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[기후의 역습(82)] 스페인 홍수, "기후변화가 부른 재앙이다"
- 엄청난 피해를 입히는 단일한 기상 사건이 기후 변화로 인해 발생했다고 단정하는 사례는 거의 존재하지 않는다. 그러나 최근 벌어진 스페인의 홍수에 대해 다수의 전문가들이 이런 관행을 깨고 "스페인의 최악의 홍수는 기후 변화로 인한 기온 상승이 악화의 주된 역할을 했다"고 지적하고 나섰다고 BBC가 전했다. 발렌시아 등 스페인 남동부 지역에 현지 시간으로 지난달 29일 기록적인 폭우가 내렸다. 기습 폭우로 최소 205명이 사망한 것으로 집계되면서 이같은 대참사를 야기한 원인에 이목이 쏠리고 있는 것. 스페인 기상청에 따르면 당시 발렌시아 치바에서는 10월 29일 새벽부터 8시간 동안 1㎡당 491L의 비가 내렸다. 기상청에 따르면 이는 일반적으로 이 지역의 1년치 강수량이다. 임페리얼칼리지 런던의 프리데리케 오토 박사는 BBC와의 인터뷰에서 "스페인에서의 이런 폭발적인 폭우는 의심할 여지 없이 기후 변화로 인해 심화된 결과다"라고 단언했다. 오토 박사는 온난화의 원인과 영향을 연구하는 국제 과학자 그룹을 이끌고 있다. 그는 "화석 연료 연소로 인한 온난화가 섭씨 1도씩 올라갈 때마다 대기는 더 많은 수분을 보유하게 되며, 결과적으로 더 많은 폭우가 쏟아질 수 있다"는 것이다. 기상학자들은 스페인에서 일어난 이번 집중호우의 주요 원인이 가을과 겨울에 스페인을 강타하는 자연적인 기상 현상일 가능성이 높다고 말했다. '고타 프리아(gota fría)' 또는 콜드 드롭(차가운 물방울)이라고 불리는 이 기상 현상은 지난 몇 년 동안 극도로 뜨거운 상황에 놓여 있는 지중해의 따뜻한 바닷물 위로 차가운 공기가 내려오는 것을 보여준다. 그러면 바다 표면의 뜨겁고 습한 공기가 빠르게 상승해 높게 우똑 솟은 비구름이 되어 해안으로 날아와 많은 양의 비를 내린다. 연구진은 기후 변화가 이 구름이 운반하는 비의 양에 직접적인 영향을 미쳤다고 지적했다. 지구 온난화로 인해 기온이 섭씨 1도씩 상승할 때마다 비가 7%씩 증가한다는 것이다. 문제는 지표면이다. 비가 내리면 땅이 그 비를 상당량 흡수하게 된다. 그런데 유럽의 대부분 지역은 포장 도로로 덮여 있다. 게다가 이런 곳은 온도도 높다. 비가 내리기 시작하면 물을 많이 흡수할 수 없는 곳, 온도가 주변보다 높은 곳에 비가 더 강하게 내린다. 리즈 대학교의 마크 스미스 교수는 "강수량이 극심하게 증가하는 것 외에도 여름이 더 더워져 토양이 구워지고, 물을 흡수하는 능력이 떨어지게 된다"고 말했다. "그러면 더 많은 물이 강으로 유입되면서 강수 강도 증가에 더해 직접적인 효과가 증폭된다"는 것이다. 학자들 사이에서는 지구 온난화로 인해 폭풍의 움직임이 더 느려지고, 이로 인해 폭풍으로 내리는 강우량이 더 심해지는지에 대한 논쟁도 있다. 올해는 이런 유형의 폭풍과 폭풍이 가져올 수 있는 파괴에 대한 증거도 보았다. 지난 9월 폭풍 보리스는 중부 유럽의 여러 국가를 강타해 수많은 사상자와 막대한 피해를 남겼고, 이는 지중해의 고온으로 더 심해졌다. 전문가들은 이런 재해가 발생할 가능성이 기후 변화로 인해 두 배나 더 높다고 말했다. 스페인에서는 정확한 기상 예보가 부족해 적절한 조치를 취하지 못했다는 비판도 제기됐다. 다만 기상학자들은 빠르게 움직이는 강렬한 뇌우의 경로를 예측하는 것은 매우 어려운 일이라고 지적했다. 예보는 안전 조치를 취하는 데 도움이 되지만 많은 비가 내리는 정확한 위치를 미리 알기 어려워 예보가 쉽지 않다는 것이다. 스페인의 홍수가 부각시킨 한 가지 문제는 현재의 인프라로는 극심한 홍수에 대처할 수 없다는 사실이다. 현재의 도로와 다리, 거리는 지금의 기후가 아니라 지난 세기의 기후에 맞추어 건설된 것이기 때문에 새로운 접근이 필요하다는 지적이다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(82)] 스페인 홍수, "기후변화가 부른 재앙이다"
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[신소재 신기술(125)] 양자 '슈뢰딩거의 고양이' 23분간 유지 성공…양자역학 새 지평 열어
- 과학자들이 양자 고양이 상태를 무려 23분(1400초) 이상 유지해 기존 기록을 경신했다. 중국 과학기술대학교 연구진이 '슈뢰딩거의 고양이' 상태를 1400초(약 23분 33초) 동안 유지하는 데 성공했다는 연구 결과를 발표했다고 IFL사이언스가 전했다. 이는 양자 중첩 상태를 장시간 유지한 세계 최장 기록으로, 고정밀 특정 및 양자 컴퓨터 정보 처리 분야에 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대된다. 슈뢰딩거의 고양이는 양자역학의 원리를 설명하는 데 자주 사용되는 비유로 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 1935년에 고안한 사고 실험이다. 이 실험은 양자 역학의 불완전함을 보여주기 위해서 고안됐다. 실험 원리는 다음과 같다. 상상속의 밀폐된 상자 안에 고양이 한 마리가 들어있다. 또 상자 안에는 방사성 물질과 연결된 독가스 장치가 있다. 방사성 물질은 1시간 안에 50%의 확률로 붕괴한다. 만약 붕괴하면 독가스가 방출되어 고양이가 죽고, 붕괴하지 않으면 고양이가 살아 있다. 여기서 중요한 점은 상자를 열어보기 전까지는 고양이가 죽었는지 살았는지 확인할 수 없다는 것이다. 양자역학에 따르면, 상자를 열어 확인하기 전까지 고양이는 죽어 있는 상태와 살아 있는 상태가 중첩되어 존재한다. 즉, 고양이는 살아 있으면서 죽어 있는 상태다. 슈뢰딩거는 이 실험을 통해 양자역학의 '중첩' 해석에 의문을 제기했다. 거시세계에서는 고양이가 죽었거나 살았거나 둘 중 하나이며 중첩된 두 가지 상태가 동시에 존재할 수 없기 때문이다. 즉, '슈뢰딩거의 고양이'는 양자역학의 불확실성을 설명하는 사고 실험으로, 상자 속 고양이가 살이 있는 상태와 죽어 있는 상태가 중첩되어 존재한다는 개념이다. 연구팀은 1만개의 이터븀 원자를 절대영도보다 몇 천분의 1도 높은 온도로 냉각시키고 빛을 이용하여 포획하는 실험을 진행했다. 각 원자는 정밀하게 제어되어 두 가지 스핀 상태의 중첩 상태, 즉 '양자 고양이' 상태를 형성했다. 이번 연구에서 주목할 점은 양자 고양이 상태의 유지 기간이다. 자연 상태에서는 중첩 상태가 순식간에 붕괴되지만, 이번 실험에서는 1400초 동안 유지됐다. 연구진은 진공 개념을 개선하면 유지 시간을 더욱 늘릴 수 있을 것으로 예상했다. 인도 캘거리 대학교의 배리 센더스 교수는 "이터븀 원자를 이용해 안정적인 양자 고양이 상태를 구현한 것은 놀라운 성과"라며 "이를 통해 미세한 외부 영향을 감지하고 상호 작용을 연구하는 데 활용할 수 있다"고 평가했다. 센더스 교수는 이 연구에 참여하지는 않았다. 이번 연구는 이터븀 원자를 이용한 장치가 자기장 측정에 매우 민감하게 반응한다는 사실을 밝혀냈으며, 다양한 분야의 응용 가능성을 제시했다. 양자역학 분야에서는 지난해에 16 마이크로그램의 결정을 중첩 상태로 만드는 실험이 성공하는 등 끊임없는 혁신이 이루어지고 있다. 이번 연구 결과는 아직 동료 평가를 받지 않았으며, 관련 논문은 아카이브(arXiv)에서 확인할 수 있다.
