화성에는 포보스와 데이모스라는 두 개의 작은 위성이 있다. 포보스와 데이모스의 지름은 각각 22.2 ㎞와 12.6㎞로 포보스가 좀 더 크고 안쪽을 공전하고 있다. 둘 다 감자 같은 외형으로 묘사되지만, 자세히 들여다보면 서로 좀 다른 것을 알 수 있다. 포보스는 곰보 자국 같은 분화구가 훨씬 많은 반면 데이모스는 상대적으로 분화구가 적고 매끈한 외형을 지니고 있다. 따라서 사실 데이모스 쪽이 좀 더 감자 같은 외형을 지니고 있다. 과학자들은 데이모스 표면에 먼지와 미세한 모래 같은 물질인 ‘레골리스’(Regolith)가 두껍게 깔려 있다는 사실을 확인했다. 그리고 남쪽에는 움푹 들어간 분화구 지형이 존재하는데, 그 이유에 대해서는 여전히 미스터리로 남아 있다. 프랑스 코트다쥐르 천문대, 미국 애리조나대, 일본 도쿄대 공동 연구팀은 이 미스터리를 풀기 위해 2025년 데이모스를 근접 관측한 유럽 우주국(ESA)의 헤라 탐사선 자료를 참고해 매우 정교한 시뮬레이션을 시행했다. 연구팀은 스위스 베른대가 개발한 ’평활 입자 유체역학’(SPH) 코드도 활용했다. 베른 SPH는 미 항공우주국(NASA)이 소행성 디모포스의 궤도를 변경시킬 수 있는지 증명하기 위해 의도적으로 이 소행성에 충돌시킨 탐사선 ‘DART’(쌍소행성 궤도수정 실험)의 효과를 평가하는 코드였다. 이는 충돌하는 천체를 수백만 개의 입자로 분해하고, 충돌 시 입자들의 중력, 밀도, 물질 강도와 같은 다양한 변수들의 상호작용을 분석하는데 쓰였다. 연구팀은 이 코드를 사용해 고성능 컴퓨터 클러스터에서 약 100회의 시뮬레이션을 시행했다. 그 결과 현재 데이모스의 형태는 지름 320m의 소행성이 45도의 경사 각도로 충돌한 결과라는 결론을 얻었다. 그런데 충돌 후 감자 같은 외형을 만든 요소는 충돌한 소행성 이상으로 데이모스 자체의 구조에 많은 영향을 받았다. 데이모스는 감자처럼 내부가 꽉 차 있는 단단한 구조가 아니라 내부에 공간이 많은 잡석 더비 같은 소행성 구조를 지니고 있는 것으로 추정된다. 따라서 오히려 충돌 시에 충격을 효과적으로 흡수해 위성이 파괴되는 대신 형태가 약간 변하면서 많은 먼지와 파편을 주변으로 날렸다. 덕분에 표면이 먼지와 모래에 파묻히면서 현재처럼 상대적으로 매끈한 감자 같은 외형을 지니게 된 것으로 풀이된다. 이번 연구 결과는 앞으로 화성의 두 위성을 직접 탐사할 일본 우주 항공 연구 개발기구(JAXA)의 MMX 탐사선에 의해 검증될 예정이다. MMX는 두 위성을 자세히 관측하고 포보스에서는 샘플을 채취해 두 위성의 생성 기원과 특징을 밝혀낼 예정이다. 이번 결과를 뒷받침하는 결과가 나올지 아니면 이를 뒤집는 새로운 발견이 나올지 주목된다.

과학자들이 태양 표면인 ‘광구’를 역대 최고 해상도로 관측하는 데 성공했다. 데이비드 쿠리제 미국 국립태양관측소(NSO) 연구원 연구팀은 하와이 마우이섬 할레아칼라 화산 정상에 있는 ‘대니얼 K. 이노우에 태양망원경’으로 태양 광구를 최고 해상도로 관측했다. 광구는 눈으로 관찰할 수 있는 태양의 얇은 표면층이다. 연구팀은 광구에 존재하는 흑점 근처 플라스마층의 자성 활성 구역을 관측했다. 자성 활성 구역은 강력한 자기장이 집중 형성되는 구역이다. 관측 결과 ‘켈빈-헬름홀츠 불안정성’(KHI)이라는 유체역학적 현상이 관측됐다. KHI는 서로 다른 속도나 방향으로 맞닿아 흐르는 두 유체층(플라스마층)의 경계면에서 물결이나 소용돌이가 발생하는 현상이다. 구름, 목성 대기, 태양 코로나 대기에서 관측된 적이 있으나 자기장이 지배하는 광구에서 KHI가 관측된 것은 이번이 처음이다. 연구팀은 고속 연사 촬영 기법으로 고해상도 프레임을 매우 짧은 시간 간격으로 연속 촬영했다. 그 결과 기존에 광구에서 관측되지 않았던 띠 모양과 소용돌이 모양의 구조가 반복해 나타나는 것을 발견했다. 연구팀은 “자성 활성 구역의 자기장선 사이를 흐르는 플라스마층의 속도 차이가 KHI를 유발하고 KHI로 발생한 소용돌이가 자기장선을 강하게 뒤튼다”며 “물과 기름처럼 섞이지 않는 자기화 플라스마와 비자기화 플라스마를 섞어 자기장이 빠르게 확산되도록 만든다“고 설명했다. 스마트폰 먹통 만드는 태양 폭발 현상과 연관연구팀이 촬영한 KHI는 스마트폰 등 지구의 필수 전자 기기의 작동에 이상을 일으키는 태양 폭발 현상과도 관련이 있다. 일반적으로 KHI로 인해 발생한 소용돌이가 플라스마를 섞고 뒤틀면 자기장에 축적돼 있던 에너지가 열과 파동 에너지로 터져 나온다. 에너지가 솟구치면서 태양 상층 코로나 대기의 온도를 높이고 태양 플레어, 코로나 질량 방출 등의 태양 폭발 현상을 일으키는 것으로 알려졌다. 이번 연구는 태양의 표면층에서 자기장과 유체가 어떻게 상호 작용하며 태양 표면의 에너지와 질량을 코로나와 같은 상층 대기로 어떻게 수송하는지 설명하는 데 도움이 될 것으로 보인다. 자세한 연구 결과는 지난 5일(현지시간) 국제학술지 ‘네이처’에 발표됐다. “태양 폭발로 먹통 되는 GPS 잡는다”한편 우리 정부는 우리나라의 태양권 탐사 추진 계획을 내놓았다. 지구·달 과학탐사선은 지구 저궤도 등에 비해 장기 관측 데이터가 상대적으로 부족한 지구와 달 사이 공간에서 태양풍과 지구 자기장의 영향을 폭넓게 관측할 수 있다. 우주항공청이 구상 중인 ‘태양권 물리 탐사선’(Heliospheric Physics Probe)은 ‘OSEL’(off-the-Sun-Earth-line) 접근에 필요한 위성 기술과 관측 역량을 검증하는 탐사선이다. OSEL은 태양-지구 연결 선상에서 벗어난 궤도를 의미한다. 태양의 측면에서 태양 활동을 관측할 수 있는 최적의 위치로 꼽힌다. 태양풍으로 흑점 폭발 등이 발생해 막대한 에너지 입자가 지구에 도달하면 지구 자기장이 교란돼 지상 통신, 전력망, 항공 운행 등이 직접적인 타격을 입는다. 오태석 우주항공청장은 “태양 폭발로 발생하는 우주 방사선과 태양풍은 위성 고장, 위치정보시스템(GPS) 오차, 항공기 통신 장애, 전력망 이상 등 국민 생활과 직결된 피해를 일으킬 수 있다”며 “지구 저궤도에서의 우주 환경 관측을 넘어 지구·달 공간에서 태양 활동을 관측할 수 있도록 관측 범위를 확대하겠다”고 말했다. 대니얼 K. 이노우에 태양망원경은 구경 4m의 세계 최대 태양망원경으로 이전 세대 태양망원경보다 훨씬 높은 공간 해상도를 제공한다. 태양 표면을 약 20km 규모로 나눈 구조로 식별할 수 있다.

