대 6개의 탄소로 구성된 원형 고리인 방향족 분자를 검출한 이전 결과와는 상당히 다르다. 원형 고리는 선형 분자보다 더 안정적이다"라고 덧붙였다. 만약 이 화합물이 실제로 암석에 존재했다면, 생명체의 도움 없이 수소와 일산화탄소와 같은 더 간단한 분자로부터 '생성'되었을 가능성이 있다. 그러나 생물학적 징후일 수 있는 더 복잡한 화합물의 분해를 포함한 다른 가능성을 고려해 볼 수도 있다. 예를 들어, 우리 몸에는 퇴적암에 보존될 수 있는 종류의 카르복실산이 풍부하게 존재한다. 연구진은 "비록 비생물학적 과정이 이러한 산을 형성할 수 있지만, 이들은 지구 및 어쩌면 화성의 보편적인 생화학적 산물로 간주된다"고 말했다. 이 연구는 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(108)] 화성에서 긴 탄소 분자 사슬 발견, 고대 생명체 존재 가능성 시사
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[우주의 속삭임(107)] 히말라야 상공에 펼쳐진 붉은 섬광, '레드 스프라이트'의 신비 풀리다
- 히말라야 산맥 위에서 펼쳐지는 희귀한 붉은색 번개, '레드 스프라이트(Red Sprite·붉은 요정)' 현상이 포착되어 학계의 비상한 관심을 모으고 있다. 이는 허구도 아니고, 단순한 애니메이션 캐릭터도 아닌, 뇌우 위 고층 대기에서 발생하는 실제 전기 방전 현상이다. 레드 스프라이트는 중간권에서 일어나는 전기적 현상이다. 50~90km의 고도에서 발생하는 붉은색-주황색 빛의 섬광으로 40km에 달하는 매우 큰 규모이지만 1밀리초 정도만 번쩍이기 때문에 포착하기가 매우 힘들다. 2022년 5월 19일 밤, 중국 천체사진작가 안젤 안(Angel An)과 둥 수창(Shuchang Dong)은 티베트 고원 남부 푸모용초(Pumoyongcuo) 호수 인근에서 100개가 넘는 레드 스프라이트의 장관을 카메라에 담았다. 이들은 해파리를 닮은 선명한 붉은 섬광뿐 아니라, '댄싱 스프라이트', 희귀한 2차 제트, 그리고 아시아 최초로 밤하늘 전리층 하부에서 녹색 대기광(green airglow·일명 '고스트 스프라이트')까지 포착하는 데 성공했다. 이 놀라운 사건은 전 세계 주요 언론의 주목을 받았다. 중국과학기술대학교 가오펑 루(Gaopeng Lu) 교수 연구팀은 최근 학술지 '대기과학 발전(Advances in Atmospheric Sciences)'에 발표한 논문을 통해 이 거대한 '스프라이트 불꽃놀이'의 원동력이 번개와 뇌우임을 밝혀냈다고 어스닷컴과 웹사이트 PHYS.org, IFL과학 등 다수 외신이 보도했다. 루 교수는 "이번 관측은 실로 경이로운 사건"이라며, "모(母)번개 방전을 분석한 결과, 거대한 규모의 대류 시스템(Mesoscale Convective System) 내에서 발생한 높은 첨두 전류의 양(+)극성 낙뢰가 스프라이트를 유발했음을 확인했다"고 설명했다. 이는 히말라야 지역의 뇌우가 지상에서 가장 복잡하고 강력한 상층 대기 전기 방전을 일으킬 수 있음을 시사한다. 연구팀은 상세 분석을 위한 정확한 시간 정보가 부족한 상황에서, 인공위성 궤적과 별자리 분석을 이용해 각 스프라이트가 나타난 시간을 정확히 파악했다. 이 기술은 미래의 레드 스프라이트 현상을 연구하는 방식에 영향을 미칠 수 있다. 데이터가 정확할수록 폭풍이 몰아치는 동안 상공에서 일어나는 일을 더 많이 알아낼 수 있다. 연구 결과, 모번개방전은 갠지스 평원에서 티베트 고원 남쪽 산기슭까지 뻗어 있는 대류 복합체의 층상 강수 지역내에서 발생했다. 이번 관측은 남아시아에서 단일 뇌우 동안 발생한 레드 스프라이트중 가장 많은 수를 기록했으며, 이는 이 지역의 뇌우가 미국 대평원 및 유럽 연안 폭풍과 유사한 상층 대기 방전 능력을 갖추고 있음을 보여준다. 나아가 이번 연구는 이러한 폭풍이 더욱 복잡한 방전 구조를 생성해 물리적, 화학적 영향이 큰 대기 결합 과정에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. ◇ 참고 문헌: Hailiang Huang et al., Massive Outbreak of Red Sprites in South Asia Observed from the Tibetan Plateau, Advances in Atmospheric Sciences (2025). DOI: 10.1007/s00376-024-4143-5
