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[기후의 역습(175)] 지구 남·북반구 간 '태양광 반사 대칭' 깨진다
- 지구의 북반구와 남반구가 유지해온 태양복사 에너지 균형이 최근 20여 년 사이 무너지고 있다는 연구 결과가 제시됐다. 나사(NASA) 랭글리연구센터 노먼 로브 박사 연구팀은 미국국립과학원회보(PNAS)에 발표한 논문에서 북반구가 남반구보다 더 빠른 속도로 태양빛을 흡수하고 있다고 밝혔다고 26일(현지시간) 라이브사이언스가 전했다. 연구진은 NASA 위성 'CERES' 데이터를 기반으로 2001~2024년 지표 반사율과 일사 흡수량을 분석했다. 그 결과 북반구는 10년마다 1㎡당 0.34W 더 많은 태양 에너지를 흡수하는 것으로 나타났다. 원인으로는 빙하와 만년설 감소, 오염물질 저감, 수증기 증가 등이 지목됐다. 특히 연구진은 구름량이 에너지 불균형을 상쇄하지 못하고 있다고 진단했다. 전문가들은 이러한 구조적 변화가 기후 시스템의 전환점을 알리는 신호일 수 있다며 경고했다. [미니해설] 지구 에너지 균형 '균열'…북반구 일사 흡수 급증 지구 기후 균형 무너지는 징후…북반구 일사 흡수 증가, '비대칭 지구'로 가나 지구 기후 시스템에서 북반구와 남반구 간의 에너지 균형이 근본적으로 흔들리고 있다는 연구 결과가 나왔다. 산업활동과 도시화가 집중된 북반구가 오히려 태양광 반사율이 높은 특성을 보여온 ‘기후의 역설’이 서서히 깨지고 있다는 분석이다. 과학계는 이를 기후변화가 본격적인 '불안정 단계'로 진입했음을 알리는 신호로 해석하고 있다. "균형이 깨지고 있다"…24년 관측이 말해준 변화 NASA 랭글리연구센터 노먼 로브 박사 연구팀은 최근 미국국립과학원회보(PNAS)에 발표한 논문에서 북반구의 일사 흡수 증가 추세가 남반구보다 현저하게 크다고 밝혔다. 분석에는 2001년 이후 24년간 NASA의 '구름 및 지구복사에너지시스템(CERES)' 위성 관측 자료가 활용됐다. 연구 결과에 따르면, 북반구는 10년마다 ㎡당 약 0.34W 더 많은 태양 에너지를 흡수하는 것으로 나타났다. 이 수치는 작아 보일 수 있으나, 행성 규모로 확대하면 거대한 에너지 유입 증가를 의미한다. 에너지 불균형은 결국 기온 상승, 강수 패턴 변화, 극한 기후 강화로 이어질 수 있다. 지구는 태양에서 흡수한 에너지와 우주로 방출하는 에너지를 통해 기후 균형을 유지한다. 어느 한쪽이 어긋나면 전체 시스템이 재구성된다. 메릴랜드대 잔칭 리 교수는 "이는 지구의 에너지경제가 적자 상태로 이동하고 있다는 의미"라며 "장기적으로 기후 시스템이 새로운 상태를 향해 움직이고 있다는 강한 신호"라고 해석했다. 왜 북반구만 더 뜨거워지나…3대 원인 분석 로브 박사팀은 '부분복사교란(PRP)' 분석 방식을 통해 불균형의 원인을 분해했다. 그 결과 세 가지 요인이 핵심으로 지목됐다. ① 빙하·만년설 감소 북극 빙권은 지구에서 가장 빠르게 온난화가 진행되는 지역이다. 밝은 얼음이 녹으면 어두운 바다와 토지가 드러나 일사 흡수가 증가하는 '빙하-알베도 피드백'이 발생한다. ② 대기오염물질 감소 중국·미국·유럽 등에서 에어로졸 배출 저감 정책이 진행되면서 태양광을 반사하는 미세 입자가 줄어든 것도 원인이다. 역설적이게도 환경정책의 성과가 기후 균형 측면에서는 새로운 문제를 낳고 있다. ③ 수증기 증가 온난화가 더 빠른 북반구에서 대기 수증기량이 증가하면서 흡수되는 단파 복사 에너지량이 확대됐다. 수증기는 대표적인 온실가스다. 그 결과, 북반구는 지속적으로 더 많은 열을 '가둬두는 행성'이 되고 있다. "구름이 상쇄해줘야 하는데"…기후 시스템의 경고 이 변화에서 가장 우려되는 부분은 구름의 보상 작용이 나타나지 않고 있다는 점이다. 일반적으로 기후 시스템은 균형을 유지하려는 특성이 있다. 북반구가 더 많은 열을 흡수하면, 구름이 더 많이 형성되어 반사 작용을 강화해야 한다. 그러나 관측 결과, 지난 20년 동안 구름량 변화는 거의 나타나지 않았다. 로브 박사는 이를 두고 "기후 시스템의 '교정 매커니즘'이 제대로 작동하지 않는다는 의미일 수 있다"고 평가했다. 이는 기후 변화가 새로운 체제(regime)로 넘어가는 초기 징후일 가능성을 시사한다는 것이다. 기후·경제·안보 전반에 파장…"불균형 확대되면 위험" 북반구 중심의 일사 흡수 증가는 △ 대기 대순환 변화, △ 해수면 온도 상승 가속, △ 폭염·폭우·한파 등 극한현상 불규칙화, △아열대 고기압대 확장, △식량 생산 지형 변화 등 심각한 결과를 초래할 수 있다. 특히 산업 기반이 집중된 북반구는 전 세계 GDP의 90% 이상을 차지한다. 기후 불균형이 경제·금융 안정성까지 위협할 수 있다는 의미다. 리 교수는 "이 변화는 더 이상 이론이 아니라 현실 데이터로 관측되는 기후 변곡점"이라며 "정책 대응의 속도전이 필요하다"고 강조했다. 과학계 "모델 고도화로 향후 10년이 관건" 연구진은 곧 공개될 차세대 기후 모델을 통해 △ 구름-에어로졸 상호작용, △ 열수지 변화에 대한 지역별 응답, △ 남·북반구 간 에너지 교환 메커니즘 등을 정밀 분석할 계획이다. 로브 박사는 "다음 세대 관측과 모델링 연구가 이 의문을 풀 열쇠"라며 "'비대칭 지구'가 일시적일지, 새로운 표준이 될지 향후 10년 내 결판이 날 것"이라고 말했다.
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[기후의 역습(175)] 지구 남·북반구 간 '태양광 반사 대칭' 깨진다
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[우주의 속삭임(150)] 20광년 밖 '슈퍼 지구' 발견⋯외계 생명 탐사의 새 이정표
- 지구에서 불과 20광년 떨어진 곳에서 새로운 '슈퍼 지구(super-Earth)'형 외계 행성이 발견됐다. 차세대 망원경으로 외계 생명체 존재 가능성을 탐사할 수 있는 유력 후보로 주목받고 있다. 미국 펜실베이니아주립대 연구진을 포함한 국제 공동 연구팀은 최근 왜성(矮星) 'GJ 251'을 공전하는 외계 행성 'GJ 251 c'를 발견했다고 23일(현지시간) 밝혔다. 연구진은 이 행성이 지구 질량의 약 4배로 추정되며 암석형 행성일 가능성이 높다고 밝혔다. 해당 연구는 같은날 학술지 천문학 저널(The Astronomical Journal)에 발표했다. 연구를 이끈 수브라스 마하다반 펜실베이니아주립대 교수는 "이 행성은 '골디락스 존(Goldilocks Zone)'이라 불리는 거주 가능 구역에 위치해 있어, 액체 상태의 물이 존재할 수 있다면 생명체가 서식할 환경을 갖췄을 가능성이 있다"고 설명했다. ‘골디락스 존'은 천문학과 행성과학에서 생명체가 존재할 수 있는 '적당한 거리의 영역'을 뜻하는 용어다. 영국 동화 골디락스와 세 마리 곰(Goldilocks and the Three Bears)에서 유래했다. 이 이야기에서 주인공 골디락스는 너무 뜨겁지도, 너무 차갑지도 않은 '딱 알맞은' 죽(porridge)을 고른다. 이와 같은 맥락으로, 천문학자들은 별과 행성 사이의 거리 중 생명체가 살기에 '딱 알맞은' 온도 조건이 유지되는 구간을 '골디락스 존'이라고 부른다. 이번 발견은 약 20년에 걸친 장기 관측 데이터와 정밀 분광 분석을 결합해 얻은 결과다. 연구진은 미국 텍사스 맥도널드 천문대의 허비-에벌리 망원경에 장착된 고정밀 근적외선 분광기 '거주가능 구역 행성 탐색기(HPF·Habitable-Zone Planet Finder)'를 이용해 이 행성을 포착했다. HPF는 펜실베이니아주립대가 설계·제작을 주도했으며, 거주가능 구역 내 지구형 행성을 탐색하기 위해 개발된 장비다. 연구진은 항성 'GJ 251'의 미세한 진동, 즉 도플러 효과로 인한 '별빛의 흔들림'을 정밀 분석해 이 행성의 존재를 확인했다. 먼저 기존에 알려진 내행성 'GJ 251 b'의 주기(14일)를 보정한 후, 새로 관측된 54일 주기의 강한 신호를 포착함으로써 더 큰 질량을 가진 외행성의 존재를 입증했다. 이후 연구진은 애리조나 키트피크 국립천문대의 NEID 분광기를 이용해 같은 신호를 재확인했다. 연구를 총괄한 코리 비어드(캘리포니아대 어바인 캠퍼스 박사)는 "이번 발견은 관측 기술과 데이터 분석이 결합된 최첨단 과학의 성과"라며 "향후 대형 지상망원경이 가동되면 이 행성을 직접 관측해 대기 성분을 분석할 수 있을 것"이라고 말했다. 행성 탐사는 항성의 활동(별의 자기폭풍이나 흑점 등)이 행성의 신호로 오인되는 어려움이 크다. 이를 극복하기 위해 연구진은 다양한 파장에서 나타나는 신호의 변화를 비교·분석하는 복합 계산 모델을 활용했다. 마하다반 교수는 "항성의 잡음 속에서 미세한 신호를 구분하는 것은 매우 정교한 분석이 필요한 작업"이라며 "이번 연구는 복합 데이터 과학과 첨단 분광 기술이 결합한 대표적 사례"라고 설명했다. 이 발견은 펜실베이니아주립대 계산·데이터과학연구소(ICDS)와 미국 국립과학재단(NSF), 미 항공우주국(NASA), 하이징-사이먼스 재단의 지원을 받아 수행됐다. 펜실베이니아주립대 천문학과의 에릭 포드 교수는 "이번 연구는 다학제적 협력의 모범"이라며 "정교한 통계 분석과 고해상도 데이터를 결합함으로써 미래의 외계 생명 탐사에 새로운 길을 열었다"고 말했다. 현재 기술로는 이 행성을 직접 촬영하거나 대기 조성을 확인하기 어렵지만, 30m급 차세대 지상 망원경이 가동되면 대기 중 생명활동의 화학적 징후를 탐색할 수 있을 것으로 기대된다. 마하다반 교수는 "우리가 찾는 것은 단지 행성이 아니라, 생명이 존재할 수 있는 또 다른 지구의 가능성"이라며 "이번 발견은 향후 10년 내 생명체 탐색의 결정적 단서를 제공할 중요한 대상"이라고 밝혔다.