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[신소재 신기술(125)] 양자 '슈뢰딩거의 고양이' 23분간 유지 성공…양자역학 새 지평 열어
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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: 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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[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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소더비, 휴머노이드 아티스트 로봇 '아이다'가 그린 예술 작품 세계 첫 경매
- 소더비(Sotheby)가 이달 말 휴머노이드 로봇이 만든 예술 작품을 경매장에서 처음으로 경매에 내놓는다고 CBS뉴스가 전했다. 인공지능(AI) 기술로 움직이는 로봇 아티스트가 만든 작품이 세계적으로 유명한 경매 시장에 오르는 것이다. 휴머노이드 로봇 아티스트 아이다(Ai-Da)는 현대 컴퓨팅의 선구자로 인정받는 수학자이자 컴퓨터 과학자 앨런 튜링(Alan Turing)의 초상화 'AI갓(AI God)'을 소더비가 '디지털 아트의 날'이라고 부르는 경매에 출품한다. 튜링은 또한 현재 '인공지능(AI)'에 대한 가장 초기의 개념을 제공한 것으로도 알려져 있다. 출품되는 작품은 아이다가 올해 제작했으며, 'A'라는 서명이 달려 있다. 크기는 64 x 90.5인치로 혼합 미디어 페인팅이다. 소더비 웹사이트의 경매 상품 목록에 따르면 이 작품은 12만 달러에서 18만 달러 사이에 판매될 것으로 추산된다. 경매는 10월 31일에 시작된다. 아이다 로봇은 단발머리 여성의 모습으로 영국의 미술상이자 갤러리 주인인 아이단 멜러가 제작한 프로젝트이다. 로봇은 눈에 장착된 카메라, AI 알고리즘 및 로봇 팔을 사용해 그림을 그린다. 멜러는 "이 작품은 다른 AI가 만든 작품과 차별화된다. 이는 휴머노이드 로봇 아이다가 실제로 만들었기 때문"이라며 "이런 유형의 로봇 작품이 경매에 나온 것은 이번이 처음"이라고 말했다. 그는 또 이번 소더비 경매가 AI가 사회와 예술계에 본격 출현했음을 강조한다고 덧붙였다. 멜러는 인터뷰에서 "엄청난 수의 로봇이 등장하면서 많은 혁신이 일어나고 있으며, 결국 로봇은 모든 종류의 다양한 작업을 수행하게 될 것이다. 예술 역시 기술로 인해 사회에서 일어나는 놀라운 변화가 적용되는 영역이다"라고 설명했다. 작품 판매 수익금은 개발 및 운영 비용이 많이 드는 아이다 프로젝트에 재투자될 계획이다. 소더비의 NFT 및 디지털 아트 책임자인 미셸 부한나는 "아이다가 그린 초상화는 오늘날 저마다의 방식으로 예술 창작의 경계를 넓혀주는 최첨단 작품의 대열에 합류했다는 점에서 의미가 크다. 이 작품은 21세기에 끊임없이 진화하는 예술 제작의 가능성을 경험하고 작품을 감상할 수 있는 방법을 넓힌다"고 밝혔다. 그러나 예술 시장에서 AI가 만든 작품의 가치를 평가하는 것은 어렵다. 인간 예술가의 작품의 시장 가치를 결정하는 것보다 훨씬 더 어려울 수 있다.
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- IT/바이오
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소더비, 휴머노이드 아티스트 로봇 '아이다'가 그린 예술 작품 세계 첫 경매
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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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[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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- 포커스온
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[기후의 역습(75)] 2024년 북극 해빙, 사상 최저치 기록…지구 위기 심화
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해양 오염 해결? 생분해 플라스틱, 종이보다 빠른 분해 속도
- 바다에서 종이보다 더 빨리 분해되는 새로운 생분해성 플라스틱이 개발됐다. 미국 과학자들이 개발한 셀룰로오스 다이아세테이트(CDA)로 만들어진 플라스틱이 해양 환경에서 종이보다 빠르게 생분해되는 것으로 밝혀졌다고 뉴아틀라스가 전했다. 이는 매년 수백만톤의 플라스틱이 바다로 유입되는 문제에 대한 해결책이 될 수 있을 것으로 기대된다. CDA는 면이나 목재 펄프에서 추출한 셀룰로오스를 가공하여 만든 생분해성 플라스틱으로, 1800년대 후반부터 선글라스 프레임, 담배 필터, 사진 필름 등 다양한 제품에 사용되어 왔다. 플라스틱 오염의 가장 큰 문제점은 자연적으로 분해되는 데 수백년이 걸린다는 점이다. 또한 플라스틱은 완전히 분해되지 않고 미세 플라스틱이라는 작은 조각으로 쪼개진다. 미세 플라스틱이 더 잘게 쪼개지면 나노 플라스틱이 된다. 크기가 최대 5mm에 달하는 이들 미세 플라스틱은 토양과 바다를 오염시키고 먹이 사슬을 통해 동물의 몸에 축적되며, 결국 인간의 식탁에 올라 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 플라스틱, 특히 폴리에티렌 테레프탈레이트(PET)는 자연 분해가 어려워 환경 오염의 주범으로 꼽힌다. PET는 전세계 플라스틱 사용량의 12%를 차지하며, 하수구에 존재하는 미세 플라스틱의 최대 50%가 여기에 속한다. 참고로 미국에서 매년 최대 4000만톤의 플라스틱 폐기물을 배출한다. CDA, 발포 공정 통해 분해 속도 높여 미국 우즈홀 해양연구소(WHOI) 연구팀은 CDA가 해수에서 가장 빠르게 분해되는 플라스틱임을 확인했다. 특히, '발포'라는 공정을 통해 CDA를 다공성으로 만들면 분해 속도가 최대 15배까지 빨라져 종이보다도 빠르게 분해된다. 연구팀은 36주간의 실험을 통해 해수 탱크에 담긴 CDA 발포체가 기존 질량의 65~70%를 손실하는 것을 확인했다. 반면, 스티로폼(폴리스틸렌)은 같은 기간 동안 전혀 분해되지 않았다. 이번 연구는 매사추세츠 주 케이프 코드 근처의 마사드 빈야드 사운드의 실험실 환경에서 진행되었으며, 빛, 온도 등 다양한 변수를 제어하여 실제 해양 조건을 구현했다. 실험 결과 CDA 발포체는 기존 CDA보다 190% 빠른 분해 속도를 보였다. 이는 종이 빨대보다도 더 빠른 분해 속도다. 다행인 점은 CDA 발포체의 성공적인 결과를 바탕으로, 이미 생분해성 및 퇴비화 가능한 포장재가 개발되어 기존 스티로폼 육류 포장재를 대체하고 있다. 이번 연구 결과는 해양 플라스틱 오염 문제 해결에 중요한 발걸음이 될 것으로 평가된다. 해당 연구 논문은 저널 ACS 퍼블리케이션스(ACS Publications)에 게재됐다.
