국내 과학자가 주도하는 국제 공동연구진이 우주의 비밀을 품고 있는 것으로 알려진 암흑물질의 수수께끼를 푸는데 한 발 더 다가서는 연구결과를 내놔 화제다. 기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단이 중심이 된 국제공동연구팀은 암흑물질 후보의 연간 신호를 분석하고 검증신뢰도를 1시그마(68.3%)로 높여 20년 전 이탈리아 연구진의 연구결과를 검증해냈다고 22일 밝혔다. 이번 연구결과는 물리학 분야 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 최신호(17일자)에 실렸다. 시그마는 정규분포 평균 양쪽으로 표준편차 만큼 떨어진 곳 사이에 분포돼 있는 데이터 비율을 말한다. 보통 실험의 신뢰도가 3시그마(99.7%)이면 힌트를 얻었다고 하고 5시그마(99.99994%)면 ‘발견’한 것으로 본다. 노벨 물리학상 수상업적으로 우주 생성의 비밀을 풀어내는데 도움이 된 중력파는 5.1시그마, 힉스 입자는 5.9 시그마로 발견됐다. 육안으로 보이는 우주의 행성이나 별은 전체 우주의 4% 정도에 불과하고 우주 대부분은 암흑물질과 암흑에너지로 가득 차 있는 것으로 알려져 있다. 특히 암흑물질은 우주의 27% 정도를 차지하는 물질로 아직까지 명확히 그 흔적을 발견하지 못했다. 1998년 이탈리아 그랑사소 지하실험실 ‘다마’(DAMA) 실험팀이 암흑물질 후보인 ‘윔프’를 발견했다고 주장했지만 다른 연구진들에 의해 재현되지 않아 실험에 대한 의문이 제기돼 오고 있었다.연구팀은 강원도 양양에서 다마와 동일한 고순도 요오드화나트륨 결정 제작을 한 뒤 2016년 9월부터 ‘코사인-100’실험을 시작했다. 연구 착수 후 59.5일 동안 얻은 입자신호를 바탕으로 다마가 틀렸을 가능성이 있다는 논문을 지난해 세계적인 과학저널 ‘네이처’에 발표한 바 있다. 그런데 이번에는 완벽한 검증을 위해 필요한 연간조변신호를 처음으로 분석한 결과 다마에서 20년간 축적한 입자신호가 이번에 실시된 재현실험의 관측 오차범위 내에 있는 것으로 확인됐다. 이탈리아에서 관측한 신호가 암흑물질일 가능성이 있다는 것이다. 연구팀은 이 같은 분석 추세라면 3년 내에 데이터 신뢰도 3시그마(99.7%)를 달성함으로써 다마 실험을 완벽하게 검증할 수 있을 것으로 보고 있다. 특히 3년 뒤 코사인 실험과 다마가 다른 관측 결과를 내놓는다면 다마 연구팀이 관측한 것은 암흑물질이 아니라는 설명이다. 이번 연구를 주도한 이현수 IBS 암흑물질연구단 부연구단장은 “이번 연구는 다마실험과 동일한 고순도 결정검출기에서 데이터를 얻어 동일한 분석방법을 적용한 최초의 실험이라는 점에서 의미가 크다”라며 “완벽한 검증까지는 3년이 걸릴 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

1. 평행우주는 정말 존재할까? 평행우주(parallel world)란 어떤 시공간의 우주에서 분기하여 병행해서 존재하는 다른 우주를 가리킨다. 천체 물리학적 데이터는 시공간이 구부러지지 않고 ‘평탄’(flat)하며, 그 상태로 무한히 펼쳐져 있을 것임을 암시한다. 그렇다면 우리가 볼 수 있는 영역(우리가 ‘우주’라고 생각하는 영역)은 무한히 큰 ‘패치 다중우주’의 한 패치일 뿐이다. 동시에, 양자역학의 법칙은 각 우주 패치(10^10^122개의 가능성) 내에서 가능한 입자 구성의 경우수가 유한개로 존재한다고 규정한다. 그러나 우주 패치 수가 무한하므로 입자 배열들은 무한히 반복될 수밖에 없다. 이것은 곧 무한히 많은 평행우주가 있다는 것을 뜻한다. 그렇다면 우리와 완전히 다른 패치들 외에도 우리와 정확히 같은 우주의 패치들(당신과 정확히 똑같은 사람을 포함한)뿐만 아니라, 한 입자의 위치만 다른 패치들, 두 입자의 위치에 따라 다른 패치들도 존재가 가능하다는 얘기다. 이 논리에 문제가 있는가? 아니면 그 기괴한 결과가 사실일까? 만약 그것이 사실이라면 우리는 평행우주 존재를 어떻게 감지할 수 있을까? 그 점에 있어서는 평행우주는 우리 우주와 어떤 연결도 소통도 없다는 전제가 있기 때문에 공상의 산물이라는 비판을 받기도 하며, 다세계 해석에서는 평행우주를 우리가 관측하는 것은 불가능하며, 그 존재를 부정도 긍정도 할 수 없다는 점에서 회의적인 의견도 존재한다. 이 같은 평행우주론은 그동안 수많은 논란을 불러일으켰으며, 아직까지 순전한 가설의 영역을 벗어나지 못하고 있다. 이것을 부정적인 시각으로 보는 사람들은 대부분 우리 우주에 어떤 영향도 주지 않으며, 평행하게 진행하고 있는 다른 우주를 관측하는 것이 불가능한 이상, ‘관측할 수 없는 것이 존재하고 있다’는 것은 합당하지 않다고 주장한다. 다만 평행우주론자들은 우리 우주의 어딘가에 다른 우주와 충돌의 흔적이 있을 수 있다는 가정하에 우주배경복사에서 우주 충돌의 단서를 열심히 찾고 있지만 아직껏 어떤 흔적도 발견하지 못한 상태다. 신의 존재 증명처럼 영원히 증명할 수 없는 가설로 끝날지, 아니면 어떤 단서가 밝혀질지 현재로선 아무도 장담할 수 없다. 2. 시간은 왜 미래로만 흐를까?시간은 앞으로만 흐른다. 왜냐하면 무질서도를 나타내는 ‘엔트로피’(entropy)는 비가역적으로 증가하는 방향으로만 움직이기 때문이다. 증가한 엔트로피를 되돌릴 수 있는 방법은 없다. 이것을 정식화한 것이 바로 엔트로피 증가의 법칙으로, 열역학 제2법칙이라 한다. 열역학 제1법칙은 에너지 보존의 법칙으로, 우주에 존재하는 에너지 총량은 일정하며 절대 변하지 않는다는 것이다. 독립된 한 계에서도 마찬가지다. 이로써 보면 엔트로피는 열(heat)에 관련된 법칙임을 알 수 있다. 그런데 이 열이 가진 가장 중요하고도 흥미로운 특성은 언제나 높은 온도에서 낮은 온도 쪽으로만 흐른다는 것이다. 저절로 그 반대쪽으로 흐르는 일은 결코 없다. 이 비가역성이 바로 시간이 뒤로 흐를 수 없고, 우주가 종말을 맞을 수밖에 없는 이유다. 이 법칙은 실제로는 통계적인 것으로, 통계역학에서는 어떤 체계를 구성하는 원자의 무질서한 정도를 결정하는 양으로서 주어진다. 엔트로피는 물질계의 열적 상태로부터 정해진 양으로서, 통계역학의 입장에서 보면 열역학적인 확률을 나타내는 양이다. 다시 말하면, 엔트로피 증가의 원리는 분자운동이 낮은 확률의 질서있는 상태로부터 높은 확률의 무질서한 상태로 이동해가는 자연현상이라는 것이다. 자연은 늘 확률이 높은 쪽으로 움직인다. 예를 들면, 마찰에 의해 열이 발생하는 것은 역학적 운동(분자의 질서 있는 운동)이 열운동(무질서한 분자운동)으로 변하는 과정이다. 그 반대의 과정은 무질서에서 질서로 옮겨가는 과정이며, 이것은 결코 자발적으로 일어나지 않는다. 시간의 화살이 왜 앞으로만 흐르냐는 오랜 질문에 대한 답은 바로 엔트로피의 법칙이 말해주고 있다. 열역학 제2법칙은 그래서 모든 자연의 자발적 방향성을 나타내는 자연계 최고의 법칙이라 할 수 있다. 근본적인 질문은 엔트로피가 과거에 왜 그렇게 낮았는가 하는 것이다. 다르게 말하자면, 우주의 초창기에 작은 공간 속에 엄청나게 거대한 에너지가 뭉쳐 있었을 때 우주는 왜 그렇게 높은 질서를 갖고 있었는가 하는 문제이다. 3. 우주는 어떤 종말을 맞을까? 우주의 형태를 결정짓는 것은 우주에 담겨 있는 물질-에너지에 기반한 중력과 우주를 팽창시키는 척력과의 줄다리기다. 우주의 물질 밀도의 임계치(Ω)를 1이라 할 때, Ω가 1보다 큰 경우 우주의 시공간은 닫혀서 공 표면처럼 된다. 이를 닫힌 우주라 한다. 이 우주는 경계는 있지만 끝은 없는 우주다. 개미가 구면을 한없이 기어가더라도 끝에 다다를 수 없는 것이나 같다. 이 우주는 그러면 어떻게 되는가? 결국 팽창을 멈추고 수축되기 시작하여 종국에는 한 점으로 붕괴될 것이다. 이를 대파열(Big Crunch)이라 한다. 반대로 밀도가 임계치 이하이면 무한 팽창을 영원히 계속하는 열린 우주가 된다. 그 형태는 말안장과 같은 꼴이다. 그 끝에는 물질의 밀도가 극도로 낮아져 온 우주가 자체로 거대한 무덤이 되는 열사망이 기다리고 있다. 만약 우주의 물질 밀도가 Ω=1로 임계치에 딱 들어맞는다면, 우주의 기하학적 모양은 종잇장처럼 ‘편평’한 꼴이 된다. 암흑 에너지가 없다면 우주는 영원히 팽창은 하겠지만 결국 팽창률은 영(0)에 수렴된다. 최근의 관측결과는 2% 오차 범위 내에서 우주는 편평한 것으로 나타났다. 우리는 다소 지루하겠지만 당분간 팽창하는 우주를 하염없이 바라다볼 운명인 셈이다. 하지만 크게 걱정할 일은 아니다. 앞으로 수백조 년 뒤의 일이니까. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