그동안 수면 중에 주로 활성화되는 것으로 알려졌던 뇌척수액 순환과 뇌 노폐물 배출이 깨어 있는 상태에서의 특정 호흡 훈련을 통해서도 촉진될 수 있다는 인체 연구 결과가 나왔다. 메이요 클리닉(Mayo Clinic) 폴 민(Paul H. Min) 영상의학과 교수 연구팀은 의식이 있는 상태에서의 호흡이 뇌척수액(CSF)의 순유량(Net Flow)을 유의미하게 증가시킬 수 있음을 인체 대상을 통해 확인했다고 밝혔다. 이번 연구 성과를 담은 논문은 세계적인 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다. 기존의 뇌척수액 역학 연구는 주로 심장 박동에 따른 맥동(pulsation) 모델이나, 깊은 수면 중에 활성화돼 뇌의 노폐물을 청소하는 ‘글림프(glymphatic) 시스템’을 중심으로 이뤄져 왔다. 즉, 뇌척수액의 실질적인 이동과 대사산물 제거 기능은 수면이라는 특정 생리 상태에 의존한다는 것이 학계의 주된 이해였다. 그러나 폴 민 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 수면 상태가 아닐지라도 특정한 호흡 패턴이 두개강 내 압력 환경과 정맥 환류를 변화시켜 뇌척수액의 실제 이동을 직접 유도할 수 있다는 사실을 규명했다. 이번 연구 설계의 특징은 학제적 성격에 있다. 폴 민 교수 연구팀은 유체 흐름 측정 MRI 기법(PC-MRI)을 활용해 뇌척수액의 유체역학적 변화를 정밀 계측했고, 이와 함께 횡격막 움직임과 자율신경계 리듬을 분석해 생리적 기전을 규명했다. 연구에 사용된 호흡 수련 모델은 한국의 석문도문이 제공한 석문호흡(Seokmun Hoheup) 프로그램이다. 논문에서는 호흡이 기계적 경로(정맥 환류 촉진)와 자율신경 경로(호흡성 동부정맥을 통한 심박수 변조)를 통해 뇌척수액 역학 조절을 구조방정식 모델링(SEM) 분석으로 확인했다. 이를 통해 장기간에 걸친 호흡 기술(Respiration Technology, RT) 훈련이 의식적 행위인 호흡을 통해 뇌척수액 순환과 같은 불수의적 생리 기능에 영향을 줄 수 있음을 기술하고 있다. 또한 논문의 디스커션(Discussion) 후반부에서는 뇌척수액 속도가 노화에 따라 감소하는 것으로 알려져 있으며 고혈압이나 정맥 순응성 저하 같은 조건도 뇌척수액 역학을 손상시킬 수 있다고 밝히면서, “호흡 훈련이 특히 심혈관 기능이 저하된 이들에게 뇌척수액 역학을 보완하는 실현 가능하고 유망한 접근이 될 수 있다(These results position respiratory training as a feasible and promising intervention to support macroscopic CSF dynamics, especially in individuals with compromised cardiovascular function)”고 기술했다. 연구진은 이러한 연구 결과가 향후 고령층 뇌 건강 관리와 인지 기능 저하 예방 연구의 변수로 다뤄질 수 있음을 시사하며 후속 임상 연구가 진행되고 있음을 밝혔다.

배드민턴은 남녀노소 누구나 쉽게 즐길 수 있는 운동이다. 실제로 배드민턴은 세계에서 가장 인기 있는 운동으로 약 2억 2000만 명이 즐기는 것으로 알려져 있다. 배드민턴뿐만 아니라 테니스, 배구, 족구 등 스포츠에서 잘 들어간 서브는 우위를 지킬 수 있는 중요한 방법이다. 그런데, 배드민턴에서 스핀 서브는 셔틀콕을 팽이 돌리듯 코르크를 회전시키며 서브를 넣는 기술이다. 셔틀콕의 자연스러운 회전은 깃털의 기울기 각도에 의해 결정되며, 스핀 서브는 셔틀콕의 비행 궤적을 예측 불가능하게 해 칠 수가 없다. 그래서 세계 배드민턴 연맹(BWF)은 스핀 서브 금지를 결정했다. 이에 중국 홍콩과학기술대 기계·항공우주 공학과, 베이징대 항공우주학과 공동 연구팀은 전산유체역학과 공기역학 실험으로 논란이 되는 스핀 서브 현상을 탐구한 결과, 회전의 세기보다 방향이 더 중요한 역할을 한다고 24일 밝혔다. 이 연구 결과는 물리학 분야 국제 학술지 ‘유체 물리학’ 8월 19일 자에 실렸다. 연구팀은 전산유체역학 시뮬레이션과 공기역학 실험으로 서브 동안 셔틀콕의 궤적을 프리스핀이 없는 경우, 셔틀콕의 자연 회전 방향과 같은 방향의 프리스핀이 있는 경우, 자연 회전에 반하는 프리스핀이 있는 경우 세 가지 조건으로 분석했다. 그 결과, 셔틀콕의 비행은 뒤집힘(turnover), 진동(oscillation), 안정화 3단계를 거친다는 사실이 확인됐다. 프리스핀은 진동 단계의 지속 시간에 영향을 주지만, 뒤집힘 단계에는 영향이 없는 것으로 나타났다. 스핀 서브의 효과는 프리스핀 회전 방향에 크게 좌우되는데, 이는 깃털 기울기 각도로 인해 셔틀콕에 자연스럽게 발생하는 회전 때문으로 분석됐다. 프리스핀 방향이 셔틀콕의 자연 회전 방향과 일치할 때는 진동 단계가 짧아지면서 더 빨리 안정돼 궤적을 예측하기 쉽지만, 프리스핀이 자연 회전과 반대 방향일 경우는 진동 단계가 길어져 궤적이 불안정해 대응이 쉽지 않다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 펭 주 홍콩과기대 교수(공기역학)는 “이번 연구에 따르면 스핀 서브의 효율성은 프리스핀 회전 방향에 달려 있다”며 “추가 연구로 셔틀콕의 궤적을 포착하고 선수들이 서브 기술을 정교화하는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

커피는 전 세계에서 가장 많이 소비되는 음료입니다. 매년 수백억㎏의 커피가 소비되고 있다고 합니다. 한국도 주요 커피 소비 국가 중 하나입니다. 거리에서 가장 많이 눈에 띄는 가게가 커피 전문점인 것만 봐도 알 수 있습니다. 커피 소비가 늘어나면서 커피 맛과 향을 따지는 사람도 많아졌습니다. 커피 맛은 커피 원두의 질과 신선도, 원두를 볶는 로스팅, 분쇄하는 그라인딩, 사용하는 물의 성질, 물의 온도 등 다양한 요소가 좌우합니다. 커피 원두는 특정한 재배 환경이 있어야 하는데, 최근 기후변화로 인해 금세기 말이 되면 커피 생산량이 지금보다 절반 가까이 줄어들 것이라는 예측까지 나오고 있습니다. 커피 수요는 늘어나고 공급량은 줄어들 것으로 예상되면서, 커피 원두 사용을 최소화하면서 맛과 향을 끌어올릴 수 있는 연구도 활발합니다. 미국 펜실베이니아대 물리·천문학부 연구팀은 유체 역학 방정식을 이용해 푸어 오버(pour over) 커피에서 커피 원두 사용의 최적화 방법을 찾아냈습니다. 이 연구 결과는 물리학 분야 국제 학술지 ‘유체 물리학’(Physics of Fluids) 4월 9일자에 실렸습니다. 푸어 오버 커피가 익숙하지 않지만, 핸드 드립 커피와 크게 다르지 않습니다. 타이머와 저울을 이용해 계산된 양의 물을 부어 추출 시간과 용량을 측정하면서 커피를 내리는, 좀더 과학적이고 계량적 방식의 커피 추출법이라고 생각하면 됩니다. 연구팀의 계산 결과 물을 붓는 높이를 가능한 한 높게 하면서, 물줄기가 커피 원두에 부딪칠 때 끊어지지 않는 층류(laminar flow)를 유지하는 것이 원두 양을 적게 하면서도 최적의 맛을 내는 데 필요한 것으로 확인됐습니다. 층류는 유체 흐름을 예측하는 데 사용되는 레이놀즈수(Re)가 2000 이하인 흐름으로, 유체의 각 부분이 상호 얽힘 없이 질서정연하게 흐르는 상태를 말합니다. 연구팀에 따르면 커피 주전자로 알려진 표준 구스넥 주전자로 물을 따를 때 볼 수 있는 두꺼운 물줄기가 푸어 오버 커피를 내리는 데 필요한 높이와 층류를 만드는 데 이상적이라고 합니다. 강하게 한곳으로 집중된 물줄기는 커피 베드를 깊이 파고들며 커피 가루를 순환시켜 물과 커피가 더 잘 섞이게 되고, 그 결과 적은 양의 커피 가루로도 진한 커피를 얻을 수 있다고 합니다. 물줄기가 얇고 약하다면 이런 상호작용을 일으키지 못한다는 것입니다. 연구를 이끈 아널드 마티센 펜실베이니아대 교수는 “물줄기가 얇으면 물방울 형태로 분해되는 경향이 있는데, 이렇게 될 경우 물이 커피와 효과적으로 섞이지 못해 맛없는 커피가 된다”며 “주방에서는 화학과 물리학 측면에서 배울 수 있는 것들이 적지 않다. 예상하지 못했던 새로운 과학적 발견으로 이어지는 경우도 많다”고 말했습니다.