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[우주의 속삭임(150)] 20광년 밖 '슈퍼 지구' 발견⋯외계 생명 탐사의 새 이정표
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[우주의 속삭임(149)] 달 뒷면 먼지에서 태양계 물의 기원 단서 발견
- 달 뒷면의 토양 샘플dptj 태양계의 물 기원 단서가 발견됐다. 중국의 달 탐사선 '창어(嫦娥) 6호'가 가져온 달 뒷면의 먼지 시료에서 물을 함유한 희귀 운석 조각이 발견됐다고 웹사이트 PHYS와 과학 기술 전문 매체 사이언스 얼럿이 21일 보도했다. 연구진은 이번 발견이 태양계 내 물의 기원과 생명 형성 요소의 이동 과정을 새롭게 규명할 수 있는 단서를 제공한다고 밝혔다. 미국 국립과학원회보(PNAS)에 발표된 연구에 따르면, 창어 6호가 2024년 6월 지구로 가져온 시료에서 '탄소질 콘드라이트(CI 콘드라이트)' 계열의 미세 입자 7개가 확인됐다. 이는 생명체 구성에 필수적인 물과 유기물을 다량 포함한 운석으로, 지구 대기권에서는 대부분 소멸돼 채집이 어려운 물질이다. 달은 대기가 희박해 이러한 운석의 흔적을 그대로 보존할 수 있다. 다시 말하면, CI 콘드라이트는 운석 중 가장 많은 물과 휘발성 물질을 함유하며, 소행성 류구(Ryugu)나 베누(Bennu) 같은 우주 암석과 유사한 성분을 지닌다. 이들은 매우 다공성이며 '습윤'한 상태로, 무게의 최대 20%가 수화 광물 형태의 물로 결합되어 있다. 그로 인해 CI 콘드라이트는 다른 우주 암석에 비해 유난히 부드럽고 부서지기 쉬워 대기권 진입 및 충돌 시 파괴될 위험이 특히 크다. 이런 특성 때문에 CI 콘드라이트는 지구에서 발견되는 운석 중 채 1%도 되지 않는 매우 희귀한 운석이다. 중국과학원 지구화학자 왕 진투안과 천지밍이 이끄는 연구팀은 CI 콘드라이트를 찾기 위해 창어-6호의 충돌 물질 조각 5000개를 조사했다. 이 시료는 크레이터 내 크레이터인 아폴로 분지에서 채취됐다. 아폴로 분지는 달 표면의 약 4분의 1을 차지하는 거대한 남극-에이트켄 분지 안에 위치한다. 이곳은 고대 충돌 잔해물을 찾기에 최적의 장소였다. 연구진은 달의 시료 2g을 정밀 분석한 결과, 철·망간·아연 비율과 산소 동위원소 조성을 통해 이 입자들이 달 기원의 암석이 아니라 외부 천체에서 유입된 물질임을 확인했다. 해당 입자는 고에너지 충돌로 녹은 암석이 식으며 형성된 것으로, 지구와 달에 더 많은 수분 함유 소행성이 충돌했음을 시사한다. 연구팀은 올리빈을 함유한 후보 물질 중에서 CI 콘드라이트의 올리빈과 화학적으로 동일한 7가지 물질을 찾아냈다. 연구를 이끈 중국과학원 왕 진투안박사는 "이번 발견은 지구에 떨어진 운석 표본이 실제 태양계의 충돌 역사를 대표하지 못한다는 점을 보여준다"며 "달의 시료는 휘발성 물질이 풍부한 외계 천체가 얼마나 자주 지구와 달을 강타했는지를 알려주는 창(窓)"이라고 설명했다. 이번 연구는 태양계 형성 초기, 물과 유기물이 어떻게 내행성 영역으로 운반됐는지를 밝히는 중요한 단초로 평가된다. 전문가들은 향후 창어 6호 시료의 추가 분석이 물의 기원뿐 아니라 지구 생명체 탄생 과정에 대한 새로운 이해를 열 수 있을 것으로 보고 있다.
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[우주의 속삭임(149)] 달 뒷면 먼지에서 태양계 물의 기원 단서 발견
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[기후의 역습(174)] 해수면 상승, 지난 4000년 중 가장 빠른 속도로 증가
- 기후 위기가 지구 전역을 강타한 가운데 지질학적 기록을 토대로 한 최신 연구 결과, 지구의 해수면이 지난 4000년 이래 가장 빠른 속도로 상승하고 있는 것으로 확인됐다. 미국 럿거스대학교(Rutgers University) 주도의 국제 공동연구팀은 "1900년 이후의 해수면 상승률이 과거 40세기 동안의 어느 시기보다 빠르다"고 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 네이처(Nature) 최신호에 게재됐다. 연구진은 고대 산호초와 맹그로브 숲 등에서 확보한 수천 개의 지질학적 데이터를 분석해, 약 1만2000년에 걸친 해수면 변화를 추적했다. 그 결과 1900년 이후 전 세계 평균 해수면은 연 1.5㎜씩 상승해, 지난 4000년 동안의 어떤 100년 단위 상승률보다 높았다. 연구를 이끈 린위청(Yucheng Lin) 호주연방과학산업연구기구(CSIRO) 연구원은 "1900년 이후의 해수면 상승 속도는 적어도 4000년 이래 가장 빠르다"고 지적했다. 함께 참여한 럿거스대 로버트 코프(Robert Kopp) 교수는 "지질학적 데이터를 통해 오늘날 해안 도시들이 직면한 위험을 정량적으로 이해할 수 있다"고 설명했다. 온난화와 빙하 해빙이 상승 가속화 연구진은 해수면 상승의 주된 원인을 기후변화에 따른 해수 열팽창과 빙하·빙상 해빙으로 꼽았다. 지구 온도가 상승하면서 바다가 열을 흡수해 부피가 커지고, 그린란드·남극의 빙상이 녹아 해수량이 늘고 있다는 것이다. 린 박사는 "지구가 더워질수록 바다는 팽창하고, 작은 빙하는 대륙 크기의 빙상보다 훨씬 빠르게 반응한다"며 "특히 최근 그린란드의 빙하 해빙 속도가 가속화되고 있다"고 말했다. 중국 해안도시, 침하와 해수면 상승의 '이중 위기' 연구는 특히 중국 해안 도시들이 세계에서 가장 높은 위험 수준에 노출돼 있다고 경고했다. 상하이·선전·홍콩 등 경제 중심지는 모두 두꺼운 연약 지반 위의 삼각주 지역에 형성돼 자연적으로 침하(沈下)가 일어나기 쉬운 구조다. 여기에 인간 활동이 상황을 악화시킨다. 린 박사는 "자연적 상승률 외에 지하수 과다 추출이 침하를 가속하고 있다"며 "상하이의 경우 20세기 동안 일부 지역이 1m 이상 내려앉았다"고 설명했다. 이는 현재의 전 지구적 해수면 상승 속도보다 수십 배 빠른 수준이다. 삼각주 지역은 평탄하고 비옥해 농업과 도시개발에 유리하지만, 그만큼 해수면 상승에 취약하다. 린 박사는 "단 몇 ㎝의 해수면 상승만으로도 홍수 위험이 급증한다"며 "이들 지역은 글로벌 제조·물류 허브이기 때문에 침수 피해는 세계 공급망에도 영향을 미칠 것"이라고 지적했다. 해수면 상승 대응과 희망의 조짐 연구진은 위기 속에서도 도시들이 이미 적응 조치를 취하고 있다는 점에서 희망적 신호를 발견했다고 평가했다. 상하이는 지하수 사용을 엄격히 규제하고 지하대수층에 담수를 재주입하는 방식으로 침하를 완화하고 있다. 또한 이번 연구는 각 도시의 취약 지역을 표시한 '침하 취약도 지도'를 제공해 정부와 도시계획 당국이 향후 해수면 상승에 대비할 수 있도록 했다. 연구에 참여한 아르투르 핀투(Artur Pinto) 포르투대학교 연구원은 "이번 결과는 중국뿐 아니라 전 세계 해안 도시에도 중요한 교훈을 제공한다"며 "뉴욕, 자카르타, 마닐라 등 저지대 도시는 모두 유사한 위험에 직면해 있다"고 말했다. 그는 "삼각주는 인류 문명이 발전해 온 터전이지만, 인간이 만든 침하와 지속적 해수면 상승이 결합하면 빠른 속도로 잠길 수 있다"고 경고했다. 이번 논문은 「현대 해수면 상승, 중국 남동부 4,000년 안정기 깨뜨려(Modern sea-level rise breaks 4,000-year stability in southeastern China)」라는 제목으로 네이처 10월 15일자에 실렸으며, 미 국립과학재단(NSF)과 미 항공우주국(NASA)의 지원을 받았다.
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[기후의 역습(174)] 해수면 상승, 지난 4000년 중 가장 빠른 속도로 증가
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[우주의 속삭임(148)] 화성의 미스터리 협곡, 물 아닌 드라이아이스가 만든 흔적
- 화성 협곡의 모래 위에 길게 새겨진 구불구불한 신비한 지형 정체는 물이 아닌 드라이아이스때문이라는 연구 결과가 나왔다. 화성의 붉은 사막 위에서 마치 영화 '듄(Dune)' 속 샌드웜이 기어간 듯한 자국이 관측됐다. 그러나 그 원인은 생명체가 아니라, 봄이 오며 녹아내리는 이산화탄소 얼음 덩어리(Dry Ice·드라이아이스)인 것으로 드러난 것. 드라이아이스는 고체 이산화탄소로 상온에서 액체를 거치지 않고 바로 기체로 승화한다. 승화점은 -78.5℃에서 고체→기체로 변하고 이 과정에서 주변 열을 흡수해 냉각한다. 네덜란드 위트레흐트대학교(Utrecht University) 연구진은 드라이아이스가 화성의 겨울철 사구 위에 형성됐다가 봄철 온도 상승과 함께 미끄러지며 사구를 파내고 모래를 밀어 올려 협곡(굴곡)을 만든다는 실험 결과를 발표했다. 해당 내용에 대해서는 스페이스닷컴, 사이테크데일리 등 다수 외신이 보도했다. 이 연구는 지난 10월 8일자 지구물리학연구회보(Geophysical Research Letters)에 게재됐다. "마치 두더지나 샌드웜이 파고드는 듯했다" 연구팀은 화성 환경을 모사한 저기압·저온 챔버 내에서 이산화탄소 얼음 블록을 모래 언덕 위에 놓고 관찰했다. 온도가 상승하자 얼음은 녹지 않고 고체 상태에서 바로 기체로 변하는 '승화' 현상을 일으켰다. 이때 얼음 아래에 고압의 이산화탄소 가스가 형성되면서, 가스가 분출하듯 얼음을 밀어내며 언덕 아래로 미끄러뜨렸다. 이 과정에서 얼음 블록은 마치 살아 있는 생명체처럼 좁은 골짜기를 파내며 모래를 양쪽으로 밀어올려 작은 둑(levee)을 형성했다. 이러한 미세한 구조는 실제 화성 궤도 위성 사진에서 관측되는 신생 협곡과 매우 유사했다. "CO₂ 얼음 덩어리가 경사면을 파고들며 내려가는 모습을 보았을 때, 마치 두더지나 영화 '듄'의 샌드웜을 보는 것 같았다." 연구를 주도한 로네케 뢰엘로프스(Lonneke Roelofs) 박사는 "얼음 아래에서 발생한 고압의 가스가 사방으로 모래를 분출시키는 모습은 매우 이질적이면서도 인상적이었다"고 설명했다. 물이 아닌 '기체 압력'이 만든 화성의 지형 이번 연구는 화성 표면의 협곡을 '과거 존재했던 물의 흔적'으로 해석하던 기존 학설을 뒤집는다. 화성의 낮은 기압과 혹한 환경에서는 액체 상태의 물이 존재하기 어렵기 때문이다. 공동연구자인 시모네 피스허스(Simone Visschers)는 "경사각을 달리해 실험을 반복하자, 특정 각도에서 얼음 블록이 자연스럽게 사구를 파고들며 이동하는 현상을 확인했다"며 "이는 화성 지형이 오늘날에도 물 없이 물리적 요인만으로 변화하고 있음을 보여준다"고 말했다. "봄마다 살아나는 화성의 사구" 화성은 겨울 동안 대기 중 이산화탄소가 얼음 형태로 응결해 표면을 덮는다. 화성의 겨울은 영하 120℃까지 떨어지면서 모래 언덕에 서리(Celsius)가 쌓인다. 겨울이 긑나면 햇빛이 사면을 데우면서 때로는 1m 길이에 달하는 얼음 덩어리가 떨어져 나간다. 화성은 대기가 얇고 차가운 얼음과 따뜻한 모래 사이의 온도 차이가 극심하기 때문에 얼음의 밑면이 급속히 기체로 변한다. 즉, 화성에 봄이 오면 이 얼음이 승화하면서 가스를 방출하고, 이 가스가 사구를 뚫고 나가며 계절적으로 반복되는 지형 변화를 일으킨다는 게 연구진의 설명이다. 즉, 화성의 협곡은 하천이나 지하수의 흔적이 아니라, 드라이아이스의 계절적 순환이 빚어낸 '행성적 조각'인 셈이다. 지구 지형 연구에도 시사점 연구진은 이번 결과가 지구의 사막 지형이나 극지의 동결·해빙 과정 이해에도 기여할 수 있다고 강조했다. "화성의 협곡 형성 과정을 통해, 우리는 지구의 지형 변화 메커니즘을 다른 시각에서 다시 볼 수 있다”고 로엘로프스 박사는 말했다. 비록 화성의 사막에는 샌드웜이 존재하지 않지만, 연구진은 “화성의 사구는 봄이 오면 잠시나마 살아 움직인다"고 표현했다. 즉, 드라이아이스 덩어리들이 붉은 모래 언덕을 뚫고 지나가며 새로운 협곡을 만들어내는 '무생명의 생명 현상'이 매년 되풀이되고 있는 것이다.