‘꿈의 신소재’ 그래핀은 탄소 원자의 얇은 한 층 두께의 물질로 최근 2차원물질 반도체 소재로 주목받고 있다. 반도체로 상용화되기 위해서는 그에 걸맞는 크기로 만드는 것이 중요한데 쉽지 않다는 것이 문제이다. 국내 연구진이 포함된 국제 공동연구팀이 반도체로 상용화 하기 위해 대면적화하는 기술을 개발하는데 성공했다. 기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단, 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 연구진은 중국 북경대 물리학부, 청두 국립전자과기대, 광저우 화남사범대, 송샨호 재료과학연구소 등 중국 연구진들과 함께 불소(F)를 이용해 기존보다 3배 빠른 속도로 그래핀을 성장시키는데 성공하고 화학 분야 국제학술지 ‘네이처 케미스트리’ 16일자에 발표했다. 그래핀처럼 원자 두께의 2차원 소재는 얇고 잘 휘면서도 단단하다는 특징 때문에 차세대 반도체 소재로 각광받고 있다. 그러나 반도체로 만들기 위해서는 대면적 제작이 쉽지 않고 대면적 제작 시간이 지나치게 오래 걸린다. 많은 연구자들이 원료물질을 바꾸거나 온도 조절 같은 제조환경 변경으로 제조시간을 단축하는 방법을 찾았지만 그래핀 성장을 완전히 제어할 수 없어 근본적인 해결책이 필요했다. 연구팀은 원자나 분자가 화학결합을 할 때 다른 전자를 끌어들이는 전기음성도가 높은 불소에 주목했다. 그러나 반응성이 큰 불소기체는 곧바로 주입할 경우 다른 물질과 결합해 독성물질을 만들어 낼 수 있다. 이 때문에 공간적으로 제한된 부분에서만 국소적으로 불소를 활용하는 방법을 찾아냈다. 연구팀은 금속기판에 불소를 함유한 금속불화물을 사용하고 그 위에 얇은 구리 필름을 올린 형태의 기판을 제작했다. 그 다음 온도를 높여 불소가 금속불화물에서 방출되도록 했다. 이렇게 되면 불소는 금속불화물과 구리 필름 사이 10~20㎛(마이크로미터)의 좁은 공간에 머물게 된다. 이 틈 속에서 불소로 인해 메탄가스는 더 분해되기 쉬운 형태의 기체로 바뀌고 결국 그래핀은 원료인 탄소를 손쉽게 얻어 더 빠르게 성장하게 되는 것이다.이번에 새로 개발된 기술은 분당 12㎜의 속도로 그래핀을 성장시켰다. 기존 그래핀 성장속도는 3.6㎜에 불과했다. 10㎠ 그래핀을 만들 때 10분이 걸렸다면 이번 기술을 활용하면 3분 정도 단축시킬 수 있게 된 것이다. 연구팀은 2차원 부도체 물질은 육방정계 질화붕소와 반도체 물질인 텅스텐 이황화물 성장에도 도움이 되는 것을 확인했다. 펑 딩(UNIST 특훈교수) IBS 다차원 탄소재료 연구단 그룹리더는 “이번 연구는 2차원 물질의 성장과정에서 불소를 국소적으로 주입하는 간단한 방식으로 상용화 걸림돌이 되던 성장속도 문제를 해결한 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

이탈리아에서 10일(현지시간) 오렌지 크기의 우박이 내리고 토네이도가 발생하는 등 기상 이변으로 피해가 속출했다. 시칠리아 섬의 동부 해안에 위치한 카타니아 인근 해변은 화마가 덮쳐 40여 명이 긴급 피신하는 등 혼란이 빚어졌다. 예년에는 8월 중순 이후에야 나타났던 기상 이변이 앞당겨진 것은 지구 온난화 현상으로 인해 대기 흐름이 바뀌고 있기 때문이라는 분석이 나온다. ANSA통신 등 외신은 이날 아브루초 주의 해안도시 페스카라에서 지름이 10㎝에 달하는 우박이 내려 임산부를 포함한 18명이 다쳤다고 보도했다. 페스카라 병원 응급실 관계자는 이들 대부분이 우박을 맞아 머리와 얼굴 등이 찢어지고 멍드는 등 부상을 입어 응급실에서 상처 봉합 등의 치료를 받았다고 밝혔다. 남부 도시 베나프로에서는 우박으로 운행 중이거나 주차돼 있던 차량의 창문과 주택의 지붕이 파손되는 등 피해를 봤다. 우박이 폭우로 바뀌면서 도심 곳곳이 침수되기도 했다. 단시간에 100㎜에 달하는 호우가 집중돼 대부분 도로의 통행이 통제됐으며, 시립 병원은 운영이 중단됐다. 주차장 한 곳에는 빗물이 2m까지 차오르면서 차량 수십 대가 망가진 것으로 전해졌다. 페스카라에서 북쪽으로 300㎞ 떨어진 에밀리아 로마냐 주의 해안도시 밀라노 마리티마에서는 회오리바람에 200년 된 소나무가 쓰러지면서 여성 1명이 중상을 입었다. 시칠리아 섬의 리조트가 위치한 산비토 로 카포에서는 밤새 바람으로 인한 불길이 번져 피서객 750여명이 바다로 대피하는 소동이 빚어졌다. 진화에 나선 소방관들은 해수욕객들에게 집이나 호텔에 돌아가지 말고 해안에 머물러 줄 것을 당부했다. 소방당국은 이후 어린이 40여 명을 포함해 해변에 갇힌 사람 수백 명을 해안경비대와 소방용 쾌속정과 헬리콥터를 이용해 피신시켰다고 밝혔다. 국립연구센터(CNR)의 물리학자인 안토넬로 파시니 박사는 ANSA통신에 “‘아조레스 고기압’이 제공하던 보호 효과가 점점 희박해지면서 이탈리아는 극단적인 날씨에 점점 더 많이 노출되고 있다”고 지적했다. 아조레스 고기압은 대서양의 한가운데 위치한 포르투갈령 아조레스 제도 부근에서 발생하는 북대서양 아열대 고기압으로 과거에는 이 고기압이 약화되던 8월 15일 이후에 극단적인 기후 현상이 나타났다. 파시니 박사는 “이제 대기 흐름이 바뀌어 더 따뜻한 고기압이 리비아 등지로부터 도달하고 있다. 이에 따라 열파가 더 자주 발생할 뿐 아니라 극단적인 (기상 이변)사례들도 빈발하는 것”이라고 설명했다. 최훈진 기자 choigiza@seoul.co.kr

슈퍼카 람보르기니 아벤타도르는 가격만 평균 6억 원이 넘어 많은 사람에게는 그야말로 꿈의 자동차에 지나지 않는다. 하지만 미국 콜로라도주(州) 덴버에 사는 한 아빠와 아들은 자기들만의 슈퍼카를 만들기 위해 3D 프린터를 사용해 꿈을 현실로 만들고 있다고 뉴욕포스트 등 현지언론이 9일(현지시간) 보도했다.물리학자이기도 한 스털링 배커스와 11살짜리 아들 샌더는 지난 1년 4개월 동안 람보르기니 아벤타도르를 직접 제작하고 있다. 차체는 물론 내부까지 비슷하게 재현한 모습이다. 두 사람은 비디오 게임 ‘포르자 허라이즌 3’을 플레이하다가 람보르기니 아벤타도르에 푹 빠졌고 직접 만들어보기로 한 것이었다.배커스는 한 전문지와의 인터뷰에서 “12살 때부터 기계광이었다. 7년 전 일할 때 3D 프린터를 다루기 시작했다”면서 “3D 프린터의 설정과 배치를 하는 데 시간이 오래 걸렸다”고 말했다. 이어 “아들이 자동차 제작에 참여한 것이 이번 작업에서 가장 즐거운 점 중 하나”라고 덧붙였다. 또 그는 “난 아이들이 스템(STEM·Science, Technology, Engineering & Mathematics: 과학, 기술, 공학 등 다양한 분야를 융합 교육)에 관심을 갖기를 원한다. 이번 작업 역시 좋은 교육이 될 것”이라고 말했다.현재 그는 아들과 함께 제작 중인 슈퍼카에 드는 총비용은 약 2만 달러(약 2300만 원)가 될 것으로 예상하며 설계는 법적 문제가 발생하지 않을 만큼 충분한 수정을 거쳤다고 밝혔다. 즉 똑같은 차는 아니지만, 슈퍼카를 30분의 1 가격으로 만들 수 있다는 것. 아울러 그는 “우리는 이 차를 제작하는 데 첨단 기술을 쓰기로 했다. 하지만 우리는 저렴하게 제작할 필요가 있었다”면서 “따라서 우리는 다양한 자동차 제작 기술을 연구하게 됐다”고 설명했다. 이어 “우리는 차가 안전하길 원했고 그래서 차대에 강철을 사용했다. 결국 차제의 대부분은 3D 프린터로 만들어도 이를 튼튼하게 만들 필요가 있었다”면서 “거의 모든 부분을 솔리드워크스 소프트웨어로 설계했으며 헤드라이트 같은 부품은 직접 구매했다”고 덧붙였다.사진=스털링 배커스/페이스북 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

