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[우주의 속삭임(86)] 우주 팽창 속도, 표준 우주론에 의문 제기⋯제임스웹 망원경, 허블 망원경 측정값 검증
- 우주가 천문학자들의 예상보다 빠르게 확장되고 있는 것으로 나타나 우주론 연구에 새로운 국면을 예고했다. 미국 항공우주국(나사·NASA)의 제임스 웹 우주 망원경은 우주의 팽창 속도가 예상보다 8% 빠르다는 것을 확인했다. 우주는 마치 오븐 속에서 머핀을 굽는 것처럼 확장된다는 것이다. 즉, 빵 반죽이나 머핀 반죽을 넣어 오븐에 구으면 빵이나 머핀이 커지는 것처럼 우주가 팽창된다는 것. 이때 머핀 속의 건포도나 블루베리는 오븐 속에서 머핀 반죽이 부풀어 오르면서 서로 멀어진다. 제임스 웹 망원경의 최신 관측 결과는 우주의 팽창 속도에 대한 기존 이론에 의문을 제기했다. 이는 단순한 측정 오류가 아닌, 우주 자체의 미지의 특징이 현재의 팽창 속도를 설명할 수 있음을 시사한다. 우주론적 난제 '허블 텐션' 심화 제임스 웹이 수집한 2년간의 데이터는 허블 우주 망원경이 이전에 발견한 우주의 팽창 속도가 천체물리학자들이 우주의 초기 조건과 수십억 년에 걸친 진화에 대해 알고 있는 이론에 근거해 예상했던 것보다 8% 빠르다는 것을 입증했다. 이 불일치를 '허블 텐션'이라고 한다. 허블 텐션은 현재까지 최고 우주 모델로도 설명되지 않은 난제로 남아 있다. 이번 연구는 허블 우주 망원경의 측정값을 검증하며, 우주의 팽창 속도를 나타내는 허블 상수 측정에서 나타나는 불일치, 즉 '허블 텐션'을 해결하기 위한 중요한 단서를 제공한다고 스페이스닷컴, PHYS, KSL.닷컴 등 다수 외신이 전했다. 우주 가속 팽창을 공동 발견한 공로로 2011년 노벨상 수상자이자 이번 연구의 주요 저자인 존스 홉킨스 대학교의 애덤 리스 교수는 "관측된 우주 팽장 속도와 표준 모델의 예측 사이의 불일치는 우리의 우주에 대한 이해가 불전할 수 있음을 시사한다"며 "두 개의 NASA 주력 망원경이 서로의 발견을 확인하는 현 상황에서, 우리는 이 문제를 매우 심각하게 받아들여야 한다. 이는 도전이지만 동시에 우리 우주에 대해 더 많이 배울 수 있는 놀라운 기회이기도 하다"라고 말했다. 이번 연구는 천체물리학 저널(Astrophysical Journal)에 게재됐으며, 리스 교수의 노벨상 수상 업적인 '암흑 에너지'에 의한 우주 가속 팽창 이론을 기반으로 한다. 암흑 에너지는 별과 은하 사이의 광활한 공간에 스며들어 우주의 팽창을 가속화시키는 미지의 에너지다. 우주의 약 27%를 차지한다고 생각되는 '암흑 물질'은 눈에 보이지 않지만 일반 물질(별, 행성, 달, 지구상의 모든 물질)에 미치는 중력 효과를 바탕으로 그 존재가 추정되는 가설적 물질의 한 형태다. 지구상의 모든 물질은 우주의 약 5%를 차지한다. 우주의 약 69%를 차지하는 것으로 추정되는 '암흑 에너지'는 우주의 광대한 공간에 스며들어 중력을 상쇄하고 우주의 가속 팽창을 주도하는 에너지의 한 형태라고 가정된다. 우주가 정적이지 않고 확장되거나 수축될 수 있다는 이론은 1922년 물리학자 알렉산더 프리드먼이 처음 발표했다. 그는 우주가 확장되고 있다는 것을 수학적으로 확인했다. 우주의 확장 속도를 더 깊이 들여다 본 사람은 에드윈 허블이었다. 허블은 1929년 우주 전체가 확장되고 있으며 확장 속도가 증가하고 있다는 것을 확인한 유명한 논문을 발표했다. 수수께끼의 '허블 상수' 연구팀은 웹 망원경이 우주에서 보낸 첫 2년 동안 수집한 방대한 데이터를 활용하여 허블 망원경의 허블 상수 측정값을 검증했다. 초신성을 포함하는 거리를 정하는 세 가지 방법을 사용했으며, 특히 허블 망원경으로 측정하여 가장 정확한 '국부적' 허블 상수 값을 제공하는 것으로 알려진 거리에 초점을 맞추었다. 두 망원경의 관측 결과는 매우 유사하게 일치해 허블 망원경의 측정값이 정확함을 보여줬으며, 허블 텐션을 허블 망원경의 오류로 돌릴 만큼 큰 오차가 없음을 확인했다. 그러나 허블 상수는 여전히 수수께끼로 남아 있다. 망원경 관측을 기반으로 한 현재 우주의 측정값은 우주 마이크로파 배경 복사 데이터를 사용하여 보정된 표준 우주론 모델의 예측 값보다 높기 때문이다. 표준 우주론 모델에 따르면 허블 상수의 값은 약 67~68km/Mpc(메가파섹, 은하의 거리 단위)이어야 한다. 반면, 허블과 웹 망원경 데이터 기반 측정값은 일반적으로 70~76km/Mpc의 더 높은 값을 나타냈다. 평균값은 73km/s/Mpc다. 이러한 불일치는 측정 또는 관측 기술의 오류로 설명하기에는 너무 큰 차이이기 때문에 10년 이상 우주론자들을 혼란스럽게 했다. 메가파섹(Mpc)은 326만 광년에 해당하는 엄청난 거리를 말한다. 1광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리로 5.9조마일이다. 웹 망원경의 새로운 데이터가 허블 망원경 측정의 유의미한 편향을 배제함에 따라, 허블 텐션은 아직 밝혀지지 않은 미지의 요인이나 우주론자들의 물리학적 이해의 틈에서 비롯될 수 있다고 연구팀은 보고했다. 존스 홉킨스 대학교에서 이 연구를 진행한 대학원생 사양 리는 "웹 망원경 데이터는 처음으로 고화질로 우주를 보는 것과 같으며 측정의 신호 대 잡음비를 실제로 향상시킨다"고 말했다. 우주 진화를 보여주는 허블 상수 이번 연구는 NGC 4258이라는 은하까지의 알려진 거리를 기준점으로 사용하여 허블 망원경의 전체 은하 샘플의 약 3분의 1을 다루었다. 더 작은 데이터 세트에도 불구하고 연구팀은 측정값 간의 차이를 2% 미만으로 줄이는 인상적인 정밀도를 달성했는데, 이는 허블 텐션 불일치의 약 8~9% 크기보다 훨씬 작다. 연구팀은 우주 거리 측정의 황금 표준인 세페이드 변광성 분석 외에도 동일한 은하에 걸쳐 탄소가 풍부한 별과 가장 밝은 적색 거성을 기반으로 측정값을 교차 검증했다. 세페이드 변광성은 변광성(變光星·광도가 변하는 별)의 한 유형으로 이들의 변광 주기와 절대광도 사이의 정확한 관계성으로 유명하다. 웹 망원경으로 관측된 모든 은하와 그 초신성은 허블 상수 72.6km/s/Mpc를 산출했으며, 이는 허블 망원경이 동일한 은하에서 발견한 72.8km/s/Mpc 값과 거의 동일하다. 이 연구에는 리스 교수의 SH0ES 팀(초신성, H0, 암흑 에너지 상태 방정식), 카네기-시카고 허블 프로그램, 그리고 다른 팀들의 웹 망원경 데이터 샘플이 포함됐다. 이러한 결합된 측정은 허블 망원경 세페이드 변광성을 사용하여 측정된 거리의 정확도에 대한 가장 정확한 결정을 가능하게 했다. 세페이드 변광성은 허블 상수를 결정하는 데 기본적인 역할을 한다. 세페이드 변광성들의 강도는 태양의 10³~10⁴배이다. 허블 상수는 태양계, 지구 또는 일상생활에 실질적인 영향을 미치지 않지만, 매우 큰 규모에서 우주의 진화를 보여준다. 이는 과학자들이 우주의 구조를 파악하고 빅뱅 이후 130~140억 년이 지난 현재 우주의 상태에 대한 이해를 심화하며 우주의 기본적인 측면을 계산하는 핵심 값이다. 존슨 홉킨스 대학교의 우주론자인 마크 카미온코프스키 교수는 허블 텐션을 해결하면 최근 몇 년 동안 밝혀진 표준 우주론 모델과의 다른 불일치에 대한 서로 다른 수요 관측 현상을 설명할 수 있다고 말했다. 그러나 우주의 구성과 가속 팽창의 96%를 차지하는 것으로 추정되는 미지의 구성 요소인 암흑 물질과 암흑 에너지의 본질을 완전히 설명하지는 못한다. 이번 연구에 참여하지 않은 카미온코프스키 교수는 "허블 텐션에 대한 한 가지 가능한 설명은 초기 우주에 대한 우리의 이해에 누락된 부분이 있는 경우다. 예를 들어 빅뱅 이후 우주에 예상치 못한 킥을 준 새로운 물질 성분인 초기 암흑 에너지가 존재할 수 있다"고 말했다. 그는 "그리고 재미있는 암흑 물질 특성, 이국적인 입자, 변화하는 전자 질량, 또는 원시 자기장과 같은 다른 아이디어들도 있다. 이론가들은 상당히 창의적일 수가 있다"고 덧붙였다.