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[우주의 속삭임(148)] 화성의 미스터리 협곡, 물 아닌 드라이아이스가 만든 흔적
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[우주의 속삭임(144)] 영국 앞바다 실버핏 크레이터, 4천200만년 전 소행성 충돌 흔적
- 북해 해저에 묻혀 있던 '실버핏 크레이터(Silverpit Crater)'가 소행성 충돌로 형성됐다는 사실이 20여 년 만에 과학적으로 확정됐다. 영국 요크셔 해안에서 약 129㎞ 떨어진 북해 해저 700m 지점에서 발견된 이 크레이터는 지름이 약 3㎞에 달한다. 2002년 처음 보고된 이후 원형의 형태와 중심부 돌출 등 충돌 흔적을 갖추고 있음에도 불구하고, 염분 지층 이동이나 화산 활동 등 다른 지질학적 원인 가능성이 제기돼 논쟁이 이어져 왔다. 초기 연구에서는 이 분화구가 충돌 분화구일 가능성이 제기됐다. 분화구의 중앙 봉우리, 원형 모양, 그리고 동심원 형태의 단층들은 초고속 충돌과 관련된 특징이다. 그러나 다른 과학자들은 분화구 구조가 분화구 바닥 아래 깊숙이 소금이 이동했거나 화산 활동으로 인해 해저가 붕괴되어 발생했다고 주장했다. 스코틀랜드 해리엇와트대학의 위스딘 니콜슨 교수 연구팀은 최신 3차원(3D) 지진파 탐사 자료와 1980년대 석유 시추 당시 확보된 암석 절편을 재분석해 소행성 충돌의 명확한 증거를 확보했다고 20일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 발표했다. 지진 영상을 사용하고 암석 샘플을 분석한 새로운 연구에 따르면, 이는 폭 160m(535피트) 소행성이 지구에 충돌한 것으로 밝혀졌다. 연구에 따르면, 충돌 당시 서쪽에서 비스듬히 날아든 소행성이 초속 15㎞ 속도로 해저를 강타해 1.5㎞ 높이의 바위·해수가 치솟은 뒤 100m가 넘는 거대한 쓰나미로 이어졌다. 충돌체의 크기는 길이 160m, 축구장 1개 반 크기에 해당하는 규모로 추정된다. 에든버러 헤리엇-와트 대학의 준교수인 위스딘 니콜슨 박사는 새로운 기술이 분화구의 기원에 대한 미스터리를 푸는 데 도움이 되었다고 말했다. 그는 "자연환경연구위원회의 자금 지원을 받은 연구팀이 희귀한 '충격을 받은' 석영 샘플을 회수해 논쟁을 종식시켰다"고 말했다. 연구팀은 시추 샘플에서 극한 충격압에서만 형성되는 석영·장석 미세 입자의 흠집을 확인한 것. 니콜슨 교수는 "지구상 어떤 지질 과정도 이런 흔적을 남길 수 없다"며 "이번 발견은 소행성 충돌 기원설을 의심의 여지 없이 입증한다"고 강조했다. 지진 기록에 따르면 이 충돌은 약 4,200만년에서 4,600만년 전인 에오세(Eocene, 신생대 고제3기의 두 번째 시기로 시신세라고도 함)에 발생한 것으로 여겨진다. 실버핏 크레이터는 전 세계적으로 확인된 250여 개의 충돌구 가운데 보존 상태가 탁월한 사례로 꼽힌다. 연구진은 이를 멕시코의 칙술루브(Chicxulub) 크레이터, 서아프리카 앞바다 나디르(Nadir) 크레이터와 함께 지구 진화사 연구에 중요한 단서로 평가하고 있다. 치술루브 크레이터는 약 6,600만년 전 소행성 충돌로 인해 발생했으며, 이 충돌로 공룡이 멸종한 것으로 여겨진다고 BBC는 전했다. 전문가들은 이번 성과가 과거 지구 생태계에 대한 이해뿐 아니라, 미래 잠재적 소행성 충돌에 대한 대비에도 기여할 수 있다고 보고 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(144)] 영국 앞바다 실버핏 크레이터, 4천200만년 전 소행성 충돌 흔적
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[우주의 속삭임(142)] 화성 중심부에 '고체 내핵' 존재 확인
- 화성 내부에 지구와 유사한 핵 구조가 있다는 사실이 밝혀졌다. 국제 연구진이 화성에 고체 내핵이 존재한다는 첫 지진학적 증거를 확인했다고 어스닷컴이 21일(현지시간) 보도했다. 이는 화성의 진화를 이해하는 데 핵심적인 단서를 제공하는 성과로 평가된다. 이번 연구는 중국과학기술대학(USTC) 후이싱 비(Huixing Bi) 연구원을 중심으로 진행됐다. 연구팀은 NASA의 착륙선 '인사이트(InSight)'가 2018년부터 2022년까지 수집한 지진파 데이터를 분석해 이같은 결과를 얻었다. 팀은 화성에서 발생한 지진파가 핵을 통과하거나 반사되는 특성을 면밀히 추적해 고체 내핵의 존재를 입증했다. 분석 결과, 화성 내핵은 행성 반지름의 약 18%에 해당하는 규모로 추정되며, 이는 지구와 달의 내핵과 구조적 유사성을 보여준다. 특히 PKiKP(내핵 경계 반사파)와 PKKP(외핵 통과파)라는 두 가지 지진파가 핵심적 증거로 제시됐다. PKiKP는 액체 외핵과 고체 내핵의 경계에서 반사되는 파동으로, 지구의 내핵 연구에도 활용되는 주요 자료다. 연구진은 또 내핵이 순수한 철·니켈로만 구성된 것이 아니라, 산소와 같은 가벼운 원소가 혼합된 상태임을 시사하는 속도 변화를 확인했다. 이는 내핵이 오랜 시간에 걸쳐 결정화 과정을 겪고 있으며, 화성 내부의 열적·화학적 진화를 반영한다는 점에서 중요한 의미를 갖는다. 과거 연구에서는 화성이 액체 외핵을 보유하고 있음이 확인됐지만, 고체 내핵의 존재는 불분명했다. 이번 발견은 화성이 지구와 마찬가지로 액체 외핵과 고체 내핵을 동시에 갖춘 행성임을 보여주며, 과거 화성이 강력한 자기장을 가졌던 이유와 이후 소멸 과정에 대한 이해를 넓히는 데 기여할 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처'에 게재됐다. 전문가들은 이번 연구가 단일 탐사선 관측만으로도 행성 내부를 정밀 분석할 수 있음을 보여준 사례라며, 향후 다수의 착륙선을 통한 관측망이 구축된다면 화성뿐 아니라 다른 천체 내부 연구에도 큰 진전을 가져올 것으로 전망하고 있다.
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[우주의 속삭임(142)] 화성 중심부에 '고체 내핵' 존재 확인
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[기후의 역습(168)] 알래스카 빙하 후퇴로 '신생 섬' 등장⋯탄소중립 대응 과제 부각
- 알래스카 남동부에서 빙하가 물러나면서 호수 한가운데 새로운 섬이 모습을 드러냈다. 미국 항공우주국(나사·NASA) 지구관측소는 최근 위성 사진 분석 결과, 알래스카 글레이셔베이 국립공원의 알세크(Alsek) 빙하가 녹으면서 '프로우 노브(Prow Knob)'라는 작은 산과의 연결이 완전히 끊어져 섬이 되었다고 발표했다. 프로우 노브는 약 5㎢ 규모의 육지로, 그동안 알세크 빙하가 둘러싸고 있었으나 수십 년간 이어진 빙하 후퇴로 점차 노출돼 왔다. 미 항공위성 랜드샛9호가 지난 8월 촬영한 영상에는 더 이상 빙하와 맞닿아 있지 않은 프로우 노브가 신생 담수호 한가운데 섬 형태로 존재하는 모습이 포착됐다. 나사 측은 "알래스카 남동부 해안 평야에서는 얼음이 빠르게 물로 대체되고 있다"며 "빙하가 얇아지고 후퇴하면서 전면부에 형성된 담수호 속에서 새로운 지형이 드러나고 있다"고 설명했다. 프로우 노브는 선박의 뱃머리를 닮은 형상에서 유래된 이름으로, 1960년대 빙하학자 오스틴 포스트가 항공사진 촬영 과정에서 명명했다. 포스트와 동료 연구자는 빙하 후퇴 속도를 근거로 2020년경 빙하가 프로우 노브와 완전히 분리될 것으로 예측했으나 실제로는 다소 늦게 진행됐다. 지구 온난화로 세계 곳곳의 빙하가 급속히 줄어드는 가운데, 이번 사례는 기후 변화가 지형을 어떻게 바꾸는지를 단적으로 보여준다. 2024년은 관측 이래 가장 더운 해로 기록됐으며, 2025년 역시 유례없는 고온 현상이 이어지고 있다. 특히 이번 사례는 탄소중립 정책의 시급성을 환기시킨다. 각국은 파리협정 목표 달성을 위해 2050년까지 탄소중립을 선언했으나, 이행 속도는 국가별로 차이가 크다. 빙하 후퇴와 같은 극단적 현상은 탄소 배출 감축이 단순한 환경 의제를 넘어 경제·산업 전반의 지속가능성을 좌우하는 핵심 과제임을 보여준다. 전문가들은 북극항로 개척, 해운·관광 산업 변화, 수자원 관리 등에서 빙하 후퇴가 미칠 파급 효과에 대비하는 한편, 재생에너지 투자 확대, 탄소세 도입, 국제적 협력 강화를 통해 지구 온난화를 억제해야 한다고 지적했다.