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- 생활경제
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해양 오염 해결? 생분해 플라스틱, 종이보다 빠른 분해 속도
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[우주의 속삭임(72)] 화성, 얼음 아래 생명체 존재 가능성⋯NASA 연구 결과 발표
- 화성에 과연 생명체가 존재할 수 있을까? 화성은 태양계에서 지구와 가장 닮은 행성으로, 붉은색 표면과 극지방의 만년설, 과거 물이 흘렀던 흔적 등 다양한 특징을 가지고 있다. 화성은 표면에 산화철이 풍부해 붉게 보인다. 이 때문에 '붉은 행성'이라는 별명을 가지고 있다. 과거에 물이 존재했던 흔적이 발견되면서 생명체가 존재했거나, 존재할 가능성이 제기되고 있다. 미국 항공우주국(나사·NASA)은 최근 홈페이지를 통해 화성 표면의 얼음 아래에 미생물이 서식할 수 있는 환경이 조성될 수 있다는 가능성을 제시했다고 밝혔다. NASA 연구진은 컴퓨터 모델링을 통해 화성의 얼음을 투과하는 햇빛의 양이 얼음 아래 얕은 물웅덩이에서 광합성을 일으키기에 충분하다는 것을 보여주었다. 지구에서도 얼음 내부에 형성된 유사한 물웅덩이에서 조류, 균류, 미세한 시아노박테리아(남조류) 등 광합성을 통해 에너지를 얻는 다양한 생명체가 발견됐다. 이 연구의 주요 저자인 NASA 제트추진연구소의 아디티아 쿨러는 "우주 어딘가에서 생명체를 찾고 있다면, 화성의 얼음층은 가장 근접하기 쉬운 장소 중 하나일 것"이라고 말했다. 화성 먼지 쌓인 얼음층 주목 연구진은 화성의 먼지가 섞인 얼음층에 주목했다. 나사에 따르면 화성에는 얼어붙은 물과 얼어붙은 이산화탄소라는 두 가지 얼음이 존재한다. 쿨러와 그의 동료 연구진은 네이처 커뮤니케이션즈 지구와 환경(Nature cummunications Earth & Environment)에 게재된 논문에서 과거 수백만년 동안 화성의 빙하기에 눈과 먼지가 섞여 표면에 떨어져 형성된 얼음층을 조사했다. 먼지 입자는 깊은 곳까지 햇빛이 도달하는 것을 막을 수 있지만, 표면 근처에서는 햇빛을 흡수해 얼음을 녹이고 얕은 웅덩이를 만들 수 있다. 지구에서도 먼지가 섞인 얼음에서 '크라이오코나이트(Cryconite) 구멍' 이라는 작은 공간이 형성되는 현상이 흔히 관찰된다. 바람에 날린 먼지 입자가 얼음에 쌓이고 햇빛을 흡수하면서 얼음이 녹아 물 웅덩이가 만들어지는 것이다. 어두운 먼지는 주변 얼음보다 더 많은 햇빛을 흡수해 얼음이 따뜻해지고 표면 아래 몇 피트까지 녹을 가능성이 있다. 이러한 물웅덩이는 조류 등 단순한 생명체에게 생존에 필요한 환경을 제공한다. 연구진은 이러한 현상이 화성에서도 일어날 수 있으며, 먼지가 섞인 얼음층 아래 3m 깊이까지 광합성이 가능할 정도의 햇빛이 도달할 수 있다고 분석했다. 또한, 얼음층은 얕은 물웅덩이의 증발을 막고 유해한 방사선으로부터 생명체를 보호하는 역할도 할 수 있다. 연구진은 화성의 북반구와 남반구의 위도 30도에서 60도 사이 지역에서 이러한 얼음층이 존재할 가능성이 높다고 예측했다. 쿨러는 앞으로 실험실에서 화성의 먼지가 섞인 얼음을 재현해 추가 연구를 진행하고, 화성에서 얕은 물웅덩이가 존재할 가능성이 높은 지역을 지도로 만들어 미래의 탐사 목표를 설정할 계획이다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(72)] 화성, 얼음 아래 생명체 존재 가능성⋯NASA 연구 결과 발표
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[신소재 신기술(122)]MRI, AI 모델 학습으로 뇌 이상 진단 정확도 높인다
- 미국 과학자들이 뇌의 이상을 진단하는 MRI(자기공명영상)의 정확도를 높이는 머신러닝 모델을 개발했다. 캘리포니아대 샌프란시스코(UCSF) 연구팀이 인공지능(AI)을 활용하여 3T MRI 화질을 7T MRI 수준으로 향상시키는 기술을 개발했다고 뉴로사이언스닷컴 뉴스가 전했다. 이 연구는 지난 7일 제27회 의료영상 컴퓨팅 및 컴퓨터 지원 개입 국제 학술대회(MICCAI)에서 발표됐다. 수석 연구 저자인 UCSF 신경과 조교수인 레자 아바시아슬(Reza Abbasi-Asl)은 "저희 논문은 낮은 품질의 이미지에서 고품질 MRI를 합성하는 머신러닝 모델을 소개한다. 이 AI 시스템이 외상성 뇌 손상에서 MRI로 포착한 뇌 이상을 시각화하고 식별하는 방법을 보여준다"고 설명했다. 저품질 MRI 영상의 고품질화 3T MRI와 7T MRI의 가장 큰 차이점은 자기장의 세기이다. 숫자가 높을수록 자기장이 강하다는 것을 의미하며, 이는 영상의 해상도와 선명도에 직접적인 영향을 미친다. 7T MRI는 3T MRI보다 두 배 이상 강력한 자기장을 사용하기 때문에 더욱 선명하고 상세한 이미지를 얻을 수 있다. 연구팀은 경도 외상성 뇌 손상(TBI) 환자의 3T MRI 영상 데이터를 사용하여 AI 모델을 학습시켰다. 이 모델은 3T MRI 영상을 기반으로 7T MRI와 유사한 고품질 영상을 생성하며, 뇌 병변의 경계를 더욱 선명하게 보여주어 진단 정확도를 높이는 데 기여할 수 있다. 참고로, 미국에서 대부분의 임상 MRI는 1.5T 또는 3T MRI 시스템으로 수행된다. 미국국립보건원(NIH)은 2022년 전 세계적으로 진단 영상에 사용되는 7T MRI는 약 100대에 불과하다고 밝혔다. 신경 퇴행성 진단 활용 기대 연구 결과, 합성된 7T MRI 영상은 실제 7T MRI와 비슷한 수준의 해상도를 보였으며, 뇌 병변의 경계를 더욱 명확하게 구분하고 미세 출혈을 더 잘 포착하는 것으로 나타났다. 특히, 백질 병변 내 다양한 특징을 더욱 세밀하게 보여주어 다발성 경화증과 같은 신경 퇴행성 질환 진단에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이 기술은 뇌의 해부학적 구조를 세밀하게 관찰해야 하는 TBI 및 다발성 경화증 환자의 진단 및 치료에 도움을 줄 수 있을 것으로 예상된다. 하지만 연구팀은 "AI 기반 합성 기술이 임상 현장에 적용되기 위해서는 광범위한 검증이 필요하다"며 "향후 모델 결과에 대한 임상적 평가, 모델 생성 영상에 대한 임상 등급 평가, 모델의 불확실성 정량화 등 추가 연구가 필요하다"고 밝혔다. 이번 연구는 AI 기술이 저사양 영상 장비의 한계를 극복하고 의료 영상의 품질을 향상시키는 데 기여할 수 있음을 보여주는 사례로, 의료 분야에서 AI 기술의 활용 가능성을 더욱 확대할 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(122)]MRI, AI 모델 학습으로 뇌 이상 진단 정확도 높인다
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현대차-도요타, AI 휴머노이드 개발 가속화 위해 손잡았다
- 도요타자동차의 미국 연구개발 자회사 도요타 리서치 인스티튜트(TRI)와 현대자동차 산하 보스턴다이내믹스는 인공지능(AI)을 탑재한 휴머노이드 개발을 가속화하기 위해 제휴한다. 블룸버그통신 등 외신들에 따르면 TRI와 보스턴다이내믹스 양사는 16일(현지시간) 이같은 내용을 담은 제휴를 발표했다. 이번 양사의 제휴로 TRI가 가진 대규모행동모델(LBM) 개발에 관한 전문지식과 보스턴다이내믹스의 휴머로이드 '아틀라스'를 결합하게 된다. 보스턴을 거점으로 한 양사의 휴머노이드개발 팀은 인간과 로봇의 상호작용 등 분야에 있어서 AI탑재 로봇의 활용사례에 관한 연구를 진행하게 된다. TRI는 지금까지 생성AI를 사용한 로봇 교육용 LBM에서 획기적인 진전을 이루었다고 밝히고 있다. 한편 보스턴다이내믹스는 로봇개와 창고용 화물정리 로봇에서 상업적 성공을 거두고 있다. 이번 양사의 제휴는 테슬라가 개발한 ‘옵티머스’와 같은 다른 AI탑재로봇으로서는 위협이 될 가능성이 있다. 휴머노이드를 개발하는 스타트업도 주목을 받고 있으며 이 분야에는 대규모 자금이 투입되고 있는 상황이다. TRI와 보스턴다이내믹스의 제휴는 최종적인 상업적 이용을 시야에 둔 기초연구에 초점을 맞추고 있다. 양사의 고위관계자들은 프로젝트의 스케줄와 예산에 관해서는 구체적인 내용을 밝히지 않고 있다. 도요타자동차에서 수석과학자 지위를 맡고 있는 길 프랫은 "이런 유형의 기술은 앞으로 큰 가능성을 내포하고 있다"고 언급했다. 그는 "우리들이 추진하고 있는 생성AI의 연구는 보스턴다이내믹스가 진행해온 연구를 크게 보완할 수 있다"고 덧붙였다. 그는 이와 함께 최종적으로는 공장 조립라인과 가정에서의 고령자 보호에 로봇을 도입하는 것이 목표라고 지적했다. 현대자동차는 지난 2020년에 보스턴다이내믹스를 소프트뱅크로부터 인수했다. 현대차그룹이 지분을 인수할 당시 소프트뱅크그룹과 2025년 6월까지 상장을 약속했다. 현대차는 상장하지 못하면 소프트뱅크의 지분 20%를 되사와야 한다.