“우리는 모두 매일 수학을 사용합니다. 날씨를 예측할 때, 시간을 말하고 돈 계산을 할 때, 수학은 방정식이나 수식 이상입니다. 논리이고 생각하는 방법입니다. 모든 것은 숫자로 돼 있습니다.” 2000년대 초반 수학을 소재로 한 미드 ‘넘버스’의 오프닝 대사다. 수학자들은 우리 주변의 많은 것들이 숫자로 이뤄져 있고 수로 해석할 수 있다고 본다. 아무리 복잡한 상황이나 자연현상도 수식이나 그래픽으로 비교적 간단하게 표현할 수 있다고 생각한다는 말이다. 맑고 화창한 어느 봄날 점심시간 강남대로를 오가는 사람이나 복잡한 공항을 지나는 사람들의 흐름에도 어떤 패턴이 있을까. 사람에 부딪히지 않으려고 이리저리 피하면서 움직여 무질서해 보일 뿐이다. 그런데, 미국 매사추세츠공과대(MIT) 수학과, 폴란드 물리교육원 인간행동학과, 영국 바스대 수리과학과 공동 연구팀은 인간 군집의 움직임을 모델링해 보행자들의 경로가 질서정연한 상태에서 무질서한 상태로 전환되는 시점을 예측하는 방법을 개발했다고 28일 밝혔다. 보다 안전하고 효율적인 통행을 촉진하는 공공 공간 설계에 도움을 줄 것으로 기대되는 이번 연구 결과는 미국 국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 3월 25일 자에 실렸다. 연구팀은 이번 연구에 앞서 2023년에 군중의 ‘차선 형성’(lane formation) 현상을 밝혀냈다. 입자나 곡물, 사람 등 다양한 군집이 한 지점에서 양쪽으로 움직일 때 자발적으로 일렬로 차선을 형성해 이동하는 현상이다. 연구팀은 군중 속에서 차선처럼 보이는 것이 생기면 주변 사람들은 차선에 합류하거나 양쪽으로 밀려나면서 자발적으로 규칙적이고 구조화된 차선을 형성할 수 있다는 것을 발견했다. 연구팀은 보행자들이 붐비는 건널목을 이동하는 일상적 상황을 유체역학과 입자운동 이론에서 개별 분자의 평균 운동을 다루는 데 활용되는 방정식으로 수학적 분석과 시뮬레이션을 했다. 유체 이동 방정식에서는 특정 변수를 조정해 유체관의 너비(횡단보도 크기), 분자(사람) 이동 각도, 분자가 충돌을 피하기 위해 회피하거나 주변을 돌아갈 수 있는 다양한 방향(회피동작)까지 고려했다. 방정식에 따르면 횡단보도의 보행자들이 반대 방향에서 비교적 직선으로 걸을 때 차선을 형성할 가능성이 더 높다는 것이 확인됐다. 이런 차선 형성 패턴은 사람들이 특정 각도로 방향을 틀기 시작할 때까지 대체로 유지되는 것으로 나타났다. 차선 형성 상태가 무질서한 상태로 바뀌는 핵심 척도를 발견했는데, 연구팀은 이를 ‘각도 분포’(angular spread)라고 이름 붙였다. 각도 분포가 약 13도 이상이 되면 특정 지점에 도달하면 보행자의 흐름이 무질서해지고 차선이 거의 형성되지 않는 것으로 나타났다. 연구팀은 이 수학적 결과가 실제로 적용되는지를 확인하기 위해 체육관에서 사람들을 대상으로 통제 실험을 했다. 연구팀은 실험 참가자에게 고유 번호를 붙인 뒤 머리에 카메라를 착용하도록 하고 보행자들의 움직임을 기록했다. 그리고 횡단보도의 시작점과 종료점을 지정한 뒤, 실험참가자들에게 누구와도 부딪치지 않으면서 목표 지점까지 동시에 횡단보도를 건너도록 했다. 그 결과, 수학 시뮬레이션에서와 마찬가지로 군중의 각도 분포가 13도보다 작을 경우, 대부분의 보행자가 차선을 형성하면서 반대편에서 오는 사람과 부딪치는 일이 거의 발생하지 않고, 일정한 흐름을 형성했다. 횡단보도를 건널 때처럼 사람들은 많지만 더 질서정연하고 차선이 있는 것과 같은 흐름이 형성됐다. 반면, 군중의 각도 분포가 13도를 넘어가면 보행자들이 움직일 수 있는 방향이 많은 공항 터미널이나 열차 대합실같아 무질서 상태가 되는 것으로 확인됐다. 특히 한 사람이 직진에서 13도 이상 각도 분포를 보이며 걷기 시작하면 보행자 흐름이 무질서해지면서 차선 형성이 거의 이뤄지지 않는 것으로 확인했다. 이렇게 군중의 무질서도가 커지면 이동 효율도 떨어진다는 것을 확인했다. 연구를 이끈 캐럴 바식 MIT 응용수학과 수석연구원(유체역학·복잡계 수학)은 “개개인이 아니라 군중 단위로 본다면 유체역할을 이용해 움직임을 설명할 수 있다”라며 “이번 연구는 군중의 이동 패턴을 파악할 수 있게 해 공공 공간 계획자가 보다 안전하고 효율적인 보행자 흐름을 설계하거나 가이드라인을 만들 수 있도록 해줄 수 있을 것”이라고 말했다.

메갈로돈은 신생대 마이오세 초기에 출현해 플라이오세 후기까지 번성한 육식성 상어다. 몸길이는 15~20m로, 역사상 가장 큰 해양 생물이지만 완벽한 전체 골격은 발견된 적은 없다. 그래서 메갈로돈의 생태 환경에 대해 명확히 밝혀지지 않은 상태다. 이런 상황에서 미국 캘리포니아 리버사이드대(UC 리버사이드)를 중심으로 호주, 오스트리아, 브라질, 프랑스, 이탈리아, 일본, 멕시코, 영국 9개국 국제 공동 연구팀은 약 1500만~360만 년 전 전 세계에 분포했던 거대 상어류인 메갈로돈이 지금까지 알려진 것처럼 거대한 백상아리가 아니라 레몬 상어나 큰 고래에 더 가깝다고 밝혀냈다. 이 연구 결과는 고생물학 분야 국제 학술지 ‘고생물학 일렉트로니카’ 3월 10일 자에 실렸다. 오토두스 메갈로돈(Otodus megalodon)으로 불리는 메갈로돈은 톱니 모양의 이빨, 척추뼈, 비늘 등 부분 화석만 발견됐다. 현대 백상아리도 톱니 모양의 이빨을 갖고 있어, 백상아리의 거대한 버전으로 생각됐다. 연구팀은 기존 이빨 크기로 전체 몸길이를 추정하던 방식과 달리 145종의 현대 상어와 20종의 멸종 상어류를 조사해 몸 전체 길이에 대해 머리, 몸통, 꼬리 비율을 조사해 몸길이를 추정하는 방식을 개발했다. 벨기에에서 발굴한 메갈로돈 척추뼈는 지름이 15.5㎝이지만, 덴마크에서 발굴된 메갈로돈 척추뼈는 직경이 23㎝였다. 연구팀은 벨기에에서 발견된 메갈로돈의 몸통 부분은 약 11m로, 새로운 추정법에 따르면 머리와 꼬리는 각각 1.8m, 3.6m로 전체 길이는 16.4m로 추정했다. 덴마크 메갈로돈의 경우는 같은 방법으로 추정했을 경우 약 24.3m로 나타났다. 연구팀은 신체 부위 비율을 비교한 결과, 메갈로돈의 신체 형태는 현대 백상아리보다는 훨씬 더 날렵하게 생긴 레몬상어와 더 유사하다는 사실을 밝혀냈다. 메갈로돈처럼 몸집이 클 경우는 백상아리와 같은 체형이라면 물속을 다닐 때 유체역학적으로 비효율적이라고 설명한다. 실제로 성장함에 따라 덩치가 둔중해지는 백상아리는 유체역학적 제약으로 크기가 7m를 넘기가 쉽지 않다. 또, 24.3m 메갈로돈의 몸무게는 약 94t 정도였을 것이며 순항 속도는 시속 2.1~3.5㎞로 추정됐다. 새끼들의 크기는 약 3.6~3.9m에 해당할 것으로 예상됐다. 문제는 몸의 형태는 백상아리보다 물 속에서 유리하지만, 덩치가 커 순항 속도가 백상아리와 비슷하다보니 먹이 경쟁에서 백상아리에 밀리면서 멸종했다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 켄슈 쉬마다 미국 드폴대 교수(해양 생태 진화학)는 “이번 연구 결과는 단순히 메갈로돈의 몸 크기를 추정하는 것을 넘어 수생 척추동물이 거대한 몸집을 가질 수 있는 조건을 명확히 보여줬다는 데 의미가 크다”라고 말했다.