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- ESGC
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[기후의 역습(168)] 알래스카 빙하 후퇴로 '신생 섬' 등장⋯탄소중립 대응 과제 부각
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[우주의 속삭임(140)] 류구 모체 소행성에서 액체 상태의 물 흔적 발견⋯행성 형성 이론에 새 시각
- 일본 우주탐사선 '하야부사2'가 채취한 소행성 류구(Ryugu)의 암석 샘플에서 액체 상태의 물이 장기간 존재했음을 보여주는 증거가 확인됐다고 스페이스닷컴이 10일(이하 현지시간) 보도했다. 과학자들은 이번 발견이 태양계 형성 초기 조건과 지구 물의 기원에 대한 기존 가설을 바꿀 수 있다고 평가했다. 이날 국제학술지 네이처(Nature)에 발표된 연구에 따르면, 도쿄대 우주화학과 츠요시 이이즈카 교수 연구팀은 류구 암석 샘플에 포함된 루테튬·하프늄 방사성 동위원소 비율을 분석한 결과, 약 10억 년 전에도 유체 활동이 있었음을 밝혀냈다. 이는 물의 존재가 태양계 형성 초기 짧은 시기에만 국한됐다는 기존 정설을 뒤흔드는 결과다. 류구는 태양계 형성 초기 얼음과 먼지로 생성된 탄소질 소행성으로, 원시 지구에 물을 전달했을 가능성이 제기돼 왔다. 이번 연구는 특히, 충돌로 인한 충격이 얼음을 녹여 암석 내부로 액체가 스며들었을 가능성을 보여준다. 이 과정에서 루테튬이 용해돼 독특한 화학적 기록이 남은 것으로 추정된다. 연구팀은 "류구와 같은 천체가 지구에 훨씬 더 많은 양의 물을 공급했을 가능성이 있다"고 설명했다. 재패니즈타임스에 따르면 동위원소 비교 결과 류구와 같은 소행성에서 나온 물질이 지구 질량의 약 6%를 차지하는 것으로 나타났다. 만약 이 소행성들이 엄청난 양의 얼음을 가지고 있었다면, 지구로 운반된 물의 총량은 지구 질량의 최대 1.8배에 달했을 것이라고 이 매체는 전했다. 연구는 쌀알보다 작은 극미량의 샘플로 정밀 동위원소 분석을 수행하는 신기술을 통해 이루어졌다. 향후 연구팀은 류구 시료 내 인산염 광맥을 추가 분석해 물 흐름의 정확한 시기를 규명할 예정이다. 또한 연구진은 2023년 9월 NASA의 오시리스-렉스(OSIRIS-REx) 탐사선이 지구로 귀환시킨 소행성 베누(Bennu) 시료와의 비교 분석도 추진할 예정이다. 이를 통해 류구의 모체 소행성에서 늦은 시기에 발생한 물 흐름이 이 천체에서만 독특한 것인지, 아니면 다른 소행성에서도 비슷한 물 활동으 보존되었는지 확인할 수 있다. 이이즈카 교수는 "류구가 장기간 얼음을 보존했다는 사실은 지구 형성의 출발 조건이 우리가 생각했던 것보다 훨씬 습윤했음을 시사한다"며 "이는 지구 생명 탄생의 환경을 재해석하는 중요한 단서"라고 강조했다. 그는 또한 연구팀이 지구 형성 중에 얼마나 많은 물이 우주로 빠져나갔는지, 얼마나 많은 물이 지구의 맨틀과 핵 깊숙한 곳에 저장되어 있었는지, 그리고 오늘날 이곳에서 생명을 지탱하는 대륙과 바다의 균형을 이루기에 충분한 물이 지구 표면에 얼마나 남아 있었는지를 조사할 것이라고 밝혔다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(140)] 류구 모체 소행성에서 액체 상태의 물 흔적 발견⋯행성 형성 이론에 새 시각
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[우주의 속삭임(139)] 전례 없는 감마선 폭발, 미지의 블랙홀 가능성 제기
- 우주에서 지금까지 관측된 적 없는 이례적인 감마선 폭발 현상이 포착됐다. 은하계를 넘어 발생한 이번 폭발은 하루 동안 수차례 반복적으로 관측돼, 기존의 천체 물리학적 설명으로는 온전히 해석할 수 없는 사례로 기록됐다고 스페이스닷컴과 웹사이트 Phys.org 등 다수 외신이 9일(현지시간) 보도했다. 이번 연구 성과는 영국 더블린대학교(University College Dublin, UCD) 물리학부 안토니오 마르틴-카리요 박사 연구팀이 주도했으며, 국제학술지 천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)에 게재됐다. 연구팀은 유럽남방천문대(ESO)의 초거대망원경(VLT)을 활용해 이 현상을 포착했다. 마르틴-카리요 박사는 "이번 사건은 지난 50년간의 감마선 폭발 관측사에서 유례가 없는 사례"라며 "대개 감마선 폭발은 별의 격변적 파괴로 인해 한 번 발생한 뒤 소멸되지만, 이번에는 강력한 폭발이 반복적으로 나타났고, 주기성을 띠는 듯한 양상까지 보여 학계에 큰 의문을 던졌다"고 설명했다. 감마선 폭발(Gamma-Ray Burst, GRB)은 우주에서 관측되는 가장 강력한 폭발 현상 가운데 하나로, 짧은 시간 동안 엄청난 양의 감마선을 방출하는 천체 현상을 말한다. 다시 말하면 GRB는 거대한 별이 수명을 다해 중력 붕괴를 겪어 블랙홀이나 중성자 별이 되거나, 어떤 하나의 별이 블랙홀에 너무 가까이 다가가서 소위 ' 조석파괴 사건(TDE)'으로 인해 산산이 조각날 때 발생하는 것으로 여겨진다. 연구진은 이번 현상이 두 가지 가설로 설명될 수 있다고 분석했다. 하나는 태양 질량의 약 40배에 달하는 거대 별이 특수한 방식으로 붕괴해 중심부가 장시간 에너지를 공급하는 경우다. 또 다른 가능성은 블랙홀이 항성을 찢어내는 '조석파괴 사건(TDE)'이다. 다만 기존의 TDE와는 달리, 이번 사례를 설명하려면 매우 특이한 별이 '중간질량 블랙홀'과 같은 이례적 천체에 의해 파괴됐을 가능성을 고려해야 한다는 것이다. 이는 관측 사상 처음 제기되는 시나리오다. 이번 폭발, 'GRB 250702B'로 명명된 사건은 일반적인 감마선 폭발이 수 밀리초에서 수 분간 지속되는 것과 달리, 무려 하루가량 이어졌다. 이는 "대부분의 감마선 폭발보다 100~1000배 더 긴 지속 시간"이라고 네덜란드 라드바우드대학교의 앤드루 레반 교수가 밝혔다. 이 현상은 7월 2일 미국 항공우주국(NASA)의 페르미 감마선 우주망원경과 중국과 유럽이 공동 운영하는 '아인슈타인 탐사선'이 잇따라 신호를 포착하면서 처음 알려졌다. 이후 ESO 연구진은 초거대망원경의 HAWK-I 카메라를 통해 폭발의 정확한 위치를 특정했으며, 허블 우주망원경 관측으로 외부 은하 기원임이 확인됐다. 이는 사건의 위력을 기존 추정보다 훨씬 강력한 것으로 재평가하게 하는 결정적 단서가 됐다. 현재 연구진은 제임스 웹 우주망원경(JWST)과 칠레 북부 아타카마 사막의 파라날 천문대에 위치한 VLT의 분광기(X-shooter) 등 첨단 장비를 동원해 폭발 이후의 잔광을 추적 관측 중이다. 이를 통해 정확한 거리와 에너지를 산출하고 물리적 모델링을 정교화할 계획이다. 마르틴-카리요 박사는 "이번 사건의 발생 원인이 무엇인지 단정하기는 어렵지만, 이번 연구로 우리는 우주에서 가장 드문 천체 현상 중 하나를 이해하는 데 한 걸음 더 다가섰다"고 강조했다. 이번 발견은 중간질량 블랙홀의 존재 가능성을 비롯해 감마선 폭발 연구의 새로운 지평을 열 수 있는 계기로 평가된다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(139)] 전례 없는 감마선 폭발, 미지의 블랙홀 가능성 제기
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[우주의 속삭임(137)] 나비성운서 포착된 '우주의 먼지'⋯지구 탄생 비밀 푸는 단서
