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[우주의 속삭임(4)] 지구 근처 소행성 2만7500개 발견
- 우리 눈에는 보이지 않지만 지구 주변에는 엠파이어 스테이트 빌딩 크기의 우주 암석(소행성)이 산재해 있다. 지구 궤도를 통과하면서 이들 소행성과 지구 또는 우주선과의 충돌 위험은 항상 내포돼 있다. 그러나 이제 소행성과의 충돌을 두려워할 필요가 없게 됐다. 소행성 탐지 전문가들이 최첨단 기술을 사용해 그 동안 간과되었던 지구 근처 소행성 2만 7500개를 식별, 미래에 닥칠 수 있는 지구의 종말(아마겟돈)을 막을 수 있게 됐다고 뉴욕포스트가 전했다. 이 연구는 워싱턴 대학교 및 소행성 연구소(Asteroid Institute)가 주도했다. 연구팀은 전통적인 망원경으로 별을 관찰하는 대신, ‘인터스텔라 포렌식’의 한 형태로 오래된 우주 사진을 정밀하게 읽는 토르(THOR:Tracklet-less Heliocentric Orbit Recovery)라는 새로운 알고리즘을 고안해 냈다. 이 방법을 사용해 연구팀은 태양계를 스캔, 지난해 전 세계 모든 망원경으로 발견한 것보다 더 많은 수만 개의 소행성을 새로 식별해 찾아냈다. 그중 가장 중요한 것은 지구 궤도를 통과하는 100개의 지구 근처 소행성이다. 이들 중 대다수는 화성과 목성 궤도 사이의 소행성대 내에 존재한다. 소행성 연구소의 에드 루(Ed Lu) 책임자는 뉴욕타임스와의 인터뷰에서 이 연구가 천문학 연구 방법론의 엄청난 변화를 의미한다고 말했다. 새로 발견된 태양계 소행성들이 지구와 충돌할 가능성은 보이지 않았지만, 검색 알고리즘은 잠재적으로 위험할 수 있는 소행성을 식별하는 데 도움이 될 수 있다는 것이다. 과거 매사추세츠주 케임브리지에 소재한 하버드&스미소니언 천체물리학센터의 검색 알고리즘 전문가 매튜 홀먼 박사도 지난 2022년 태양계를 포괄하는 지도는 천문학자들에게 과학과 행성 방어 모두에 중요한 정보와 지식을 제공하고 대응할 수 있도록 지원한다고 말했다. 천체 상태를 분석하는 전통적인 방법은 시간대 별로 촬영된 동일한 여러 우주 사진을 분석하는 것이다. 이를 통해 퍼즐이나 플립북처럼 물체의 궤도를 하나로 모을 수 있다. 그러나 토르는 한 이미지에서 관찰된 빛의 작은 점을 다른 사진의 같은 점과 연결하여 동일한 물체라고 추론하고, 그 비행 경로를 효과적으로 예측하는 방식이다. 사진은 국립광적외선천문학연구소(NOIRLab)가 보유한 41만 2000개의 디지털 아카이브를 이용했으며, 이들 이미지는 무려 17억 개의 빛 점을 나타내고 있다. 토르는 구글 클라우드를 이용해 약 5주에 걸쳐 이미지를 탐색, 과거에는 그냥 지나쳤던 모든 소행성을 식별했다고 한다. 지난 2월에는 이층버스 크기에 가까운 소행성이 지구를 지나 달보다 더 가까운 14만 마일의 거리에 접근했다. 워싱턴대학 e사이언스연구소(UW eScience Institute)의 마리오 주릭 연구원은 “천문학자들은 현재의 기술과 기존의 망원경으로 우주의 미세한 부분을 추가로 발견하는 데 한계를 절감하고 있다”면서 “이번 알고리즘 개발과 연구 결과는 천문학 발전을 위한 큰 진전”이라고 말했다. 토르가 우주 망원경이 찾을 수 있는 소행성의 수를 크게 늘리는 데 기여할 것이라는 기대다. 토르는 현재 지구 근처에서 직경이 140m 이상인 소행성의 80%를 찾을 수 있다. 이는 의회에서 2005년 명시된 목표보다는 10% 부족한 수치이다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(4)] 지구 근처 소행성 2만7500개 발견
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좀비사슴병(광록병), 사람에게도 전염되나…미국서 사냥꾼 2명 사망 '주목'
- 만성소모성질병(CWD: Chronic wasting disease), 즉 '좀비사슴병(광록병)'을 앓고 있던 사슴 고기를 먹은 사냥꾼 2명이 비슷한 신경 질환을 앓고 사망해 동물에서 인간으로 전염될 수 있다는 우려가 제기됐다고 USA투데이가 전했다. 미 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 1990년대 콜로라도 북부와 와이오밍 남부의 사슴에서 발견된 CWD는 미국 전체에 걸쳐 최소 32개 주에서 방목하는 사슴, 엘크, 무스에서 발생했다. CWD에 감염된 사슴은 체중 감소, 균형 조정력 상실, 무기력증, 체중 감소, 침흘림, 사람에 대한 두려움 부족 등의 현상이 나타나기 때문에 '좀비사슴병'이라고도 불린다. 과학자들과 보건 당국자들은 90년대 영국에서 광우병이 그랬던 것처럼, CWD가 인간에게 전염될 수 있다는 점을 우려해 왔다. 2022년 캐나다의 과학자들은 쥐를 대상으로 한 연구 결과를 발표하면서 CWD가 인간에게 전염될 위험이 있음을 시사했다. 그런데 실제로 유사한 사건이 벌어져 충격을 안겨주고 있다. 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 건강과학센터의 연구원들은 2022년 CWD를 앓고 있었던 사슴 고기를 먹은 두 명의 사냥꾼이 CWD와 같은 신경 질환인 산발성 크로이츠펠트야콥병(CJD) 발병한 후 어떻게 사망했는지를 보고했다. 연구진은 두 번째로 사망한 남성이 77세였으며 정신적인 혼란과 공격성을 나타냈고, 치료를 진행했지만 한 달 안에 사망했다고 밝혔다. 이달 초 미국 신경과 학회 연례 회의에서 발표된 사례 보고서에서 그들은 "사망한 환자의 병력은 CWD가 동물로부터 인간으로의 전염 가능성을 시사한다"라고 썼다. 연구 결과는 '뉴롤로지' 저널에 게재됐다. CDC에 따르면 CWD에 감염된 사슴은 캔자스, 네브래스카, 위스콘신, 와이오밍에서 가장 많이 발견된다. 연구진은 그러나 CWD는 판별하기 어렵기 때문에, 이번 사례가 사람에게 전염된다는 확실한 증거는 아니라고 말했다. 그러나 이 사례는 CWD에 감염된 사슴 고기를 먹는 잠재적 위험과 함께, 공중 보건에 미치는 영향에 대한 추가 조사의 필요성을 높이고 있다. CWD는 사슴, 엘크, 무스 및 기타 동물을 감염시키는 희귀한 치명적 신경퇴행성 질환인 프리온 질환(가족성 크로이츠펠트야콥병)이라고 CDC는 밝혔다. CDC에 따르면 프리온 질환은 특정 프리온 단백질의 비정상적인 접힘으로 인해 뇌 손상 및 기타 증상을 유발한다. 빠르게 진행되고 치명적이며 인간과 동물에 영향을 미칠 수 있다. 크로이츠펠트 야콥병(CJD)과 광우병의 일종인 변종 크로이츠펠트 야콥병(vCJD)은 사람에게서 발견되는 프리온 질환이다. 광우병은 소에서 인간으로 전파될 수 있는 프리온 질병의 한 예다. 미 식품의약국(FDA)은 광우병의 경우, 소가 감염되어 증상을 보이기까지 보통 4~6년이 걸린다고 밝혔다. 사슴의 경우 증상이 나타나기 전 최대 2년의 잠복기를 가질 수 있다고 한다. 동물이 질병에 걸릴 수 있지만 체중 감소와 같은 증상이 나타날 때까지는 정상적으로 보인다. CWD가 사슴에서 인간으로 전염되는 것으로 확인된 사례는 아직 없지만, 이번 발표에서 그 가능성이 커졌다는 점은 시사하는 바가 크다는 지적이다. 특히 지난해 11월 옐로스톤 국립공원의 죽은 사슴에서 CWD가 발견된 이후 우려가 커지고 있다. 메릴랜드대학교 야생동물 생태학 및 관리학 교수 제니퍼 멀리낙스는 BBC와의 인터뷰에서 "아직 사슴이나 엘크에서 인간으로 전염된 사례는 없다"면서도 "프리온의 특성을 고려하여 CDC 및 기타 관련 기관은 프리온 질환을 공급망에서 차단하기 위해 총력을 기울여 왔다"고 강조했다. 한편, CWD는 인디애나주를 포함해 더 많은 주로 계속 확산되고 있다. 감염병 연구 및 정책 센터에 따르면 최근에는 미시간주 인접 북동부 지역의 수컷 흰꼬리사슴에서도 같은 질병이 발견됐다.
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좀비사슴병(광록병), 사람에게도 전염되나…미국서 사냥꾼 2명 사망 '주목'
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AI로 파킨슨병 치료제 설계 속도 10배 향상
- 인공지능(AI) 기술을 사용하여 파킨슨병 치료제 설계 속도가 대폭 향상될 것으로 전망된다. 케임브리지 대학의 연구팀은 AI 기술을 활용, 파킨슨병을 일으키는 주요 원인 단백질인 알파-시누클레인의 응집을 차단하는 화합물을 식별하고 확인하는 시간과 비용을 크게 줄이는 데 성공했다고 메디컬익스프레스가 전했다. 팀은 기계 학습 기술을 사용해 수백만 개의 화합물 라이브러리를 신속하게 선별, 파킨슨병 실험을 위한 5개의 화합물을 찾아냈다. 파킨슨병으로 전 세계 600만 명 이상이 고통받고 있으며, 그 수는 2040년까지 3배까지 증가할 것으로 예상된다. 현재 파킨슨병에 대한 확실한 치료법은 없다. 파킨슨병을 치료하기 위한 약물을 환자에게 실험하기 전, 약물 후보에 대한 대규모 라이브러리를 검색하고 식별하는 과정은 엄청난 시간과 비용이 소요되며 거의 성공하지 못한다. 연구팀은 기계 학습을 사용해 후보 화합물 초기 검색 속도를 10배 높이고 비용을 1000분의 1로 줄일 수 있었다고 한다. 이는 파킨슨병에 대한 가능한 치료법이 더 빨리 설계될 수 있음을 의미한다. 연구 결과는 '네이처 캐미컬 바이올로지(Nature Chemical Biology)' 저널에 실렸다. 파킨슨병은 전 세계적으로 가장 빠르게 증가하는 신경계 질환이다. 영국의 경우 생존한 사람 37명 중 1명이 파킨슨병 진단을 받는다. 파킨슨병은 운동 장애 외에도 위장관계, 신경계, 수면 패턴, 인지 기능에도 영향을 미칠 수 있으며 결과적으로 삶의 질 저하 및 심각한 장애를 유발할 수 있다. 단백질은 신체 세포에서 중요한 역할을 하지만, 파킨슨병에 걸리면 이 단백질이 잘못 변형되고 신경 세포의 죽음을 초래한다. 단백질 사슬이 잘못 접히면 알츠하이머치매 다음으로 흔한 퇴행성 치매인 루이소체치매를 일으킬 수 있다. 비정상적인 루이소체 클러스터가 형성되면, 뇌세포 내에 축적돼 뇌가 제대로 기능하지 못하게 된다. 연구팀은 보고서에서 "파킨슨병에 대한 가능한 치료법을 찾는 한 가지 방법은 질병과 밀접하게 관련된 단백질인 알파-시누클레인의 응집을 억제할 수 있는 분자를 식별하는 것"이라면서 "그러나 이는 시간이 많이 소요되는 과정이며, 추가 실험을 위한 주요 후보 분자를 식별하는 데만 몇 달 또는 몇 년이 걸릴 수 있다"고 지적했다. 파킨슨병에 대한 임상 시험이 현재 진행되고 있지만, 치료제에 대한 규제 당국의 승인은 부진하다. 파킨슨병을 일으키는 분자종을 직접 표적으로 삼지 못하기 때문이라고 한다. 분자를 직접 겨냥하지 못하는 것은 파킨슨병 연구의 핵심 장애물이다. 이는 효과적인 파킨슨병 치료법의 개발을 심각하게 방해한다. 케임브리지 연구팀은 수백만 개의 화합물이 들어 있는 화학 라이브러리를 검색해 아밀로이드 응집체에 결합하는 분자를 식별하고 증식을 차단하는 기계 학습 방법을 개발했다. 팀은 가장 강력한 응집 억제제를 선택하기 위해 소수의 최상위 화합물을 실험적으로 테스트했다. 이 실험에서 얻은 분석 정보는 기계 학습 모델에 반복적으로 재입력됐다. 몇 번을 반복한 끝에 매우 강력한 화합물이 확인됐다. 초기 선별에서 얻은 지식을 기계 학습 모델로 계속 반복 교육함으로써 더 강력한 화합물을 찾을 수 있게 된 것이다. 보고서는 "기계 학습은 약물 발견 과정에 실질적인 영향을 미쳤다. 가장 유망한 후보 물질을 식별하는 전체 과정의 속도를 끌어올리고 있다“면서 "이는 파킨슨병뿐 아니라 여러 신경계 치료제 발견에도 적용될 수 있음을 의미한다. 시간과 비용이 크게 절감되면서 많은 것이 가능해졌다”고 부연했다.
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AI로 파킨슨병 치료제 설계 속도 10배 향상
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무중력 상태서 소행성 탐사 가능한 3족 소형 로봇 개발
- 소행성이나 위성 등 무중력 또는 저중력 환경에서 탐사할 수 있는 세 발 달린 소형 로봇이 개발됐다고 우주항공 전문 매체 스페이스닷컴이 전했다. 스페이스호퍼(SpaceHopper)라는 이름의 이 로봇은 행성 등 우주 탐험과 관측에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 스페이스호퍼는 스위스 연방 공과대학교(ETH 취리히)의 학생 연구 프로젝트로 2년 6개월 동안 진행된 결과 도출된 성과다. 최근 연구팀은 유럽우주국의 포물선 비행 동안, 모의 무중력 환경에서 로봇을 테스트했다. 로봇은 3개의 발을 이용해 깡충깡충 뛰며(호핑) 표면을 이동한다. 로봇의 이동 방식이 스페이스호퍼라는 이름의 유래인 셈이다. 로봇은 각 모서리에 관절이 있는 다리가 달린 삼각형의 몸체로 구성되어 있다. 세 개의 다리에는 각각 무릎과 엉덩이 관절이 있다. 관절을 이용해 로봇의 발이 표면을 밀어내고 지면을 차서 스스로를 밀고 나아가면서 지정된 지역 내에 착륙하는 것을 제어할 수 있다. 스페이스호퍼는 중력이 거의 또는 전혀 없는 소행성이나 달과 같은 비교적 작은 천체들을 탐험하도록 특별히 설계됐다. 연구팀은 "(소행성들은) 미래에 인류에게 유용하게 쓰일 수 있는 귀중한 광물 자원을 포함하고 있을 것이며, 개발된 로봇은 이런 탐사에 활용될 수 있다"면서 "행성 또는 위성 탐사는 또한 우주에 대한 지식을 풍부하게 할 것"이라고 기대했다. 물론 천체 탐사에 어려움은 많다. 기본적으로 중력이 거의 없는 환경에서는 우주선의 바퀴와 그 바퀴가 지나가는 표면 사이에 견인력이 없다. 우주선이 통과할 수 있는 대기도 거의 없다. 스페이스호퍼가 바퀴 대신 위 또는 옆으로 이동하기 위해 '톡톡' 짧게 튀도록 개발된 이유도 거기에 있다. 유럽우주국의 포물선 비행은 연구팀이 스페이스호퍼를 배치할 수 있는 저중력 상태에서의 모의 실험을 충실히 수행할 수 있도록 지원했다. 모의실험 중 촬영된 비디오는 스페이스호퍼가 약 30번에 걸쳐 발생했던 무중력 상태에서 각각 약 20~25초 동안 세 다리를 발로 차면서 작동하는 모습을 보여주었다. 연구팀은 "실험은 성공적이었다. 로봇은 세 다리를 사용해 자세를 바로잡고 특정 방향으로 점프할 수 있음을 보여주었다"고 밝혔다.