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[우주의 속삭임(86)] 우주 팽창 속도, 표준 우주론에 의문 제기⋯제임스웹 망원경, 허블 망원경 측정값 검증
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구글, 오류 대폭 줄인 양자칩 적용한 양자컴퓨터 공개
- 구글은 9일(현지시간) 양자컴퓨터에서 사용할 신형 양자칩을 개발했다고 발표했다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 구글은 이날 슈퍼컴퓨터가 10셉틸리언(10해년-septillion·10²⁴)년 걸리는 문제를 단 몇 분 만에 푸는 양자컴퓨터를 개발했다고 밝혔다. 10셉틸리언은 10의 25제곱이며 1조의 10조배에 달하는 수다. 구글은 자체 개발한 양자 칩 '윌로우(Willow)'를 장착한 양자컴퓨터가 성능 실험에서 현존하는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프런티어를 능가했다고 설명했다. 이어 프런티어가 10셉틸리언(10의 25제곱)년 걸려야 풀 수 있는 문제를 윌로칩을 장착한 양자컴퓨터는 단 5분 안에 풀었다고 덧붙였다. 천문학적인 시간이 걸리는 계산을 5분미만에 실행할 수 있을 뿐만 아니라 30여 년간 병목 기술로 불려왔던 양자 오류 수정 기술을 획기적으로 개선하는데 성공했다. 또한 기존 슈퍼컴퓨터를 대체할 계산인프라로 폭넓은 용도에서의 실용화의 길을 열었다. 구글 양자 AI 설립자인 하트무트 네벤은 "이는 중요하지 않다"며 "간단한 문제조차 해결하지 못하면 실용적인 문제도 해결할 수 없다"고 부연했다. 구글은 기존 컴퓨터가 풀지 못하는 실제 문제 해결 사례를 내년에 발표할 것이라고 밝혔다. 구글은 또 윌로우가 큐비트 수를 늘리면서 오류를 줄일 수 있는 임계값 이하(Below Threshold)를 달성한 첫 양자시스템이며 실시간으로 오류를 수정할 수 있는 기술도 개발했다고 설명했다. 양자컴퓨터는 대개 전기 저항이 없는 초전도 큐비트를 사용해 정보를 처리하는데, 외부의 저항에 쉽게 오류가 발생하는 단점이 있었다. 로이터통신은 "양자컴퓨터를 실용적으로 만드는 데 중요한 단계"라고 짚었다. 뉴욕타임스(NYT)는 "양자컴퓨팅은 양자역학이라는 물리학의 한 분야에 대한 수십년간의 연구 결과로 여전히 실험적인 기술이지만, 구글의 성과는 과학자들이 이 기술에 대한 오랜 기대를 충족시킬 수 있는 방법들을 꾸준히 발전시키고 있음을 보여준다"고 평가했다. 양자컴퓨터는 기존의 슈퍼컴퓨터로 수십년 걸리는 복잡한 문제를 수분내에 해결할 수 있다. 현재로서는 특정의 계산외에는 사용할 수 없지만 기술개발로 앞으로 더 복잡한 문제를 해결해 새로운 소재와 화학제품의 개발로 이어질 것으로 기대되고 있다. 구글은 지난 2014년에 양자컴퓨터 분야에 진출했다. 지난 2019년에는 양자컴퓨터 '시카모어'를 개발해 슈퍼컴퓨터가 1만년 걸리는 문제를 약 3분에 해결해 '양자초월'이라 불리는 기술혁신을 달성했다고 발표했다. 구글은 이번 연구로 성능이 더욱 높이게 됐다. 양자컴퓨터는 미국의 거대 기술기업이 연구개발에서 앞서고 있다. 중국, 유럽, 일본, 캐나다 등도 차세대의 중요한 정보기술로 정부지원을 지원을 받아 연구기관과 스타트업들이 개발경쟁을 벌이고 있다.
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- IT/바이오
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구글, 오류 대폭 줄인 양자칩 적용한 양자컴퓨터 공개
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[기후의 역습(99)] 나사 위성, 35년 전보다 10배 더 푸른 남극 공개
- 얼음과 거의 동의어로 인식되는 대륙인 남극대륙의 하얀 단색 풍경이 적어도 가장자리 주변에서는 더욱 푸르러지고 있다. 랜드샛(Landsat) 위성이 35년 동안 관측한 내용을 분석한 결과, 남극반도의 식생 면적은 1986년 이후 10배 이상 증가했다고 나사(NASA)가 홈페이지를 통해 밝혔다. 빙하가 줄어들고 기온이 상승함에 따라, 식물들은 이 지역은 물론 다른 한랭 기후 지역으로 이동할 기회가 더 많아지고 있다. 연구진은 남극반도에서의 녹지 확장이 남극 생태계의 변화를 알리는 신호일 수 있으며, 이는 남극반도의 미래에 대한 의문을 불러일으킨다고 우려한다. 연구진은 랜드샛5에서 랜드샛8까지의 관측 이미지를 토대로 분석한 결과, 남극반도의 식생지 면적이 1986~2021년 사이에 0.86㎢에서 11.95㎢로 증가했다고 밝혔다. 주목할 점은 녹지 공간의 확장이 2016년부터 가속화되었다는 것이다. 최근 네이처 지오사이언스에 발표된 이 연구는 엑서터 대학교의 환경 과학자 톰 롤랜드와 하트퍼드셔 대학교의 원격 감지 전문가 올리 바틀릿이 주도했다. 분석 결과는 지도(사진)로 요약되어 소개됐다. 지도는 분석 대상 기간 중 선택된 특정 연도에 고도 300m 이하의 얼음이 없는 땅의 녹지 양을 보여준다. 각 육각형의 그늘은 식생 지수(NDVI) 값으로, 위성에 의해 표시되는 식물 녹색도 및 밀도 수준을 나타낸다. NDVI 값은 성장기가 끝날 때까지 이어지는 매년 3월의 랜드샛 관측에서 파생되었다. 지도는 사우스 셰틀랜드 제도(각 지도의 왼쪽 상단)를 가로질러 식물 성장이 가능한 남쪽 한계선까지 반도의 서쪽 아래로 식물 번식이 확장되었음을 보여준다. 남극반도에 대한 과거 현장 연구에서도 녹색 이끼류가 광대한 면적을 차지하면서 수직으로 축적돼 '둑'을 형성한 것으로 나타났다. 이끼는 매년 새로운 세로 층을 형성했다. 롤랜드 연기팀은 종전 연구에서 반도 서쪽을 따라 이끼 둑에서 채취한 샘플로 탄소 연대를 측정했다. 분석 결과, 이끼가 축적되는 속도는 지난 50년 동안 증가했으며, 이는 기후 변화 속에서 생물학적 활동이 증가했음을 시사했다. 연구진은 이곳의 식물이 영역을 위쪽으로, 즉 수직으로 확장하는 것뿐만 아니라 수평, 즉 바깥쪽으로도 확장하고 있는지를 탐구했다. 이번 연구는 수십 년 동안의 랜드샛 기록을 활용해 이를 확인한 것이다. 롤랜드는 "핵심 샘플을 기반으로 조사한 결과 예상치 못한 심각한 결과가 나왔다"고 말했다. 녹색화의 속도도 빨랐다. 서남극에서 남극해로 튀어나온 남극반도는 지구에서 가장 빠르게 온난화되는 곳 중 하나다. 대부분의 빙하가 녹아 후퇴하고 있다. 최근 몇 년 동안 새로운 이끼류 식물이 증가한 것은 남극 해빙(바다위 얼음) 면적이 감소하고, 녹는 바닷물이 증가하며, 이것이 더욱 따뜻하고 습한 조건을 만들어낸 데 기인할 수 있다고 연구진은 언급했다. 식물이 남극반도에서 성장하면서 이 독특한 서식지의 생물다양성에 대한 의문이 제기됐다. 빙하 후퇴 후에 무엇이 올 것인가에 대한 의문이다. 연구진이 우려하는 것은 이끼가 있는 곳에서 토양 형성이 뒤따르면서, 외래종 식물이 성장의 발판을 찾을 기회가 더 많아진다는 것이다. 그렇게 되면 이 지역의 생물다양성이 침식되거나 왜곡될 수 있다. 남극에는 수백 종의 토종 이끼, 우산이끼, 지의류, 균류가 서식하고 있지만, 토종 꽃식물은 두 종뿐이다. 관광과 연구 목적으로 남극대륙에 인간의 발길이 많아지면 토종이 아닌 종이 유입될 수 있다. 이미 북부 남극반도와 인근 섬에서 침입 사례가 여러 건 기록되었다. 연구진은 추운 고위도 생태계에서 온도 제한이 풀리면 생물 보안이 위협받을 것이라고 우려했다. 롤랜드 연구팀은 랜드샛 위성 데이터의 실체를 확인하기 위해 현장으로 돌아가 변화를 더 세부적으로 관찰하고 변화를 직접 확인한다는 계획이다.