- 지구 탄생의 기원을 밝히는 단서인 '우주의 먼지'가 나비성운에서 포착됐다고 과학기술 전문매체 사이언스 얼럿이 전했다. 지구로부터 약 3400광년 떨어진 전갈자리 남쪽에 자리한 나비성운(NGC 6302)에서 별의 죽음 과정에서 형성된 결정성 먼지가 식어가는 장면이 제임스 웹 우주망원경(JWST)에 잡힌 것이다. 별의 최후, '우주의 건축 자재' 남기다 나비성운은 거대한 항성이 생을 마치며 외곽 물질을 우주로 방출해 형성된 행성상 성운이다. 중심에는 백색왜성이 남아 극도로 뜨거운 열을 내뿜고 있으며, 폭발적으로 분출된 가스와 먼지가 나비 날개처럼 펼쳐져 있다. 연구진은 JWST의 적외선 관측과 칠레 아타카마 전파망원경(ALMA)의 데이터를 결합해 성운 내부를 정밀 분석했다. 그 결과, 성운 중심부의 두꺼운 먼지 고리에서는 그을음과 같은 비정질 입자뿐 아니라 포스터라이트, 엔스타타이트, 석영 등 규산염 결정 구조가 확인됐다. 먼지 입자는 수 마이크론 크기로 비교적 오래 성장한 것으로 분석됐다. 중심에서 멀어질수록 이온화 에너지가 낮은 원소가 분포하는 뚜렷한 농도 구배도 관측됐다. 생명 기원의 단서 '탄소 분자' 연구팀은 또 별에서 분출된 철·니켈 제트와 함께 다환방향족탄화수소(PAHs)의 고농도 분포를 발견했다. PAH는 탄소 원자가 고리 구조로 배열된 분자로, 우주 전역에 널리 퍼져 있으며 생명체 형성 이론에서 중요한 요소로 꼽힌다. 산소가 풍부한 환경으로 알려진 나비성운 중심부에서 PAH가 검출된 것은, 별의 강한 바람이 주변 물질과 충돌하며 새로운 유기 화합물을 생성했을 가능성을 시사한다. "우리는 별의 먼지로 이루어졌다" 영국 카디프대의 천체물리학자 마쓰우라 미카코 박사는 "수년간 논쟁이 이어졌던 우주 먼지의 생성 과정을 이번 관측으로 한층 명확히 이해할 수 있게 됐다"며 "차분하게 냉각된 영역에서는 보석 같은 결정체가, 격렬한 충돌이 일어난 영역에서는 거친 먼지가 동시에 형성되는 과정을 직접 확인했다"고 설명했다. 과학계는 이번 연구가 지구와 태양계 형성 과정을 규명하는 데 중요한 단서를 제공할 것으로 기대하고 있다. 태양계의 기원을 직접 되돌릴 수는 없지만, JWST와 같은 차세대 장비는 별의 죽음이 남긴 '먼지'가 어떻게 행성과 생명의 재료로 재탄생하는지를 보여주고 있다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(137)] 나비성운서 포착된 '우주의 먼지'⋯지구 탄생 비밀 푸는 단서
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[우주의 속삭임(136)]브리스톨대·도쿄과학대 "초고온 대륙·산소 고갈, 지구의 미래"
- 인류가 마주할 먼 미래의 지구는 어떤 모습일까. 빙하기와 대규모 감염병, 소행성 충돌과 거대 화산 폭발 등 수많은 큰 재앙을 극복해 온 인류지만, 앞으로 닥칠 위기는 과거와 비교할 수 없이 오랜 시간에 걸쳐 지구 전체에 영향을 미친다는 암울한 과학계 예측이 나왔다. 연구자들은 수억 년에서 수십억 년에 걸친 시나리오를 들어 지구가 생명체가 살기에 극도로 가혹한 환경으로 변할 수 있다고 경고한다. 첫 번째 시나리오는 영국 브리스톨대학교 연구팀이 최근 과학 저널 '네이처 지오사이언스'에 발표했다. 연구팀은 판구조론(plate tectonics)에 근거해 약 2억 5000만 년 뒤 유라시아와 아메리카 등 여러 대륙이 하나로 합쳐져 거대한 '판게아 울티마 대륙'이 생겨날 수 있다고 예측했다. 문제는 이 거대 대륙의 환경이다. 대륙 이동의 영향으로 화산 폭발이 늘며 대기 중 이산화탄소가 쌓이고, 바다와 멀리 떨어진 광활한 내륙에는 열이 그대로 축적된다. 이 탓에 대륙의 연평균 기온은 현재보다 약 20도 높은 35.1도에 이르고, 여름철에는 일부 지역의 기온이 40도에서 최고 70도까지 치솟을 것으로 예측됐다. 고온과 함께 바다로부터 수증기 공급이 끊긴 내륙은 바싹 마른 사막으로 변한다. 인류가 거주할 수 있는 땅은 지구 전체의 8%, 현재의 9분의 1 수준으로 급감하며 극심한 물과 식량 부족에 부딪힌다. 이러한 환경 변화가 초래할 생태계 붕괴는 '제6차 대멸종'에 버금가는 규모일 수 있다. 연구팀은 이를 두고 '(공룡 멸종 등) 지구 역사상 5번 일어났던 대멸종에 맞먹는 규모의 위기'라고 지적했다. 70도 불볕더위…거주지 9분의 1로 줄어든 초대륙 설령 인류가 이 가혹한 환경을 극복해도, 제2의 위기가 기다린다. 일본 도쿄과학대학교의 오자키 가즈미 준교수는 2021년 '네이처 지오사이언스'에 발표한 논문을 통해 '지금으로부터 약 10억 년 뒤 대기 중 산소가 현재의 1% 밑으로 줄어 대부분의 생물이 생존할 수 없다'고 밝혔다. 오자키 준교수는 이러한 현상이 오랜 시간에 걸친 지질 작용으로 대기 중 이산화탄소가 점차 고갈되기 때문이라고 설명한다. 이산화탄소가 거의 사라지면 식물의 광합성이 멈추고, 더는 산소가 만들어지지 않아 대기는 질소와 메탄이 주를 이루는 태고의 모습으로 돌아간다는 것이다. 이 환경에서 고등 생명체는 살아남지 못하며, 산소 호흡이 없는 박테리아나 고세균(archaea)만이 살아남는 ‘원시 지구’로 돌아갈 수 있다. 위협은 지구 밖에서도 찾아온다. 미국 플래니터리 사이언스 인스티튜트는 앞으로 40억 년 안에 외톨이 항성이 태양계를 통과할 수 있다고 밝혔다. 이때 항성의 강력한 중력 탓에 지구는 0.2% 확률로 태양계 밖으로 튕겨나가거나, 궤도가 바뀌어 기온이 급변하는 재앙을 맞을 수 있다. 이처럼 우주에서 오는 변수가 지구의 생존 환경 자체를 크게 뒤흔들 수 있다. 시간이 더 흘러 50억 년 뒤에는 지구가 물리적으로 사라질 것이라는 전망이 우세하다. 핵융합 연료가 고갈된 태양이 '적색 거성(Red Giant)'으로 팽창하며 지구 궤도까지 삼켜버리는 시나리오다. 이러한 예측은 미국 항공우주국(NASA)과 유럽우주국(ESA) 등 천문학계가 공통으로 내놓은 지구의 마지막 모습이다. 산소 고갈 넘어 태양 팽창까지…피할 수 없는 종말 인류 또한 과학기술로 대응책을 찾고 있다. 하늘 높이 미세 입자를 뿌려 태양 빛을 막는 '기후 공학(Geoengineering)' 기술이 나오며, 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT)을 활용한 위험 예측, 합성생물학을 통한 새로운 먹을거리 확보 같은 연구도 한창이다. 근본 해결책으로는 미국 스페이스X 등이 추진하는 화성 식민지 건설을 넘어, 태양계 밖 ‘외계 행성(Exoplanet)’으로 이주하는 것이 유일한 해법일 수 있다. 과학계가 제시하는 미래 예측은 인류가 기후 변화나 핵전쟁 같은 눈앞의 위협뿐 아니라, 수억 년 단위의 아주 먼 미래의 생존까지 함께 고민해야 하는 문명사 단계에 들어섰음을 뜻한다. 지구의 종말은 피할 수 없지만, 인류의 종말은 우리의 선택에 달렸다는 점을 이들 시나리오는 보여준다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(136)]브리스톨대·도쿄과학대 "초고온 대륙·산소 고갈, 지구의 미래"
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[우주의 속삭임(135)] 왜행성 세레스, 과거 생명체 서식 가능성⋯NASA "화학 에너지 원천 확인"
- 미국 항공우주국(NASA)이 20일(현지시간) 화성과 목성 사이 소행성대에 위치한 왜행성 세레스(Ceres)가 과거 생명체가 살 수 있는 환경을 갖췄을 가능성을 뒷받침하는 새로운 연구 결과를 공개했다. 현재는 얼어붙은 차가운 천체지만, 내부의 화학 반응에서 발생한 에너지가 오랜 시간 유지되면서 미생물 생존에 필요한 조건을 제공했을 수 있다는 분석이다. NASA는 20일(현지시간) 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 게재한 논문을 통해 "세레스 내부의 열·화학 모델 분석 결과 약 25억 년 전 세레스의 지하 해양에 변성암에서 기원한 열수(熱水)가 꾸준히 공급됐을 가능성이 확인됐다"고 밝혔다. 이 열수에는 미생물 대사에 필요한 가스 성분이 녹아 있어, 당시 세레스의 지하 환경이 생명체 서식에 유리했을 수 있다는 설명이다. 세레스는 지름 약 940km의 왜행성으로, 2018년 종료된 NASA의 탐사선 '던(Dawn)' 미션에 의해 표면의 밝은 반사 영역이 소금 성분이라는 사실이 처음 확인됐다. 2020년에는 지하에 거대한 염수층이 존재했음을 입증한 데 이어, 표면과 내부에서 탄소 화합물이 발견되면서 생명체 서식 가능성 연구가 본격화됐다. 이번 연구는 세레스 내부의 방사성 붕괴로 발생한 열이 지하 해양을 장기간 따뜻하게 유지시켰다는 점을 새롭게 부각했다. 연구 책임자인 샘 쿠빌(미 애리조나주립대 연구원)은 "지구에서 심해 열수와 바닷물이 만나 미생물의 먹잇감이 풍부해지는 것과 비슷한 과정이 세레스 내부에서도 일어났을 가능성이 있다"며 "이 결과는 세레스의 과거 환경에 대한 이해를 넓히는 중요한 단서"라고 말했다. 현재 세레스는 내부 방사성 붕괴열이 거의 소진되면서 지하수가 대부분 얼어붙었고, 일부 남은 액체는 고농도의 염수 상태로 변한 것으로 추정된다. 연구진은 세레스가 형성된 후 약 5억~20억 년 사이에 생명체가 서식할 가능성이 가장 높았을 것으로 보고 있다. 전문가들은 이번 발견이 세레스뿐 아니라 태양계 외곽의 다른 얼음 위성 연구에도 시사점을 준다고 평가한다. 유로파, 엔셀라두스처럼 행성의 중력에 의해 내부 열을 유지하는 천체들과 달리, 세레스처럼 내부 가열이 거의 없는 소형 천체도 과거 한때 생명체에 유리한 조건을 형성했을 가능성이 크다는 것이다. 세레스 탐사를 이끈 NASA 제트추진연구소(JPL)의 관계자는 "던 미션의 축적된 데이터를 기반으로 한 이번 연구는 태양계 내 미생물 생존 가능성을 이해하는 데 중요한 전환점이 될 것"이라고 말했다.