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무중력 상태서 소행성 탐사 가능한 3족 소형 로봇 개발
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왼손잡이, "희귀 유전자 변이가 연관되어 있다"는 주장 제기
- 특정 유전자의 변이체가 인간의 왼손잡이 발달과 연관되어 있다는 사실이 드러났다. 이러한 변이체가 왼손잡이와 같이 인간의 신체적 특성을 어떻게 바꾸는지를 알게 되면, 유전자가 어떻게 사람들을 신경발달 장애를 갖거나 신경퇴행성 질환을 일으키는지와 같은 수수께끼를 푸는 실마리를 제공할 수 있을 것이라고 사이언스 온라인판이 전했다. 네덜란드 막스 플랑크(Max Planck Institute) 심리언어학 연구소 팀이 35만 명 이상의 유전자 데이터를 분석한 결과 뇌 관련 신경퇴행성 장애나 왼손잡이를 결정짓는 희귀한 코딩 요소 사이의 몇 가지 가능한 연관성들을 발견했다. 이번 연구는 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다. 인간 손의 거울 반사와 같은 제한된 방향성은 생물학에서 흔한 현상이다. 즉, 좌우 개념으로 나타나는 1쌍의 거울 상체가 존재하는 물체의 특징이다. 분자조차도 종종 일관된 방향성을 가지고 있는데, 이를 키랄성(분자 비대칭성)이라고 한다. 예를 들어, 단백질의 구성 요소는 일반적으로 왼손잡이로 설명되는 구조를 가지고 있는 반면, 모든 생명체에서 자연적으로 발견되는 DNA는 오른손잡이 방식으로 꼬인다. 전체 인구 10%만 왼손잡이 그러나 자연이 왜 특정한 꼬임을 선호하는지는 명확한 것은 아니다. 똑같이 유용한 두 손과 팔을 갖고 있는 사람들은 오른손잡이이거나 왼손잡이일 가능성이 같아 보인다. 즉 50대 50이라는 얘기다. 그러나 전체 인구의 약 10%만이 왼손잡이다. 왼손잡이는 특정 신경발달 장애를 가진 사람들 사이에서 더 많이 발생하며, 왼손잡이와 언어는 밀접하게 관련되어 있다. 사람의 유전자와 관련된 증거가 점점 늘어나면서 광범위한 연구가 진행됐다. 쌍둥이를 대상으로 한 연구에 따르면 왼손잡이는 4명 중 1명꼴로 유전되는 것으로 나타났다. 왼손잡이냐 오른손잡이냐를 유발하는 뇌 비대칭은 어릴 때부터 형성되기 시작하며, 아기가 아직 자궁에 있는 동안에도 진행된다. '왼손잡이 결정' 유전자 탐구 연구팀은 왼손잡이 결정에 관여하는 유전자를 탐구했다. 2019년 40만 가지의 개인 기록에 대한 연구에서 왼손잡이와 관련된 첫 4개의 유전자 영역이 밝혀졌다. 2020년에는 170만 명이 넘는 사람들을 대상으로 한 게놈 연구에서 왼손잡이에 영향을 미치는 41개의 유전자 변이가 발견됐다. 연구팀은 희귀 유전자 변이가 왼손잡이에 미치는 영향을 확인하기 위해 영국 바이오뱅크에 있는 35만 명 이상의 유전 데이터를 조사했다. 왼손잡이 3만 8043명과 오른손잡이 31만 3271명을 대상으로 조사가 진행됐다. 팀은 왼손잡이와 관련된 특정 유전자를 검색하고, 희귀한 유전자 변화가 왼손잡이 결정에 얼마나 영향을 미칠 수 있는지를 계산했다. 연구팀은 희귀한 코딩 변종을 가진 왼손잡이의 유전율이 약 1%라는 것을 발견했다. 연구팀은 또 왼손잡이가 미세소관을 만드는 튜불린을 코딩하는 TUBB4B라는 유전자에 희귀한 코딩 변이를 가질 확률이 2.7배 더 높다는 사실도 발견했다. 튜불린은 세포골격을 구성하는 미세소관의 단위체이며, 미세소관은 뉴런 발달, 이동 및 가소성에 중요하다. 자폐증, 왼손잡이 비율 더 높아 미세소관이 왼손잡이나 오른손잡이 결정에 어떻게 영향을 미치는지는 아직 불투명하다. 그러나 미세소관이 뇌 발달 초기에 세포 키랄성에 영향을 미치며, 이에 따라 뇌 왼쪽의 장기 내재적 형성에 기여할 수는 있다고 한다. 연구팀은 특히 자폐증과 관련된 두 유전자(DSCAM과 FOXP1)에 변이가 있는 사람들이 왼손잡이가 될 가능성이 훨씬 더 높다고 지적했다. 대부분의 왼손잡이는 자폐증이 없지만, 자폐증 중 왼손잡이의 비율이 더 높은 것은 드문 유전자 변화 때문일 수 있다는 설명이다. DSCAM 또는 FOXP1 유전자 돌연변이가 자폐증에 영향을 미치는 경우 뇌의 좌우 축 발달 변화가 원인의 일부일 가능성도 있다는 지적이다. 이 연구는 왼손잡이에서 희귀한 단백질 변형 변이의 역할을 밝혀 미세소관과 신경발달 장애 등과 관련한 유전자에 대한 추가 데이터를 제공한다는 데 의미가 크다는 평가다. 연구팀은 희귀 변이 연관 매핑이 왼손잡이에 더 많은 유전자를 포함할 가능성이 높다고 추정하고 있다.
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왼손잡이, "희귀 유전자 변이가 연관되어 있다"는 주장 제기
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[먹을까? 말까?(1)] 뇌 건강에 도움 되는 '나쁜' 탄수화물
- 흰 쌀밥. 파스타 등 백색 탄수화물은 일반적으로 건강에 좋지 않다고 알려져 있다. 그러나 일부 탄수화물은 뇌 건강에 도움이 되는 것으로 밝혀졌다. 두뇌 건강을 유지하는 것은 신체 건강을 유지하는 것 만큼이나 중요할 수 있다. 뇌가 제대로 기능하지 못하면 기억력 감퇴 등의 위험이 있다. 반면, 뇌를 잘 관리하면 특정 신경 퇴행성 질환의 발병 위험을 줄일 수 있다. 생선, 호두, 아마씨에 풍부하게 함유된 오메가-3 지방산은 두뇌 발달과 기능에 중요한 역할을 하며 알츠하이머병의 위험을 낮출 수 있다. 비타민 C와 E와 같은 항산화제는 뇌세포를 손상시킬 수 있는 산화 스트레스와 싸우는 데 도움이 된다. 특히 비타민 B6, B12, 엽산은 신경전달물질 생성을 지원하고 뇌 노화와 기분 장애의 위험을 완화할 수 있다. 이팅웰이 전한 다이어트를 하는 사람들에게 나쁜 탄수화물로 알려졌지만 실제로는 뇌 건강에 좋은 건강 전문가가 추천하는 탄수화물 6가지를 정리했다. 탄수화물, 뇌 건강에 나쁜가? 키토제닉 다이어트(ketogenic Diet, 일명 키토 다이어트)와 같은 저탄수화물 다이어트의 인기로 인해 탄수화물은 건강에 좋지 않다는 오해를 받기도 한다. 키토 다이어트는 '저탄수화물 고지방 다이어트(저탄고지, Low carb-high fat diet, LCHF)'를 말한다. 열량의 총 섭취량은 유지하면서 섭취 비중 가운데 탄수화물이 들어간 음식을 줄이고 지방이 들어간 음식을 늘려 체내 인슐린 저항성을 추는 것을 목표로 한다. 뇌 건강 영양 전문가이자 베스트셀러인 「마인드 다이어트(The MIND Diet)」의 저자인 매기 문(Maggie Moon) 영양학 석사이자 공인 영양사는 "기본적으로 탄수화물은 뇌가 선호하는 에너지원인 포도당으로 분해되기 때문에 뇌는 탄수화물을 필요로 한다"라고 설명했다. 그녀는 뇌는 신진대사가 활발하고 영양분을 빨리 소모한다고 덧붙였다. 매기는 "뇌는 체중의 약 2%에 불과하지만 일일 칼로리의 최대 20%를 소비한다. 뇌에 포도당(당질)이 충분하지 않으면 뉴런 간의 통신이 중단되고 사고, 학습 및 기억을 포함한 인지 기능이 저하될 수 있다"고 말했다. 반드시 섭취해야 하는 '나쁜' 탄수화물 하지만 모든 탄수화물이 뇌 건강에 도움이 되는 것은 아니다. 설탕이 다량 첨가된 식품(구운 식품, 쿠키, 사탕, 일반 탄산음료 등)은 만성 염증과 산화 스트레스의 위험을 증가시켜 뇌세포를 손상시키고 정기적으로 섭취할 경우 인지 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. "'흰 색 탄수화물'은 피하라" 혹은 "천연 설탕이 함유된 탄수화물은 식탁에서 멀리해야 한다"는 말을 들어본 적이 있을 것이다. 이런 말들로 인해 탄수화물은 '해로운 것'으로 분류되는 경향이 있다. 그러나 실제로는 일부 탄수화물이 우리 식단에서 픽요핝 중요한 영양소를 제공하는 데 도움이 될 수 있다. 1. 흰 쌀(백미) 흰 쌀밥은 전세계 많은 문화권에서 주식으로 먹는 음식이며, 결코 '유해한' 탄수화물은 아니다. 가공 과정에서 섬유질이 대부분 제거되기는 하지만, 백미에는 몇 가지 주목할만한 영양 성분이 있다. 우선 백미는 지방 함량이 낮고 설탕과 나트륨이 첨가되지 않았다. 또한 칼슘, 철분, 마그네슘 등 다양한 미량의 영양소가 풍부하게 함유되어 있다. 미국 농무부의 푸드데이터 센트럴에 따르면 백미, 현미, 생쌀, 비정제 쌀 등은 엽산을 포함해 다양한 미량 영양소를 풍부하게 함유하고 있어 영양소 요구량을 충족하는 데 도움이 된다. 쌀은 자연적으로 글루텐이 없으므로 셀리악병 환자(celiac disease)에게 안전한 식품이다. 백미를 많이 섭취하는 것이 모든 사람의 식단에 적합하지는 않지만, 일반적으로 건강한 사람들에게는 영양학적으로 균형잡힌 식단의 일부가 될 수 있다. 2. 빵 빵은 샌드위치 등 다양한 용도로 사용되는 포만감을 주는 식품이다. 유행하는 다이어트 방식에서 종종 '금지 식품'으로 분류될 수도 있지만, 통곡물 빵 등 영양이 풍부한 빵을 섭취한다면 균형 잡힌 식단이 될 수 있다. 빵의 종류에 따라 영양 성분에 차이가 있을 수 있다. 예를 들어 통곡물 빵은 정제된 흰 빵에 비해 식이섬유가 더 풍부하고, 강화된 빵은 비강화된 식빵보다 비타민 B가 더 많이 함유되어 있다. 사워도우 빵(Sourdough bread, 천연발효빵)은 만드는 과정 덕분에 몇 가지 독특한 건강상의 이점을 제공할 수 있다. 일부 데이터에 따르면 사워도우 빵을 매일 섭취하면 대장 미생물의 대사를 촉진할 수 있으며, 혈당 조절과 포만감 증진에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 3. 파스타 파스타는 독특한 단백질 구조를 가진 정제 탄수화물로, 흰 빵과 같은 식품보다 소화 속도가 더 느리다. 이 느린 소화 과정으로 인해 흰 빵과 비교할 때 파스타를 섭취했을 때보다 혈당 반응이 더 낮을 수 있다. 대부분의 파스타는 혈당 지수가 낮거나 중간 정도로 간주된다. 혈당 지수는 음식이 혈당을 얼마나 신속하게 올리는 지 측정하는 지표다. 따라서 혈당 지수가 높은 식품에 비해 낮은 식품은 혈당 상승 속도를 더디게 한다. 폐경기 여성을 대상으로 한 연구에 따르면 매주 파스타를 3인분 이상 먹는 사람은 뇌졸중과 죽상 경화성 심혈관 질환의 위험이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 다른 연구 데이터에 따르면 파스타를 섭취하는 사람은 파스타를 먹지 않는 사람에 비해 식단의 질이 더 좋은 경향이 있는 것으로 나타났다. 특히 파스타를 섭취하는 사람들은 그렇지 않은 사람들에 비해 엽산, 섬유질, 철분, 마그네슘을 더 많이 섭취하는 경향이 있다. 4. 옥수수 옥수수는 수분이 풍부해 건강에 도움이 되지만 조리시 사용하는 버터의 양은 주의가 필요하다. 노란색 옥수수는 눈 건강에 도움이 되는 두 가지 카로티노이드인 루테인과 제아잔틴의 천연 공급원으로 황반변성 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 옥수수에는 섬유질, 단백질 및 아연, 구리, 마그네슘 등 다양한 영양소도 함유되어 있다. 자색 옥수수는 안토시아닌이 풍부하게 함유되어 있다. 5. 바나나 바나나는 섬유질 함량 때문에 인터넷과 소셜 미디어에서 '나쁜' 과일로 평가되기도 한다. 하지만 이러한 주장은 과학적 근거가 부족하다. 오히려 바나나는 필수 영양소를 제공해 건강한 식단의 일부가 될 수 있다. 바나나는 설탕이 전혀 첨가되지 않았으며, 영양가가 매우 높은 식품이다. 중간 크기의 바나나 한 개는 칼로리가 100kal에 불과하며 식이섬유가 3g, 칼륨, 마그네슘, 비타민 C와 같은 미량 영양소가 풍부하다. 바나나는 심장 건강을 지원하는 필수 영양소인 칼륨의 좋은 공급원이다. 실제로 건강한 혈압을 유지하는 데 가장 좋은 식단 중 하나로 꼽히는 '대시 식단(DASH Diet)'에서는 칼륨 섭취를 강조한다. 고혈압을 관리하는 대표적인 식사법인 대시 식단의 기본은 저염, 저당, 저지방이다. 완전히 익기 전에 먹으면 바나나가 제공하는 프리바이오틱 식이섬유를 추가로 섭취할 수 있다. 덜 익은 바나나에는 건강한 장내 미생물을 지원하는 데 도움이 될 수 있는 저항성 전분이 더 많이 함유되어 있다. 6. 감자 감자는 단순히 탄수화물을 공급하는 것을 넘어 섬유질, 비타민 C, 칼륨의 천연 공급원이기도 하다. 연구 데이터에 따르면 감자는 당뇨병 환자에게도 건강한 식단의 일부로 포함될 수 있는 안전한 선택이 될 수 있다. 특히, 한 연구에서는 껍질을 벗긴 감자를 저녁 식사로 섭취한 성인 제2형 당뇨병 환자가 저혈당성 바스마티 쌀(low-glycemic basmati rice)을 포함한 식사를 한 사람보다 야간 혈당 반응이 더 낮았다. 물론, 개인마다 필요한 영양소가 다르고, 모든 음식이 균형 잡힌 영양 섭취의 일환으로 교려될 수 있기 때문에 식품을 단순히 '좋은 식품' 혹은 '나쁜 식품'으로 분류하는 것은 적절하지 않다. "나쁘다"고 지속적으로 언급되는 탄수화물도 특별한 건강 문제가 없는 한 유익한 식단이 될 수 있다. 특히 전반적으로 건강한 사람들에게는 균형 잡힌 식단에 포함될 수 있다. 단백질과 채소를 곁들인 구운 감자나 신선한 바나나를 올린 시리얼과 같은 탄수화물을 포함한 식사는, 기저 질환이 없는 경우, 맛과 영양을 향상시킬 수 있는 훌륭한 식단 선택이 될 수 있다.