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- ESGC
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[기후의 역습(99)] 나사 위성, 35년 전보다 10배 더 푸른 남극 공개
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[기후의 역습(98)] 기후 변화로 나무와 필수 균류 격리 현상 발생
- 열대성 목련에서 산악 지대 소나무에 이르기까지 전 세계 수종의 3분의 1 이상이 멸종 위기에 처해 있다. 국제자연보전연맹(IUCN)은 지난 10월 이 같은 엄중한 위기를 알리는 멸종위기종 적색 목록(Red List of Threatened Species) 업데이트를 발표했다고 사이언스투데이가 전했다. 이에 따르면 현재 나무(목본)는 적색 목록에 기재된 모든 종의 4분의 1 이상을 차지하며, 이들은 서식하는 거의 모든 국가에서 멸종 위기에 처해 있다. 균류(곰팡이류)의 부족은 나무가 기후 변화에 적응하지 못하는 이유를 부분적으로 설명해 준다. 대부분의 수종은 생존에 필요한 영양소와 물을 얻기 위해 지하 균류에 의존한다. 나무 뿌리는 균류와 공생하며 생존한다. 그런데 다른 유기체와 마찬가지로 균류는 기후 변화, 특히 더위와 가뭄에 적응하기 위해 생존 경쟁을 벌이고 있다. 그러나 우리는 생태계에서 중요한 균류가 기후 변화에 어떻게 반응하는지, 또는 그것이 다른 지역에서 나무의 생존에 어떤 영향을 미치는지에 대해 여전히 모르는 것이 많다. 토양 미생물 과학자인 마이클 반 눌랜드는 "균류와 식물의 공생은 지상과 지하 세계 모두에 절대적으로 중요한 상호작용이다. 그러나 학계는 여전히 기후 변화로 인해 이러한 관계가 어떻게 변할 것인지 이해하는 데 어려움을 겪고 있다"고 밝혔다. 지하네트워크보호협회에 소속된 반 눌랜드와 연구진은 올해 초, 기후 변화로 인해 나무와 지하 균류 사이의 중첩(겹침)이 줄어들어 나무가 이동하거나 번식할 수 있는 곳이 제한되는 위치를 조사한 연구를 PNAS(미국 국립과학원 저널)에 발표했다. 나무와 균류가 중첩되지 않으면 나무가 생존하기 어렵다. 연구진은 50종의 나무와 402종의 토양 균류의 DNA에 대한 북미 분포 데이터를 사용해 나무 종과 토양 균류가 겹치는 '적합한 서식지' 지도를 만들었다. 또 기후 데이터를 사용해 나무-균류 관계에 적합한 현대 서식지의 조건이 어떤지를 확인했다. 그 후 미래의 기후 조건과, 그 조건에서 나무와 균류가 어떻게 반응할지를 모델링했다. 작성된 최종 지도는 예상대로 나무와 균류 모두에 적합한 서식지가 북쪽, 즉 더 시원하고 습한 조건으로 이동하는 경향이 있음을 보여주었다. 그러나 모든 나무-균류 쌍의 35%는 나무와 균류가 모두 생존할 수 있는 지역이 줄어드는 상황에 직면해 있다. 적절한 균류가 없다면 나무는 북쪽으로 이동할 수 없다. '나무-균류 쌍의 약 3분의 1이 서식지가 줄어드는 상황에 직면했다'는 것은 연구진에게는 놀라운 사실이었다. 연구진은 여기에 더해 그 수치는 보수적인 추정치로서, 실제로는 더 높을 것이라고 예상했다. 반 눌랜드는 이번 조사 결과는 IUCN을 비롯한 멸종 위험 평가에서 일반적으로 고려하는 것과는 다른 종류의 서식지 손실이라고 지적했다. 서식지의 분포와 면적에 대한 것이 아니라 생태적 기능에 관한 것이기 때문이다. 그는 이를 "종 상호작용의 손실"이라고 말했다. "생존에 필요한 중요한 요소(균류)가 부족하고, 적절한 기후도 부족할 수 있다"는 것이다. 산림 벌채는 균류에게도 문제를 일으킨다. 숲 벌채는 지하 균류 네트워크를 벌채하는 것과 다르지 않다. 이는 눈에 보이지 않는 곳에서 일어나는 또다른 피해다. 적합한 서식지가 줄어든 것은 중첩되는 곳의 주변에 있는 토양 균류의 생물 다양성 부족에 의해 주도되었다고 데이터는 보여준다. 기후 변화에 대응해 이동할 수 있었던 나무는 서식지 가장자리에서 토양 균류에 대한 선택권이 더 많았기 때문이었다. 이동이 제한된 나무 종은 토양 균류 다양성이 낮은 곳에 있었다. 연구진은 "기후 변화에 대응해 나무가 번식지를 이동하는 데 균류가 중요한 역할을 한다는 것을 이번 연구는 보여주었다"라며 "균류는 나무가 기후 변화를 탈출해 생존할 수 있는 가능성을 열어주는 존재"라고 강조했다.
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[기후의 역습(98)] 기후 변화로 나무와 필수 균류 격리 현상 발생
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[기후의 역습(97)] 남극 대륙 대격변…과학자들, 재앙 비상경보 발령
- 450명이 넘는 극지 과학자들이 지난주 말 호주에서 '긴급 정상회담'을 위해 모였다. 그들은 남극과 호주는 물론 기타 지구의 나머지 지역의 미래를 보호할 수 있도록 세계가 일치단결해 긴급 조치를 취해줄 것을 호소하며 성명서를 발표했다. 이 소식은 기후 변화를 탐구하는 비영리 기관 더쿨다운(TCD)이 홈페이지를 통해 전했다. 남반구는 10월 기록적인 무더위를 보냈다. 미국 국립환경정보센터(National Centers for Environmental Information)의 최신 글로벌 기후 보고서에 따르면, 남반구는 10월, 평균보다 섭씨 0.91도 높은 기록적인 더위를 나타냈다. 이에 따라 남극도 기록상 11번째로 따뜻한 10월을 보냈다. 미국 국립눈얼음데이터센터(National Snow and Ice Data Center)는 남극의 해빙 면적이 계절에 따라 녹는 속도가 빨라지면서, 지난 10월 해빙 면적은 역사상 두 번째로 낮은 수준이었다고 보고했다. 호주의 10월은 1910년 이래 두 번째로 따뜻한 달이었다. 지구 과열의 영향을 연구하는 극지 과학자들은 이 같은 우려와 함께 호주 남극 연구 컨퍼런스에 모였고, 그들의 발견이 이 지역에 대한 관심을 끌 수 있기를 희망했다. 그들의 분석과 발견, 그리고 호주는 지구의 기후를 조절하는 데 매우 중요하다. 남극에서 일어나는 일은 남극에만 머물지 않는다. 세계의 다른 지역 평균보다 거의 두 배나 빠른 남극의 온난화는 이 지역을 훨씬 넘어서 영향을 미친다. 위성 사진에 따르면 남극은 20년 전보다 6배 이상 빠르게 얼음이 녹고 있다. IFL사이언스에 따르면 컨퍼런스에 참석한 극지 과학자들의 성명서에는 "해수면 상승의 예측에 관한 한 지구상 어느 곳도 호주의 뒷마당인 동남극 대륙보다 더 불확실한 곳은 없다. 동남극 빙상에만 국한해서, 그것만 완전히 녹아도 전 세계 해수면을 약 50m까지 끌어올릴 수 있다. 그만큼 막대한 물을 얼음으로 간직하고 있다. 이 지역 얼음이 녹는 것이 해안 도시와 인프라에 미치는 영향은 엄청나다"라고 기록돼 있다. 성명서는 또 "연구자들이 빙하가 얼마나 많이, 또 얼마나 빨리 변할지 이해하는 것이 호주와 전 세계에 가장 큰 이익이 될 것이다. 이 지역이 해수면 상승에 얼마나 영향을 미친 것인지 예측하는 것은 국제사회의 복지에 매우 중요하다"고 강조했다. 이 컨퍼런스에는 호주 전역의 과학자 450명 이상이 참석했으며, 이들 대부분은 젊은 소장파 연구자들이다. 호주 남극 프로그램 파트너십이 컨퍼런스를 열게 된 큰 동기를 부여했다. 이 조직은 지난 30년 동안 지구 해수면이 10cm 이상 상승했다고 지적한다. 컨퍼런스에서는 "육지와 바다의 생태계 변화는 이 민감한 지역의 급격하고 전례 없는 변화를 보여준다"라며 "급격하고 파국적인 해수면 상승을 초래하는 폭주하는 얼음 손실은 우리 세대에서 발생할 가능성이 있다. 우리 사회는 가능한 한 빨리 '탄소 곡선을 꺾는' 목표를 설정하고 달성해야 한다"라고 강조했다. 컨퍼런스에 참여한 소장파들은 미래 지향적인 사회 프로젝트에 참여함으로써 지구 온난화로 인한 위기를 해결하는 데 주력할 것을 다짐했다. 남극 및 남극해 연합은 지구 온난화에 따라 위협받는 남극 생태계의 회복력 강화에 도움이 되는 정책을 주창하고 있다.
