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[우주의 속삭임(83)] 금성, 생명체 존재했던 '푸른 행성'이었을까? 연구 결과는 '회의적'
- 지구와 쌍둥이처럼 흡사한 금성에 과연 생명체가 존재하고 있었을까. 최근 과학계에서는 금성이 과거 생명체가 있었을 가능성에 대한 논쟁이 뜨겁다. 금성은 태양계의 두 번째 행성이지만 금속 눈, 이산화탄소 대기, 수많은 화산과 산성비가 내려 지구의 '사악한 쌍둥이'로 불리고 있다. 지구와 질량 및 태양과의 거리가 비슷한 금성은 현재 납도 녹일만큼 뜨거운 표면 온도(섭씨 약 500도)와 황산 구름으로 뒤덮인 '지옥의 행성'이다. 하지만 고대에는 지구와 훨씬 유사한 환경이었을 것이라는 추측이 지배적이었다. 새로운 연구 "금성은 탄생부터 뜨거웠다" 최근 영국 케임브리지 대학교 연구팀은 금성의 대기 화학 조성을 분석한 결과, 금성 표면에 물로 이루어진 바다가 존재했을 가능성이 낮다는 연구 결과를 발표했다고 스페이스 닷컴이 2일(현지시간) 보도했다. 이는 '금성은 탄생부터 뜨거웠다'는 가설에 힘을 실어주고 있다. 연구팀은 금성 대기 중 물, 이산화탄소, 카르보닐황화물의 파괴 속도와 화산 활동을 통한 보충 속도를 분석했다. 화산 활동은 행성 내부 물질을 표면으로 운반하고 가스 형태로 방출하기 때문에 행성 내부 상태를 파악하는 중요한 지표가 된다. 지구의 화산 폭발은 물이 풍부한 내부 구조 때문에 대부분 수증기로 이루어져 있다. 반면, 금성의 화산 가스에서 수증기가 6%에 불과하다는 사실을 연구팀은 발견했다. 이는 금성 내부가 매우 건조하며, 표면에 바다를 형성할만큼 충분한 물을 가지고 있지 않았음을 시사한다. 금성은 극도로 두꺼운 대기를 가지고 있으며, 이산화탄소가 풍부한 대기에 의해서 온실효과가 발생해 금성 표면의 온도를 섭씨 약 460도까지 높인다. 이산화탄소에 의한 온실효과가 없다고 가정한다면 금성의 온도는 현재 지구의 표면 온도와 비슷하게 된다. "금성, 지구와 다른 진화 과정을 거친 행성" 이번 연구를 이끈 테레자 콘스탄티누 케임브리지 대학 천문학 연구소 박사 과정 연구원은 "금성은 태양계 외행성 연구에 중요한 의미를 지닌다"며 "생명체 거주 가능 구역의 경계에서 지구와 매우 다른 진화 과정을 거친 행성을 탐구할 수 있는 기회를 제공하기 때문"이라고 설명했다. 2029년 발사 예정인 미 항공우주국(나사·NASA)의 다빈치(DAVINCI) 미션은 금성 대기 탐사를 통해 이러한 의문에 답을 제시할 것으로 기대된다. 다빈치 탐사선은 금성 대기를 통과하며 중요한 데이터를 수집하고, 착륙 과정에서 7초간 금성 표면을 관측할 수 있을 것으로 예상된다. "생명체 존재 가능성 낮지만, 외계 행성 연구에 중요한 단서 제공" 콘스탄티누 연구원은 "과거 금성에 생명체가 살 수 있었다면, 이미 발견된 외계 행성들에도 생명체가 존재할 가능성이 높아진다"면서도 "하지만 이번 연구 결과는 금성과 유사한 외계 행성들이 생명체 거주 가능성이 낮음을 시사한다"고 밝혔다. 연구팀은 금성이 과거 지구와 유사한 환경이었기를 바랐지만, 이번 연구 결과는 그렇지 않았음을 보여준다. 이에 연구원은 "실망스럽지만, 최소한 우리가 아는 생명체가 존재할 가능성이 높은 행성에 탐사를 집중하는 것이 더욱 효율적"이라고 강조했다. 이번 연구 결과는 천문학 및 천체물리학 분야의 온라인 국제전문학술지 '네이처 천문학(Nature Astronomy)'에 게재됐다. 금성은 왜 지구의 '사악한 쌍둥이' 행성일까? 금성은 지구와 질량과 크기, 구성 성분 등이 비슷한 행성이다. 그로 인해 종종 금성은 '지구의 사악한 쌍둥이'라는 별명으로 불리고 있다. '사악한 쌍둥이'는 비록 쌍둥이로 태어났지만 살면서 서로 다른 길을 걸어 결국에는 다른 운명을 맞이한 사람을 부를 때 쓰는 용어다. 그렇다면 행성인 금성을 지구의 사악한 쌍둥이라고 부르는 이유는 무엇 때문일까. 금성과 지구는 태양계 행성 중에서 마치 쌍둥이처럼 크기와 질량이 가장 비슷하다. 금성의 지름은 지구의 약 95%이고, 질량은 81%정도다. 밀도도 비슷해서 중력도 거의 같다. 그로 인해 초기 태양계 형성 당시 지구와 금성은 비슷한 구성성분으로 이루어져 있었을 것으로 추정된다. 암석형 행성이라는 공통점도 있다. 이와 같이 쌍둥이처럼 닮은 점도 있지만, 금성과 지구의 환경은 극명하게 다르다. 지구는 생명체가 번성하는 푸른 행성이지만, 금성은 표면 온도가 464℃에 달하고 대기압이 지구의 92배에 달하는 고온 고압의 환경이다. 게다가 금성의 대기는 이산화탄소로 가득차 있고 황산 구름이 뒤덮고 있어 생명체가 살 수 없는 마치 '지옥'과 같은 환경이다. 이처럼 금성은 지구와 쌍둥이처럼 닮았지만 전혀 다른 운명을 맞이한 '사악한 쌍둥이'와 같은 양상을 보이고 있다. 즉, 금성은 지구와 전혀 다른 극단적인 환경으로 인해 생명체가 살 수 없어서 '사악한 행성'이 된 것이다.
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[우주의 속삭임(83)] 금성, 생명체 존재했던 '푸른 행성'이었을까? 연구 결과는 '회의적'
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
- 우주는 더 이상 단순한 탐험의 공간이 아니다. 국제우주정거장(ISS)과 민간 우주 임무에서 진행된 줄기세포 실험에서 의료 과학의 판도를 바꿀 혁신적인 결과가 나왔다. ISS의 미세중력 환경에서 배양된 줄기세포가 지구에서는 실현할 수 없었던 뛰어난 능력을 발휘한 것이다. 미국 플로리다 메이요 클리닉과 세다스-사이나이 연구진은 이번 실험 결과가 질병 치료와 재생의학 연구에 새로운 지평을 열 것이라고 최근 발표했다. 우주에서는 줄기세포가 스스로 3차원 구형 배열을 형성했다는 점이 연구진에게 가장 큰 놀라움을 안겨 주었다. 지구의 중력 때문에 평면 배양 접시 위에서만 자라던 줄기세포가 우주의 미세중력 아래에서는 스스로 진화하듯 3차원 조직 구조를 만들어 낸 것이다. 이는 인체 조직에 가까운 구조로, 면역 조절과 염증 완화 능력을 크게 향상시켰다. 플로리다 메이요 클리닉의 아바 주바이르 박사는 "우리는 세포가 3차원으로 자라리라고는 기대하지 않았다. 그러나 미세중력 환경은 세포가 자연스럽게 구형 배열을 형성하도록 했다. 이는 지구에서는 불가능했던 현상"이라고 설명했다. 이처럼 우주의 미세중력은 줄기세포의 자가 조립 능력을 활성화하며, 새로운 의료 혁신의 가능성을 열어주었다. 이번 연구는 NPJ 마이크로그래비티(NPJ Microgravity)에 게재됐으며, 우주 환경을 활용한 줄기세포 연구가 새로운 의료 혁신을 가져올 것으로 기대된다. [미니해설] 우주 실험이 밝혀낸 줄기세포의 비밀⋯불로장생의 꿈 '성큼' 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中 伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 줄기세포는 그 자체로 현대 의학의 혁신적인 가능성을 품고 있다. 복제와 분화 능력은 조직 재생과 질병 치료의 핵심 자원으로 평가받는다. 그러나 기존 기술은 여전히 복잡한 한계를 지니고 있다. 이런 상황에서 우주에서 진행된 줄기세포 배양 실험은 재샌의학 분야에 새로운 방향을 제시하며 주목받고 있다. 미세중력, 줄기세포 배양의 최적 환경 미세중력은 중력이 거의 없는 상태를 말한다. '무중력' 이라고도 불리지만, 중력이 완전히 없는 것은 아니고 지구 표면 중력의 100만분의 1 정도로 매우 작은 중력만 존재하는 환경이다. 지구 궤도를 도는 우주정거장에서는 지구 중력의 영향을 거의 받지 안항 미세중력 환경이 조성된다. 우주 환경에서 줄기세포를 배양하는 일은 간단하지 않았다. 미세중력 상태에서는 액체가 접시 밖으로 흘러나갈 위험이 있었기 때문이다. 하지만 연구진은 96웰 플레이트의 액체 표면 장력을 활용해 세포를 고정하는 기술을 개발하여, 성공적으로 배양 과정을 진행할 수 있었다. 아룬 샤르마 세다스-사이나이 연구소 박사는 "표면 장력을 활용한 이번 기술은 실험 성공의 핵심이었다. 맞춤형 장비 없이도 우주 실험을 가능하게 한 중요한 성과였다"라고 말했다. 우주에서의 새로운 가능성: 노화 관련 질환 치료 미세중력 환경은 줄기세포가 더 자연스러운 성장 상태를 유지하며, 면역 조절 능력과 염증 완화 효과를 향상시키는 데 기여했다. 이는 단순한 발견을 넘어, 줄기세포의 응용 가능성을 확장하는 중요한 과학적 단서를 제공한다. 연구진은 미세중력 환경에서 줄기세포를 대량으로 제조할 방법을 모색 중이다. 이는 줄기세포 기술의 상업적 생산과 재생의학 응용을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. 이번 연구는 노화 관련 질환의 치료에 새로운 전환점을 마련했다. 줄기세포는 뇌졸중, 암, 치매와 같은 질환 치료에서 중요한 역할을 할 가능성을 보여주었다. 또한, 우주 환경에서 배양된 줄기세포는 지구로 돌아온 뒤에도 복제 안정성과 확장 능력을 유지하며 의료 응용 가능성을 높였다. 클라이브 스벤슨 세다스-사이나이 연구소 교수는 "우리가 수행한 연구는 시작에 불과하다. 우주에서 제조된 줄기세포는 재생의학을 혁신할 독특한 특성을 갖고 있다"고 말했다. 우주 시대의 의료 혁명: '불로장생'의 가능성 이번 연구 결과는 단순한 과학적 발견을 넘어, 재생의학의 새로운 장을 열었다. 우주라는 실험실은 줄기세포 기술의 대량 생산과 상업적 생산 가능성을 제시하며, 인류의 오랜 꿈인 '불로장생'을 현실로 만들 가능성을 보여준다. 우주에서 시작된 줄기세포 연구는 더 이상 공상과학의 영역이 아니다. 미세중력이라는 우주의 독특한 환경은 질병 치료와 장기 이식 기술에 혁신적인 변화를 가져올 것이다. 미래의 어느 날, 우리는 줄기세포 기술 덕분에 질병의 고통에서 벗어나 건강하게 오래 사는 꿈을 이룰지도 모른다. 그리고 그 꿈을 현실로 만들 열쇠는 바로 우주에서 진화한 작은 세포들이 쥐고 있을 것이다.