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(1)] 뇌 건강에 도움 되는 '나쁜' 탄수화물
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NASA도 관측하지 못하는 소행성 포착 가능 '3톤 초대형 디지털 카메라' 완성
- 세계 최대의 디지털 카메라가 미 캘리포니아주에 소재한 에너지부 산하 국립 스탠포드 선형 가속기 센터(SLAC)에서 제작됐다고 비즈니스인사이더가 전했다. SLAC의 과학자와 엔지니어들은 20년에 걸쳐 대략 1억 6800만달러(약 2273억원)의 비용을 들여 이 거대한 카메라를 제작했다고 한다. SUV 차량 크기로, LSST(Legacy Survey of Space and Time)라고 명명된 이 카메라의 무게는 무려 3톤(6200파운드)에 달하며 전면 렌즈 폭은 150cm(5피트)를 넘는다. LSST 카메라는 앞으로 남녘 하늘 전체를 10년간 디지털로 측량하고, 밤마다 전체를 스캔해, 사상 최대 규모의 천문 영화를 제작하는 임무를 담당하게 된다. 프로젝트를 이끈 애런 루드먼(Aaron Roodman)은 비즈니스인사이더와의 인터뷰에서 "우주의 많은 부분을 볼 수 있을 것"이라고 기대했다. LSST는 다양한 용도로도 활용된다. 카메라는 도시를 파괴할 수 있는 크기의 대형 소행성도 추적하고 그 결과를 나사(NASA)와 공유함으로써 지구를 위협할 수 있는 우주 암석을 식별할 수 있도록 지원한다. 이는 우주 과학의 주요 목표다. 카메라는 또한 우주를 가득 채우고 있는 신비한 암흑 에너지와 암흑 물질을 조사하는 역할도 담당한다. 완성된 카메라는 안데스 산맥에 위치한 칠레의 루빈 천문대(Rubin Observatory)에 설치될 예정이다. 설치는 올해 말에 완료된다. LSST 카메라 렌즈는 3200MP(메가픽셀)의 선명도로 사진을 제공하게 된다. 1MP는 100만 픽셀이다. 초고화질 또는 4K TV는 약 8MP이다. 따라서 LSST 카메라의 이미지를 전체 해상도로 표시하려면 수백 대의 울트라 HDTV가 필요하다. 이 정도의 선명도라면 25km 떨어진 곳에서도 골프공을 식별해 낼 수 있다. LSST는 매일 밤 약 1000장의 이미지를 촬영하고 이를 결합해 며칠 밤마다 남쪽 하늘 전체에 대한 매우 상세한 이미지 한 장을 만들어낸다. 10년에 걸쳐 수만 장의 이미지를 생성하게 되며, 이를 통해 연구자들은 3D 영화라고 불리는 우주 파노라마를 얻게 된다. 이 카메라를 사용하면 200억 개가 넘는 은하계의 변화를 관찰하고 움직임과 변화 방식을 모두 추적할 수 있게 된다. 다른 천체 카메라와 달리 LSST는 회전할 필요가 전혀 없다. 렌즈가 포함하는 범위가 워낙 넓기 때문에 남쪽 하늘 전체를 담을 수 있다. 이런 넓은 범위는 지금까지 감지되지 않았던 은하계 인근의 소행성까지도 관측할 수 있게 해준다. LSST는 또한 하늘에 새로운 물질이 발견될 때마다 천문학자들에게 알리도록 설계됐다. 이를 통해 천문학자들은 빛의 모든 파장에서 새로운 초신성, 블랙홀 합병 및 기타 천문학 현상을 관찰하고, 이러한 동적 현상에 대한 다량의 데이터를 수집할 수 있다. 카메라가 작동하면 새로운 유형의 우주 물체와 이벤트도 발견할 가능성이 높다. 10년에 걸친 은하의 변화를 추적함으로써 우주가 어떻게 진화했는지에 대한 새로운 분석 데이터도 제공할 것이라는 기대다. 이는 암흑 에너지와 암흑 물질을 이해하는 열쇠다. 암흑 에너지는 '우주를 더욱 빠르게 팽창시키는 신비한 힘'을 의미한다. 암흑 물질은 공간을 차지하고 질량이 있지만, 빛과 상호작용하지 않는 물질의 일종이다. 암흑 에너지와 물질이 함께 우주의 대부분을 구성하고 있는데, 그것이 무엇인지는 전혀 알려지지 않았다. LSST가 그 단서를 찾는 데 도움이 될 수 있다고 한다. 루드먼은 "하나의 은하계를 보면 아무 것도 알 수 없지만 수억 개의 은하계를 보면 수십억 개의 은하계를 파악할 수 있으며, 전체 하늘의 패턴을 알 수 있다"면서 "우주에 물질이 어떻게 분포되어 있는지 알 수 있게 될 것"이라고 기대했다.
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- IT/바이오
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NASA도 관측하지 못하는 소행성 포착 가능 '3톤 초대형 디지털 카메라' 완성
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홍콩대, 파킨슨병(PD) 신경퇴행 강력 억제하는 식이요법 보충제 발견
- 홍콩대(HKU) 생명과학부 차오구 정 교수팀이 진행한 연구에서 짧은사슬 지방산(SCFA: 탄소 수 6개 이하의 지방산)인 프로피오네이트가 장과 뇌 사이의 기관 간 신호전달을 조절해 파킨슨병(PD) 신경퇴행을 강하게 억제한다는 사실이 밝혀졌다고 과학 전문 매체 사이테크데일리가 전했다. 프로피오네이트 분해를 억제하거나 식이요법을 통해 프로피오네이트를 보충하면, PD와 관련된 지표가 개선되고 장에서 에너지 생산이 향상돼 단백질 응집체를 분산시킬 필요 없이 신경 건강이 촉진된다는 것이다. 프로피오네이트 수치를 증가시켜 신경퇴행을 대사적으로 막는 것은, 파킨슨 등 신경퇴행성 질환의 치료에 대한 새로운 가능성을 제시한다는 점에서 주목받고 있다. 이 연구 결과는 최근 선도적인 생물학 저널인 '셀리포트(Cell Reports)'에 발표됐다. 연구 배경 뇌의 단백질 응집체를 표적으로 삼아 PD와 알츠하이머병(AD)과 같은 신경퇴행성 질환을 치료하는 전통적인 방법은 지금까지 성공 가능성이 매우 낮았다. 그러나 이번 새로운 연구는 장내 세균에서 유래한 대사산물이 신경퇴행을 조절하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여 준다. PD는 도파민성 신경세포에 알파시누클레인(알파-신: 뇌세포 사이에 신경 전달을 돕는 단백질로 PD를 일으키는 주요 원인) 단백질이 비정상적으로 축적되고 응집되는 것을 특징으로 하며, 이는 단백질 독성 스트레스와 신경 세포 사망을 유발한다. 실험용 쥐를 대상으로 한 PD 모델에 대한 이전 연구에서는 장내 미생물군이 알파-신 병리학의 운동 결핍 및 신경 염증을 유발하는 것으로 나타났다. 그러나 어떤 미생물이 숙주 신경퇴행에 영향을 미치는지는 대부분 불분명하다. 최근 몇 년 동안 관심을 끌고 있는 박테리아 대사산물의 한 종류는 식이섬유의 발효를 통해 혐기성 박테리아가 생산하는 SCFA(초산, 프로피온산 및 부티르산)이다. 그러나 SCFA가 신경 퇴행에 미치는 영향은 논란의 여지가 있다. 일부 연구에서는 SCFA가 신경 퇴행을 악화시키고 염증을 증가시키는 것으로 나타났다. 반면 다른 연구에서는 SCFA가 신경 퇴행을 방지한다는 사실이 밝혀졌다. 정 교수팀은 이전에 흙 속에 사는 1mm정도 크기의 작은 선형동물(C. elegans) PD 모델을 사용해 전체 게놈을 검사, 여기에서 38개의 신경퇴행성 유전자를 확인했다. 이 박테리아 유전자 중 일부는 숙주에서 프로피오네이트의 분해를 유도하는 비타민 B12의 생합성에 필수적이다. 이에 따라 연구팀은 프로피오네이트의 수치를 높이면 신경퇴행을 억제할 수 있다고 가정했다. 주요 조사 결과 정 교수팀은 PD 질환 동물이 정상 동물보다 프로피오네이트 수치가 낮았으며, 프로피오네이트 분해를 유도하는 식이성 비타민 B12를 제거하거나 프로피오네이트를 직접 보충하면 프로피오네이트 수치를 높이고, 알파-신으로 유발된 신경 세포 사망 및 운동 장애를 막는다는 사실을 발견했다. 놀랍게도 프로피오네이트의 신경보호 효과는 뉴런과 장 사이의 기관 간 신호 전달에 의해 매개됐다. 알파-신의 신경 세포 응집은 장에서 미토콘드리아 전개 단백질 반응(mitoUPR)을 유발해 프로피오네이트 생산을 줄였다. 낮은 프로피오네이트 수치는 지방산 및 아미노산 대사에 관여하는 수많은 프로피오네이트 반응 유전자의 하향 조절을 유발했고, 결국 장의 에너지 생산 결함을 초래했으며, 이는 젖산 및 신경펩티드와 관련된 장-뇌 통신을 통해 신경퇴행을 더욱 악화시켰다. 장에서 프로피오네이트 생산을 유전적으로 강화하거나 프로피오네이트 하류의 주요 대사 조절 인자의 장 발현을 복원하면 신경퇴행이 개선됐다. 이는 장의 대사 상태가 알파-신 유도 신경퇴행을 조절할 수 있음을 시사한다. 중요한 것은 프로피오네이트 보충이 알파-신 응집을 감소시키지 않고 신경퇴행을 억제해 단백질 응집체 하류의 신경 단백질 독성의 대사 구조를 입증한다는 것이다. 이 새로운 연구는 신경퇴행성 질환의 장-뇌 상호작용에 소분자 대사산물이 관여한다는 점을 강조한다. 건강 영향에 미칠 가능성 이 연구는 PD 질환 동물 모델의 실험 결과와 임상 관찰을 연결한다는 점에서 흥미롭다. PD 동물과 마찬가지로 인간 PD 환자도 SCFA를 생성하는 공생 박테리아의 양이 감소하기 때문에 건강한 개인보다 SCFA 수준이 감소한다. 따라서 PD 환자의 낮은 양의 SCFA는 실제로 질병 진행 및 중증도를 초래할 수 있으며, 식이요법을 통해 프로피오네이트를 보충하면 질병을 치료하고 증상을 개선하는 데 도움이 될 수 있다고 정 교수는 강조했다. 정 교수는 SCFA가 장내 식이섬유의 혐기성 발효에 의해 생성되기 때문에 섬유질이 풍부한 식품, 예컨대 씨앗, 견과류, 과일, 야채 등을 식단에 추가하면, 장내 세균에 의한 SCFA 생성도 증가할 수 있으며 뇌 건강에 유익하다고 제안했다.
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홍콩대, 파킨슨병(PD) 신경퇴행 강력 억제하는 식이요법 보충제 발견
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알츠하이머병, 수혈 통해 전염 가능
- 캐나다 과학자들이 혈액 수혈을 통해 건강한 사람에게 알츠하이머병이 전염될 수 있다고 발표했다. 네오스콥은 알츠하이머병의 정확한 원인은 아직 완전히 밝혀지지 않았지만, 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학 연구팀의 이번 연구 결과는 환경 요인이 질병 발병에 영향을 미칠 수 있다는 점을 지속적으로 시사하고 있다고 지난달 30일(현지시간) 전했다. 최근 학술지 '줄기세포 보고서(Stem Cell Reports)'에 발표된 연구 결과에 따르면 혈액 수혈이나 골수, 장기 등 생체 물질의 이식을 통해 유전성 알츠하이머 환자의 질병이 건강한 사람에게 전염될 가능성이 제기됐다. 연구팀은 쥐와 줄기세포를 이용한 실험을 통해 알츠하이머병이 건강한 사람에게 전염될 수 있다는 결론을 도출했다. 연구팀은 실험을 위해 인간 유전성 알츠하이머병 유전자, 특히 아밀로이드 플라크 생성과 관련된 유전자를 가진 쥐를 배양했다. 그리고 이 쥐의 골수에서 줄기세포를 추출해 건강한 쥐에 주입했다. 그 결과 9개월 만에 정상 쥐들의 뇌에서 인지 기능 저하와 아밀로이드 플라크 축적과 같은 알츠하이머병의 전형적인 징후가 나타났다. '알츠하이머는 유전성' 기존 인식 뒤바꿔 연구 결과는 몇 가지 중요한 시사점을 제공한다. 첫째, 이 연구는 알츠하이머병이 신경 중추계 외의 줄기세포에서 발생할 수 있다는 점을 보여주었다. 이는 기존의 알츠하이머 병 형성에 대한 인식을 뒤바꿨다. 연구팀은 "이 연구의 핵심적인 결과 중 하나는 알츠하이머병 병리학의 기존 중심 교리, 즉 뇌에서 생성된 베타 아밀로이드(Aβ) 축적이 질병의 원인이라는 가설에서 벗어나는 계기가 될 것"이라며 "이 연구는 뇌의 외부에서 생성된 Aβ가 질병 발병에 기여한다는 사실을 입증했다"고 말했다. 둘째, 이 연구는 알츠하이머병의 발병 경로가 크로이츠펠트-야콥병과 유사할 수 있다는 점을 시사한다. 크로이츠펠트-야콥병은 전염성 질환으로 감염된 소고기를 섭취한 사람들에게 발병하는 것으로 알려져 있다. 간단히 말해, 이번 연구 결과는 혈액이나 장기 등 생체 물질의 기증을 통해 알츠하이머병이 건강한 사람에게 전염될 수 있다는 가능성을 제시한다. 이는 잠재적인 기증자에 대한 알츠하이머 질병 검사가 필요하다는 것을 의미한다. 연구팀의 주요 저자인 브리티시 컬럼비아 대학 면역학자인 윌프레드 제프리스 박사는 성명서에서 "이 연구는 뇌의 외부에서 발현되는 아밀로이드가 중추 신경계 병리에 영향을 미치는 전신 질환이라는 알츠하이머병 이론을 뒷받침한다"고 말했다. 제프리스 박사는 "이 메커니즘에 대한 연구를 지속함에 따라 알츠하이머병은 정복될 수 있을 것으로 보인다. 아울러 혈액, 장기 및 조직 이식과 인간 유래 줄기세포 또는 혈액 제품의 이식에 사용되는 기증자에 대한 더욱 엄격한 관리 및 검사가 필요하다"고 강조했다. 한편, 알츠하이머병은 치매 중 가장 흔한 유형으로, 인지 기능의 저하를 특징으로 하는 퇴행성 뇌 질환이다. 전 세계적으로 약 3200만 명이 이 질환으로 고통받고 있으며, 인구 고령화가 진행됨에 따라 이 수치는 증가할 것으로 예상된다. 현재 많은 연구가 이루어지고 있음에도 불구하고, 알츠하이머병의 정확한 원인과 치료법은 아직 완전히 밝혀지지 않았다. 연구자들은 생활 습관, 유전적 요인, 환경적 요인이 이 병의 발병에 복합적으로 영향을 미친다고 보고 있다.