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현대차-도요타, AI 휴머노이드 개발 가속화 위해 손잡았다
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[신소재 신기술(121)] 중국 연구진, 맥박 측정 로봇 손가락 개발
- 로봇 손은 산업계에 다양한 용도로 쓰이지만, 로봇 손의 촉각은 인간의 그것에 비하면 다소 떨어진다. 그런데 중국의 연구진이 인간의 맥박을 측정할 수 있는 로봇 손을 설계해 주목된다고 더레지스터가 전했다. 중국 과학기술대학의 연구진은 센서를 사용하여 로봇이 압력의 정확한 변화를 감지하고, 인간 손가락에 필적하는 민첩성으로 움직일 수 있는 생체 영감 소프트 핑거(BSF)를 개발했다. 이는 셀(Cell)에 게재됐다. 발표된 논문에서 연구진은 로봇이 새롭게 적용된 감각을 사용해 사람의 맥박을 측정하고, 혹을 확인하거나, 환자가 의사를 상대할 때 당황하지 않도록 다른 인체 검사를 수행할 수 있을 것이라고 밝혔다. 연구진의 일원인 감지 기술 과학자인 왕홍보는 "이처럼 손재주가 있는 로봇 손가락은 미래의 병원에서 의사처럼 '로보닥터' 역할을 수행할 수 있다고 믿는다"라고 설명했다. 그는 "기계학습과 결합하면 자동 로봇 검사 및 진단이 가능하며, 특히 의료 전문가가 턱없이 부족한 외딴 미개발 지역에서 유용할 것으로 기대한다"고 부연했다. 129mm 길이의 손가락 로봇은 부드럽고 유연한 광중합(포토폴리머) 수지 프레임워크에 내장된 공기 제어 액추에이터를 사용하며, 두 개의 전도성 섬유 코일이 내장되어 있다. 첫 번째 코일은 손가락의 움직임을 제어하고 두 번째 코일은 손가락 끝부분에 설치돼 매우 민감한 고감도 압력 센서와 연결된다. 실험에서 로봇 손가락은 실리콘 시트에 내장된 인공 덩어리를 식별할 수 있었으며, 실험 대상자의 동맥을 찾아 심박수를 정확하게 판독해 인간의 맥박을 측정했다. 논문에서는 "BSF는 인간의 손가락과 마찬가지로 작동 및 굽힘 감지 모두 50ms의 실시간 응답시간으로 손가락 끝의 힘을 감지할 수 있었으며, 굽힘 각도에 대해서는 0.02, 힘에 대해서는 0.4mN의 높은 감지 해상도를 제공한다"라고 설명했다. 또한 "제안된 BSF의 굽힘 및 힘 감지는 자체 분리되어 있으며 반복성이 높다. 가장 중요한 점은 BSF의 감지 및 작동이 모두 안정되며, 실용적인 응용 분야에서 기계적으로 내구성이 있다는 것"이라고 덧붙였다. 로봇 손가락의 장점은 특히 인간 의사, 특히 이성 의사가 검진하는 것을 불편해하는 환자가 편하게 사용할 수 있다는 것이다. 또한 의사를 전혀 만나지 않고도 집에서 예방적 검진을 위해 사용할 수 있다. 연구진은 또 키 입력에 필요한 힘을 스스로 판단해 손가락이 올바르게 타이핑하는 능력도 보여주었다. 제어를 위해 기계학습을 사용함으로써 민감성과 유용성 면에서 인간과 맞먹는 로봇 손을 만들 수도 있다. 연구진은 "정확한 감지 데이터를 널리 활용하고 BSF 기반 생물에서 영감을 손에서 기계학습 기반 감지 데이터 제어를 적용함으로써 인간과 같은 '촉감, 느낌, 시도, 학습, 조작' 및 정교한 인간-로봇 상호 작용을 실현할 수 있다"고 밝혔다.
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- IT/바이오
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[신소재 신기술(121)] 중국 연구진, 맥박 측정 로봇 손가락 개발
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[기후의 역습(71)] 과학자들, 지구 온난화로 기온 섭씨 2.7도 상승 경고
- 기후 변화가 지구에 어떤 영향을 미치는지는 올해 그대로 드러났다. 올해의 기상 변화에 대해 '전례 없는', '역대 최고' 등의 문구가 따라다녔다. 미국 동부의 허리케인 헬렌과 베트남의 슈퍼 태풍 야기 등 열대성 폭풍이 유례를 찾아보기 어려울 정도로 빠르게 강해지고 있다. 캐나다에서는 전례 없는 화재가 발생해 마을이 파괴되었다. 브라질은 전례 없는 가뭄으로 거대한 강이 말라붙고 강바닥이 그대로 드러났다. 올해 메카에서 열린 하지(Hajj) 순례 기간 동안 기온이 섭씨 50도를 넘으면서 최소 1300명의 순례자가 사망했다. 불행히도 인류는 훨씬 더 나쁜 상황을 향해 나아가고 있다. 시드니 대학교, 오레곤 주립대, 영국 전문가 등 국제 과학자팀이 발간한 새로운 2024년 기후 현황 보고서는 심화되고 있는 기후 위기에 대한 또 다른 엄중한 경고다. 정부가 탄소 배출 저감 목표를 달성하더라도 지구가 섭씨 2.7도 온난화될 수 있다는 것이다. 이는 기후 변화를 1.5도로 유지하려는 파리 협정 목표의 거의 두 배에 달하는 수치다. 보고서는 옥스퍼드아카데믹의 바이오사이언스에 실렸다. 연구팀의 일원이었던 토마스 뉴섬, 윌리엄 리플 교수가 충격적인 보고서 내용을 더 컨버세이션을 통해 알렸다. 이 내용은 또 사이언스얼라트에도 게재됐다. 연구팀은 매년 빙하 해빙에서 산림에 이르기까지 지구의 35가지 생명 징후를 추적하고 있다. 올해는 그중 25가지가 기록적인 수준에 도달했다. 이 모두가 잘못된 방향으로의 추세를 보이고 있다. 인간은 이렇게 나빠지는 조건에 익숙하지 않다. 문명은 지난 1만 년 동안 너무 덥거나 춥지 않은 온화한 조건에서 출현했다. 그러나 살기 좋았던 기후는 이제 위험에 처해 있다. 두 세대만 지나도 기후 조건은 선사 시대에 인류가 겪었을 어떤 것보다 더 위협적일 것이다. 보고서에 따르면 화석 연료로 인한 배출은 계속 증가하고 있으며, 현재 사상 최고 수준을 유지하고 있다. 전문가들의 오랜 경고에도 불구하고 화석 연료 소비는 지구를 위험한 수준의 온난화로 몰아넣고 있다. 풍력과 태양광 발전이 급속히 성장했다지만, 화석 연료 사용은 14배 더 많다. 올해는 가장 더운 해로 기록될 것이 확실하다. 지난해의 거의 절반과 2024년 대부분 기간의 전 세계 일일 평균 기온이 역대 최고 수준을 기록했다. 11월 아제르바이잔에서 열리는 연례 유엔 기후 회담 COP29에서 노력을 배가해야겠지만, 훨씬 더 강력한 정책이 없다면 기후 변화는 계속 악화될 것이다. 인류는 여전히 '화석 연료의 일상적인 연소'라는 핵심 문제를 해결하지 못했다. 메탄과 이산화탄소로 대표되는 온실가스의 대기 중 농도는 계속 증가하고 있다. 지난해 9월 대기 중 이산화탄소 농도는 418ppm에 달했다. 올해 9월에는 422ppm을 넘었다. 강력한 온실가스인 메탄은 놀라운 속도로 증가하고 있다. 문제를 더욱 악화시키는 것은 대기 에어로졸이 최근 감소했다는 점이다. 이는 오염을 줄이기 위한 노력으로 인해 생긴 결과다. 