과거 소풍 풍경이나 기차 여행을 묘사할 때 항상 언급되는 것이 사이다와 삶은 달걀이다. 삶은 달걀은 호불호가 많지 않은 식품이지만, 원하는 식감으로 완벽하게 삶기란 쉽지 않다. 끓는 물에 담가 놓고 잠깐 한눈을 팔면 달걀이 터지기도 하고, 충분히 삶았다고 생각하고 꺼냈는데 덜 익었을 때도 있다. 그런데, 화학자, 재료과학자, 공학자들이 머리를 맞대고 달걀을 ‘이븐’하게 삶을 수 있는 방법을 개발해 눈길을 끈다. 이탈리아 나폴리 페데리코2세 대학 화학과, 약학과, 폴리머·합성·생체물질 연구소 공동 연구팀은 달걀의 노른자와 흰자를 원하는 대로 완벽하게 조리할 수 있는 방법을 개발했다고 10일 밝혔다. ‘주기 조리법’(periodic cooking)으로 이름 붙인 이 방법을 사용하면 기존의 삶는 방법이나 수비드 방식으로 조리한 달걀보다 더 골고루 익게 할 수 있을 뿐만 아니라 영양성분도 훨씬 풍부하다고 연구팀은 설명했다. 이 연구 결과는 공학 분야 국제 학술지 ‘커뮤니케이션즈 엔지니어링’ 2월 7일 자에 실렸다. 달걀의 노른자와 흰자는 각기 다른 온도에서 익는다. 흰자는 섭씨 85도에서, 노른자는 섭씨 65도에서 익는다. 그렇지만, 지금까지 달걀을 삶을 때는 섭씨 100도의 끓는 물에 달걀을 넣고 익히는 것이 일반적인데 이 경우 노른자가 완전히 익어버린다. 반면 최근 유행하는 섭씨 60~70도의 물에서 1시간 동안 달걀을 조리하는 수비드 방식은 흰자가 덜 익는 문제가 생긴다. 이에 연구팀은 전산 유체역학을 이용해 달걀 삶는 과정을 시뮬레이션해 달걀을 원하는 방식으로 조리하는 방법을 찾아냈다. 시뮬레이션 결과, 섭씨 100도로 끓는 물 냄비와 섭씨 30도의 미지근한 물에 달걀을 2분 간격으로 번갈아 가며 담가놓는 방식으로 총 32분 동안 조리하면 완벽한 삶은 계란이 되는 것으로 나타났다. ‘주기 조리법’이라고 부르는 이 과정을 실제 가정의 조리 환경에서 실험했다. 삶은 계란, 반숙 계란, 수비드 계란과 이번 방법으로 삶은 달걀로 질감과 관능 특성 테스트를 하고 핵자기공명 영상, 고분해능 질량 분석법으로 화학적 특성을 평가했다. 분석 결과, 주기 조리법으로 삶은 달걀은 수비드 달걀과 비슷한 부드러운 노른자를 가졌고, 흰자 농도도 수비드와 반숙의 중간 정도로 확인됐다. 주기 조리법으로 삶은 달걀의 흰자 온도는 조리 중 섭씨 35도에서 100도 사이였으며, 노른자는 섭씨 67도의 일정한 온도를 유지한 것으로 조사됐다. 특히 주기 조리법 삶은 달걀의 경우 노른자에는 건강에 유익한 것으로 알려진 미량 영양소인 폴리페놀이 다른 방식으로 삶은 달걀들보다 더 많이 포함된 것으로 나타났다. 연구를 이끈 에르네스토 디 마이오 나폴리 페데리코2세대 교수(화학재료공학)는 “이번에 발견한 방법을 활용하면 완벽하게 조리된 달걀을 맛볼 수 있다”라며 “이번 방법은 단순히 계란 삶기뿐만 아니라 다른 재료 경화와 결정화 등 공업적으로도 적용될 수 있다”라고 말했다.

군중 1㎡당 9명 임계밀도 넘어서면외부 자극 없이도 유체처럼 움직여“집단 행동 예측해 사고 예방 도움” 콘서트나 축제에서 갑자기 수백~수천 명의 사람이 한꺼번에 움직이면 질식이나 압사 사고로 이어질 수 있다. 2022년 10·29 이태원 참사만 봐도 알 수 있다. 이 때문에 수학자나 물리학자들은 대규모 군중 속에서 사람들의 움직임을 예측할 수 있는 모델을 구축하기 위한 연구를 한다. 그렇지만 콘서트장이나 야구장 관객 수와 달리 광장처럼 개방된 공간에서 모이는 인원을 비교적 정확히 추산하는 것도 어려운 일인데 군중의 움직임을 예측한다는 것은 말처럼 쉽지 않다. 이런 가운데 프랑스 리옹 고등사범학교(ENS), 클로드 베르나르 리옹1 대학, 스페인 나바라대 응용수학·물리학과 공동 연구팀은 특정 지역에서 일정 인구밀도를 넘어서면 대규모 군중의 집단적 움직임을 예측할 수 있다고 밝혔다. 연구팀이 개발한 수리 예측 모델은 제한된 환경에서 위험한 군중의 행동을 예측하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 과학 저널 ‘네이처’ 2월 6일자에 발표됐다. 연구팀은 스페인 팜플로나의 전통 행사인 산 페르민 축제에 모이는 사람들을 4년간 관찰했다. 산 페르민 축제는 스페인 북부 나바라주 수호성인 성 페르민을 기리기 위해 주도 팜플로나에서 매년 7월 6일 정오에 시작해 14일 밤 12시까지 열린다. 미국 소설가 어니스트 헤밍웨이의 ‘태양은 다시 떠오른다’에 등장하며 세계적으로 유명해지면서 매년 100만 명 이상 관람객이 방문하고 있다. 연구팀은 산 페르민 축제가 열리는 길이 50m, 폭 20m 광장 두 곳에 카메라를 설치해 약 5000명으로 추산되는 군중의 움직임을 추적했다. 연구팀은 영상 자료와 유체역학을 이용해 군중을 유체처럼 하나의 연속체로 취급하는 수학적 모델을 만들어 분석했다. 그 결과 축제 시작 1시간 전에는 1㎡당 2명이었던 군중 밀도가 축제가 시작되면 1㎡당 6명으로 늘어나는 것이 관찰됐다. 축제 시작 후 30분~1시간 이내에 군중 밀도가 순간적으로 최대 1㎡당 9명까지 급증하는 것도 확인됐다. 1㎡당 9명은 임계 밀도로, 이 수치를 넘어서면 위험 상황이 발생할 수 있다. 실제로 임계 밀도에 도달하면 수백 명의 사람이 한꺼번에 밀거나 갑자기 넘어지는 등 외부 자극 없이도 18초 단위로 진동하는 유체처럼 움직인다는 사실도 확인했다. 연구팀은 이런 예측 결과가 일반적으로 적용될 수 있는지 확인하기 위해 산 페르민 축제의 영상과 2010년 독일 뒤스부르크에서 열린 음악 축제 ‘러브 퍼레이드’에서 발생한 압사 사고 장면을 비교 분석했다. 러브 퍼레이드 압사 사고는 행사장으로 연결된 경사진 통로에 인파가 몰리는 바람에 사람들이 엉켜 넘어지면서 21명이 숨지고 약 650명이 다친 참사다. 연구팀은 러브 퍼레이드 군중이 산 페르민 축제와 비슷한 군중 밀도로 변하는 것과 똑같은 유체 진동을 발견했다. 특히 참사가 임계 밀도를 넘어서는 순간 발생한 것도 확인했다. 연구를 이끈 데니스 바르톨로 리옹 고등사범학교 교수(유체역학·집단 역학)는 “수천 명이 모인 집단에서 역학 관계를 반복적이고 안전하게 실험하기란 사실상 불가능하기 때문에 예측 모델을 구축하기가 쉽지 않았다”며 “이번 연구는 일종의 ‘닫힌계’(closed system)에서 군중의 행동을 효과적으로 예측해 참사를 예방하는 데 도움을 줄 것”이라고 말했다.