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알츠하이머병, 수혈 통해 전염 가능
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목성의 위성 유로파, 얼음 지각 두께 최소 20km
- 미국 천문학자들이 목성의 얼음 위성인 유로파의 얼음 지각 두께가 최소 20km(킬로미터)에 달한다고 밝혔다. 행성 과학자들은 최근 충돌 크레이터(분화구) 이미지와 물리 법칙을 이용해 유로파의 얼음 두께를 측정했다. 유로파는 얼음 지각으로 둘러싸인 지구의 두 배에 달하는 바닷물이 있는 암석의 위성이다. 과학자들은 오랫동안 유로파가 태양계에서 외계 생명체를 찾기에 가장 좋은 곳 중 하나라고 추정했다. 생명체의 존재 가능성과 성격은 얼음 껍질의 두께에 따라 크게 달라지는데, 천문학자들은 아직 이 부분을 밝혀내지 못했다. 20일(이하 현지시간) 과학전문 웹사이트 피즈닷오그(Phys. ORG)에 따르면 미국 퍼듀대학교 과학대학 지구, 대기 및 행성 과학과의 브랜든 존슨 부교수와 연구 과학자 시게루 와키타 등 행성 과학 전문가로 구성된 연구팀이 유로파의 얼음 지각의 두께가 최소 20km에 달한다고 발표했다. 또다른 매체 IFL사이언스도 이날 갈릴레오 탐사선의 데이터 분석에 따르면 유로파의 바다를 보호하는 얼음 지각의 두께는 최소 20km에 달하는 것으로 시사한다고 전했다. 행성 과학자들은 유로파의 대형 분화구를 연구하고 다양한 모델을 실행하여 어떤 물리적 특성의 조합이 그와 같은 표면 구조를 만들 수 있는지 조사했다. MIT의 시게루 와키타(Shigeru Wakita) 박사가 이끄는 팀은 유로파의 '타이어(Tyre)'와 '칼라니쉬(Callanish)'로 알려진 두 개의 분지가 지각 두께를 결정하는 데 핵심이 될 수 있음을 발견했다. 타이어(Tyre)와 칼라니쉬(Callanish)는 모두 다중 고리 분지다. 와키타 박사와 연구팀은 적절한 크기의 소행성이 서로 다른 두께의 지각에 충돌할 때 어떤 일이 일어날지 모델링하고 두께가 20km 이상인 얼음만이 유로파 표면과 같은 결과를 가져올 것이라고 추정했다. 이 연구는 학술 저널 ‘사이언스 어드밴스’에 게재됐다. 와키타 박사는 "유로파의 이렇게 큰 분화구에 대한 연구는 이번이 처음이다"라고 말했다. 그는 "이전 추정치에서는 두꺼운 바다 위에 매우 얇은 얼음층이 있는 것으로 나타났다. 그러나 우리 연구에 따르면 두꺼운 얼음층이 있고, 그 두께가 너무 두꺼워 이전에 논의되었던 얼음 대류가 일어났을 가능성이 높다"고 설명했다. '얼음 대류(Ice convection)'는 얼음 내부에서 열이나 다른 물리적 성질의 차이로 인해 발생하는 물질의 이동 과정을 말한다. 얼음 대류의 기본 원리는 물질이 온도에 따라 밀도가 변한다는 점에 기반한다. 이 현상은 특히 대규모 얼음층이나 얼음이 두꺼운 행성의 위성, 예를 들어 유로파와 같은 곳에서 중요한 역할을 할 수 있다. 얼음 대류는 얼음의 내부나 얼음과 액체 물 사이에서 열을 전달하는 중요한 메커니즘 중 하나다. 유로파의 얼음 층 아래에 있는 액체 물이 얼음 층과 접촉하는 부분에서 얼음을 녹이면 상대적으로 더 따뜻한 물이 위로 상승하고, 냉각되어 얼음이 될 때 다시 내려갈 수 있다. 과학자들은 오랫동안 유로파의 얼음 두께에 대해 논쟁을 벌여왔지만, 아무도 직접 방문해서 측정한 적이 없다. 이에 과학자들은 유로파의 얼음 표면에 있는 크레이터(분화구)를 활용했다. 존슨 박사는 1998년 유로파를 탐사한 우주선 갈릴레오의 데이터와 이미지를 사용해 충돌 크레이터를 분석해 유로파의 얼음 지각 구조를 분석했다. 행성 물리학 및 거대 충돌 분야의 전문가인 존슨은 태양계의 거의 모든 주요 행성을 연구해 왔다. 그는 "충돌 크레이터는 행성을 형성하는 가장 보편적인 표면 과정"이라며 "분화구는 우리가 지금까지 본 거의 모든 고체에서 발견된다. 분화구는 행성을 변화시키는 주요 동인"이라고 부연했다. 존슨은 "유로파의 분화구의 크기와 모양을 이해하고 수치 시뮬레이션으로 그 형성을 재현함으로써 얼음 지각의 두께에 대한 정보를 유추할 수 있다"고 덧붙였다. 유로파는 얼어붙었만, 빙하 속에는 바위로 이루어진 핵이 있다. 하지만 얼음 표면은 정체되어 있지 않다. 해양의 판구조론과 대류, 얼음 때문에 유로파는 표면이 자주 바뀐다. 유로파는 표면에 크레이터가 거의 없는 특이한 위성으로 얼음 지각이 계속해서 새로 생성되면서 크레이터를 없앴다는 주장이 힘을 얻고 있다. 이는 지표면 자체의 나이가 5000만 년에서 1억 년에 불과하다는 것을 의미하는데, 인간과 같이 수명이 짧은 생물에게는 오래된 것처럼 보이지만 지질학적 시기로 보면 젊다는 지적이다. 표면이 매끄럽고 젊다는 것은 분화구가 명확하게 구분되어 있고 깊지 않다는 것을 의미한다. 분화구는 유로파의 암석 중심부에 대한 많은 정보를 전달하기보다는 얼음 지각과 그 아래 존재할 수 있는 수중 바다에 대해 더 많은 것을 담고 있다. 존슨은 "얼음의 두께를 이해하는 것은 유로파의 생명체 존재 가능성에 대한 이론을 세우는 데 필수적이다"라고 말했다. 그는 "얼음 지각의 두께는 그 안에서 어떤 과정이 일어나고 있는지를 제어하며, 이는 지표와 바다 사이의 물질 교환을 이해하는 데 매우 중요하다. 이는 유로파에서 일어나는 모든 종류의 과정을 이해하는 데 도움이 되며, 생명체의 가능성을 이해하는 데도 도움이 될 것"이라고 말했다. 국립과천과학관에 따르면 천문학자들은 이전 연구를 통해 목성의 위성인 유로파, 가니메데, 칼리스토에 지구의 바다보다 6배나 되는 양의 물을 표면 아래에 품고 있다는 사실을 발견했다. 생명체가 살기 위해서는 물, 원소, 에너지라는 3가지 요소가 필요하다. 외행성계 위성에는 이 3가지 요소가 적절하게 있는 것으로 추측되고 있다. 목성은 태양에서 멀기 때문에 표면 온도가 영하 110도이며, 목성의 위성인 유로파의 표면 온도는 영하 220도에 이른다. 유로파의 얼음 지각의 두께는 생명체가 존재할 수 있는 잠재적인 물 존재의 환경을 숨기고 있을 수 있다. 물 존재는 행성에서 생명의 가능성을 탐색하는 데 있어 중요한 요소 중 하나가 될 수 있다. 그러나 실제로 생명체가 존재하는지 여부를 확인하기 위해서는 유로파에 대한 추가적인 탐사와 연구가 필요하다.
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- IT/바이오
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목성의 위성 유로파, 얼음 지각 두께 최소 20km
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행성 잡아먹는 행성 확인…천문학자, 쌍둥이별 8% 증거 포착
- 천문학자들이 행성을 잡아 먹는 행성의 증거를 발견했다. 쌍둥이별 12개 중 1개는 행성을 삼킨 행성일 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 과학 기술 전문매체 스페이스닷컴과 과학 기술 웹사이트 사이키(Phys.org) 등 다수 외신은 20일(현지시간) 국제 연구팀 아스트로3D(ASTRO 3D)의 천문학자들은 적어도 12개의 별 중 1개에서 행성을 잡아 먹는 증거를 발견했다고 보도했다. 이번 연구 결과는 이날 학술 저널 '네이처(Nature)'에 게재됐다. 이전 연구에서는 적색 거성 등 별의 마지막 단계에서 행성 삼킴 현상이 확인됐다. 또 다른 증거는 별이 때때로 행성을 삼킬 수 있음을 시사했지만, 얼마나 자주 발생할 수 있는지에 대해서는 확실하지 않았다. 국제 연구팀은 행성 삼킴에 대해 더 많은 것을 밝히기 위해 동시에 태어난 동일한 구성을 가진 쌍둥이 별을 연구했다. 쌍둥이 별은 동일한 가스와 먼지로 이루어진 모성 구름에서 태어났기 때문에 사실상 동일한 구성을 가져야 한다. 그러나 연구 결과 약 8%가 성분이 다르게 나타났다. 이처럼 소위 '공동 출생' 별 사이의 주요 화학적 차이는 한 별이 다른 별을 삼켰다는 신호일 수 있다. 연구팀은 유럽 우주국의 가이아 위성을 사용해 91개의 쌍둥이 별을 식별했다. 이 별들은 백만 천문 단위(AU) 미만으로 서로 상대적으로 가깝게 위치하며 공동 출생일 가능성이 높다. 천문 단위인 AU는 태양과 지구 사이의 평균 거리로, 약 9300만 마일(1억 5000만 킬로미터)에 해당한다. 분자가 가열되면 분자는 그 분자가 구성하는 원소에 해당하는 고유한 빛 파장 스펙트럼을 방출한다. 따라서 먼 별에서 오는 빛을 분석하는 과학자들은 별 분자가 매우 높은 온도에 노출되면 별의 원소 구성을 추론할 수 있다. 아스트로 3D 연구진이 이끄는 연구팀은 쌍둥이별(쌍성) 중 하나가 행성이나 행성 물질을 삼키고 있기 때문에 차이가 발생한다는 사실을 발견했다. 과학자들은 칠레에 있는 유럽남방천문대의 초대형 망원경, 칠레에 있는 6.5m 마젤란 망원경, 미국 하와이에 있는 10m 켁(Keck) 망원경을 사용해 이 공동 출생 별에서 나오는 빛을 분석했다. 연구팀은 이 쌍성 중 약 8%, 즉 12쌍 중 1쌍에서 행성을 삼킨 흔적을 보이는 별이 있다는 것을 발견했다. 이는 쌍둥이 별과 비교했을 때 화학적 구성이 달랐다는 뜻이다. 호주의 모내시 대학교 아스트로 3D 연구원이자 논문의 수석 저자인 팬 리우 박사는 "우리는 함께 여행하는 쌍둥이 별을 관찰했다. 그들은 동일한 분자 구름에서 태어났기 때문에 동일해야 한다"라고 설명했다. 리우 박사는 "매우 정밀한 분석 덕분에 쌍둥이별 간의 화학적 차이를 확인할 수 있었다. 이는 별 중 하나가 행성이나 행성 물질을 삼켜 그 구성이 바뀌었다는 매우 강력한 증거를 제공한다"고 말했다. 행성 삼킴 현상은 연구팀이 조사한 91쌍의 쌍성 중 약 8%에서 나타났다. 이 연구가 설득력있는 이유는 별이 적색거성과 같은 마지막 단계의 별이 아니라 주계열성이라고 불리는 생애 전성기에 있었다는 것이다. 리우 박사는 "이것은 별이 매우 거대한 공이 될 때 후기 단계의 별이 주변 행성을 삼킬 수 있다는 이전 연구와는 다르다"고 말했다. 이 발견은 행성계의 장기 진화 연구에 광범위한 영향을 미친다. 공동 저자이자 호주국립대학교(ANU)의 ASTRO 3D 연구원인 유안 센 팅 부교수는 "천문학자들은 이런 종류의 사건은 불가능하다고 여겼다. 그러나 우리 연구의 관측을 통해 그 발생 빈도는 높지 않지만 실제로 가능하다는 것을 알 수 있다. 이것은 행성 진화 이론가들이 연구할 수 있는 새로운 창을 열었다"고 말했다. 이 연구는 가이아 천체망원경 위성으로 확인된 모든 밝은 항성의 전체 샘플을 분광학적으로 관측하는 대규모 협력 프로젝트인 C3PO(Complete Census of Co-moving Pairs of Objects) 프로그램의 일부로, 팬 리우, 유안 센 팅, 데이비드 용 부교수(ANU의 ASTRO 3D 소속)가 공동으로 이끌고 있다. ASTRO 3D 책임자인 엠마 라이언-웨버 교수는 "이번에 발표된 연구 결과는 ASTRO 3D의 핵심 연구 주제인 우주의 화학적 진화에 대한 큰 그림에 기여한다. 특히 화학 원소의 분포와 별에 의해 소비되는 것을 포함한 그 이후의 여정을 밝혀준다"고 말했다. 호주 스윈번 공과대학교, 아일랜드 코크 대학교, 카네기 천문대, 오하이오 주립대학교, 미국 다트머스 대학교, 헝가리의 콘콜리 천문대, 막스 플랑크 천문학 연구소의 과학자들이 이 연구에 참여했다. 별들이 행성을 삼키고 있는지, 아니면 항성계가 탄생하면서 남겨진 행성의 구성 요소를 삼키고 있는 것인지는 여전히 불확실하다. 연구팀은 두 가지 모두가 해당될 가능성이 있다고 말했다.
