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2025-06-16 (월)

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[우주의 속삭임(118)] 화성 대기 탈출 현상 '스퍼터링', 사상 첫 직접 관측

미국과 프랑스의 우주과학 연구진이 화성에서 '대기 스퍼터링(atmospheric sputtering)' 현상을 사상 처음으로 직접 관측했다. 이는 화성 초기 존재했던 물이 사라진 이유에 대한 답이 될 수 있어 주목받고 있다. 미국 항공우주국(나사·NASA)은 29일(현지시간) 공식 홈페이지를 통해, 화성탐사선 '메이븐(MAVEN)'이 10년에 걸쳐 수집한 데이터를 분석한 결과, 태양풍에 의해 화성 대기가 우주로 탈출하는 스퍼터링 과정을 처음으로 실시간 확인했다고 발표했다. 연구진은 화성 상공 약 350km 지점의 아르곤(Ar) 밀도가 태양풍의 방향과 전기장 변화에 따라 달라지는 반면, 지표면 근처에서는 아르곤 밀도가 거의 일정하게 유지된다는 사실을 포착했다. 이 같은 고도별 차이는 고에너지 태양풍 입자가 화성 대기 분자에 충돌해 우주로 날려 보내는 스퍼터링 현상이 실제로 일어나고 있음을 뒷받침하는 결정적 단서로 해석됐다. 스퍼터링은 행성 자기장이 약하거나 없을 경우 태양풍에 포함된 이온이 대기 입자를 직접 때려 우주로 방출시키는 현상이다. 자기장이 지구처럼 강하게 형성되지 않은 화성은 이 같은 대기 손실 메커니즘에 매우 취약하다. 콜로라도 볼더 대학교 대기 및 우주 물리학 연구소의 MAVEN 수석 연구원이자 이 연구의 주저자인 섀넌 커리 박사는 화성 대기 스퍼터링 현상에 대 "수영장에서 대포알을 던지는 것과 같다"고 비유했다. 그는 "이 경우 대포알은 무거운 이온이 대기에 매우 빠르게 충돌하여 중성 원자와 분자를 튀기는 것"이라고 설명했다. 특히 연구진은 태양 폭풍이 발생할 때 대기 중 아르곤 밀도 차이가 더욱 뚜렷해졌다는 점에 주목했다. 고고도에서는 가벼운 아르곤 동위원소가 사라지고, 무거운 동위원소만 남는 경향이 지속적으로 관측됐다. 이는 현재 시점에서도 화성에서 스퍼터링이 활발하게 일어나고 있다는 것을 의미한다. 이번 연구는 스퍼터링이 화성의 기온 저하와 건조한 환경, 나아가 표면 물 손실에 결정적 역할을 했다는 기존 가설을 뒷받침하는 과학적 증거로 평가된다. 연구진은 이를 입증하기 위해 메이븐 탐사선에 탑재된 태양풍 이온 분석기, 자력계, 중성 가스 및 이온 질량 분석기 등 3가지 계측 장비를 활용해, 화성의 낮과 밤, 고·저고도 전 구간에서 동시에 정밀 측정을 수행했다. 이러한 관측은 몇 년에 걸쳐 진행됐으며, 다양한 조건에서 데이터를 확보해 정확성을 높였다. 수집된 데이터로 과학자들은 태양풍과 스퍼터링의 관계를 정밀하게 반영한 아르곤 분포 지도를 새롭게 제작했다. 이 지도는 고에너지 입자가 어디서 대기와 충돌해 아르곤을 탈출시키는지를 정확히 보여준다. 특히 스퍼터링 속도는 이전 예측보다 4배 빠르게 진행 중이며, 태양 폭풍 시기에는 그 속도가 더욱 가속화되는 것으로 나타났다. 커리 박사는 "이번 결과는 스퍼터링이 화성 대기 손실과 물의 역사에 중대한 영향을 끼쳤음을 보여준다"며, "초기 화성은 지금보다 훨씬 강한 자외선에 노출돼 있어 스퍼터링도 훨씬 격렬하게 일어났을 가능성이 크다"고 설명했다. 연구진은 "이 같은 대기 손실이 누적되면서 화성 표면의 물과 대기가 오랜 시간에 걸쳐 소실됐을 것"이라고 덧붙였다. NASA는 "이 연구는 과거 화성의 물 존재 가능성과 거주 환경 조건을 이해하는 데 핵심적인 자료가 될 것"이라고 평가했다. 이번 성과는 국제학술지 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 게재됐다.
