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그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견
- 지자기(지구의 자기장)가 없으면 지구상에 생명체는 존재할 수 없다. 지자기는 유해한 우주(방사)선이나, 태양에서 방사되는 태양풍으로부터 인류를 포함한 생물을 보호하고 있기 때문이다. 그러나 현재까지 지구에서 자기장이 처음 형성된 시기에 대한 신뢰성 높은 연대값은 밝혀지지 않았다. 영국 옥스퍼드대와 미국 매사추세츠공대(MIT) 연구팀이 그린란드에서 지구 자기장의 역사를 한층 끌어올리는 명백한 증거를 발견했다고 포브스지가 보도했다. 연구팀은 그린란드 남서부 이스아 지역에 있는 태고의 바위 층을 조사했다. 이스아 바위 층에는 최초의 대륙군 경계를 따라 퇴적된 철을 많이 포함한 퇴적물과 마그마성 암석이 포함되어 있다. 철 입자는 매우 약한 자석으로 기능하며, 결정화 과정에 의해 고정화될 때 자기장의 강도와 방향을 모두 기록할 수 있다. 연구팀 분석 결과 이 암석에 37억 년 전 최소 15µT(마이크로테슬라) 이상의 자기장 강도가 기록돼 있는 것을 발견했다. 이는 현대의 자기장 강도인 30µT와 맞먹는다. 테슬라는 자기장의 세기를 나타내는 단위다. µT는 100만분의 1테슬라로 매우 미약한 자기장인데, 지구 자기장은 사람이 감지하지 못하는 매우 미약한 수준이다. 지구 자기장은 정확히 31.869µT이며 냉장고 모터 자석의 경우 5000µT에 달한다. 연구팀의 이번 분석 결과는 철을 포함한 암석 샘플 전체에서 얻은 가장 오래된 지자기 강도 추정치를 제공하고 있다. 이는 호주에서 채취된 34억~42억 년 전 암석에서 발견된 지르콘 결정만을 토대로 한 과거 연구에 비해 정확하고 신뢰성 있는 분석이라는 평가다. 팀을 이끌었던 옥스퍼드대 지구과학부 클레어 니콜스 교수는 “이렇게 오래된 암석에서 신뢰할 수 있는 기록을 추출하는 것은 매우 어려운 작업이었다. 오랜 시간 샘플을 분석해 자기장 신호가 나타난 것을 확인했다”면서 “이는 지구상에서 태고적 생명체가 처음 탄생할 무렵의 자기장 역할을 해명할 수 있는 중요한 진전”이라고 설명했다. 지자기는 내핵의 완만한 굳어짐에 따른 밀도 변화로 인해 유체의 외핵 속에서 녹은 철이 섞여 발전 작용이 생기면서 발생한다. 지구 형성 초기에는 고체 내핵이 아직 형성되지 않았기 때문에 초기 자기장이 어떻게 유지되었는지에 대해서는 여전히 밝혀지지 않았다. 그런데 이번 연구는 지구 초기의 발전을 구동하던 메커니즘이 현재의 지자기를 발생시키고 있는 고체화 과정과 같았음을 시사하고 있다. 또 이번 연구는 현재 알려진 형태의 지구 대기의 발달에서 지자기의 역할, 특히 가스의 대기 유출에 관한 새로운 정보를 제공할 가능성도 있다. 강한 자기장이 방패가 되어 대기가 태양풍에 의해 훼손되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 전하 입자나 원자를 가속해 우주 공간에 방사하는 것도 가능해진다는 것이다. 연구팀은 앞으로 캐나다, 호주, 남아프리카에 있는 다른 태고의 바위 층을 추가 조사함으로써 지구 대기 중 산소가 급증하기 약 25억 년 이전 시대의 지자기에 대해 분석을 진행할 계획이다. 태고의 지자기 강도와 변동성에 관한 이해는 지구 자기장이 지표면에서 생명체가 살아가는 데 필수적인지의 여부와 대기의 진화에서의 역할을 규명하는 핵심이 된다. 지자기의 강도는 비교적 일정하게 유지된 반면, 태양이 젊어 더 활동적이었던 과거에는 태양풍이 지금보다 매우 강력했던 것으로 알려져 있다. 결국 시간이 지나면서 태양풍으로부터 지표를 보호하는 작용이 강화됐으며, 그 결과 생물이 해양에서 벗어나 대륙으로 이동해 오늘날의 생명 생태계가 만들어졌음을 시사한다. 연구 결과는 '지구물리연구저널(Journal of Geophysical Research)'에 발표됐다.
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그린란드 암석에서 37억 년 전 지구 자기장 명백한 증거 발견
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[신소재 신기술(60)] 자가 치유 유리, 물과 펩타이드 혼합으로 새로운 가능성 제시
- 물과 펩타이드를 조합해 자가 조립 뿐만 아니라 자가 치유되는 유리가 개발돼 관련 업계의 이목을 집중시키고 있다. 이스라엘 텔아비브 대학교 및 네게브 벤구리온 대학교의 재료과학자 팀은 미국 캘리포니아 공과 대학 소속 연구팀과 협력해 특정 펩타이드와 물을 혼합하면 자가 조립 및 자가 치유가 가능한 유리가 생성되는 것을 발견했다고 PHYS가 전했다. '자가 치유 유리'는 외부 충격이나 손상으로 균열이나 파손됐을 경우, 특별한 조치를 취하지 않고도 스스로 원래 상태로 복구되는 능력을 가진 유리를 말한다. 마치 살아있는 생명체가 스스로 상처를 치유하는 것과 비슷한 개념이다. 자가 치유 유리는 특수한 화학 물질이나 구조를 활용해 개발된다. 예를 들면, 특정 물질이 균열 부위로 이동해 틈을 메우거나, 미세한 캡슐에 담긴 치유 물질이 파손시 방출돼 손상 부위를 복구하는 방식 등이 있다. 연구팀은 다른 단백질의 특성을 조사하던 중 우연히 자가 치유 유리를 발견한 것으로 알려졌다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다. 이탈리아 트리에스테 대학교의 실비아 마르케산(Silvia Marchesan)은 같은 저널에서 해당 유리의 특성과 잠재적 응용 분야를 설명하는 기고글을 실었다. 연구팀은 짧은 펩타이드를 복잡한 거대 분자의 기존 구성 요소와의 대체 가능성을 조사하던 중, 두 개의 페닐알라닌 잔기로 구성된 디펩타이드 분자와 물을 혼합했을 때, 상온에서 물이 증발하면서 스스로 조립(자가 조립)되는 초분자 비정질 유리가 생성되는 것을 발견했다. 이 발견은 과거 펩타이드 자가 조립 연구에서 주로 결정질 구조의 물질이 생성되었던 것과는 달리, 투명하고 유리와 유사한 특성을 보였다는 점에서 주목할 만하다. 연구팀은 이 새로운 유리의 특성을 분석하여 높은 강성과 더불어 자가 치유 및 접착력을 가지고 있음을 확인했다. 또한, 기존 유리와 동일한 수준의 투명도를 나타냈으며, 유리창이나 친수성 표면 코팅, 다양한 배율의 광학 렌즈 제작 등 정밀한 용도에도 활용될 수 있음을 밝혀냈다. 연구팀은 추가적인 연구를 통해 이 유리의 다양한 응용 분야를 탐색할 수 있을 것으로 기대했다. 특히 기존 상용 유리 제조 과정에서 요구되는 많은 에너지가 필요하지 않다는 점을 강조했다. 한편, 지난해 여름에는 자가 치유되는 금속이 발견됐다. 진공 환경에서 백금 나노 결정이 균열을 자가 복구하는 과정이 실험실에서 처음으로 관찰된 것. 미국 텍사스 A&M 대학교 마이클 뎀코비츠 박사가 2013년 에측했던 금속의 자가 치유 현상이 10년만에 발견되는 영화와 같은 일이 실제로 일어난 갓이다. 미국 샌디아 국립연구소(SNL)의 연구팀은 지난해 여름 나노 결정의 균열 실험 중 금속의 자가 치유 현상을 발견했으며, 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 금속의 자가 복구는 항공기 사고나 교각 붕괴 등으로 이어질 수 있는 '금속의 피로' 현상을 막을 수 있다.
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- 포커스온
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[신소재 신기술(60)] 자가 치유 유리, 물과 펩타이드 혼합으로 새로운 가능성 제시
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누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재
- 태평양의 외딴 섬에서만 자라는 작은 양치류가 지구상 존재하는 유기체 가운데 가장 큰 게놈을 보유, 기네스 세계 기록에 선정됐다고 사이언스얼라트가 전했다. 남태평양의 누벨칼레도니(영어명 뉴칼레도니아)에 서식하는 양치류(Tmesipteris oblanceolata)의 일종인 고사리가 그 주인공으로, 이 양치류는 세포액에 인간보다 무려 50배 이상 많은 DNA를 가지고 있는 것으로 나타났다. 연구팀의 분석에 따르면 폭이 1mm에 불과한 고사리 세포 중 하나의 DNA를 실처럼 풀면 길이가 106m까지 늘어난다. 이 DNA를 똑바로 세우면 런던의 명물 빅벤 타워(높이 96m)보다 더 높이 올라간다. 양치류의 게놈 무게는 무려 160기가염기쌍(Gbp)에 달했는데, 염기쌍(bp)은 DNA 길이를 측정하는 수치다. 즉 염기쌍은 수소 결합에 의해 서로 결합되는 2개의 핵염기로 이루어진 두 가닥 핵산의 기본 단위다. 종전까지 최장 기록 보유자는 일본의 혼슈가 원산지이며, 영국의 정원 등에서도 발견되는 화초인 파리 자포니카(Paris japonica)였다. 이번에 발견된 고사리 게놈은 이보다 7% 더 길다고 한다. 인간 게놈은 상대적으로 작은 3.1Gbps이다. 인간 DNA를 풀어낸다면 길이는 약 2m 정도 된다. 연구를 주도한 영국 왕립식물원 큐(Royal Botanic Gardens Kew) 연구원인 일리아 리치는 "이 분야에서는 이미 생물학적인 한계에 도달했다고 생각했지만, 발견된 고사리의 DNA가 파리 자포니카보다 더 큰 것을 확인하고 한계를 확장할 수 있었다"고 말했다. 키가 5~10cm까지 자라는 이 양치류는 프랑스령 태평양 지역인 뉴칼레도니아에서만 발견된다. 연구팀은 2023년 본섬인 그랑테르(Grand Terre)를 여행하고 현지 과학자들과 협력해 연구를 진행하고 '아이사이언스(iScience)' 저널에 결과를 게재했다. 인간의 몸에는 30조 개 이상의 세포가 있는 것으로 추정된다. 각 세포 안에는 DNA를 포함하는 핵이 존재한다. 이는 유기체가 어떻게 생존하는지 알려주는 지침서라고 할 수 있다. 유기체의 모든 DNA를 게놈이라고 한다. 지금까지 과학자들은 약 2만 종의 유기체의 게놈 크기를 추정했다. 숫자는 많아 보이지만, 사실 이는 지구상에 존재하는 생명체의 극히 일부에 불과하다. 동물 중에서는 표범 폐어(렁피시: 폐를 가진 물고기)의 DNA가 130Gbp로 가장 크다. 식물은 가장 큰 게놈을 가지고 있지만 믿기 어려울 정도로 작은 게놈을 가진 경우도 있다. 육식성 식물 겐리세아 속에서 가장 큰 종인 겐리세아 아우레오(Genlisea aurea)의 게놈은 0.06Gbp에 불과하다. 그러나 게놈의 길고 짧음에 비례해 우위가 나뉘는 것은 아니다. 모든 연구 결과는 거대한 게놈을 갖는 것이 오히려 단점이라는 사실을 보이고 있다. DNA가 많을수록 DNA를 모두 집어넣어야 할 세포의 크기는 커져야 한다. 식물의 경우 세포가 크다는 것은 잎의 구멍이 더 커야 한다는 것을 의미하며, 이는 잎이 천천히 자랄 수 있다는 것을 뜻한다. 또한 DNA의 새로운 복제가 더 까다로워 생식 능력이 제한된다. 이는 가장 거대한 게놈이 환경에 쉽게 적응하지 못하고 경쟁에 효과적으로 맞서 싸울 수 없는, 느리게 자라는 다년생 식물에서 발견된다는 것을 의미한다. 따라서 게놈 크기는 식물이 기후 변화, 토지 이용 변화 및 인간으로 인한 기타 환경 문제에 대응하는 방식에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 DNA가 유기체에서 실제로 어떻게 기능하는지 이해하기는 어렵다. 현재까지는 이번에 발견된 양치류처럼 거대한 게놈에서 DNA가 어떤 역할을 하는지 알 수 없다. 일부 학계에서는 이를 '정크 DNA(아무런 유전 정보를 갖고 있지 않은 쓰레기 DNA)'라고 무시하지만, 기능을 갖고 있는데 과학이 찾아내지 못했을 가능성도 크다. 따라서 이번 발견은 새로운 단계로의 출발을 의미한다고 아이오와 주립대 식물학자 조너선 웬델은 지적했다.
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누벨칼레도니 고사리, 지구상 가장 큰 게놈으로 기네스 등재
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[우주의 속삭임(6)] 게자리 소재 '슈퍼지구' 행성 둘러싼 두꺼운 대기 발견
- 지구로부터 41광년 떨어진 게자리 지역에 존재하는, 지구보다 8배나 무거운 암석 행성 슈퍼지구(Super Earth) 주변에서 두꺼운 대기층이 감지됐다는 보고서가 발표됐다. ‘55 켄크리 e’로 알려진 소위 슈퍼지구는 이산화탄소와 일산화탄소로 뒤덮인 상당한 대기를 지닌 태양계 외부의 몇 안 되는 바위 행성 중 하나다. 대기층의 정확한 양은 불분명하다. 지구의 대기는 질소, 산소, 아르곤 및 기타 가스가 혼합되어 있다. 캔자스 대학의 천문학자 이안 크로스필드 교수는 "이번 연구는 아마도 이 행성에 대기가 있다는 가장 확실한 증거일 것"이라고 말했다. 이번 연구는 켈리포니아공대 연구팀이 미국 항공우주국(나사·NASA)과 협력해 진행했으며, 결과는 '네이처' 저널에 게재됐다. 슈퍼지구는 지구보다 크지만 해왕성보다는 작은 행성의 크기를 나타낸다. 화씨 4200도(섭씨 2315도)까지 올라가는 행성의 고온은 이 곳에 생명체가 살 가능성이 매우 낮다는 것을 의미한다. 다만 과학자들은 이번 발견이 생명체가 살기 좋은 다른 행성이 존재할 수 있다는 유력한 신호라고 지적한다. 이 외계 행성은 지구보다 8배 더 무겁고, 코페르니쿠스 항성을 너무 가깝게 돌기 때문에 낮과 밤의 면이 영구적으로 존재한다. 1광년은 6조 마일(96조km)에 달한다. 행성 표면은 마그마로 덮여 있다. 연구팀은 대기의 구성을 확인하기 위해 행성이 별 뒤로 지나가기 전과 후의 웹 우주 망원경 관측 결과를 연구했다. 그들은 행성에서 방출되는 빛과 별을 분리하고 그 데이터를 사용해 행성의 온도를 계산했다. 행성의 열은 표면 전체에 고르게 분포되고 있었으며 이는 두터운 대기가 존재함을 알려 준다. 행성에 덮인 마그마에서 나오는 가스는 대기를 안정적으로 유지하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 우주과학자들은 이 슈퍼지구를 탐구하면 지구와 화성이 냉각된 마그마와 함께 어떻게 먼저 진화했는지에 대한 단서를 얻을 수 있다고 밝혔다. 나사 제트 추진 연구소의 행성 과학자이기도 한 렌위 후 박사는 "이번 결과로 우리는 행성 진화의 초기 단계를 들여다 볼 수 있다"고 말했다.