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
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[우주의 속삭임(82)] 나사 큐리오시티 로버, 화성의 신비한 거미줄 바위 발견
- 나사(NASA)의 화성 탐사선 큐리오시티(Curiosity) 로버가 화성에서 거미줄과 같은 패턴의 바위 지대를 발견했다. 게디즈 발리스(Gediz Vallis) 수로의 물 활동을 조사하던 큐리오시티 로버의 다음 임무는 '상자형 구조물'이라고 알려진 이 바위 지대에 대한 탐사가 될 것으로 보인다고 사이테크데일리가 전했다. 복잡한 거미줄 패턴으로 구성된 이 암석은 행성 표면을 따라 수 마일에 걸쳐 펼쳐져 있다. 이 지역을 연구하기 위해 큐리오시티는 지난 9월 말, 해협 내의 유황석 등 다양한 특징을 보여주는 360도 파노라마를 촬영했다. 큐리오시티의 임무는 고대 화성에 미생물 생명체가 존재했다면, 이를 위해 필요했을 조건의 증거를 찾는 것이다. 수십억 년 전, 화성에는 호수와 강이 있었고, 높이 5000m의 샤프산 기슭에 위치한 게디즈 밸리스 해협은 중요한 정보를 제공할 수 있다. 이 해협은 화성이 물을 잃어갈 당시의 환경이 어땠는지 보여줄 수 있다. 샤프산의 오래된 지층은 건조한 기후에서 형성되었지만, 수로의 존재는 기후가 크게 변화하면서 때때로 물이 이 지역을 통해 흘렀음을 시사한다. 지난 2012년 착륙 이후 약 33km를 이동한 큐리오시티는 현재 게디즈 발리스 해협의 서쪽 가장자리를 따라 이동하고 있다. 그 과정에서 여러 장의 파노라마를 수집했으며, 거미줄 모양의 바위도 발견됐다. 나사의 화성 정찰 궤도선(MRO)으로 보면 이 상자 모양은 표면을 가로질러 뻗어 있는 거미줄처럼 보인다. 샤프산의 마지막 물줄기에 의해 운반된 광물이 표면 암석의 균열로 가라앉은 후 굳어지면서 형성된 것으로 여겨진다. 암석 일부가 침식돼 떨어져 나가면서, 갈라진 틈에 굳어진 광물들과 거미줄 같은 상자 모양의 구조물만 남았다. 지구에서도 상자 모양의 구조물은 절벽과 동굴에서 목격됐다. 그러나 샤프산의 상자 모양의 구조물은 화성에서 물이 사라지면서 형성되었고, 10~20km에 달하는 지역에 걸쳐 있다는 점에서 지구의 그것과는 다르다. 큐리오시티 로버를 통해 화성을 연구하는 라이스 대학교의 커스틴 지바흐 박사는 "능선 지대의 거미줄 모양 암석에는 지하에서 결정화된 광물이 포함되어 있을 것이다. 그곳은 더 따뜻했을 것이고, 짠 액체 상태의 물이 흘렀을 수 있다"고 말했다. 또 "초기 지구 미생물들도 비슷한 환경에서 생존할 수 있었을 것이다. 그래서 화성의 탐사는 흥미롭다"고 강조했다. 한편 연구진은 360도 파노라마에서 보이는 '피나클 릿지' 잔해 더미를 포함해 수로 내에서 다양한 특징을 형성한 타임라인을 구성하고 있다. 강, 젖은 토석류, 마른 눈사태 등이 모두 흔적을 남겼다. 또한 넓게 퍼져 있는 유황석 지대에 대한 몇 가지 질문에 대한 답도 찾고 있다. MRO가 촬영한 이 지역의 이미지는 밝은색의 눈에 띄지 않는 패치처럼 보였다. 유황석은 MRO의 고해상도 이미징 장비로도 볼 수 없을 정도로 작았는데, 큐리오시티 로버가 부순 돌 내부에서 노란색 결정의 유황석이 드러났다. 그리고 로버의 장비는 돌이 순수한 유황임을 확인했다. 이는 화성에서 과거 어떤 임무에서도 본 적이 없는 것이었다. 유황이 형성된 이유는 밝혀지지 않았다. 지구에서는 화산과 온천 활동으로 생겨나지만, 샤프산에서는 그 증거가 없다. 이는 앞으로 해결되어야 할 숙제다.
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[우주의 속삭임(82)] 나사 큐리오시티 로버, 화성의 신비한 거미줄 바위 발견
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[기후의 역습(90)] NASA 위성, 세계 담수 고갈 위기 포착⋯심각한 물 부족 사태 예고
- 나사(NASA)와 독일의 그레이스(GRACE) 위성을 이용해 관측한 국제 연구팀은 지구의 담수 총량이 2014년 5월부터 급격히 감소하기 시작했으며 그 이후 계속 낮은 수준을 유지하고 있다는 증거를 발견했다고 나사가 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 지구물리학 서베이에 실린 보고서에서 연구진은 이러한 변화가 지구의 대륙이 지속적으로 더욱 건조한 단계에 접어들었음을 나타낼 수 있다고 지적했다. 나사 고다드 우주비행센터의 수문학자 매튜 로델은 "2015년부터 2023년까지 위성 측정 결과 육지에 저장된 담수의 평균 양(호수와 강과 같은 액체 상태의 지표수와 지하 대수층의 물 포함)이 2002년부터 2014년까지의 평균 수준보다 1200㎢ 낮았다"고 말했다. 이는 미국 5대호 중 이리호에서 잃어버린 양의 2.5배다. 가뭄이 들면 관개 농업의 확장과 함께 농장과 도시는 지하수에 더 많이 의존해야 하며, 이는 지하수 공급 감소의 악순환으로 이어질 수 있다. 담수 공급이 격감하고, 강우로 보충되지 않으며, 결국 더 많은 지하수가 소모된다. 2024년에 발표된 유엔 물 스트레스 보고서에 따르면, 이용 가능한 물의 감소는 농부와 지역 사회에 부담을 주고, 사람들이 오염된 수원으로 눈을 돌리게 된다. 그러면 기근, 갈등, 빈곤, 질병 증가로 이어질 가능성이 있다. 연구진은 독일 항공우주센터, 독일 지구과학연구센터, 나사가 운영하는 그레이스 위성의 관측을 통해 담수의 급격한 전 세계적인 감소를 확인했다. 그레이스 위성은 지구 중력의 변동을 매월 측정하여 지상 및 지하의 물 질량 변화를 보여준다. 최초의 그레이스 위성은 2002년 3월부터 2017년 10월까지 운행했다. 후속 그레이스-FO 위성은 2018년 5월 발사됐다. 연구에서 보고된 세계 담수량 감소는 브라질 북부와 중부에서 발생한 대규모 가뭄으로 시작되었고, 그 직후 호주, 남미, 북미, 유럽, 아프리카의 가뭄으로 이어졌다. 2014년 후반부터 2016년까지 열대 태평양의 해수 온도가 상승하면서 1950년 이래 가장 심각한 엘니뇨 현상이 발생했고, 대기 중 제트기류의 변화가 일어나 전 세계의 날씨와 강우 패턴이 바뀌었다. 그러나 엘니뇨가 가라앉은 후에도 세계 담수량은 회복되지 않았다. 연구진은 그레이스가 관찰한 세계에서 가장 극심한 가뭄 30건 중 13건이 2015년 1월 이후에 발생했다고 보고했다. 연구진은 지구 온난화가 지속적인 담수 고갈의 원인일 수 있다고 의심하고 있다. 지구 온난화로 인해 대기가 더 많은 수증기를 보유하게 되어 더 극심한 강수가 발생한다. 총 연간 강수량과 강설량은 크게 변하지 않을 수 있지만, 강렬한 강수 사이의 오랜 기간 동안 토양은 건조해지고 더 단단해진다. 그러면 비가 올 때 땅이 흡수할 수 있는 물의 양이 줄어든다. 전 세계적으로 담수 수위는 2014~2016년 엘니뇨 이후 지속적으로 낮게 유지되고 있으며, 더 많은 물이 수증기로 대기에 갇혀 있다. 온난화는 지표면에서 대기로의 물의 증발과 대기의 수분 보유 용량을 모두 증가시켜 가뭄의 빈도와 강도를 증가시킨다. 담수의 급격한 감소가 주로 지구 온난화 때문이라고 의심할 만한 이유가 있지만, 두 가지를 확실하게 연결하기는 쉽지 않다. 기후 예측에는 불확실성이 많으며 측정과 모델에는 항상 오류가 있기 때문이다. 지구 담수가 2015년 이전 수준으로 회복될지, 안정적으로 유지될지, 아니면 감소세를 이어갈지는 아직 알 수 없다. 현대 기온 기록상 가장 더웠던 9년이 담수의 급격한 감소와 일치했다는 점을 고려할 때, 이는 우연이 아니며 앞으로 일어날 일의 징조일 수 있다고 연구진은 말했다.
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[기후의 역습(90)] NASA 위성, 세계 담수 고갈 위기 포착⋯심각한 물 부족 사태 예고
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[기후의 역습(89)] 나사 슈퍼컴퓨터, 인류 위협하는 탄소 배출량 3D 모델 공개
- 나사(NASA)가 슈퍼컴퓨터를 이용해 데이터를 분석, 인류에게 위협이 되는 기후 변화의 주범인 전 세계 탄소 배출량을 보여주는 3D 모델을 공개했다고 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 메릴랜드주에 소재한 나사 고다드 우주비행센터의 게시글에 따르면, 고다드 산하 기후 시뮬레이션 센터는 3D 모델링 및 애니메이션과 같은 할리우드 영화 제작 도구를 사용해 디스커버(Discover) 슈퍼컴퓨터로 데이터 세트를 분석, 자세하고 정확한 탄소 배출량의 시각화에 성공했다. 이 애니메이션 프로젝트는 슈퍼컴퓨팅 파워와 SVS(고다드 센터의 과학시각화 스튜디오) 장비로 수행됐다. 대량의 데이터를 슈퍼컴퓨터로 분석하고, 이를 SVS에서 애니메이션과 같은 시각화 데이터로 변환해 일반인들도 쉽게 이해할 수 있도록 한 것이다. 애니메이션 모델은 전 세계 발전소, 대형 화재, 도시 활동의 영향으로 인해 배출돼 지구 대기권으로 진입하는 탄소 배출량을 그림으로 나타낸다. 또 탄소 배출이 대기권의 기류와 다양한 기상 패턴을 통해 지구 전체에 어떻게 퍼져 나가는지도 보여준다. 고다드의 기후 과학자 레슬리 오트는 게시글에서 "정책 입안자와 과학자 모두 탄소가 어디서 배출되는지, 그것이 지구에 어떤 영향을 미치는지를 이해하고자 노력했으며, 결국 3D 애니메이션 모델로 탄생했다"고 말했다. 오트는 "이 모델을 활용하면 탄소 발생이 다양한 기상 패턴을 통해 대기권과 어떻게 상호 연결되어 있는지를 확인할 수 있다"고 부연했다. 3D로 만들어진 탄소 발생 애니메이션을 보면 미국, 남아시아, 중국의 경우 탄소 배출의 대부분은 발전소, 자동차, 트럭, 산업 시설에서 발생한다. 반면 아프리카와 남미에서는 토지 관리, 산림 벌채, 농업을 위한 인위적인 화재, 석유와 석탄 등 화석연료 연소와 관련된 탄소 배출이 주로 이루어진다. 만들어진 탄소 발생 시각 자료는 지구 전역에서 '맥박이 뛰는 것처럼' 동적으로 발생하는 탄소 배출 현황을 역력히 보여준다. 맥박처럼 뛰는 모양은 불꽃이 위아래로 타오르는 것과 함께, 나무와 식물이 광합성을 할 때 탄소가 흡수 및 방출되는 것을 나타낸다. 이 모델은 기후 변화의 악화에 결정적인 영향을 미치는 엄청난 양의 탄소 배출을 보여준다는 점에서 의미가 크다. 탄소 배출량이 많을수록 대기는 더 따뜻해진다. 2023년은 역대 가장 가장 더운 해로 기록됐으며, 지난 10년 모두 역사상 가장 더운 상위 10개 연도였다. 기후 변화에 관한 정부 간 패널(IPCC)에 따르면, 인간 활동은 명백하게 지구 온난화를 일으켰으며, 이로 인해 더 강렬한 열파, 폭풍, 산불, 해수면 상승을 포함한 심각한 기상 이변이 일어나고 있다.
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[기후의 역습(89)] 나사 슈퍼컴퓨터, 인류 위협하는 탄소 배출량 3D 모델 공개
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[우주의 속삭임(81)] 소행성이 지구에 충동할 확률은 얼마나 될까?