우주에는 존재하지만 확인하기 어려운 것들이 있다. 블랙홀은 1915년 아인슈타인의 일반상대성 이론에서 존재가 예견된 이래 그 모양을 직접 눈으로 확인할 수 없었다. 강한 중력으로 시공간마저 크게 휘어 빛도 빠져나올 수 없기 때문이다. 그럼에도 블랙홀의 존재를 인지할 수 있었던 까닭은 그 존재로 생기는 여러 현상을 관찰한 까닭이다. 블랙홀 뒤에 가려진 별을 블랙홀 주변에서 굴절된 빛을 통해 관찰한 것도 그 예 중 하나다. 지난 4월엔 지구 곳곳에 설치된 8개 전파망원경으로 예측 104년 만에 블랙홀의 존재를 확인할 수 있었다. 지구도 마찬가지다. 지구는 반지름이 6400㎞에 이르기 때문에 직접 조사 대신 다양한 간접적 방법이 활용되고 있다. 지구 내부의 가장 깊은 곳에 자리잡은 핵은 밀도가 높은 철과 니켈을 주성분으로 하며, 방사성 동위원소 붕괴와 지구 생성 초기에 쌓인 에너지로 인해 늘 많은 열을 배출한다. 이 때문에 고체 상태의 내핵과 액체 상태의 외핵으로 구분돼 있다. 외핵과 내핵의 물성 차이는 이미 1900년대 초반 지진학적 관측으로 확인됐다. S파가 외핵을 통과하지 못한다는 관측으로부터 외핵이 액체임이 확인됐고 외핵과 내핵의 경계에서 반사된 지진파를 통해 고체 상태의 내핵의 존재를 알게 됐다. 액체 외핵의 발견으로 지구 자기장이 만들어지는 원리와 지구의 운동도 설명이 가능해졌다. 내핵과 맨틀 사이에 자리잡은 액체 외핵으로 인해 지구는 작은 공을 내부에 갖고 있는 공 모양을 띠게 된다. 바깥 공이 구를 때 두 공 사이의 공간이 액체로 채워져 있으므로 안쪽 공은 바깥 공과 동일한 운동을 하지 않는다.초기 지구 내부는 불균질한 물질들로 서로 뒤섞여 있는 거대한 고체 덩어리였다. 이후 지구 내부 구성 물질의 밀도에 따라 분화가 일어나며 현재와 같은 지각, 맨틀, 외핵과 내핵을 가진 층상 구조로 성장했다. 외핵이 액체 상태로 발달함에 따라 지구 전체적으로 하나였던 자전운동이 외핵을 기준으로 둘로 나뉜 상태가 된 것이다. 밀도가 높고 부피가 작은 내핵에서의 자전 속도보다 맨틀과 지각에서의 자전 속도는 더 느리다. 만약 외핵이 고체라면 지표에서 관측되는 지구의 자전 속도는 지금보다 빨라져 하루도 지금보다 더 짧아졌을 것이다. 지구 내부를 직접 탐사할 수 없는 상황에서 오랫동안 맨틀과 내핵 간의 자전운동 차이를 확인하기 어려웠다. 지구핵과 맨틀에서 자전운동의 차이는 1990년대 후반에 이르러서야 광물의 정렬로 나타나는 광물의 물리학적 비등방성 성질을 활용해 측정이 가능해졌다. 동일한 암석이라도 광물이 정렬된 방향에 따라 암석의 강도와 지진파 전파 속도 차이가 난다는 점에서 착안했다. 수십년의 시간 간격을 두고 동일한 위치에서 발생한 지진의 지진파를 비교해 내핵을 통과하는 지진파 속도가 서로 차이가 나는 것을 확인한 것이다. 이를 통해 내핵이 비등방성 성질을 가지고 있을 뿐 아니라 내핵이 맨틀과 서로 다른 각속도로 자전을 하고 있음을 확인했다. 만약 내핵이 비등방성을 띠지 않았다면, 맨틀과 내핵의 자전운동 차이는 아직도 알지 못했을 것이다. 자연에는 아직 알지 못하는 많은 부분이 남아 있다. 자연에는 보이지 않는 것이 없다. 우리가 보지 못하는 것은 단지 볼 수 있는 적절한 눈과 도구를 가지지 못했을 뿐이다.

야광 구슬을 연상케 하는 신비로운 구름이 공개됐다. 미국 지구 물리학회(American Geophysical Union)에 따르면 지난달 12일 북극과 그린란드 상공 일대에서 포착된 이것은 다름 아닌 얼음과 유성먼지로 이뤄진 희귀한 구름이다. 정확한 명칭은 야광운(noctilucent clouds) 또는 야광구름으로, 고위도 지방의 80~90㎞ 고도 부근에서 여름에만 매우 드물게 나타난다. 고도가 높은 위치에서 나타나기 때문에, 태양이 지평선 부근에 있을 때 푸르게 빛나 보인다. 주로 해가 뜨기 전이나 해가 진 후에만 관측되며, 지상보다는 위성과 같은 우주에서 내려다볼 때 더욱 자세하게 관찰할 수 있다. 대기 중 얼음 결정체의 밀집도에 따라 밝은 푸른색에서 흰색까지 다양한 빛깔을 나타내는데, 푸른 빛으로 빛날수록 더욱 신비로운 분위기를 자아낸다. 북극과 그린란드 상공 밤하늘에서 포착된 야광운은 미국항공우주국(NASA)의 AIM(Aeronomy of Ice in the Mesosphere) 탐사선이 북극을 통과하면서 촬영한 것이다. AIM 위성은 지구 중간 대기권을 탐험하는 임무를 맡고 있다. 한편 밤하늘에서 마치 야광 구슬처럼 빛나는 야광운이 처음 확인된 것은 19세기 중반으로 알려져 있다. 당시 크라카타우 화산이 폭발한 후 화산재가 대기권 높은 곳까지 이르렀고, 이때 야광운이 처음 포착됐다. 이 때문에 사람들은 당시 야광운이 화산 폭발과 관련이 있는 기상현상이라고 생각했지만, 화산재가 가라앉은 후에도 같은 현상이 반복되면서 화산과는 관련이 없다는 사실이 확인됐다. NASA 관계자는 “최근 들어 야광운이 관찰되는 범위가 점차 넓어지는 추세”라고 설명했다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

병원에서 초음파 검사나 컴퓨터단층촬영(CT)으로 병변이 발견될 경우 더 정확한 진단을 위해 자기공명영상(MRI)를 촬영한다. MRI는 커다란 자석으로 자기장을 발생시켜 몸 속 수소원자핵을 공명시켜 조직의 물리적, 화학적 특성을 영상으로 만드는 기술이다. 과학자들이 MRI 기술을 활용해 작은 원자 한 개가 만들어 내는 자기장까지 관찰할 수 있는 방법을 개발했다. 기초과학연구원(IBS) 양자나노과학연구단과 미국 IBM 공동연구팀은 기존의 분자 수준 MRI보다 100배 이상 해상도를 높여 원자 한 개가 만들어 내는 스핀 자기장을 시각화할 수 있는 기술을 개발해 물리학 분야 국제학술지 ‘네이처 피직스’ 2일자에 발표했다. 세상에서 가장 세밀한 MRI를 만들었다는 차원에서 주목받고 있는 연구이다. 일반적으로 병원에서 사용하는 MRI는 촬영을 위해 수 억개의 원자 스핀이 필요하다. 이 때문에 미시세계 연구를 위해 분자 수준까지 측정할 수 있는 자기공명영상 연구는 이뤄져 있지만 해상도가 나노미터 수준이어서 개별 원자를 또렷하게 볼 수 없다. 독특한 분자 구조를 가진 신소재나 양자소자를 연구하기 위해서는 개별 원자 스핀을 시각화하는 것이 필요하다. 연구팀은 주사터널링현미경(STM)에서 해결책을 찾았다. STM은 뾰족한 금속 탐침을 시료 표면을 아주 가깝게 가져간 상태에서 탐침과 시료 사이에 전류를 걸어주면 전자가 에너지 장벽을 넘어 다른 쪽으로 넘어가면서 표면 구조를 관찰할 수 있게 해주는 장치이다. 연구팀은 STM 탐침 끝에 철원자 1~5개를 묶은 스핀클러스터를 부착하는 방법을 만들어 냈다. 스핀의 방향에 따라 자석처럼 서로 끌어당기고 밀어내는 성질에 따라 탐침과 시료원자의 스핀 사이에 자기력이 생겨 탐침이 시료 표면에 더 가까이 접근하고 이것이 원자 한 개를 시각화할 수 있게 한 것이다. 이 같은 방법을 통해 표면 위 원자 하나와 스핀 클러스터 사이의 자기적 공명을 읽는데 성공했다. 이번에 원자 하나의 또렷한 MRI를 촬영한 것은 처음이다. IBS 안드레아스 하인리히(이화여대 물리학과 석좌교수) 단장은 “병원에서 정확한 진단과 치료를 하기 위해서는 MRI 촬영이 필요하듯 물리적 시스템도 정확히 분석해야 변형과 응용이 가능한데 이번 연구는 원자 성질을 스핀 구조라는 새로운 측면에서 확인했다는데 의미가 크다”라고 말했다. 연구를 이끈 필립 윌케 연구위원은 “최근 자성 저장 장치를 포함해 나노 수준에서 다양한 자성 현상이 보고되고 있는데 이번 원자 MRI기술로 고체 표면, 양자컴퓨터의 스핀 네트워크, 생체분자까지 여러 시스템의 스핀 구조를 연구할 수 있게 됐다고 볼 수 있다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