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[우주의 속삭임(6)] 게자리 소재 '슈퍼지구' 행성 둘러싼 두꺼운 대기 발견
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[우주의 속삭임(5)] '지구의 쌍둥이' 금성에서 물이 사라진 이유는?
- 행성을 연구하는 콜로라도대학 볼더 캠퍼스(University of Colorado Boulder)의 과학자들이 뜨겁고 사람이 살 수 없는 지구의 이웃 금성이 건조해진 이유를 밝혀 냈다고 PHYS가 보도했다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용해 행성 대기의 수소 원자가 ‘해리성 재결합(dissociative recombination)’이라고 알려진 화학반응을 통해 우주로 수분을 날려버렸다는 사실을 발견했다. 이로 인해 금성은 과거의 추정치에 비해 매일 약 두 배의 물을 잃게 됐다고 한다. ‘해리’는 전자의 충돌에 의해 분자가 작게 분해되는 현상이며 해리성 재결합은 그 역작용을 말한다. 이번 연구 결과로 은하계 전역의 수많은 행성에서 물이 어떤 현상을 일으키는지 설명할 수 있다는 평가다. 이 연구 결과는 최신 '네이처' 저널에 발표됐다. 지구상의 모든 물을 토스트에 잼을 바르듯 지구 전체에 뿌리면 약 3km 깊이의 물 층이 생긴다. 같은 방식을 금성에 적용하면 금성은 발가락이 젖을 정도인 3cm 정도가 된다. 연구팀원이었던 대기 및 우주 물리학 연구소(LASP) 연구원 마이클 채핀 박사에 따르면 금성은 크기와 질량이 지구와 같지만, 물은 지구보다 10만 배 적다고 한다. 연구팀은 컴퓨터 모델을 사용해 금성을 거대한 화학 실험실로 가정하고 행성의 소용돌이치는 대기에서 발생하는 다양한 반응을 관측했다. 관측에서 금성 대기층에 있는 HCO+(수소, 탄소, 산소 각각의 원자 하나로 구성된 이온)라는 분자가 금성의 물 상실의 원인일 수 있다는 결과가 나왔다. 연구팀원인 LASP 에린 캔지 박사는 ”이번 발견을 통해 한때 지구와 거의 동일한 것으로 보였던 금성이 오늘날 이처럼 마른 이유에 대한 새로운 힌트를 제시했다“고 말했다. 캔지는 금성이 과거에도 사막이었던 것은 아니라고 지적했다. 과학자들은 수십억 년 전 금성이 형성될 때 금성에도 지구만큼 많은 물이 있었을 것으로 추정하고 있다. 그러나 어느 순간 재앙이 닥쳤다. 금성 대기의 이산화탄소 구름은 태양계에서 가장 강력한 온실효과를 일으켰고, 결국 표면 온도를 섭씨 480도까지 올렸다. 그 과정에서 금성의 모든 물은 증발했고 대부분 우주로 날아갔다. 그러나 당시의 증발은 금성이 오늘날처럼 완전히 건조한 이유나 계속해서 우주로 물을 상실하는 이유는 설명해 주지 못한다. 물병에 담긴 물을 버려도 여전히 일부 물기는 남아 있는데, 금성의 경우 지금은 남은 물방울도 거의 모두 사라졌다. 새로운 연구에 따르면 그 범인은 바로 HCO+라는 것이다. 연구팀은 금성의 상층 대기에서 물이 이산화탄소와 혼합되어 HCO+ 분자를 형성한다고 설명했다. 이전 연구에서도 연구원들은 HCO+가 화성이 많은 양의 물을 잃는 원인일 수 있다고 발표한 바 있다. 금성에서 HCO+는 대기에서 지속적으로 생성되지만, 오랫동안 잔존하지 못한다. 대기 중의 전자는 이러한 HCO+ 이온을 찾아 재결합하여 원자들을 분리한다. 그 과정에서 수소 원자는 우주로 빠르게 빠져나갈 가능성이 높아진다. 즉, 금성에서 물의 두 가지 구성 요소인 수소와 산소 중 하나인 수소를 빼앗아 가는 것이다. 물이 줄어들 수밖에 없는 상황이다. 연구팀은 금성의 건조 상태를 확실하게 설명할 수 있는 유일한 방법은 금성이 대기에 예상보다 많은 양의 HCO+를 보유하고 있는지의 여부라고 판단한다. 아직 금성 주변에서 HCO+의 양을 관측한 사례는 없다. 이번 연구 결과가 사실임이 증명되려면 HCO+가 실제로 금성 대기에서 가장 풍부한 이온이라는 것을 증명하는 것이라고 채핀은 말했다. 화성으로 향했던 우주 미션은 또 다른 변화를 맞이하고 있다. 최근 몇 년 동안 점점 더 많은 우주 프로젝트가 금성을 목표로 하고 있다. 나사(NASA)가 계획한 비활성 가스, 화학 및 이미징에 대한 금성 대기 조사(다빈치, DAVINCI) 임무는 탐사선을 금성의 대기를 통해 금성 표면에 착륙시키는 것이다. 캔지는 "금성에 대한 프로젝트는 많지 않았지만 새로 계획된 임무들은 수십 년의 경험을 활용해 극한의 행성 대기, 진화 및 생명체 거주 가능성을 탐구할 것”이라고 기대했다.
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[우주의 속삭임(5)] '지구의 쌍둥이' 금성에서 물이 사라진 이유는?
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[신소재 신기술(35)] 혁신적인 미사일 기술, 군사 기술·컴퓨터 파괴하지만 인명 피해는 최소화
- 군사 장비나 컴퓨터를 골라서 파괴하지만 사람은 죽이지 않고 인명 피해를 최소화하는 혁신적인 미사일 '챔프(CHAMP)'가 개발됐다. 챔프(CHAMP)는 대전자 고출력 마이크로웨이브 첨단 미사일 프로젝트(Counter-Electronics High Power Microwave Advanced Missile Project)의 약자로 미 공군 연구소에서 개발한 공동 개념 기술 실증 프로그램이다. 다시 말하면 CHAMP는 일종의 고출력 전자레인지인 '고출력 마이크로파 에너지 펄스' 이용해 컴퓨터를 파괴하기 위해 제작된 미사일이다. 미국 국방 전문 매체 포스 넷(Forces net)에 따르면 CHAMP 미사일의 목적은 사망자를 발생시키지 않고 적의 군사 능력을 사실상 쓸모없게 만드는 것이다. 즉, 이 프로젝트는 적의 전자 시스템을 무력화시키는 것이 목표다. CHAMP는 미 공군 연구소(Air Force Research Laboratory)에서 처음 개발한 후 보잉의 국방 및 보안 부문 첨단 프로토타입 제작 부문인 보잉의 팬텀 웍스(Phantom Works)가 제작한 것으로 알려졌다. 이 무기에 대해서는 알려진 바가 거의 없지만 공중 발사 순항 미사일에 장착되어 B-52 폭격기에 의해 전달되는 것으로 전해져 있다. CHAMP 미사일은 적 영공에 진입하면 낮게 유지되며 특정 목표를 겨냥하여 고출력 마이크로파 에너지 펄스를 방출해 중요한 전자 장비를 비활성화한다. 이러한 고출력 마이크로파 폭발로 손상을 입히지 않고 전자 장치를 튀겨버려 순식간에 컴퓨터를 마비시킬 수 있다. 미국이 이 무기를 어디에 배치하고 있는지, 누구와 기술을 공유했는지는 확실하지 않다. 간단히 설명하자면, CHAMP는 고출력 마이크로파 방출기를 장착한 미사일을 개발하는 프로젝트다. 이 미사일은 기존의 폭발물을 사용하지 않고도 적의 전자 시스템을 교란하거나 손상시키기 위해 발사할 수 있다. 또한 무인 시스템으로 설계되어 조종사가 탑승하지 않고도 발사 및 작동할 수 있다. 이란 당국자 두 명은 이 공격이 이스파한주 인근의 군사기지 내 S-300 대공 시스템을 타격했다고 밝혔다. 뉴욕타임스가 분석한 위성 이미지에 따르면, 이스라엘의 무기는 이스파한의 제8 셰카리 공군 기지에 위치한 S-300 대공 시스템의 레이더를 타격했다. 그에 앞서 이스라엘은 지난 13일 이란의 공격에 대응하여 그보다 적은 무기를 사용해 이란의 방어망을 우회하고 무력화시킬 수 있음을 보여줬다. NYT는 이스라엘의 이번 공격에 사용된 정확한 무기 유형이 어떤 것인지 불확실하다고 밝혔다. 다만 서방 당국자 세 명과 이란 당국자 두 명은 이스라엘이 여러 드론과 적어도 하나의 공대지 미사일을 사용했다고 전했다. 이에 반해, 이란 당국자들은 이번 공격이 소형 드론에 의한 것이었다고 주장했다.
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[신소재 신기술(35)] 혁신적인 미사일 기술, 군사 기술·컴퓨터 파괴하지만 인명 피해는 최소화
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왼손잡이, "희귀 유전자 변이가 연관되어 있다"는 주장 제기
- 특정 유전자의 변이체가 인간의 왼손잡이 발달과 연관되어 있다는 사실이 드러났다. 이러한 변이체가 왼손잡이와 같이 인간의 신체적 특성을 어떻게 바꾸는지를 알게 되면, 유전자가 어떻게 사람들을 신경발달 장애를 갖거나 신경퇴행성 질환을 일으키는지와 같은 수수께끼를 푸는 실마리를 제공할 수 있을 것이라고 사이언스 온라인판이 전했다. 네덜란드 막스 플랑크(Max Planck Institute) 심리언어학 연구소 팀이 35만 명 이상의 유전자 데이터를 분석한 결과 뇌 관련 신경퇴행성 장애나 왼손잡이를 결정짓는 희귀한 코딩 요소 사이의 몇 가지 가능한 연관성들을 발견했다. 이번 연구는 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다. 인간 손의 거울 반사와 같은 제한된 방향성은 생물학에서 흔한 현상이다. 즉, 좌우 개념으로 나타나는 1쌍의 거울 상체가 존재하는 물체의 특징이다. 분자조차도 종종 일관된 방향성을 가지고 있는데, 이를 키랄성(분자 비대칭성)이라고 한다. 예를 들어, 단백질의 구성 요소는 일반적으로 왼손잡이로 설명되는 구조를 가지고 있는 반면, 모든 생명체에서 자연적으로 발견되는 DNA는 오른손잡이 방식으로 꼬인다. 전체 인구 10%만 왼손잡이 그러나 자연이 왜 특정한 꼬임을 선호하는지는 명확한 것은 아니다. 똑같이 유용한 두 손과 팔을 갖고 있는 사람들은 오른손잡이이거나 왼손잡이일 가능성이 같아 보인다. 즉 50대 50이라는 얘기다. 그러나 전체 인구의 약 10%만이 왼손잡이다. 왼손잡이는 특정 신경발달 장애를 가진 사람들 사이에서 더 많이 발생하며, 왼손잡이와 언어는 밀접하게 관련되어 있다. 사람의 유전자와 관련된 증거가 점점 늘어나면서 광범위한 연구가 진행됐다. 쌍둥이를 대상으로 한 연구에 따르면 왼손잡이는 4명 중 1명꼴로 유전되는 것으로 나타났다. 왼손잡이냐 오른손잡이냐를 유발하는 뇌 비대칭은 어릴 때부터 형성되기 시작하며, 아기가 아직 자궁에 있는 동안에도 진행된다. '왼손잡이 결정' 유전자 탐구 연구팀은 왼손잡이 결정에 관여하는 유전자를 탐구했다. 2019년 40만 가지의 개인 기록에 대한 연구에서 왼손잡이와 관련된 첫 4개의 유전자 영역이 밝혀졌다. 2020년에는 170만 명이 넘는 사람들을 대상으로 한 게놈 연구에서 왼손잡이에 영향을 미치는 41개의 유전자 변이가 발견됐다. 연구팀은 희귀 유전자 변이가 왼손잡이에 미치는 영향을 확인하기 위해 영국 바이오뱅크에 있는 35만 명 이상의 유전 데이터를 조사했다. 왼손잡이 3만 8043명과 오른손잡이 31만 3271명을 대상으로 조사가 진행됐다. 팀은 왼손잡이와 관련된 특정 유전자를 검색하고, 희귀한 유전자 변화가 왼손잡이 결정에 얼마나 영향을 미칠 수 있는지를 계산했다. 연구팀은 희귀한 코딩 변종을 가진 왼손잡이의 유전율이 약 1%라는 것을 발견했다. 연구팀은 또 왼손잡이가 미세소관을 만드는 튜불린을 코딩하는 TUBB4B라는 유전자에 희귀한 코딩 변이를 가질 확률이 2.7배 더 높다는 사실도 발견했다. 튜불린은 세포골격을 구성하는 미세소관의 단위체이며, 미세소관은 뉴런 발달, 이동 및 가소성에 중요하다. 자폐증, 왼손잡이 비율 더 높아 미세소관이 왼손잡이나 오른손잡이 결정에 어떻게 영향을 미치는지는 아직 불투명하다. 그러나 미세소관이 뇌 발달 초기에 세포 키랄성에 영향을 미치며, 이에 따라 뇌 왼쪽의 장기 내재적 형성에 기여할 수는 있다고 한다. 연구팀은 특히 자폐증과 관련된 두 유전자(DSCAM과 FOXP1)에 변이가 있는 사람들이 왼손잡이가 될 가능성이 훨씬 더 높다고 지적했다. 대부분의 왼손잡이는 자폐증이 없지만, 자폐증 중 왼손잡이의 비율이 더 높은 것은 드문 유전자 변화 때문일 수 있다는 설명이다. DSCAM 또는 FOXP1 유전자 돌연변이가 자폐증에 영향을 미치는 경우 뇌의 좌우 축 발달 변화가 원인의 일부일 가능성도 있다는 지적이다. 이 연구는 왼손잡이에서 희귀한 단백질 변형 변이의 역할을 밝혀 미세소관과 신경발달 장애 등과 관련한 유전자에 대한 추가 데이터를 제공한다는 데 의미가 크다는 평가다. 연구팀은 희귀 변이 연관 매핑이 왼손잡이에 더 많은 유전자를 포함할 가능성이 높다고 추정하고 있다.