- 소행성(또는 혜성)이 지구에 충돌할 가능성은 얼마나 될까. 확률은 희박하지만 그렇다고 일어나지 않으리라는 보장은 없다. 이와 관련된 각종 연구와 보고서를 살펴보면, 사람의 일평생 동안, 피해를 입을 만큼의 큰 충돌은 거의 없다고 보아도 무방할 듯하다. 사람들은 우주 암석을 비롯한 소행성이 언제든 지구에 진입해 충돌할 수 있다는 사실을 알고 있다. 충돌은 항상 일어나기 때문이다. 지난달 22일에는 소행성 하나가 동태평양 상공의 지구 대기에 진입해 타버렸다. 사람들이 이 소식을 접하지 못했던 것은 행성의 너비가 약 1m에 불과했고 금방 타 없어졌기 때문이다. '2024 UQ'로 알려진 이 소행성이 언론에 보도된 유일한 이유는 'A11dc6D'로도 이름 붙여진 이 물체가 사전에 발견되어서다. 소행성이 지구와 진입하는 일은 드물지만, '2024 UQ'는 올해 세 번째였기 때문에 큰 관심을 끌지 못하고 그냥 지나갔다. 훨씬 더 많은 소행성이 예고 없이 지구에 도착한다. 소행성으로 간주될 수 있는 최소 크기는 정해진 것이 없다. 이 때문에 오리온자리 유성우나 황소자리 유성우와 같은 최근의 유성우에서 빛의 쇼를 만들어낸 모든 혜성의 조각이 이 범주에 포함될 수 있다. 소행성이 지구 표면에 충돌하지 않고 대기에만 부딪힌 후 타버리는 경우도 많지만, 지구와 충돌하는 경우도 흔하다. 올해 예측된 소행성 세 개 중 첫 번째인 소행성 '2024 BX1'은 착륙 지점에서 가장 가까운 독일 마을의 이름을 따서 리벡 운석이라는 이름이 지어졌다. 운석 파편 약 200개가 수집되었고, 파편의 총 질량은 탄산음료 한 병보다 적었지만, 많은 양이 지구에 충돌했다. 위험한 소행성이 지구에 충돌할 가능성을 계산하는 방법은 두 가지가 있다. 하나는 궤도를 따라 지구에 가까이 오는 모든 물체를 관찰하고, 그중 하나가 지구와 충돌할 가능성을 계산하는 것이다. 이러한 소행성의 경로는 혼란스러운 요소가 있어 완벽한 계산은 불가능에 가깝다. 이론적으로 소행성이 서로를 강타해 궤도 또는 방향을 바꿔 2029년이나 2036년에 지구에 충돌할 수도 있지만, 그 가능성은 매우 낮다. 공룡을 죽일 정도의 소행성(대략 10km) 크기의 물체가 태양계 내부를 돌며 몇 세기 안에 지구에 충돌할 가능성이 있다면, 학계는 당연히 그 존재와 위험성을 파악하고 있다. 국지적으로 피해를 줄 만큼 큰 물체의 경우 위험이 더 크다. 며칠 전 지름 100m 소행성이 지구를 약 540만km 떨어진 거리에서 지나갔다. 이는 달보다 14배 더 먼 거리다. 이 정도 규모가 지구와 충돌하면 도시를 파괴한다. 이 소행성은 올해 발견한 것으로 '2024 VQ4'로 명명됐다. 그 후 '2023 WK3' 소행성이 더 먼 거리에서 지구를 지나갔는데, 이 소행성은 2024 VQ4보다 거의 3배 더 크다. 나사(NASA)는 태양계 내부에 이 정도 크기의 소행성이 약 2만 5000개 있다고 추정하고 있는데, 천문학계는 그 중 약 40%를 발견했다. 파악된 소행성 모두 큰 위험을 초래하지 않았지만, 발견되지 않은 소행성들도 안전할 것이라고 확신할 수는 없다. 지난 2013년, 사망자는 없었지만 1500명이 다칠 만큼 극심한 폭발이 있었던 첼랴빈스크 소행성 충돌은 충격이었다. 따라서 앞으로 수십 년 안에 그런 일이 다시 일어날 가능성 자체는 있을 것으로 추론하는 것이 합리적이다. 첼랴빈스크보다 더 큰 경우는 1908년의 통구스카 대폭발 사건뿐이었다. 그런 사건이 1세기에 한 번 일어나는지, 1000년에 한 번 일어나는지는 알 수 없지만, 이보다 흔하게 일어날 가능성은 매우 희박하다. 지구는 약 6억 년 전 동물이 출현한 이래 적어도 5번의 대량 멸종을 겪었다. 그 중 마지막 멸종은 화산이 아니라 소행성에서 비롯된 것으로 보인다. 이를 근거로 계산하면 이런 일이 해마다 일어날 확률을 약 6억 분의 1로 추정된다. 앞으로 1세기가 지나도 그 확률은 여전히 100만 분의 1을 크게 밑돈다. 한편, 소행성 탐지와 추적 만이 전 세계 우주 기관이 하는 전부는 아니다. 나사와 같은 우주 기관은 필요한 경우 지구로 들어오는 소행성의 방향을 바꾸는 방법을 테스트하고 있다. 2022년 나사의 DART 임무는 소행성의 궤도를 변경하기 위해 이중 소행성계에서 충돌첼르 충돌시켰다. 이 시도는 성공적이었다. 중국도 2030년까지 소행성을 편향시키는 자체 임무를 개발하고 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(81)] 소행성이 지구에 충동할 확률은 얼마나 될까?
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[우주의 속삭임(80)] 블랙홀 둘러싸고 있는 코로나 모양 첫 공개
- 블랙홀을 둘러싸고 있는 코로나 모양이 처음으로 공개됐다. 지구상에서 개기일식을 관찰하면, 태양을 가린 달 주위를 밝은 빛의 후광이 둘러싸고 있는 현상을 보게 된다. 이는 코로나라고 불리는 것으로, 태양의 확산된 외기권을 말한다. 이 외기권은 너무 얇아서 지구에서 보면 진공으로 생각되지만, 코로나 온도가 섭씨 수백만 도에 달하는 강한 에너지이기 때문에 개기일식 때 볼 수 있다. 우주의 블랙홀 역학에 따르면 블랙홀에도 코로나가 있다. 또한 태양의 코로나와 마찬가지로 블랙홀 코로나도 관찰하기 어렵다. 그런데 최근 천체물리학저널(The Astrophysical Journal)에 실린 연구에서 블랙홀 코로나 영역에 대한 관찰이 이루어졌다고 사이언스얼라트가 전했다. 활성 블랙홀의 경우, 일반적으로는 블랙홀을 둘러싸고 있는 도넛 모양의 가스와 먼지 토러스가 있다. 또 블랙홀의 회전면을 따라 정렬된 가열된 물질의 강착원반(디스크)이 있는 것으로 추정된다. 블랙홀의 극지방에서 흘러나오는 것은 거의 빛의 속도로 빠르게 멀어지는 이온화된 가스 제트이다. 우리가 관측하는 다양한 유형의 활성 은하핵(AGN)은 이 모델로 설명할 수 있다. 이유는 지구를 향하는 블랙홀의 방향에 따라 AGN의 모양이 변화하기 때문이다. 모델에 따르면, 강착원반의 가장 안쪽은 밀도가 진공에 가까운 과열 영역이며, 이는 블랙홀로 흘러 들어간다. 블랙홀 코로나는 태양의 코로나와 비슷하지만, 온도는 태양의 수백만 도에 비해 훨씬 높은 수십억 도에 달한다. 그러나 넓게 확산되어 있기 때문에, 그 빛은 강착원반의 빛에 압도된다. 연구팀은 블랙홀의 코로나를 연구하기 위해 개기일식 중 태양의 코로나를 관찰하는 것과 유사한 기법을 사용했다. 블랙홀이 지구를 기준으로 하는 방향은 일부 블랙홀의 경우 가스와 먼지의 토러스가 강착원반 영역에 대한 우리의 시야를 가리는 반면, 다른 블랙홀의 경우 원반을 직접 볼 수 있다. 이를 가려진 블랙홀과 가려지지 않은 블랙홀이라고 한다. 가려진 블랙홀은 강착원반의 빛이 시야에서 가려지기 때문에 개기일식으로 가려진 태양과 유사하다. 블랙홀의 코로나도 마찬가지이다. 그러나 블랙홀 코로나는 너무 뜨거워서 극도로 높은 에너지의 X선을 방출한다. 이 X선은 토러스의 물질을 산란시키고 우리의 시야로 반사될 수 있다. 연구진은 나사(NASA)의 이미징X선편광측정탐사선(IPXE)에서 얻은 데이터를 사용, 우리 은하의 백조자리 X-1과 X-3, 대마젤란 성운의 LMG X-1과 X-3 등 12개의 가려진 블랙홀 데이터를 수집했다. 연구진은 이들 블랙홀의 코로나에서 산란된 X선을 관찰할 수 있었으며, 블랙홀 사이의 패턴도 감지할 수 있었다. 데이터에 따르면 코로나는 태양의 코로나와 비슷한 구체로 블랙홀을 둘러싼 것이 아니라 강착원반과 비슷한 원반으로 블랙홀을 둘러싸고 있다. 이번 연구는 천문학계에서 블랙홀 모델을 다듬는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 블랙홀이 어떻게 물질을 소비하고, 먼 은하에서 관측하는 AGN에 동력을 공급하는지를 이해하는 데 기여할 것으로 보인다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(80)] 블랙홀 둘러싸고 있는 코로나 모양 첫 공개
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[우주의 속삭임(79)] "달 뒷면, 한때 화산 폭발"
- 미국과 중국 연구원들이 달 뒷면에서 한때 화산이 폭발했다는 증거를 발견했다. 중국 연구팀이 달 탐사선 창어 6호가 수집한 샘플을 분석한 결과 신비한 달 뒷면에서 42억년 이상된 현무암(화산 폭발 후 형성된 현무암) 조각이 발견됐다고 BBC가 전했다. 이번 연구 결과는 지난 11월 15일 학술지 네이처와 사이언스에 게재됐다. 과학자들은 지구에서 볼 수 있는 달의 앞면에서 화산 활동이 있었다는 사실은 이미 알고 있었다. 그러나 달 뒷면은 앞면과 지질학적으로 매우 다르며, 대부분의 지역이 여전히 인간의 손이 닿지 못한 미탐사 지역으로 남아 있다. 중국 달 탐사선 창어 6호는 지난 6월부터 약 2개월간의 임무 끝에 달 뒷면에서 처음으로 토양 샘플을 회수하는 데 성공했다. 중국 과학아카데미의 전문가가 이끄는 연구진은 방사성 연대 측정법을 사용해 화산암의 연대를 확인했다. 분석 결과 약 28억3000만년 전에 '놀랍도록 젊은 분화'가 일어났다는 것을 밝혀냈다. 이는 달 앞면에서는 발견되지 않은 것이다. 지질학 및 지구물리학 연구소의 치우리 리교수는 상세한 동료 검토에서 "이것은 매우 흥미로운 연구"라고 적었다. 그는 "창어 6호 샘플에서 나온 최초의 지구 연대 연구이며, 달과 행성 과학계에 매우 중요한 연구 결과가 될 것"이라고 덧붙였다. 달의 뒷면은 '어두운 부분'으로 알려져 있지만, 지구에 있는 우리가 못 볼뿐 실제로는 햇빛을 많이 받는다. 이는 달이 지구와 수평으로 고정되어 있고, 지구 공전 시간이 약 27일로 항상 달의 같은 면이 지구를 향하고 있기 때문이다. 달 뒷면은 지구에서 볼 수 없기 때문에 오랫동안 미지의 영역이었다. 하지만 1959년 러시아(구 소련)의 루나 3호가 처음으로 달의 뒷면을 찍어 지구로 전송하면서 그 비밀이 밝혀지기 시작했다. 이후 중국의 달 탐사선 창어 4호가 2019년 1월 3일 인류 최초로 달 뒷면에 착륙해 탐사를 진행했다. 착륙 지점은 달 남극 에이트켄 분지 내에 있는 본 카르만 크레이터다. 달 뒷면의 샘플 회수 임무를 띤 창어 6호는 2024년 5월 3일 지구를 떠나 2024년 6월 1일 달 뒷면에 무사히 착륙했다. 참고로 달 앞면에는 미국, 소련, 중국, 인도, 일본 등이 착륙에 성공했다. 또한 달 남극에는 물이 있는 것으로 알려져 있다. 인도 달 탐사선 찬드라얀 3호는 2023년 7월 14일 발사돼 8월 23일 인류 최초로 달 남극에 착륙하는 데 성공했다. 이로써 인도는 미국, 러시아, 중국에 이어 네 번째로 달 착륙에 성공한 국가로 이름을 올렸다. 중국은 달에서 물을 찾고 영구 기지 건설 등을 조사하기 위해 2030년까지 세 번의 무인 임무를 더 계획하고 있다. 아울러 2030년까지 유인 우주선을 달에 보내는 것을 목표로 하고 있다. 미국도 아르테미스 3호 임무를 통해 2026년까지 우주비행사를 다시 달에 보낼 계획이다. 달 뒷면에는 헬륨-3이라는 희귀한 자원이 풍부하게 매장되어 있다고 알려져 있어 미래에는 달 뒷면에 기지를 건설하고 자원을 채굴할 수도 있을 것으로 전망돼 우주과학 선진국 간의 치열한 경쟁이 예상된다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(79)] "달 뒷면, 한때 화산 폭발"
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[우주의 속삭임(78)] 목성에 단단한 땅이나 바위가 없는 이유는?