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[기후의 역습(97)] 남극 대륙 대격변…과학자들, 재앙 비상경보 발령
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[기후의 역습(96)] "얼음 없는 북극해가 온다", 카운트다운
- 북극의 해빙이 거의 모두 녹는 여름이 2027년에 발생할 수 있으며, 이렇게 되면 기록상 첫 번째가 될 것이라고 PHYS가 전했다. 이는 지구에 불길한 전조다. 미국 콜로라도 볼더 대학교의 기후학자 알렉산드라 얀과 스웨덴 예테보리 대학교의 셀린 호이제 등 국제 연구팀은 컴퓨터 모델을 적용해 지구의 최북단 바다에서 '처음으로 얼음이 없는 날'이 언제 발생할 수 있을지 예측했다. 얼음이 없는 북극은 날씨 패턴을 변화시켜 생태계와 지구 기후에 큰 영향을 미칠 수 있다. 얀 박사는 "북극에 얼음이 없는 날이 온다고 해서 상황이 극적으로 바뀌지는 않을 것"이라면서도 "그러나 온실가스 배출로 인해 북극해의 특성 중 하나인 해빙과 연중 눈으로 덮여 있는 자연환경이 근본적으로 바뀌었다는 점을 보여줄 것"이라고 말했다. 연구팀의 결과는 이달 초 네이처커뮤니케이션즈 저널에 게재됐다. 얀 박사는 오는 9일 워싱턴 D.C.에서 열리는 미국지구물리학회 연례회의에서 이를 발표할 예정이다. 지구 온난화로 '푸른 북극' 온실가스 배출 증가로 기후가 따뜻해지면서, 북극의 해빙은 10년마다 12% 이상이라는 전례 없는 속도로 사라지고 있다. 지난 9월, 미국 국립빙설데이터센터는 올해 북극 해빙 최소치(북극에서 동결된 바닷물의 양이 가장 적은 날)가 1978년 이후 가장 낮은 수준 중 한 해라고 보고했다. 올해 최소치는 428만㎢로 2012년 9월에 관측된 역대 최저치를 약간 웃돌았다. 그러나 1979~1992년 사이의 평균 최소 면적인 685만㎢에 비하면 여전히 뚜렷한 감소를 나타내고 있다. 과학자들은 북극해의 얼음 면적이 100만㎢ 미만일 때 북극에 얼음이 없다고 말한다. 북극 해빙 변화에 대한 이전의 예측은 바다가 한 달 동안 얼음이 없는 상태가 되는 시점을 예측하는 데 초점을 맞췄다. 얀 박사의 종전 연구에 따르면 얼음 없는 달은 거의 필연적으로 발생할 것이며, 그 시기는 2030년대가 될 것임을 시사했다. 기후 변화에서의 티핑 포인트(임계점)가 다가오면서 얀 박사는 북극의 해빙이 녹는 속도에 관심을 가졌다. 특히 첫 번째 얼음 없는 달의 발생 가능성을 예측하고, 북극해의 모든 해빙을 녹일 수 있는 사건이 무엇인지에 대해서도 파악하고자 연구팀을 구성해 분석에 나섰다. 해빙이 완전히 사라질 가능성 얀과 호이제 박사는 300개 이상의 컴퓨터 시뮬레이션에서 얻은 결과를 사용해 북극에서 처음으로 얼음이 없는 날이 언제가 될 것인지를 예측/추정했다. 대부분의 모델은 인간이 온실가스 배출량을 어떻게 변경하든 관계없이 첫 번째 얼음 없는 날이 2023년 이후 9~20년 사이에 발생할 수 있다고 예측했음을 발견했다. 가장 빠른 예측은 3년 안에 발생할 수 있다는 것이었다. 극단적인 시나리오이지만, 모델은 가능성이 있음을 시사하고 있다. 총 9개의 시뮬레이션에서 얼음 없는 날이 3~6년 안에 발생할 수 있다고 추정했다. 연구진은 일련의 극심한 기상 현상이 단시간에 200만㎢ 이상의 해빙을 녹일 수 있다는 것을 발견했다. 비정상적으로 따뜻한 가을이 먼저 해빙을 약화시키고, 그 다음에는 따뜻한 북극의 겨울과 봄이 이어지면서 해빙이 형성되지 않는다. 북극이 3년 이상 연속으로 극심한 온난화를 겪으면 첫 번째 얼음이 없는 날은 늦여름에 발생할 수 있다. 그런 따뜻한 해는 이미 일어났다. 예를 들어, 2022년 3월에 북극 지역은 평균보다 화씨 50도(섭씨 10℃) 더 따뜻했고, 북극 주변 지역은 거의 녹고 있었다. 호이제 박사에 따르면 기후 변화로 인해 이러한 기상 현상의 빈도와 강도는 증가한다. 해빙은 지구로 들어오는 햇빛을 우주로 반사해 북극이 온난화되는 것을 방지한다. 얼음이 녹아 반사율이 낮아지면 어두운 바닷물이 태양으로부터 더 많은 열을 흡수함으로써 북극과 전 세계의 기온을 더 끌어올린다. 또한 북극의 온난화는 바람과 해류 패턴을 변화시켜 전 세계적으로 더 극심한 기상 현상을 초래할 수 있다. 하지만 좋은 소식도 있다. 연구에 따르면, 탄소 배출량을 크게 줄일 경우 얼음 없는 북극의 타임라인을 크게 늦출 것이다. 얀 박사는 "배출량을 줄이면 해빙을 보존하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 강조했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(96)] "얼음 없는 북극해가 온다", 카운트다운
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산유국 반발로 세계 플라스틱 협약 결렬
- 2년 이상 끌어온 플라스틱 협약 체결이 결국 결렬됐다. 산유국을 중심으로 한 반발의 벽을 넘지 못했다고 BBC가 전했다. 200개국 이상이 부산에서 마지막 회담을 위해 모였지만 합의를 도출하는 데 실패함으로써, 협약의 향방은 매우 불투명해졌다. 부산에서는 플라스틱의 단계적 폐지를 요구하는 100여 개국과, 플라스틱의 폐지는 세계 발전에 악영향을 미칠 것이라고 경고하는 산유국 사이에 치열한 갈등과 논쟁이 벌어졌다. 쿠웨이트 협상단은 마지막 몇 시간 동안 "이 협약의 목적은 플라스틱 자체가 아니라 플라스틱 오염을 종식시키는 것이다. 플라스틱은 전 세계 사회에 엄청난 이익을 가져다주었다"고 주장했다. 지난 2022년 세계 각국은 플라스틱 오염 문제, 특히 해양 환경에 미치는 영향을 해결하기 위한 글로벌 조약이 필요하다는 데 동의했으며, 문제의 시급성을 감안해 2년 안에 완료되어야 한다고 합의했다. 유엔은 1950년 이후 전 세계적으로 80억 톤 이상의 플라스틱이 생산되었지만 재활용된 플라스틱은 10%도 되지 않는다고 추산한다. 이로 인해 수백만 톤의 플라스틱이 전 세계 바다로 유입돼 야생 동물과 환경에 심각한 위험을 초래했다. 새, 물고기, 고래는 플라스틱 파편에 얽히거나 섭취하면 죽을 수 있다. 플라스틱은 화석 연료에서 생산되며, 현재 전 세계 배출량의 5%를 차지한다. 따라서 플라스틱을 제한하려는 노력은 기후 변화에 대처하려는 노력에도 보탬이 된다. 부산에서 열린 마지막 5차 협상 이후 참가한 국가 대표단은 의견 차이를 좁히지 못했으며, 결국 2년이라는 시한을 놓치고 말았다. 많은 문제가 논의됐지만, 주요 의견 차이는 제6조에 관한 것이었다. 즉, 플라스틱 생산량을 줄이겠다는 약속을 해야 하는지, 아니면 재활용 노력을 늘려 플라스틱 폐기물을 줄여야 하는지에 대한 것이었다. 영국, 유럽연합, 아프리카 그룹, 그리고 많은 남미 국가를 포함한 95개국은 제6조를 플라스틱 생산을 줄이기 위한 법적 구속력이 있는 서약으로 규정할 것을 요구했다. 그러나 사우디아라비아, 이란, 쿠웨이트, 러시아를 포함한 석유 생산국 그룹은 강력하게 반발했다. 각국이 전기자동차와 같은 청정 기술로 전환함에 따라 대부분의 부문에서 석유 수요는 2026년부터 감소할 것으로 예상되지만, 플라스틱은 남은 성장 시장 중 하나로 여겨진다. 이것이 플라스틱 생산을 줄이자는 글로벌 목표에 대해 우려하는 이유다. 플라스틱을 단계적으로 폐지하려는 시도는 세계적 경제 발전을 저해하고 불평등을 심화시킬 위험이 높다는 것이다. 인도 역시 자국의 개발권에 영향을 미칠 수 있다는 이유로 플라스틱 생산 감축에 대한 우려를 표명하고 반대했다. 환경 단체와 과학자들은 회담이 결렬된 데 대해 깊은 실망감을 표명했으며 화석 연료 산업의 영향에 대한 우려를 제기했다. 싱크탱크인 인플루언스맵(InfluenceMap)은 석유화학 산업이 회사 성명, 소셜 미디어 및 협의 응답을 통해 조약에 수십 번 개입했으며, 그중 93%가 생산 감축 노력을 지지하지 않았다는 것을 발견했다. 보고서는 그러나 유니레버, 마스, 네슬레 등 주요 플라스틱 제품 제조업체가 플라스틱 감축에 대한 일관된 규제를 원하는 긍정적인 지지가 더 중요하다고 강조했다. 네슬레는 이번 회담의 결렬에 대해 "실망스럽게도 모든 국가 간의 합의는 여전히 애매하며, 이로 인해 플라스틱 오염을 종식시키기 위한 중요한 조치를 더욱 지연시키고 있다“고 말했다. 이들 국가는 내년에 다시 모여 합의를 시도할 것으로 예상되지만, 자연 보존 단체인 세계자연기금(WWF)은 협약에 찬성했던 95개국만이라도 조약을 실행해야 한다고 강조했다.
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- 경제
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산유국 반발로 세계 플라스틱 협약 결렬
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[신소재 신기술(138)] 세포가 쓴 일기, 이젠 읽을 수 있다!