- 포커스온
2025-06-01 10:23:00
[신소재 신기술(139)] 중국, 소행성 탐사용 고양이 닮은 4족 로봇 개 개발

중국 연구원들이 소행성의 울퉁불퉁하고 중력이 낮은 표면을 뛰어넘을 수 있는 인공지능(AI) 기반 로봇 개를 제작했다. 하얼빈 공업대학 연구진은 고양이가 몸을 비틀고 발로 착지하는 능력에 영감을 받아 강화 학습을 이용한 소행성 탐사용 4족 로봇 개를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링이 보도했다. 중국의 한 온라인 매체에 따르면 이 로봇은 네 다리를 무거운 안정화 하드웨어에 의존하는 대신 '모델 없는' 제어 시스템을 사용해 동작을 조정한다. 이러한 설계 덕분에 로봇은 공중에서 자세를 조정하고 기울기를 수정하며 방향을 바꿀 수 있다. 이는 작은 천체를 탐사하는 방식을 변화시켜 우주 탐사의 새로운 가능성을 제시하고 멀리 떨어진 천체에 대한 이해를 높일 수 있다. 저중력 혁신 저중력은 현재 연구중인 소행성 탐사에서 로봇이 해결해야 할 중요한 난제다. 태양계 생성의 유물인 이 행성들은 백금과 같은 자원이 풍부해 미래 우주 연구에 도움이 될 수 있다. 또한 태양계의 기원에 대한 중요한 통찰력을 제공할 수 있다. 그러나 기존의 바퀴 달린 탐사선은 중력이 지구의 수천 분의 1에 불과해 견인력을 얻기 어렵기 때문에 큰 어려움에 직면해 있다. 연구팀은 충돌, 제어할 수 없는 회전 또는 로봇이 땅에서 튕겨져 나갈 수 있는 다리 힘의 불균형 문제를 해결하는 데 집중했다. 에어 서스펜션 기술을 사용하여 미세중력 시뮬레이션 플랫폼을 개발하여 제어 기술을 테스트하고 로봇이 안전하게 착륙하고, 후속 도약을 위해 요(yaw)를 수정하거나 자유 낙하 중 고도 편차를 수정할 수 있는지 확인했다. 그동안 우주 기관이 소행성에 우주선을 착륙시켜 샘플을 채취하는 데 성공한 적은 있지만, 장기적으로 표면 탐사를 수행할 수 있는 탐사선을 보낸 임무는 아직 없다. 홍콩 매체 사우스차이나모닝포스트(SCMP)에 따르면 이 점핑 로봇의 성공은 소행성 탐사를 변화시켜 소멸 소행성에 대한 새로운 연구의 길을 열고 우주 자원 활용을 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 점프 안정화 연구팀은 중력이 낮은 천체에서 점프하는 동안 스스로 안정화할 수 있는 로봇을 개발했다. 이러한 환경에서는 점프할 때마다 로봇이 최대 10초 동안 공중에 떠 있는 상태가 유지되는 데, 이는 다리 힘의 불균형으로 인해 로봇이 제어되지 않고 회전하거나 심지어 우주로 표류하고도 남는 시간이다. 이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 강화 학습, 특히 근거리 정책 최적화를 사용해 가상 시뮬레이션에서 로봇을 훈련시켰다. 7시간에 걸쳐 AI는 안정적인 착륙을 위해 움직임을 개선하고 몇 초 내에 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw)를 수정하는 방법을 학습했다. 예를 들어 140도의 가파른 전방 기울기로 발사했을 때 로봇은 단 8초만에 안정화되었고, 공중에서는 최대 90도까지 회전해 방향을 바꿀 수 있었다. 저중력을 이겨내고 점프 동작을 안정화시킨 중국의 로봇 개가 소행성 탐사 현장에 언제 투입될지 귀추가 주목된다.