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왼손잡이, "희귀 유전자 변이가 연관되어 있다"는 주장 제기
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목성의 위성 유로파, 얼음 지각 두께 최소 20km
- 미국 천문학자들이 목성의 얼음 위성인 유로파의 얼음 지각 두께가 최소 20km(킬로미터)에 달한다고 밝혔다. 행성 과학자들은 최근 충돌 크레이터(분화구) 이미지와 물리 법칙을 이용해 유로파의 얼음 두께를 측정했다. 유로파는 얼음 지각으로 둘러싸인 지구의 두 배에 달하는 바닷물이 있는 암석의 위성이다. 과학자들은 오랫동안 유로파가 태양계에서 외계 생명체를 찾기에 가장 좋은 곳 중 하나라고 추정했다. 생명체의 존재 가능성과 성격은 얼음 껍질의 두께에 따라 크게 달라지는데, 천문학자들은 아직 이 부분을 밝혀내지 못했다. 20일(이하 현지시간) 과학전문 웹사이트 피즈닷오그(Phys. ORG)에 따르면 미국 퍼듀대학교 과학대학 지구, 대기 및 행성 과학과의 브랜든 존슨 부교수와 연구 과학자 시게루 와키타 등 행성 과학 전문가로 구성된 연구팀이 유로파의 얼음 지각의 두께가 최소 20km에 달한다고 발표했다. 또다른 매체 IFL사이언스도 이날 갈릴레오 탐사선의 데이터 분석에 따르면 유로파의 바다를 보호하는 얼음 지각의 두께는 최소 20km에 달하는 것으로 시사한다고 전했다. 행성 과학자들은 유로파의 대형 분화구를 연구하고 다양한 모델을 실행하여 어떤 물리적 특성의 조합이 그와 같은 표면 구조를 만들 수 있는지 조사했다. MIT의 시게루 와키타(Shigeru Wakita) 박사가 이끄는 팀은 유로파의 '타이어(Tyre)'와 '칼라니쉬(Callanish)'로 알려진 두 개의 분지가 지각 두께를 결정하는 데 핵심이 될 수 있음을 발견했다. 타이어(Tyre)와 칼라니쉬(Callanish)는 모두 다중 고리 분지다. 와키타 박사와 연구팀은 적절한 크기의 소행성이 서로 다른 두께의 지각에 충돌할 때 어떤 일이 일어날지 모델링하고 두께가 20km 이상인 얼음만이 유로파 표면과 같은 결과를 가져올 것이라고 추정했다. 이 연구는 학술 저널 ‘사이언스 어드밴스’에 게재됐다. 와키타 박사는 "유로파의 이렇게 큰 분화구에 대한 연구는 이번이 처음이다"라고 말했다. 그는 "이전 추정치에서는 두꺼운 바다 위에 매우 얇은 얼음층이 있는 것으로 나타났다. 그러나 우리 연구에 따르면 두꺼운 얼음층이 있고, 그 두께가 너무 두꺼워 이전에 논의되었던 얼음 대류가 일어났을 가능성이 높다"고 설명했다. '얼음 대류(Ice convection)'는 얼음 내부에서 열이나 다른 물리적 성질의 차이로 인해 발생하는 물질의 이동 과정을 말한다. 얼음 대류의 기본 원리는 물질이 온도에 따라 밀도가 변한다는 점에 기반한다. 이 현상은 특히 대규모 얼음층이나 얼음이 두꺼운 행성의 위성, 예를 들어 유로파와 같은 곳에서 중요한 역할을 할 수 있다. 얼음 대류는 얼음의 내부나 얼음과 액체 물 사이에서 열을 전달하는 중요한 메커니즘 중 하나다. 유로파의 얼음 층 아래에 있는 액체 물이 얼음 층과 접촉하는 부분에서 얼음을 녹이면 상대적으로 더 따뜻한 물이 위로 상승하고, 냉각되어 얼음이 될 때 다시 내려갈 수 있다. 과학자들은 오랫동안 유로파의 얼음 두께에 대해 논쟁을 벌여왔지만, 아무도 직접 방문해서 측정한 적이 없다. 이에 과학자들은 유로파의 얼음 표면에 있는 크레이터(분화구)를 활용했다. 존슨 박사는 1998년 유로파를 탐사한 우주선 갈릴레오의 데이터와 이미지를 사용해 충돌 크레이터를 분석해 유로파의 얼음 지각 구조를 분석했다. 행성 물리학 및 거대 충돌 분야의 전문가인 존슨은 태양계의 거의 모든 주요 행성을 연구해 왔다. 그는 "충돌 크레이터는 행성을 형성하는 가장 보편적인 표면 과정"이라며 "분화구는 우리가 지금까지 본 거의 모든 고체에서 발견된다. 분화구는 행성을 변화시키는 주요 동인"이라고 부연했다. 존슨은 "유로파의 분화구의 크기와 모양을 이해하고 수치 시뮬레이션으로 그 형성을 재현함으로써 얼음 지각의 두께에 대한 정보를 유추할 수 있다"고 덧붙였다. 유로파는 얼어붙었만, 빙하 속에는 바위로 이루어진 핵이 있다. 하지만 얼음 표면은 정체되어 있지 않다. 해양의 판구조론과 대류, 얼음 때문에 유로파는 표면이 자주 바뀐다. 유로파는 표면에 크레이터가 거의 없는 특이한 위성으로 얼음 지각이 계속해서 새로 생성되면서 크레이터를 없앴다는 주장이 힘을 얻고 있다. 이는 지표면 자체의 나이가 5000만 년에서 1억 년에 불과하다는 것을 의미하는데, 인간과 같이 수명이 짧은 생물에게는 오래된 것처럼 보이지만 지질학적 시기로 보면 젊다는 지적이다. 표면이 매끄럽고 젊다는 것은 분화구가 명확하게 구분되어 있고 깊지 않다는 것을 의미한다. 분화구는 유로파의 암석 중심부에 대한 많은 정보를 전달하기보다는 얼음 지각과 그 아래 존재할 수 있는 수중 바다에 대해 더 많은 것을 담고 있다. 존슨은 "얼음의 두께를 이해하는 것은 유로파의 생명체 존재 가능성에 대한 이론을 세우는 데 필수적이다"라고 말했다. 그는 "얼음 지각의 두께는 그 안에서 어떤 과정이 일어나고 있는지를 제어하며, 이는 지표와 바다 사이의 물질 교환을 이해하는 데 매우 중요하다. 이는 유로파에서 일어나는 모든 종류의 과정을 이해하는 데 도움이 되며, 생명체의 가능성을 이해하는 데도 도움이 될 것"이라고 말했다. 국립과천과학관에 따르면 천문학자들은 이전 연구를 통해 목성의 위성인 유로파, 가니메데, 칼리스토에 지구의 바다보다 6배나 되는 양의 물을 표면 아래에 품고 있다는 사실을 발견했다. 생명체가 살기 위해서는 물, 원소, 에너지라는 3가지 요소가 필요하다. 외행성계 위성에는 이 3가지 요소가 적절하게 있는 것으로 추측되고 있다. 목성은 태양에서 멀기 때문에 표면 온도가 영하 110도이며, 목성의 위성인 유로파의 표면 온도는 영하 220도에 이른다. 유로파의 얼음 지각의 두께는 생명체가 존재할 수 있는 잠재적인 물 존재의 환경을 숨기고 있을 수 있다. 물 존재는 행성에서 생명의 가능성을 탐색하는 데 있어 중요한 요소 중 하나가 될 수 있다. 그러나 실제로 생명체가 존재하는지 여부를 확인하기 위해서는 유로파에 대한 추가적인 탐사와 연구가 필요하다.
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목성의 위성 유로파, 얼음 지각 두께 최소 20km
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중국, 달 뒷면 탐사 지원 위해 위성 발사
- 중국이 달 뒷면 탐사를 지원하는 위성을 발사했다. 중국 국가우주국에 따르면, 중국 남부 하이난성의 원창 발사장에서 베이징 시간으로 오전 8시 31분에 창어 2호 중계 위성이 창어 8호 로켓에 실려 궤도에 진입했다고 로이터통신과 타임 등 다수 외신이 보도했다. 관영 언론은 20일 까치로 만든 신화 속 다리의 이름 오작교를 딴 1.2미터 톤급 퀘차오 2호(Queqiao-2)와 소형 위성 톈두 1, 2호를 탑재한 창어 8호 로켓이 남부 하이난성에서 발사됐다고 보도했다. 1.2톤급 이 위성은 올해 상반기에 달의 뒤쪽을 탐사할 예정인 중국 우주선 창어 6호와 통신을 주고 받는 데 필요하다. 달의 가까운 쪽은 항상 지구를 향하고 있지만 달의 뒤쪽은 가시선이 없기 때문에 데이터를 전송할 수 없다. 즉, 달의 뒤쪽은 지구와 마주 보지 않기 때문에 창어 6호는 지구와 신호를 주고받기 위해 퀘차오 2호를 사용해야 한다. 중국은 2019년 달의 뒤쪽에 착륙한 최초이자 지금까지 유일한 국가가 됐다. 창어 2호는 2026년 창어 7호와 2028년 창어 8호의 달 탐사를 위한 중계 플랫폼으로도 활용될 예정이다. 2040년까지 창어 2호는 달 탐사 및 화성, 금성 등 다른 행성 탐사를 위한 통신 교량 역할을 하는 중계 위성 군의 일부가 될 것이다. 또한 달의 남극에 건설 예정인 중국의 연구 기지에 통신, 내비게이션, 원격 감지 기능을 지원할 예정이다. 또한 창어 2호는 미국, 인도, 일본 등 다른 나라에서 배치한 6개의 궤도선과 합류할 계획이다. 창어 2호의 설계 수명은 최소 8년으로, 중국이 달에 첫 우주인을 착륙시킬 것으로 예상되는 2030년 이후에도 달 임무를 지원할 수 있을 것으로 보인다. 이 위성은 달의 남극에 근접한 궤도에 진입하여 중국이 연구 전초기지를 건설할 것으로 예상된다. 달의 남극은 물이 존재하는 지역으로 알려져 있다. 물의 존재는 생명체 존재를 시사해 달 남극 지역은 인도와 미국 등 우주 강국의 주목을 받고 있다. 2008년 인도 탐사선 찬드라얀 1호가 달 표면에 퍼져 있고 극지방에 집중된 수산기 분자를 감지하면서 달에 물이 존재하는 것이 알려졌다. 물은 인간의 생명에 필수적이다. 또 수소와 산소의 원천이 될 수 있고 로켓 연료로 사용될 수 있다. 달에는 물을 비롯해 헬륨-3, 스칸듐, 이트륨 등 희토류 금속이 있다. 보잉의 연구에 따르면 달에는 스마트폰, 컴퓨터 및 첨단 기술에 사용되는 희토류 금속인 스칸듐, 이트륨 및 15란타나이드 등이 존재한다. 달에 물이 존재한다는 것은 주요 우주 강대국에 큰 영향을 미친다. 인간 생명에 필수적인 물의 존재로 인해 인간이 행성에 더 오래 머물면서 달 자원을 채굴할 수 있게 할 것으로 보인다. 올해 말 발사될 예정인 '창어 6호'는 달의 뒷면에서 처음으로 샘플을 채취해 지구로 가져올 계획이다. 또한, 중국은 2040년까지 달 남극에 영구적인 국제 연구 기지를 구축하기 위한 목표를 세우고 있다. 중국과 미국 양국은 모두 2030년까지 우주 비행사를 달에 보낼 계획을 세우고 있다.
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중국, 달 뒷면 탐사 지원 위해 위성 발사
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제임스 웹 우주망원경, 원시 별에서 에탄올과 얼음 성분 발견
- 제임스웹 우주 망원경이 행성 형성 초기 단계의 젊은 두 개의 원시별에서 메탄과 아세트산 등 다양한 복합 유기 분자를 발견했다. 웹 스페이스 텔레스콥은 13일(현지시간) 국제 천문학 연구이 미국 항공우주국(NASA·나사)의 제임스 웹 우주망원경을 이용하여 항성 형성 초기 단계인 두 개의 원시 별 IRAS 2A와 IRAS 23385 주변에서 복합 유기 분자(COMs)를 포함한 다양한 얼음 화합물을 발견했다고 밝혔다. 이 연구는 이전의 암흑 성운 연구에서 탐지된 다양한 얼음체 연구를 기반으로 이루어졌다. 연구팀이 웹의 중적외선 망원경(MIRI)을 사용해 검출한 복합 유기 분자에는 에탄올(알코올)과 아세트산(식초의 주성분)이 포함된다. 이는 잠재적으로 생명체가 거주할 수 있는 환경을 형성하는 데 중요한 물질들이다. 이번 연구는 이러한 복합 유기 분자가 얼음 상태에서 형성될 수 있다는 것을 시사하며, 우주에서의 복합 유기 분자 생성 과정에 대한 이해를 넓혀줄 것으로 기대된다. 네덜란드 라이덴 대학교의 팀 리더인 윌 로차(Will Rocha)는 "이 발견은 천체화학의 오랜 질문 중 하나에 기여한다"고 말했다. 로차 박사는 "우주에 존재하는 복잡한 유기 분자, 즉 COM의 기원은 무엇일까? 기체 상에서 만들어질까, 아니면 얼음에서 만들어질까? 얼음에서 COM이 검출된 것은 차가운 먼지 입자 표면의 고체상 화학 반응이 복잡한 종류의 분자를 만들 수 있음을 시사한다"라고 설명했다. 이번 연구에서 고체상에서 검출된 COM을 포함한 여러 COM은, 이전에는 따뜻한 기체상에서 검출되었기 때문에 얼음의 승화에서 비롯된 것으로 추정된다. 승화란 액체가 되지 않고 고체에서 바로 기체로 변하는 것을 말한다. 따라서 천문학자들은 얼음에서 COM을 검출함으로써 우주에 존재하는 다른 더 큰 분자의 기원에 대한 이해를 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 과학자들은 또한 원시 별 진화의 훨씬 후기 단계에서 이러한 COM이 행성으로 어느 정도까지 운반되는지 탐구하기를 원한다. 차가운 얼음 속의 COM은 따뜻한 기체 분자보다 분자 구름에서 행성을 형성하는 원반으로 운반하기가 더 쉽다고 여겨진다. 따라서 이러한 얼음 COM은 혜성과 소행성에 포함될 수 있으며, 이는 형성되는 행성과 충돌하여 생명체가 번성할 수 있는 재료를 제공할 수 있다. 또한 연구팀은 개미에 쏘였을 때 타는 듯한 느낌을 주는 개미산, 메탄, 포름알데히드, 이산화황 등 더 간단한 분자도 검출했다. 연구에 따르면 이산화황과 같은 황 함유 화합물은 원시 지구의 대사 반응을 주도하는 데 중요한 역할을 했을 가능성이 있다. 특히 연구 대상 중 하나인 저질량 원시 별 IRAS 2A는 우리 태양계의 초기 단계와 유사할 수 있다는 점이 주목할 만하다. 이 원시 별 주변에서 발견된 화합물들은 우리 태양계 형성 초기 단계에 존재했고, 이후 원시 지구로 운반되었을 가능성이 있다. 과학 프로그램의 조정자 중 한 명인 라이덴 대학교의 이원 반 디스호크(Ewine van Dishoeck)는 "이 모든 분자들은 원시 별이 진화함에 따라 얼음 물질이 행성을 형성하는 원반으로 안쪽으로 운반될 때 혜성과 소행성의 일부가 될 수 있으며 결국 새로운 행성계가 될 수 있다"고 말했다. 연구팀은 향후 관측 자료를 통해 우주화학적 진화 과정을 단계별로 더욱 명확하게 규명할 것을 기대하고 있다. 이 연구는 '천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)' 저널에 게재됐다.