올해로 18회째를 맞는 ‘2019 한국 로레알-유네스코 여성과학자상’ 수상자로 이미옥(55) 서울대 약대 교수가 선정됐다. 로레알코리아와 유네스코한국위원회, 여생명과학기술포럼은 ‘제18회 한국 로레알-유네스코 여성과학자상’ 학술진흥상 수상자로 이 교수를 선정하고 신진 여성과학자에게 주어지는 펠로십 수상자로는 김필남(39), 이수현(37) 카이스트 바이오및뇌공학과 교수, 정현졍(37) 카이스트 생명과학과 및 나노과학기술대학원 교수, 진윤희(30) 연세대 생명공학과 연구교수를 선정하고 서울대 교수회관에서 시상식을 열었다고 28일 밝혔다. 학술진흥상 수상자에게는 상장과 함께 연구지원비 2000만원, 펠로십 수상자에게는 상패와 함께 연구지원비 500만원씩 수여됐다. 학술진흥상 수상자인 이미옥 교수는 지난 25년간 내분비생리, 약리 핵심조절인자인 호르몬 핵 수용체의 활성화 기전을 밝히고 대사질환의 발병 메커니즘을 규명하는데 전력해왔다. 그 과정에서 지방간을 포함한 대사질환 치료목적의 티오우레아 화합물에 대해 기술이전을 하기도 했다.펠로십 수상자인 김필남 교수는 생명체 내 기계공학적, 물리학적 힘, 구조물의 역할을 밝혀내는 새로운 개념의 융합학문 분야를 만들어내기 위한 시도를 지속적으로 해와 선도적 연구를 수행해온 공로를 인정받았다. 이수현 교수는 기억을 되살릴 때 나타나는 단백질 분해 현상이 기억 메커니즘에서 필수적이라는 점을 처음으로 밝혀내는 등 신경과학 발전에 기여해온 것을 높이 평가받았다. 정현정 교수는 나노소재로 질병을 진단하는 기술을 주도해왔으며 특히 항생제 내성을 갖는 슈퍼박테리아 감염을 신속하고 정확하게 진단할 수 있는 기술을 개발해왔다. 진윤희 교수는 약물전달 메커니즘을 바탕으로 한 치료용 세포를 제작하는 도전적 연구를 수행하고 있다는 점에서 높은 평가를 받아 이번에 수상자로 선정됐다. 한국 로레알-유네스코 여성과학자상은 2002년부터 한국 여성과학계의 진흥과 발전에 기여한 공로자를 포상하기 위해 유네스코한국위원회, 여성생명과학기술포럼과 공동으로 우수 여성과학자를 선정해 시상했다. 지금까지 총 74명의 수상자를 배출했으며 올해부터 펠로십 분야는 1명 더 추가한 4명을 선정했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

19일 서울 강남구 코엑스. A홀 입구에 들어서자마자 받아 놓은 A3 크기 안내지도를 펼칠 새도 없이 화려한 부스들이 관람객을 손짓한다. 입구에서 가장 가까운 빨간색의 김영사 부스에는 유발 하라리, 재러드 다이아몬드, 프란치스카 비어만 등 대형 작가의 사진이 걸렸다. 바로 옆 해냄 출판사에서는 최근 신간 ‘천년의 약속’을 낸 조정래 작가 코너로 맞섰다. 은행나무에서는 ‘노벨문학상 수상할 뻔한 작가들´ 같은 센스 넘치는 코너가 시선을 잡는다. 이날부터 닷새 동안 코엑스에서 열리는 제25회 서울국제도서전은 벌써 책을 좋아하는 관객들로 붐볐다. 오전 11시 개막식에선 박양우 문화체육관광부 장관과 윤철호 대한출판문화협회장과 함께 이승엽(야구), 김병지(축구) 등 스포츠 스타들도 등장해 눈길을 끌었다. 한국야구위원회(KBO)와 대한축구협회, 출판문화협회가 추진하는 독서문화진흥 캠페인 ‘책 읽는 운동선수’ 비전 선포식을 위해서다. 정운찬 KBO 총재는 지(智)·덕(德)·체(體)를 언급하며 “지육(智育) 없이 체육(體育)만 강조하면 머리 없이 몸만 남을 수 있다”며 운동선수들이 동참하는 책 읽기를 강조했다.이번 서울국제도서전의 주제는 ‘출현’(Arrival)이다. 국내 313개사와 해외 118개사 등 총 41개국 431개사가 참여한다. 대형 부스 주변으로 개성 넘치는 소규모 출판사의 부스도 눈길을 끈다. 아기자기한 책 표지에 이끌리다 어느샌가 책을 사버린 자신을 발견할 수도 있겠다. 점심시간 전후로 방문한다면, B홀의 맛 관련 지역으로 향하는 것도 좋겠다. 올해는 대전의 유명 빵집 성심당을 비롯해 이욱정 KBS PD가 운영하는 ‘요리인류’ 스튜디오에서 맛난 간식을 준비했다. A홀과 B홀 가장자리와 구석 곳곳에는 특별기획 및 강연장이 자리했다. 19일 한강 작가를 비롯해 배우 정우성(20일), 물리학자 김상욱(21일) 등 이름만 대면 알 만한 이들이 매일 오후 2시에 강연한다. 아시아 금서 55권의 실물을 전시한 아트선재센터의 전시회를 보며 머리를 식히는 것도 좋겠다. 행사를 연 대한출판문화협회의 주일우 대외협력 상무이사는 특히 놓쳐서는 안 될 이벤트로 비매품 한정판 도서 증정을 꼽았다. 도서전에서 5만원 이상 사들이면 받을 수 있는 책인데, 딱 1000권만 제작했다. 주 이사는 “작가 10명이 만든 한정판 도서 ‘맛의 기억’을 매일 200권씩만 풀어놓기 때문에 오전 시간을 공략해야 한다”고 귀띔했다. 김기중 기자 gjkim@seoul.co.kr

우주의 시각에서는 멀지않은 곳에 위치한 지구와 유사한 외계행성 2개가 새롭게 발견됐다. 지난 18일(현지시간) 독일 괴팅겐대학 등 연구팀은 지구에서 12.5광년 떨어진 곳에 위치한 ‘티가든(Teegarden)의 별’ 주위를 도는 외계행성 2개를 발견했다고 발표했다. 물과 생명체가 존재할 가능성이 있는 '슈퍼지구' 후보가 된 이 행성들은 지구 질량의 1.1배 정도로, '티가든 b'는 지구시간으로 단 4.9일, '티가든 c'는 11.4일 만에 항성인 티가든의 별을 공전한다. 이처럼 항성과 바짝 붙어있음에도 두 행성이 ‘생명체 거주 가능 공간’(habitable zone)으로 분류된 것은 티가든의 별의 특징 때문이다. 일반적으로 항성과 행성 간의 거리는 생명체가 살 만한 곳인지 예측해 볼 수 있는 중요한 자료가 된다. 지구처럼 행성이 태양(항성)과 멀지도 가깝지도 않은 적당한 위치에 놓여야 액체상태의 물이 존재할 수 있기 때문이다.그러나 티가든의 별은 우리의 태양과 많이 다른 적색왜성이다. 적색왜성은 태양보다 작고 침침한 별로 오히려 거리가 가까워야 생명체가 살기에 적절한 위치가 된다. 연구팀의 분석에 따르면 티가든의 별 나이는 태양보다 거의 두배나 많은 80억 년이지만 온도는 2700°C에 불과하다. 이같은 항성의 특징 때문에 바짝 붙어있는 티가든 b의 경우 0~50°C 사이의 표면 기온, 보다 멀리 떨어진 티가든 c도 대략 -47°C로 추정해 화성과 비슷할 것으로 예측했다. 논문의 선임저자인 마티아스 체흐마이스터 연구원은 "두 외계행성은 우리 태양계 내행성들을 닮았다"면서 "생명체 거주 가능 공간에 위치해 있어 액체상태의 물이 존재할 수도 있다"고 설명했다. 특히나 연구팀은 80억 년에 달하는 티가든의 별의 나이 덕에 만약 생명체가 존재할 경우 충분히 진화할 시간을 가졌을 것으로 추정했다. 한편 이번 연구는 스페인의 칼라 알토 천문대에 있는 카르메네스(CARMENES) 장비로 티가든의 별을 200여 차례 이상 관측해 이루어졌으며 논문은 ‘천문학 & 천체 물리학 저널’(the journal Astronomy & Astrophysics) 최신호에 발표됐다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