- 과학자들이 세포가 스스로 역사를 기록할 수있도록 돕는 혁신적인 기술인 'DNA 타자기'를 개발했다고 뉴욕타임스가 지난 25일(현지시간) 보도했다. 이 기술은 세포가 자신의 DNA에 정보를 기록하는 방식으로, 세포 분열과 환경 변화 등 다양한 생물학적 사건을 추적할 수 있는 방법을 제시한다. 스위스 바젤 대학교의 알렉스 시어 박사는 "이 기술은 발달생물학자들이 오랫동안 꿈꿔온 도구"라며, "세포 분열뿐만 아니라 환경 변화나 단백질 생성 등 중요한 생물학적 이벤트까지 기록할 수 있다"고 밝혔다. DNA 타자기란? DNA 타자기는 세포가 자신의 DNA에 일종의 '기록'을 남길 수 있도록 고안된 기술이다. 이는 DNA 편집 기술인 CRISPER(크리스퍼)를 기반으로 개발됐다. CRISPER은 DNA의 특정 부위를 절단하거나 삽입할 수 있는 유전자 가위 기술로, 이를 활용해 세포가 다양한 생물학적 정보를 스스로 추가하며 자신의 '역사'를 저장할 수 있도록 만든 것이다. 다시 말해 이 기술은 세포 내부의 DNA를 메모장처럼 사용한다고 보면 된다. 세포는 자신의 생애 동안 경험한 일을 이 메모장에 적어두고, 후손 세포에도 이를 전달한다. 마치 세포가 스스로 일기를 쓰는 것과 비슷한다. 현재 연구팀은 실험 단계로, 쥐의 세포에 DNA 타자 기술을 적용 중인 것으로 알려졌다. 이 기술이 성공하면, 모든 세포가 수정란 단계에서부터 분열과 경험의 기록을 보유하는 '기록 쥐'가 탄생할 전망이다. 연구를 주도한 미국 워싱턴대학교의 제이 쉔듀어 박사는 이를 "생물학을 시간의 관점에서 이해하는 새로운 패러다임"이라고 설명하며, "이 기록으로 질병의 초기 징후를 발견하거나 환경적 요인을 분석할 수 있다"고 기대했다. [미니해설] 세포를 스스로의 역사가로 만드는 기술 'DNA 타자기' 수정란이 두 개로, 네 개로 분열하며 형성된 인체의 36조 개 세포는 각각의 독특한 궤적을 지닌다. 하지만 과학자들은 그 과정을 전체적으로 추적하는 데 어려움을 겪어왔다. 스냅샷처럼 특정 시점의 세포만을 관찰하는 것이 한계였기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 'DNA 타자기'다. 이 기술은 세포가 DNA에 유전적 흔적을 남겨 스스로의 역사를 기록하도록 설계됐다. 쉔듀어 박사는 이를 "완전히 새로운 생물학 측정 방식"이라며 "세포 분열뿐만 아니라 특정 단백질 생성이나 바이러스 감염 같은 사건도 기록할 수 있다"고 설명했다. 기술 개발의 배경 DNA 타자기는 DNA 편집 기술인 CRISPER에서 출발했다. CRISPER은 세포 유전체의 특정 지점을 찾아 DNA를 잘라내거나 삽입할 수 있는 기술이다. 쉔듀어 박사는 이를 활용해 제브라피쉬 세포를 변형, 유전체의 여러 지점을 편집할 수 있게 했다. 이 과정에서 세포는 무작위로 특정 부위를 수정하며 이를 후대 세포로 전달했다. 연구팀이 DNA를 분석한 결과, 비슷한 바코드를 지닌 세포들은 동일한 계보임을 나타냈다. 예를 들어 물고기의 혈액세포는 단 5개의 전구체 세포에서 유래한 것으로 밝혀졌다. 시어 박사는 "이 기술을 통해 심장을 만드는 방법처럼 발달의 규칙성을 밝혀낼 수 있기를 바란다"고 말했다. 응용 가능성과 미래 이 기술은 실험실 밖에서도 응용 가능성을 보이고 있다. 미래에는 '감시자 세포'를 인체에 주입해 질병의 초기 징후는 추적하거나 환경 독소의 영향을 분석할 수 있을 것으로 기대된다. 시어 박사는 "지금 몸 상태가 이상하다면 3개월 전에 감염이 있었는지, 7개월 전에 중독이 있었는지를 알 수 있다"고 말했다. 현재 캘리포니아 공과대학교 연구팀은 세포가 유전적 정보를 빛으로 표시하도록 설계해 세포를 파괴하지 않고도 기록을 확인할 수 있는 방법을 개발 중이다. 또한 쉔듀어 박사 연구팀은 세포가 DNA 흔적을 추가적으로 남길 수 있는 'DNA 타자기'를 이용해 쥐의 모든 세포가 분열과 경험의 기록을 보유한 '기록 쥐'를 개발하고 있다. 이 기술이 상용화되면 인체 발달 과정의 규칙성뿐만 아니라 암이나 퇴행성 질환 같은 병리학적 변화를 초기에 발견할 수 있을 것으로 기대된다. "저는 이 기술에 모든 것을 걸었다." 쉔두어 박사의 이 한마디는 DNA 타자기 기술이 생물학의 새로운 지평을 열 것이라는 확신을 담고 있다.
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[신소재 신기술(138)] 세포가 쓴 일기, 이젠 읽을 수 있다!
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[신소재 신기술(137)] 혈액으로 만든 맞춤형 3D 프린팅 임플란트, 재생 의료의 새 지평 열까
- 영국에서 자신의 혈액을 사용해서 재생 치유 능력을 60% 이상 높인 3D 프린팅 임플란트가 개발됐다. 우리 몸의 면역 체계는 재생 혈종(RH)을 조절하여 작은 파열이나 골절을 효과적으로 치료하는 능력을 가지고 있다. RH는 다양한 분자 및 세포 과정을 조율하는 복잡하고 역동적인 환경으로 완전한 조직 복구를 보장한다. 최근 영국 노팅엄 대학교 약학 및 화학 공학 연구팀은 이러한 자연 치유 과정을 활용하여 개인 맞춤형 재생 소재를 만드는 '생체협력적' 접근법을 제시했다. 혈액을 기반으로 하는 이 기술은 부상 및 질병 치료에 효과적인 맞춤형 재생 혈액 제품 개발로 이어질 수 있다. 해당 논문에 대해서는 테크 익스플로리스트와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 보도했다. 연구팀은 자연 조직 치유에 관여하는 필수 과정을 유도하는 펩타이드 분자 조직을 사용해 조직 재생을 촉진하는 생체 소재를 개발했다. 대부분의 신체 조직은 복잡한 치유 과정을 통해 작은 파열이나 골절을 효율적으로 재생시킬 수 있다. 초기 단계에서는 액체 혈액이 고체 RH를 형성하는 데, 이는 재생에 필수적인 세포, 거대 분자와 요소를 포함하는 살아 있는 미세 환경이라 할 수 있다. 팀은 합성 펩타이드와 환자의 혈액을 결합하는 자가 조립 기술을 개발해 자연 치유 과정의 핵심 분자, 세포 및 메커니즘을 포착하는 소재를 만들었다. 이를 통해 RH를 모방하고 구조적 및 기능적 특성을 향상시키는 재생 소재를 제작할 수 있었다. 이러한 소재는 정상적인 혈소판 행동, 성장 인자 생성, 치유에 필수적인 세포 모집 등 RH의 자연적 기능을 유지하면서 쉽게 조립하고 조작 및 3D 프린팅이 가능하다. 연구팀은 이 방법을 사용해 동물 모델에서 동물 자신의 혈액을 활용하여 뼈를 성공적으로 복구하는 것을 입증했다. 팀은 두개골에서 뼈 일부를 수술로 제거한 쥐를 대상으로 실험을 진행했다. 쥐의 혈액에서 새로운 RH 구조물을 배양해 제거된 두개골 뼈 틈새에 이식한 결과, 부상 부위가 재생의 징후를 보였다. 6주 후 새로운 RH 구조물이 투입된 쥐는 새로운 뼈가 최대 62% 생성됐다. 반면, 시중에서 판매되는 뼈 대체물을 사용한 쥐는 50%가 재생됐다. 아무 것도 처리하지 않은 대조군 쥐는 뼈가 30%만 재생되는 데 그쳤다. 알바로 마타 노팅엄 대학교 생체 의학 공학 및 생체 재료 교수는 "수년 동안 과학자들은 자연 재생 환경을 재현하기 위한 합성적 접근 방식을 연구해 왔지만, 고유한 복잡성으로 인해 어려움을 겪었다"며 "이번 연구에서는 재생 환경을 재현하는 대신 생물학적 시스템과 협력하는 방식을 택했다"고 설명했다. 코시모 리고리오 공학부 박사는 "사람들의 혈액을 고도로 재생 가능한 임플란트로 쉽고 안전하게 바꿀 수 있는 가능성은 매우 흥미롭다"며 "혈액은 사실상 무료이며 환자로부터 비교적 많은 양을 쉽게 얻을 수 있다. 우리의 목표는 환자의 혈액을 풍부하고 접근 가능하며 조정 가능한 재생 임플란트로 빠르고 안전하게 변화하기 위해 임상 환경에서 쉽게 접근하고 사용할 수 있는 도구 키트를 구축하는 것이다"라고 밝혔다. 이 연구는 어드밴스트 머티리얼(Advanced Materials) 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(137)] 혈액으로 만든 맞춤형 3D 프린팅 임플란트, 재생 의료의 새 지평 열까