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제임스 웹 우주망원경, 원시 별에서 에탄올과 얼음 성분 발견
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'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?
- 생분해성 혹은 식물 기반의 바이오 플라스틱은 급성장하고 있지만 여전히 기후 및 화학 물질에 대한 우려가 제기됐다. 환경건강뉴스(EHN)은 지난 11일(현지시간) 바이오 플라스틱은 미국 멕시칸 푸드 프랜차이즈 치폴레의 퇴비화 가능한 부리또 그릇부터 코카콜라의 식물성 병, 슈퍼마켓의 불투명한 농산물 봉투에 이르기까지, 식품 산업 전반에 걸쳐 확산되고 있다며 이같이 보도했다. 바이오 플라스틱은 그 외에도 자동차 쿠션, 전자제품, 의류, 건축 자재 등에도 사용되고 있다. EHN에서 소개한 바이오 플라스틱의 정의와 장점과 단점을 다음과 같이 정리했다. 전 세계 바이오 플라스틱 산업은 2023년 87억 달러(약 11조 4031억원)에서 2030년 310억 달러(약 40조 6317억 원)로 급성장세를 보이고 있다. 이는 전통적인 플라스틱 산업보다 빠른 성장률이다. 바이오 플라스틱은 전체 플라스틱 시장의 1%에 불과하지만, 일각에서는 바이오 플라스틱이 플라스틱의 지속 가능한 미래라고 선전하고 있다. 오는 4월, 플라스틱 오염 문제에 대한 해결책을 모색하기 위해 개최되는 국제 조약 회담을 앞두고 있는 대표단 중 일부는 바이오 플라스틱을 조약의 대안 및 대체품으로 포함시키려는 움직임을 보이고 있다. 유럽 바이오플라스틱 협회는 웹사이트에서 "바이오플라스틱이 플라스틱의 진화를 주도하고 있다"고 주장하며 바이오플라스틱의 장점으로 기존 플라스틱에 비해 '탄소 중립성'과 특정 조건에서의 생분해성을 꼽았다. 그러나 바이오 플라스틱이 분해 속도가 빠르고, 더 안전한 소재일 뿐만 아니라 탄소 발자국이 적다는 주장은 과장된 면이 있다. 전문가들은 바이오 플라스틱이 다양한 해결책 중 하나가 될 잠재력을 가지고 있음을 인정하면서도, 제품의 수명 종료 시 관리 및 화학적 안전성을 설계에 포함시키고, 기업의 그린워싱을 방지할 수 있는 더 강력한 표준과 규제의 필요성을 강조했다. 그린워싱(Greenwashing)은 기업이나 조직이 자신들의 제품, 서비스, 정책이 환경에 미치는 영향이 실제보다 훨씬 친환경적이거나 지속 가능하다는 인상을 주기 위해 마케팅 전략이나 홍보 활동을 하는 행위를 말한다. 이러한 행위는 대중에게 오해를 불러일으키거나 잘못된 정보를 제공하여, 실제로는 환경에 해를 끼칠 수 있는 제품이나 서비스를 친환경적인 것처럼 포장하는 것을 포함할 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규제 없어 노르웨이 과학기술연구소의 마틴 와그너 생물학 부교수는 바이오 기반 플라스틱을 안전한 방법으로 제조할 수 있다면, 물론 이는 매우 큰 전제이지만, 우려되는 화학 물질을 배제하고, 나노 및 미세 플라스틱의 생성을 최소화하는 방식으로 생산될 경우, 바이오 기반 플라스틱이 해결책의 한 부분이 될 수 있다고 말했다. 와그너의 연구에 따르면, 환경에 우호적인 것으로 여겨지는 퇴비화 가능한 그릇과 식물 기반 음료수 병이 전통적 플라스틱 제품에서 발견되는 것과 같은 수준의 건강에 해로운 화학 물질을 방출할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 생분해성 바이오 플라스틱이 플라스틱 쓰레기 문제를 근본적으로 해결하지 못한다는 지적도 있다. 바이오 플라스틱은 사용 후 적절한 관리가 필요함에도 불구하고, 바이오 플라스틱 폐기물을 산업적으로 퇴비화하거나 안전하게 관리할 수 있는 인프라나 규정이 아직 충분히 마련되지 않았다. 그로 인해 과학자들과 플라스틱을 지지하는 이들은 플라스틱 사용을 줄이는 것이 플라스틱 위기에 대응하는 가장 핵심적인 해법이라고 강조했다. 특히, 일회용 바이오플라스틱의 사용이 문제를 야기한다고 우려를 표명했다. 플라스틱 재사용을 지지하는 단체인 업스트림(Upstream)의 전무이사 크리스탈 드리스바흐 전무이사는 "지구에서 자원을 수십억 번 채취하고 제조해 단 한 번 사용한 뒤 버리는 행위 자체가 문제의 본질이다"라고 말함으로써, 지속 가능성에 대한 근본적인 접근 필요성을 강조했다. 바이오 플라스틱의 오해 바이오 플라스틱은 생분해성 또는 바이오 기반과 같은 용어가 명확하지 않아 많은 오해를 불러일으킨다는 지적이 있다. 해양 생물학 교수이자 플리머스 대학교 해양 연구소의 리처드 톰슨 소장은 "냉소적인 시각으로 보면 바이오플라스틱은 혼란을 일으키기 위해 의도적으로 만들어진 용어라고 생각한다"고 꼬집었다. 많은 사람들이 모든 바이오 플라스틱이 환경에서 생분해되거나 분해된다고 잘못 알고 있다는 지적이다. 또한 많은 사람들이 바이오 플라스틱이 식물 기반이라고 생각하지만, 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT)와 같이 화석 연료로만 만들어진 제품도 있다. 업계에서는 PBAT와 같은 물질을 바이오 플라스틱이라고 부르는데, 이는 화학 결합의 유형과 환경 조건에 따라 식물 기반 바이오 플라스틱과 마찬가지로 분해되도록 설계됐기 때문이다. 또한 업계에서는 바이오 플라스틱을 주로 생분해성 플라스틱과 비생분해성 플라스틱으로 나누며, 이들 각각의 범주 안에서 식물 기반 플라스틱과 화석 연료 기반 플라스틱을 동일한 그룹으로 분류하는 경향이 있다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 대체로 이 두 범주로 구분된다. 퇴비화 가능한 바이오 플라스틱은 업계 표준에 따라 산업 퇴비화 시설에서 12주 이내에 완전히 분해될 수 있는 생분해성 바이오플라스틱의 특정 부류에 속한다. 다른 한편으로, 비생분해성 바이오 플라스틱에는 사탕수수, 사탕무, 당밀, 또는 옥수수 등에서 추출된 바이오 기반의 폴리에틸렌(바이오-PE), 바이오 기반 폴리에틸렌 테레프탈레이트(바이오-PET), 폴리아미드(나일론) 등이 포함된다. 이 바이오 플라스틱들은 사탕수수 등 천연 자원에서 추출되었음에도 불구하고, 기존의 화석 연료 기반 플라스틱과 유사한 기능성을 제공하도록 설계됐다. 가장 흔히 사용되는 생분해성 바이오플라스틱 중 하나는 폴리락트산(PLA)으로, 옥수수와 같은 전분 기반의 폴리에스테르로 제조된다. 또한, 셀룰로오스 기반의 바이오 플라스틱 섬유도 이 범주에 포함되며, 농업 부산물, 해조류, 효모, 박테리아에서 추출한 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)와 폴리부틸렌숙신산염(PBS)으로 제작된 바이오플라스틱도 동일한 범주 안에 속한다. '3세대' 바이오플라스틱은 농업 폐기물, 음식물 쓰레기, 다시마, 스위치그래스, 폐유, 박테리아, 목재 폐기물 등 다양한 원료를 활용하여 제작되며, 식량 작물을 사용하지 않기 때문에 보다 지속 가능한 대안으로 간주된다. 이러한 3세대 바이오플라스틱 제품들은 이미 시장에 출시되어 있지만, PLA나 바이오 폴리아미드를 사용한 제품들의 규모에는 아직 미치지 못하고 있다. 바이오 플라스틱 사용 용도는? 플라스틱 산업 협회의 지속 가능성 담당 매니저 헤더 노츠는 일회용 바이오 플라스틱 음료 용기, 퇴비화 가능한 식품 서비스 용기, 소매 포장, 그리고 기타 식품 산업 관련 제품이 바이오 플라스틱 사용의 약 43%를 차지한다고 말했다. 그중에서도 PLA와 바이오 PET의 사용이 가장 많다. 노츠에 따르면, 생분해성 멀치 필름 및 기타 농업용 제품이 주로 PLA와 PHA로 제조되어 전체 바이오 플라스틱 사용량의 약 21%를 차지한다. 또한, 안경, 섬유, 컵, 아이폰 케이스, 커피 포드 등의 소비재들은 전체 사용량의 13%를 차지하며, 이들 제품은 생분해성 및 비생분해성 다양한 바이오 플라스틱으로 제작된다. 자동차 산업도 바이오 플라스틱의 또 다른 중요한 소비자 군이다. 자동차 쿠션, 대시보드, 범퍼, 배터리 커버 및 기타 부품들이 점점 더 바이오 기반의 폴리아미드 및 바이오 PP로 제작되고 있다. 바이오 플라스틱의 사용은 또한 건축 및 건설, 전자, 코팅 산업에서도 확장되고 있지만, 상대적으로 더 적은 비율을 차지한다. 대규모 바이오 플라스틱 제조업체들은 대부분 화석 연료 기반 플라스틱을 생산하는 대형 석유화학 회사의 내부 사업부이거나, 이러한 대기업에서 독립한 분사 회사들이다. 그럼에도 불구하고, 어떤 회사가 시장에서 선도적인 위치를 차지하고 있는지에 대해서는 재무 분석가들 사이에 의견이 분분하다. 예를 들어, 인사이더 몽키는 바이오 플라스틱 부문이 전체 시가총액에서 차지하는 비중이 비록 작지만, 전체 시가총액 기준으로 BASF SE, 다우, 라이온델바젤 인더스트리, LG화학, 셀라니즈를 상위 5대 제조업체로 지목했다. 반면, 다른 분석가들은 석유화학 기업에 인수되었거나, 석유화학 기업과의 합작 투자를 통해 성장한 기업들을 시장의 선두 주자로 보는 경향이 있다. 이러한 기업으로는 네덜란드 암스테르담에 본사를 둔 다국적 식품 및 바이오케미컬 기업 코비온(Corbion), 영국 옥스퍼드에 본사를 둔 바이오플라스틱 생산 및 개발회사 바이옴 바이오플라스틱(Biome Bioplastics), 텐마크 코펜하겐의 플랜틱(Plantic), 미국 미시건 주의 네이처웍스(NatureWorks), 태국 방콕에 본사를 둔 바이오플라스틱 및 바이오케미컬 회사 PTT MCC바이오케미(PTT MCC Biochem) 등이 포함된다. 환경과 건강에 미치는 영향 바이오플라스틱은 전통적인 플라스틱과 유사한 제조 공정을 거쳐 생산된다. 이 폴리머는 최소한 부분적으로 식물 재료에서 추출한 화학 물질을 기반으로 하며, 때로는 화석 연료에서 완전히 추출한 화학 물질로 구성된다. 제품의 유연성, 내구성, 색상 및 기타 특성을 조정하기 위해 다양한 화학적 충전재, 첨가제 및 염료가 첨가된다. 세계자연기금(WWF)의 플라스틱 폐기물 및 사업 책임자인 에린 사이먼 부사장은 바이오 플라스틱이 여전히 독성 화학 물질을 포함할 수 있다고 말했다. 사이먼은 “PET를 제조할 때, 오래된 탄소 또는 새로운 탄소를 사용하더라도, 궁극적으로 같은 제품을 만들기 때문에 많은 가공 화학 물질이 여전히 필요하다”며, 바이오 플라스틱 생산 과정에서도 화학 물질의 사용이 불가피함을 지적했다. 와그너의 2020년 연구에 따르면 PLA, PBAT, PHA, PBS, 바이오 PE 및 바이오 PET로 만든 43개의 일상적인 바이오 플라스틱 제품이 기존 제품과 마찬가지로 독성이 있는 것으로 나타났다. 이 중 3분의 2가 환경 내 다양한 생명체에 유해할 가능성이 있는 것으로 나타났으며, 42%는 DNA 손상을 유발할 수 있는 자유 라디칼을 생성하는 화학물질의 존재로 인해 산화 스트레스를 일으키는 것으로 조사됐다. 또한, 4분의 1의 샘플에서는 호르몬 교란 특성이 관찰됐다. 분석된 개별 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있었다. 연구를 주도한 와그너는 "이런 종류의 연구를 진행하면서 가장 충격적인 발견은 개별적인 플라스틱 제품에 엄청나게 많은 화학 물질이 존재한다는 사실이었다"고 말했다. 이 연구 과정에서 발견된 다수의 화학 물질들 중 상당수는 특정되지 않았지만, 와그너는 프탈레이트 같은 '자주 지목되는 화학물질들'은 검출되지 않았다고 말했다. 그는 "바이오플라스틱을 기능적으로 제조하는 데 쓰이는 화학물질들에 대한 우리의 이해가 상당히 제한적임을 발견했다. 폴리머의 화학 구조가 다르기 때문에, 사용되는 첨가제 역시 다를 가능성이 있다"고 밝혔다. 바이오 플라스틱과 기후 변화 바이오플라스틱을 옹호하는 주요 주장 중 하나는 이들이 이론상으로 재생 가능한 자원에서 탄소를 추출할 때 순 이산화탄소 배출량이 증가하지 않으므로, 전체 수명주기 동안 전통적 플라스틱에 비해 훨씬 적은 온실가스를 배출한다는 것이다. 예컨대, 유럽 바이오플라스틱 협회는 전 세계적으로 화석 연료 기반의 폴리에틸렌 수요를 바이오 PE로 대체할 경우, 연간 약 8000만 톤의 이산화탄소 배출을 절감하여 마치 매년 2000만 번의 항공 여행을 줄인 것과 동등한 효과를 가져올 수 있다고 주장한다. 2017년 진행된 연구에서는 미국 내 기존 플라스틱을 옥수수 기반의 PLA로 대체할 경우, 미국 플라스틱 산업에서 발생하는 온실가스 배출량을 25% 감소시킬 수 있을 것으로 추정했다. 이 연구는 또한 화학 산업이 재생 가능 에너지 및 스위치그래스와 같은 더 지속 가능한 원료로 전환함으로써 더 큰 탄소 배출 감소 효과를 달성할 수 있다고 제시했다. 앞서 설명했듯이 바이오 플라스틱 샘플에는 평균적으로 1,000개에서 최대 2만965개에 이르는 다양한 화학적 특성이 포함되어 있음이 밝혀졌다. 드레이스바흐는 세라믹, 스테인리스 스틸, 유리로 만든 재사용 가능한 용기는 수명 기간 동안 일회용 바이오 플라스틱보다 이산화탄소 배출량이 3~10배 적다고 말했다. 