20세기 최악의 사고로 기록된 체르노빌 원전 폭발 사고. 이 사고를 배경으로 한 드라마 ‘체르노빌’이 인기를 끌면서 33년간 유령도시로 방치됐던 체르노빌에 최근 관광객이 몰려들고 있다. 그러나 드라마의 인기가 엉뚱한 방향으로 흘러가고 있다. 지난 5월 미국 HBO에서 방영한 5부작 드라마 ‘체르노빌’은 체르노빌 원전 폭발 사고 이후를 배경으로 한다. 사고를 은폐하려는 소련 정부와 진실을 밝히려는 핵물리학자, 그리고 소방관과 군인, 광부들의 희생을 그렸다. 인기는 어마어마하다. 시청률도 ‘왕좌의 게임’을 넘어섰다.HBO에 따르면 드라마 ‘체르노빌’ TV 시청률은 35%다. HBO고와 HBO나우 등 OTT플랫폼 온라인 스트리밍 시청률은 52%를 기록했다. HBO 드라마 시리즈 중 디지털 플랫폼에서 시청률 50%를 넘긴 것은 이 드라마가 최초다. ‘왕좌의 게임’도 46%를 넘기지는 못했다. 누적 시청자 수는 800만을 넘었으며 평점 역시 10점 만점에 9.7점으로 왕좌의 게임보다 0.3점 앞서고 있다. 이는 현재까지 등록된 TV시리즈 평점 중 가장 높은 점수다. 이 같은 드라마의 인기에 힘입어 우크라이나 관광업계도 때아닌 호황을 맞았다. 워싱턴포스트 등은 11일(현지시간) 드라마 방영 이후 체르노빌 관광상품 예약 건수가 전년 대비 30% 증가했으며, 관광객 수도 2배 이상 늘었다고 보도했다.지난 1986년 4월 26일, 구소련 체르노빌 원자력발전소가 폭발하면서 작업자 2명이 그 자리에서 사망하고 구조 및 진화작업을 벌이던 직원 및 소방대원들이 방사능에 피폭됐다. 주민 9만여 명이 모두 강제 이주됐으나 사고 후 6년간 발전소 해체작업에 동원된 노동자 5700여 명과 민간인 2500여 명이 사망했다. 사고로 방출된 1억 Ci의 방사능은 기류를 따라 유럽 전역으로 확산됐고 우리나라 일부 지역에서도 낙진이 검출됐다. 현재까지도 약 43만 명이 암, 기형아 출산 등 각종 후유증에 시달리고 있는 것으로 추정된다. 20세기 최악의 참사로 꼽힐 만큼 피해 규모는 어마어마하다. 그러나 드라마를 보고 체르노빌을 찾아간 일부 관광객에게 참사 현장은 그저 ‘핫플레이스’에 불과했다.특히 인스타그램 등 SNS에서 영향력을 행사하고 있는 인플루언서의 부적절한 행태가 눈살을 찌푸리게 한다. 11만5000명의 인스타그램 팔로워를 보유한 한 여성은 황폐한 체르노빌에서 엉덩이가 그대로 드러나는 속옷만 입은 채 촬영한 사진을 공유했다. 다른 여성은 방사성 물질 피폭의 위험성에 대한 경각심 없이 그저 체르노빌 방문을 인증하기 위해 짙은 화장을 하고 방사선복을 입은 채 셀카를 찍었다. 사고 후 흉물로 변해버린 체르노빌 놀이공원 앞에서 웃으며 찍은 사진들도 눈에 띈다. 이곳의 녹슨 대관람차는 체르노빌에서 일어난 참사를 단적으로 보여주는 사례로 꼽힌다. 그러나 현재는 인증사진을 남기기에 좋은 ‘체르노빌 핫 스폿’이 되어버렸다.다소 유난스러운 체르노빌 관광 인증사진이 논란이 되자 보다 못한 드라마 제작진이 자제를 호소하고 나섰다. ‘체르노빌’의 크리에이터 크레이그 메이진은 11일 자신의 트위터를 통해 “드라마의 인기로 체르노빌 방문객이 늘었다니 신기한 일이다. 그러나 부디 그곳에서 끔찍한 비극이 일어났었다는 사실을 기억해주기 바란다. 체르노빌에서 고통을 받고 희생을 치렀던 모든 이에게 존중심을 가지고 행동했으면 한다”고 지적했다. SNS 이용자들 역시 “사고로 목숨을 잃은 사람들에게 무례한 사진이 많다. 참사에 무감각하다”며 비판을 쏟아내고 있다. 한 트위터 사용자는 “믿을 수 없을 정도로 무지한 사람들”이라며 “부끄러워할 필요가 있다”고 꼬집었다. 그러나 한편에서는 체르노빌을 상품화한 우크라이나 정부의 책임도 크다는 지적이 나온다. 우크라이나는 관광객을 대상으로 체르노빌 투어 상품을 운영하고 있다. 경비행기를 타고 하늘에서 체르노빌을 볼 수 있는 상품과 프라이빗 투어는 물론 드라마 '체르노빌' 투어도 따로 마련돼 있다. 가격은 약 80달러에서 200달러까지 다양하며 우크라이나인 가이드가 체르노빌을 안내한다. 체르노빌 투어를 이용한 한 국내 여행객은 "체르노빌의 방사능 수치를 측정해보는 건 투어에 포함돼 있는 일정"이라고 밝혔다. 이 여성 관광객은 "여행 당시 가이드가 대머리였는데 머리카락이 없는 게 방사능 때문은 아니라는 우스갯소리를 던졌다. 참사 현장에서 할 만한 농담은 아니라는 생각이 들었다"고 설명했다. 권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