공기 중에 떠다니는 에어로졸은 자연적 및 인간 활동의 과정 모두에서 발생하며, 뜨거워진 지구를 식히는 데 도움이 된다. 이런 냉각 효과가 없어지면 지구 온난화 속도가 빨라질 수 있다. 다른 환경 문제도 기후 변화에 영향을 미치고 있다. 아마존 등에서의 산림 벌채는 탄소 자연 흡수 능력을 감소시켜 추가적인 온난화를 유발한다. 이는 피드백 루프를 생성해 온난화로 인해 나무가 죽고 결과적으로 지구 온도가 증폭되는 결과를 가져온다. 해빙 손실도 또 다른 문제다. 해빙이 녹고 빙하가 추가 형성되지 않으면 짙푸른 바닷물이 노출된다. 얼음은 햇빛을 반사하지만 바닷물은 햇빛을 흡수한다. 결국 지구의 반사율(표면의 반사도)이 변하고 온난화가 더욱 빨라진다. 향후 수십 년 동안 해수면 상승은 해안 지역 사회에 점점 더 큰 위협이 될 것이다. 보고서는 화석 연료의 일상적인 사용을 즉각 끝내야 한다고 강조한다. 특히 배출량이 많은 선진국이 앞장서야 한다는 지적이다. 메탄 배출을 줄이기 위한 효과적인 정책 도입도 권고했다. 이산화탄소에 비해 대기 중에 머무르는 시간이 짧은 메탄을 빠르게 줄이면 단기적으로 온난화 속도를 늦출 수 있다. 산림 및 토양 복원과 같은 자연 기후 솔루션을 도입해 목재와 토양에 저장되는 탄소량도 늘려야 한다. 산불과 가뭄이 자주 발생하는 지역에 대한 보호 조치가 수반되는 것도 중요하다. 더 엄격한 토지 이용 정책을 도입하고, 파괴적인 화재 위험을 줄이며, 지속 가능한 산림 투자를 늘려야 한다. 보고서는 기후 변화가 이미 훨씬 악화되는 방향으로 진행되고 있다고 우려하고, 이를 막기 위해 배출량을 줄이고, 자연적 기후 솔루션을 강화하며, 기후 정의를 위해 노력함으로써 최악의 상황을 피해야 할 것이라고 강조했다.
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- 포커스온
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[기후의 역습(71)] 과학자들, 지구 온난화로 기온 섭씨 2.7도 상승 경고
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[우주의 속삭임(70)] 달 내부에 녹은 암석층 존재 가능성…중력 측정 분석 결과 뒷받침
- 달의 지각 아래 내부 구조는 무엇으로 이루어져 있을까. 지구 내부에는 녹은 암석층이 존재하며, 이는 지표면의 지각판 운동을 일으키는 원인으로 알려져 있다. 과학자들은 그동안 달에도 지구처럼 핵과 고체 외층 사이에 녹음 암석층이 존재하는 지에 대한 연구를 진행해왔다. 미 항공우주국(나사·NASA) 고다드 우주 비행 센터와 애리조나 대학의 연구팀은 최근 지구와 태양의 중력에 대한 달의 반응을 분석한 결과, 달 내부의 깊은 곳에 녹은 암석층이 존재할 가능성을 뒷받침하는 새로운 증거를 제시했다. 해당 내용에 대해서는 사이언스얼라트와 스페이스닷컴 등이 보도했다. 이번 연구를 통해 지구의 바닷물이 달과 태양의 중력에 의해 주기적으로 상승하고 하강하는 것처럼, 달도 조석력의 영향을 받는다는 것이 밝혀졌다. 다만, 지구처럼 바다가 없기 때문에 달의 조석 현상은 미묘하지만 모양과 중력의 변화를 통해 확인할 수 있다. 연구 결과 달의 맨틀은 조수처럼 오르락내리락하는 두껍고 끈적끈적한 영역을 갖고 있는 것으로 드러났다. 달의 조석력에 반응하는 방식은 내부 구조와 밀접한 관련이 있다. 연구팀은 지구와 태양에 대한 달의 조석 반응으로 분석하면 표면 아래에 무엇이 있는 지 단서를 얻을 수 있다는 점에 주목했다. 기존 연구에서는 한 달 동안 달의 조석 변화를 측정했지만, 이번 연구에서는 나사의 위성 기반 GRAIL(Gravity Recovery and Interior Laboratory) 미션과 달 정찰 궤도선(Lunar Reconnaissance Orbiter)을 통해 1년 동안의 데이터를 수집했다. 연구팀은 달의 월별 및 연간 형태 변화, 중력장 변화, 평균 밀도 등의 정보를 종합해 내부 구조를 시뮬레이션했다. 그 결과 달의 맨틀 하부에 부드러운 층을 포함했을 때 관측된 중력 측정값을 더 정확하게 재현할 수 있었다. 이는 달 내부 깊은 곳에 점성을 가진 물질 층이 존재할 가능성이 높음을 시사한다. 연구팀은 달 내부의 이러한 녹은 층이 티타늄이 풍부한 광물인 일메나이트(ilmenite)로 구성되었을 것으로 추측하고 있다. 하지만 이 층의 열원이 무엇인지, 정확한 구성 성분은 무엇인지 등이 여전히 풀어야 할 과제로 남아 있다. 해당 연구는 AGU 어드밴시스(AGU Advances)에 게재됐다. 한편, 일메나이트는 티타늄과 철의 산화 광물로 화학식은 FeTiO3이다. 일메나이트는 티타늄의 주요 광석이며, 이산화 티타늄(TiO2) 생산의 주원료다. 이산화 티타늄은 페인트, 잉크, 플라스틱, 종이, 선크림, 식품, 화장품 등 다양한 분야에서 사용된다. 일메나이트는 러시아의 일멘 산맥에서 처음 발견되어, 이름이 붙여졌다. 아폴로 우주선이 가져온 달에서 채취한 암석에서 상당량의 일메나이트가 발견됐다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(70)] 달 내부에 녹은 암석층 존재 가능성…중력 측정 분석 결과 뒷받침
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[퓨처 Eyes(53)] 세계 최초, 나노 크기 물방울 생성 실시간 포착
- 수소와 산소를 결합하는 과정을 통해 나노크기의 물방울 생성 장면이 처음으로 포착됐다. 미국 노스웨스턴 대학교 연구팀이 은백색 금속인 팔라듐(Pd)을 이용해 수소와 산소를 결합, 나노 크기의 물방울을 실시간으로 생성하는 과정을 세계 최초로 관찰하고 촬영하는 데 성공했다. 이 연구는 심우주 탐사에서 물을 생산하는 혁신적인 기술로 활용될 가능성을 제시하며 주목받고 있다. PHYS.org, IFL사이언스, 사이언스 얼러트 등 다수 외신이 이 같은 내용을 중점적으로 다루었다. 팔라듐 반응으로 나노 물방울 생성 물(H₂O)의 성분은 간단하다. 수소 원자 2개와 산소 원자 1개를 섞으면 지구 생명체 유지에 가장 중한 물 분자가 만들어진다. 연구팀은 팔라듐 반응을 직접 관찰하기 위해 20나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 너비의 팔라듐 조각 표면에 수소와 산소 원자를 추가하고 멤브레인을 사용해 이어지는 상호작용을 포착했다. 팔라듐은 수소를 흡수하고 저장하는 능력이 뛰어난 금속으로, 수소가 팔라듐 구조 내부로 들어가 산소와 빠르게 결합하면서 물을 생성한다. 이번 연구에서는 벌집 모양의 나노 반응기와 초박막 유리 멤브레인을 사용해, 팔라듐 표면에서 수소와 산소가 결합해 물방울을 형성하는 과정을 실시간으로 시각화했다. 