하지만 바이오플라스틱이 가져올 수 있는 이산화탄소 절감의 잠재적 이점은, 비료와 살충제의 사용 증가, 그리고 옥수수나 사탕수수 같은 원료의 생산을 위한 토지 개간과 산림 태우기로 인해 일부 상쇄될 수 있다. 또한, 생분해성 플라스틱이 매립지에 매립될 경우, 분해 과정에서 메탄 같은 강력한 온실가스가 배출되어 환경에 또 다른 부담을 줄 수 있다. 바이오 플라스틱 폐기물 규정은? 생분해성 바이오플라스틱의 폐기물 관리는 생분해성을 정의하는 명확한 규정이 부재하기 때문에 복잡한 과제로 남아있다. 업계 자발적 기준에 따르면, 생분해성 제품은 대부분 6개월 이내에 자연적으로 분해되어야 하지만, 생분해성이라고 표시된 일부 제품은 완전히 분해되기까지 수년이 걸릴 수 있다. 예를 들어, 한 연구에 따르면 토양에 묻힌 생분해성 비닐봉지가 3년 후에도 여전히 분해되지 않은 채 발견됐다. 이러한 물질이 퇴비 시설에 매립되면 오염 물질이 되어 걸러내야 한다. 톰슨에 따르면, 재활용 시설에서도 이런 종류의 폐기물은 전체 재활용 플라스틱의 품질을 저하시킬 수 있어 기피 대상이다. 게다가 많은 지역에서는 산업 퇴비화 시설이나 도로변 수거 시설이 부족해, 퇴비화 가능한 포장재와 운반 용기가 결국 매립지나 소각장으로 향하는 경우가 많다. 퇴비화되지 않는 플라스틱이 퇴비화 가능한 플라스틱으로 잘못 인식되는 경우가 빈번하여, 라벨링이 명확하지 않을 때 혼란이 가중된다. 미국 퇴비화 위원회의 린다 노리스-월트 부국장은 이러한 문제를 “그린워싱, 모조품, 짝퉁”이라고 지칭했다. 다수의 퇴비화 업체들이 이러한 재료로 인해 퇴비화 가능한 식품 포장을 기피하며, 이는 업체의 수익성에 부정적인 영향을 미친다. 노리스-월트는 이 문제를 두 가지 주요 요인으로 설명했다. 첫 번째는 처리 과정에서 발생하는 노동력 문제이며, 두 번째는 최종 퇴비 제품의 품질 저하로 인해 농장, 조경업체, 골프장 등의 시장에 미치는 영향이다. 따라서, 바이오플라스틱은 퇴비를 오염시키는 원인이 될 수 있다. 생분해성 인스티튜트(BPI)와 유럽의 대응 기관인 OK컴포스트(OK Compost)는 퇴비화 업체들의 우려에 대응하기 위하여 퇴비화 가능한 포장을 위한 자발적 인증 표준을 마련했다. 이 인증을 획득하기 위해서는 바이오플라스틱 제조업체가 제품의 분해 속도를 증명하는 ASTM 기준을 만족시켜야 하며, PFAS(영구적 화학 물질)를 포함하지 않고, 일반적인 토양 생태독성 테스트를 통과해야 한다. 그러나 노리스-월트는 이러한 인증 프로그램이 퇴비 중 미세 플라스틱 문제를 충분히 고려하지 않는다고 지적했다. 이에도 불구하고, 미국 퇴비화 위원회의 최근 조사 결과, 조사 대상 173개 퇴비업체 중 오직 46개 업체만이 퇴비화 가능한 식품 포장의 사용을 허용하는 것으로 나타났다. 혁신을 위한 기회 전문가들은 바이오플라스틱이 여러 어려움에도 불구하고, 화학적 안전성과 수명이 제품 설계에 주요 고려사항으로 포함될 경우, 농업용 멀치 필름과 같은 특정한 용도에 대해 적합한 대안이 될 수 있다고 지적했다. 린 프로덕션 액션의 마크 로시 전무이사는 플라스틱 사용이 필수적인 상황에서는 바이오플라스틱의 활용을 고려해야 한다고 말했다. 그는 "모든 재료에는 잠재적 문제가 존재한다. 우리는 이러한 재료를 인간의 건강과 안전을 고려하여 어떻게 최적화할 수 있을까?"라고 의문을 제기했다. 플라스틱 산업 내에서 바이오플라스틱은 특정 시장에서의 성장 가능성을 가지고 있지만, 광범위한 대체재로는 여겨지지 않는다. 로시는 바이오플라스틱이 대규모로 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 해법이 아니라고 명확히 했다. 다시마나 농업 폐기물로 제작된 차세대 바이오플라스틱은 식량 작물을 원료로 사용함으로써 발생하는 환경적 문제를 어느 정도 해결했으나, 여전히 독성 문제에 대한 해결책을 마련해야 한다는 지적이 있다. 클린 프로덕션 액션은 제조업체들이 자사 제품에서 수천 가지의 유해 화학물질을 식별하고 제거할 수 있도록 돕기 위해, 일회용 식품 포장과 재사용 가능한 용기에 적용할 수 있는 독립적인 표준인 그린스크린(GreenScreen)을 개발했다. 주요 PLA 제조업체 중 하나인 네이처웍스(NatureWorks)는 그린스크린 평가를 통해 자사의 원료가 유해 화학물질을 포함하지 않음을 공식적으로 인증받았다. 그러나 업계 전반에 걸친 변화를 이끌기 위해서는 더 많은 제조업체들이 이러한 제품 인증 과정을 통과해 한다. 노리스-발트는 캘리포니아나 콜로라도에서 시행된 것과 같은 엄격한 라벨링 기준과 법률의 존재가 퇴비화 가능한 바이오플라스틱이 실제로 산업 퇴비화 시설로 올바르게 전달되기 위해 필수적이라고 강조했다. 그녀는 "실수든 의도적이든 시리얼을 퇴비화할 수 있다고 잘못 표시하는 비양심적 기업들에 대해 소송을 제기하는 것만으로도 이러한 오해를 빠르게 중단시킬 수 있다. 여기서 중요한 것은 법의 집행이다"라고 말했다. 전 세계적으로 전문가들은 바이오플라스틱이 현재 직면한 플라스틱 오염 문제에 대응하기 위한 국제적 합의에서 중요한 역할을 하고 있음에 동의하며, 이러한 재료는 기존 플라스틱과는 다르게 관리되어야 한다는 점에 대해 합의했다. 톰슨은 단순히 대안이나 대체재를 찾는 것 이상이 필요하다고 말했다. 그는 "우리가 직면한 문제를 해결할 뿐만 아니라 더 우수한 성능을 제공할 수 있음이 입증된 대안과 대체재가 필요하다"고 강조했다. 톰슨과 와그너가 활동하는 국제적 단체인 '효과적인 글로벌 플라스틱 조약을 위한 과학자 연합'은 플라스틱이 화학물질을 적게 포함하도록 재설계되고, 재료 회수를 간소화할 인센티브를 조약에 포함시키길 바란다. 와그너는 "업계가 1만가지의 화학 물질을 포함하지 않는 제품을 설계하길 바란다"고 말해, 제품 설계 시 화학물질 사용을 대폭 줄이는 것을 목표로 하고 있음을 밝혔다.
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'바이오플라스틱' 환경 문제의 해답인가, 새로운 문제의 시작인가?
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목성의 달 '유로파'에 생명체 존재할 수 있을까?
- 목성의 달 유로파(Europa)에 산소와 탄소가 있는 것이 알려지면서 지하 바다의 생명 존재에 대한 기대감도 더욱 커지고 있다. 태양계에서 목성의 위성 유로파만큼 사람들의 상상력을 사로잡는 곳은 거의 없다. 과학자들은 유로파에 외계 생명체가 존재할 수 있다고 오랫동안 의심해 왔다. 거대한 얼음덩어리를 닮은 '유로파'는 20~30km 두께의 얼음 껍질 아래에 액체 상태의 바닷물 바다가 존재하는 것으로 알려졌다. 이는 보이저호와 갈릴레오 우주 탐사선의 측정과 모델 계산에 의한 추정이다. 독일 매체 메르커닷컴(Merker)은 11일(현지시간) 몇 달 전, 연구자들은 '유로파'에서 생명체의 가장 중요한 구성 요소인 탄소를 발견했다고 전했다. 그러나 유로파에서 생명체를 가능하게 할 수 있는 또 다른 원소인 산소는 이전에 추정했던 것보다 훨씬 더 희귀할 것이라는 관측이 나왔다. 비즈니스 인사이더는 지난 9일(현지시간) 미 항공우주국(NASA·나사)의 주노(Juno) 탐사선은 목성의 얼음 위성 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다는 사실을 발견했다고 보도했다. 유로파에서 매일 발생하는 1000톤이라는 산소는 1백만 명의 사람이 하루 동안 숨을 쉴 수 있는 충분한 양이지만 이전에 생각했던 것보다 훨씬 적은 양이다. 이 새로운 데이터는 유로파가 광대한 지하 바다에서 생명체를 유지할 수 있는 확률이 낮아질 수 있다. NASA, 유로파 산소 생산량 현저히 낮아 NASA의 연구원들은 '유로파' 표면이 이전 연구에서 추정했던 것만큼 많은 산소를 생산하지 못한다고 계산했다. 지난 3월 4일, NASA는 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다며 이는 이전 추정치보다 86배 이상 적은 양이라고 발표했다. NASA에 따르면 유로파에 생명체가 존재한다면 미생물처럼 보일 수도 있고 더 복잡한 것일 수도 있다. 하지만 그것들은 얼어붙은 사막인 유로파 표면에서는 보이지 않을 수도 있다. 유로파 표면의 산소 생산량 데이터는 NASA의 주노(Juno) 탐사선에서 가져온 것이다. 목성의 위성인 유로파는 초당 12kg(킬로그램)의 산소를 생산하는데, 이는 이전에 생각했던 것보다 휠씬 적은 양이다. 이전 연구에서 추정치는 초당 몇 킬로그램에서 1000킬로그램 이상까지 다양했다. 유로파, 수중기도 탐지 NASA에 따르면 1979년 7월 9일 보이저(Voyager) 우주선은 목성의 위성 중 하나인 유로파(Europa)의 근접 촬영 이미지를 처음으로 촬영했다. 이를 통해 달의 얼음 표면을 자르는 갈색 균열이 드러났는데, 유로파는 마치 핏줄이 있는 눈알처럼 보였다. 그 이후로 수십 년 동안 외부 태양계에 대한 임무는 유로파에 대한 충분한 추가 정보를 축적하여 NASA의 생명체 탐색에서 최우선 조사 대상이 됐다. NASA는 2019년 11월 17일 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터 의 국제 연구팀이 유로파 표면 위에서 처음으로 수증기를 감지했다. 이 연구팀은 하와이에 있는 세계 최대 망원경 중 하나를 통해 유로파를 들여다보며 증기를 측정했다. 당시 유로파의 물 탐지 조사를 주도한 NASA 행성 과학자 루카스 파가니니는 “생명의 세 가지 요구 사항 중 두 가지인 필수 화학 원소(탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 황)와 에너지원은 태양계 전체에서 발견된다. 그러나 세 번째인 액체 물은 지구 밖에서는 찾기가 다소 어렵다”라고 말했다. 유로파가 산소를 생산하는 방법 산소 생산은 지구와 유로파에서 매우 다르다. 지구는 광합성을 통해 산소를 얻는 반면, 유로파는 모행성인 목성으로부터 얻는다. 목성은 유로파에 고에너지 입자를 쏟아붓는 강력한 방사선을 방출한다. 이 입자들은 달 표면의 얼어붙은 얼음(H₂O)과 상호작용한다. 유로파에서 입자들의 상호 작용은 H₂O 분자를 수소와 산소 가스로 분리한다. 그러나 그 산소가 어디로 가는지는 아직 상세히 밝혀지지 않았다. 산소 중 일부는 얼음 속에 갇힐 수도 있고, 일부는 우주로 탈출할 수도 있으며, 일부는 유로파의 지하 바다로 내려가는 경우도 있다. 충분한 산소가 지하에 도달한다면, 이는 유로파의 바다가 우리가 알고 있는 생명체에 중요한 요소 중 하나를 가지고 있다는 것을 의미한다. 뉴저지 주 프린스턴 대학교의 과학자 제이미 샬레이는 "'유로파'는 목성의 알려진 95개 위성 중 네 번째로 큰 위성이며 목성의 방사선 벨트 중간에 있다. 이 거대 가스 행성은 위성에 하전 입자 또는 이온화 입자를 쏟아붓는다. 이것들은 물 분자를 두 부분으로 나누어 얼음 표면에 산소를 생성한다"고 말했다. 샬레이는 "유로파는 흐르는 시냇물 속에서 서서히 물을 잃어버리는 얼음 덩어리와 같다"면서, 입자들이 표면의 얼음을 분자 단위로 분해하는 과정을 비교했다. 그는 "어떤 면에서, 전체 얼음 표면은 해변으로 밀려온 하전 입자의 파도에 의해 지속적으로 침식된다"라고 말했다. NASA의 주노 탐사선은 유로파 표면에서 생성되는 총 산소량에 대해 더 많은 정보를 제공한다. 그러나 지하 바다로 얼마나 많은 양의 산소가 스며드는지는 아직 확실하지 않다. 유로파에서 산소 측정 유로파 표면에서 생성되는 산소의 양을 측정하기 위해 과학자들은 주노에 탑재된 목성 오로라 분포 실험(JADE) 장비를 사용했다. JADE는 목성의 오로라 영역 에서 하전 입자를 측정하도록 설계됐다. 그러나 2022년 9월 주노가 유로파를 비행했을 때 JADE는 최초로 달 대기에서 떨어져 나온 하전 입자를 성공적으로 측정했다. 과학자들은 JADE 데이터를 사용해 유로파의 얇은 대기에 있는 수소(산소 아님) 가스의 총량을 추정했다. 물 분자에는 수소(H) 원자 2개당 산소(O) 원자 1개가 있기 때문에 과학자들은 수소 가스 데이터를 사용해 표면에서 생성된 산소의 양을 계산할 수 있다. NASA의 과학자들은 이제 생산된 산소의 일부가 달 표면 아래로 떨어질 수 있다고 추정한다. 그곳에서 산소는 지하 소금 바다로 추정되는 곳에서 대사 에너지원이 될 수 있다. NASA에 따르면 연구원들은 "표면 아래에서 생명을 유지할 수 있는 조건의 잠재력에 대해 궁금해하고 있다"고 한다. 목성의 위성이 생명체가 거주 가능한지 아닌지에 대한 질문은 앞으로도 계속 될 것이다. 샌안토니오에 있는 사우스웨스트 연구소의 주노 수석 연구원인 스콧 볼튼은 "아직 끝나지 않았다. 더 많은 달 비행과 목성의 가까운 고리와 극지방의 대기에 대한 첫 번째 탐사는 아직 오지 않았다"고 말했다. NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 탐사선은 2024년 10월에 발사될 예정이다. 이 탐사선의 주요 목표는 유로파가 거주 가능한지 여부를 결정하는 것이다. 유로파에 도착하면 클리퍼 탐사선은 유로파 표면, 기;ㅍ은 ㅁ내부, 얇은 대기, 지하 바다와 잠재적으로 더 작은 활성 통풍구에 대해 자세한 조사를 수행항 계획이다.