- 목성에는 지구에서 밟는 풀이나 흙과 같이 사람이 걷거나 우주선이 착륙할 수 있는 단단한 표면이 없다. 그 이유는 뭘까. 온갖 특이한 현상을 연구하는 물리학계에서도 '표면이 없는 세계'라는 개념은 이해하기 어렵다고 한다. 나사(NASA)의 로봇 탐사선 주노(Juno)가 이상한 행성인 목성 궤도를 9년째 공전하고 있는 지금도 목성의 많은 부분은 여전히 미스터리로 남아 있다. 태양에서 다섯 번째 행성인 목성은 화성과 토성 사이에 있다. 태양계에서 가장 큰 행성으로, 1000개 이상의 지구가 들어갈 만큼 크고 여유 공간도 있다. 태양계의 수성, 금성, 지구, 화성 등 네 개의 내행성은 모두 단단한 암석 물질로 이루어져 있지만, 목성은 태양과 유사한 구성을 가진 가스 행성이다. 소용돌이치고, 폭풍우가 몰아치며, 격렬하게 난기류를 일으키는 가스 덩어리의 거대 구체다. 목성의 일부 지역에서는 바람이 시속 약 640km 이상으로 불고 있다. 이는 지구의 5등급 허리케인보다 약 3배 빠른 속도다. 지구 대기권 꼭대기에서 시작해 약 100km 아래로 내려가면 기압이 지속적으로 증가한다. 궁극적으로는 땅이든 물이든 지구 표면에 부딪힌다. 목성의 경우, 대부분이 수소와 헬륨으로 이루어진 대기권의 꼭대기에서 내려가기 시작하면 지구와 마찬가지로 더 깊이 들어갈수록 압력이 증가한다. 목성의 압력은 엄청나다. 위의 가스층이 점점 더 아래로 밀려 내려감에 따라, 그것은 마치 바다 밑바닥에 있는 것과 같다. 지구의 물 대신 목성은 가스로 둘러싸여 있다. 압력이 너무 강해져서 인체가 붕괴될 것이다. 압력에 눌려 사망하게 되는 것이다. 1600km 아래로 내려가면 뜨겁고 밀도가 높은 가스가 이상하게 작동하기 시작한다. 가스는 액체 수소 형태로 바뀌어 물이 없는 바다를 만들어낸다. 물이 없다는 점은 다르지만, 태양계에서 가장 큰 바다라고 할 수 있다. 약 3만 2000km를 내려가면 수소는 흐르는 액체 금속에 더욱 가까워진다. 이 물질은 너무 이질적이다. 과학자들도 그 때문에 큰 어려움을 겪었으며, 최근에야 실험실에서 이 물질을 재현했다. 이 액체 금속 수소의 원자는 매우 단단히 압축돼 전자가 자유롭게 돌아다닐 수 있다. 이러한 층 전환은 갑작스러운 것이 아니라 점진적으로 이루어진다. 수소 가스에서 액체 수소로, 그리고 금속 수소로의 전환은 천천히 부드럽게 이루어진다. 어떤 지점에도 날카로운 경계나 고체 물질 또는 표면은 없다. 이렇게 내려가면 궁극적으로 목성의 핵에 도달하게 된다. 이것은 목성 내부의 중심 영역이며 표면과 혼동해서는 안 된다. 학자들은 여전히 목성 핵 물질의 정확한 성질에 대해 논쟁하고 있다. 그중에서 가장 호응을 받는 모델은 암석과 같은 고체가 아니라, 액체와 고체의 뜨겁고 밀도가 높은 금속성 혼합물과 비슷하다는 것이다. 목성 핵의 압력은 엄청나서 마치 지구 대기 1억 개가 누르는 것과 같다. 또는 신체의 각 제곱인치 위에 엠파이어 스테이트 빌딩 두 개가 얹히는 것과 같다. 압력만이 유일한 문제는 아니다. 목성의 핵에 도달하려는 우주선은 섭씨 2만 도의 극심한 열에 녹을 것이다. 이는 태양 표면보다 3배 더 뜨거운 온도다. 목성은 이상하고도 무서운 곳이다. 그러나 목성이 없었다면 인간이 존재하지 않았을 수도 있다. 그 이유는 목성이 지구를 포함한 태양계 내행성을 보호하는 방패 역할을 하기 때문이다. 목성은 엄청난 중력으로 수십억 년 동안 소행성과 혜성의 궤도를 바꾸어 놓았다. 목성의 개입이 없었다면 우주 잔해 중 일부가 지구에 충돌했을 수도 있다. 만약 하나의 충돌이 대격변 수준이었다면 지구는 멸종 수준의 사건을 일으켰을 것이다. 공룡의 대멸종을 연상하면 납득할 수 있다. 목성은 지구 생명체의 존재에 도움을 주었을지 모르지만, 목성 자체는 생명체가 살기에 매우 부적합한 곳이다. 그러나 목성의 위성인 유로파는 다르다. 태양계의 다른 곳에서 생명체를 찾을 수 있는 가장 좋은 기회가 될 수 있다. 나사의 유로파 클리퍼(Europa Clipper)는 지난 10월에 발사된 로봇 탐사선으로, 유로파를 약 50회 비행하며, 이를 통해 위성의 거대한 지하 바다를 연구할 계획이다. 탐사선은 2030년 4월에 도착할 예정이다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(78)] 목성에 단단한 땅이나 바위가 없는 이유는?
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[신소재 신기술(129] 암흑물질 실험서 중성미자 '구름' 첫 포착
- 이탈리아와 중국 과학자들이 최근 진행한 암흑물질 실험에서 중성미자 구름을 처음으로 포착해 학계의 이목을 집중시키고 있다. 우주에서 가장 풍부한 입자인 중성미자는 전하가 없고 질량이 거의 없는 아원자 입자로, 물질과 거의 상호 작용하지 않는 특징을 지닌다. 또한 감지 되지 않고 모든 물체를 통과하는 기이한 특성 때문에 '유령 입자'로 불리기도 한다. 참고로 원자를 구성하는 입자 중에서 가장 가벼운 전자조차도 중성미자보다 600만배 더 무겁다. 양성자는 전자보다 약 1836배 더 무겁고, 중성자는 전자보다 약 1839배 더 무겁다. 최근 이탈리아와 중국에서 각각 독립적으로 운영되는 암흑물질 검출 실험인 제논(XENON)과 판다X(PandaX) 연구팀이 암흑물질 주변에서 중성미자 구름을 처음으로 포착했다고 발표했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 제논 실험에 참가한 페이 가이오는 "이것은 암흑 물질 실험을 통해 천체물리적 중성미자를 측정한 최초의 사례"라고 말했다. 중성미자-핵 탄성 산란 통해 검출 중성미자는 일반적으로 중성미자-핵 탄성 산란(CEvNS) 과정을 통해 검출된다. 이는 중성미자가 양성자나 전자와 상호 작용하는 것이 아니라 원자핵 전체와 상호 작용하는 과정이다. 연구를 진행하는 동안 연구진은 2년 동안의 실험 데이터를 검토했다. XENON과 PandaX 연구팀은 액체 제논 검출기를 사용하여 암흑물질 입자 또는 중성미자가 제논 원자와 상호 작용하는 방식을 연구하는 과정에서 태양 핵에서 발생하는 붕소-8의 방사성 베타 붕괴에서 나오는 CEvNS 신호를 확인했다. XENON 연구팀은 11개의 CEvNS 신호를, PandaX 연구팀은 75개의 신호를 보고했으며, 두 실험 모두 통계적 신뢰도는 2.64 시그마(PandaX)와 2.73 시그마(XENON)로 유사했다. 듀크 대학교의 물리학 교수인 케이트 숄버그는 "저를 포함한 대부분의 사람들이 이 공동연구가 중성미자 안개를 측정했다고 확신한다"고 말했다. 이번 연구 결과는 암흑물질 주변에 밀집된 중성미자 구름의 존재를 시사하며, 이는 암흑물질 탐색에 새로운 과제를 제기한다. 중성미자는 검출이 어렵기 때문에 우주에 풍부하게 존재하는 중성미자는 암흑물질 검출 시 배경 잡음을 생성하여 암흑물질 신호를 구별하기 어렵게 만들 수 있다. 전문가 "중성미자 구름 위협 과장되었을 가능성…추가 연구 필요" 그러나 멜버른 대학교의 암흑물질 입자 물리학 전문가인 엘리사베타 바르베리오는 "중성미자 구름으로 인한 '존재적 위협'은 과장되었을 가능성이 있다"며 "이러한 배경 잡음이 암흑물질 연구의 진전을 막기 전에 해야 할 일이 많다"고 밝혔다. 그는 이번 실험에는 참가하지 않았다. 이번 연구 결과는 암흑물질과 중성미자 사이의 상호 작용을 이해하는 데 중요한 단서를 제공하며, 향후 암흑물질 탐색 연구에 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이 연구는 미국 물리학회에서 발행하는 학술지 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(129] 암흑물질 실험서 중성미자 '구름' 첫 포착
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[우주의 속삭임(76)] 블랙홀, 우주 팽창의 비밀 쥐고 있나⋯암흑 에너지 연관성 연구 결과 발표
- 우주의 팽창을 가속화시키는 미지의 힘, 암흑 에너지의 정체를 밝힐 단서가 블랙홀에 있을 가능성이 제기됐다. 미국 애리조나주립대학교 케빈 크로커(Kevin Croker) 교수 연구팀은 블랙홀이 암흑 에너지와 연관되어 우주 팽창에 영향을 미칠 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 사이언스얼라트가 전했다. 현재 이론에 따르면 우주의 초기 성장 시기는 인플레이션 시기였다. 빅뱅 직후 우주는 무(無)에서 상당히 큰 무언가로 순식간에 변했다. 이후 한동안 상대적으로 느리게 성장하다가 약 50억년 전 암흑 에너지에 의해 팽창이 지배되기 시작했다. 연구팀은 암흑 에너지 분광기(DESI)를 이용하여 거대 질량 별의 붕괴로 생성되는 블랙홀의 성장 속도를 분석하고, 이를 우주 팽창 속도와 비교했다. 그 결과 블랙홀의 형성과 우주 팽창 사이에 뚜렷한 상관관계가 있음을 확인했다. 즉, 블랙홀이 생성될수록 우주 팽창 속도가 빨라지는 경향을 보인 것이다. 이러한 현상은 '우주론적 결합(cosmological coupling)' 이론으로 설명될 수 있다. 이 이론에 따르면, 블랙홀은 일반 물질을 암흑 에너지로 변환시키는 역할을 하며, 이 과정에서 우주 팽창이 가속화된다. 연구팀은 블랙홀의 암흑 에너지 변환율을 계산한 결과, 현재 우주에서 관측되는 팽창 속도와 일치하는 것을 확인했다. 또한, 이 연구는 블랙홀이 암흑 에너지의 근원일 가능성을 제시하며, 우주 팽창의 미스터리를 풀 수 있는 중요한 단서를 제공한다는 점에서 학계의 주목을 받고 있다. 연구팀은 향후 추가적인 연구를 통해 블랙홀과 암흑 에너지의 연관성을 더욱 명확히 규명할 계획이다. 이 연구 결과는 우주론 및 천체입자물리학 저널(Journal of Cosmology and Astroparticle Physics)에 게재됐다.