‘내 엉덩이를 걷어차 다오’ 2015년 7월, 역사적인 명왕성 근접 비행을 성공한 뉴호라이즌스호의 비행속도는 초속 20㎞(시속 7만 5200㎞)였다. 이는 인간이 만들어낸 속도 중 최고 속도로, 총알 속도의 20배에 달하는 것이다. 현재 인류가 가진 자원과 로켓으로 태양의 중력을 뿌리치고 나아갈 수 있는 한계는 목성 정도까지다. 그럼 무슨 힘으로 뉴호라이즌스는 명왕성까지 그처럼 빠른 속도로 날아갈 수 있었을까? 답은 '중력 도움'(gravity assist)이었다. 중력 보조라고도 하는 이 중력 도움은 영어로는 스윙바이(swing-by), 또는 플라이바이(fly-by)라고도 하는데, 한마디로 ‘행성궤도 근접 통과’로 중력을 슬쩍 훔쳐내는 일이다. ​ 그랜드피아노만 한 크기에 무게는 478㎏인 뉴호라이즌스가 발사될 때의 탈출속도는 지구 탈출속도인 11.2㎞를 훨씬 넘는 초속 16.26 km로, 지금까지 인간이 만들어낸 물체 중 가장 빠르게 지구를 탈출한 것으로 기록되었다. 그런데 탐사선이 1년을 날아가 목성에 근접해서는 이 중력 도움 항법으로 초속 4㎞의 속도를 공짜로 얻었다. 이로 인해 명왕성으로 가는 시간을 약 3년 단축할 수 있었다. 중력 도움을 간단히 설명하자면, 탐사선의 속도를 높이기 위해 천체의 중력을 이용한 슬링 숏(slingshot·새총쏘기) 기법으로, 행성의 중력을 이용해 우주선의 가속을 얻는 기법이다. 탐사선이 행성의 중력을 받아 미끄러지듯 가속을 얻으며 낙하하다가 어느 지점에서 적절히 진행각도를 바꾸면 그 가속을 보유한 채 새총알처럼 튕기듯이 탈출하게 된다. 행성의 각운동량을 훔쳐서 달아나는 셈이다. 말하자면 우주의 당구공 치기쯤 되는 기술이다. 행성의 입장에서 본다면 우주선의 엉덩이를 걷어차서 가속시키는 셈으로, 이론상으로는 행성 궤도속도의 2배에 이르는 속도까지 얻을 수 있다. ​중력 도움을 받기 위해 우주선은 대상 천체에 대해 쌍곡선 궤적을 그릴 수 있는 조건으로 접근해야 한다. 쌍곡선 궤적은 우주선이 어떤 행성(쌍곡선 궤적의 초점이 된다)의 중력권 내를 잠깐 비행하더라도 그 행성의 중력권에 잡히지 않는 궤도가 된다. 태양을 초점으로 공전하는 혜성들의 궤도가 대개 이 쌍곡선 궤적이다. 혜성들은 거의 태양을 향해 쌍곡선을 그리며 가까이 다가왔다가 다시 멀어지는 형태의 궤적을 그린다. 중력 도움을 받으려는 우주선의 상대속도가 행성의 중력에 포획되지 않을 만큼 충분히 빠를 때 이런 식의 근접비행이 가능하다. 현재까지 인류가 개발한 로켓의 힘으로는 겨우 목성까지 날아가는 게 한계이지만, 이 스윙바이 항법으로 우리는 전 태양계를 탐험할 수 있게 된 것이다. 중력 도움으로 목숨 구한 이야기 중력 도움이란 이 기발한 아이디어를 처음으로 떠올린 사람은 20세기 초반 러시아의 이론물리학자 ​유리 콘드라트유크였고, 뒤에 미국의 수학자 마이클 미노비치가 더욱 섬세하게 가다듬었다. 중력 도움을 최초로 활용한 우주선은 러시아의 달 탐사선 루나 3호였다. 1959년 달의 뒷면을 촬영하기 위해 발사된 루나 3호는 중력 도움으로 달의 뒷면을 돌면서 찍은 사진을 지구로 전송했다. 인류에게 달의 뒷면을 최초로 볼 수 있게 해준 루나 3호는 그후 달에 추락하여 고철 덩어리가 되었다. 중력 도움으로 사람의 목숨을 건진 사례도 있다. 바로 아폴로 13호의 얘기다. 1970년 4월 달 착륙을 목적으로 발사되었던 이 우주선은 지구로부터 32만㎞ 떨어진 달의 중력권에서 선체의 이상 진동으로 산소 탱크가 폭발해 사령선이 심각하게 파손되었다. 세 승무원은 사령선을 버리고 달 착륙선으로 옮겨 탔다. 당연히 달 착륙 미션은 중단되었고, 미 항공우주국(NASA) 관제본부의 비행감독 진 크렌즈는 세 승무원의 귀환시킬 수 있는 유일한 방법은 달의 중력 도움으로 달 착륙선을 귀환궤도에 올릴 수밖에 없다고 생각했다. 사령선의 엔진을 이용해 우주선을 지구로 돌리는 게 가장 간단한 방법이었지만, 폭발로 인해 엔진의 정상 가동을 장담할 수 없었다. 만약 실패한다면 3명의 승무원은 영원히 우주의 미아가 되고 말 판이었다. 달의 중력 도움도 결코 만만한 방법은 아니었다. 달 착륙선의 엔진을 이용해 달의 뒤편으로 돌아간 다음 정확한 침로를 잡으면 지구로의 귀환궤도에 오를 수 있지만, 약간의 오차만 나더라도 궤도 수정을 할 수 없기 때문에 지구와는 엉뚱한 방향으로 가버릴 위험이 있는 것이다. 참으로 목숨을 걸고 하는 도박이었다. 관제센터는 우주선의 궤도에 영향을 주지 않기 위해 우주선 바깥으로 소변을 투기하는 것까지 금지시켰다.(이 명령이 소변 금지인 줄 착각하는 바람에 소변을 참았던 한 승무원은 요로 감염에 걸렸다.) 승무원들은 손에 땀을 쥐게 하는 기동으로 달의 중력 도움을 받은 끝에 귀환 궤도에 올랐다. 그들이 지구 상공에 모습을 드러낼 때까지 세계는 숨을 죽이고 사태의 진행을 지켜보았다. 이윽고 착륙선 아쿠아리우스를 떼어낸 후, 사령선 오디세이가 무사히 태평양에 착수했을 때 세계는 환호성을 올렸다. 살아서 돌아올 확률이 지극히 낮았음에도 달의 중력 도움을 받은 끝에 무사히 귀환할 수 있었던 것이다. 만약 폭발이 착륙선을 떼어낸 후에 일어났으면 승무원들이 생환했을 확률은 제로였다. 아폴로 13호의 사고에 관한 내용은 1995년 '아폴로 13'이라는 제목으로 영화화되었다.​태양계를 누비는 힘 ‘스윙바이’​ 중력 도움이라는 아이디어가 없었더라면 목성 너머의 태양계는 우리에게 그림의 떡이었을 것이다. 목성에 갈릴레오호를, 토성에 카시니호를, 그리고 해왕성과 그 너머까지 보이저 1,2호를 보낼 수 있게 된 것도 모두 중력 도움 덕분이었다. 연료를 별로 사용하지 않고도 비교적 빠른 시간 내에 목적지에 도착할 수 있기 때문에 현재 거의 모든 탐사선이 다른 행성 궤도에 진입하는 스윙바이 항법을 선택한다. 스윙바이를 활용해 처음으로 토성에 다다른 탐사선은 1973년 발사된 파이어니어 11호였고, 태양계 바깥쪽의 거대 행성들인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 탐사하기 위해 발사된 보이저 1,2호는 처음부터 당시 최신 기술이던 중력 도움을 사용하도록 설계된 탐사선이다. ​ 1989년 미국 케네디 우주센터에서 발사된 목성 탐사선 갈릴레오는 자체 추진력으로만으로는 목성까지 갈 수가 없어 ‘여비’를 금성과 지구로부터 훔쳐왔다. 갈릴레오는 발사 4개월 정도 후에 금성으로부터 2.2㎞/s, 다시 10개월 후 지구로부터 5.2㎞/s, 다시 2년 후 지구로부터 3.7㎞/s의 속도를 각각 훔쳐냈는데, 세 차례에 걸쳐 훔쳐낸 속도 증가분은 무려 11.1㎞/s나 되었다. 갈릴레오가 지구로부터 두 차례 훔쳐낸 속도 증가분의 합은 8.9㎞/s나 된다. 지구는 그만큼 갈릴레오에게 각속도량을 빼앗긴 셈이다. 하지만 그래 봤자 갈릴레오의 질량 2,380kg은 지구 질량에 비하면 거의 0에 가깝다. 그래서 지구는 1억 년 동안 1.2cm쯤 늦춰지는 데 지나지 않는다. 어쨌든 중력 도움의 힘으로 6년 여 만인 1995년 12월 목성 궤도에 도착한 갈릴레오는 목성의 대기권과 그 주변, 특히 목성의 네 위성인 에우로파, 칼리스토, 이오, 가니메데의 탐사를 비롯해, 싣고 간 원추 모양의 탐사선을 목성의 구름 사이로 투하해 목성 대기의 온도, 기압, 화학 조성 등을 보고하는 등, 8년 동안 목성 궤도를 돌면서 혁혁한 전과를 올린 후, 2003년 9월 21일에 최후를 맞았다. 인공물로 가장 멀리 날아간 보이저 1호​​사람이 만든 물건으로 가장 우주 멀리 날아간 기록을 세운 것은 보이저 1호다. 총알 속도의 17배인 초속 17㎞의 속도로 날아가고 있는 보이저 1호 역시 중력 도움을 받은 탐사선이다. 본래 태양계 바깥쪽의 거대 행성들인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 탐사하기 위해 1977년에 발사된 보이저 1호는 올해로 꼬박 42년을 날아가는 셈이다.​ 일명 ‘행성간 대여행’이라 불리는 행성의 배치가 행성간 탐사선의 개발에 영향을 주었는데, 이 행성간 대여행은 연속적인 중력 도움을 활용함으로써, 한 탐사선이 궤도 수정을 위한 최소한의 연료만으로 화성 바깥쪽의 모든 행성(목성, 토성, 천왕성, 해왕성)을 탐사할 수 있었던 것이다. 이 항법을 활용하기 위해 보이저는 행성들이 직선상 배열을 이루는 드문 기회(몇백 년에 한 번꼴)를 이용했는데, 목성의 중력이 보이저를 토성으로 내던지고, 토성은 천왕성으로, 천왕성은 해왕성으로, 그 다음은 태양계 밖으로 차례로 내던지게 되는 것이다. 이렇게 우주의 당구치기를 하면서 날아갈 보이저 1호와 2호는 발사 시점도 대여행이 가능하도록 맞춰졌다. 현재 보이저 1호가 있는 곳은 태양계를 벗어난 성간공간으로 거리는 약 220억㎞쯤 된다. 이 거리는 초속 30만㎞인 빛이 달리더라도 20간이 넘게 걸리며, 지구-태양 간 거리의 145배(145AU)가 넘는 거리다. 거기에서 보이는 태양은 여느 별과 다름없는 흐릿한 별 하나에 지나지 않을 것이다. 보이저 1,2호가 지구를 떠날 때 공급받은 연료는 목성까지 갈 수 있는 분량이었다. 목성 너머 가는 에너지는 목성의 중력 도움으로 조달하라는 뜻이었다. 만약 목성이 탐사선의 엉덩이를 걷어차주지 않는다면, 보이저는 태양 기준으로 지구보다 더 가까워지지 않고 목성보다 더 멀어지지도 않는 타원형 궤도에 갇혀 영원히 뺑뺑이 도는 신세를 면치 못했을 것이다. 그러나 ​당시 최신 기술이던 중력 도움을 사용하도록 설계된 보이저 1호는 스윙바이 기법을 이용해 목성 중력에서 시속 6만㎞의 속도증가를 공짜로 얻었다. 보이저가 목성의 중력을 이용해 추진력을 얻을 때, 목성은 그만큼 에너지를 빼앗기는 셈이지만, 그것은 50억 년에 공전 속도가 1mm 정도 뒤처지는 것에 지나지 않는다. 보이저 1호는 목성의 중력 도움을 받은 덕으로 지금 이 순간에도 인간이 가본 적이 없는 미지의 세계를 향해 ​용맹정진하고 있다. 2025년이면 전력이 바닥나 지구와의 교신이 끊어지고 보이저는 침묵의 척후병이 되겠지만, 앞으로 4만 년 정도 더 날아가면 1.5광년, 15조㎞를 주파해 기린자리의 어느 이름없는 별 옆을 지날 것이다. 어쨌든 이처럼 인류가 지구상에 나타난 이래 최초로 태양계 너머 심우주 속으로 보이저라는 척후병을 보내 ​탐색할 수 있게 된 것도 ​한 물리학자의 상상력이 떠올린 중력 도움으로 가능해진 것이다. 이처럼 인간의 상상력은 위대하다. 아인슈타인의 말마따나 상상력은 지식보다 위대하다는 사실을 실감할 수 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