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행성 잡아먹는 행성 확인…천문학자, 쌍둥이별 8% 증거 포착
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중국, 달 뒷면 탐사 지원 위해 위성 발사
- 중국이 달 뒷면 탐사를 지원하는 위성을 발사했다. 중국 국가우주국에 따르면, 중국 남부 하이난성의 원창 발사장에서 베이징 시간으로 오전 8시 31분에 창어 2호 중계 위성이 창어 8호 로켓에 실려 궤도에 진입했다고 로이터통신과 타임 등 다수 외신이 보도했다. 관영 언론은 20일 까치로 만든 신화 속 다리의 이름 오작교를 딴 1.2미터 톤급 퀘차오 2호(Queqiao-2)와 소형 위성 톈두 1, 2호를 탑재한 창어 8호 로켓이 남부 하이난성에서 발사됐다고 보도했다. 1.2톤급 이 위성은 올해 상반기에 달의 뒤쪽을 탐사할 예정인 중국 우주선 창어 6호와 통신을 주고 받는 데 필요하다. 달의 가까운 쪽은 항상 지구를 향하고 있지만 달의 뒤쪽은 가시선이 없기 때문에 데이터를 전송할 수 없다. 즉, 달의 뒤쪽은 지구와 마주 보지 않기 때문에 창어 6호는 지구와 신호를 주고받기 위해 퀘차오 2호를 사용해야 한다. 중국은 2019년 달의 뒤쪽에 착륙한 최초이자 지금까지 유일한 국가가 됐다. 창어 2호는 2026년 창어 7호와 2028년 창어 8호의 달 탐사를 위한 중계 플랫폼으로도 활용될 예정이다. 2040년까지 창어 2호는 달 탐사 및 화성, 금성 등 다른 행성 탐사를 위한 통신 교량 역할을 하는 중계 위성 군의 일부가 될 것이다. 또한 달의 남극에 건설 예정인 중국의 연구 기지에 통신, 내비게이션, 원격 감지 기능을 지원할 예정이다. 또한 창어 2호는 미국, 인도, 일본 등 다른 나라에서 배치한 6개의 궤도선과 합류할 계획이다. 창어 2호의 설계 수명은 최소 8년으로, 중국이 달에 첫 우주인을 착륙시킬 것으로 예상되는 2030년 이후에도 달 임무를 지원할 수 있을 것으로 보인다. 이 위성은 달의 남극에 근접한 궤도에 진입하여 중국이 연구 전초기지를 건설할 것으로 예상된다. 달의 남극은 물이 존재하는 지역으로 알려져 있다. 물의 존재는 생명체 존재를 시사해 달 남극 지역은 인도와 미국 등 우주 강국의 주목을 받고 있다. 2008년 인도 탐사선 찬드라얀 1호가 달 표면에 퍼져 있고 극지방에 집중된 수산기 분자를 감지하면서 달에 물이 존재하는 것이 알려졌다. 물은 인간의 생명에 필수적이다. 또 수소와 산소의 원천이 될 수 있고 로켓 연료로 사용될 수 있다. 달에는 물을 비롯해 헬륨-3, 스칸듐, 이트륨 등 희토류 금속이 있다. 보잉의 연구에 따르면 달에는 스마트폰, 컴퓨터 및 첨단 기술에 사용되는 희토류 금속인 스칸듐, 이트륨 및 15란타나이드 등이 존재한다. 달에 물이 존재한다는 것은 주요 우주 강대국에 큰 영향을 미친다. 인간 생명에 필수적인 물의 존재로 인해 인간이 행성에 더 오래 머물면서 달 자원을 채굴할 수 있게 할 것으로 보인다. 올해 말 발사될 예정인 '창어 6호'는 달의 뒷면에서 처음으로 샘플을 채취해 지구로 가져올 계획이다. 또한, 중국은 2040년까지 달 남극에 영구적인 국제 연구 기지를 구축하기 위한 목표를 세우고 있다. 중국과 미국 양국은 모두 2030년까지 우주 비행사를 달에 보낼 계획을 세우고 있다.
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- 산업
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중국, 달 뒷면 탐사 지원 위해 위성 발사
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"암흑물질 존재하지 않는다"⋯우주 나이도 270억년
- 우주에는 암흑물질이 존재하지 않으며 우주 나이도 270억년이라는 새로운 연구 결과가 나왔다. 과학 전문 매체 퓨처리즘은 18일(현지시간) 캐나다 오타와 대학교 물리학 교수 라젠드라 굽타(Rajendra Gupta)는 우주의 나이가 기존 가설보다 두 배 더 많을 수 있으며, 암흑물질의 존재가 반드시 필요하지 않다고 주장해 학계에 논란을 불러일으키고 있다고 전했다. 이번 연구 논문은 '천체물리학 저널(Astrophysical Journal)'에 게재됐다. 굽타 교수는 지난해 우주의 나이가 일반적으로 알려진 나이보다 두 배나 더 많은 267억년이라고 주장해 화제를 모았다. 최근 논문에서 굽타 교수는 자신의 이론을 바탕으로 암흑물질의 필요성에 대해 이의를 제기했다. 암흑물질은 전자기장과 상호 작용하지 않지만 중력을 미칠 수 있는 물질로, 우주 전체 질량의 26%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 그럼에도 불구하고 암흑물질은 직접 관측이 불가능하다는 점이 수 십년 동안 천체물리학자들을 괴롭혀 온 수수께끼였다. 굽타는 성명에서 "이번 연구 결과는 우주의 나이가 267억 년이라는 이전 연구를 통해 우주의 존재에 암흑 물질이 필요하지 않다는 것을 발견할 수 있었다는 것을 확인시켜 주었다"고 말했다. 그러나 굽타 교수의 이론은 전문가들의 기존 합의와 정면으로 충돌하는 논란의 여지가 많은 추정이다. '우주 팽창 가속 현상'은 양의 우주 상수(cosmological constant)와 연관되어 설명되고 있으며, 이 상수는 우주 에너지의 존재를 뒷받침하는 데 사용되어 왔다. 암흑 에너지는 우주 전체 에너지의 약 68%를 차지하는 우주 구성 요소다. 암흑물질은 은하계의 대부분 질량을 구성하며 은하 구조 형성에 영향을 미치는 반면, 암흑 에너지는 우주 팽창 가속을 주도하는 역할을 한다. 어스닷컴은 지난 17일 "현재 우리가 이해하는 우주의 구조는 '정상 물질', '암흑 에너지', '암흑 물질'이라는 세 가지 주요 구성 요소로 이루어져 있다. 하지만 이번 새로운 연구는 이 기존 모델을 뒤집고 있다"고 전했다. 우주론에서 사용되는 용어인 암흑물질은 빛이나 전자기장과 상호 작용하지 않고 중력 효과를 통해서만 식별할 수 있는 파악하기 어려운 물질을 말한다. 암흑물질은 신비로운 성질에도 불구하고 은하, 별, 행성의 움직임을 설명하는 데 있어 기본적인 요소로 작용해 왔다. 많은 과학자들은 암흑물질이 가시 물질, 방사선, 우주의 대규모 구조에 미치는 중력 효과를 통해 암흑물질의 존재를 추론하고 있다. 암흑물질 이론의 기초 암흑물질 이론은 관측된 천체의 질량과 중력 효과를 기반으로 계산된 질량 사이의 차이에서 출발했다. 1930년대, 스위스 천문학자 프리츠 츠비키(Fritz Zwicky)가 코마 은하단에서 관측되지 않는 '누락된 질량'을 눈에 보이지 않는 물질로 설명할 수 있다고 처음으로 제안했다. 과학자들은 암흑물질을 간접적으로 탐지하는 몇 가지 혁신적인 방법을 개발했다. 지하 입자 탐지기나 우주 망원경으로 수행되는 실험은 암흑물질의 상호작용이나 소멸의 부산물을 관찰하는 것을 목표로 한다. 유럽원자핵공동연구소(CERN)의 대형 강입자충돌기(LHC)도 고에너지 입자 충돌에서 암흑물질 입자의 흔적을 찾고 있다. 이러한 노력에도 불구하고 암흑물질은 아직 직접 검출되지 않았으며, 현대 물리학에서 가장 중요한 난제 중 하나다. 이처럼 암흑물질을 이해하려는 탐구는 천체 물리학 및 입자 물리학의 발전을 계속 견인하고 있다. 향후 관측과 실험을 통해 암흑 물질의 본질이 밝혀져 우주의 미스터리를 밝혀낼 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. '변동 겹합 상수'와 '빛의 피로' 가설 통합 하지만 굽타 교수는 이와 다른 관점을 제시했다. 굽타 교수의 혁신적인 접근 방식은 두 가지 이론적 모델, 즉 변동 결합 상수(CCC)와 '빛의 피로(tired light·TL)'가설을 결합해 CCC+TL 모델로 일컫는 이론을 통합했다. 이 모델은 우주의 시간에 따라 자연의 힘이 감소하고 빛은 먼 거리에서 에너지를 잃는다는 개념을 탐구한다. 이 이론은 엄격한 테스트를 거쳐 은하 분포와 초기 우주의 빛의 진화 등 다양한 천문학적 관측 결과와 일치하는 것으로 밝혀졌다. 굽타 교수는 자신의 수정된 모델을 뒷받침하기 위해 1920년대 후반 물리학자 프리츠 즈비키가 제안한 '빛의 피로(tired light·TL)' 가설을 차용했다. 빛의 피로 가설은 먼 천체에서 오는 빛이 에너지 손실로 인해 적색광이 되는 현상을 설명한다. 굽타 교수는 이 가설과 기존의 우주 상수와는 달리 시간에 따라 자연 상수가 감소한다고 주장하는 새로운 "변화 공액 상수(covarying coupling constant)" 개념을 결합해 암흑 물질을 모델에서 제외시킬 수 있다고 말했다. 우주 팽창 가속 현상은 양의 우주 상수(cosmological constant)와 연관되어 설명되고 있으며, 이 상수는 우주 에너지의 존재를 뒷받침하는 데 사용되어 왔다. 암흑 에너지는 우주 전체 에너지의 약 68%를 차지하는 우주 구성 요소다. 그는 "표준 우주론에서 암흑 에너지는 우주 팽창 가속을 야기하지만 저의 이론에서는 이는 암흑 에너지가 아니라 팽창하면서 약해지는 자연 상수 때문이다"라고 설명했다. 굽타 교수는 "암흑 물질의 존재를 의심하는 논문은 몇몇 있지만, 제 연구는 제가 아는 한 처음으로 암흑 물질의 우주론적 존재를 부정하면서도 오랜 기간 검증되어온 중요한 우주 관측 결과와 일치하는 것이다"라고 덧붙였다. 이번 발견은 암흑 물질이 우주의 약 27%를 차지하고 일반 물질은 5% 미만, 나머지는 암흑 에너지라는 기존의 이해에 도전하면서 동시에 우주의 나이와 팽창에 대한 기존 관점을 재정의하고 있다.
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"암흑물질 존재하지 않는다"⋯우주 나이도 270억년
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제임스 웹 우주망원경, 원시 별에서 에탄올과 얼음 성분 발견
- 제임스웹 우주 망원경이 행성 형성 초기 단계의 젊은 두 개의 원시별에서 메탄과 아세트산 등 다양한 복합 유기 분자를 발견했다. 웹 스페이스 텔레스콥은 13일(현지시간) 국제 천문학 연구이 미국 항공우주국(NASA·나사)의 제임스 웹 우주망원경을 이용하여 항성 형성 초기 단계인 두 개의 원시 별 IRAS 2A와 IRAS 23385 주변에서 복합 유기 분자(COMs)를 포함한 다양한 얼음 화합물을 발견했다고 밝혔다. 이 연구는 이전의 암흑 성운 연구에서 탐지된 다양한 얼음체 연구를 기반으로 이루어졌다. 연구팀이 웹의 중적외선 망원경(MIRI)을 사용해 검출한 복합 유기 분자에는 에탄올(알코올)과 아세트산(식초의 주성분)이 포함된다. 이는 잠재적으로 생명체가 거주할 수 있는 환경을 형성하는 데 중요한 물질들이다. 이번 연구는 이러한 복합 유기 분자가 얼음 상태에서 형성될 수 있다는 것을 시사하며, 우주에서의 복합 유기 분자 생성 과정에 대한 이해를 넓혀줄 것으로 기대된다. 네덜란드 라이덴 대학교의 팀 리더인 윌 로차(Will Rocha)는 "이 발견은 천체화학의 오랜 질문 중 하나에 기여한다"고 말했다. 로차 박사는 "우주에 존재하는 복잡한 유기 분자, 즉 COM의 기원은 무엇일까? 기체 상에서 만들어질까, 아니면 얼음에서 만들어질까? 얼음에서 COM이 검출된 것은 차가운 먼지 입자 표면의 고체상 화학 반응이 복잡한 종류의 분자를 만들 수 있음을 시사한다"라고 설명했다. 이번 연구에서 고체상에서 검출된 COM을 포함한 여러 COM은, 이전에는 따뜻한 기체상에서 검출되었기 때문에 얼음의 승화에서 비롯된 것으로 추정된다. 승화란 액체가 되지 않고 고체에서 바로 기체로 변하는 것을 말한다. 따라서 천문학자들은 얼음에서 COM을 검출함으로써 우주에 존재하는 다른 더 큰 분자의 기원에 대한 이해를 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 과학자들은 또한 원시 별 진화의 훨씬 후기 단계에서 이러한 COM이 행성으로 어느 정도까지 운반되는지 탐구하기를 원한다. 차가운 얼음 속의 COM은 따뜻한 기체 분자보다 분자 구름에서 행성을 형성하는 원반으로 운반하기가 더 쉽다고 여겨진다. 따라서 이러한 얼음 COM은 혜성과 소행성에 포함될 수 있으며, 이는 형성되는 행성과 충돌하여 생명체가 번성할 수 있는 재료를 제공할 수 있다. 또한 연구팀은 개미에 쏘였을 때 타는 듯한 느낌을 주는 개미산, 메탄, 포름알데히드, 이산화황 등 더 간단한 분자도 검출했다. 연구에 따르면 이산화황과 같은 황 함유 화합물은 원시 지구의 대사 반응을 주도하는 데 중요한 역할을 했을 가능성이 있다. 특히 연구 대상 중 하나인 저질량 원시 별 IRAS 2A는 우리 태양계의 초기 단계와 유사할 수 있다는 점이 주목할 만하다. 이 원시 별 주변에서 발견된 화합물들은 우리 태양계 형성 초기 단계에 존재했고, 이후 원시 지구로 운반되었을 가능성이 있다. 과학 프로그램의 조정자 중 한 명인 라이덴 대학교의 이원 반 디스호크(Ewine van Dishoeck)는 "이 모든 분자들은 원시 별이 진화함에 따라 얼음 물질이 행성을 형성하는 원반으로 안쪽으로 운반될 때 혜성과 소행성의 일부가 될 수 있으며 결국 새로운 행성계가 될 수 있다"고 말했다. 연구팀은 향후 관측 자료를 통해 우주화학적 진화 과정을 단계별로 더욱 명확하게 규명할 것을 기대하고 있다. 이 연구는 '천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)' 저널에 게재됐다.
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제임스 웹 우주망원경, 원시 별에서 에탄올과 얼음 성분 발견
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목성의 달 '유로파'에 생명체 존재할 수 있을까?