연구팀은 고진공 투과 전자 현미경을 이용해 이 극미세 반응을 관찰했다. 벌집 모양의 나노 반응기는 기체 분자를 가두어 서로 반응하게 한 후, 그 과정을 초박막 멤브레인을 통해 실시간으로 관찰할 수 있는 기술을 구현했다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐이 수소와 산소를 빠르게 물로 변환하는 나노 단위의 과정을 확인했다. 전자 에너지 분광법을 통한 분석 연구팀은 팔라듐 표면에서 생성된 나노 크기의 물방울을 전자 에너지 분광법(EELS)을 사용해 분석했다. 이 방법은 전자를 시료에 쏘아 전자의 에너지 손실을 측정함으로써 시료의 화학적 결합 상태를 파악하는 기술이다. 이를 통해 연구팀은 팔라듐 표면에서 발생하는 물 분자의 결합 상태와 생성 과정을 정밀하게 관찰할 수 있었다. 이는 또한 인도의 달 탐사선 찬드라얀 1호가 달에서 물의 존재를 확인하는데 사용된 것과 동일한 기술이기도 하다. 2008년 발사된 찬드라얀 1호는 얼름, 헬륨-3을 포함한 달의 자원을 조사했다. 물은 인류 생존에 중요한 요소로 과학자들은 달의 남극에서 상당한 양의 물을 발견했으며, 미래의 우주 임무에서 달의 물을 활용하는 점에 주목하고 있다. 게다가 지난 2023년 8월 23일 찬드라얀 3호가 달에서 물이 풍부한 지역으로 알려진 남극 지역에 세계 최초로 착륙해 달 탐사의 새로운 이정표를 세웠다. 우주에서 물 생성 응용 가능성 이번 연구는 심우주 탐사에서 물을 현지에서 생산할 수 있는 가능성을 열었다. 팔라듐을 이용해 수소를 미리 우주선에 저장해두면, 우주 비행사들은 산소만 추가해 식수를 생산할 수 있는 방법을 제시한 것이다. 이는 달, 화성,목성 탐사와 같은 장기 우주 미션에서 중요한 자원 확보 방식으로 활용될 수 있다. 연구의 시니어 저자인 노스웨스턴 대학교 비나약 드라비드 교수는 "나노 규모의 물방울을 직접 시각화함으로써, 극한의 반응 조건 없이도 가스와 금속 촉매를 사용해 빠르게 물을 생성할 수 있는 최적의 조건을 파악할 수 있었다"고 밝혔다. 그는 "이 기술은 우주 환경뿐만 아니라, 수소 연료 전지와 같은 에너지 생산 기술에도 중요한 영향을 미칠 것"이라고 덧붙였다. 팔라듐의 촉매 역할과 수소 에너지 팔라듐은 연성과 전성이 뛰어나 가공하기 쉽고, 내부식성이 강하며 고온에서도 안정적이다. 특히 촉매 활성이 뛰어나 다양한 화학 반응에 활용되며, 수소를 흡수하는 능력 덕분에 최근 수소 에너지와 연료 전지 분야에서 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 이번 연구는 팔라듐이 수소와 산소를 결합해 물을 생성하는 속도가 수소와 산소의 주입 순서에 따라 크게 달라진다는 사실을 밝혀냈다. 이는 우주 공간과 같은 특수 환경에서 물을 효율적으로 생산하는 기술 개발에 기여할 것으로 기대된다. 영화 '마션'의 현실화 연구팀은 영화 '마션'에서 주인공 마크 와트니(맷 데이먼 분)가 화성에서 로켓 연료를 태워 수소를 추출하고 산소와 결합해 물을 만든 장면을 언급하며, "우리 기술도 극한 환경 없이 팔라듐과 기체만으로 물을 생성할 수 있다"고 설명했다. 이는 우주 탐사에서 더 간단하고 효율적인 물 생산 방법을 제시한 것이다. 이 연구 결과는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 게재되었으며, 향후 우주 탐사 및 수소 에너지 분야에서 중요한 응용 가능성을 제시하고 있다.
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[퓨처 Eyes(53)] 세계 최초, 나노 크기 물방울 생성 실시간 포착
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[신소재 신기술(119)] 홍합에서 영감 얻은 접착 박테리아, 플라스틱 폐기물 분해 속도 높여
- 과학자들이 홍합의 자연적인 접착 특성을 활용해 플라스틱 폐기물 분해 속도를 높이고 있다는 희소식이 전해졌다. 미국 라이스 대학교 연구팀은 홍합의 접착력에서 영감을 얻어 플라스틱 표면에 강하게 달라붙는 미생물을 개발했다고 밝혔다. 이 미생물은 플라스틱 분해 효소와 결합하여 플라스틱 폐기물을 효율적으로 분해할 수 있는 가능성을 제시한다. 플라스틱 오염의 가장 큰 문제점은 자연적으로 분해되는 데 수 백년 이상 걸린다는 점이다. 또한 플라스틱은 완전히 분해되지 않고 미세 플라스틱이라는 작은 조각으로 분해된다. 이러한 미세 플라스틱은 토양과 바다를 오염시키고, 먹이 사슬을 통해 동물의 몸속에 축적된다. 결국 이러한 미세 플라스틱은 인간의 식탁까지 올라와 건강에 악영향을 미칠 수 있다. 연구팀은 유전자 코드 확장 기술을 이용해 박테리아 유전자 코드에 홍합의 접착 단백질에 존재하는 도파(DOPA· 3, 4-디하이드록시페닐알라닌)라는 아미노산을 도입했다. 이를 통해 박테리아는 플라스틱의 주요 성분인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 표면에 강하게 부착하고, PET를 분해하는 효소와 함께 작용해 플라스틱 분해 효율을 높였다. 미국은 매년 최대 4천만톤의 플라스틱 폐기물을 배출한다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. PET는 플라스틱의 한 종류로 이 폐기물의 약 64%를 차지한다. PET는 분해되기까지 수 세기가 걸릴 수 있다. 이번 연구를 이끈 화학, 생명과학 및 생명공학 한 샤오(Han Xiao) 부교수는 "이 기술은 플라스틱 오염 문제 해결에 큰 도움이 될 것"이라며 "유전자 코드 확장 기술이 재료 및 세포 공학 분야에서 혁신적인 도구가 될 수 있음을 보여준다"고 설명했다. 생물 부착 방지 기술 활용성 가능성 제시 연구팀은 이 기술이 플라스틱 오염 문제 해결뿐만 아니라 선박, 해양 구조물, 물 처리 시설 등에서 발생하는 생물 부착 문제 해결에도 활용될 수 있다고 밝혔다. 도파를 이용해 변형된 단백질은 다양한 표면에 보호막을 형성해 미생물의 부착을 막는 효과를 나타냈다. 연구팀은 이 기술이 의료 기기, 조직 공학, 약물 전달 등 다양한 생물 의학 분야에도 응용될 것으로 기대하고 있다. 이번 연구 결과는 재료 과학 분야 학술지 '스몰 메서드(Small Methods)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(119)] 홍합에서 영감 얻은 접착 박테리아, 플라스틱 폐기물 분해 속도 높여
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[우주의 속삭임(69)] 화성, 왜 생명체가 살 수 없게 됐나?