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목성의 달 '유로파'에 생명체 존재할 수 있을까?
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영국서 3억9천만년 전 지구 최초 삼림 발견⋯뉴욕삼림보다 400만년 앞서
- 케임브리지 대학교 지구과학 부의 연구팀은 최근 새로운 연구를 통해 지금까지 발견된 지구상에서 가장 오래된 화석 삼림을 발견했다고 7일(현지시간) 밝혔다. 이 화석은 영국 홀리데이 파크 부지와 가까운 마인헤드 근처의 브리스톨 해협 남쪽에 있는 데본과 서머셋 해안을 따라 있는 높은 사암 절벽에서 발견됐다. 연구 결과에 따르면, 잉글랜드 남서부 해안 절벽에서 발견된 이 화석 삼림은 약 3억 9000만년 전 석탄기 데본기 시대에 형성된 것으로 추정되며, 기존 최초 삼림 기록 보유자인 뉴욕 주 삼림보다 약 4백만 년 더 오래된 것으로 확인됐다. 화석으로 발견된 나무 종은 '칼라모피톤(Calamophyton)'으로, 야자나무와 비슷한 외형이지만 섬세하고 속이 빈 줄기를 가지고 있었다. 연구팀은 이 나무들이 최대 2~4미터 높이까지 자라났으며 자라면서 가지를 떨어뜨렸을 것으로 추측했다. 칼라모피톤 나무에는 잎이 없었지만 나뭇가지와 같은 구조가 가지를 덮고 있었다고 케임브리지 대학교 지구과학과 강사 닐 데이비스 박사는 이날 CNN에 말했다. 더 가디언에 따르면 이 숲의 역사는 생명체가 육지로 이동하던 4억 1900만 년에서 3억 5800만 년 전 데본기 시대로 거슬러 올라간다. 이때 생명체는 처음으로 육지로 대규모 확장을 시작했다. 이 기간이 끝날 무렵 최초의 종자 식물이 출현했고, 대부분 절지동물인 최초의 육상 동물이 정착했다. 데이비스는 이 나무들이 뿌리 시스템을 퇴적물에 가두어 강둑과 하안선을 안정화 시켰을 것이라고 설명했다. 연구팀은 이번 발견을 통해 초기 삼림의 발전 속도를 새롭게 이해할 수 있게 되었다고 말했다. 영국에서 발견된 이 삼림은 단일 종으로 구성된 반면, 4백만 년 후 형성된 뉴욕 주 삼림은 덩굴 식물 등 다양한 종류의 나무들로 이루어져 있었다. 데이비스 박사는 "서머셋(Somerset) 지역의 식물상을 뉴욕 주의 식물상과 비교해보면 지질학적 시간 척도에서 생태계가 얼마나 빠르게 변화했는지 실감할 수 있다"고 말했다. 이번 연구의 공동 저자이자 카디프 대학의 고생물학자인 크리스토퍼 베리 박사는 "처음 나무 줄기를 봤을 때 그것이 무엇인지 즉시 알았다. 30년 동안 전세계적으로 이 유형의 나무를 연구했기 때문이다"라고 말했다. 베리 박사는 "이것은 초기 숲 유형의 생태를 직접 관찰하고 카랄모피톤(Calamophyton) 나무가 자라던 환경을 해석하며 퇴적 시스템에 미치는 영향을 평가할 수 있는 첫 번째 기회"라고 말했다. 발굴 과정에서 연구팀은 이 초기 삼림 바닥에 서식하던 무척추동물의 흔적도 발견했다. 연구팀은 초기 절지동물이 남긴 발자국과 꼬리 흔적의 증거를 발견했다. 정확한 종류는 밝혀내지 못했지만 발견된 발자국 화석의 크기는 약 5~10cm에 이르며 당시 삼림 바닥에는 떨어진 나뭇가지들이 무척추동물의 서식지를 제공했을 것으로 추측된다. 연구팀은 이번 발견은 우연한 기회에 이루어졌다고 밝혔다. 원래는 해당 지역의 일반적인 지질학적 특징을 조사하던 과정에서 우연히 화석을 발견하게 됐다는 것. 연구팀은 이번 발견을 통해 "최초 형태의 삼림 생태계를 직접 관찰하고, 칼라모피톤 나무들의 성장 환경을 파악하며 퇴적 체계에 미친 영향을 평가할 수 있는 중요한 기회"라고 설명했다. 이번 연구 결과는 학술지 '지질학회지(Journal of the Geological Society)'에 게재됐다.
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영국서 3억9천만년 전 지구 최초 삼림 발견⋯뉴욕삼림보다 400만년 앞서
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인간 활동, 고래들의 노래 방해⋯짝짓기 등 생존 악영향
- 인간 활동으로 인한 바다 소음 증가가 고래들의 생존에 악영향을 미친다는 연구 결과가 나왔다. 혹등고래를 포함한 턱수염 고래들은 서로를 향한 신비로운 노래로 소통한다는 사실에 대해 과학자들은 오랜 시간 동안 궁금증을 가져왔다. 영국 BBC의 최근 보도에 따르면, 덴마크 남부 대학의 코엔 엘레만스(Coen Elemans) 교수가 이끄는 연구팀은 턱수염 고래가 고유의 '음성 박스'를 사용해 노래를 부른다는 사실을 밝혀냈다. 하지만 인간 활동으로 인한 소음은 고래들의 노래를 방해하고 있는 것으로 나타났다. 이번 발견은 국제적인 과학 저널인 네이처(Nature)에 게재됐다. 연구를 주도한 덴마크 남부 대학 코엔 엘레만스(Coen Elemans) 교수는 "고래들은 서로 만나 짝짓기를 하기 위해 소통이 필수적이며, 이러한 소통은 그들의 생존에 매우 중요하다"며 인간의 활동으로 인한 소음이 고래들의 노래에 방해가 되고 있음을 지적했다. 더 나아가, 엘레만스 교수는 고래를 "지구상에서 가장 신비로운 동물들 중 일부"로 묘사하며, 그들이 "가장 큰 동물 중 일부이고, 지능이 높으며 사회적"이라고 설명했다. 턱수염 고래, 청새고래, 혹등고래, 밍크고래, 회색고래 등 14종의 턱수염 고래는 이빨 대신 먹이를 걸러내는 수판을 가지고 있음에도 불구하고, 거대하고 복잡한 노래를 부를 수 있는 놀라운 능력을 지니고 있다. 연구팀은 해변에서 발견된 세 종류의 고래(밍크고래, 혹등고래, 쇠고래)의 성대를 활용하여 실험을 진행했다. 이 과정에서, 고래의 이 거대한 기관에 공기를 주입하여 소리를 생성했다. 인간의 경우, 목소리는 성대를 통과하는 공기의 진동으로 생성되지만, 턱수염 고래들은 후두 상단에 위치한 지방으로 이루어진 쿠션을 포함하는 큰 U자 형태의 구조를 가지고 있다. 이러한 독특한 음성 해부학적 구조 덕분에, 턱수염 고래들은 노래를 부를 때 공기를 재활용할 수 있으며, 물을 흡입하는 것을 방지할 수 있다. 연구팀은 소리 생성의 컴퓨터 모델을 개발하였으며, 턱수염 고래의 노래가 주로 배에서 발생하는 소음과 겹치는 좁은 주파수 범위에 국한되어 있음을 발견했다. 엘레만스 교수는 "바다에서 발생하는 인간의 소음 때문에 고래들이 서로 소통하는 데 어려움을 겪고 있다. 그들이 더 높은 소리로 노래하려 하더라도, 그것은 종종 불가능하다"고 말했다. 이번 연구는 인간 활동이 고래에게 끼치는 부정적 영향을 드러내며 해양 소음을 줄이는 것의 중요성을 강조했다. 고래 소통의 전문가이자 오리건 주립 대학의 케이트 스태포드(Kate Stafford) 박사는 "해양 포유류에게 음성 생성과 인식은 가장 중요한 감각 중 하나다. 따라서 소리 생성 방식을 규명하는 연구는 이 분야의 발전에 큰 잠재력을 가지고 있다"고 평가했다. 또한, 이 연구는 고래의 조상들이 육지에서 바다로 돌아가면서 물속에서 소통을 가능하게 하는 적응을 어떻게 발전시켰는지에 대한 진화적 통찰을 제공한다. 소리를 내는 방식에 있어서, 특히 이빨고래들은 연구하기가 비교적 용이하기 때문에 그들의 소통 방식이 더 잘 알려져 있다. 돌고래, 오르카, 향유고래, 돌묵지 등을 포함하는 해양 포유류는 코 통로에 위치한 특별한 구조를 통해 공기를 분출함으로써 소리를 낸다. 반면, 턱수염 고래들은 다른 방식으로 소리를 생성한다. 이빨고래들이 성대의 진동을 통해 소리를 내는 것과 달리, 턱수염 고래들은 후두 상단의 지방 쿠션을 활용해 소리를 만든다. 이러한 독창적인 음성 해부학 덕분에 턱수염 고래들은 넓은 주파수 범위의 소리를 생성할 수 있으며, 이 소리는 수백 킬로미터 떨어진 곳에서도 들을 수 있다. 이는 짝짓기, 먹이 탐색, 포식자로부터의 회피 등 다양한 목적으로 활용된다. 스코틀랜드 세인트 앤드루스 대학교의 해양 포유류 연구소 소속 엘렌 가랜드(Ellen Garland) 박사는 "대형 고래 연구는 항상 도전적이지만, 물속에서 직접 고래를 볼 수 없는 상황에서 그들이 어떻게 소리를 내는지 파악하는 것은 더욱 어려운 일이었다. 이에 연구진의 창의적인 접근은 높이 평가된다"고 말했다. 이 연구는 바다에 서식하는 거대한 생명체에 대한 우리의 이해를 심화시키고, 그 보호에 기여할 것이다. 향후 과학자들은 고래가 어떻게 노래를 배우는지, 노래의 의미는 무엇인지, 그리고 인간의 활동이 고래들의 소통에 어떤 영향을 미치는지에 대해 더 깊이 연구할 계획이다.