- IT/바이오
2024-12-02 15:20:00
[우주의 속삭임(16)] 나사 화성 탐사선 퍼시비어런스, 고대 지질 밝히는 새로운 암석 발견

화성 탐사선이 바위 지대를 우회하는 경로라고 생각했던 화성의 네레트바 계곡(Neretva Vallis)이 연구팀에 새로운 지질학적 정보를 다수 제공했다고 나사(NASA)가 홈페이지를 통해 밝혔다. 홈페이지에 따르면 나사의 퍼시비어런스(Perseverance) 화성 탐사선은 바위를 피하기 위해 모래 언덕으로 우회, '브라이트 엔젤(밝은 천사)'이라는 별명을 가진 조사 대상 지역에 도착했다. 탐사선의 바퀴가 바위로 인해 손상될 것을 우려한 우회 조치였던 것. 그런데 경로 변경으로 인해 의외의 성과를 거두는 행운이 따라왔다. 브라이트 엔젤에 도달하는 예상 소요 시간을 몇 주 단축했을 뿐만 아니라, 고대 강 수로에서 지금까지 나타나지 않았던 암석을 찾아 새로운 지질학적 특징을 발견할 수 있었던 것이다. 퍼시비어런스는 '예제로 분화구(Jezero Crater)'의 가장자리 안쪽 지역인 '마진 유닛(Margin Unit)'에서 탄산염과 감람석(마그네슘-철 성분의 규산염광물) 퇴적물 증거를 찾고 있다. 북쪽 강 기슭에 위치한 브라이트 엔젤은 강 침식으로 노출됐거나 수로를 채운 퇴적물일 가능성이 있는 밝은 톤의 고대 암석 표면을 특징으로 한다. 연구팀은 탄산염과 감람석이 풍부한 마진 유닛 지역의 암석들을 찾고 예제로 분화구의 역사를 규명하는 작업을 진행하고 있다. 브라이트 엔젤로 가는 길에 퍼시비어런스 탐사선은 수십억 년 전 예제로 분화구로 많은 양의 물을 공급했던 네레트바 계곡 강 수로를 따라 운전했다. 나사의 퍼시비어런스 경로 계획 책임자 에반 그레이서는 "수로를 따라 이동하는 중 바위군이 장애물로 나타났고 이로 인해 하루 평균 100m를 넘던 주행 거리가 불과 수십 미터로 줄었다. 이에 따라 탐사선의 자동경로 탐색기(AutoNav)는 우회 경로를 찾게 됐고, 팀은 강 수로에 있는 400m 길이의 모래 언덕을 횡단하는 새로운 길을 찾았다“고 말했다. '아토코 포인트(Atoko Point)' 최초 발견 퍼시비어런스 연구팀은 그 과정에서 과거에는 관찰된 적이 없었던 바위로 뒤덮인 언덕 '워시번 산(Mount Washburn)'을 탐사할 수 있는 기회를 얻었다. 워시번 산의 질감과 구성의 다양성은 연구팀으로서는 흥미로운 발견이었다. 특히 이곳의 다양한 암석들 중 연구팀의 관심을 사로잡은 바위가 하나 발견됐다. 연구팀은 이곳을 '아토코 포인트(Atoko Point)'라고 명명했다. 발견된 바위는 넓이 45cm, 높이 35ccm로 얼룩덜룩하고 밝은 톤이었고, 어두운 주변의 바위들 사이에서 뚜렷이 구분됐다. 퍼시비어런스는 이 바위를 대상으로 슈퍼캠(SuperCam) 및 마스터캠-Z(Mastcam-Z) 장비를 사용해 분석에 나섰고, 결과 이 암석은 휘석과 장석 광물로 구성돼 있는 것으로 나타났다. 광물 알갱이와 결정의 크기, 모양, 배열, 그리고 화학적 구성 요소 면에서 아토코 포인트는 그 자체로 독보적이었다. 이에 대한 퍼시비어런스 과학자들의 의견은 갈린다. 일부는 아토코 포인트를 구성하는 광물이 분화구 가장자리에 노출된 지하 마그마 몸체에서 생성되었다고 추측했다. 다른 일부는 그 바위가 예제로 분화구의 훨씬 멀리에서 오래전 생성돼 화성의 수로를 따라 이동해 이곳으로 옮겨졌을 가능성을 점쳤다. 어느 쪽이든 연구팀은 아토코 포인트가 최초의 발견이며, 앞으로 이와 유사한 것을 더 찾을 수 있을 것으로 기대했다. 워시번 산을 떠난 퍼시비어런스 탐사선은 응회암 절벽의 지질을 조사하기 위해 북쪽으로 132m 떨어진 곳을 향했고, 605m 길이의 브라이트 엔젤 여정을 시작했다. 퍼시비어런스는 이 지역의 암석을 분석해 샘플을 수집할 것인지 평가하고 있다.
- IT/바이오
2024-06-17 09:35:00