- 목성의 달 유로파(Europa)에 산소와 탄소가 있는 것이 알려지면서 지하 바다의 생명 존재에 대한 기대감도 더욱 커지고 있다. 태양계에서 목성의 위성 유로파만큼 사람들의 상상력을 사로잡는 곳은 거의 없다. 과학자들은 유로파에 외계 생명체가 존재할 수 있다고 오랫동안 의심해 왔다. 거대한 얼음덩어리를 닮은 '유로파'는 20~30km 두께의 얼음 껍질 아래에 액체 상태의 바닷물 바다가 존재하는 것으로 알려졌다. 이는 보이저호와 갈릴레오 우주 탐사선의 측정과 모델 계산에 의한 추정이다. 독일 매체 메르커닷컴(Merker)은 11일(현지시간) 몇 달 전, 연구자들은 '유로파'에서 생명체의 가장 중요한 구성 요소인 탄소를 발견했다고 전했다. 그러나 유로파에서 생명체를 가능하게 할 수 있는 또 다른 원소인 산소는 이전에 추정했던 것보다 훨씬 더 희귀할 것이라는 관측이 나왔다. 비즈니스 인사이더는 지난 9일(현지시간) 미 항공우주국(NASA·나사)의 주노(Juno) 탐사선은 목성의 얼음 위성 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다는 사실을 발견했다고 보도했다. 유로파에서 매일 발생하는 1000톤이라는 산소는 1백만 명의 사람이 하루 동안 숨을 쉴 수 있는 충분한 양이지만 이전에 생각했던 것보다 훨씬 적은 양이다. 이 새로운 데이터는 유로파가 광대한 지하 바다에서 생명체를 유지할 수 있는 확률이 낮아질 수 있다. NASA, 유로파 산소 생산량 현저히 낮아 NASA의 연구원들은 '유로파' 표면이 이전 연구에서 추정했던 것만큼 많은 산소를 생산하지 못한다고 계산했다. 지난 3월 4일, NASA는 유로파가 24시간마다 1000톤의 산소를 생산한다며 이는 이전 추정치보다 86배 이상 적은 양이라고 발표했다. NASA에 따르면 유로파에 생명체가 존재한다면 미생물처럼 보일 수도 있고 더 복잡한 것일 수도 있다. 하지만 그것들은 얼어붙은 사막인 유로파 표면에서는 보이지 않을 수도 있다. 유로파 표면의 산소 생산량 데이터는 NASA의 주노(Juno) 탐사선에서 가져온 것이다. 목성의 위성인 유로파는 초당 12kg(킬로그램)의 산소를 생산하는데, 이는 이전에 생각했던 것보다 휠씬 적은 양이다. 이전 연구에서 추정치는 초당 몇 킬로그램에서 1000킬로그램 이상까지 다양했다. 유로파, 수중기도 탐지 NASA에 따르면 1979년 7월 9일 보이저(Voyager) 우주선은 목성의 위성 중 하나인 유로파(Europa)의 근접 촬영 이미지를 처음으로 촬영했다. 이를 통해 달의 얼음 표면을 자르는 갈색 균열이 드러났는데, 유로파는 마치 핏줄이 있는 눈알처럼 보였다. 그 이후로 수십 년 동안 외부 태양계에 대한 임무는 유로파에 대한 충분한 추가 정보를 축적하여 NASA의 생명체 탐색에서 최우선 조사 대상이 됐다. NASA는 2019년 11월 17일 메릴랜드 주 그린벨트에 있는 NASA의 고다드 우주 비행 센터 의 국제 연구팀이 유로파 표면 위에서 처음으로 수증기를 감지했다. 이 연구팀은 하와이에 있는 세계 최대 망원경 중 하나를 통해 유로파를 들여다보며 증기를 측정했다. 당시 유로파의 물 탐지 조사를 주도한 NASA 행성 과학자 루카스 파가니니는 “생명의 세 가지 요구 사항 중 두 가지인 필수 화학 원소(탄소, 수소, 산소, 질소, 인, 황)와 에너지원은 태양계 전체에서 발견된다. 그러나 세 번째인 액체 물은 지구 밖에서는 찾기가 다소 어렵다”라고 말했다. 유로파가 산소를 생산하는 방법 산소 생산은 지구와 유로파에서 매우 다르다. 지구는 광합성을 통해 산소를 얻는 반면, 유로파는 모행성인 목성으로부터 얻는다. 목성은 유로파에 고에너지 입자를 쏟아붓는 강력한 방사선을 방출한다. 이 입자들은 달 표면의 얼어붙은 얼음(H₂O)과 상호작용한다. 유로파에서 입자들의 상호 작용은 H₂O 분자를 수소와 산소 가스로 분리한다. 그러나 그 산소가 어디로 가는지는 아직 상세히 밝혀지지 않았다. 산소 중 일부는 얼음 속에 갇힐 수도 있고, 일부는 우주로 탈출할 수도 있으며, 일부는 유로파의 지하 바다로 내려가는 경우도 있다. 충분한 산소가 지하에 도달한다면, 이는 유로파의 바다가 우리가 알고 있는 생명체에 중요한 요소 중 하나를 가지고 있다는 것을 의미한다. 뉴저지 주 프린스턴 대학교의 과학자 제이미 샬레이는 "'유로파'는 목성의 알려진 95개 위성 중 네 번째로 큰 위성이며 목성의 방사선 벨트 중간에 있다. 이 거대 가스 행성은 위성에 하전 입자 또는 이온화 입자를 쏟아붓는다. 이것들은 물 분자를 두 부분으로 나누어 얼음 표면에 산소를 생성한다"고 말했다. 샬레이는 "유로파는 흐르는 시냇물 속에서 서서히 물을 잃어버리는 얼음 덩어리와 같다"면서, 입자들이 표면의 얼음을 분자 단위로 분해하는 과정을 비교했다. 그는 "어떤 면에서, 전체 얼음 표면은 해변으로 밀려온 하전 입자의 파도에 의해 지속적으로 침식된다"라고 말했다. NASA의 주노 탐사선은 유로파 표면에서 생성되는 총 산소량에 대해 더 많은 정보를 제공한다. 그러나 지하 바다로 얼마나 많은 양의 산소가 스며드는지는 아직 확실하지 않다. 유로파에서 산소 측정 유로파 표면에서 생성되는 산소의 양을 측정하기 위해 과학자들은 주노에 탑재된 목성 오로라 분포 실험(JADE) 장비를 사용했다. JADE는 목성의 오로라 영역 에서 하전 입자를 측정하도록 설계됐다. 그러나 2022년 9월 주노가 유로파를 비행했을 때 JADE는 최초로 달 대기에서 떨어져 나온 하전 입자를 성공적으로 측정했다. 과학자들은 JADE 데이터를 사용해 유로파의 얇은 대기에 있는 수소(산소 아님) 가스의 총량을 추정했다. 물 분자에는 수소(H) 원자 2개당 산소(O) 원자 1개가 있기 때문에 과학자들은 수소 가스 데이터를 사용해 표면에서 생성된 산소의 양을 계산할 수 있다. NASA의 과학자들은 이제 생산된 산소의 일부가 달 표면 아래로 떨어질 수 있다고 추정한다. 그곳에서 산소는 지하 소금 바다로 추정되는 곳에서 대사 에너지원이 될 수 있다. NASA에 따르면 연구원들은 "표면 아래에서 생명을 유지할 수 있는 조건의 잠재력에 대해 궁금해하고 있다"고 한다. 목성의 위성이 생명체가 거주 가능한지 아닌지에 대한 질문은 앞으로도 계속 될 것이다. 샌안토니오에 있는 사우스웨스트 연구소의 주노 수석 연구원인 스콧 볼튼은 "아직 끝나지 않았다. 더 많은 달 비행과 목성의 가까운 고리와 극지방의 대기에 대한 첫 번째 탐사는 아직 오지 않았다"고 말했다. NASA의 유로파 클리퍼(Europa Clipper) 탐사선은 2024년 10월에 발사될 예정이다. 이 탐사선의 주요 목표는 유로파가 거주 가능한지 여부를 결정하는 것이다. 유로파에 도착하면 클리퍼 탐사선은 유로파 표면, 기;ㅍ은 ㅁ내부, 얇은 대기, 지하 바다와 잠재적으로 더 작은 활성 통풍구에 대해 자세한 조사를 수행항 계획이다.
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목성의 달 '유로파'에 생명체 존재할 수 있을까?
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NASA의 소행성 충돌 DART 임무, 우주 암석 재구성
- 과학자들은 미 우주항공국(NASA·나사)의 이중 소행성 방향 전환 시험(DART)의 목표 소행성이 충돌로 인해 모양이 바뀌었을 수 있다는 사실을 발견했다. 과학 전문 매체 스페이스닷컴은 지난 27일(현지시간) 소행성 디모포스(Dimorphos)와 충돌한 NASA의 DART 임무 결과, 충돌의 여파에 대한 새로운 조사에 따르면 이원 소행성계의 작은 구성 요소인 이 소행성은 느슨한 '잔해 더미' 구성을 보이는 것으로 나타났다고 전했다. 영국의 과학 전문 매체 사이키(phys.org)에 따르면 디모포스는 지구 근처 소행성 디디모스(Didymus)를 공전하는 작고 불규칙한 모양의 위성이다. NASA에 따르면 DART는 운동 충돌을 통해 우주에서 소행성의 움직임을 변화시켜 소행성 편향의 한 가지 방법을 조사하고 입증하는 최초의 임무였다. DART는 2023년 9월 26일 더 큰 우주 암석인 디디모스 궤도를 도는 소행성 디모포스와 충돌했다. 이 우주 공격의 목적은 운동 충돌이 소행성의 궤도를 더 큰 물체 주위로 바꿀 수 있는지 확인하고, 언젠가 지구와의 충돌 경로에 소행성이 떨어질 경우 이 방법을 사용하여 우주 암석을 회피할 수 있는지 검증하는 것이었다. 충돌 6개월 후, NASA는 디모포스가 더 큰 소행성 궤도를 도는 데 걸리는 시간이 33분 단축되는 등 임무가 성공적이었다고 확인했다. 충돌 후 디모포스가 디디모스 주위를 도는 데 걸리는 시간은 약 11시간 23분이 걸fuT다. 그리고 이제 새로운 연구에 따르면 이 충돌이 디모르포스의 모양에도 큰 영향을 미쳤을 수 있다. 스위스의 베른 대학교 과학자 사비나 라두칸이 이끄는 연구팀은 최첨단 컴퓨터 모델링을 사용하여 디모포스가 느슨한 잔해 더미 소행성이라는 것을 처음으로 확인했다. 이는 또한 이 소행성이 더 큰 소행성인 디디모스에서 분출된 물질로 형성되었을 수 있다는 것을 의미한다. 충돌 관측과 가장 근접하게 일치하는 시뮬레이션 결과, 디모포스는 응집력이 약하고 표면에 큰 바위가 없는 것으로 나타났다. 이 내용은 ‘네이처 아스트로노미(Nature Astronomy)’ 저널에 게재됐다. 논문에는 이 소행성의 구성과 다가오는 우주 암석으로부터 지구를 방어할 수 있는지 여부에 대한 세부 정보가 포함되어 있다. 라두칸 박사는 "DART가 디모포스에 도착하기 전에는 무엇을 기대해야 할지 몰랐다. 지구에서 너무 멀리 떨어져 있기 때문에 디모포스는 제대로 관측되지 않았다. 따라서 우리는 본질적으로 디모포스 크기의 큰 바위와 같은 모 놀리 식 물체부터 응집력이 없는 잔해 더미 또는 그 사이의 모든 것을 만날 수 있었다"며 "따라서 충격 결과는 대부분의 사람들에게 놀라움으로 다가왔지만 예상된 시나리오 중 하나였다"고 말했다. 그는 "디모포스는 소행성 류구, 베누와는 구성이 매우 다르지만 충돌에 대한 반응은 매우 비슷해 보여 놀랐다"고 밝혔다. 이어 "이 모든 소행성에서 분화구는 저중력, 저응집성 체제에서 발생하며, 분화구는 발사체보다 몇 배 더 커진다고 설명했다. 또한 연구팀의 계산에 따르면, DART 충돌은 단순히 충돌 분화구를 만든 것이 아니라 디모포스를 완전히 재구성한 것으로 보인다. 연구팀의 시뮬레이션 결과, DART 충돌로 인해 디모포스 질량의 0.5%에서 1%가 분출된 반면, 질량의 8%는 재분배되어 소행성이 크게 재형성되고 표면이 다시 형성된 것으로 나타났다. 라두칸은 이러한 연구 결과는 작은 소행성의 구조적 무결성과 충돌에 대한 반응이 내부 구성과 구성 물질의 분포에 크게 영향을 받는다는 것을 시사한다고 덧붙였다. 연구팀의 연구 결과는 과학자들이 디모포스와 디디모스 소행성계를 더 잘 이해하고 태양계 내 다른 쌍성 소행성의 역학을 해부하는 데 도움이 될 수 있다. 라두칸은 "이번 연구에서 밝혀진 디모포스의 물질적 특성과 구조는 작은 달이 디디모스에서 회전 질량을 흘려보내고 재축적하여 형성되었을 가능성이 있음을 시사한다"고 말했다. 그는 "이러한 발견은 우리 태양계에서 유사한 이원계의 유병률과 특성에 대한 단서를 제공하여 형성 역사와 진화에 대한 더 넓은 이해에 기여한다"고 덧붙였다. 소행성 임무는 극도로 어려운 작업이다. 행성이나 달에 비해 상대적으로 작은 크기는 우주선 착륙과 샘플 채취에 필요한 충분한 중력이 없는 것을 의미하기 때문이다. 하지만 NASA는 최근 소행성 임무에 적극적으로 나서고 있다. 일본 우주국(JAXA)의 하야부사-2(Hayabusa-2) 임무는 2018년 소행성 류구(Ryugu)에 도달했고, 같은 해 NASA의 오시리스-렉스(Osiris-Rex) 임무는 소행성 베누(Bennu)와 만났다. 하야부사 임무는 표면에 접근하여 작은 발사체를 발사해 표면 잔해를 수집했다. 그러나 DART 임무는 기존 임무와는 차별화된다. 소행성 물질 샘플을 지구로 가져오는 것이 아니라, 고속으로 우주 암석에 충돌하여 파괴하는 것이 목표였다. 소행성과의 고속 충돌은 놀라운 수준의 정밀도를 요구한다. DART의 목표였던 디모포스는 실제로 두 개의 소행성이 서로를 도는 이중 소행성 시스템의 일부였다. 이 시스템은 '쌍성(binary)'이라고 불리며, 더 큰 디디무스와 달 역할을 하는 디모포스로 구성된다. 디디무스는 지름 약 780m(2560피트)의 아폴로 소행성으로 분류되는 근지구천체다. 이는 서울 롯데월드타워 높이의 약 2.5배 정도에 해당한다. 2022년 9월 26일, NASA의 DART 임무는 디디무스에 충돌하여 궤도를 변경하려는 시도를 성공적으로 수행했다. 디모포스에 대한 시뮬레이션은 DART의 충돌로 인해 소행성에서 매우 큰 분화구를 볼 수 있을 것으로 예상했지만 실제로는 소행성의 모양이 변경되었을 가능성이 더 높다는 것을 보여준다. 이 시뮬레이션은 약 50억kg의 소행성과 질량 580kg의 충돌이었다. 쉽게 말하면, 개미가 버스 두 대를 치는 것과 같다. 게다가 우주선은 초당 약 6km를 이동하고 있다. 소행성 디모포스의 관찰을 바탕으로 한 시뮬레이션 결과, 소행성은 이제 디디무스 주위를 이전보다 33분 느리게 공전하는 것으로 나타났다. 궤도는 11시간 55분에서 11시간 22분으로 늘어났다. 디모포스 핵의 운동량 변화도 직접적인 충격에서 예상되는 것보다 더 높아 처음에는 불가능해 보일 수 있다. 그러나 소행성은 중력에 의해 서로 결합된 느슨한 잔해로 구성되어 매우 약하게 구성되어 있다. 그 충격으로 인해 디모포스에서 많은 물질이 날아갔다. 이 물질은 이제 충격의 반대 방향으로 이동하고 있다. 이것은 반동처럼 작용해 소행성의 속도를 늦춘다. 과학자들은 디모포스에서 떨어져 나온 반사율이 높은 모든 물질을 관찰함으로써 소행성에서 손실된 물질의 양을 추정할 수 있다. 그 결과는 약 2000만kg으로, 이는 연료를 가득 채운 아폴로 시대의 새턴 V 로켓 6개에 해당한다. 모든 매개변수(질량, 속도, 각도 및 손실된 재료의 양)를 함께 결합하고 영향을 시뮬레이션함으로써 연구원들은 답에 대해 상당히 확신을 가질 수 있었다. 디모포스에서 나오는 물질의 입자 크기뿐만 아니라 소행성의 응집력이 제한되어 있고 표면이 작은 충격에 의해 지속적으로 변경되거나 모양이 변경되어야 한다는 점에 대해서도 확신을 갖고 있다. 최근 지구에 발생한 중요한 영향으로는 2013년 러시아 첼랴빈스크(Chelyabinsk) 상공에서 떨어진 유성우가 있다. 더 먼 기록으로는 1908년 시베리아 외딴 지역 상공의 악명 높은 퉁구스카(Tunguska) 충돌이 있다. 이는 6600만년 전 지구를 강타했을 때 공룡을 멸종시킨 10km 물체와 같이 대량 멸종을 일으킬 수 있는 종류의 사건은 아니지만, 첼랴빈스크와 퉁구스카는 가능성이 매우 높은 충돌이었다. 러시아 영토에 떨어진 거대한 운석 충돌인 첼랴빈스크와 퉁구스카 두 사건 모두 엄청난 규모의 에너지를 방출하며 광범위한 피해를 입혔다. 한편, DART 임무의 비용은 3억2400만 달러(약 4325억원)로 우주 임무로서는 낮은 수준이다. 개발 단계가 완료되면 지구 쪽으로 향하는 소행성의 방향을 바꾸는 유사한 임무를 더 저렴하게 발사할 수 있다. 가장 큰 변수는 경고 시간이다. DART가 디모포스에 충돌했을 때 관찰된 30분 궤도 변화는 소행성이 지구에 매우 가까울 경우 큰 효과를 기대하기 어렵다. 하지만, 태양계 외부와 같은 먼 곳에서 물체 경로를 예측하고 작은 변화를 줄 수 있다면 소행성의 경로를 지구로부터 충분히 멀어지게 할 수 있다. 미래에는 소행성 임무가 더욱 활발하게 이루어질 것으로 예상된다. 이는 과학적 관심뿐만 아니라 소행성에서 물질을 쉽게 제거할 수 있다는 점에서 민간 기업의 채굴 관심도를 높일 수 있기 때문이다.