가천대학교는 학생 대상으로 시행하던 응급처지교육을 교직원까지 확대한다고 13일 밝혔다. 지난 2015년부터 안전의식을 높이고 응급상황에 대처하기 위해 신입생 대상 응급처치교육을 의무화 했다. 교양 필수 과목으로 지정해 모든 학생들은 교육을 이수해야만 졸업을 할 수 있다. 이 교육을 통해 학생들은 심폐소생술(CPR)과 응급상황관리, 자동제세동기(AED)사용법 등을 배워 응급 상황에 대처할 역량을 키운다. 그동안 1만6318명이 교육을 받았으며 올해도 4000여 명의 신입생이 이수할 예정이다. 가천대는 언제 닥칠지 모를 응급상황에 대비하기 위해 올해부터 교육을 교직원까지 확대했다. 1학기 173명이 교육을 받았으며 2학기에 나머지 교직원들이 교육을 받게 된다. 이달 초 수업 중 여학생이 쓰러지자 같이 수업 받던 다른 학생이 119에 신속하게 연락하고 전민석(22·나노물리학과1학년)씨가 심폐소생술을 실시해 쓰러진 학생을 안전하게 병원으로 후송하는 등 교육효과도 나타났다. 전민석씨는 “수업 중 옆자리에 앉아있던 학생이 소리를 지르며 쓰러져 당황했지만 응급처치교육을 떠올리며 심폐소생술을 했다”며 “쓰러진 학생이 건강에 이상이 없이 깨어나 다행”이라고 말했다. 신동원 기자 asadal@seoul.co.kr

‘기적의 해’ 1905년 알버트 아인슈타인은 세 편의 논문을 쏟아냈다. 특수상대성이론, 광전효과, 그리고 브라운운동과 관련한 방정식에 관한 것이다. 특수상대성이론과 광전효과 논문에 비해 브라운 운동에 관한 논문은 상대적으로 덜 알려져 있다. 19세기 영국 식물학자 로버트 브라운이 현미경으로 물에 떠있는 꽃가루가 끊임없이 불규칙하게 움직이는 모습을 발견했다. 사람들은 액체나 기체 같은 유체내 움직이는 미세한 입자의 불규칙한 운동을 ‘브라운 운동’이라고 불렀다. 아인슈타인은 한 번 충돌로 입자를 움직일 수는 없지만 초당 수 백만번의 무작위 충돌로 브라운 운동이 나타날 수 있다는 사실을 맥스웰 기체분자이론을 적용해 방정식을 만들어 냈다. 미세입자운동의 비밀이 아인슈타인의 브라운운동 방정식을 통해 어느 정도 밝혀졌지만 여러 분자나 입자가 섞여 있는 혼합 유체에서는 잘 맞지 않았다. 그래서 혼합 유체에서 입자의 운동을 설명하는 것은 현대 통계물리학의 난제로 남게 됐다. 중앙대 세포화학동력학센터, 화학과, 서울대 화학과, 이화여대 화학·나노과학과, 서강대 화학과 공동연구팀은 세포 속 같은 복잡한 액체환경에서도 일관되게 나타나는 분자들의 수송 원리를 발견했다고 13일 밝혔다. 이 때문에 아인슈타인의 브라운 운동 이론으로도 해결되지 않던 통계물리학의 난제가 풀렸다는 평가를 받고 있다. 이번 연구결과는 미국국립학술원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 11일자에 실렸다. 연구팀은 복잡액체 속 입자나 콜로이드 상태의 입자 이동거리 분포는 시간에 따라 정규분포에서 벗어나는 정도가 늘어났다 줄어들었다하는 양상을 보인다는 것을 관찰했다. 이 같은 입자의 움직임은 세포핵, 세포질, 세포막, 고분자 유체, 유리, 이온액체 등 다양한 복잡액체에서 공통적으로 관찰됐다. 연구팀은 환경에 따라 운동성이 변하는 무작위 운동입자 모델에서 아인슈타인의 방정식과는 다른 새로운 수송방정식을 도출해냈다. 이 방정식은 과냉각된 물 분자의 운동은 물론 아령처럼 연결된 2차원 강체입자의 유체운동, 콜로이드 입자 운동 등 다양한 복잡유체 내 입자와 운동을 일관되게 설명할 수 있는 것으로 확인됐다. 또 연구팀은 이번 방정식에서 내적 무질서도, 외적 무질서도라는 새로운 개념을 제시하기도 했다. 성재영 중앙대 교수는 “이번 연구는 통계물리학 분야의 난제인 복잡유체 내 분자열운동과 수송현상을 설명할 수 있는 방정식과 그 답을 찾아낸 것”이라며 “세포 내 효소와 생체 고분자들의 열운동을 통해 나타나는 다양한 생명현상들을 물리화학적으로 이해하고 예측하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 본다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

과학자들은 초신성에서 방출된 별먼지가 예상치를 훨씬 웃돈다는 사실을 발견했다고 11일(현지시간) 우주전문 사이트 스페이스닷컴이 보도했다. 거대 질량의 별이 대폭발로 종말을 맞을 때 엄청난 양의 별먼지를 우주공간으로 내뿜게 되는데, 이 성간 물질들은 다시 별이나 행성 등을 형성하게 된다. 그런데 이 별먼지의 양이 종래 과학자들이 예상하던 것보다 훨씬 많이 생성된다는 것을 발견한 것이다.　​ 운석에 의해 지구로 유입된 우주 먼지 샘플에 대한 연구는 지난 30년 동안 계속되었다. 그러나 운석이 가져다준 우주 먼지는 초신성 폭발로 인해 생성된 별먼지의 성분과는 다른 것으로 밝혀졌다. 독일의 막스 플랑크 화학 연구소 연구원들은 나노 스케일 이미징 분광기(Cameca NanoSIMS 50L)를 사용하여 우주 먼지 중 크기가 작은 알갱이의 화학성분을 전례없는 해상도로 측정했다. 연구진은 별먼지 중 여러 종류 알갱이의 화학적 조성을 분석하여 그 우주적 기원에 관한 결론을 도출해냈다. 연구진은 핵 합성 모델의 시험을 비롯해, 거대 질량 항성의 마지막 진화 단계인 적색거성에서 새로운 원자가 어떻게 생성되는지 알기 위해 연구를 시작했다.　​ 막스 플랑크 화학 연구소의 연구원이자 새 연구의 대표 저자인 얀 라이트너는 “우리는 알갱이의 일부가 실제로 초신성에서 기원했다는 사실을 발견하리라고는 전혀 기대하지 않았다”며 “46억 년 전에 우리 태양계를 형성한 우주 먼지인 태양계 성운은 비록 적지만 중요한 비율(약 1%)의 초신성 먼지를 포함하고 있었다”고 설명한다. 과학자들은 초신성이 우리 태양계의 생성에 어떤 기여를 했는가 하는 문제에 대해 지금까지 갑론을박하고 있는 실정이다. “별에서 오는 먼지의 양이 얼마나 되는지, 또는 초신성이 얼마나 많은 별먼지를 생성하는지, 그리고 그것들이 가까운 우주공간에 얼마나 많은 성간물질을 형성하는지에 대해 우리는 거의 모르고 있다”고 말하는 루이지애나 주립대학 천체물리학과의 제프리 클레이튼 교수는 “이것은 매우 뜨거운 연구주제”라고 덧붙였다. 그는 이번의 새 연구에는 참여하지 않은 과학자이다. 어쨌든 새 연구에 의해 우리 모두는 별먼지로 빚어진 존재이며, 우주의 모든 원소들은 별의 물질에서 비롯된 것이라는 개념이 보다 강화될 것이라고 과학자들은 생각하고 있다. 그러나 모든 성운이 초신성에서 유래되었다는 기존의 생각은 나중에 잘못된 것으로 드러났다. ‘천문학과 천체물리학’ 저널 연보에 게재된 A 2004 논문에 따르면, 원시 태양계를 형성한 성운의 90%가 초신성 폭발에서 온 것이 아니라 작은 질량의 별에서 나온 것으로 밝혀졌다. 그러나 초신성 폭발이 우리가 예상했던 것보다 더 많은 행성을 만들어내는 것으로 새 연구에 참여한 과학자들은 생각하고 있다. 이 연구는 또한 과학자들에게 우리 태양계의 기원에 대한 더 많은 단서를 제공한다. 이 연구에 관여하지 않은 미주리 대학의 천체물리학과 안젤라 스펙 교수는 “수소와 헬륨을 제외하고 태양계를 구성하는 모든 물질은 별에서 온 것”이라고 못박으면서 “어떤 유형의 별들이 어떤 공헌들을 했는지 정확히 아는 것이 우주의 진화를 이해하는 데 도움이 된다”고 밝혔다. 이 연구는 6월 10일(현지시간) ‘네이처’지에 발표되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