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[우주의 속삭임(76)] 블랙홀, 우주 팽창의 비밀 쥐고 있나⋯암흑 에너지 연관성 연구 결과 발표
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[기후의 역습(81)] 나사, 남극 빙하의 특이한 '바다 연기' 공개
- 남극 서부의 주요 빙하가 이달 초 나사(NASA) 위성 관측에서 마치 '연기를 피우고 있는 듯한' 희귀한 광경을 포착했다고 CNN, 어스닷컴 등 외신이 전했다. 빙하에서 나타난 ‘바다 연기’는 실제 연기가 아니라 안개였던 것으로 밝혀졌다. 위성 이미지에서 파인 아일랜드 빙하(Pine Island Glacier)는 바다와 만나는 어두운 바닷물 표면 위에서 솜털 같은 흰색 연기처럼 보였다. 파인 아일랜드 빙하 및 인근의 스웨이츠 빙하는 서남극 빙상에서 아문센해로 흐르는 얼음의 주요 경로 중 하나로 주목받고 있다. 또한 남극 대륙에서 가장 빠르게 후퇴하는(녹아내리는) 빙하 중 하나다. 기묘한 이미지였던 ‘바다 연기’는 물과 바람이 만들어낸 것이었다. 나사에 따르면 강한 바람이 얼음과 차가운 물을 밀어내고 심해의 더 따뜻한 물이 표면으로 솟구치게 했다. 따뜻한 물이 매우 건조하고 차가운 공기에 따뜻하고 습한 공기를 불어 넣었다. 온도 차이로 인해 그 공기의 수분이 응축되어 안개가 형성된 것이다. CNN은 이를 지상에서 보면 마치 누군가가 물 위의 유령의 집에서 안개를 만드는 기계를 작동한 것처럼 보이다고 전했다. 물 표면에 가까운 지역은 연기와 비슷한 안개에 휩싸이게 되기 때문에 '바다 연기'라는 별명이 붙었다. 바다 연기 자체는 드문 일은 아니라고 한다. 차갑고 건조한 공기가 예외적으로 따뜻한 수역을 지날 때마다 발생할 수 있다. 때때로 북극의 첫 번째 겨울 폭풍이 비교적 따뜻한 호수를 지날 때 볼 수 있다. 그러나 나사에 따르면 이런 현상을 아일랜드 빙하에서 위성으로 관측하는 것은 드문 일이었다. 이 지역은 보통 구름에 가려져 있기 때문이라고. 파인 아일랜드 빙하는 남극 대륙에서 중요하고 엄격하게 모니터링되는 지역이다. 지구 온난화의 영향을 받아 존재가 위협받고 있기 때문이다. 이 빙하는 인접한 거대한 빙상의 배관 역할을 하여 인접한 바다로 얼음을 흘려보낸다. 이런 얼음의 흐름은 빙하가 1990년대부터 따뜻한 공기, 물, 눈 부족으로 균형을 잃고 얼음이 축적되지 않게 되면서 크게 증가해 왔다. 이 빙하는 인근 '최후의 보루'라고 알려진 빙하인 스웨이츠 빙하와 함께 지난 수십 년 동안 가속적으로 얼음을 잃고 있다. 얼음이 녹아 해수면을 몇 피트(1피트는 30.48cm) 올릴 가능성이 있다. 스웨이츠 빙하는 또 해수면을 10피트(약 3m)나 올릴 만큼 얼음이 많은 남극 빙상들이 붕괴되는 것을 막는 중요한 댐 역할을 담당하고 있다.
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[기후의 역습(81)] 나사, 남극 빙하의 특이한 '바다 연기' 공개
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[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재⋯행성 과학 새 지평 열어
- 토성의 위성 중 하나인 타이탄의 메탄 층에 대한 미스터리가 한겹 풀렸다. 타이탄은 토성의 위성 중 가장 큰 천체로, 태양계 내에서는 목성의 위성 가니메데에 이어 두 번째로 크다. 미국 하와이대학교 마노아 캠퍼스의 행성 과학자들은 새로운 연구를 통해 타이탄의 얼음 속에 메탄 가스가 갇혀 최대 10km 두께의 독특한 지각을 형성하고 있음을 밝혀냈다고 사이테크데일리가 보도했다. 이 지각은 그 아래 얼음층을 따뜻하게 하고 타이탄의 메탄 대기를 설명하는 데 도움이 될 것으로 예상된다. 타이탄의 메탄 미스터리 풀다 토성의 가장 큰 위성인 타이탄은 태양계에서 지구 외에 대기와 액체 상태의 바다, 강, 호수를 가진 유일한 천체다. 극도로 추운 기온 때문에 이 액체들은 메탄과 에탄 같은 탄화수소로 이루어져 있으며, 표면은 단단한 고체 물 얼음으로 구성되어 있다. 하와이 지구물리학 및 행성학 연구소(HIGP)의 로렌 슈어마이어 연구원이 이끄는 연구팀은 타이탄의 충돌 크레이터가 예상보다 수백 미터 얕다는 사실을 발견했다. 나사(NASA) 데이터에 따르면 타이탄에서 확인된 크레이터는 90개에 불과하며, 이는 타이탄의 표면과 지질학적 역사에 대한 흥미로운 질문을 제공한다. 크레이터 분석을 통한 통찰 슈어마이어 연구원은 "다른 위성들을 기반으로 했을 때 타이탄 표면에 더 많은 충돌 크레이터가 있고, 그 크레이터들은 우리가 관찰한 것보다 훨씬 더 깊을 것으로 예상했기 때문에 분화구가 실제로는 얕다는 사실이 매우 놀라웠다"고 말했다. 그는 "우리는 타이탄 특유의 무언가가 크레이터를 얕게 만들고 비교적 빠르게 분화구를 사라지게 한다는 것을 깨달았다"고 덧붙였다. 연구팀은 이 미스터리를 조사하기 위해 컴퓨터 모델을 사용해 타이탄의 얼음층이 메탄 클래스레이트 얼음층으로 덮여 있을 경우, 충돌 후 지형이 어떻게 변화흐는 지 시뮬레이션했다. 메탄 클래스레이트 얼음은 결정 구조 내에 메탄가스가 갇힌 일종의 고체 물 얼음이다. 타이탄 크레이터의 초기 형태는 알려져 있지 않기 때문에 연구팀은 비슷한 크기의 목성의 가니메데의 크레이터를 기반으로 두 가지 초기 깊이를 모델링하여 비교했다. 슈어마이어 연구원은 "이 모델링 접근 방식을 사용하여 메탄 클래스레이트 지각의 두께를 5~10km로 제한할 수 있었다. 이 두께를 사용한 시뮬레이션에서 관측된 크레이터와 가장 일치하는 크레이터 깊이가 생성되었기 때문이다"라고 설명했다. 그는 "메탄 클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 따뜻하게 하고 놀라울 정도로 빠른 지형 이완을 유발하며, 이는 지구의 빠르게 움직이는 따뜻한 빙하와 비슷한 속도로 크레이터를 얕게 만든다"라고 부연했다. 타이탄 대기에 미치는 메탄의 영향 메탄 얼음층의 두께를 추정하는 것은 타이탄의 메탄 대기 기원을 설명하고 연구자들이 타이탄의 탄소 순환, 액체 메탄 기반 '수문 순환(물이 끊임 없이 이동하는 현상)' 및 기후 변화를 이해하는 데 도움이 되기 때문에 중요하다. 슈어마이어 연구원은 "타이탄은 온실가스 메탄이 대기를 어떻게 따뜻하게 하고 순환하는지 연구할 수 있는 천연 실험실"이라고 말했다. 그는 "시베리아 영구 동토층과 북극 해저 아래에서 발견되는 지구의 메탄 클래스레이트 수화물은 현재 불안정해지고 메탄을 방출하고 있다. 따라서 타이탄에서 얻은 교훈은 지구에서 일어나는 과정에 중요한 통찰력을 제공할 수 있다"고 덧붙였다. 타이탄의 생명체 존재 가능성 이러한 새로운 발견에 비추어 볼 때 타이탄에서 볼 수 있는 지형은 따뜻할 수도 있다. 메탄 클래스레이트 얼음 지각의 두께를 제한함으로써 타이탄의 내부가 이전에 생각했던 것처럼 차갑고 딱딱하며 비활성 상태가 아니라 따뜻할 가능성이 있음을 알 수 있다는 것. 슈어마이어 연구원은 "메탄 클래스레이트는 일반적인 물 얼음보다 강하고 단열성이 뛰어나다"면서 "클래스레이트 지각은 타이탄의 내부를 단열하고 물 얼음층을 매우 따뜻하고 연성으로 만들며 타이탄의 얼음층이 천천히 대류하고 있거나 대류했음을 의미한다"고 설명했다. 향후 탐사 임무 슈어마이어 연구원은 "두꺼운 얼음층 아래 타이탄의 바다에 생명체가 존재한다면, 생명체의 흔적(바이오마커)은 우리가 미래 임무를 통해 더 쉽게 접근하거나 볼 수 있는 곳까지 타이탄의 얼음층 위로 운반되어야 할 것"이라면서 "이는 타이탄의 얼음층이 따뜻하고 대류하는 경우 발생할 가능성이 더 크다"고 말했다. 연구팀은 2028년 7월 발사되어 2034년 타이탄에 도착할 예정인 NASA 드래곤플라이 미션을 통해 이 위성을 가까이에서 관찰하고, 셀크라는 크레이터를 포함한 얼음 표면을 추가로 조사할 수 있는 기회를 갖게 될 것이다. ◇ 참고 문헌: Schurmeier, L. R., Brouwer, G. E., Kay, J. P., Fagents, S. A., Marusiak, A. G., & Vance, S. D. (2024). Rapid Impact Crater Relaxation Caused by an Insulating Methane Clathrate Crust on Titan. The Planetary Science Journal, DOI: 10.3847/PSJ/ad7018
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[우주의 속삭임(74)]토성 위성 타이탄, 10km 두께 메탄 얼음층 존재⋯행성 과학 새 지평 열어
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[기후의 역습(78)] 울긋불긋 단풍은 옛말?⋯기후변화로 잎 갈화 현상 일반화
- 과거 오랫동안 지구가 그리는 색상은 계절의 변화만큼이나 신뢰할 수 있었다. 가을에는 잎이 선명한 주홍색으로 변했고 플로리다 해안의 수정처럼 맑은 물은 반짝이는 청록색이었다. 그런데 최근 들어 기후 변화가 이러한 자연의 경이로운 색상을 바꾸고 왜곡하고 있다고 독립매체 인디펜던트가 전했다. 지난해는 지구 역사상 가장 더운 해로 기록됐다. 올해는 또 육지 안팎에서 여러 차례의 기상 기록이 세워졌다. 멕시코만에서 극강한 허리케인이 발생했고, 미국 남부 전역에서는 폭우로 인해 수십 명이 사망했다. 가을은 일반적으로 무더위가 한풀 꺾이는 계절이지만, 애리조나주의 주도 피닉스는 가을이 시작된 지 며칠 만에 폭염이 닥쳐 기온 최고치를 기록했고, 북동부도 비정상적으로 뜨겁고 건조한 날씨를 보였다. 비영리 단체인 클라이밋 센트럴(Climate Central)에 따르면 1970년 이후 미국 도시 수백 곳에서 가을 평균 기온이 섭씨 2.5도 상승했다. 단풍을 구경하는 가을의 즐거움이 이제 기후 위기로 취약해지고 있다는 지적이다. 지난 8월 클라이밋 센트럴의 보고서에 따르면, 기후 변화로 인해 나뭇잎에 단풍이 드는 요인이 근본적으로 바뀌고 있다고 한다. 잎이 나오는 시기와 색깔은 모두 기온, 강수량 및 기타 기후 조건의 영향을 받는다. 일반적으로 선선한 기온은 단풍을 촉진하지만, 1970년부터 작년까지 전국 212개 지역의 가을밤 기온은 평균 2.7도 이상 올랐다. 더운 기온은 겨울이 오기 전에 식물이 성장을 멈추는 자연스러운 신호를 늦춘다. 식물이 성장을 멈춘다는 의미는 포도당을 만드는 잎의 엽록소가 줄어들고 그 자리를 단풍 색깔로 물들인다는 뜻이다. 이게 늦어지면 단풍도 지연된다. 그 결과 북동부 수목선을 단풍으로 물들이는 시즌이 더 늦어지고 시기는 더욱 짧아진다. 해가 짧아지고 햇빛에 노출되는 시간이 줄어들면서 식물은 광합성을 줄인다. 광합성은 햇빛을 이용해 식물이 생존에 필요한 에너지를 만드는 과정이다. 광합성이 줄어들면 엽록소가 감소하고, 잎은 밝은 주황색, 노란색, 빨간색, 심지어 보라색으로 변한다. 그러나 극심한 가뭄과 더위는 단풍을 물들이기 전에 잎을 갈색으로 바꿀 수 있다. 한편, 뉴잉글랜드의 다채로운 수목 지대에서 거의 1만 마일(약 1만6093km) 떨어진 얼어붙은 남극 대륙이 녹색으로 변하고 있다. 네이처 지구과학 저널에 최근 발표된 연구에 따르면 남극 반도 전역의 식물은 지난 40년 동안 10배 이상 증가했다. 남극은 지구 평균보다 더 빨리 온난화되고 있다. 이 연구는 식물이 남극 대륙에서 빠르게 확산되고 있으며, 기온의 지속적인 상승으로 미세 조류가 섞인 녹색 눈은 더 넓게 퍼질 가능성이 있음을 보여주고 있다. 기후 변화 영향으로 인해 세계의 바다도 푸른색에서 녹색으로 변하고 있다. 국제 연구진은 20년 이상 축적된 나사(NASA) 위성 이미지를 분석해 세계 바다의 절반 이상에서 이러한 변화를 발견했다. 연구는 바다의 녹색화가 엽록소를 생성하는 식물성 플랑크톤과 같은 미세 조류의 증가를 의미하며, 이로 인해 상대적으로 바닷물의 비율이 감소하기 때문일 수 있다고 주장했다. 이는 바다가 탄소와 지구의 열을 흡수하는 능력에 큰 영향을 미친다. 지구 온난화가 계속되고 화석 연료 소모에 의한 탄소 배출이 온난화를 가속함에 따라 악순환은 이어진다. 그럴수록 지구 전역에서 나뭇잎들이 가을이 되어도 종래와는 다른 색깔이 나타날 것이라는 지적이다.