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[우주의 속삭임(107)] 히말라야 상공에 펼쳐진 붉은 섬광, '레드 스프라이트'의 신비 풀리다
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[우주의 속삭임(106)] 초기 우주에서 풍부한 산소 발견, 천문학계 '경악'
- 우주 탄생 후 불과 3억 년이라는 이른 시기에 형성된 것으로 추정되는 한 은하에서 기존 학설로는 설명하기 어려운 다량의 산소가 발견돼 천문학계가 놀라움을 금치 못하고 있다. 최근 관측된 JADES-GS-z14-0 은하는 수소와 헬륨보다 무거운 원소들이 초기 우주에는 극히 드물었을 것이라는 과학계의 통념을 뒤엎는 산소 풍부도를 나타냈다고 과학전문 매체 사시언스얼럿과 CNN 등이 20일(현지시간) 보도했다. 이는 초기 우주가 기존 예상보다 훨씬 빠르게 성숙했을 가능성을 시사하는 또 다른 강력한 증거로 제시되고 있다. 네덜란드 라이덴 천문대의 우주론 학자인 산더르 스하우스는 이번 발견에 대해 "마치 갓난아기들만 있을 것으로 예상되는 곳에서 청소년을 발견한 것과 같다"며 감격했다. 그는 "이번 결과는 해당 은하가 매우 빠르게 형성되었을 뿐만 아니라 빠르게 성숙하고 있다는 것을 보여주며, 은하 형성이 예상보다 훨씬 빠르게 진행된다는 증거가 점점 늘어나고 있음을 뒷받침한다"고 덧붙였다. JADES-GS-z14-0 은하의 존재 자체도 기존 우주론 모델에는 이미 상당한 문제였다. 은하가 탐지될 만큼 거대하고 밝아지기 위해서는 상당한 시간이 필요하다고 여겨졌기 때문이다. 134억 광년이 넘는 거리에서 관측될 수 있을 정도의 크기와 밝기는 기존 이론으로는 쉽게 설명하기 어려웠다. 수소와 헬륨보다 무거운 원소들의 형성에 시간이 걸린다는 점 또한 이번 발견의 중요성을 더한다. 빅뱅 직후 우주에는 수소와 헬륨만이 존재했으며, 밀도 차이로 인해 최초의 별들이 탄생했다. 별의 중심핵에서 수소 원자들이 융합하여 점차 무거운 원소들이 만들어지는 과정을 거쳐야 산소가 존재할 수 있게 된다. 특히, 이렇게 생성된 원소들이 우주 공간으로 퍼져나가기 위해서는 별이 수명을 다하고 초신성 폭발을 일으켜야 한다. 이는 비교적 짧은 시간 안에 일어날 수 있지만, 가장 무거운 별의 수명도 1천만 년 이하일 수 있다. 하지만 칠레 아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터 전파망원경(ALMA)을 이용한 관측 결과, JADES-GS-z14-0 은하에서 검출된 수소와 헬륨보다 무거운 원소의 양은 예측치의 10배나 되는 것으로 나타났다. 이는 원소 생성 속도 또한 기존 예상을 훨씬 뛰어넘는다는 것을 의미한다. 이탈리아 고등사범학교의 천체물리학자인 스테파노 카르니아니는 "예상치 못한 결과에 매우 놀랐으며, 이는 초기 은하 진화의 새로운 관점을 열어주었다"고 말했다. 그는 "갓 태어난 우주에서 이미 성숙한 은하의 증거는 은하가 언제 그리고 어떻게 형성되었는지에 대한 의문을 제기한다"고 강조했다. 우주가 팽창함에 따라 멀리 떨어진 은하에서 방출된 빛은 도플러 효과로 인해 붉은 파장으로 늘어난다. 제임스 웹 우주 망원경(JWST)은 이러한 적색편이된 천체를 탐지하는 데 최적화된 가장 강력한 적외선 우주 망원경이다. JWST 발사 이후 천문학자들은 빅뱅 후 첫 10억 년 동안 초기 우주에서 예상보다 훨씬 큰 은하들을 다수 발견했으며, 이는 초기 우주 진화에 대한 기존의 그림과는 매우 다른 새로운 관점을 제시하고 있다. JADES-GS-z14-0 은하에서의 산소 발견은 초기 우주에서 은하들이 기존 예상보다 훨씬 빠르게 성장하고 진화했다는 것을 점점 더 강력하게 시사하는 또 다른 중요한 단서가 될 것으로 보인다. 이제 과학자들은 이러한 빠른 성장이 우주론적 시간표를 어떻게 변화시키는지, 그리고 초기 우주에 대한 기존의 다른 가설들을 어떻게 재검토해야 할지에 대한 연구를 진행할 예정이다. 이번 연구 결과는 『천체물리학 저널(The Astrophysical Journal)』과 『천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)』 저널에 게재될 예정이며, 사전 공개 사이트인 arXiv를 통해 확인할 수 있다.