붓질 크기·채도, 에너지로 바꿔 분석난류 통계 이론·법칙과 일치 확인기억·상상의 결합물로 알려진 명작대기의 움직임 관찰 결과물 가능성 빈센트 반 고흐가 1889년 완성한 작품 ‘별이 빛나는 밤’은 고흐의 작품 가운데 널리 알려진 작품 중 하나다. 생레미 요양원에 머물면서 병실 밖으로 내다보이는 밤 풍경에 기억과 상상을 결합해 그린 것으로 알려진 이 그림은 천체물리학자를 비롯해 많은 물리학자의 눈길을 사로잡았다. 중국 샤먼대 해양·지구과학부, 해양 기상·기후변화 연구센터, 남방과학기술대 기계·항공공학과, 푸젠 해양 원격탐사 빅데이터 연구센터, 프랑스 리토랄 코트도팔대, 릴대 해양·지질과학 연구실 소속 대기 과학자와 유체역학자들은 “반 고흐가 그린 별의 비율과 색의 밝기와 채도는 대기 움직임과 난류 현상을 극도로 정확하게 표현했다”고 밝혔다. 이 연구 결과는 물리학 분야 국제 학술지 ‘유체 물리학’(Physics of Fluids) 9월 18일자에 실렸다. 많은 과학자는 고흐의 그림 속 하늘이 실제 천체물리학과 얼마나 일치하는지 궁금해했다. 그림 속 대기 움직임을 직접 분석할 수는 없지만 화가의 붓질은 측정할 수 있다는 점에 착안했다. 이에 연구팀은 고해상도 디지털 이미지로 붓질의 크기를 정확하게 측정해 대기의 특성과 형태, 에너지 등을 조사했다. 이를 통해 그림 속 숨겨진 난류와 카오스 현상을 분석하고 실제 별을 관측했을 때의 난류 현상을 비교한 것이다. 그림 속 색깔의 상대적 밝기와 채도는 물리적 움직임의 운동에너지로 대체해 분석했다. 연구팀은 그림 속 14개의 주요 별의 소용돌이 형태의 공간적 규모를 조사해 큰 규모에서 작은 규모로 대기의 운동에너지 전이를 설명하는 ‘에너지 흐름 이론’과 일치하는지도 조사했다. 그 결과 반 고흐의 그림은 난류의 통계적 특성을 설명하는 ‘콜모고로프 난류 이론’과 일치하는 것으로 확인됐다. 콜모고로프 난류 이론은 러시아 수학자 안드레이 콜모고로프가 제시한 것으로 난류라는 것이 매우 복잡한 움직임이지만 그 속성을 통계적으로 분석해 설명할 수 있음을 보여 준다. 콜모고로프 이론에 따르면 난류는 속도와 압력 등 물리적 변수를 확률 변수로 표현할 수 있으며, 큰 난류와 작은 난류는 서로 다른 특성을 가지고, 특정 거리와 방향에서 속도 변동은 일관되게 나타난다. 측정된 관성 에너지를 기준으로 대기 운동과 규모를 예측하는 콜모고로프 이론은 기상학, 항공우주공학, 해양학 등 다양한 분야에서 활용된다. 연구팀은 또 그림 속 별들의 상대적 밝기는 유체 내 농도가 변화하는 방식을 설명하고, 대기 운동에서 나타나는 작은 규모의 난류 에너지 법칙을 설명하는 ‘배츨러 척도’와도 일치한다는 사실을 밝혀냈다. 배츨러 척도는 유체역학에서 유체 내 농도가 변하는 방식에 대한 중요한 기준을 제공한다. 연구를 이끈 황융샹 샤먼대 박사는 “이번 연구 결과는 반 고흐의 그림이 난류에 대해 매우 정확하게 표현하고 있어 자연 현상에 대한 깊고 직관적인 이해가 있었음을 알 수 있다”며 “고흐가 구름과 대기의 움직임을 오랫동안 관찰하며 연구했거나, 하늘의 역동성을 포착하는 본능적 감각이 있었던 것으로 생각된다”고 말했다.

수학과 수학 활용, 수학 문화 확산에 이바지한 사람에게 주어지는 ‘최석정 상’ 올해 수상자로 김종암 서울대 항공우주공학과 교수, 예종철 카이스트 김재철AI대학원 교수, 김상현 고등과학원 수학부 교수가 선정됐다. 과학기술정보통신부와 대한수학회는 조선 시대 관료이자 학자인 최석정의 수학적 업적을 기리기 위해 2021년부터 주어지는 최석정 상 올해 수상자로 이들 3인을 선정했다고 24일 밝혔다. 김종암 서울대 교수는 유체역학 계산 분야 난제들을 수치해석 기법을 활용해 연구하며 산업 수학 발전에 이바지한 공로를 인정받았다. 특히 수학적 이론, 물리 모델링에 근거한 효율적 계산 알고리즘을 개발하고 이를 상용화해 국내외 산업 수학과 전산유체역학 발전에 공헌했다. 예종철 카이스트 교수는 의료 인공지능(AI) 분야 전문가로 자기공명영상(MRI) 같은 의료영상 기기에 쓰이는 AI 기법인 ‘압축센싱’부터 심층학습, 확산모델 등 다양한 최신 AI 기술을 개척해 의료 AI 발전과 수학 분야 심층학습 보급에 이바지한 공로를 인정받았다. 김상현 고등과학원 교수는 고등학생과 일반인 대상 수학 대중강연을 약 10년간 지속해 진행해 수학 대중화에 이바지한 공로를 인정받았다. 김 교수는 ‘연속체 가설’, ‘리만가설’ 등 현대수학의 전문 주제들을 공중파 방송과 교양서, 언론 칼럼 등을 통해 소개하고 있다. 이들 수상자에게는 과기부 장관상과 상금 1000만원이 주어진다.

우리나라의 아파트 수명은 왜 다른 나라보다 현저히 짧을까, 60억원이 넘는 초고가 아파트도 왜 층간소음 악령으로부터 벗어날 수 없을까, 2000년대 초반에야 새집증후군이란 개념이 사람들 입에 오르내린 이유는 뭘까, 하늘에 닿을 듯 솟은 고층 아파트들이 우리 몸과 마음에 어떤 영향을 미칠까 등등의 질문을 던지면 모두들 가자미눈을 하고 돌아앉을 것이다. 서울 서초구와 강남구의 집값이 어떻고, A 대리가 왜 ‘영끌’을 해서라도 강남 아파트를 마련하려 하는지, B 장관이 3급 공무원이었을 때 왜 위장전입을 해서라도 학군이 괜찮은 아파트 단지를 선택했는지 등에 대해 입에 거품을 무는 이도 앞의 질문에 좀처럼 과학적인 답변을 하기 쉽지 않을 것이다. 절반 이상이 아파트에 살고, 전체 주택의 3분의 2가 아파트일 정도로 우리나라 사람들은 아파트 사랑이 지극하지만, 정작 아파트에 숨겨진, 아파트를 굴러가게 하는 과학에 대해선 문외한들이다. 어려운 과학기술을 일반인도 이해하기 쉽도록 글을 쓰고 싶다는 과학 칼럼니스트 김홍재가 쓴 책 ‘아파트 속 과학’(어바웃어북, 413쪽, 2만원)은 아파트 콘크리트에 숨은 나노과학, 건물 사이를 흐르는 바람(흔히 우리가 빌딩풍이라 부르는)에 감춰진 전산유체역학, 벽과 바닥에 담긴 재료공학을 톺아본다. 어렵겠다고? 천만의 말씀이다. 집들이에 나서 남의 집을 호기심 있게 돌아보듯 과학의 시선으로 아파트 구석구석을 탐구하듯 들여다볼 수 있게 썼다. 사진과 그래픽, 도안, 조감도, 평면도, 표 등 정성을 다했다. 3개의 장으로 구성돼 있는데 1장 세대, 2장 건물, 3장 단지다. 장마다 10층씩 모두 30층의 아파트를 집들이한다. 층마다 상당히 궁금증을 자극하는 질문들이 던져진다.예를 들어 성인 손바닥 넓이에 중형차 100대를 쌓아 올려도 버틸 수 있는 방법은, 난방비 절약왕을 윗집에 모신 세대에 난방비 폭탄이 떨어지는 이유는, 아파트는 어떻게 한국인의 평균 수명을 연장시켰을까, 한국인의 남향 선호 때문에 아파트 평면이 어떻게 됐을까, 지진으로부터 안전한 아파트를 가르는 숫자는, 시아버지와 며느리가 볼기짝을 맞대는 일을 조장하는 설비는, 아파트 매미가 더 시끄럽고 오래 우는 이유는. 조선의 외교사절단이 혼비백산한 미국 지진의 정체는 등등이다. 서울대에서 분자생물학을 전공하고 같은 대학 환경대학원에서 도시 및 지역 계획학 석사학위를 받은 뒤 과학동아 기자를 거쳐 한국과학창의재단이 발행하는 ‘사이언스타임즈’ 기자와 편집장으로 일한 저자는 아파트와 건축에 관한 논문들을 닥치는 대로 읽었고, 그 결과 지금의 아파트를 이루는 모든 것이 과학적 토대 위에 있으며, 과학을 넘어 인문학, 심리학, 사회학 등 진정한 ‘통섭의 장’이란 사실을 확인했다고 털어놓았다. 그런데 기자가 책의 ‘머리말’을 읽다가 문득 ‘아파트의 경제적 가치가 적정한지 한 번 제대로 따져봐야 하지 않을까’ 생각이 미칠 때쯤 저자가 미리 내다본 듯 답을 해뒀다. “잠깐만 검색해도 투자 관점에서 아파트를 분석한 콘텐츠가 넘치는데, 필자까지 거들 필요가 없다고 생각했기 때문입니다.” 그리고 윈스턴 처칠의 명구를 새겨넣었다. ‘우리가 건물을 만들고, 그 건물이 다시 우리를 만든다.’ 기자는 저자가 우리 아파트의 경제적 가치가 왜 이렇게 뒤틀리고 엉망이 됐는지 제대로 톺아보는 골치 아픈 일을 기꺼이 떠맡았으면 좋겠다. 편안한 집들이도 좋지만 진지한 집들이도 때로는 필요한 법이니까, 아, 그리고 16일 오후 7시 경기 파주 한울도서관 어린이자료실에서는 직접 저자와 두 시간 동안 만날 수 있다.