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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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[신소재 신기술(135)] 데이터 센터 냉각 효율 획기적으로 높이는 신소재 개발
- 미국과 중국 과학자들이 공동으로 데이터 센터의 냉각 효율을 획기적으로 높일 수 있는 새로운 소재를 개발했다. 이 소재는 가정과 기업용 전자기기의 에너지 효율성을 향상시키는 데에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 현재 데이터 센터는 방대한 양의 데이터를 저장하는 하드웨어를 냉각하기 위해 대규모 냉각 시스템을 가동하고 있다. 이는 전체 에너지 사용량의 약 40배에 달하는 막대한 에너지를 소비한다. 매년 약 8테라와트시(TWh)의 에너지가 데이터 센터 냉각에 사용되는 실정이다. 8테라와트시는 엄청나게 큰 에너지 용량이다. 일반적인 가정의 월평균 전력 사용량은 약 300kwh이다. 8TWh는 약 2600만 가구가 한 달 동안 사용할 수 있는 전력량에 해당한다. 또 다른 예를 들면 2021년 기준 한국의 총발전량은 약 577TWh이다. 8TWh는 한국 전체가 약 5일 동안 사용할 수 있는 전력량이다. 미국 텍사스대학교(UT) 오스틴 캠퍼스와 중국 쓰촨대학교 공동 연구팀은 데이터 센터 냉각 효율을 높일 수 있는 새로운 유기 열계면 소재(TIM)를 개발했다고 과학 전문매체 사이언스얼라트가 보도했다. 연구팀은 TIM을 통해 데이터 센터 냉각에 필요한 에너지를 약 13% 절감할 수 있을 것으로 예상했다. 이 TIM은 전자 부품에서 발생하는 열을 히트싱크로 빠르게 전달해 공기 또는 물을 통해 열을 방출하는 효율성을 획기적으로 높인다. 연구팀은 실험실 테스트에서 TIM을 사용했을 때 기존 냉각 방식 대비 전자 부품의 온도를 낮추면서도 방열량을 2배 증가시키는 것을 확인했다. 또한, 냉각 펌프의 에너지 사용량을 65% 절감하는 효과도 입증했다. 이번 연구를 주도한 텍사스대학교 오스틴 캠퍼스의 재료과학자 구이화 유 교수는 "데이터 센터를 비롯한 대규모 전자 시스템의 냉각 인프라 전력 소비가 급증하고 있다"며 "이러한 추세는 앞으로도 계속될 것이므로 킬로와트급 이상의 고전력 장치를 효율적이고 지속 가능하게 냉각할 수 있는 새로운 방법을 개발하는 것이 중요하다"고 강조했다. 쓰촨대학교의 카이 우 교수는 "이번 연구 결과는 이론적으로 예측된 이상적인 성능에 더 가까워졌음을 의미하며, 고전력 전자 장치를 위한 보다 지속 가능한 냉각 솔루션을 가능하게 한다"고 설명했다. 연구팀은 현재 데이터 센터 사업자들과 협력하여 더 큰 시스템과 다양한 환경에서 새로운 TIM을 적용하는 연구를 진행하고 있다. 인공지능(AI) 모델의 발전과 데이터 사용량 증가로 인해 2028년 데이터 센터 전력 사용량은 2023년의 2배에 달할 것으로 예상된다. 골드만삭스의 산업 분석가들은 2080년까지 데이터 센터 전력 사용량은 160% 급증할 것으로 예측했다. 골드만삭스 분석가들은 또한 AI 애플리케이션만으로도 2023년부터 2030년까지 데이터 센터 전력 소비량이 연간 200테라와트시 증가할 것으로 추정했다. 이는 심각한 에너지 문제를 야기할 수 있으며, 과학자들은 이를 해결하기 위해 노력하고 있다. 카이 우 교수는 "이 소재는 데이터 센터에서 항공 우주에 이르기까지 에너지 집약적인 분야에서 지속 가능한 냉각을 가능하게 하여 보다 효율적이고 친환경적인 기술 개발에 기여할 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(135)] 데이터 센터 냉각 효율 획기적으로 높이는 신소재 개발
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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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[신소재 신기술(132)] 플라스틱 폐기물, 고부가가치 화학물질과 수소 에너지로 재활용하는 기술 개발
- 플라스틱 폐기물을 분해해 벤조산과 청정에너지인 수소로 재활용하는 기술이 개발됐다. 독일 연구팀이 가장 흔한 플라스틱 폐기물인 폴리스티렌 폐기물을 효율적으로 재활용하는 전기화학적 방법을 개발했다. 이 기술은 저렴한 철 촉매를 사용하여 폴리스티렌을 분해해 벤조산과 그 부산물로 수소를 생성하며, 태양 에너지를 사용하여 작동할 수 있는 장점이 있다고 사이테크 데일리가 보도했다. 플라스틱은 우리 생활에 필수적인 요소가 되었지만, 매립지와 자연 환경에 축적되는 막대한 양의 플라스틱 폐기물은 심각한 문제를 야기한다. 전 세계적으로 생산되는 플라스틱은 재활용율이 겨우 10% 미만에 불과하다. 2025년에는 플라스틱 폐기물이 400억톤에 이를 것으로 예상된다. 특히 포장재와 건축 자재에 널리 사용되는 폴리스티렌(PS)은 매립지에 버려지는 폐기물의 약 33%를 차지하지만, 재활용율은 1%에 불과하다. 2022년 폴리스티렌의 전 세계 생산량은 1540만톤에 달했다. 그 중에서 재활용된 폴리스티렌은 겨우 15만4000톤에 불과했다. PHYS는 캘리포니아 대학교 버클리와 캘리포니아 대학교 산타바바라의 연구자들이 수행한 '2050년까지 전 세계 플라스틱 폐기물 관리 불량과 온실 가스 배출을 줄이기 위한 경로'라는 연구를 인용해 지금처럼 경제 활동을 게속한다면 세계는 2011년부터 2050년까지 엠파이어 스테이트 빌딩 높이의 10배에 달하는 플라스틱 더미로 맨해튼을 덮을 만큼의 쓰레기를 배출할 것이라고 지적했다. 이러한 문제를 해결하기 위해 독일 괴팅겐의 프리드리히 뵐러(Friedrich Wöhler) 지속가능 화학 연구소의 루츠 아커만 교수가 이끄는 연구팀은 폴리스티렌을 효율적으로 분해하는 전기화학적 방법을 개발했다. 이 방법은 폴리스티렌을 분해하여 화학 공정의 원료로 사용할 수 있는 단량체 벤조일 생성물과 짧은 고분자 사슬을 생성하고 그 부산물로 수소를 만들어냈다. 이 기술의 핵심은 헤모글로빈과 유사한 철 포르피린 복합체인 철 기반 촉매이다. 철은 다른 촉매 활성 금속에 비해 독성이 없고 저렴하며 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있다. 전기 촉매 반응 과정에서 철 화합물은 Ⅳ, Ⅲ, Ⅱ의 다른 산화 단계를 순환하며, 일련의 반응 단계와 중간 생성물을 거쳐 폴리스티렌의 탄소-탄소 결합을 분해한다. 주요 생성물은 벤조산과 벤즈알데히드이며, 벤조산은 향료 및 방부제 생산 등 다양한 화학 합성의 원료로 사용된다. 연구팀은 실제 플라스틱 기물을 그램 단위로 효율적으로 분해함으로써 이 새로운 전기 촉매 기술의 견고성을 입증했다. 이번 연구 결과는 독일 저명 학술지 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie, 응용화학)'에 개재됐다.