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[우주의 속삭임(106)] 초기 우주에서 풍부한 산소 발견, 천문학계 '경악'
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[우주의 속삭임(105)] 화성 지하에 대규모 물 존재 시사⋯지진 데이터 분석 결과
- NASA 인사이트호의 지진 관측 자료 분석 통해 지하 10~20km 깊이에 액체 상태 물 존재 가능성 강력히 제기 화성 지하에 광대한 양의 물 존재 가능성 시사하는 새로운 지진 데이터 분석 결과가 발표돼 학계의 주목을 받고 있다. 일본 히로시마 대학 연구팀이 미국 항공우주국(NASA)의 화성 탐사선 인사이트(InSight)호가 수집한 지진 데이터를 분석한 새로운 연구 결과에 따르면, 화성 지하 깊은 곳에 상당한 양의 액체 상태 물이 존재할 가능성을 강력하게 시사하고 있다고 스페이스닷컴이 전했다. 2024년, 연구진은 화성 지하 11.5~20km 깊이에 액체 상태의 물이 스며들어 있을 가능성을 제기했으며, 이는 화성 지진 발생 시 감지된 지진파의 속도를 근거로 한 주장이었다. 히로시마 대학의 카타야마 이쿠오 교수와 해양지구과학기술연구소의 아카마츠 유야 연구원은 인사이트호의 지진 자료를 분석하여 이러한 주장을 뒷받침하는 추가적인 증거를 발견했다. 카타야마 교수는 성명을 통해 "수많은 연구들이 수십억 년 전 고대 화성에 물이 존재했음을 시사한다"며, "하지만 우리의 모델은 현재 화성에도 액체 상태의 물이 존재함을 나타낸다"고 밝혔다. 이번 연구는 2018년부터 2022년까지 화성 표면에서 운영된 인사이트 미션의 지진 실험 장비(SEIS)가 수집한 지진 데이터를 기반으로 한다. SEIS는 화성에서 작동한 최초의 지진계로, 화성 지진으로부터 발생하는 세 가지 유형의 지진파(P파, S파, 표면파)를 감지했다. P파는 음파와 유사하게 앞뒤로 진동하며, S파는 진행 방향에 수직으로 위아래로 진동한다. 표면파는 연못의 잔물결처럼 화성 표면을 따라 이동한다. 새로운 연구는 지하 P파와 S파에 초점을 맞췄다. P파는 더 빠른 지진파이며, S파는 더 느리고 액체를 통과할 수 없다. 액체는 운동 방향에 수직인 진동을 허용하지 않기 때문이다. 이러한 두 가지 유형의 지진파를 측정하는 지진계는 신호의 강도와 지진계에 도달하는 데 걸린 시간을 통해 파동이 통과한 지하 매질(물 또는 암석 등)의 밀도와 구성을 파악하는 데 도움을 준다. 카타야마 교수와 아카마츠 연구원은 지진 데이터에서 10~20km 깊이에서 화성 내부의 특성이 갑자기 변하는 것으로 보이는 두 개의 전이 영역에 주목했다. 이 깊이는 이전 연구에서 액체 상태의 물의 증거가 발견되었다고 주장된 영역과 매우 유사하다. 이전에는 지구물리학자들이 이러한 전이 영역이 상부의 화산재와 하부의 충돌 분출물 사이의 차이, 그리고 20km 깊이에서 다공성 암석(틈과 공동으로 채워진 암석)에서 고체 암석으로의 변화를 나타낸다고 주장했다. 그러나 카타야마 교수와 아카마츠 연구원은 이러한 설명 외에 다른 요인이 작용한다고 주장한다. SEIS가 감지한 P파와 S파 분석 결과에 따르면, 10~20km 깊이의 다공성 암석 내 틈과 공동에 물이 존재한다는 것이다. 연구진은 지진 데이터 기반 가설을 검증하기 위해 스웨덴 뤼다홀름 지역의 섬록암(현무암과 유사한 화성 암석의 유사체)을 대상으로 실험을 수행했다. 실험 결과, 습한 조건에서 섬록암은 SEIS가 감지한 것과 유사한 지진 신호를 나타냈다. 이전 연구에서는 화성 지하 깊은 곳에 표면 전체를 1~2km 깊이의 바다로 덮을 수 있을 만큼의 물이 존재할 수 있다고 추정했다. 이러한 막대한 양의 액체 상태 물의 존재가 확인될 경우, "미생물 활동의 가능성"을 시사할 수 있다고 카타야마 교수는 언급했다. 안타깝게도 현재 기술로는 화성에 존재 가능한 물에 도달하거나 그곳에 존재할지도 모르는 생명체를 탐사할 방법이 없다. 따라서 화성의 물을 포함한 수많은 미스터리는 당분간 지하에 묻혀 있을 것으로 보인다. 카타야마 교수와 아카마츠 연구원의 이번 연구 결과는 저명한 과학 저널인 '지질학(Geology)'에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(105)] 화성 지하에 대규모 물 존재 시사⋯지진 데이터 분석 결과
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