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(135)] 왜행성 세레스, 과거 생명체 서식 가능성⋯NASA "화학 에너지 원천 확인"
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[글로벌 핫이슈] 미국, 2030년 달 원자로 가동⋯중국과 '우주 영토' 경쟁 점화
- 미국이 2030년까지 달 표면에 핵분열 원자로를 건설하는 계획을 본격화한다. 달 자원 선점을 둘러싼 중국과 우주 개발 경쟁이 격화되고 있다. 미국 항공우주국(NASA)의 숀 더피 장관 대행은 2025년 8월 5일, 트럼프 행정부의 구상에 따라 2030년까지 100킬로와트(kW)급 실용 원자로를 달에 설치할 것이라고 밝혔다. 더피 대행은 "미국은 달 개발 경쟁의 한가운데에 있다. 이는 중국과의 경쟁이다"라고 말해 이번 계획이 중국을 겨냥했음을 분명히 했다. NASA는 원자로 건설이 단순히 달에 깃발을 꽂는 상징적인 행위를 넘어, 실질적인 영유권 주장의 발판이 될 것으로 본다. 더피 대행은 원자로 주변을 '출입 금지 구역'으로 설정하는 방안을 언급하며 "출입 금지 구역을 통해 물과 얼음이 있는 크레이터 같은 중요 자원 지역에 대한 실질 영향력과 '영토' 주장을 강화할 수 있다"고 설명했다. NASA는 국제 협약의 안전 구역 조항을 근거로, 달 기지 주변에 '배타적 접근금지구역' 설정을 별도로 검토하고 있다. 태양광 안 통하는 '14일의 밤'…독자 에너지원 필수 달 기지 건설에 원자력 발전은 필수 요소로 꼽힌다. 달의 하루는 지구 시간으로 약 29.5일에 이르러 낮과 밤이 약 2주 간격으로 바뀐다. NASA에 따르면 달에서는 태양광 발전 시스템에 한계가 있지만, 핵 반응로는 영구적으로 그늘진 곳(물이 얼어 있을 수 있음)에 설치하거나 지구 시간으로 14일 반인 달의 밤 동안 계속해서 전력을 생산할 수 있다. 달의 낮과 밤 사이 온도 차이가 무려 약 300도에 달한다. 달의 낮에는 태양빛을 직접 받아 표면 온도가 섭씨 약 120도까지 올라간다. 반대로 달의 밤에는 태양빛이 전혀 닿지 않아 급격히 식으면서 섭씨 -170도 정도까지 떨어진다. 태양광 패널만으로는 2주 동안 계속되는 혹독한 밤에 에너지를 안정적으로 공급하기 어렵다. 원자로는 이 기간에도 중단 없이 전력을 공급해 인류가 오래 머물고 기지를 운영할 핵심 기반을 마련할 수 있다. 1960년대 아폴로 계획 시절부터 사용한 원자력 전지의 출력은 100와트(W) 미만에 불과하다. 이번에 추진하는 핵분열 원자로는 우라늄 연료를 이용해 100킬로와트(kW)의 전력을 생산할 수 있다. 이는 지구 일반 가정 수십 가구가 쓸 수 있는 전력량으로, 앞으로 달 기지를 운영하려면 원자로 여러 기가 필요할 것으로 보인다. NASA는 '킬로파워 프로젝트'를 통해 초소형 원자로 기술을 검증했으며, 2022년에는 40kW급 원자로 설계 계약을 3개 연합체(컨소시엄)와 500만 달러 규모로 맺었다. 이를 바탕으로 현재는 최종 목표인 100kW급 원자로 건설을 위해 민간 기업들의 제안을 받고 있다. 달 원자로의 요구 사양은 총중량 6톤 이내, 지름 4m·길이 6m의 원통형 용기에 담을 수 있어야 하고, 10년 동안 보수나 연료 보급이 필요 없는 완전 자율 운전 등 매우 까다롭다. 참고로 미국에서는 평균 40kW의 전력으로 33가구에 전력을 공급할 수 있다. 록히드마틴·웨스팅하우스…개발 경쟁 나선 미 기업들 세바스찬 코르비시에로 아이다호 국립 연구소(INL) FSP 프로젝트 책임자는 "지구의 원자로는 가볍고 작게 설계되지 않지만, 우주에서는 로켓에 실을 수 있도록 질량을 최소화해야 한다"고 기술상 어려움을 설명했다. 그는 달 원자로가 "화성 식민지 유지를 위한 체계(시스템) 개발의 필수 첫걸음"이라며 "달에서 계속 머물기 위해 반드시 필요하다"고 강조했다. 현재 FSP 프로젝트에는 세 연합체가 참여하고 있다. ▲록히드 마틴은 BWX 테크놀로지스 등과 협력하고, ▲원자로 개발 경험이 풍부한 웨스팅하우스는 에어로젯 로켓다인과 손을 잡았다. ▲신생기업 X-에너지는 보잉, 막사르와 팀을 이뤘다. 최종 원자로는 핵분열 에너지를 전기로 바꾸는 스털링 엔진과 과열을 막는 액체 나트륨 순환 냉각 장치를 탑재할 가능성이 높다. 이번 프로젝트에는 트럼프 행정부의 강한 의지가 반영됐다. 행정부는 NASA의 다른 예산을 삭감하는 흐름 속에서도 달 원자로 프로젝트에는 적극적으로 투자해 우주 패권 확보 의지를 드러내고 있다. 2030년까지 계획을 완수하지 못하면 비슷한 계획을 추진하는 중국과 러시아보다 전략상 뒤처질 수 있다는 위기감도 작용했다. 코르비시에로 책임자는 5년 안에 원자로 설치가 가능하냐는 물음에 "실행 가능하다고 생각한다"고 답했다. 다만 NASA의 유인 달 탐사 '아르테미스' 계획이 순조롭게 진행되고 관련 예산이 확보된다는 조건이 붙는다. 아르테미스 2호의 첫 유인 비행은 2026년 초로 예정됐다. 지구에서 수십억 달러에 이르는 건설 비용은 큰 과제다. 그러나 NASA는 중국의 추격 때문에 계획을 서두를 수밖에 없는 처지다. 중국은 2029년 달 탐사선 '창어 8호'를 쏘아 올려 2030년대 중반까지 로봇과 3차원(3D) 프린터로 달 기지를 짓는 기술을 시험할 계획이다. 더피 대행은 "햇빛이 항상 내리쬐고 얼음이 있는 달의 극지방은 최고의 땅"이라며 "미국은 그곳에 가장 먼저 도달해 영유권을 주장하고 싶어 한다"고 밝혔다. 달 원자로를 성공적으로 건설하면 화성 같은 더 먼 우주를 탐사하고 식민지를 만드는 데 필요한 에너지 기반을 다지는 중요한 기회가 될 전망이다.
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[글로벌 핫이슈] 미국, 2030년 달 원자로 가동⋯중국과 '우주 영토' 경쟁 점화
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[퓨처 Eyes(97)] 달에서 산다⋯中·캐나다·獨, '집 짓고 먹고 숨 쉬는' 월면 기지 경쟁 본격화
- 인류의 달 복귀 계획이 구체화하면서, 이제 인류의 시선은 달에 '가는 것'을 넘어 '사는 것'으로 향하고 있다. 지구에서 모든 것을 가져갈 수 없는 만큼, 달 현지에서 의식주를 해결하는 자급자족 기술은 영구 기지 건설의 성패를 가를 핵심 과제다. 최근 중국, 캐나다, 독일이 각각 건설, 식량, 생명 유지 분야에서 획기적인 기술을 선보이며, 공상과학 소설 같던 '월면 도시'의 꿈을 현실로 앞당기고 있다. 中, 태양열 3D 프린터로 '달 기지 외벽' 짓는다 달 기지를 위협하는 가장 큰 적은 진공 상태의 우주와 운석, 그리고 극심한 온도 변화다. 중국 허페이의 심우주탐사연구소(DSEL)가 이 문제의 해법으로 '월면토 벽돌' 기술을 제시했다. 달 표면을 덮고 있는 곱고 날카로운 흙먼지인 달의 표토(lunar regolith, 월면토)를 녹여 단단한 벽돌을 만드는 기술이다. NASA에 따르면 달의 표면층은 조각난 날카로운 암석 물질로 이루어져 있다. 지구 토양은 유기물로 구성되어 있지만, 달의 표토는 운석의 충돌과 태양 및 별에서 오는 전하를 띤 입자의 영향으로 형성된다. 지구의 토양은 바람과 물에 노출되어 입자의 가장자리가 닳아지지만, 달 표토의 암석 물질은 날카로운 상태를 유지하며 매우 뾰족한 파열 표면을 가지고 있다. 이로 인해 표토는 우주복과 장비를 빠르게 닳게 만들고 우주비행사 건강에 해로울 수 있는 등 잠재적으로 위험할 수 있다. 연구팀이 개발한 장비는 3D 프린터와 원리가 같지만, 열원으로 태양 에너지를 사용한다. 돋보기처럼 빛을 한 점으로 모으는 오목한 거울(포물선형 반사경)로 태양빛을 모으고, 이를 빛이 다니는 길인 가느다란 유리 섬유 묶음(광섬유 다발)을 통해 한 점에 집중시킨다. 이때 초점의 온도는 1,300℃ 이상으로 치솟아, 달의 표토(월면토)를 마치 용암처럼 녹여 원하는 모양의 벽돌로 찍어낼 수 있다. 이 기술의 가장 큰 장점은 지구에서 어떤 첨가물도 가져갈 필요 없이 오직 달에 있는 흙과 태양 빛만으로 건설 자재를 무한정 생산할 수 있다는 점이다. 연구팀은 지구의 현무암으로 만든 모의 월면토를 이용해 평면, 곡면 등 다양한 형태의 구조물 제작에 성공하며 기술의 가능성을 입증했다. 양훙룬 DSEL 수석 엔지니어는 "이 벽돌은 사람이 숨 쉴 수 있도록 내부 공기압을 유지하는 생활 공간(가압 모듈)을 감싸는 튼튼한 보호 외피 역할을 할 것"이라며 "강력한 우주 방사선, 시속 수만 km로 날아드는 미세 운석, 낮 120℃와 밤 영하 130℃를 오가는 극한의 온도 변화로부터 우주비행사와 내부 시설을 안전하게 지켜줄 것"이라고 설명했다. 현재 이 벽돌 시제품은 2024년 11월 중국 톈궁 우주정거장으로 보내져 3년간의 혹독한 우주 환경 내구성 시험을 거치고 있다. 연구팀의 최종 목표는 로봇을 투입해 이 모든 건설 과정을 사람의 개입 없이 자동으로 수행하는 것이다. 캐나다, '겨울잠 자는 온실'에서 곡물을 키운다 건물을 지었다면 다음은 식량이다. 크리스티안 살라버거 캐나다넨시스 최고경영자(CEO)는 "가루 주스나 동결건조 아이스크림만으로는 진정한 우주 탐사 임무를 수행할 수 없다"며 신선 식품의 중요성을 강조했다. 그의 회사 캐나다넨시스 에어로스페이스는 캐나다 구엘프대, 맥길대와 손잡고 극한의 달 환경에서 신선한 작물을 재배하는 '월면 온실' 기술을 개발하고 있다. 달의 밤은 지구 시간으로 2주나 계속되고, 이때 온도는 급강하하며 햇빛도 전혀 없다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 식물이 마치 겨울잠을 자듯 활동을 최소화하는 '준동면(quasi-hibernation)' 전략을 고안했다. 온실은 햇빛이 없는 밤 동안 에너지 소비를 극도로 줄여 버티다가, 다시 해가 뜨면 정상적으로 성장을 이어간다. 2024년 말부터 시작된 실험에서 연구팀은 지구 대기압의 절반에 불과한 저압 환경과 기나긴 어둠 속에서도 보리와 귀리를 성공적으로 생존시켰다. 또한 흙 없이 영양분을 녹인 물을 순환시켜 식물을 키우는 수경재배 방식의 단점도 극복했다. 물을 공유하기 때문에 병원균 하나가 전체 시스템을 오염시킬 수 있는데, 전기를 이용해 물속 유해균을 없애는 소독 기술을 적용해 문제를 해결했다. 이 프로젝트는 NASA가 주도하는 유인 달 탐사 계획 '아르테미스'와 연계되어, 2027년으로 예정된 유인 달 착륙 임무의 성공을 위한 핵심 과제로 추진되고 있다. 연구를 이끄는 겔프 대학교의 마이크 딕슨 교수는 "인류는 오랜 역사 속에서 언제나 술을 만들어왔다"며 "달에서도 좋은 술을 맛볼 수 있도록 보리를 재배하는 것이 오랜 목표"라는 유쾌한 포부를 밝히기도 했다. 독일, 조류(Algae)로 식량과 산소를 동시에 잡는다 독일 뮌헨공과대학교(TUM) 연구팀은 한 걸음 더 나아가 식량과 산소를 동시에 생산하는 기술을 제안했다. 해답은 바로 미세조류(algae)다. 연구팀이 개발 중인 '광생물반응기(PBR)'는 빛(光)을 이용해 미세조류 같은 생물(生物)을 키워 유용한 물질을 얻는 장치다. 우주비행사가 내뿜는 이산화탄소와 물을 공급하면, 조류가 광합성을 통해 신선한 산소를 만들어내고, 빠르게 증식한 조류는 단백질이 풍부한 식량(바이오매스)이 된다. 연구팀은 가느다란 관을 이용하는 '튜블러' 방식과 넓은 판을 쓰는 '평판형' 방식의 두 가지 PBR 설계를 비교 분석했다. 평판형이 생산 효율은 더 높지만, 유지보수가 더 까다로운 것으로 나타났다. 이 기술의 가장 큰 매력은 비용 절감 효과다. 지구에서 1kg의 화물을 달로 보내는 데 약 10만 달러(약 1억 3000만 원)가 드는 것을 감안할 때, PBR 구조물 대부분을 월면토로 만들면 시스템당 수백만 달러, 튜블러 방식의 경우 최대 5000만 달러(약 650억 원)까지 절약할 수 있다. 물론 아직 넘어야 할 산은 많다. PBR 가동에 필요한 빛을 태양에서 직접 얻으려면 투명한 유리가 필요한데, 월면토로 완벽하게 투명한 유리를 만드는 기술은 아직 초기 연구 단계다. 내부 LED 조명을 쓰자니 전력 소모와 부품 조달이 문제다. 플라스틱이나 전자부품, 그리고 생명 활동에 필수적인 탄소(C)와 질소(N) 같은 원소들도 달에는 매우 희귀하다. 연구팀은 우주비행사의 소변이나 생활 하수를 정화해 희소 원소를 재활용하는 '완전 순환(폐쇄 루프)' 방식을 현실적인 대안으로 제시했다. 미래의 달 기지, '통합 시스템'으로 진화한다 중국, 캐나다, 독일이 개발 중인 기술들은 각각 독립적으로도 의미가 크지만, 서로 결합될 때 진정한 시너지를 발휘한다. 미래의 달 기지는 중국의 벽돌로 지은 튼튼한 외피가 우주의 위협을 막아주고, 그 안에서 캐나다의 온실이 신선한 채소를, 독일의 광생물반응기가 식량과 산소를 공급하는 '통합 아키텍처' 형태가 될 전망이다. 여기에 태양광 발전과 에너지 저장 시스템, 물과 폐기물을 100% 재활용하는 기술이 더해지면, 지구의 보급에 의존하지 않는 지속 가능한 영구 기지 운영이 가능해진다. 현재 각국의 기술들은 초기 실험 단계에 머물러 있지만, '건설-식량-생명 유지'로 이어지는 이 기술 삼각편대는 인류가 달에서 스스로 짓고, 먹고, 숨 쉬는 시대를 앞당기는 핵심 동력이 되고 있다.