한국인 과학자가 항문의 생김새로 신원을 식별하고 배설물을 분석해 질병을 진단하는 변기를 개발해 올해의 ‘이그노벨상’(Ig Nobel Prize)을 수상했다. 미국 하버드대 과학유머잡지 AIR(Annals of Improbable Research)는 지난 14일(현지시간) 하버드대에서 시상식을 열고 화학·지질학, 문학, 기계공학, 공공보건 등 10개 분야 수상자를 발표했다. 미국 스탠퍼드대 의대 소속 박승민 박사는 이 가운데 공공보건 분야 수상자로 선정됐다. AIR는 박 박사를 수상자로 선정한 배경에 대해 “인간 배설물을 신속히 분석하고 추적 관찰하기 위해 소변 분석용 담금봉 검사와 배변 분석을 위한 컴퓨터 영상 시스템, 항문 모양(anal-print) 센서와 연동된 신원확인 카메라, 통신 링크 등 다양한 기술이 사용된 장비인 ‘스탠퍼드 변기’를 발명했다”고 설명했다. 이 변기는 대변 모양을 시각적으로 분석해 암이나 과민성 대장증후군 징후를 찾아내는 것으로 전혀졌다. 또 소변에 포도당이나 적혈구 등이 포함돼 있는지도 확인 가능한 것으로 알려졌다. 아울러 지문처럼 사람마다 형태가 다른 항문 모양으로 신원을 파악해 여러 사람이 사용할 경우에도 추적 관찰이 가능하게 했다고 한다. 박 박사는 영국 PA통신 인터뷰에서 “가장 개인적인 공간으로 여겨지는 화장실은 우리 건강의 조용한 수호자가 될 잠재력을 지니고 있다”고 말했다. 이어 이그노벨상 수상에 대해 “파격적인 장소에서 답을 찾으려는 연구자와 멘토, 공상가들에게 보내는 헌사 역할을 하는 겸허해지는 경험”이라며 “오늘 우리는 스마트 헬스케어 변기란 생각을 비웃을지 몰라도 이번 수상은 가장 개인적인 순간조차 건강에 긍정적 영향을 미칠 잠재력이 크다는 점을 분명히 한 것”이라고 강조했다. 한편 올해 이그노벨상 화학·지질학상은 왜 많은 과학자가 바위를 핥는 것을 좋아하는지를 규명한 영국 라이세스터대의 얀 잘라시에비치 교수에게 돌아갔다. 기계공학상은 죽은 거미의 몸을 조종해 자기 체중보다 무거운 물건을 집어들 수 있도록 한 인도·중국·말레이시아·미국 연구진에게, 의학상은 시신을 분석해 양쪽 콧구멍의 코털 수가 같은지 확인한 과학자들이 받았다. 물리학상은 멸치의 성적 활동이 해수가 섞이는 정도에 얼마나 영향을 받는지 측정한 다국적 연구진에게 수여됐다. 수상자들에게는 트로피와 함께 2000년대 발행된 10조 짐바브웨 달러 지폐 1장이 상금으로 수여됐다. 짐바브웨가 초인플레이션을 겪을 당시 발행된 이 화폐는 현재는 사용되지 않으며, 1∼2만원 수준에 거래되고 있다. 노벨상을 풍자해 만든 이그노벨상은 AIR이 매년 노벨상 발표에 앞서 재미있고 기발한 과학 연구를 한 연구진을 선정해 수여하는 상이다. 박 박사에 앞서 이그노벨상을 받은 한국인은 모두 4명이다. 1999년 향기 나는 양복을 발명한 FnC코오롱의 권혁호씨가 환경보호상을, 2000년에는 대규모 합동 결혼을 성사시킨 공로로 통일교 문선명 교주가 경제학상을 수상했다. 다미선교회 이장림 목사는 5명의 다른 종말론자들과 함께 인류 마지막 날을 매번 틀리게 예측해 2011년 이그노벨 수학상을 받았다. 2017년에는 커피잔을 들고 다닐 때 커피를 쏟는 현상에 대해 연구한 한지원씨가 유체역학상을 수상했다.

“내가 좋아하는 것은 그 향기다. 집 근처에서 커피콩을 볶으면 나는 서둘러 창문을 열어 그 향기를 모두 받아들인다.” 프랑스 계몽주의 철학자인 장 자크 루소가 커피에 대해 남긴 말이다. 한국은 그야말로 ‘커피 공화국’이다. 커피 생산국이 아닌데도 인구 100만명당 커피전문점 수는 1834개로 2위인 일본의 두 배를 훌쩍 넘는 세계 1위이다. 1인당 평균 연간 커피 소비량도 프랑스에 이어 2위이다. 이렇다 보니 커피의 맛과 향을 음미하면서 마시는 애호가도 적지 않다. 한 집 건너 한 곳에서 커피를 판다고 하지만 맛있는 커피를 만나기는 쉽지 않다. 컴퓨터 과학자와 물리학자들이 커피의 향을 더욱 풍부하게 하고 맛도 좋게 만들면서 비용 절감하는 방법을 찾아냈다. 영국 허더스필드대 컴퓨터과학부 연구팀은 유체역학의 간단한 수학적 모델을 사용해 커피를 맛있게 추출하는 방법을 찾아냈다고 14일 밝혔다. 이번 연구 결과는 물리학 분야 국제학술지 ‘유체 물리학’ (Physics of Fluids) 5월 10일자에 실렸다. 커피의 진수는 다름 아닌 에스프레소이다. 아주 진한 이탈리아식 커피로 에스프레소 전용 기계로 커피를 추출한다. 볶은 커피 원두를 분쇄해 9기압의 압력, 온도는 90도 전후로 해서 뜨거운 물이 커피 알갱이 층을 통과하도록 해 커피 알갱이의 수용성 성분이 물에 녹도록 해 만드는 것이다. 핵심은 에스프레소 추출 시 커피 가루를 고르게 잘 눌러서 기계에 장착한다고 하더라도 맛은 조금씩 다를 때가 많다. 연구팀은 이번 연구에 앞서 2020년 커피 원두를 곱게 갈수록 에스프레소의 풍미가 떨어진다는 사실을 발견했다. 커피가 덜 추출되거나 추출되지 않는 영역이 있다는 간접 증거로 연구팀은 이번 실험으로 그 원인을 분석했다. 커피 추출량이 너무 적으면 밍밍한 맛의 커피가 되고 추출량이 너무 많으면 쓰디쓴 커피가 된다.연구팀은 커피 가루의 굵기에 따라 커피의 맛과 향이 어떻게 달라지는지 컴퓨터 시뮬레이션을 했다. 유체역학에서 물이 다공성 물질을 투과할 때를 나타나는 현상을 계산하는 ‘코제니-카르만 방정식’을 활용해 모델링했다. 그 결과, 원두를 너무 곱게 갈아 커피를 추출할 경우 오히려 물이 입자들 사이를 빠르게 빠져나가 버린다는 사실을 확인했다. 커피의 맛을 맛있게 하기 위해서는 커피 원두를 중간 굵기로 간 뒤 커피 가루를 베드에 넣었을 때 지나치게 많이 넣지 말고 댐퍼로 눌러 편평하게 만드는 것이 필요하다고 연구팀은 설명했다. 연구를 이끈 앤 스미스 교수(수학적 모델링)는 “어떻게 추출하느냐에 따라 커피의 맛과 향은 결정된다”라며 “이번 연구 결과를 활용해 에스프레소 커피 추출 방식을 변경하면 더 맛있는 커피를 만들 수 있고 비용 절감에도 도움을 줄 것”이라고 설명했다.