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[기후의 역습(78)] 울긋불긋 단풍은 옛말?⋯기후변화로 잎 갈화 현상 일반화
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[신소재 신기술(124)] COF 소재, 탄소 포집 능력 극대화⋯소량으로도 효과 탁월
- 소량의 물질로 대기 중 이산화탄소를 효과적으로 제거하는 새로운 탄소 포집 기술이 미국에서 개발됐다. 이산화탄소를 비롯한 온실가스는 배출은 쉽지만, 이를 다시 포집하는 것은 어려운 과제였다. 대기 중 탄소를 제거하는 기술은 기후 위기의 영향을 줄이는 중요한 방법이지만, 아직 많은 기술이 설계 단계에 있거나 효율성이 낮아 실질적인 효과를 거두기가 어려웠다. 미국 캘리포니아 버클리캠퍼스(UC Berkeley) 연구팀은 대기 중 이산화탄소(CO₂)를 직접 포집하는 과정을 단순화하는 새로운 기술을 개발했다고 홈페이지를 통해 발표했다. 해당 내용은 IFL사이언스에서 다루었다. 현재 이산화탄소를 포집하는 기술은 크게 자연 기반 기술과 인공 기술로 나눌 수 있다. 먼저 자연 기반 기술에는 나무를 심고 관리하는 방법이 있다. 가장 오래되고 검증된 방법이지만 토지 이용에 제약이 있고 효과가 나타나기까지 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다. 또한 토양의 탄소를 제거해 대기 중 이산화탄소 농도를 낮추는 방법과 해조류 등을 통해 해양의 이산화탄소 흡수 능력을 향상시키는 해양 기반 기술이 있다. 인공 기술 중 직접 공기 포집(DAC)은 공기 중 이산화탄소를 직접 포집해 저장하거나 활용하는 기술이다. 이는 토지 사용 면적이 적고, 이산화탄소를 직접 제거해 효과가 빠르다. 그밖에 이산화탄소를 암석이나 광물과 반응시켜 탄산염 형태로 저장하는 기술, 바이오에너지 탄소 포집 및 저장(BECCS) 등이 있다. 나사(NASA) 과학자들에 따르면 인간 활동의 여파로 현재 이산화탄소 수치는 산업혁명 이전보다 50% 더 높다. COF 소재란? UC버클리 연구팀이 이번에 개발한 새로운 탄소 포집 기술인 다공성 소재 '공유 결합 유기 골격(COF)'은 기존 DAC 기술의 한계 중 하나인 물이나 기타 오염 물질에 의한 분해 없이 주변 공기에서 CO₂를 포집한다. 이 기술의 핵심은 '공유 결합 유기 골격-999(COF-999)'라는 소재이다. COF-999는 규칙적인 내부 기공을 가진 단단한 결정 구조로, 이산화탄소와 상호 작용하는 아민(amine, NH₂ 그룹)으로 내부가 장식되어 있다. 아민은 이산화탄소를 흡착한 후 방출하는 사이클을 통해 탄소를 포집하고 저장하는 데 사용될 수 있다. 이 기술은 기존 탄소 포집 기술의 한계를 극복하는 획기적인 발전으로 평가 받는다. 기존 탄소 포집 기술은 이산화탄소 농도가 높은 곳에서 효과적으로 작동했다. 반면, 연구팀이 개발한 새로운 다공성 물질은 공기 중의 이산화탄소가 다공성 물질 사이를 통과하면서 흡착되는 방식으로, 대기 중의 낮은 이산화탄소 농도를 효율적으로 제거할 수 있다. 연구 책임자인 오마르 야기 교수는 "이 물질을 튜브에 넣고 버클리의 바깥 공기를 통과 시켰더니 공기 중 이산화탄소가 완전히 제거되었다"며 "성능 면에서 비교할 대상이 없을 정도로 획기적인 기술"이라고 강조했다. 소량으로도 높은 탄소 포집 효과 연구팀은 250g의 물질로 1년에 20kg의 이산화탄소를 제거할 수 있을 것으로 예상했다. 팀은 이는 다 자란 나무가 1년 동안 공기 중의 이산화탄소를 제거하는 것과 같은 효과를 지닌다며, 기존 탄소 포집 시스템과 함께 사용하여 효율성을 높일 수 있다고 설명했다. 야기 교수는 "COF-999는 화학적 및 열적으로 안정적인 구조를 가지고 있으며, 에너지 소비가 적고 100회 이상 사용해도 성능 저하가 없다"며 "대기 중 탄소 포집에 가장 적합한 물질"이라고 설명했다. 머신러닝 활용으로 기술 개선 기대 연구팀은 머신러닝 기술을 활용해 이 기술을 더욱 발전시킬 계획이다. 이와 더불어 기후 위기를 늦추기 위해서는 배출량 감소 노력과 파리협정 준수가 중요하다고 강조했다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.
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[신소재 신기술(124)] COF 소재, 탄소 포집 능력 극대화⋯소량으로도 효과 탁월
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[퓨처 Eyes(55)] 우주 쓰레기, 인류의 우주 꿈을 위협한다: 4300톤의 그림자, 지구 덮치나?
- 인류의 우주 탐사 역사는 아직 60년 남짓에 불과하지만, 그 짧은 시간 동안 지구 궤도에는 엄청난 양의 우주 쓰레기가 축적되었다. 유럽우주국(ESA)에 따르면 지구 궤도를 도는 위성 파편 등 우주 쓰레기의 무게는 무려 1만3000톤에 달한다. 그중 작은 파편에 해당하는 우주 쓰레기는 4300톤으로, 자유의 여신상(약 204톤) 약 21개에 달하는 무게의 우주 쓰레기가 지구 주위를 맴돌며 인류의 우주 꿈을 위협한다. 1960년대 본격적인 우주 탐사 시대가 열린 이후, 수많은 국가들이 앞다투어 우주로 진출했다. 1969년 아폴로 11호의 달 착륙은 인류에게 새로운 가능성을 제시했고, 이후 미국, 러시아, 중국, 일본, 인도, 유럽연합 등 우주 강국들은 탐사선 개발에 박차를 가하며 우주 경쟁을 펼쳐왔다. 최근에는 한국과 아랍에미리트까지 가세하며 우주를 향한 열망은 더욱 뜨거워지고 있다. 통제 불능의 우주 쓰레기 증가 그러나 우주 탐사의 이면에는 어두운 그림자가 드리워져 있다. 바로 우주 쓰레기 문제다. 나사(NASA)에 따르면 2015년 기준 지구 상공에 위성을 포함해 약 3만 개의 물체가 돌고 있는 것으로 나타났다. 특히 고장난 인공위성, 탐사선의 파편, 로켓 발사 후 남은 잔해물 등이 지구 궤도를 떠돌며 심각한 위협으로 부상하고 있다. 이러한 우주 쓰레기는 운용 중인 인공위성이나 탐사선과 충돌하여 통신 장애, GPS 기능 중단 등의 문제를 일으킬 수 있다. 최근 몇 달 사이, 궤도상에서 폐기된 위성과 로켓 잔해가 잇따라 파손되면서 우주 쓰레기 문제가 더욱 심각해지고 있다. 우주 쓰레기가 급증하면서 '케슬러 증후군'이 현실화 될 것이라는 우려가 제기되고 있다. 1978년 NASA의 과학자 도널드 J. 케슬러가 제시한 케슬러 증후군은 우주 쓰레기가 서로 충돌하면서 기하급수적으로 늘어나, 결국 지구 궤도 전체를 뒤덮어 인공위성이나 우주선의 운용을 불가능하게 하는 현상을 말한다. 케슬러 증후군은 아직까지는 가설 단계지만 늘어난 우주 쓰레기들이 서로 충돌하면서 더욱 많은 파편들이 기하급수적으로 늘어나면서 현실적인 위협으로 인식되고 있다. 실제로 지난 6월에는 러시아의 RESURS-P1 위성이 지구 저궤도에서 파괴되어 100개 이상의 추적 가능한 파편을 생성했으며, 7월에는 미국의 DMSP 5D-2 F8 위성이 분해되었다. 8월에는 중국의 장정 6A 로켓 상단 부분이 파편화되면서 최소 283개의 추적 가능한 파편과 수십만 개의 미세 파편을 발생시켰다. 이처럼 폐기된 우주 물체의 파손은 크고 작은 파편들을 양산하며 우주 쓰레기 문제를 심화시키고 있다. 특히 미세 파편의 경우 추적이 어려워 더 큰 위험 요소로 작용한다. 이러한 파편들은 현재 운용 중인 위성이나 우주선과 충돌하여 심각한 피해를 초래할 수 있다. 최근 발생한 인텔샛 33e 위성(Intelsat 33e·대형 통신 위성) 파손 사고는 이러한 우려를 더욱 증폭시키고 있다. 인텔샛은 2024년 10월 19일, 인도양 상공 약 3만 5000km 궤도에서 인텔샛 33e 위성이 갑작스러운 전력 손실로 파괴됐다고 밝혔다. 최소 20개의 조각으로 분해된 이 위성은 유럽, 아프리카, 중동, 아시아 지역의 위성 통신 서비스에 큰 차질을 빚었다. 무게 6600kg에 리무진 크기의 인텔샛 33e 위성은 보잉에서 설계와 제작을 맡았고 2016년 궤도에 진입해 8년 동안 임무를 수행으나 갑자기 붕괴됐다. 위성이 갑자기 분해된 정확한 이유는 아직까지 불분명하다. 위성 파괴는 연쇄적인 충돌을 야기하여 피해 규모를 더욱 키울 수 있다는 점에서 우주 쓰레기 문제는 '시한폭탄'과 같다. 우주 쓰레기 추적과 관리의 어려움 유럽우주국(ESA)에 따르면, 현재 지구 궤도에는 10cm 이상의 우주 쓰레기가 4만 개 이상, 1cm 미만의 미세 파편은 무려 1억 3000만 개 이상 존재한다. 이를 무게로 환산하면 약 1만3000톤에 달하며, 그 중 4300톤이 작은 파편으로 추정된다. 나사(NASA)에 따르면 사과 크기의 우주 쓰레기가 약 2만1000개, 구슬 크기의 쓰레기가 50만개, 추적이 어려울 정도의 작은 쓰레기가 최고 1억개에 이른다고 추정한다. 특히 지구 저궤도(LEO)에 집중된 우주 쓰레기는 추적과 관리가 매우 어렵다. 정지궤도(GEO)에서 발생하는 파편들은 위치 추적이 더욱 까다로워 효과적인 관리 시스템 마련이 시급하다. 다행히 우주 쓰레기 문제 해결을 위한 노력도 활발히 진행되고 있다. JAXA(일본 우주항공연구개발기구)의 지원을 받는 스타트업 스타 시그널 솔루션스(Star Signal Solutions)는 '사테나비 S-CAN'이라는 혁신적인 충돌 회피 네비게이션 시스템을 개발했다. 이 시스템은 위성 운용자들이 우주 쓰레기의 궤도를 실시간으로 모니터링하고 충돌 위험을 사전에 예측하여 회피할 수 있도록 지원한다. 