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[퓨처 Eyes(97)] 달에서 산다⋯中·캐나다·獨, '집 짓고 먹고 숨 쉬는' 월면 기지 경쟁 본격화
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[우주의 속삭임(133)] 화성에서 '산호' 닮은 암석 발견⋯수십억 년 전 물의 흔적
- 미국 항공우주국(나사·NASA)의 화성 탐사 로버 큐리오시티(Curiosity)가 지난 7월 24일 화성 게일 크레이터에서 산호(coral) 형태와 흡사한 독특한 암석 구조를 촬영했다. 이 암석은 약 2.5㎝ 크기로, 마치 지구 해저의 산호초처럼 가지 모양의 정교한 구조를 갖추고 있다. NASA는 지난 8월 4일 공식 성명을 통해 이 흑백 이미지를 공개하면서 "이 암석은 과거 액체 상태의 물이 존재하던 시기에 형성된 후, 수십억 년간 모래가 섞인 바람에 의해 침식돼 지금과 같은 형태가 됐다"고 밝혔다. 물과 광물, 그리고 수십억 년의 바람이 빚은 '산호 암석' 해당 암석은 큐리오시티의 고해상도 망원 카메라인 리모트 마이크로 이미저(Remote Micro Imager)를 통해 촬영됐다. NASA에 따르면, 화성에 존재했던 물은 광물을 용해시킨 채 바위의 미세한 틈을 따라 스며들었고, 이후 물이 증발하면서 광물이 결정화돼 암석 내부에 '광맥(mineral vein)'을 형성했다. 이후 수억 년간 지속된 풍화 작용이 주변 암석을 깎아내면서 오늘날의 가지 모양이 드러나게 된 것이다. 이는 지구에서도 자주 관찰되는 자연적 형성과정으로, NASA는 앞서 2022년에도 화성에서 꽃 모양을 닮은 암석을 발견한 바 있다. 최근 함께 촬영된 '파포소(Paposo)'라는 이름의 약 5㎝ 크기 비정형 암석 또한 이와 유사한 형성 과정을 거친 것으로 보인다. 생명 흔적 탐색 지속 중…"화성, 한때 생명체에 적합했을 가능성" 큐리오시티는 2012년 화성에 착륙한 이래 게일 크레이터(지름 약 154㎞) 내에서 약 35㎞를 이동하며 탐사를 이어오고 있다. 탐사 과정에서 시추, 시료 채취, 화학 분석 등이 이뤄지고 있으며, 그간 긴 탄소 사슬과 37억 년 전 암석 속 탄소 순환의 흔적 등 생명체가 존재했을 가능성을 뒷받침하는 증거가 다수 발견됐다. 이번 '산호형 암석' 역시 화성의 고대 환경이 액체 수분의 존재와 그에 따른 지질 변화로 구성되어 있었음을 시사하며, 향후 화성 생명체 존재 가능성 연구에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대된다. 국제 공동개발 장비로 정밀 분석 큐리오시티에 탑재된 분석 장비 '켐캠(ChemCam)'은 미국 로스앨러모스 국립연구소와 프랑스 국립우주연구센터(CNES), 툴루즈 대학, 프랑스국립과학연구센터(CNRS) 등 국제 협력 기관이 공동 개발한 것으로, 원거리에서도 암석 조성을 분석할 수 있는 레이저 분광 시스템을 갖추고 있다. 큐리오시티 미션은 미국 캘리포니아 파사데나에 위치한 칼텍(Caltech) 산하 NASA 제트추진연구소(JPL)가 주도하고 있으며, NASA 본부 산하 과학임무국이 이를 지원하고 있다.
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[우주의 속삭임(133)] 화성에서 '산호' 닮은 암석 발견⋯수십억 년 전 물의 흔적
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[기후의 역습(160)] 머신 러닝, 전 세계 빙하 침식 속도 정밀 예측⋯"연 0.02~2.68㎜"
- 기후 변화로 전 세계 빙하가 급속도로 녹고 있는 가운데, 머신 러닝(Machine Learning)을 활용해 전 세계 빙하의 침식 속도를 정밀하게 추정한 연구 결과가 발표됐다. 이 연구는 장기적인 지형 변화뿐만 아니라, 핵폐기물 저장지 선정 및 퇴적물 이동 모니터링 등 다양한 분야에 기초자료로 활용될 수 있을 전망이라고 웹사이트 Phys가 7일(현지시간) 전했다. 캐나다 빅토리아대학교(University of Victoria)의 지리학자 소피 노리스(Sophie Norris) 박사 연구팀은 국제 공동 연구를 통해 전 세계 18만 개 이상의 현대 빙하 중 약 85%에 해당하는 빙하에 대해 침식 속도를 예측했다. 이들은 러닝 머신 기반 회귀 분석을 통해 빙하 침식 속도의 99%가 연간 0.02~2.68밀리미터(mm) 범위에 있다는 정량적 결과를 도출했다. 이는 신용카드 두께와 유사한 수준이다. 노리스 박사는 "빙하 하부에서 발생하는 침식은 생각보다 훨씬 복잡한 메커니즘에 의해 이뤄진다"며 "기온, 빙하 하부 수량, 암석 유형, 지열 등 다양한 요소가 침식 속도에 영향을 미친다"고 설명했다. 해당 연구 결과는 학술지 '네이처 지오사이언스(Nature Geoscience)'에 발표됐다. 최근 10년간 지구에서 사라진 빙하 2,700Gt…해수면 8mm 상승 기여 지난 10년간 지구 전역에서 사라진 빙하의 총량이 2700기가톤(Gt)에 달하는 것으로 나타났다. 이는 약 1조 리터의 물을 의미하며, 스위스 전역이 6m 깊이로 잠길 수 있는 엄청난 양이다. 유럽우주국(ESA)과 미국항공우주국(나사·NASA)의 지구의 중력장 측정 위성 그레이스(Grace)와 그레이스 포(GRACE-FO)의 데이터 분석에 따르면, 2014년부터 2024년까지 연평균 약 270Gt의 빙하가 손실된 것으로 추산된다. 이로 인해 지난 10년간 해수면은 약 8mm 상승했으며, 이는 동기간 전체 해수면 상승의 약 3분의 1에 해당한다. 특히 손실이 두드러진 지역은 알프스, 알래스카, 히말라야, 남미 안데스 산맥 등 중위도 및 고산 지역이다. 알프스 지역은 10년 사이 빙하 면적의 30~40%가 소멸됐으며, 알래스카와 히말라야는 세계에서 가장 빠르게 빙하가 줄어드는 지역으로 지목되고 있다. 히말라야는 연간 약 810Gt의 빙하를 잃고 있으며, 이는 아시아 주요 강 유역의 수자원 안보에도 위협을 줄 수 있다는 지적이다. 과학 학술지 네이처에 실린 연구(Nature, Hugonnet et al. 2021)와 IPCC 제6차 평가보고서(AR6, 2021)에 따르면, 21세기 중반까지 전 세계 빙하의 절반 이상이 사라질 것으로 전망되고 있다. 특히 인구 밀집 지역 인근의 저지대 소규모 빙하 후퇴 속도가 빠르게 가속화되면서 식수, 농업, 수력발전 등 생활 기반 전반에 영향을 미칠 가능성도 제기되고 있다. 이번 논문의 공동 저자인 캐나다 달하우지대학교(University of Dalhousie)의 존 고스(John Gosse) 교수는 "실제 빙하 환경에서 침식 속도를 측정하는 것이 매우 어렵다는 점을 감안할 때, 이번 연구는 전 세계 오지의 빙하 침식 과정을 예측할 수 있는 귀중한 자료"라고 평가했다. 이번 연구는 노리스 박사가 달하우지대 박사후연구원 시절 시작해 빅토리아대에서 마무리했으며, 프랑스 그르노블알프대(University of Grenoble Alpes), 미국 다트머스대(Dartmouth College), 펜실베이니아주립대, UC어바인 등과의 공동 연구로 진행됐다. 캐나다 핵폐기물관리기구(NWMO)의 재정 지원과 협력 아래 수행됐다. 연구팀은 향후 이 예측 모델을 활용해 기후변화에 따른 빙하 후퇴와 지형 변화, 유사 퇴적 및 영양염류 순환 등 지구 시스템 전반의 변화 양상을 보다 정밀하게 예측할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 지구 빙하는 단순한 자연경관을 넘어 해수면, 강수량, 지형 변화, 생태계 순환에까지 영향을 미치는 핵심 요소다. 전문가들은 기후 변화의 '가장 눈에 보이는 지표'로서 빙하의 지속적인 관측과 대응이 절실하다고 지적하고 있다.