- 현재 화성의 게일 분화구를 탐사하고 있는 나사(NASA)의 탐사선 큐리오시티가 초기 화성의 기후가 생명체가 살기에 적합했던 상황(표면에 광범위한 물이 있다는 증거)에서 어떻게 생명체가 살기에 부적합한 곳으로 바뀌었는지에 대한 새로운 세부 정보를 제공하고 있다고 나사가 홈페이지를 통해 밝혔다. 화성 표면은 매우 차갑고 오늘날 생명체가 살기에는 부적합하지만, 전문가들은 나사의 화성 탐사선은 먼 과거에 화성에 생명체가 살았을 수 있는지에 대한 단서를 찾고 있다. 그런 가운데 연구진이 큐리오시티에 탑재된 장비를 이용해 게일 분화구에서 발견된 탄소가 풍부한 광물(탄산염)의 동위원소 구성을 측정했고, 화성의 고대 기후가 어떻게 변화했는지에 대한 새로운 정보를 찾아냈다. 메릴랜드주에 소재한 나사 고다드 우주비행센터의 데이비드 버트 박사는 최근 미국 국립과학원회보에 발표된 연구 논문에서 "이 탄산염의 동위원소 값은 극심한 양의 증발이 있었음을 알려주며, 탄산염은 일시적인 액체 상태의 물만을 지탱할 수 있는 기후에서 형성되었을 가능성이 높다“라고 말했다. 그는 "채취한 탄산염 샘플은 화성 표면에서 생명체가 살았던 고대 환경(생물권)과 일치하지는 않지만, 탄산염이 형성되기 전 생물권이 있었을 가능성을 배제하지는 않는다"고 덧붙였다. 즉, 화성은 탄산염이 생성되기 전 물이 풍부했을 때에는 생물권이 있었을 가능성이 있지만, 갑작스러운 액체 상태 물의 대규모 증발로 인해 물이 마르고 그 과정에서 탄소가 풍부한 탄산염이 만들어졌을 가능성이 있다는 것이다. 동위원소는 원자 번호는 같지만, 질량이 다른 원자를 말한다. 물이 급속도로 증발함에 따라 가벼운 탄소와 산소는 대기 중으로 빠져나가고, 무거운 탄소 원자는 남아 더 많은 양이 축적되어 결국 탄산염 암석과 결합됐다. 과학자들이 탄산염에 관심을 갖는 이유는 기후에 대한 기록, 즉 증거로 작용할 수 있기 때문이다. 이러한 광물은 물의 온도와 산성도, 물과 대기의 구성을 포함, 광물이 형성된 당시 환경의 특징을 그대로 보존한다. 이 논문은 게일 분화구에서 발견된 탄산염에 대한 두 가지 형성 가능성을 제안하고 있다. 첫 번째는 탄산염이 게일 분화구 내에서 일련의 습윤-건조 순환을 통해 만들어졌다는 것이다. 두 번째는 탄산염이 게일 분화구에서 극저온 조건 아래 매우 염분이 많은 물에서 형성됐을 것이라는 가능성이다. 공동 연구자인 나사의 제니퍼 스턴 박사는 "이러한 형성 메커니즘은 서로 다른 생명체 거주 가능성 시나리오를 제시하는 두 가지 다른 기후 체제를 보인다"며 "첫 번째 시나리오인 습윤-건조 순환은 더 살기 좋은 환경과 덜 좋은 환경 사이의 교차를 나타낸다. 반면, 두 번째 시나리오에서 화성 중위도의 극저온 기온은 대부분의 물이 얼어 있고 염분이 많아 거주 가능성이 낮은 환경을 보인다"고 말했다. 첫 번째 시나리오에서 생명체의 거주 가능성이 높음을 시사한다. 고대 화성에 대한 이 같은 기후 시나리오는 특정 광물의 존재, 대규모의 모델링 및 암석층 형성의 식별을 기반으로 제안됐다. 이 결과는 시나리오를 뒷받침하는 암석 샘플의 동위원소 증거를 추가한 최초의 결과다. 화성 탄산염의 중금속 동위원소 값은 지구의 탄산염 광물보다 매우 높으며, 화성 광물에서 기록된 가장 무거운 탄소 및 산소 동위원소 값이다. 연구진에 따르면 습윤-건조 또는 차갑고 염분이 많은 두 가지 기후 시나리오는 모두 중금속 탄소와 산소가 풍부한 탄산염을 형성하는 데 필요하다. 이 발견은 큐리오시티 탐사선에 실린 화성 샘플분석(SAM) 및 레이저분광기(TLS) 장비를 사용해 이루어졌다. SAM은 샘플을 섭씨 900도까지 가열한 다음 TLS를 사용해 가열 단계에서 생성되는 가스를 분석한다. 한편, 이 작업에 대한 자금 지원은 나사의 화성 탐사 프로그램을 통해 지원됐다.
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[우주의 속삭임(69)] 화성, 왜 생명체가 살 수 없게 됐나?
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[기후의 역습(69)] 기후 변화로 남극 '녹지' 가속화
- 극심한 더위로 인해 빙하로 뒤덮였던 남극 대륙의 얼음이 녹아내리면서 놀라운 속도로 식물이 자라나 녹색으로 변하고 있다고 CNN이 전했다. 광범위한 지역에 녹지가 형성되고 있으며, 이로 인해 남극의 변화하는 지형에 대한 우려가 높아지고 있다. 전문가들은 위성 이미지와 데이터를 사용, 남아메리카 대륙의 끝부분을 향해 북쪽으로 뻗어 간 긴 산맥인 남극 반도의 식생을 분석했다. 현재 이 남극 반도는 세계 평균보다 훨씬 빠른 속도로 온난화되고 있다. 영국의 엑서터 및 하트퍼드셔 대학교의 과학자들과 영국 남극조사국의 연구원으로 구성된 연구진이 최근 네이처 지구과학 저널에 발표한 연구에 따르면, 이 지역에서 대부분 이끼류로 구성된 식물이 지난 40년 동안 10배 이상 증가한 것으로 나타났다. 1986년에는 남극 반도의 식생이 0.4평방마일 미만이었지만 2021년에는 거의 5평방마일에 달했다. 같은 기간 동안 녹화되는 속도도 더욱 빨라져 2016~2021년 사이에 30% 이상 가속화됐다. 이 지역의 지형은 여전히 거의 전부 눈, 얼음, 바위 지대지만, 이 작은 녹지는 1980년대 중반 이후 극적으로 확대됐다고 엑서터 대학교의 토마스 롤랜드 박사는 말했다. 롤랜드는 "우리의 연구 결과는 인간에 의한 기후 변화의 영향이 한계가 없다는 것을 확인시켜 주었다"며 "가장 극단적이고 외딴 황무지 얼음 지대인 남극 반도에서도 풍경이 변하고 있으며, 이러한 효과는 우주에서도 바라볼 수 있다"고 밝혔다. 지구상에서 가장 추운 곳인 남극은 최근 극심한 더위에 시달리고 있다. 올여름 남극 대륙의 일부 지역은 7월 중순부터 평년 기온보다 화씨 50도 이상 올라가는 기록적인 폭염을 나타냈다. 2022년 3월, 대륙 일부 지역의 기온이 평년 기온보다 최대 70도까지 치솟았는데, 이는 이곳에서 기록된 가장 극심한 기온 변화였다. 화석연료 연소에 따른 오염이 세계를 계속 온난화시키고 있다. 남극은 계속 따뜻해질 것이고, 이로 인한 녹화는 가속화될 가능성이 크다는 전망이다. 남극 반도가 녹화될수록 토양이 더 많이 형성되고, 외부로부터의 침입 식물종에게 더 유리해져 토종 야생 동식물을 위협할 가능성이 커진다. 씨앗, 포자, 식물 조각은 관광객이나 연구자의 신발이나 옷, 조사 장비를 통해 남극 반도로 쉽게 이동할 수 있다. 또 철새와 바람, 해류 등 보다 전통적인 이동 경로를 통해 이 곳으로 옮겨질 가능성도 있다. 남극 생태계의 위험은 분명한 현실이라는 것이다. 녹화는 또한 빙하에 비해 어두운 표면을 형성해 더 많은 열을 흡수한다. 이 때문에 남극 반도를 비롯한 대륙이 태양 복사선을 우주로 반사하는 능력을 감소시킬 수도 있다. 이러한 영향은 지역적으로 선별해 발생할 가능성이 높지만, 기후가 계속 따뜻해지면 식물의 성장을 더욱 가속한다. 남극 대륙의 풍경은 영원히 바뀔 수 있다. 스코틀랜드 해양과학협회의 극지 식물 및 미생물 생태학 전문가 매튜 데이비 박사는 "이 연구는 남극의 식물을 이해하는 데 중요한 진전이다. 확인된 것보다 더 많은 식물이 있을 수 있다"고 말했다. 그는 연구가 "식물이 남극에서 느리게나마 확산되고 있는 추세를 보여준다"면서 다음 단계는 남극 빙하가 더 후퇴하면서 식물이 최근에 노출된 맨땅을 어떻게 점령하는지를 연구하는 것이 되어야 할 것이라고 지적했다.