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[신소재 신기술(132)] 플라스틱 폐기물, 고부가가치 화학물질과 수소 에너지로 재활용하는 기술 개발
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'양자굴기' 용의 비상…중국, 양자 컴퓨터 패권 노린다
- 중국이 양자 컴퓨터 분야에서 특허 수로 미국을 제치고 세계 1위를 차지했다. 일본 정보 분석 기업 밸류넥스(VALUENEX)가 2024년 10월 집계한 자료에 따르면, 중국의 양자컴퓨터 개발업체인 본원양자계산과기(本源量子計算科技, Origin Quantum Computing Technology)는 2021년부터 2024년까지 363건의 특허를 추가하며 총 3217건을 기록, 2위인 IBM(212건)과 미국(2740건)을 넘어섰다. 본원양자계산과기는 특히 양자운영 체제와 양자 칩 관련 기술에서 강점을 보이고 있으며, 초저온 작동을 위한 핵심 장비인 희석 냉동기도 자체 개발에 성공했다. 양자 컴퓨터는 신약 개발, 핀테크 등 금융 기술, 인공지능(AI), 생화학, 소재 개발 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 높고, 국가 안보와도 밀접하게 연관된 기술이다. 하지만 양자 기술의 발전은 단순한 경제적 가치 창출을 넘어 국가 간 기술 패권 경쟁의 중심으로 부상하며 국제적인 긴장감을 높이고 있다. [미니 해설] 양자 그술 패권 경쟁, 중국의 도약과 글로벌 충격 '손오공'으로 상징되는 중국의 기술야망 중국은 2021년 발표한 14차 5개년 계획(2021~2025년)을 통해 양자 기술을 국가 전략 기술로 선정하고 본원양자계산과기의 성장을 적극 지원해왔다. 2024년 1월 가동을 시작한 본원양자계산과기의 양자 컴퓨터 '본원오공(本源悟空)'은 133개국에서 27만건의 양자 계산 작업을 성공적으로 처리하며 기술적인 역량을 입증했다. 인민일보에 따르면 본원오공은 중국 과학자들이 20년 이상 도전과 실패를 반복한 끝에 개발한 결과물이다. '중국 독자적인 양자 컴퓨터를 만들겠다'는 의지 아래, 중국 정부와 기업은 총 150억달러의 예산을 투입해 양자 기술 연구 및 상용화에 박차를 가하고 있다. 딜로이트 토마츠의 데라베 마사노부는 본원양자계산과기가 유니콘에 가까운 가치로 성장했다고 평가하며 중국 정부의 전폭적인 지원을 성공 요인으로 꼽았다. 양자 컴퓨터가 '슈퍼컴퓨터'를 대체할 수 있을까? 양자 컴퓨터는 기존 슈퍼컴퓨터로는 수천 년이 걸릴 문제를 수 분 내에 해결할 수 있는 가능성을 가진 혁신 기술이다. IBM과 구글이 각각 2025년 1000큐비트 양자 컴퓨터 개발과 '양자 우월성' 입증을 목표로 하는 이유도 여기에 있다. 그러나 현재 양자 컴퓨터는 오류율과 안정성 문제를 안고 있어 슈퍼컴퓨터를 완전히 대체하기 보다는 특정 문제 해결에 있어 보완적인 역할을 할 가능성이 높다. 슈퍼컴퓨터는 기상 예측, 대규모 데이터 처리 등에서 여전히 강점을 지니고 있으며, 양자 컴퓨터는 신약 개발, 금융 모델링 등 특정 알고리즘 중심의 분야에서 혁신을 가져올 전망이다. 따라서 양자 컴퓨터와 슈퍼컴퓨터의 관계는 경쟁 보다는 공존에 가까울 것으로 예상된다. 새로운 디지털 지형의 설계자, 양자 기술 중국의 양자 기술 성과는 경제적 파급 효과와 함께 국제 질서를 재편할 가능성을 내포하고 있다. 중국이 특허 수와 기술 개발에서 선두를 달리며 새로운 디지털 지도를 그려가는 가운데, 미국과 유럽은 양자 기술 개발과 동시에 전략적 보안 우려로 핵심 기술의 특허 출원을 억제하는 방향으로 가고 있다. 이는 양국 간 기술 격차를 좁히기 위한 또다른 경쟁의 양상을 보여준다. 양자 기술이 설계할 새로운 세계 질서는 단순히 기술 경쟁에 그치지 않는다. 보스턴 컨설팅 그룹은 양자 컴퓨터가 2040년까지 최대 8500억달러의 경제적 가치를 창출할 것으로 전망하며, 국가간 기술 격차와 디지털 제국주의를 심화시킬 가능성을 지적했다. 양자 기술이 글로벌 경쟁의 새로운 척도가 되어 경제와 안보를 초월한 영향력을 미칠 것으로 보인다. 양자 기술의 윤리적 딜레마와 인류의 과제 양자 기술은 혁신과 동시에 윤리적, 철학적 과제를 안고 있다. 초고속 암호 해독 기술은 군사적 활용 가능성을 높여 국가간 신뢰를 위협할 수 있다. 동시에 양자 암호 통신은 기존 통신 방식을 혁신하며 보안의 새로운 기준을 제시한다. 중국은 베이징-상하이를 잇는 2000km의 양자 암호 네트워크를 구축하며 세계 최장 기록을 세웠다. 그러나 이러한 기술 발전이 인류 사회의 윤리적, 철학적 기반을 흔들 가능성도 존재한다. 양자 컴퓨터의 계산력은 복잡성과 이해 불가능성을 동반하여 새로운 형태의 '블랙박스 사회'를 초래할 수 있다. 이에 따라 기술 발전과 인간성의 균형을 어떻게 유지할 것인가가 중요한 과제로 떠오르고 있다. 양자 기술의 미래를 준비하는 세계 중국이 양자 기술 분야에서 세계 1위를 차지한 것은 단순한 경제적 성과를 넘어 글로벌 기술 패권 경쟁의 새로운 국면을 열었다는 점에서 큰 의미를 지닌다. IBM과 구글을 비롯한 미국 기업들이 기술 개발에 박차를 가하며 대응하고 있지만, 중국의 성장은 단순한 추격자가 아닌 선도자로서의 위치를 강화하고 있다. 양자 기술의 발전이 가져올 경제적, 안보적, 윤리적 영향을 고려할 때, 각국은 기술 개발뿐 아니라 국제적 협력과 규범 설정을 통해 미래를 준비해야 한다. 양자 기술은 인류에게 거대한 가능성과 함께 중요한 도전 과제를 제시하고 있다.
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'양자굴기' 용의 비상…중국, 양자 컴퓨터 패권 노린다
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[우주의 속삭임(78)] 목성에는 단단한 땅이나 바위가 없다…그 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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[우주의 속삭임(78)] 목성에는 단단한 땅이나 바위가 없다…그 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(77)] 중국 탐사선, 화성 고대 바다 존재 증거 발견…과학계 논쟁 가열
- 중국의 화성 탐사 로버 '주롱(Zhurong)'이 고대 화성에 광활한 바다가 존재했음을 뒷받침하는 새로운 증거를 발견했다는 연구 결과가 발표되어 과학계의 이목이 집중되고 있다. 8일 네이처(Nature)지에 게재된 연구 논문에 따르면, 주롱은 2021년 화성 북반구 유토피아 평원에 착륙한 이후 고대 바다의 흔적으로 추정되는 다양한 지형적 특징을 포착했다고 야후 뉴스가 이날 보도했다. 연구를 이끈 홍콩 폴리텍 대학교의 우보(Wu Bo) 교수는 주롱의 착륙 지점 주변에서 "움푹 패인 원뿔형 구조, 다각형 홈, 침식된 흔적" 등 과거 바다의 존재를 시사하는 여러 특징을 발견했다고 밝혔다. 특히, 연구팀은 주롱이 수집한 정보와 위성 데이터 분석을 통해 이 지역 근처에 과거 해안선이 존재했을 가능성을 제기했다. 이들은 약 37억 년 전 홍수로 인해 바다가 형성되었고, 이후 바닷물이 얼어붙으면서 해안선이 만들어졌으며, 34억 년 전쯤 사라졌을 것으로 추정했다. 그러나 이러한 연구 결과에 대한 반론도 제기되고 있다. 펜실베이니아 주립 대학교의 벤자민 카르데나스 교수는 화성의 강한 바람이 수십억 년 동안 퇴적물을 이동시키고 암석을 침식시켰을 가능성을 간과했다며 연구 결과에 회의적인 입장을 보였다. 그는 과거 모델링 연구 결과를 인용하며 "느린 화성 침식 속도로도 오랜 시간에 걸쳐 해안선의 흔적이 사라질 수 있다"고 주장했다. 이에 대해 우보 교수는 바람에 의한 침식 가능성을 인정하면서도, 운석 충돌로 인해 지하 암석과 퇴적물이 지표면으로 노출될 수 있다는 점을 강조했다. 화성 바다 존재 여부에 대한 논쟁은 여전히 진행 중이지만, 이번 연구 결과는 화성 생명체 존재 가능성에 대한 탐구에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 카르데니아 교수는 "대부분의 과학자들은 지구 생명체가 해저 열수 분출구 주변이나 바닷물과 공기가 만나는 조간대에서 발생했다고 생각한다"며 "바다 존재 증거는 화성 생명체 서식 가능성을 높이는 요인"이라고 설명했다. 이번 연구는 화성의 과거 환경을 이해하고 생명체 존재 가능성을 탐색하는데 중요한 발검음이 될 것으로 평가되며, 향후 화성 암석 샘플을 지구로 가져와 분석하는 임무를 통해 더욱 명확한 결론을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
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[우주의 속삭임(77)] 중국 탐사선, 화성 고대 바다 존재 증거 발견…과학계 논쟁 가열
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[기후의 역습(83)] 지구, 마지막 빙하기 이후 얼음 용융 속도 가속화
- 마지막 지구 빙하기가 끝날 무렵, 꽁꽁 얼어붙은 지구는 기후 변화의 임계점에 도달하면서 녹아내려 진흙투성이의 슬러시 행성이 되었다. 지구의 마지막 빙하기인 플라이스토세 빙하시대는 약 1만1700년 전에 끝났다. 미국 버지니아 공대에서 주도한 연구 결과는 치솟는 이산화탄소 수치로 얼어붙은 지구가 빠르게 녹는 시기로 접어들었던 '플룸월드 해양(plumeworld ocean)' 시대라고도 알려진 슬러시 행성에 대한 최초의 지구화학적 증거를 제공한다고 PHYS가 전했다. 플룸(Plume)은 빙하가 녹아 바다로 흘러들어가는 담수의 흐름을 의미하며, 이러한 담수가 바다 표면에 거대한 층을 형성하여 염분이 높은 심층수와 뚜렷하게 구분되는 현상이 나타났다. 이는 빙하의 녹은 물이 바다를 떠다니는 상황을 연상하면 쉽게 이해할 수 다. 연구를 이끈 버지니아 공대의 티안 간 연구원은 "연구 결과는 마지막 지구 빙하기의 극한 상황 이후 지구의 기후와 해양 화학이 어떻게 변했는지 이해하는 데 중요한 의미를 갖는다"고 말했다. 그는 지질학자 슈하이 샤오와 함께 연구를 진행했으며, 이 연구는 미국 국립과학원 회보 최신호에 발표됐다. 마지막 지구 빙하기는 약 6억 3500만~6억 5000만 년 전에 일어났는데, 과학자들은 이 시기에 지구 온도가 떨어지고 극지방의 빙하가 반구 주변으로 퍼지기 시작했다고 추정한다. 점점 커가는 빙하는 지구에서 햇빛을 반사해 온도를 급격히 떨어뜨렸다. 샤오는 "극도로 낮은 이산화탄소 농도로 인해 바다의 4분의 1이 얼어붙었다"라고 말했다. 해수면이 얼면서 일련의 반응이 갑자기 멈추었다. 먼저 물 순환이 막혔다. 수분 증발이 없어지고 비나 눈이 거의 내리지 않았다. 물이 없으면 암석이 침식되고 분해되는 화학적 풍화작용이라고 불리는 이산화탄소 소비 과정이 극히 느려진다. 그렇게 되면 이산화탄소가 대기에 축적되어 열을 가두기 시작한다. 샤오는 "이 같은 패턴을 깨기에 충분할 정도로 열이 높아지는 것은 시간문제일 뿐이었다. 열 축적이 끝났을 때는 이미 비극이었을 것"이라고 말했다. 갑자기 열이 쌓이기 시작했고 빙하가 후퇴하기 시작했다. 지구의 기후는 묽고 끈적끈적한(슬러시한) 방향으로 급속히 후퇴했다. 단 1000만 년 만에 지구 평균 기온은 섭씨 영하 45도에서 영상 48도로 치솟았다. 연구진은 그러나 얼음이 녹아 바닷물과 동시에 섞이지는 않았다고 말했다. 연구 결과는 우리가 상상하는 것과는 매우 다른 결과를 보여주었다는 것이다. 즉 거대한 빙하수의 강들이 역쓰나미처럼 육지에서 바다로 흘러 들어가고, 빙하수는 매우 짜고 밀도가 높은 바닷물 위에 고였다. 섞이지 않고 웅덩이가 형성된 것이다. 연구진은 전 지구적 빙하기가 끝나갈 무렵에 형성된 일련의 탄산염 암석을 관찰함으로써 당시 상황을 테스트했다. 탄산염 암석 내 리튬 동위원소 분석을 통해 특정 지구화학적인 특징을 분석한 것이다. 플룸월드 해양 이론에 따르면 담수의 지구화학적 특징은 깊고 짠 바다 아래에서 형성된 암석보다 근해에서 녹은 물 아래에서 형성된 암석에서 더 강하다. 연구진이 관찰하고 분석한 결과와 일치한 것이다. 샤오는 이번 발견이 환경 변화의 한계를 더 잘 보여주었을 뿐만 아니라 연구진에게 덥거나 춥고, 진흙이 많은 극한 조건에서 생명의 회복력에 대한 추가 정보와 추정도 가능할 것이라고 밝혔다. 플룸월드 오션은 비교적 최근에 제시된 개념으로, 아직 많은 부분이 베일에 싸여 있다. 향후 더 많은 연구를 통해 플룸월드의 형성 과정, 지속 기간, 지구 시스템에 미치는 영향 등을 밝혀내는 것이 과제다.