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인간 활동, 고래들의 노래 방해⋯짝짓기 등 생존 악영향
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우주 먼지, 지구 생명 탄생에 결정적인 역할
- 우주 먼지가 생명에 필요한 성분을 지구에 전달해 생명의 탄생에 결정적인 역할을 했을 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 지구에는 생명의 기원에 중요한 인, 황 등의 원소가 부족하지만, 우주 먼지는 이러한 원소가 풍부하다. 과거에는 운석이나 소행성 충돌 등을 통해 이러한 원소가 전달되었다는 주장이 있었지만, 이는 지속적인 공급을 설명하지 못했다. 영국 과학 기술 전문지 뉴 사이언티스트(NewScientist)는 19일(현지시간) 케임브리지 대학의 크레이그 월튼(Craig Walton) 연구팀은 빙하가 우주 먼지를 가두고 생명체에 필요한 요소가 풍부하게 축적될 수 있는 환경을 제공해 지구의 생명 탄생에 중요한 역할을 했다는 연구 결과를 발표했다고 보도했다. 연구팀은 빙하가 우주 먼지를 가두는 데 탁월한 능력을 지녔다고 밝혔다. 빙하는 방대한 양의 먼지를 흡수하고 보관할 수 있으며, 육지 먼지로 인한 오염이 거의 없기 때문에 생명체 발생에 필요한 순수한 환경을 제공한다고 주장했다. 또한 우주 먼지가 빙하에 떨어지면 햇빛을 흡수하여 열을 발생시키는데 이 열에 의해 빙하가 녹아 작은 구멍이 생기고, 이 구멍은 마치 먼지를 가두는 함처럼 작동한다. 시간이 지남에 따라 쌓인 먼지는 빙하 가장자리에 있는 연못으로 흘러 들어간다. 이 연못은 우주 먼지가 제공하는 다양한 영양소와 빙하의 깨끗한 환경이 결합된 생명체 발생에 최적의 장소가 됐다는 설명이다. 월튼의 연구팀은 이번 연구에 대해 "우리의 연구는 빙하가 단순히 얼음덩어리 이상의 의미를 가진다는 것을 보여준다. 빙하는 생명체 발생에 필요한 요소를 모으고 보호하는 역할을 했을 가능성이 높다"라며 "이 연구는 생명체가 어떻게 발생했는지에 대한 새로운 가능성을 제시하며, 앞으로 더 많은 연구를 통해 빙하가 지구 생명의 기원에 어떤 역할을 했는지 밝혀낼 수 있을 것이다"라고 덧붙였다. 이 연구는 초기 지구 환경과 생명의 기원에 대한 새로운 가능성을 제시하지만, 아직 검증해야 할 부분도 많다. 과학자들은 초기 지구에 빙하가 얼마나 흔했는지에 대한 논쟁도 있다. 전문가들은 이 연구가 초기 지구 환경과 생명의 기원에 대한 새로운 가능성을 제시한다고 평가 하지만 아직 검증해야 할 부분도 많으며, 초기 지구에 빙하가 얼마나 흔했는지에 대한 논쟁도 있다. 이 연구는 앞으로 더 많은 연구를 통해 검증될 필요가 있다. 이 연구의 중요성은 우주 먼지가 지구 생명의 기원에 중요한 역할을 했을 수 있다는 새로운 가능성을 제시했다는 점이다. 이는 생명체가 어떻게 발생했는지에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있는 중요한 발견이다. 앞으로 더 많은 연구를 통해 이 연구의 결과가 검증될 필요가 있다.
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우주 먼지, 지구 생명 탄생에 결정적인 역할
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캐나다 화산호수, 생명의 기원 새로운 가능성 제시
- 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학교의 연구팀이 화산암반 위에 위치한 '라스트 찬스 호수(Last Chance Lake)'에서 주목할 만한 발견을 했다. 이 호수에서는 지구상의 자연 수역 중에서 가장 높은 농도의 인산염이 검출되었으며, 이는 지구상의 생명 기원과 연관될 수 있다는 가능성을 제시했다. 18일(현지시간) 인도 매체 인디아 타임즈에 따르면 연구팀은 2021년부터 2022년까지의 연구에서 캐나다 브리티시 컬럼비아 주에 있는 이 호수의 물과 퇴적물 샘플 분석을 통해, 인산염과 인을 축적하는 데 유리한 탄산염 광물인 돌로마이트가 풍부하다는 사실이 밝혀졌다. 인산염은 생명체 분자의 핵심 구성 요소로, 리보핵산(RNA), 디옥시리보핵산(DNA), 아데노신 삼인산(ATP) 등에 필수적인 역할을 한다. 돌로마이트(Dolomite)는 탄산칼슘(CaCO₃)과 탄산마그네슘(MgCO₃)으로 이루어진 퇴적암으로, 약 40억 년 전의 원시 지구 환경에서 흔히 발견되던 광물이다. 이러한 발견은 라스트 찬스 호수가 초기 지구 환경과 유사한 특성을 가지고 있음을 시사하며, 생명의 기원에 대한 연구에 중요한 단서를 제공할 수 있다. 18일 CNN은 연구의 공동 저자인 워싱턴 대학교 지구과학 데이비드 캐틀링 교수는 화산암 위에 위치한 얕고 짠 수역인 라스트 찬스 호수는 고대 지구의 탄산염이 풍부한 호수가 '생명의 요람'이었을 수 있다는 단서를 담고 있다고 전했다. 캐틀링은 "우리는 사람들이 자연에서 생명의 구성 요소를 합성하는 데 사용하는 특정 조건을 찾을 수 있었다"고 말했다. 그는 "우리는 생명의 기원에 대한 매우 유망한 장소를 가지고 있다고 생각한다"고 덧붙였다. 캐틀링과 그의 동료들은 문헌 검토를 통해 1990년대 미발표 석사 논문에서 비정상적으로 높은 수준의 인산염이 기록된 것을 발견한 후 이 호수를 연구 대상으로 처음 알게 되었다. 하지만 연구자들은 직접 눈으로 확인해야만 했다. 라스트 찬스 호수는 수심이 1피트(30.48cm)를 넘지 않다. 해발 1000미터(3280피트)가 넘는 브리티시 컬럼비아의 화산 고원에 위치한 이 호수에는 지구상의 자연 수역 중 가장 높은 수준의 농축 인산염이 함유되어 있다. 세바스찬 하스(Sebastian Haas) 박사가 이끄는 브리티시 컬럼비아 대학교 연구팀은 이 연구 결과를 바탕으로 지난 1월 9일 '화산 호수가 생명의 기원을 위한 가능한 환경을 제공했을 수 있다'라는 제목의 논문을 네이쳐(Nature) 저널에 게재했다. 이 발견은 생명체가 어떻게 시작되었는지에 대한 과학적 이해를 발전시킬 수 있다. 라스트 찬스 호수와 같은 독특한 환경을 연구함으로써 과학자들은 고대 역사의 수수께끼를 해결해 나갈 수 있다. 그러나 라스트 찬스 호수가 생명의 기원과 실제로 연관되어 있는지, 그리고 그 환경이 40억 년 전의 지구 환경과 얼마나 유사했는지를 확인하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 이 연구는 생명의 기원에 대해 새로운 시각을 제공하며, 앞으로 화산 호수와 같은 독특한 환경에 대한 연구가 활발히 이루어질 것으로 전망된다. 과학자들은 라스트 찬스 호수와 생명의 기원 사이의 실제 연관성을 밝히기 위해 지속적으로 연구를 수행할 계획이다.
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캐나다 화산호수, 생명의 기원 새로운 가능성 제시
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토성의 위성 미마스, '지하 바다' 존재⋯생명체 존재 가능
- 토성의 소형 위성 미마스(Mimas)에서 지하 바다가 발견되었다는 사실은 과학계에 큰 파장을 일으켰다. 영화 '스타워즈'에 등장하는 '데스 스타(Death Star)'와 흡사한 외관을 가진 미마스에서 생명체 존재 가능성을 암시하는 바다가 발견되었다는 것은 과학적 흥미뿐만 아니라 대중의 상상력을 사로잡았다. 포브스 재팬은 미마스 내부에 바다가 존재할 수 있다는 발견이 지질학적으로 활발한 천체에만 해당될 것이라는 기존의 생각을 뒤집는, 실로 놀라운 발견이라고 지난 14일 보도했다. 프랑스 파리 천문대의 발레리 레이니 박사팀은 지난 2월 8일 과학 저널 '네이처(Nature)'에 게재된 연구에서 토성 탐사선 카시니(Cassini)의 관측 자료를 분석한 결과, 미마스가 수많은 충돌 분화구로 덮인 얼음 표면 아래에 비교적 최근에 형성되어 여전히 진화 중인 바다가 존재할 가능성이 있다고 발표했다. 지름이 390km로 토성의 주요 위성 중 가장 작으며 가장 안쪽 궤도를 22시간 만에 공전하는 미마스는 표면이 분화구(crater, 운석 충돌 등으로 생기는 거대한 구덩이)로 덮여 있고 변화가 없다는 점에서 지질학적으로 비활성 상태로 여겨져 왔다. 하지만 2010년 카시니 탐사선이 관찰한 미마스의 '흔들림(libration)' 현상은 과학자들의 관심을 끌었다. 이는 미마스 내부에 액체 상태의 물이 존재할 가능성을 시사하는 중요한 증거였다. 미마스는 표면의 광범위한 부분을 차지하는 거대한 충돌 분화구 '허셜'로 인해 영화 '스타워즈'에 등장하는 우주 요새 '데스 스타(Death Star)'와 유사한 외관을 가지고 있다. 허셜은 1789년 미마스를 처음 확인한 천문학자 윌리엄 허셜의 이름을 딴 분화구를 말한다. 하지만 미마스에서는 지질 활동의 징후가 발견됐다. 특히 남극 지역의 크레이터가 다른 지역의 크레이터보다 작게 보이는 것은, 이 지역에서 최근에 융해 현상이나 새로운 표면 형성이 일어나고 있음을 간접적으로 나타내고 있다. 일반적으로 얼음이나 다른 고체 표면 아래 존재하는 바다는 액체 상태로 인한 내부 역학이 표면에 변형을 일으키며 드러나곤 한다. 연구팀은 그러나 미마스의 경우, 표면 변화가 거의 관찰되지 않아, 그 아래에 액체 상태의 바다가 존재할 가능성이 매우 낮은 후보로 여겨졌다고 밝혔다. 카시니 탐사선의 관측 데이터를 활용한 이전 연구에서 미마스의 자전 운동과 궤도상의 흔들림 현상이 관찰됐으며, 이러한 현상을 설명하기 위해 내부에 길게 뻗은 암석 핵이 존재하거나, 심지어는 내부에 전체적으로 바다가 있을 수 있다는 가설이 제시됐다. 지질학적으로 활동하지 않는 것으로 여겨졌던 미마스 이번 연구를 요약한 논문에 따르면, 미마스의 바다는 약 20~30km 두께의 얼음층 아래에 위치하며, 형성 시기는 약 2500만 년 전보다 젊은 것으로 추정된다. 네이처에 따르면 미마스 내부에 전구적 규모의 액체 상태의 물로 이루어진 바다가 존재하는 것으로 확인됐다. 이 바다는 대략 1500만년에서 500만년 전 사이에 형성된 것으로 추정된다. 논문의 공동 저자이자 영국 런던 대학교 퀸 메리 대학의 물리화학 및 천문학 부문 명예 연구원인 닉 쿠퍼는 "이번 발견으로 미마스가 엔켈라두스나 유로파와 같이 내부 바다를 가진 위성 가운데 하나로 자리매김하게 됐다. 미마스의 바다가 특히 눈에 띄는 점은 그 젊은 나이다"라고 말했다. 미마스 내부의 바다는 토성과 미마스 간의 조류력 상호작용을 통해 탐지됐다. 연구 결과, 미마스 궤도의 불규칙성이 지하 바다에 의해 발생할 수 있는 현상이 아님을 밝혀냈다. 이 연구에는 미국 항공 우주국(NASA)의 토성 궤도 탐사선 카시니가 2004년부터 2017년까지 13년 동안 수집한 관측 데이터가 활용됐다. 미마스는 반경이 198km에 불과한 작은 천체이지만, 이번 발견이 큰 파장을 일으킬 수 있다고 포브스 재팬은 강조했다. 활발한 지질 활동의 징후가 없는 작은 위성이 숨겨진 바다를 가지고 있으며, 이로 인해 생명 유지에 필수적인 조건을 제공할 가능성이 있다는 것은, 과학자들이 태양계 어느 곳에서든 생명의 존재 가능성을 탐색할 수 있는 새로운 전망을 열어준다는 것이다. 바다 연대 젊어 생명체 없을 수도 영국의 일간지 가디언은 지난 7일 미마스의 바다 연대가 너무 젊어 생명체가 출현할 충분한 기회가 없었을 수 있다는 주장이 제기됐다고 보도했다. 가디언에 따르면 프랑스 파리 천문대의 천문학자 발레리 레이니는 미마스 내부에 따뜻한 암석과 접촉하는 물이 존재함으로써 생명체가 존재할 가능성을 완전히 배제할 수 없다고 말했다. 그러나 이 숨겨진 바다의 연대가 수천만 년에 불과하다면, 생명체가 출현할 기회가 부족했을 가능성도 있다. 레이니는 "바다의 나이가 생명체 출현에 충분히 오래되었는지 여부에 대해 아무도 확신할 수 없다"고 덧붙였다. 일반적으로 위성의 암석질 핵과 지하 바다 사이의 상호작용으로 인해 생명 유지에 필요한 화학 에너지가 생성될 수 있다고 여겨진다. 쿠퍼는 "최근에 발견된 액체 상태의 물 바다는 생명의 기원을 연구하는 학자들에게 미마스를 주요 조사 대상이 됐다"고 말했다. 미마스에서 바다가 발견되었다는 사실이 예상 밖일 수 있지만, 태양계 내 다른 행성의 위성에서 바다가 발견된 것은 이번이 처음이 아니다. 토성의 위성 엔켈라두스와 타이탄, 그리고 목성의 위성 유로파, 가니메데, 칼리스토에서 이미 행성 해양학자들이 지하 바다를 탐지해 왔다. 미마스에서의 이러한 바다 발견은 예상치 못한 장소에서 이루어졌으며, 이는 태양계 곳곳의 소형 얼음 위성에 대한 철저한 조사가 곧 시작될 것임을 시사한다.