스타 시그널 솔루션스의 이와키 요타이 대표는 "위성 운용에는 전문 지식과 24시간 대응 체계가 요구되며, 막대한 운영 비용이 발생한다"고 지적하며, "사테나비 S-CAN은 최적의 회피 경로를 제시하여 운영 부담을 줄이고 연료 소비를 최소화하여 비용 절감 효과를 가져온다"고 강조했다. 하지만 기술 개발만으로는 우주 쓰레기 문제를 완전히 해결할 수 없다. 우주 쓰레기 문제는 본질적으로 전 지구적 차원의 문제이기 때문에 국제적인 협력이 필수다. 1972년 제정된 '우주물체에 의한 손해에 대한 국제책임협약'은 우주 물체 발사 국가의 손해 배상 책임을 명시하고 있지만, 실제 적용 사례는 매우 드물다. 우주 공간의 특수성으로 인해 책임 소재 규명이 어렵기 때문이다. 전문가들은 우주 쓰레기 문제 해결을 위해서는 각국의 협력을 통한 국제적 감시 시스템 구축 및 규제 강화가 시급하다고 강조한다. 우주 물체의 안전한 폐기, 추적 기술 개선, 파편 발생 최소화 등 다각적인 노력이 필요하며, 지속 가능한 우주 탐사를 위한 국제 사회의 공동 책임 의식이 무엇보다 중요하다. 국제우주정거장, 지구 재진입후 폐기 예정 참고로 국제우주정거장(ISS)은 2030년 운영 종료 후 2031년 1월에 폐기될 예정이다. NASA는 2031년 1월에 ISS를 지구 대기권으로 재진입시켜 태우는 방식으로 폐기할 계획이다. 잔해는 '우주선의 무덤'으로 불리는 남태평양의 포인트 니모(Point Nemo)에 수장된다. ISS는 1998년부터 운영되어 왔으며, NASA, 캐나다우주국(CSA), 유럽우주국(ESA), 일본우주항공연구개발기구(JAXA), 러시아 연방우주공사(Roscosmos) 등이 협력해 운영해 왔다. 하지만 ISS는 노후화로 인해 유지 보수 비용이 증가하고 있으며, 새로운 우주 탐사 계획을 위해 폐기가 결정됐다. ISS 폐기 후에는 민간 우주 정거장이 그 역할을 대신할 것으로 예상된다. 인류의 우주 탐사는 앞으로도 계속될 것이다. 하지만 우주 쓰레기 문제를 해결하지 못한다면 인류의 우주 꿈은 쓰레기 더미에 묻혀버릴지도 모른다. 지금부터라도 국제 사회가 힘을 모아 책임 있는 자세로 우주 쓰레기 문제 해결에 적극적으로 나서야 할 때다.
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[퓨처 Eyes(55)] 우주 쓰레기, 인류의 우주 꿈을 위협한다: 4300톤의 그림자, 지구 덮치나?
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[신소재 신기술(123)] NASA, 중력파 관측소용 프로토타입 망원경 공개
- 나사(NASA)가 블랙홀과 다른 우주적 근원이 합쳐지면서 발생하는 시공간 파장인 중력파를 우주에서 감지할 수 있는 6개의 실물 크기 프로토타입 우주 망원경을 홈페이지를 통해 공개했다. 우주 망원경은 향후 10년 동안 진행될 나사의 우주 미션 리사(LISA: Laser Interferometer Space Antenna) 임무에 사용될 계획이다. 망원경은 2개가 한 쌍을 이루어 우주선에 탑재된다. 중력파를 관측하는 차세대 리사 임무는 유럽우주국(ESA)과 나사가 협력해 진행하는 미션으로, 레이저를 사용해 태양보다 더 광대하게 분산된 3대의 우주선 사이의 정확한 거리를 측정해 중력파를 감지하는 것이다. 거리 측정은 피코미터 또는 1조 분의 1미터 수준의 정밀도로 이루어진다. 삼각형 배열의 각 면은 약 250만km를 측정한다. 미국 메릴랜드주의 나사 고다드 우주비행센터의 라이언 드로사 박사는 "각 우주선에 탑재된 쌍둥이 망원경은 적외선 레이저 빔을 송수신해 동료 우주선을 추적하며, 리사 임무에 쓰이는 6대의 망원경은 나사가 모두 공급한다. 엔지니어링 개발 망원경 유닛(Engineering Development Unit Telescope)이라는 이름의 이 프로토타입은 우주를 비행할 우주선 하드웨어를 제작하는 작업을 지원하게 된다. 뉴욕주 로체스터에 소재한 L3해리스테크놀로지(L3Harris Technologies)에서 제조 및 조립한 프로토타입 망원경은 지난 5월 고다드 센터에 도착했다. 망원경의 주 거울은 적외선 레이저를 매우 잘 반사하고, 차가운 공간에 노출된 상태에서 열 손실을 줄이기 위해 금으로 코팅됐다. 망원경은 실내 온도에 가까울 때 가장 잘 작동한다. 프로토타입 망원경은 모두 독일 마인츠에 소재한 쇼트(Schott)에서 제조한 호박색 유리 세라믹(Zerodur)으로 만들어졌다. 이 소재는 폭넓은 온도 범위에서 모양이 거의 변하지 않기 때문에 망원경 거울과 고정밀이 필요한 응용 분야에 널리 사용된다. 리사 임무는 2030년대 중반에 시작될 예정이다.
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[신소재 신기술(123)] NASA, 중력파 관측소용 프로토타입 망원경 공개
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[기후의 역습(77)] 사하라 사막, 기습 폭우로 호수 생성⋯1년 이상 유지될 듯
- 사하라 사막의 세브카 엘 멜라(Sebkha el Melah) 호수가 기습 폭우로 일시적이나마 물로 채워졌다. 이는 사하라 사막의 과거가 푸르렀음을 보여주는 것이며, 전문가들이 기후 변화를 연구하는 데 도움이 된다고 사이테크데일리가 전했다. 고대의 녹색 사하라 약 1만1000~5000년 전 아프리카 습윤기 동안에는 사하라 사막이 오늘날보다 더욱 습하고 푸르렀다. 지질학 및 고고학적 증거에 따르면, 광활한 모래 언덕으로 뒤덮인 사하라 사막은 당시 초목과 습지, 심지어 큰 호수가 있었던 것으로 보인다. 지난 9월, 열대성 저기압이 북아프리카 일부 지역에 폭우를 몰고온 후 고대의 녹색 사하라 흔적이 잠시 다시 나타났다. 폭풍으로 흘러내린 물은 평상시에는 건조했던 사막의 몇몇 호수를 물로 채웠다. 세브카 엘 멜라 호수의 위성 이미지 나사(NASA)의 랜드샛 9호 위성은 9월 29일 이미지 장비(OLI-2)를 사용해 알제리의 세브카 엘 멜라 호수 중 하나의 이미지를 포착했다. 우가르타 산맥을 따라 위치한 이 호수는 9월 중순에 물이 채워지기 시작했다. 그전에는 호수 바닥이 소금으로 뒤덮인 모습이었다. 10월 16일 현재, 물은 호수의 191㎢면적을 덮고 있으며, 깊이는 2.2m로, 세브카 엘 멜라 호수 전체의 약 3분의 1이 채워졌다. 이는 기제작된 호수의 3D 지도와 위성 이미지 및 데이터를 바탕으로 한 호수의 수심 측량 결과 밝혀졌다. 2000년 6월 이후 이 호수에 물을 채운 것은 2008년과 2014년 두 번이었다. 담수의 희소성과 중요성 사하라 사막의 호수가 물로 채워지는 것은 '희귀하고 거의 기록되지 않은 일시적인 현상'이다. 이 지역에는 지상 기반 기상 관측소가 거의 없고, 연구원들은 나사의 위성 데이터 검색과 유럽 중기기상예보센터의 강우량 데이터를 사용해 호수를 물로 채우는 데 필요한 기상 조건을 연구해 왔다. 2000년 이후 세브카 엘 멜라 유역에 영향을 미친 수백 건의 강우 중 물을 채우기 시작할 만큼의 충분한 경우는 단 6번 뿐이었다. 이 모두는 열대성 저기압과 관련이 깊었는데, 습한 열대 공기가 산 위로 밀려 올라가는 지형으로 인해 특히 많은 비가 내렸다. 위성 관측에 따르면 세브카 엘 멜라흐의 경우 지질의 특성상 물로 채워지면 계속 고여 있을 수 있다. 지난 2008년에는 호수가 채워진 후 4년 만인 2012년에 완전히 말랐다. 앞으로 비가 더 내리지 않는다면 현재 2.2m 깊이의 호수 물이 완전히 증발하는 데 약 1년이 걸릴 것으로 보인다. 사막 호수 담수에 대한 역사적 관점 사하라가 아프리카 습윤기 동안 매우 습했다는 증거에도 불구하고, 얼마나 습했는가는 여전히 논쟁이다. 따라서 세브카 엘 멜라흐는 중요한 연구 대상인데, 이는 과거 강수 패턴에 대한 단서를 제공하는 거대한 '우량계' 역할을 하기 때문이다. 일부 학자들은 사하라 사막이 실제로는 고기후 전문가들이 생각하는 것만큼 비가 많이 내리지 않았으며, 따라서 그리 푸르지 않았을 것이라고도 추정한다. 사하라 사막의 호수에 채워진 물이 마르는 데 걸리는 시간을 감안할 때, 고대 사하라는 빈번한 강우 없이도 수 년 또는 수십 년 동안 호수가 부분적으로라도 채워질 만큼 물이 흔했을 수 있다는 추정이다. 사하라에 대한 기후 예측과 불확실성 고기후학자들은 밀란코비치 주기라고 불리는 작은 궤도 변화가 아프리카 습윤기의 주요 동인이었을 것이라고 인식한다. 그 이유는 밀란코비치 주기가 태양 복사의 분포에 약간의 변화를 일으키고, 북아프리카 몬순의 강도와 위치에 변화를 일으켰기 때문이다. 그런데 온실가스 배출과 기후 변화의 영향이 밀란코비치 주기의 순환적 효과에 더해지면서 사하라 사막이 앞으로 수 세기 또는 수천 년 동안 호수에 물이 차고 주변이 녹색으로 변할지도 모른다. 누구도 확신할 수 없는 미래다. 기후 변화에 관한 정부간 패널(IPCC)의 예측에 따르면 지구 온도가 상승함에 따라 사하라의 일부 지역은 강수량이 늘어날 수 있다. 그러나 예측의 불확실성은 예측된 변화보다 크다. 사하라에서 무슨 일이 일어날지는 매우 불확실하지만, 지속적인 변화의 관측은 사하라의 미래를 이해하는 데 도움이 될 것이라는 지적이다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(77)] 사하라 사막, 기습 폭우로 호수 생성⋯1년 이상 유지될 듯
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[우주의 속삭임(73)] 지구에 떨어지는 운석, 대부분 '같은 곳'에서 왔다?