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[기후의 역습(83)] 지구, 마지막 빙하기 이후 얼음 용융 속도 가속화
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'최후의 날' 남극 빙하, 예상보다 빨리 녹아…지구공학 논의 촉발
- '최후의 날 빙하(Doomsday Glacier)'라고도 불리는 남극의 스웨이츠 빙하(Thwaites Glacier)가 기후 변화로 예상보다 빠르게 녹아내리고 있다. 이로 인해 기후 변화 솔루션으로서 지구 공학에 대한 논의가 본격화되고 있다고 PHYS가 전했다. UC 어바인 캠퍼스와 워털루 대학교 전문가들이 주도한 최근의 연구에서, 연구진은 온난화된 조류가 스웨이츠 빙하의 녹는 속도를 높이고, 컴퓨터 모델에서 예측한 것보다 더 빨리 후퇴하고 있다는 사실을 발견했다. 스웨이츠 빙하의 운명이 여전히 불확실한 가운데, 학계 일각에서는 빙하가 녹는 속도를 늦추기 위해 환경을 바꾸는 아이디어로 눈을 돌리고 있다. ◇ 따뜻한 조류로 인한 가속 용융의 이해 스웨이츠 빙하는 서남극 빙상(WAIS)의 바다를 마주한 가장자리를 따라 위치한 빙하 중 하나다. WAIS는 텍사스의 거의 3배 크기의 거대한 얼음으로, 서남극 대륙의 해수면 아래 분지에 위치해 있다. 바다가 분지를 채우고 얼음을 녹이거나 떨어뜨리는 것을 막는 유일한 방벽은 빙하이다. 이러한 상황으로 인해 과학자와 언론은 플로리다주 전체보다 큰 스웨이츠 빙하를 '최후의 날 빙하'라고 부르게 되었다. 그 이유는 이 빙하가 무너지면 따뜻한 바닷물이 WAIS를 녹여 해수면을 거의 335cm까지 올릴 수 있기 때문이다. 이렇게 되면 많은 해안 대도시와 작은 섬나라들이 극도의 위험에 처하게 된다. 참고로 스웨이츠 빙하는 한국 면적의 약 1.9배에 달하는 엄청나게 큰 규모이다. 텍사스는 한국 면적의 약 6.9배에 달한다. 스웨이츠 빙하는 기후 변화로 인해 매년 500억 톤의 얼음을 잃으면서 빠르게 후퇴하고 있으며, 이미 지구 해수면 상승의 4%를 차지하고 있다. 재앙적인 해수면 상승으로 인해 스웨이츠 빙하의 붕괴와 그에 따른 WAIS의 퇴출은 기후 과학에서 티핑 포인트(임계점)라고 알려졌다. 티핑 포인트는 임계점(이 경우 대기 및 해양 온난화)을 넘어 기후 시스템에 대규모의 가속화되고 돌이킬 수 없는 변화로 이어지는 경우이다. 스웨이츠 빙하가 녹으면 WAIS가 붕괴되고, 이는 돌이킬 수 없는 해수면 상승을 일으켜 수백만 명을 위험에 빠뜨리고 다른 빙하의 온난화를 가속할 것이다. UC 어바인과 워털루 대학교 연구진이 주도한 이번 빙하 연구는 고해상도 위성 이미지와 수문 데이터를 사용해 얼음 아래의 따뜻한 조류 흐름과 그에 따라 얼음이 더 빨리 녹는 지역을 식별했다. 얼음이 녹는 속도를 이해하는 것은 해수면 상승을 예측하는 데 중요하다. 워털루 대학교의 빙하학과 크리스틴 다우 교수는 "우리는 그 얼음이 사라지는데 100년, 또는 500년이 걸리기를 바랬지만 그보다 훨씬 빨리 사라질 수도 있다는 우려가 있다"고 말했다. 물론 WAIS에 대한 희망이 없는 것은 아니다. 다트머스 대학과 에든버러 대학교 연구진의 분석에 따르면, 스웨이츠 빙하는 이전에 생각했던 것처럼 해양 빙하 절벽 불안정성(MICI)이라는 과정에 그리 취약하지 않다. MICI 가설은 높은 빙하 절벽은 빙하가 후퇴하면서 불안정하고 더 쉽게 무너진다는 것이지만, 이 연구는 스웨이츠 빙하가 얇아지면 실제로 빙하 붕괴 속도가 감소하고 빙하 절벽이 안정화될 수 있다고 주장한다. ◇ 해결책으로서의 지구공학에 대한 논쟁 불확실성과 함께 스웨이츠 빙하가 예상보다 빨리 녹아 급격하고 극심한 해수면 상승 발생 가능성에 직면하여, 일부 과학계에서는 가능한 해결책으로 빙하 지구공학에 초점을 맞추고 있다. 빙하 지구공학은 지구 온도가 상승하더라도 빙하 후퇴를 늦추거나 멈추도록 기술과 인프라를 사용하는 프로세스를 말한다. 시카고 대학의 '기후 시스템공학 이니셔티브'에 소속된 빙하학자 그룹은 지난 7월 급속히 녹는 빙하 위협에 대응해 빙하 지구공학에 대한 더 많은 연구를 진행할 것을 촉구하는 보고서를 발표했다. 보고서에 참여한 라플란드 대학교 북극 센터의 존 무어 교수는 빙하 지구공학 연구의 시급성을 설명했다. 그는 빙하 지구공학을 적용할 만큼 충분히 이해하려면 15~30년이 걸릴 것이기 때문에 즉시 시작해야 한다고 역설했다. 빙하 지구공학 아이디어 중에는 스웨이츠 빙하 등 위험에 처한 곳에 따뜻한 조류가 흘러드는 것을 막는 거대한 잠수함 커튼을 만드는 것도 포함돼 있다. 커튼은 천으로 만들 수 있으며, 커튼에 구멍을 뚫고 공기를 펌핑하는 파이프를 설치해 스웨이츠 빙하와 따뜻한 바닷물 사이에 놓는다는 것이다. 이와 같은 빙하 지구공학적 개입은 올바르게 구현된다면 매우 유용할 수 있다는 지적이다. 그러나 아이디어 중 다수는 달성하기 어렵거나 불가능하다는 주장도 만만치 않다. 오히려 탄소 배출을 줄이자는 목표를 흐리게 만든다는 주장이다. 지구공학에 지나치게 의존하면 탄소 배출을 억제하는 조치를 취하지 못할 수 있다는 것이다. 그러나 학계는 지구공학이 만병통치약은 아니더라도 강력한 치료제가 될 수는 있다고 본다. 빙하 지구공학이 기후 변화에 대한 만병통치약과 같은 해결책은 아니지만, 진통제 역할은 할 수 있다고 본다. 진통제는 심한 고통을 덜어 주면서 신체가 병을 치료할 수 있도록 지원한다. 여전히 빙하 지구공학에 대한 논쟁은 진행 중이다.
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'최후의 날' 남극 빙하, 예상보다 빨리 녹아…지구공학 논의 촉발
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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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