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NASA의 소행성 충돌 DART 임무, 우주 암석 재구성
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[퓨처 Eyes(25)] 지구 저궤도에 야구 공 크기 물체 3만 개 떠다닌다⋯우주 쓰레기, 인류 미래 위협
- 지구 상공에 위성을 포함해 약 3만 개의 물체가 돌고 있는 것으로 나타났다. 천문학자들은 스푸트니크 발사 이후 약 70년이 지난 현재 수많은 기계가 우주를 날아다니면서, 이들 공해 물질로 인해 지상 망원경으로 다른 은하계를 연구하는 것이 불가능해질까 우려하고 있다. CNN은 지난 21일 더 큰 문제는 우주 쓰레기라며 야구공 크기 이상의 약 3만 개의 물체가 지구 상공 수백 마일에 걸쳐 총알의 10배 속도로 날아다니고 있다고 전했다. 1957년 10월 4일, 러시아 스푸트니크(Sputnik) 1호 인공위성이 로켓에 실려 우주를 향해 날아갔다. 무게 약 83㎏의 금속구 형태의 스푸트니크 1호는 타원형의 지구 제궤도로 발사한 세계 최초의 인공위성이었다. 당시 미소 냉전 시대에 쏘아 올린 이 위성은 이후 인류의 우주시대와 우주경쟁의 방아쇠를 당겼다. 미 국립해양대기국(NOAA)은 최근 최초로 고공 항공기로 성층권 시료를 채취해 새로운 과학적 사실을 발견했다. 이에 따르면 영리적인 우주 경쟁은 측정 가능한 방식으로 하늘을 변화시키고 있으며 오존층과 지구 기후에 잠재적으로 해로운 결과를 초래할 수 있다. NOAA 화학 과학 연구소의 연구 물리학자인 토리 손베리(Troy Thornberry)는 지구 저궤도를 돌고 있는 우주 쓰레기를 포함한 물체에 대해 "우리는 인간 우주 교통의 지문을 성층권 에어로졸에서 볼 수 있다"고 말했다. 그는 "우리는 이전에는 없었던 많은 물질을 성층권에 추가하는 것을 고려하고 있으며, 우리가 우주에 넣는 물질의 순수 질량도 고려하고 있다"고 덧붙였다. 연구에 따르면 현재 상층 대기의 입자 중 10%는 궤도를 벗어나고 불타는 로켓이나 위성에서 나온 금속 조각을 포함하고 있다. 보고서는 인류가 위성에서 내려오는 정보에 점점 더 의존하게 되면서 향후 수십 년 동안 인공 쓰레기가 성층권 에어로졸의 50%를 차지하게 될 것이라고 예측했다. 우주 탐사선, 새로운 화석 연료 배출물 추가 이러한 변화가 오존층에 어떤 영향을 미칠지는 불확실하지만 이미 위기에 처한 기후 시스템에 대한 영향은 복잡하다. 미 항공우주국(NASA·나사)의 스페이스 셔틀에서 사용된 고체 로켓 부스터에서 스페이스X 로켓의 연료를 케로신으로 전환한 것은 모든 로켓 발사 시 엄청난 양의 새로운 화석 연료 배출물을 추가했다. 오래된 위성들이 궤도 이탈 과정에서 연료로 인한 쓰레기 구름을 만들고 있다. NASA 관계자들은 지구를 둘러싼 우주 쓰레기를 나타내는 점들은 크기가 정확하지 않지만 "매년 혼잡 상태는 악화되고 있다"고 말했다. 과학자들은 결국 지구는 지구 고유의 가시적인 고리를 갖게 될 것이라고 이론화했다. 다른 몇몇 행성처럼 얼음과 우주 암석 조각 대신 이 고리는 우주 쓰레기로 만들어질 것이라는 경고다. 손베리는 CNN에서 "우리는 수천 개의 위성으로 구성된 별자리를 말한다. 각각 1톤 정도 무겁고 지구로 떨어질 때 운석처럼 작용한다"고 말했다. 현재 궤도 상공에 8300개 이상의 위성이 있으며 앞으로 얼마나 많은 위성이 추가될지에 대한 예측은 크게 달라진다. 300개 이상의 상업 및 정부 기관은 2030년까지 47만8000개의 위성을 발사할 계획이라고 발표했지만 이 수치는 과대추정이라는 지적이 이어지고 있다. 미국 정부 책임부는 향후 6년 동안 5만8000개의 위성이 발사될 것이라고 예측했다. 다른 분석가들은 궤도에 진입할 가능성이 있는 수치는 2만 개 보다 훨씬 적다고 추정했다. 케슬러 증후군 스푸트니크 발사 이후 미국과 구소련은 우주 탐사 경쟁을 벌였다. 미국 우주 비행사 닐 암스트롱은 1969년 7월 인류 최초로 달에 발을 디디기에 이르렀다. 1979년 NASA 과학자 도널드 케슬리(Donald Kessler)가 "인공 위성의 충돌 빈도: 쓰레기 벨트의 생성"이라는 제목의 논문을 발표하기 전까지는 거기 도달하기 위해 만들어진 궤도 쓰레기는 거의 고려되지 않았다. 궤도 쓰레기 교통 체증은 '케슬러 증후군'에 대한 두려움을 다시 불러일으켰다. 영화 '그래비티'(2013년)에서 묘사된 케슬러 증후군은 지구 궤도가 너무 혼잡해져서 결국 더 많은 쓰레기가 발생해 더 많은 충돌을 초래하고, 발사가 불가능해지는 악순환이 만들어질 것이라는 우려를 간결하게 표현한 용어다. 궤도 쓰레기 무려 1억 개 전체적으로 연필심 크기의 인공 쓰레기가 1억 개 이상 궤도를 돌고 있으며 이는 우주 사업에서 발생하는 주요 위험이다. NASA에 따르면, 최소 야구공 크기의 물체 약 2만5000개와 훨씬 더 작은 물체를 포함하면 1억 개 이상이 지구를 돌고 있다. 하늘에는 최대 총알 속도의 10배까지 이동할 수 있는 9000톤의 쓰레기가 떠다니고 있어, 로켓 및 장비 발사는 재앙적인 결과를 초래할 수 있다고 관계자들은 경고했다. 전문가들은 저궤도에서는 심지어 작은 쓰레기 조각이 시속 3만7000km 이상의 속도로 우주를 통과하여 국제 우주 정거장(ISS)의 창문을 깨뜨릴 수도 있다고 지적했다. 스페이스X는 최근 3만개의 스타링크 위성을 추가로 투입하기 위해 신청했으며, 현재 이미 5000개 이상의 대형 물체가 소유한 위성이다. 2023년 가디언 보고서에 따르면, 통제되지 않는 우주 쓰레기가 지속적으로 늘면서 천문학자들은 빛 공해로 인해 망원경으로 밤하늘을 관측하는 데 방해를 받고 새로운 발견을 하는 능력이 저하될 수 있다고 우려하고 있다. 또한, 더 많은 위성이 민감한 천문 관측 장비와 라디오 방해를 일으킬 수 있다는 우려도 있다. 론 로페즈는 CNN에 "10년 전에는 우리 창립자가 우주 쓰레기 이야기를 하다니 미쳤다고 생각했다"고 말했다. 로페즈는 '궤도 쓰레기 제거'라는 새로운 사업분야에서 시장 점유율을 경쟁하는 일본 기업 아스트로스케일(Astroscale)의 미국 지사 사장이다. 그는 "하지만 지금은 우주 지속 가능성과 쓰레기 문제에 대한 패널이나 일련의 강연 없이는 우주 컨퍼런스에 참석할 수 없다"고 전했다. 로페즈는 자신의 회사가 쓰레기 트럭, 궤도 재활용 센터 및 '우주 순환 경제'를 구축하는 데는 아직 거리가 멀다고 인정하지만, 아스트로스케일은 2022년 강력한 자석을 장착한 위성을 사용해 동일한 3년 임무에서 발사된 이동 목표물을 포착했다. 그는 "이것은 도킹 및 다른 위성과의 랑데뷰를 수행하는 데 필요한 많은 기술을 시연한 최초의 상업적으로 자금이 조달된 우주선이었다. 우리는 이들을 이동시키고, 결국에는 연료를 보급하거나, 어떤 경우에는 쓰레기 문제를 해결하기 위해 궤도를 이탈시킬 수도 있다"고 말했다. 지난 2월 18일 항공우주 회사 로켓 랩(Rocket Lab)이 뉴질랜드에서 발사한 두 번째 아스트로스케일 임무는 우주 쓰레기를 자세히 조사할 예정이다. 일본 정부와 민간 기업이 공동으로 추진하는 우주쓰레기 제거 기술 개발 프로젝트 ADRAS-J는 2009년 저궤도에 남겨진 로켓 단계의 움직임을 관찰할 계획이다. 2023년 11월 22일 발사된 ADRAS-J 위성은 2024년 2월 22일 목표 쓰레기와 성공적인 랑데뷰를 마쳤다. 아스트로스케일의 임무는 카메라와 센서를 사용하여 로켓 쓰레기를 연구하고 궤도에서 제거하는 방법을 파악하는 것이다. 일본 목조 위성 제작 한편, 올 여름 일본과 NASA 과학자들이 대부분 목재로 만든 세계 최초의 생분해 위성을 발사할 때 예정이다. 이는 스푸트니크 이후 참으로 작은 한 걸음이다. 일본의 과학자들이 우주 오염 문제에 대응하기 위해 세계에서 가장 독특한 우주선 중 하나를 개발했다. 이는 목재로 제작된 소형 위성 리그노샛(LignoSat)으로, 목련 나무를 사용해서 제작됐다. 지난 18일 야후에 따르면, 커피 머그잔 크기의 소형 리그노샛 위성은 국제 우주 정거장에서 실시된 실험에서 안정성과 균열 저항성이 뛰어난 것으로 확인됐다. 교토 대학과 스미토모 임업(Sumitomo Forestry)의 연구팀은 생분해성 재료인 목재를 사용하여 현재 금속으로 제작되는 위성에 대한 환경친화적인 대안을 모색하기 위해 이 위성을 제작했다. 교토 대학의 일본 우주 비행사이자 항공 우주 공학자인 타카오 도이(Takao Doi) 교수는 지구 대기권으로 재진입하는 위성이 연소되면서 작은 알루미나 입자를 생성하고, 이 입자들이 대기 상층부에 오랜 기간 동안 머물면서 결국 지구 환경에 영향을 미친다고 설명했다. 올해 여름, 이 목재 위성은 미국의 로켓에 실려 우주로 발사될 예정이다. 매년 약 2000개 이상의 우주선이 발사될 것으로 예상되는 가운데, 재진입 시 연소되면서 대기 상층부에 침착될 수 있는 알루미늄 사용은 곧 심각한 환경 문제를 초래할 수 있다. 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학의 과학자들이 실시한 최근 연구에 따르면, 인공위성이 재진입할 때 알루미늄이 오존층에 심각한 피해를 입힐 수 있으며, 지면으로 도달하는 햇빛의 양에도 영향을 미칠 수 있다는 우려가 제기됐다. 하지만, 리그노샛과 같은 목재로 만들어진 위성의 경우, 이러한 문제가 발생하지 않는다. 임무를 마친 후 대기권으로 재진입하며 연소될 때, 오직 생분해성 재료의 미세한 입자만을 생성한다. 한국, 포획 위성 개발 착수 한국 정부는 임무를 완수한 후 우주에서 떠도는 국내 위성들을 회수하여 지구 대기권으로 다시 진입시켜 소멸시키는 '위성 포획' 프로젝트에 착수한다. 과학기술정보통신부는 지난 27일 '우주 물체의 능동적 제어를 위한 선행 기술 개발 사업'의 온라인 설명회에서, 이 기술을 적용한 소형 위성을 개발하고 이를 2027년에 발사 예정인 누리호를 통해 실제 우주에서 테스트할 계획이라고 발표했다. 우주 물체의 능동적 제어 기술은 위성이나 소행성과 같은 우주물체에 접근해 로봇 팔이나 그물을 사용해 이들의 위치나 궤도를 조정하는 기술이다. 이 기술은 우주에서 임무를 마친 채 우주 쓰레기로 전락한 위성들을 포획하여 지구 대기권으로 안내해 소각 처리하는 데 활용될 수 있으며, 최근에는 위성에 연료를 추가로 공급하거나 수리를 진행하고, 궤도를 변경하여 임무 기간을 연장하는 등의 다양한 용도로 관심을 받고 있다. 과기정통부가 공개한 과제 제안요구서(RFP)에 따르면 이번 프로젝트의 목표는 능동적 제어 기술, 특히 위성 포획 및 지구로의 재진입 기능을 갖춘 500kg 미만의 소형 위성을 개발하여 2027년 누리호의 6차 발사 때 이를 실증하는 것이다. 이 기술은 2027년 기준으로 지구 상공 500km에 위치한 우리별 1, 2, 3호, 과학기술 위성 1호, 국내 대학들의 큐브위성 등의 우주 잔해물을 포획하여 지구 대기권으로 안내해 소멸시키는 능력을 우주에서 직접 검증하는 것을 목적으로 한다. 이 프로젝트에는 2028년까지 총 447억 원의 예산이 할당되어 있으며, 프로젝트 첫 해인 올해에는 25억 원이 투입될 예정이다. 지구, 바다, 그리고 이제는 우주에서도 오염 위기가 분명하게 드러나고 있으며, 우주 쓰레기 문제를 해결하기 위한 국제 협력이 필요한 시기다.