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- IT/바이오
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[기후의 역습(69)] 기후 변화로 남극 '녹지' 가속화
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[우주의 속삭임(67)] NASA, 명왕성의 최대 위성 카론에서 이산화탄소 감지
- 태양에서 57억km 떨어진 태양계의 외곽에는 왜소행성인 명왕성이 있다. 호주보다 작은 명왕성은 평균 기온이 섭씨 영하 232도로, 산과 빙하, 분화구로 이루어진 얼음 세계이다. 왜소행성 또는 왜행성은 태양을 공전하는 태양계 내 천체의 일종으로 행성 조건은 충족하지 못하지만 소행성보다는 행성에 가까운 중간적 천체이다. 명왕성 주위에는 스틱스, 닉스, 케르베로스, 히드라, 카론 등 다섯 개의 위성이 돌고 있으며, 이중 카론이 가장 크다. 다른 대부분의 행성계와 달리 카론은 모체인 명왕성와 함께 '쌍성계'로 존재한다. 이는 두 행성이 모두 둘 사이의 공간 한 지점을 공전하는 것을 의미한다. 명왕성과 위성을 둘러싼 수수께끼는 여전히 많다. 그런 가운데 미국 사우스웨스트 연구소의 천문학자 실비아 프로토파파가 이끄는 연구팀이 카론 표면에서 이산화탄소와 과산화수소를 발견했다고 더컨버세이션이 전했다. 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈에 발표됐다. 나사(NASA)의 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 데이터에 기반한 이 발견은 비행성 또는 행성계가 어떻게 형성되었는지에 대한 중요한 단서를 제공한다. ◆ 명왕성 최대 위성 카론 과학자들은 1978년 명왕성의 궤도를 연구하던 중 처음으로 카론을 발견했다. 카론은 명왕성의 작은 쌍둥이와 비슷하다. 명왕성의 약 절반 크기로, 폭이 1200km가 조금 넘는다. 따라서 태양계에서 모체(명왕성)와 비교해 (상대적으로) 가장 큰 것으로 알려진 위성이다. 명왕성 자체는 지구의 달보다 작다. 명왕성의 크기는 달의 약 3분의 2이고 질량은 6분의 1이다. 카론의 질량은 명왕성의 약 8분의 1이다. 카론과 명왕성은 특이한 궤도를 가지고 있다. 카론이 명왕성 주위를 도는(공전) 동안 명왕성도 중심점을 공전한다. 즉 한 지점을 중심으로 카론과 명왕성이 같이 도는 것이다. 그들은 거의 이중 왜성처럼 움직인다. 이는 달과 지구와는 관계와는 다르다. 달은 지구를 중심으로 돌고, 지구는 위치를 바꾸지 않고 태양을 중심으로만 공전한다. 이것이 명왕성이 행성으로 인정받지 않고 왜소행성으로 분류되는 이유 중 하나다. ◆ 카론의 구성 2015년, 나사의 뉴 호라이즌스는 발사된 지 9년이 지난 후 명왕성과 그 위성을 근접 탐사했다. 탐사 결과는 최대 위성 카론이 다양한 화학 물질로 구성되어 있음을 보여주었다. 카론은 얼음이 풍부한 매우 차가운 위성이다. 여기에는 암모니아와 다양한 탄소 기반 화합물도 포함되어 있다. 카론에는 지구의 화산처럼 마그마를 쏟아내는 대신 얼음이 분출되는 극저온 빙화산(cryovolcano)이 있는 것으로 여겨진다. 명왕성의 구성과는 다르다. 카론에서 이산화탄소와 과산화수소를 새로 발견한 것은 인접 해왕성 너머 천체에서 다양한 프로세스가 어떻게 상호 작용하는지에 대한 다양한 정보와 지식을 얻고 미래 가능성도 예상할 수 있다. 그중 이산화탄소는 우리가 이해해야 할 핵심 분자다. 천체의 역사에 대해 많은 것을 알려주기 때문이다. 카론의 경우 이산화탄소는 얼음 표면 아래에서 발생하며, 소행성 및 기타 물체가 카론과 충돌해 분화구를 만들면서 새로운 지하 표면을 노출시키는 것으로 알려져 있다. ◆ 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 큰 발견 천문학자들은 제임스 웹 우주 망원경을 이용한 관측을 통해 카론에서 이산화탄소를 감지했다. 2021년에 작동을 시작한 이 우주 망원경은 폭 6.5m의 대형 거울을 장착해 매우 강력하고 민감하다. 제임스 웹은 사람의 눈이나 지구상에 설치된 대부분의 망원경이 감지할 수 없는 빛의 색상인 적외선을 볼 수 있다. 적외선은 행성에서 별, 은하계 등 다른 천체에 존재하는 다양한 분자를 찾는 데 중요한 빛이다. 이런 화합물을 찾기 위해 망원경은 분광법이라는 기술을 사용한다. 빛은 프리즘을 통과할 경우 무지개같이 나뉘는 것처럼, 빛의 파장에 따라 여러 색상으로 분해된다. 합물의 각 원소나 분자 역시 고유한 색상 특징을 가지고 있다. 분광법을 통해 그 색상을 찾아내고 원소의 종류를 판별한다. 분광법을 이용한 새로운 관찰을 통해 카론에서 지금까지 알려진 것과 달리 물, 얼음과 함께 이산화탄소와 과산화수소의 특징이 나타난 것이다. ◆ 고대 수수께끼에 대한 중요한 단서 카론의 형성은 과학계에서는 미스터리다. 가장 유력한 이론 중 하나는 달과 비슷한 방식으로 형성되었다는 것이다. 이 이론에 따르면 약 45억 년 전, 명왕성과 카론이 위치한 카이퍼 벨트에서 큰 물체가 명왕성과 충돌했고, 명왕성의 일부가 떨어져 나가 카론이 형성되었다. 또 명왕성과 충돌한 물체가 카론이었으며, 이들이 서로를 공전하는 궤도에 묶였을 가능성도 있다. 카론의 화학적 구성을 이해하면 카론이 어떻게 형성되었는지에 대한 이해를 높일 수 있다. 그런 의미에서 카론에서 이산화탄소와 과산화수소의 발견은 중요한 진전이다. 카론뿐만 아니라 명왕성 근처의 다른 천체에 대한 단서를 제공할 수도 있다. 카론에 대한 더욱 풍부한 정보들이 태양계의 먼 부분에 대한 이해를 높이는 데 도움이 될 것이라는 기대다.
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[우주의 속삭임(67)] NASA, 명왕성의 최대 위성 카론에서 이산화탄소 감지
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