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[기후의 역습(160)] 머신 러닝, 전 세계 빙하 침식 속도 정밀 예측⋯"연 0.02~2.68㎜"
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[우주의 속삭임(132)] 138억 년 전 우주의 첫 분자 반응, 독일 실험실서 재현
- 우주 최초의 분자 생성 경로로 추정되는 헬륨수소이온(HeH⁺)의 반응 메커니즘이 실험을 통해 확인됐다. 독일 막스플랑크 핵물리연구소(Max-Planck-Institut für Kernphysik, MPIK) 연구진은 최근 우주 초기 환경을 모사한 조건에서 HeH⁺와 수소 동위원소인 중수소(Deuterium)의 반응을 성공적으로 재현했다고 밝혔다. 이번 연구는 빅뱅 직후 형성된 최초의 분자 반응 과정을 규명함으로써, 초기 우주 화학과 별 탄생 메커니즘에 대한 이해를 심화하는 계기를 마련했다는 평가를 받고 있다고 사이테크데일리가 전했다. 관련 연구 결과는 국제 학술지 '천문학 및 천체물리학(Astronomy & Astrophysics)' 7월 24일자에 게재됐다. 최초의 분자, 우주의 별을 잉태하다 약 138억 년 전 발생한 빅뱅 직후, 우주는 초고온·초고밀도의 플라즈마 상태였다. 이 시기 수초 안에 양성자와 중성자가 결합해 수소와 헬륨 등 가장 가벼운 원소가 형성됐다. 그러나 이들 원소는 모두 이온화된 상태였으며, 약 38만 년이 지나서야 우주는 충분히 냉각돼 전자가 원자핵과 결합할 수 있는 '재결합(Recombination)' 단계를 맞이했다. 이 시점부터 안정된 중성 원자가 형성됐고, 이후 첫 분자 형성을 위한 화학 반응이 시작됐다. HeH⁺는 중성 헬륨 원자와 양성자 상태의 수소가 결합해 형성된 것으로, 오늘날까지도 우주에서 존재가 관측된 가장 원시적인 분자로 알려져 있다. HeH⁺는 분극(극성)이 크고 낮은 온도에서도 효율적으로 에너지를 방출할 수 있어, 우주 초기 별 형성 과정에서 냉각 인자로 기능했을 가능성이 제기돼 왔다. 실험실에서 재현한 원시 우주 반응 이번 실험은 독일 하이델베르크에 위치한 MPIK의 극저온 저장 링(Cryogenic Storage Ring, CSR)에서 진행됐다. 이 장비는 직경 35m 규모로, 우주 공간과 유사한 극저온(섭씨 -267도 수준)과 초고진공 조건을 구현할 수 있다. 연구진은 HeH⁺ 이온을 CSR 내부에 최대 60초간 저장하면서, 여기에 중성 중수소 원자 빔을 교차시켜 반응을 유도했다. 이 과정에서 HeH⁺가 중수소와 충돌해 중수소수소이온(HD⁺)과 중성 헬륨 원자가 형성되는 반응을 확인했다. 이는 기존에 예측됐던 수소이온(H₂⁺) 대신 중수소 반응을 활용함으로써, 유사 반응의 실험적 검증이 가능하게 한 방식이다. 특히 이번 실험은 충돌 에너지를 세밀하게 조절해 온도 변화에 따른 반응률을 측정할 수 있도록 설계됐다. 그 결과, 기존 이론이 예측한 것과 달리 저온에서의 반응 속도가 거의 일정하게 유지된다는 사실이 확인됐다. 기존 이론 뒤집은 실험 결과…우주 화학에 새 지평 MPIK의 물리학자인 홀거 크레켈(Holger Kreckel) 박사는 "기존에는 반응 온도가 낮아지면 HeH⁺의 반응률도 급격히 감소할 것으로 예측돼 왔다"며 "그러나 실험과 이를 뒷받침한 새로운 이론 계산 모두 이 같은 가설을 뒷받침하지 않았다"고 밝혔다. 이는 프랑스 오르세대학 이론물리학자 요한 스크리바노(Yohann Scribano) 박사팀의 후속 계산에서도 일관되게 확인됐다. 기존 연구에 사용된 반응 퍼텐셜(Potential Surface)에 오류가 있었음을 지적한 스크리바노 박사팀은 이를 수정한 새로운 계산을 통해 실험 결과와 정합되는 반응 경로를 도출했다. 이로써 HeH⁺와 수소(또는 중수소)의 충돌 반응이, 생각보다 훨씬 높은 빈도로 일어났을 가능성이 제기되며, 이는 초기 우주에서 H₂(분자 수소) 형성의 핵심 경로로 작용했을 수 있다는 가설에 힘을 싣는다. 별의 탄생을 이끈 단순한 분자 HeH⁺는 단순한 분자지만, 우주의 별 형성에 있어서는 복잡한 역할을 수행한다. 초기 우주는 별의 씨앗인 원시 성운들이 수축하며 온도가 올라가는 과정을 반복했는데, 이 과정에서 분자가 방출하는 복사에너지는 냉각을 유도하며 핵융합에 이르기까지의 임계 조건 형성에 기여했다. 수소 원자는 약 섭씨 1만도 이하에서는 효율적인 복사 냉각이 어려운 반면, HeH⁺는 그보다 낮은 온도에서도 분자 진동과 회전을 통해 효과적인 에너지 방출이 가능하다는 점에서 그 중요성이 재조명되고 있다. 우주 화학의 기원을 다시 쓰다 이번 실험은 '우주 화학의 시작'으로 불리는 초기 반응 경로를 실험적으로 재현하고, 그 반응 동역학을 정량적으로 규명한 첫 사례로 평가된다. HeH⁺는 2019년 허블우주망원경을 통해 행성상성운 NGC 7027(위 사진)에서 실제로 발견되며 천문학적으로도 그 존재가 확증된 바 있다. 이에 따라 실험적·이론적 데이터는 향후 우주 초기 분자 분포 모델과 별 형성 이론 정교화에 핵심 단서를 제공할 것으로 보인다. MPIK 연구진은 향후 다른 원시 분자들과의 반응성 실험도 확대해나갈 계획이며, 궁극적으로는 초기 우주의 분자적 진화 경로와 그에 따른 천체 형성 메커니즘을 체계화하는 데 기여할 것으로 기대된다. ◇ 참고 문헌: F. Grussie 외, “Experimental confirmation of barrierless reactions between HeH⁺ and deuterium atoms suggests a lower abundance of the first molecules at very high redshifts”, Astronomy & Astrophysics, 2025년 7월 24일. [DOI: 10.1051/0004-6361/202555316]
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- 포커스온
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[우주의 속삭임(132)] 138억 년 전 우주의 첫 분자 반응, 독일 실험실서 재현
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[우주의 속삭임(131)] 달 토양에서 물과 산소, 연료까지⋯우주 생존 기술에 새 이정표
- 달 표면의 토양에서 물을 추출하고, 이를 이용해 우주인이 내뿜는 이산화탄소(CO₂)를 산소와 연료로 전환하는 차세대 기술이 개발됐다. 이 획기적인 기술은 향후 유인 달 탐사 및 장기 우주 거주 계획의 핵심 자립 수단으로 주목받고 있다고 사이테크데일리가 전했다. 홍콩중문대학(심천캠퍼스)의 루 왕(Lu Wang) 교수 연구팀은 7월 16일 국제 학술지 줄(Joule)에 발표한 논문을 통해, 태양광을 활용한 광열 반응 기반의 시스템을 통해 달 토양에서 물을 추출하고 이를 곧바로 연료 성분과 산소로 전환하는 통합 기술을 구현했다고 밝혔다. 이 기술은 물과 연료를 지구에서 운반해야 하는 기존 방식의 비용과 물류 부담을 크게 줄일 수 있는 잠재력을 지닌다. "달 토양이 가진 가능성, 예상을 뛰어넘었다" 루 교수는 "달 토양이 지닌 '마법' 같은 특성에 연구진 모두 놀랐다"며 "하나의 시스템 안에서 물 추출과 이산화탄소 촉매 반응이 동시에 이뤄지는 통합 기술이 개발되면서 에너지 효율은 물론 인프라 구축 비용까지 절감할 수 있게 됐다"고 설명했다. 이번 연구는 중국 창어(Chang’e) 5호 임무를 통해 확보된 실제 월면 토양 샘플과 모의 달 토양을 활용해 실험이 이뤄졌다. 연구진은 CO₂를 채운 반응기에 고집광 태양광 시스템을 연결해 태양 에너지를 열에너지로 전환시키고, 이를 통해 달 토양 내 일메나이트(ilmenite) 등 중금속 산화물로부터 물을 추출했다. 이와 동시에 CO₂를 일산화탄소(CO)와 수소(H₂)로 분해해 연료 전구체로 전환하는 데도 성공했다. 이 기술은 우주인 호흡을 통해 발생하는 CO₂를 재활용하는 순환 시스템을 구현할 수 있어, 미래의 달 기지나 심우주 탐사선에서 생명 유지 및 추진체 생산의 핵심 기술로 적용 가능성이 기대된다. 물 한 갤런에 8만 달러…달 자원 활용이 경제성 해법 NASA와 유럽우주국(ESA) 등 각국 우주 기관은 오랜 기간 달을 기반으로 하는 ‘우주 탐사의 전진 기지’ 구상을 추진해왔다. 그러나 생명 유지에 필수적인 물과 산소, 연료 등을 지구에서 지속적으로 운반하는 데 따른 막대한 비용과 물류 복잡성이 가장 큰 걸림돌이었다. 연구에 따르면, 물 한 갤런(약 3.78리터)을 우주로 운반하는 데 드는 비용은 약 8만 3000달러(약 1억 1500만 원)에 달한다. 우주인 한 명이 하루에 평균 4갤런의 물을 필요로 한다는 점을 고려하면, 물류 문제는 단순한 비용의 문제가 아니라 생존 가능성 자체를 결정짓는 요소로 작용해왔다. 이 같은 현실을 반영해, 이번 연구는 자립적 생존 인프라 구축을 위한 자원 현지화(local resource utilization)의 가능성을 기술적으로 입증했다는 평가를 받고 있다. 현실적 과제도 여전…극한 환경, 불균일한 토양 성분 그러나 기술 상용화까지는 넘어야 할 난제도 적지 않다. 연구진은 달의 극심한 온도차, 고에너지 방사선, 중력 부족, 비균질적인 토양 성분 등 다양한 변수들이 실제 환경에서 시스템 작동을 어렵게 만들 수 있다고 지적했다. 또한, 우주인의 호흡만으로 발생하는 CO₂ 양은 전체 산소·연료 수요를 충족하기에는 한계가 있다는 점도 고려돼야 한다. 현재의 촉매 효율 역시 실험실 환경에서는 만족스러운 수준이지만, 장기간·대규모 운영이 필요한 실제 우주 거주 환경에서는 추가적인 기술 고도화가 필요하다는 것이 연구진의 판단이다. 연구진은 "지속가능한 월면 자원 활용과 우주 탐사를 실현하려면 기술적 한계와 개발·운영 비용을 동시에 극복해야 한다"며 국제적 협력과 장기적 투자의 중요성을 강조했다. 차세대 우주경제 기반 기술로 부상 이번 연구는 단순히 기술의 진보를 넘어, 향후 우주경제 구축에 있어 '월면 자원 자립형 생태계'라는 새로운 패러다임을 열 수 있다는 점에서 전략적 의미를 지닌다. 특히, 이산화탄소를 산소 및 연료로 전환하는 기술은 장기적으로 화성 탐사와 같은 심우주 미션에서도 응용 가능성이 높다. 해당 연구는 중국 국가중점 R&D계획, 국가자연과학기금, 광둥성 과학기술혁신기금, 심천시 기초과학재단 등 다수의 국가·지자체 자금을 지원받아 수행됐다. 이는 국가 차원에서의 전략적 우주기술 투자와 연계된 프로젝트라는 점에서 향후 연구 개발의 지속성과 확장성도 주목된다. 지금까지 달은 인류의 도달 목표였다면, 이제는 자립적 생존과 지속가능한 탐사의 시험대가 되고 있다. 이번 연구는 '우주 속의 지구화'를 위한 기술적 초석을 마련하는 의미 있는 진전으로 평가받는다.
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[우주의 속삭임(131)] 달 토양에서 물과 산소, 연료까지⋯우주 생존 기술에 새 이정표
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