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토성의 위성 미마스, '지하 바다' 존재⋯생명체 존재 가능
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소행성 표면서 물 분자 첫 발견
- 과학자들이 지금은 폐기된 적외선 천문학 성층권 천문대(SOFIA)의 데이터를 활용해 소행성 표면에서 물 분자를 최초로 발견했다고 사이테크데일리가 14일(현지시간) 보도했다. 이 매체에 따르면 사우스웨스트 연구소(Southwest Research Institute, SwRI)의 연구원들은 미 항공우주국(NASA·나사) 과학자들과 독일 우주국 DLR의 공동 프로젝트인 SOFIA 데이터를 활용하여 소행성 표면에서 물 분자를 확인했다. 이는 태양계 형성과 생명체 지원 가능성에서 물의 분포와 물의 역할을 이해하는 데 중요한 진전을 이루었다는 평가를 받고 있다. SOFIA의 포캐스트(FORCAST) 장비는 이전에는 건조하다고 여겨졌던 소행성에서 물을 발견했다. 과학자들은 규산염이 풍부한 소행성 4개를 조사하여 그 중 2개에서 분자 물을 나타내는 중적외선 스펙트럼 시그니처를 분리하기 위해 FORCAST 장비를 사용했다. 해당 연구는 지난 2월 12일 행성과학저널(The Planetaey Science Journal)에 게재됐다. 소행성 물 분포의 중요성 이 발견에 관한 행성 과학 저널 논문의 수석 저자인 SwRI의 아니시아 아레돈도(Anicia Arredondo) 박사는 "소행성은 행성 형성 과정에서 남은 찌꺼기이기 때문에 태양 성운의 형성 위치에 따라 구성 성분이 달라진다"라고 말했다. 아레돈도 박사는 "특히 소행성의 물 분포는 물이 지구에 어떻게 전달되었는지를 밝힐 수 있기 때문에 특히 흥미롭다"고 부연했다. 무수 또는 건조한 규산염 소행성은 태양 가까이에서 형성되는 반면 얼음 물질은 더 멀리 떨어져서 합쳐진다. 소행성의 위치와 구성 성분을 이해하면 태양 성운의 물질이 어떻게 분포하고 형성 이후 어떻게 진화했는지 알 수 있다. 태양계의 물 분포는 다른 태양계의 물 분포에 대한 통찰력을 제공하며, 물은 지구상의 모든 생명체에 필요하기 때문에 태양계와 그 너머에서 잠재적 생명체를 찾을 수 있는 곳을 찾을 수 있게 해줄 것으로 예상된다. 아레돈도는 "소행성 아이리스(Iris)와 마살리아(Massalia)에서 분자 물로 추정되는 특징을 발견했다"고 말했다. 그는 "저희는 달 표면에서 햇빛을 받은 분자 물을 발견한 연구팀의 성공을 바탕으로 연구를 진행했다. 다른 천체에서도 이 스펙트럼 시그니처를 찾기 위해 SOFIA를 사용할 수 있다고 생각했다고 설명했다. 이전에는 달 햇빛이 비추는 표면에서만 분자 물이 발견되었으며, 소행성에서의 물 존재는 처음 확인된 사례다. SOFIA는 달 남반구에서 가장 큰 크레이터 중 하나에서 물 분자를 감지했다. 달과 소행성에 대한 이전 관측에서는 어떤 형태의 수소가 검출되었지만 물과 가까운 화학적 친척인 하이드 록실을 구별하지 못했다. 과학자들은 달 표면에 펼쳐진 1㎥(세제곱미터)의 토양에 화학적으로 결합된 12온스(340g)짜리 물 한 병에 해당하는 양의 물이 광물에 갇혀 있는 것을 발견했다. 아레돈도는 "스펙트럼 특징의 밴드 강도에 따르면 소행성의 풍부한 물은 태양이 비추는 달의 물과 일치한다"며 "마찬가지로 소행성에서도 물이 결합되어 있을 수 있다고 설명했다. 연구팀은 "태양계 물 분포는 다른 항성계 물 분포에도 영향을 미칠 가능성이 있다"고 밝혔다. 또한 "지구 생명체의 필수 요소인 물은 생명체 탐사 시 중요한 기준이 될 것"이라고 덧붙였다. 앞으로 연구팀은 소행성 물의 정확한 양과 분포를 파악하기 위해 추가 관측을 진행할 계획이다.
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소행성 표면서 물 분자 첫 발견
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NASA, 해양·대기 관측위성 PACE 발사
- 미국 항공우주국(NASA·나사)은 해양과 대기의 상태, 기후변화의 영향을 연구하는 위성을 성공적으로 발사했다고 지난 8일(현지시간) 밝혔다. 나사는 발사 후 5분 만에 위성 신호를 수신했으며, 예상대로 작동하는 것을 확인했다. 이 위성은 플랑크톤(Plankton), 에어로졸(Aerosol), 기후(Climate), 해양 생태계(ocean Ecosystem)의 각 앞 글자를 따 페이스(PACE)라는 이름이 붙었다. 나사는 해양 생태계 위성 페이스를 플로리다주 케이프 커네버럴 우주군 기지의 스페이스 런치 콤플렉스 40(Space Launch Complex 40)에서 스페이스X 팰콘9(SpaceX Falcon 9) 로켓을 통해 발사했다고 밝혔다. 빌 넬슨(Bill Nelson) 나사 국장은 “나사의 지구 관측 위성에 새로 추가된 페이스는 이전과는 전혀 다른 방법으로 대기와 해양의 입자가 지구 온난화에 영향을 미치는 주요 요인을 식별할 수 있는 방법을 배우는 데 도움이 될 것이다”라고 설명했다. 빌 넬슨 NASA 국장은 "NASA의 지구 관측 위성에 새롭게 추가된 페이스는 대기와 해양의 입자가 지구 온난화에 영향을 미치는 핵심 요인을 파악하는 데 도움이 될 것"이라며 "이런 임무는 바이든-해리스 행정부의 기후 의제를 지원하고 변화하는 기후에 대한 긴급한 질문에 답하도록 도울 것"이라고 말했다. 페이스는 지구 상공 수백 마일에서 작고 눈에 보이지 않는 것, 즉 물속의 미세한 생명체와 공기 중의 미세한 입자의 영향을 연구하는 임무를 맡았다. 페이스에 탑재된 기기는 자외선과 가시광선, 근적외선 스펙트럼을 이용해 바다와 그 밖의 수역을 측정한다. NASA는 이를 이용해 과학자들은 식물성 플랑크톤의 분포를 추적하고, 전 지구적 규모로 매일 어떤 생물 군집이 존재하는지 확인해 해양 환경의 변화를 연구할 수 있게 된다고 설명했다. 과학자와 해안 자원 관리자는 이 데이터를 사용하여 어장의 상태를 예측하고, 유해한 조류의 번성을 추적하고, 해양 환경의 변화를 식별할 수 있다. NASA는 특히 플랑크톤은 대기의 이산화탄소를 흡수해 세포 물질로 변환함으로써 지구 탄소 순환에서 핵심적 역할을 하기 때문에 기후변화의 영향을 연구하는 데 중요한 자료로 활용된다고 부연했다. 또 이 위성에 탑재된 두 종류의 편광계 하이퍼-앵귤러 레인보우 폴라리미터#2 (Hyper-Angular Rainbow Polarimeter #2)와 행성 탐사용 분광편광계는 햇빛이 대기 입자와 어떻게 상호작용하는지 감지해 대기 에어로졸(공기 중에 떠 있는 물질의 입자)과 구름의 성질, 지역적·세계적인 규모의 대기 질을 파악하게 해준다. 장비와 편광계의 결합을 통해 페이스는 해양과 대기의 상호 작용과 변화하는 기후가 이러한 상호 작용에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 통찰력을 제공할 것으로 보인다. 워싱턴 나사 본부 과학 임무국 지구 과학 부문 부서장 카렌 세인트 제르맹(Karen St. Germain)은 “페이스의 관측과 과학 연구는 기후 순환에서 해양의 역할에 대한 우리의 지식을 크게 발전시킬 것이다”라며 “데이터의 가치는 지표수 및 해양 지형 임무의 데이터 및 과학과 결합할 때 급등하여 해양 과학의 새로운 시대를 열었다”고 평가했다. 이어 “연구와 데이터를 사용할 준비가 된 얼리 어답터들이 있는 오픈 소스 과학 임무로서, 페이스는 지구 시스템에 대한 우리의 이해를 가속화하고 우리의 해안 지역 사회와 산업이 빠르게 진화하는 도전을 해결하는 것을 돕기 위해 실행 가능한 과학, 데이터 및 실용적인 응용 프로그램을 제공하도록 도울 것이다”고 덧붙였다. 나사 본부의 페이스 프로그램 책임자 마조리 해스켈(Marjorie Haskell)은 "페이스 팀과 협력이 이 관측소를 구현하기 위해 전 세계적인 팬데믹을 포함한 문제를 극복한 그들의 헌신과 끈기를 직접 목격할 수 있어 영광이었다"라며 "열정과 팀워크는 이 새로운 위성이 제공할 데이터에 대한 과학계의 기대감과 일치한다"고 강조했다. 지구의 해양은 해수면 상승, 해양 폭염, 생물 다양성의 감소 등 다양한 방식으로 기후 변화에 영향을 받고 있다. PACE를 통해 연구자들은 대기 중 이산화탄소를 흡수해 세포물질로 변환하는, 지구 탄소 순환에서 핵심적 역할을 하는 식물성 플랑크톤의 기후 변화 영향을 연구할 수 있다. 메릴랜드주 그린벨트에 위치한 나사 고다드 우주 비행 센터의 PACE 프로젝트 과학자 제레미 베르델((Jeremy Werdell))은 "PACE가 열어줄 기회는 매우 흥미로우며, 우리는 아직 상상하지 못한 방법으로 이 놀라운 기술을 활용할 수 있을 것이다. 이는 진정한 발견의 여정이 될 것"이라고 말했다.
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NASA, 해양·대기 관측위성 PACE 발사
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'물의 행성' 97광년 너머 발견⋯지구형 행성 탐사 '이정표'
- 허블 우주 망원경(HST)이 60억 년 전에 형성된 외계행성을 둘러싼 물이 풍부한 대기를 감지했다. 포브스는 최근 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'를 인용해 이 외계행성 'GJ 9827d'은 태양계에서 불과 97광년 떨어져 있다며 이같이 보도했다. 미국 항공우주국(NASA·나사)에 따르면 외계행성 GJ 9827d는 지름이 지구의 약 2배이며 태양계의 해왕성 및 금성과 유사하다. 현재까지 대기에서 수증기가 감지된 가장 작은 외계행성이다. 지구형 행성은 태양계 내에서 지구와 비슷한 크기와 구조를 가진 행성을 말한다. 이러한 행성들은 지구와 우사한 특징을 가지고 있을 수 있으며, 물이나 기체로 된 대기를 포함한 환경을 가질 수 있다. 지구형 행성은 일반적으로 '금성형'과 '지구형'으로 분류된다. 이러한 행성들은 지구와 비슷한 크기와 질량을 가지며, 가스나 암석으로 이루어진 지표를 가지고 잇을 가능성이 크다. 이러한 지구형 행성 중에서 지구와 가장 비슷한 특성을 가진 것으로는 금성이 유명하다. 지구형 행성 특징 규명에 접근 물고기자리 방향의 외계행성 GJ 9827d에서 물을 발견한 것은 획기적인 사건이다. 물고기자리는 천문학에서 중요한 별자리 중 하나로 우리 은하의 방향을 나타내는 방향 지시자로도 사용된다. 물고기자리에는 명확한 주요 별이 많이 없지만, 여러 개의 밝은 별들이 모여 있는 모양이 물고기의 형상을 형성한다. 이번 연구 결과를 발표한 천문학자 팀 중 한 명인 독일 막스플랑크 천문연구소의 외계행성 대기물리학 부서를 총괄하는 로라 클라이드버그(Laura Klydeberg)는 보도자료를 통해 "진정한 지구형 행성의 특징에 한 발짝 더 다가서게 됐다"고 말했다. 이번 수증기 검출로 은하계에 존재하는 물이 풍부한 행성에 대한 이해가 비약적으로 발전할 수 있을 것으로 보인다. 행성에 물이 있는지 여부는 생명체 존재 가능성을 판단하는 데 매우 중요한 요소로 여겨지기 때문이다. 미국과 중국, 인도 등 우주 강국이 달 남극 탐사에 집중하는 것도 바로 물이 있기 때문이다. 연구팀 중 한 명인 캐나다 몬트리올대 트로티에 외계행성연구소(iREx)의 비욘 베네케는 "물이 풍부한 대기를 가진 행성이 태양계 외곽 항성계에 실제로 존재할 수 있다는 것을 대기 탐지를 통해 직접적으로 증명한 것은 이번이 처음일 것"이라고 말했다. 베케네는 "이는 암석성 행성의 대기 보유율과 다양성을 규명하는 데 있어 중요한 진전이다"라고 평가했다. 이번 연구 결과를 담은 논문은 '천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)'에 게재됐다. 고온다습한 행성 GJ 9827d는 주별(주로 별자리를 의미함)에 가깝기 때문에 금성처럼 고온다습한 행성일 가능성이 있다. 하지만 행성 대기의 주성분이 물인지, 아니면 수소를 많이 함유한 희박한 대기인지는 아직 밝혀지지 않았다. GJ 9827d에 대해 문제가 되는 것은 그 나이와 주별과의 근접성이다. 형성된 지 60억 년이 지났기 때문에 주별의 강력한 복사로 인해 초기부터 존재했던 수소의 대부분을 잃어버렸을 것으로 추정된다. 베케네는 "비교적 작은 행성을 조사하다 보면 어느 순간 행성에서 수소가 사라지고 이산화탄소를 주성분으로 하는 금성에 더 가까운 대기를 갖게 되는 전환점이 있을 것"이라고 설명했다. 절반은 물, 나머지 절반은 암석 추정 또 다른 가능성은 GJ 9827d가 수증기를 포함한 수소가 풍부한 외계행성(슈퍼지구보다 크고 해왕성형 행성보다 작은 외계행성)으로 수증기가 풍부한 외곽 가스층(수소와 헬륨으로 구성된 외곽 가스층)을 여전히 보유하고 있을 가능성이 있다. 그밖에 또 다른 가능성으로는 목성의 위성인 유로파의 온도를 높인 것과 같은 천체일 수도 있다. 유로파의 얼음 껍질 아래에는 지구의 두 배에 달하는 물이 존재한다. 베게네는 "GJ 9827d는 반은 물이고 반은 암석인 행성일 수 있다"고 지적했다. 그는 "작은 암석질 본체 위쪽에는 다량의 수증기가 있을 것"이라고 덧붙였다. 만약 GJ 9827d에 물이 풍부한 대기가 남아있다면, 주성(개별적인 하나의 별)에서 멀리 떨어진 곳에서 형성된 후 주성 근처로 이동한 것이 분명하다. 연구팀은 최근 제임스 웹 우주망원경(JWST)으로 GJ 9827d를 관측해 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 클라이드버그는 "이 관측 데이터로 무엇이 밝혀질지 눈으로 확인할 수 있기를 매우 고대하고 있다"고 말했다. 그는 "물의 행성 문제를 완전히 해결할 수 있기를 바란다"고 기대했다. 한편, 나사는 지난 1월 31일 태양보다 작고 차가운 적색 왜성을 도는 지구 질량 1.5배의 '슈퍼 지구'를 발견했다고 공식 발표했다. 나사에 따르면 'TOI-715 b'로 명명된 이 행성은 잠재적으로 생명체 거주 가능한 행성으로 추정된다. 발견 과정은 NASA 주관 트랜짓 엑소플래닛 서베이 위성(TESS)을 통해 이루어졌다. 나사는 발표문을 통해 "추가 조사가 필요한 '슈퍼지구'는 천문학적 기준으로 볼 때 우리와 상당히 가까운 137광년 떨어진 작고 붉은 별을 돌고 있다"면서 "동일한 항성계 내에 지구 크기의 두 번째 행성이 있을 수도 있다"고 설명했다. 이처럼 우주 과학의 발달로 슈퍼 지구 혹은 물이 존재하는 지구와 유사한 별의 존재가 속속 밝혀지고 있다.
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'물의 행성' 97광년 너머 발견⋯지구형 행성 탐사 '이정표'
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