영화나 드라마에서 뭔가 축하하고 싶은 일이 생기면 으레 ‘샴페인’을 터뜨린다. 그래서 어떤 일이 끝나기도 전에 축하부터 했다가 낭패를 보는 일이 생겼을 때 ‘샴페인을 너무 일찍 터뜨렸다’라는 말을 하곤 한다. 샴페인은 터뜨리면 안의 내용물이 직선으로 솟구친다. 그렇지만 탄산이 포함된 맥주나 콜라 같은 음료는 그냥 넘쳐 쏟아질 뿐이다. 유체역학자들은 똑같이 탄산이 들어간 음료인데 밖으로 쏟아져 나올 때 형태가 다른 이유에 대해 궁금해했다. 이에 미국 브라운대 공대, 프랑스 툴루즈대 공동 연구팀은 유체역학적 분석을 한 결과 샴페인 속 포함된 계면활성 성분이 안정적이고 독특한 거품 상승을 가능하게 한다고 6일 밝혔다. 이번 연구 결과는 물리학 분야 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 플루이드’(Physical Review Fluids) 5월 4일자에 실렸다. 샴페인이나 스파클링 와인은 병을 흔든 뒤 마개를 갑자기 열면 거품이 한 줄로 빠르게 위로 상승한 뒤에도 한동안 수직 분출이 이어진다. 유체역학적으로 이를 ‘안정적 거품 연쇄반응’(stable bubble chain)이라고 부른다. 그러나 맥주나 다른 탄산음료는 병을 흔든 뒤 마개를 열면 샴페인처럼 수직 분출이 아니라 그냥 부글거리며 터져 나와 옆으로 흘러넘칠 뿐이다. 이는 거품 연쇄반응이 안정적이지 못하다는 말이다. 연구팀은 샴페인, 맥주, 탄산음료, 탄산수 등 거품을 만드는 음료를 이용해 거품 연쇄반응을 안정적으로 만드는 요인을 찾기 위해 수치분석과 실험을 실시했다. 그 결과 샴페인과 스파클링 와인에는 비누와 같은 계면활성 화합물이 포함돼 거품을 안정적으로 만든다는 사실을 확인했다. 와인이 만들어지는 과정에서 풍미와 맛을 좌우하는 단백질 분자가 액체와 거품 사이의 장력을 줄여 거품이 수직으로 상승할 수 있게 해준다는 것이다. 또 거품 자체의 크기가 클수록 안정적 거품 연쇄 반응이 나타난다는 사실도 확인했다. 거품의 크기와 액체 내 계면활성 성분이 안정적 거품 연쇄 반응을 좌우한다는 말이다.실제로 맥주나 탄산음료, 탄산수의 거품은 샴페인의 거품보다 작고 계면활성 화합물도 없어 거품이 솟구치지 못하고 옆으로 퍼져버리는 것이다. 연구팀에 따르면 거품 크기가 작거나 계면활성 물질이 없으면 거품이 터지려는 순간 난류가 발생해 한 줄이 아니라 원뿔 모양으로 발생하게 된다. “유체역학의 일상 적용을 보여주는 사례”기포의 흐름을 이해해 하수처리에 적용 기대 연구팀은 거품 연쇄반응을 확인하기 위해 펠레그리노 탄산수, 데카테 맥주. 샤를르 드 까자노브 샴페인, 단맛이 없고 거품의 크기가 작은 스파클링 와인 스페인 브뤼를 이용해 추가 실험했다. 맥주나 탄산수에 거품 크기를 크게 만들거나 계면활성 성분을 첨가하면 샴페인처럼 안정적 거품 연쇄반응이 나타나 거품이 위로 솟구치는 것을 확인했다. 연구를 이끈 로베르토 제니트 브라운대 교수(유체역학)는 “이번 연구는 축하 건배에 어울리면서 유체역학이 일상생활에서 어떻게 적용되는지를 보여주는 과학적 발견”이라고 설명했다. 제니트 교수는 “이번 연구 결과는 샴페인의 기포 생성 원리를 설명할 뿐만 아니라 유체 역학에서 기포의 흐름을 이해하는 데 상당한 도움을 준다”라고 덧붙였다. 연구팀은 이번에 확인한 원리를 바탕으로 수처리 장치에 기포에 의한 혼합 장치를 효과적으로 설계하거나 온난화로 인해 메탄이나 이산화탄소가 해저에서 누출되는 것을 막을 수 있을 것으로 기대한다.

국내에서도 인기 있는 일본의 추리작가 히가시노 게이고의 작품 ‘라플라스의 마녀’를 눈이 아닌 귀로 감상할 수 있게 됐다. 오디오북 서비스 업체인 윌라 오디오북이 히가시노의 80번째 작품이자 데뷔 30주년 기념작인 ‘라플라스의 마녀’를 오디오북으로 출시했다고 20일 밝혔다. ‘날씨를 정확히 예측할 수 있다면 어떨까’라는 상상에서 시작된 라플라스의 마녀는 유체역학의 기본인 나비에-스토크스 방정식, 라플라스 이론 등 물리학, 수학 분야 난제들과 뇌과학, 신경과학, 화학 등 다양한 과학 분야를 활용해 SF적 상상력과 미스터리를 결합한 작품으로 2016년 발간됐을 때도 인기를 끌었다. 히가시노는 트릭과 반전으로 가득한 본격 추리소설부터 시대가 안고 있는 문제점을 다루는 사회파 작품까지 다양한 장르를 넘나드는 작가로 에도가와란포상, 일본추리협회상 등을 수상하며 인기를 끌고 있는 작가이다. 윌라 측은 “이번 오디오북에는 김용석, 이상준, 이영기, 정유정, 최정윤 등 5명의 국내 정상급 성우가 낭독에 참여해 다양한 등장인물을 생생하게 구현해 책을 읽을 때와는 또 다른 재미를 느낄 수 있을 것”이라고 말했다.

25년간 미국의 첨단 반도체 수출통제 대상에 올랐던 중국 최고의 핵무기 연구기관이 지난 2년 6개월 동안 열두 차례 이상 인텔·엔비디아 등의 반도체를 몰래 사들인 것으로 전해졌다. 미국의 대중국 제재에 대해 실효성 논란이 일고 있다. 월스트리트저널(WSJ)은 29일(현지시간) “1997년부터 미국의 수출통제 블랙리스트에 오른 국영 중국공정물리연구원(CAEP)의 조달 문건을 분석한 결과 (수출통제를 위반해) 2020년 이후 미국 기업들의 반도체를 상당량 확보했다”고 보도했다. 1958년 설립된 CAEP는 중국의 첫 수소폭탄 개발에 일조했다. 미 상무부가 2020년 6월 CAEP 소유의 10개 법인도 미 반도체를 사들일 수 없게 규제를 강화했는데도 제재 구멍을 차단하지 못했다. CAEP가 2020년 11월 조달했던 60개의 인텔 프로세서와 49개의 엔비디아 칩 등은 대부분이 7~14㎚(나노미터·10억분의1m) 크기로, 중국에서 양산하기 힘든 고성능 제품이다. 특히 중국의 조달 품목에는 대량의 데이터 분석 속도를 높여 주는 엔비디아의 고성능 V100 그래픽처리장치(GPU)도 포함됐다. CAEP는 미국산 반도체를 전산시스템 부품으로 사용하거나 핵폭발 모델링 등 계산유체역학 연구에 활용했다. CAEP가 지난 10년간 발표한 연구논문 중 최소 34건이 미국 반도체를 사용한 것이고, 이 가운데 최소 7건의 연구가 핵무기 유지에 활용될 수 있다고 전문가들이 지적했다. 미 국방부는 지난해 11월 의회 보고서에서 중국 인민해방군이 현재 400여개 수준인 핵탄두 보유 규모를 2035년까지 1500개 이상으로 늘릴 것이라고 예측했다. 한편 미 공군 4성 장군인 마이클 미니핸 사령관이 지난 27일 미국과 중국이 2025년 전쟁을 벌일 수 있다며 장병들에게 경고한 메모와 관련해 미 민주당과 공화당은 상반된 입장을 드러냈다. 이날 공화당 소속 마이클 매콜 하원 외교위원장은 폭스뉴스에 “그가 틀렸기를 바라지만 불운하게도 맞는다고 생각한다”며 “그들(중국)이 (2024년 대만) 선거에서 원하는 결과를 얻지 못하면 군사적 침공을 보게 될 것”이라고 관측했다. 시진핑 중국 국가주석의 통일 강변에 ‘일국양제’를 거부하며 맞서는 차이잉원 대만 총통과 민진당을 가리킨다. 반면 하원 군사위의 민주당 간사인 애덤 스미스 의원은 같은 방송에서 “(중국과의 전쟁은) 피할 수 없는 게 아닐뿐더러 일어나지 않으리라는 생각도 아주 크다. 군 장성들은 언사에 매우 신중해야 한다”고 비판했다.