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[퓨처 Eyes(25)] 지구 저궤도에 야구 공 크기 물체 3만 개 떠다닌다⋯우주 쓰레기, 인류 미래 위협
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애리조나 배린저 운석 구덩이, 빠르게 회전하는 소행성이 만들어낸 신비로운 지형
- 미국 애리조나의 배린저(Barringer Crater) 운석 구덩이는 빠르게 회전하는 소행성이 만들어 낸 결과물이라는 분석이 나왔다. 지구는 달이나 화성과 같이 충돌 흔적이 드물다. 이는 지구를 중간권에서 보호하는 대형 운석체로 인한 것이다. 그렇지만 완전히 충돌이 불가능한 것은 아니다. 최근의 충돌 사례 중 하나는 애리조나 북부 사막지역 플래그스태프 동쪽으로부터 약 37마일 떨어진 곳에 위치한 배린저 충돌지다. 이 충돌지는 약 5만년 전에 형성되었지만, 건조한 환경 덕분에 충돌 현장이 놀랍도록 잘 보존되어 있다. 산업 관련 매체 파퓰러 메카닉스(popularmechanics)는 지난 26일(현지시간)에 브라질 캠피나스 대학교의 과학자들이 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 미국 애리조나 북부 사막 지역의 배린저 운석 구덩이를 분석한 결과에 대해 보도했다. 배린저 운석 구덩이는 미국 애리조나 주 윈슬로 시의 서쪽에 있는 거대한 운석 구덩이로, 직경은 약 1.2km이며, 깊이는 200m, 낙하한 운석의 직경은 약 100m로 추정된다. 연구팀은 논문에서 "다양한 결합 응력, 초기 회전 속도, 초기 높이에서 회전하는 입자 발사체가 응집력 없는 입자와 충돌하는 이산 요소 방법 계산을 수행했다"며 "우리의 연구 결과는 발사체 물질의 분산과 지구 및 다른 행성 환경에서 발견되는 다양한 충돌구 모양을 밝혀준다"고 말했다. 충돌구는 모두 동일한 형태를 띠지 않는다. 일부는 깊고 좁으며(충돌구 내부에는 다양한 지형이 존재함), 다른 일부는 배린저 운석 구덩이처럼 넓고 얕다. 일반적으로 우리가 충돌 현장으로 알고 있는 모습이다. 연구팀은 이러한 다양한 구멍 형성 과정을 이해하기 위해 2000개의 작은 구체로 이루어진 가상 발사체를 사용해 시뮬레이션을 만들었다. 이 디지털 우주 쓰레기는 그 다음 지구 표면을 대신하는 입자층에 떨어뜨렸다. 이 과정을 통해 연그팀은 빠르게 회전하는 소행성이 배린저 운석 구덩이와 유사하게 넓고 얕은 지형을 형성한다는 것을 발견했다. 야구 용어를 빌려 설명하자면, 캐년 디아블로라는 별명을 가진 운석은 스핀이 없는 빠른 공(fastball)보다는 악한 커브볼(curveball)에 더 가깝다고 할 수 있다. 캐년 디아블로는 애리조나 북부의 투 건스 근처에 있는 협곡이다. 그러나 캐년 디아블로를 형성한 구성 암석은 느슨하게 결합되어 있었으며, 운석이 지표에 충돌할 때 일부 충돌 에너지가 암석 간 결합을 깨트리는 데 사용됐다. 암석 조각들은 흩어졌지만, 충돌 에너지는 적었고 깊이까지 파고들지는 않았다. 빠르게 회전하는 소행성은 보다 깊은 충돌구를 형성할 수 있지만, 배린저 운석 구덩이와 달리 구성물은 단단하게 결합되어 있어야 한다. 배린저 운석 구덩이는 세계적으로, 심지어 미국 내에서도 유일한 커브볼 충돌 지형이 아니다. 공룡이 지구를 걷던 1억 년 전에 형성된 테네시 주 게인즈버로의 플린 크리크 충돌구도 비슷한 커브볼 유형의 운석에 의해 생성되었을 가능성이 높다. 태양계 전체에는 다양한 '투구' 특성을 지닌 충돌 지형이 너무 많아서 우주는 최소한 명예 투수상(Cy Young Award, 사이영 상) 후보라고 할 수 있다. 운석의 충돌 과정은 운석의 속도, 회전 속도, 구성 물질의 결합 강도 등에 따라 충돌구 형태가 달라진다. 빠르게 회전하는 소행성은 주로 넓고 얕은 충돌구를 만들 가능성이 높으며, 구성물이 단단하게 결합된 경우 더 깊은 충돌구가 형성될 수 있다.
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애리조나 배린저 운석 구덩이, 빠르게 회전하는 소행성이 만들어낸 신비로운 지형
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[신소재 신기술(7)] 스위스 연구팀, 혁신적 사족 로봇 개발⋯최첨단 조작 작업 수행
- 스위스 연구팀이 사족 로봇이 다리만을 사용하여 최첨단 조작 작업을 수행할 수 있는 컨트롤러 '페디풀레이트(Pedipulate)'를 개발했다. 크립토폴리탄은 지난 26일(현지시간) 스위스 ETH 취리히 로봇 시스템 연구소의 연구팀이 과학 논문 온라인 저장소 아카이브(arXiv) 서버에 발표한 연구에서 사족 로봇이 다리를 사용해 복잡한 조작 작업을 수행할 수 있는 혁신적인 컨트롤러인 페디풀레이트를 개발했다고 보도했다. 페디풀레이트는 '다리를 사용하여 조작하다'라는 뜻을 가진 단어로, 사족 로봇이 다리를 사용하여 복잡한 조작 작업을 수행할 수 있도록 지원하는 혁신적인 컨트롤러다. 이 개발은 로봇 공학 분야의 중요한 도약을 의미하며, 전통적인 검사 역할 외에도 유지 보수, 가정 지원 및 탐험 활동에서 다리 로봇의 활용 가능성을 보여줬다. 로봇 공학의 격차 해소 「사족 로봇의 다리 이용 조작: 페디풀레이트(Pedipulate)」라는 제목의 이 연구는 조작을 위해 추가 로봇 팔을 필요로 하는 기존의 사족 로봇 설계에 도전했다. 기존 설계는 전력 소비와 기계적 복잡성을 증가시킨다는 설명이다. 연구팀은 사족 동물을 관찰하면서 로봇의 다리를 이동과 조작에 활용함으로써 로봇 시스템을 크게 단순화하고 비용을 절감할 수 있다는 가설을 세웠다. 페디풀레이트는 특히 우주 탐사와 같이 크기와 효율성이 중요한 분야에서 유용하다. 페디풀레이트는 딥 강화 학습을 통해 훈련되며 신경망을 사용하여 발 위치 목표를 추적한다. 이는 로봇 발과 목표 지점 간의 거리를 최소화하는 동시에 갑작스러운 움직임이나 충돌과 같은 바람직하지 않은 'bewegt(베베크트, 움직임)'를 제어한다. 이 컨트롤러는 12개의 토크 제어 관절과 각 발에 힘-토크 센서가 장착된 '애니멀 D(ANYmal D)' 로봇에서 테스트되었으며, 실제 상황에서 다리 기반 조작의 실현 가능성을 입증했다. 정밀성과 적응력 평가 컨트롤러의 성능은 시뮬레이션 및 실제 환경에서 엄격하게 평가됐다. 이는 넓은 작업 공간에 도달하는 뛰어난 능력을 보여주었으며, 시뮬레이션에서 평균 추적 오차는 0.037 미터, 실제 응용 프로그램에서 근거리 목표의 경우 0.057 미터에 달했다. 이러한 정밀도를 통해 로봇은 작업별 적응 없이 문 열기부터 암석 샘플 채취까지 다양한 작업을 수행할 수 있다. 페디풀레이트의 주요 혁신 중 하나는 적응적 명령 생성을 위한 교육 과정이다. 이 방식을 통해 로봇은 삼족 보행을 사용하여 높은 곳에 위치한 먼 거리의 목표물에 접근할 수 있다. 이 접근 방식은 로봇의 이동성을 향상시키고 명령이 고정된 로컬 제어 프레임에서 정의되기 때문에 사용자에게 더 직관적인 제어 경험을 제공한다. 결과적으로 운영자는 로봇의 움직임을 보다 손쉽게 지시하고 안내할 수 있다. 척박한 외부 환경서 작동 페디풀레이트는 다양한 분야에서 사족 로봇의 활용 가능성을 열어준다. 산업 환경에서 이 로봇은 기계 검사 및 운영과 같은 유지 보수 작업을 수행할 수 있다. 또한 가정 지원을 위해 물건 가져오기, 가전 제품 열기, 가구 재배치를 수행할 수 있다. 더욱이, 험난한 지형에서 물체를 탐색하고 조작하는 능력은 지구나 다른 행성에서 탐사 임무를 수행하는 데 적합하다. 페디풀레이트 컨트롤러는 미끄러운 표면이나 예상치 못한 힘과 같은 외부 환경에 대해 강하다. 이동과 조작을 매끄럽게 통합함으로써 이 컨트롤러는 전례 없는 효율성과 안정성을 갖춘 보다 자율적이고 다재다능한 로봇 보조 도구의 길을 열었다. 로봇 공학의 미래 로봇 공학이 계속 발전함에 따라 페디풀레이트를 개발한 스위스 연구팀의 혁신은 인간 삶의 질을 향상시키는 데 있어서 기계의 성장하는 능력을 강조했다. 이는 유지 보수, 지원 및 탐색 작업에서 가능한 일의 경계를 넓히는 역할을 한다. 이 연구 결과는 로봇 공학 분야에 크게 기여하며 로봇이 우리 일상과 작업 공간에서 더욱 중요한 역할을 수행할 수 있는 미래를 엿볼 수 있게 한다. 사족 로봇의 잠재력을 보여주는 획기적인 기술인 페디풀레이트는 다양한 분야에서 인간의 삶을 개선하는 데 기여할 것으로 기대된다. ETH 취리히 로봇 시스템 연구소의 필립 암(Philip Arm), 마얀크 미탈(Mayank Mittal), 헨드릭 콜벤바흐(Hendrik Kolvenbach), 마르코 후터(Marco Hutter)가 수행한 이 작업은 오는 5월 일본에서 열리는 'IEEE 국제 로봇 및 자동화 회의(ICRA 2024 )'에서 발표될 예정이다.
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[신소재 신기술(7)] 스위스 연구팀, 혁신적 사족 로봇 개발⋯최첨단 조작 작업 수행
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우주 먼지, 지구 생명 탄생에 결정적인 역할
- 우주 먼지가 생명에 필요한 성분을 지구에 전달해 생명의 탄생에 결정적인 역할을 했을 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 지구에는 생명의 기원에 중요한 인, 황 등의 원소가 부족하지만, 우주 먼지는 이러한 원소가 풍부하다. 과거에는 운석이나 소행성 충돌 등을 통해 이러한 원소가 전달되었다는 주장이 있었지만, 이는 지속적인 공급을 설명하지 못했다. 영국 과학 기술 전문지 뉴 사이언티스트(NewScientist)는 19일(현지시간) 케임브리지 대학의 크레이그 월튼(Craig Walton) 연구팀은 빙하가 우주 먼지를 가두고 생명체에 필요한 요소가 풍부하게 축적될 수 있는 환경을 제공해 지구의 생명 탄생에 중요한 역할을 했다는 연구 결과를 발표했다고 보도했다. 연구팀은 빙하가 우주 먼지를 가두는 데 탁월한 능력을 지녔다고 밝혔다. 빙하는 방대한 양의 먼지를 흡수하고 보관할 수 있으며, 육지 먼지로 인한 오염이 거의 없기 때문에 생명체 발생에 필요한 순수한 환경을 제공한다고 주장했다. 또한 우주 먼지가 빙하에 떨어지면 햇빛을 흡수하여 열을 발생시키는데 이 열에 의해 빙하가 녹아 작은 구멍이 생기고, 이 구멍은 마치 먼지를 가두는 함처럼 작동한다. 시간이 지남에 따라 쌓인 먼지는 빙하 가장자리에 있는 연못으로 흘러 들어간다. 이 연못은 우주 먼지가 제공하는 다양한 영양소와 빙하의 깨끗한 환경이 결합된 생명체 발생에 최적의 장소가 됐다는 설명이다. 월튼의 연구팀은 이번 연구에 대해 "우리의 연구는 빙하가 단순히 얼음덩어리 이상의 의미를 가진다는 것을 보여준다. 빙하는 생명체 발생에 필요한 요소를 모으고 보호하는 역할을 했을 가능성이 높다"라며 "이 연구는 생명체가 어떻게 발생했는지에 대한 새로운 가능성을 제시하며, 앞으로 더 많은 연구를 통해 빙하가 지구 생명의 기원에 어떤 역할을 했는지 밝혀낼 수 있을 것이다"라고 덧붙였다. 이 연구는 초기 지구 환경과 생명의 기원에 대한 새로운 가능성을 제시하지만, 아직 검증해야 할 부분도 많다. 과학자들은 초기 지구에 빙하가 얼마나 흔했는지에 대한 논쟁도 있다. 전문가들은 이 연구가 초기 지구 환경과 생명의 기원에 대한 새로운 가능성을 제시한다고 평가 하지만 아직 검증해야 할 부분도 많으며, 초기 지구에 빙하가 얼마나 흔했는지에 대한 논쟁도 있다. 이 연구는 앞으로 더 많은 연구를 통해 검증될 필요가 있다. 이 연구의 중요성은 우주 먼지가 지구 생명의 기원에 중요한 역할을 했을 수 있다는 새로운 가능성을 제시했다는 점이다. 이는 생명체가 어떻게 발생했는지에 대한 우리의 이해를 바꿀 수 있는 중요한 발견이다. 앞으로 더 많은 연구를 통해 이 연구의 결과가 검증될 필요가 있다.
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우주 먼지, 지구 생명 탄생에 결정적인 역할
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