- 밤하늘을 가로지며 떨어지는 유성은 늘 보는 사람들을 매료시킨다. 그렇다면 지구에 도달해 밤하늘을 환하게 밝히는 유성은 과연 어디에서 왔을까? 우리 말에 유성과 별똥별이 있다. 일반적으로 비슷한 의미로 혼동하기 쉽지만 유성과 별똥별은 엄밀히 말하면 다른 뜻이다. 우주 공간을 돌아다니는 아주 작은 먼지나 돌멩이를 유성체라고 한다. 유성체가 지구 대기권으로 진입하면서 공기와의 마찰로 인해 빛을 내는 현상을 유성이라고 한다. 유성체가 대기 중에서 완전히 타지 않고 지표면까지 떨어진 것을 운석, 우리말로는 별똥별이라고 부른다. 매년 약 1만7000개의 유성이 지구 대기권에 진입하며, 그중 일부는 지표면에까지 도달한다. 과학자들은 이러한 운석을 통해 우주의 비밀을 탐구한다. 운석의 기원은 달이나 화성 등 다양하지만 대부분은 소행성에서 유래한다고 PHYS가 전했다. 최근 네이처(Nature)지에 발표된 두 연구는 이러한 운석의 기원을 더욱 명확히 밝혀냈다. 체코 카렐 대학교의 미로슬라프 브로즈(Miroslav Brož)와 유럽 남방 천문대의 미카엘 마셋(Michaël Marsset)이 이끄는 연구팀은 대부분의 운석이 소수의 소행성, 심지어는 특정 소행성에서 비롯되었다고 밝혔다. 이는 지구와 태양계 역사를 형성한 사건들에 대한 이해를 넓히는 데 기여한다. 이번 연구 결과는 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다. 운석이란 무엇인가? 앞서 설명했듯이 유성이 지구 표면에 도달하면 '운석(meteorite)'이라고 부른다. 운석은 크게 석질운석, 철질운석, 석철질 운석 세 가지로 나뉜다. 석질운석 중 가장 흔한 종류는 '콘드라이트(chondrites)'로, 용융된 액체 방울 형태의 구형 입자를 포함하며 전체 운석의 85%를 차지한다. 대부분은 '일반 콘드라이트'로 철 함량과 광물 성분에 따라 H, L, LL의 세 가지 유형으로 나뉜다. '탄소질 콘드라이트(Carbonaceous chondrites)'는 점토 광물에 다량의 물과 아미노산 같은 유기물을 함유하고 있으며, 용융되지 않는 태양계 초기의 먼지 샘플이다. 반면 '아콘드라이트(achondrites)'는 콘드라이트와 달리 구형 입자가 없으며, 행성체에서 용융 과정을 거쳤다. 운석의 주요 공급원 '소행성대' 태양 주위를 공전하는 작은 천체인 소행성은 운석의 주요 공급원이다. 행성처럼 태양 주위를 돌지만, 행성보다 훨씬 작고 모양도 불규칙적인 경우가 많다. 대부분의 소행성은 화성과 목성 궤도 사이에 있는 '소행성대(Asteriod belt)'에 모여있으며, 목성의 중력에 의해 궤도를 돌고 있다. 목성과의 상호작용은 소행성 궤도를 교란시켜 충돌을 유발하고, 그 결과 발생한 파편들이 모여 '돌무더기 소행성'을 형성한다. 최근 하야부사와 오시리스-렉스 탐사선은 이러한 소행성에서 샘플을 채취해 지구로 가져왔다. 과학자들은 이룰 통해 특정 소행성 유형과 지구에 떨어지는 운석 사이의 연관성을 확인했다. 석질운석과 S형 소행성은 소행성대 안쪽에, 탄소질 콘드라이트와 유사한 C형 소행성은 바깥쪽에 분포한다. 소행성 '코로니스'와 '마살리아' 이번의 새로운 두 연구는 일반 콘드라이트 유형의 기원을 특정 소행성군, 특히 '코로니스'와 '마살리아' 소행성군으로 추적했다. 이는 운석 궤적 분석, 개별 소행성 관측, 모체 궤도 진화 모델링 등의 복잡한 과정을 통해 이루어졌다. 브로즈가 주도한 연구에 따르면 일반 콘드라이트는 3000만년 전에 발생한 지름 30km 이상의 소행성 충돌에서 비롯된 것으로 밝혀졌다. 상세한 컴퓨터 모델링에 따르면 코로니스와 마살리아 소행성군은 적절한 크기의 천체를 가지고 있으며 지구에 운석을 공급할 수 있는 위치에 있다. 특히 코로니스 소행성군의 '코로니스'와 '카린'은 H 콘드라이트의 주요 공급원일 가능성이 높으며 마살리아(L)와 플로라(LL) 계열은 L- 및 LL- 콘드라이트의 주요 공급원이다. 마셋이 주도한 연구는 마살리아에서 발견된 L 콘드라이트 운석의 기원에 대해 자세히 설명한다. 연구팀은 화성과 목성 사이의 소행성대에서 분자의 지문이 될 수 있는 특징적인 빛의 세기인 분광 데이터를 수집했다. 그 결과 지구에 있는 L 콘드라이트 운석의 구성이 마살리아 소행성 계열의 운석과 매우 유사하다는 사실이 밝혀졌다. 그런 다음 과학자들은 컴퓨터 모델링을 사용하여 약 4억 7000만 년 전에 발생한 소행성 충돌이 마살리아 소행성군을 형성했음을 보여주었다. 우연히도 이 충돌로 인해 스웨덴의 오르도비스기 석회암에서 풍부한 화석 운석이 발견되기도 했다. 이러한 연구 결과는 지구에 떨어지는 운석의 기원을 밝히고 태양계 형성 과정에 대한 이해를 높이는 중요한 역할을 한다. 또한 향후 운석의 기원 소행성을 탐사하는 임무의 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(73)] 지구에 떨어지는 운석, 대부분 '같은 곳'에서 왔다?
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[기후의 역습(75)] 2024년 북극 해빙, 사상 최저치 기록…지구 위기 심화
- 북극과 남극은 2024년 대규모의 빙하를 잃었으며, 북극 해빙(바다위 빙하)은 기록상 7번째로 낮은 수준에 도달했다고 사이테크데일 리가 전했다. 극지방 얼음의 지속적인 감소는 얼음 반사에 의해 일어나는 광범위한 생태계 변화와 지구 온난화를 심화시킨다. 북극 해빙은 지난 여름 북반구에서 거의 역사적으로 가장 낮은 수준으로 후퇴, 지난 9월 11일 올들어 최소 수준으로 녹았다. 이는 나사(NASA) 및 국립 눈과 얼음 데이터 센터(NSIDC: National Snow and Ice Data Center)에서 밝혀낸 것으로, 수십 년 동안 지속되어 온 북극해의 얼음 감소 추세를 극명하게 드러내고 있다. 북극 해빙은 연중 계절 변화에 따라 확장과 수축을 반복한다. 전문가들은 이러한 변화를 관측해 북극이 기온과 해수 온도 상승, 계절에 따른 얼음의 변화를 추적한다. 지난 46년 동안 위성에서 수집한 데이터 관측은 일관된 패턴을 보여준다. 여름철에는 당연히 더 많이 녹고 겨울철에는 얼음 형성이 과거에 비해 크게 줄어들었다는 사실이다. ◇ 북극 해빙 감소의 영향 해빙 변화를 실시간 추적한 결과, 극지 야생동물 서식지의 손실과 변화부터 북극 지역사회와 국제무역로에 미치는 영향에 이르기까지 광범위한 영향이 드러났다. 올해 북극 해빙은 최소 428만 평방킬로미터까지 줄었다. 이는 1981~2010년 여름이 끝날 무렵의 평균인 622만 제곱킬로미터보다 약 194만 제곱킬로미터 정도 줄어든 수치다. 이는 알래스카주보다 더 넓은 면적이다. 해빙 면적은 얼음 비중이 최소 15% 이상인 바다의 총면적을 말한다. 참고로 알래스카 주는 미국에서 가장 큰 주이며 서울 면적의 약 770배, 한반도 전체 면적의 약 7.7배에 달하는 엄청난 크기이다. ◇ 해빙의 추세와 측정 위성 기록에서 7번째로 낮았던 올해의 최소치는 2012년 9월에 기록된 역대 최저치인 339만 제곱킬로미터보다 높은 수준이었다. 해빙 면적은 해마다 변동이 있을 수 있지만, 1970년대 후반 위성의 기록이 시작된 이후 감소 추세를 보였다. NSIDC에 따르면, 그 이후로 해빙 손실은 연간 약 7만 7800제곱킬로미터에 달했다. 과학자들은 현재 미국 국방기상위성 프로그램의 위성에 탑재된 수동 마이크로파 센서 데이터와 나사 및 국립해양대기청(NOAA)이 공동으로 운영하는 님버스-7 위성의 과거 데이터를 사용해 해빙 범위를 측정한다. 나사 고다드 우주비행센터의 빙하권 과혁연구실 소장인 네이선 커츠는 해빙이 줄어들 뿐만 아니라 점점 젊어지고 있다고 지적한다. 커츠는 "현재 북극해의 얼음 대부분은 얇으며 1년차 얼음으로, 더운 계절을 견뎌내기 어렵다. 3년 이상 된 얼음은 훨씬 적다"고 말했다. 위성의 우주 고도계로 수집한 얼음 두께 측정 결과, 가장 오래되고 두꺼운 얼음의 대부분이 이미 사라졌다. 나사의 제트추진연구소에서 실시한 새로운 연구에 따르면 해안에서 멀리 떨어진 북극 중앙의 가을 해빙은 현재 두께가 약 1.3m로, 1980년의 최고치인 2.7m에 비해 크게 얇아졌다. ◇ 남반구의 얼음 상태도 위험 남극 지역의 해빙도 2024년에 낮아졌다. 과학자들은 남반구의 가장 어둡고 추운 계절, 얼음이 광범위하게 늘었어야 할 시기에 해빙이 기록적으로 낮았음을 발견했다. 남극 대륙 주변의 얼음은 지난 9월 19일 올해 최대 면적에 도달했을 가능성이 높다. 그 때를 기준한 얼음의 증가는 1716만 제곱킬로미터에서 멈췄다. 올해의 최대 얼음 면적은 위성 기록 기존으로 두 번째로 낮았으며 지난해 9월에 기록된 겨울철 최저 기록인 1696만 제곱킬로미터보다 높았다. 1981~2010년 사이의 평균 최대 면적은 1871만 제곱킬로미터였다. 2024년의 미미한 증가는 최근의 하락 추세를 연장하고 있다. 2014년 이전까지만 해도 남극의 해빙은 10년마다 약 1%씩 증가하고 있었다. 2014년 이후 얼음 성장은 급격히 감소했다. 과학자들은 이런 역전의 원인을 파악하는데 주력하고 있다. 이어지는 얼음 손실은 남극해의 상황이 장기적으로 변하고 있음을 암시하며, 이는 전 지구적 기후 변화로 인한 것으로 보인다. 남극해에 지구 온난화가 본격화되고 있는 것이다. 북극과 남극 모두에서 얼음 손실이 상황을 악화시키고 있다. 해빙은 태양 에너지의 대부분을 우주로 반사하는데, 얼음이 녹은 바닷물은 태양빛의 90%를 흡수하기 때문이다. 햇빛에 노출된 바다가 많아질수록 수온이 상승하고 해빙 성장은 더욱 지연된다. 해빙 손실은 북극의 열을 올리고 있으며, 북극의 기온은 전 세계 평균의 약 4배 상승했다.
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[기후의 역습(75)] 2024년 북극 해빙, 사상 최저치 기록…지구 위기 심화
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