25년간 수출통제 대상이던 중국 CAEP최근 30개월간 12번 이상 美반도체 조달인텔, 엔디비아 생산 최첨단 반도체 포함25년간 미국의 첨단 반도체 수출통제 대상에 올라 있던 중국 최고의 핵무기 연구기관이 지난 2년반 동안 12차례 이상 인텔·엔비디아 등의 반도체를 몰래 사들인 것으로 전해졌다. 미국의 대중국 제재의 실효성 논란이 일고 있다. 월스트리트저널(WSJ)은 29일(현지시간) “1997년부터 미국의 수출통제 블랙리스트에 오른 국영 중국공정물리연구원(CAEP)의 조달 문건 분석 결과, CAEP가 (수출통제를 위반해) 2020년 이후 인텔과 엔비디아 등 미국 기업들의 반도체를 상당량 확보했다”고 보도했다. 1958년 설립된 CAEP는 중국의 첫 수소폭탄 개발에 일조한 기관이다. 미 상무부는 2020년 6월에 CAEP 소유의 10개 법인도 미 반도체를 사들일 수 없게 규제를 강화했는데도 제재 구멍을 차단하지 못했다. CAEP는 2020년 11월 조달했던 60개의 인텔 프로세서와 49개 엔비디아 칩 등 대부분이 7~14㎚ 크기로, 중국에서 양산하기 힘든 고성능 제품들이다. 특히 중국의 조달 품목에는 대량의 데이터 분석 속도를 높여주는 엔비디아의 고성능 V100 그래픽처리장치(GPU)도 포함됐다. CAEP는 미국산 반도체를 전산시스템의 부품으로 사용하거나 핵폭발 모델링 등 계산유체역학 연구에 활용했다. CAEP가 지난 10년간 발표한 연구 논문 중 최소 34건이 미국 반도체를 사용한 것이고, 이중 최소 7건의 연구가 핵무기 유지에 활용될 수 있다고 전문가들이 지적했다. 미 국방부는 지난해 11월 의회 보고서에서 중국 인민해방군이 핵탄두 보유량을 현재 400여개 수준인 핵탄두 보유 규모를 2035년까지 1500개 이상으로 늘릴 것으로 예측했다. 한편 미 공군 4성 장군인 마이클 미니헌 사령관이 지난 27일 미국과 중국이 2025년 전쟁을 벌일 수 있다며 장병들에게 경고한 메모와 관련해 미 민주당과 공화당이 상반된 입장을 드러냈다. 이날 공화당 소속 마이클 매콜 하원 외교위원장은 폭스뉴스에 “그가 틀렸기를 바라지만, 불운하게도 그가 맞는다고 생각한다”며 “그들(중국)이 (2024년초 대만)선거에서 이기지 못하면 군사적인 침공을 보게 될 것”이라고 관측했다. 반면 하원 군사위의 민주당 간사인 애덤 스미스 의원은 같은 방송에서 “(중국과의 전쟁이) 피할 수 없는 것이 아닐뿐더러, 매우 일어날 것 같지도 않다. 군 장성들은 그들이 언사에 매우 신중해야 한다”고 비판했다.

최근 코로나19에 대한 뉴스가 줄어서 그렇지만 코로나19는 여전히 우리 곁에 있다. 코로나19는 감염자의 타액이나 접촉을 통해 확산되는 것으로 알려져 있다. 또 하나 잘 알려지지 않은 감염 경로가 바로 화장실이다. 감염자의 배설물이 에어로졸화 돼 공기 중으로 확산될 수 있다는 것이다. 코로나19 뿐만 아니라 다양한 병원균이 화장실을 통해 퍼진다. 유체역학 연구자들이 새로운 방법을 통해 변기 속 배설물이 어떻게 확산되는지 제대로 확인했다. 미국 콜로라도 볼더대 토목·환경·건축공학과 연구팀은 뚜껑을 닫지 않고 화장실 변기 물을 내리면 에어로졸이 공중으로 빠르게 튀어오른다는 사실을 재확인했다고 10일 밝혔다. 이번 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 12월 8일자에 실렸다. 변기 물을 내릴 때 물에 녹아 있는 눈에 보이지 않는 작은 입자들이 공기 중으로 방출된다는 사실은 60년 전부터 잘 알려져 있다. 이 때문에 에어로졸화된 입자는 병원균을 운반하는 매개체로 공중 화장실 이용자는 쉽게 감염 위험에 노출되는 것으로 알려져 있다. 대장균, 노로바이러스, 아데노바이러스, 코로나바이러스 등 각종 병원체를 운반할 수 있는 에어로졸 입자 궤적과 속도를 파악하는 것은 소독과 환기 전략을 통해 노출 위험을 완화시키는데 도움이 된다. 그렇지만 아직 에어로졸 입자의 확산 형태와 속도는 명확히 밝혀지지 않았다. 이에 연구팀은 변기 위와 변기 속, 변기 바깥에 밝은 녹색 펄스 레이저를 조사하고 두 대의 초고속 카메라를 주변에 설치했다. 연구팀은 일반 화장실과 똑같은 방식으로 뚜껑이 없는 수세식 변기를 설치한 다음 깨끗한 수돗물을 내릴 때 상태를 촬영했다. 분석 결과 변기 물을 내릴 때 에어로졸 입자는 초속 2m의 속도로 빠르게 분출되고 8초 이내에 변기 위 약 1.5m 높이까지 도달하는 것으로 나타났다. 큰 물방울은 공중으로 올라갔다가 곧바로 표면에 가라앉는 경향이 있지만 100만분의1m 크기의 더 작은 입자는 공기 중에 수 분 동안 떠 있다는 것을 확인했다. 에어로졸 입자는 솟아올라 뒤쪽 벽 방향으로 올라가는 것으로 확인됐지만 움직임은 유동적이어서 예측이 어렵다. 연구팀에 따르면 변기 안에 화장지 같은 다른 폐기물이 있을 경우 에어로졸 입자의 속도나 방향 등은 달라질 수 있다고 밝혔다. 연구를 이끈 존 크리말디 교수(수력학·환경유체역학)는 “이번 연구는 화장실 변기에서 물을 내릴 때 육안을 보이지 않는 아주 작은 물방울들이 어떻게 공기 중으로 빠르게 분출되는지 보여주고 있다”라고 말했다. 크리말디 교수는 “수세식 화장실은 변기 속 배설물을 효과적으로 내려보내 제거하는 것이지만 반대로 위쪽으로 입자화시켜 올려 보내기도 한다”며 “이번 연구 결과는 공공 화장실에서 병원균에 대한 노출 위험을 줄이기 위해 개선된 배관 설계나 소독, 환기 전략을 만드는 데 도움이 될 것”이라고 설명했다.

중국이 낸시 펠로시 미국 하원의장의 대만 방문 이후 벌이고 있는 군사 위협이 계속되는 가운데 대만의 미사일 연구 총책임자가 호텔 객실서 숨진 채 발견돼 이목이 쏠렸다. 중국 공산당 기관지 관찰자망은 대만 미사일 연구 책임자 어우양(57) 박사가 이날 오전 7시께 숨진 채 호텔 객실에서 시신으로 발견됐다고 6일 보도했다. 어우양 박사는 대만 국책 방산연구소인 국가중산과학연구원(NCSIST)의 부원장으로 차기 원장으로 점쳐지는 등 대만 미사일 생산 프로젝트를 감독하는 총괄해왔다. 하지만 그가 이날 오전 7시께 돌연 대만 최남단 핑둥현 헝춘의 한 호텔 객실에서 싸늘한 시신으로 발견되면서 그의 사인을 둘러싸고 다양한 의혹이 제기되는 분위기다. 보도에 따르면 그는 숨진 상태에서 객실 침대 위에서 발견됐으며, 신고를 받고 출동한 구조대가 현장에 도착했을 때는 이미 숨이 멎어 있던 상태였던 것으로 확인됐다. 이 매체는 시신이 있던 객실에 외부 침입 흔적은 없었으며 시신에도 아무런 부상 흔적이나 저항 흔적 등이 없었다고 보도했다. 다만 어우양 박사가 평소 심장병 등 지병을 앓고 있었으며 최근에는 스텐트 시술을 받았다는 점에서 심장 발작이 주요 사인이 됐을 것이라고 짐작했다. 매체 보도에 따르면, 어우양 박사는 지난 4일 대만 헝춘의 군 기지 시찰을 위해 이 지역 호텔에 투숙했으며 5일 오후 6시께 호텔 객실에 혼자 투숙했던 것으로 확인됐다. 이어 이날 오전 7시께 일정 수행을 위해 동료들이 그의 객실을 찾았으나 응답이 없자 방문을 열고 들어갔다가 침대 위에 의식없이 누워있는 그의 시신을 발견해 신고했다. 하지만 그가 시신으로 발견되기 하루 전날이었던 지난 5일 오후에도 대만의 미사일 생산 기지를 방문, 헝춘에 있는 군 기지 시찰 등에 참석했었다는 점에서 그의 죽음을 둘러싼 의혹은 계속되는 분위기다. 이 매체는 어우양 박사가 인민해방군의 군사 훈련 기간 중 처음으로 과로로 사망한 군인이라고 평가하면서도, 그가 심장마비로 사망한 것에 대해 유가족들은 이의 없이 순응했다고 보도했다. 한편, 어우양 박사는 미국 워싱턴대학에서 유체역학으로 박사학위를 받은 인물로 대만 육군 미사일 기지, 군비관리국 관리국장, 국방대학교 관리학부 학장 등을 역임한 뒤 지난 2월부터 대만 국책 방산연구소인 국가중산과학연구원(NCSIST)의 부원장으로 재직해왔다.