지난해 11월 말 허젠쿠이 중국 남방과기대 교수가 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 후천성면역결핍증(AIDS)에 걸리지 않도록 유전자 편집을 한 쌍둥이 아기가 태어나게 했다고 발표해 전 세계 과학계가 발칵 뒤집혔다. 이후 중국 과학계 내에서도 비판과 자성의 목소리가 터져나오는 한편 생명과학계에서는 인간의 존엄성을 침해하지 않는 연구 지침을 마련하기 위한 모임을 갖는 등 움직임이 있었다.유전자 편집 기술 연구가 위축되는 것 아니냐는 우려도 있었지만 유전자 가위를 이용한 난치병 치료와 유전자 가위 기술의 정확도를 높이기 위한 연구는 꾸준히 이어지고 있다. 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 13일자에는 생명과학자들의 주목할만한 연구 두 편이 한꺼번에 실렸다. 우선 중국과학원 선전고등기술연구원, 중산대, 남중국농업대, 미국 매사추세츠공과대(MIT), 매사추세츠종합병원, 하버드-MIT 브로드연구소 등 공동연구팀은 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 마카크 원숭이의 ‘Shank3’(섕크3) 유전자를 편집해 사람에게 나타나는 자폐증과 다른 신경발달장애와 관련된 증상을 그대로 재현하는데 성공했다. 자폐스펙트럼 장애는 소아 1000명당 1명꼴로 나타나는 발달장애로 타인과 상호관계가 형성되지 않고 정서적 유대감을 형성하기 어려운 것이 특징이다. 많은 연구자들이 자폐증을 치료할 수 있는 약물 개발에 나서고 있지만 모두 실패해 현재는 행동·심리 치료법이 유일하다. 자폐증 치료약물 개발에 나선 연구자들은 생쥐를 이용해 전임상실험을 했지만 생쥐와 사람의 신경학적 구조의 차이 때문에 치료제 개발로 이어지지 않았다. 이런 문제를 극복하고자 연구팀은 영장류를 이용해 치료제 개발의 단초를 마련하려고 시도했다.섕크3 유전자는 뇌의 선조체라는 부분에 위치해 있다. 선조체는 습관적 행동, 계획, 관계형성은 물론 자전거를 타거나 수영하는 법 같은 신체 기억을 형성하는데 도움을 주는 영역이다. 연구팀은 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 섕크3 유전자에 변이를 일으킨 마카크 원숭이 배아를 착상시킨 뒤 섕크3 유전자 변이를 가진 마카크 원숭이를 태어나게 했다. 이렇게 태어난 마카크 원숭이는 자폐스펙트럼 장애를 가진 사람과 같이 강박적이고 반복적인 행동을 했고 다른 원숭이들과 상호작용이 적게 나타나는 것을 관찰됐다. 연구팀은 이들 마카크 원숭이의 뇌를 자기공명영상(MRI)으로 촬영한 결과 뇌 신경세포와 선조체 등에서 기능적 연결성이 감소되는 등 자폐스펙트럼 장애를 가진 사람의 뇌 활동 패턴과 일치하는 것으로 확인됐다. 연구팀은 자폐증 치료 후보 물질들을 투여해 약물 치료가 자폐스펙트럼 장애에 미치는 영향을 추가 연구할 계획이라고 밝혔다. 저후이후이 중국 선전고등기술연구원 교수는 “생물학 분야에서 생쥐 모델은 여전히 중요하지만 자폐증과 같은 신경장애 분야에서는 영장류를 이용한 실험모델이 더 효과적이라고 생각한다”며 “이번 연구는 자폐증의 신경생물학적 메커니즘에 대한 명확한 이해와 함께 효과적인 치료제나 유전자 치료법을 찾는데 도움이 될 것”이라고 말했다. 한편 미국 컬럼비아대 생화학·생물물리학과, 약리학과 공동연구팀은 크리스퍼-캐스 유전자 가위의 정확도를 높이고 오류 가능성을 낮출 수 있는 ‘인터그레이트(INTEGRATE)’라는 방법을 개발해 ‘네이처’ 13일자에 발표했다. 기존의 크리스퍼 유전자 가위는 가이드RNA가 원하는 유전자(DNA) 지점까지 찾아간 뒤 절단효소로 목표지점을 정확하게 잘라낸 뒤 이어붙이거나 새로운 유전자를 삽입하는 방식으로 유전자를 편집한다. 문제는 ‘잘라내고 이어붙이고 삽입하는’ 과정에서 오류가 발생할 가능성이 적지 않다는 것이다. 이 때문에 연구팀은 콜레라균에서 발견한 ‘점핑 유전자’를 이용해 가이드RNA가 원하는 위치까지 새로운 DNA를 끌고간 다음 바꾸고자 하는 DNA에 덮어씌우는 방식으로 유전자를 편집하는 ‘크리스퍼 유전자 접착제’ 기술이라고 설명하고 있다. 이 방식은 오류 발생 가능성을 기존 방식보다 획기적으로 낮춤으로써 유전자 치료나 작물 재배에 곧바로 적용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

상대성이론으로 현대물리학의 한 축을 만들어 낸 알버트 아인슈타인은 “꿀벌이 사라진다면 인류도 4년 내에 지구상에 사라질 것”이라는 말을 했다고 한다. 발언의 진위여부를 떠나 유럽에서 꿀벌은 소, 돼지에 이어 세 번째로 중요한 가축으로 대접받고 있다. 실제로 유엔식량농업기구(FAO)의 조사에 따르면 꿀벌은 세계 주요 100대 농작물 중 71개 작물의 가루받이(수분)을 돕는 것으로 알려져 있다. 그런데 2006년부터 미국과 유럽을 중심으로 꿀벌들이 대량 폐사해 사라지는 일이 잦아지고 있다. 기후변화와 함께 과도한 농약 사용 때문으로 알려졌지만 정확한 원인은 알려져 있지 않다. 이 같은 상황에서 영국, 오스트리아, 프랑스 등 20개국 37개 연구기관이 참여한 국제공동연구팀은 2017~2018년 겨울 사이에 또다시 꿀벌 개체군의 16%가 줄어든 것이 확인됐다고 10일 밝혔다. 스위스 베른대 꿀벌건강연구소가 주축이 된 ‘국제꿀벌연구협회’(COLOSS)에서 주도한 이번 연구결과는 농학 분야 국제학술지 ‘에피컬처럴 리서치‘ 최신호(5월 31일)에 실렸다. 연구팀은 미주지역과 유럽 36개국 2만 5363명의 양봉가들을 대상으로 2017~2018년 겨울 기간 동안 이들이 관리했던 54만 4879개의 벌통에 관련한 설문조사를 실시했다. 조사 결과 8만 9124개의 벌통의 벌들이 폐사한 것으로 조사됐다. 포르투갈, 북아일랜드, 이탈리아, 영국 잉글랜드 지역에서는 손실율이 25%를 넘었고 벨로루시, 이스라엘, 세르비아에서는 손실율이 10% 미만으로 나타났다. 또 독일, 스웨덴, 그리스의 경우는 지역별로 손실율 격차가 크게 나타났다.전체적으로 보면 2016~2017년 겨울에 나타난 손실율 20.9%보다 감소했지만 2015~2016년에 나타났던 12%보다는 여전히 높은 수준인 것으로 확인됐다. 특히 영국 스코틀랜드 지방에서의 벌꿀 폐사율은 3년 간 18%, 20.4%, 23.7%로 꾸준히 증가하고 있는 것으로 연구팀은 보고했다. 연구팀의 분석에 따르면 양봉시즌에 맞춰 벌통을 바꾸는 등 양봉 환경을 바꾼 사람들과 대규모 양봉가보다는 소규모 양봉가들의 피해가 적은 것으로 나타났다. 이번 연구를 이끈 앨리슨 그레이 영국 스트래스클라이드대 수학및통계학과 교수는 “꿀벌 폐사는 복잡한 문제로 특정 날씨 패턴이나 양봉환경에 따라 달라지고 여름철에 양봉관리가 어떻게 됐는가에 따라 겨울철 폐사율이 달라질 수 있다”라며 “특히 최근들어 기후변화로 인해 꿀벌의 천적인 각종 기생 진드기의 번식기간이 길어져 꿀벌 폐사율에 영향을 미치는 것으로 분석되고 있다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

블랙홀에 관한 역대 가장 자세한 시뮬레이션을 보여주는 연구 결과가 나왔다. 덕분에 이 천체가 어떻게 물질을 흡수하는지 그 수수께끼가 40년 만에 풀릴지도 모른다. AFP통신에 따르면, 미국 노스웨스턴대와 영국 옥스퍼드대 그리고 네덜란드 암스테르담대 등이 참여한 국제 천체물리학 연구진이 시행한 최신 시뮬레이션 연구로 블랙홀의 생성과 성장 구조를 밝혀내는 데 몇 걸음 더 다가가게 됐다. 블랙홀은 커다란 별이 자기 중력 때문에 붕괴할 때 생긴다. 사실 검은 구멍이라는 이름과 달리 엄청나게 밀도가 높은 천체로 너무 강력한 중력을 지녀 빛조차 빠져나올 수 없다. 특히 이 천체는 가스와 먼지 그리고 천체 파편 같은 물질을 흡수할 때 그 주변에 ‘강착원반’을 생성한다. 이는 중력에 의해 찢긴 많은 양의 입자가 엄청나게 빠른 속도로 회전하는 것으로 강력한 빛을 내뿜는다. 지난 4월 ‘이벤트 호라이즌 망원경’(EHT) 프로젝트 연구진이 사상 처음으로 관측한 블랙홀 이미지에서 중심 주위에 나타난 흐릿한 후광이 바로 강착원반이다. 하지만 강착원반은 블랙홀의 적도면에서 거의 항상 비스듬히 기울어져 있다고 알려졌다. 1956년과 1972년 두 차례 노벨물리학상을 받은 유일한 사람으로도 유명한 물리학자 존 바딘(1908~1991) 박사는 천체물리학자 야코뷔스 페테르손(1946~1996) 박사와 함께 1975년 회전하는 블랙홀은 기울어진 강착원반의 내부 영역이 실제로는 블랙홀의 적도면과 일렬로 늘어선다는 이론을 세웠다. 하지만 지금까지 어떤 모델로도 정확히 이런 일이 어떻게 일어나는지를 알아낼 수 없었다. ‘왕립천문학회월간보고’(MNRAS) 최신호(5일자)에 게재된 연구논문에 따르면, 연구진은 그래픽처리장치(GPU)로 대량의 자료를 분석해 블랙홀이 강착원반과 어떻게 상호작용하는지를 시뮬레이션했다. 결정적으로, 이런 접근 방식은 자기장 난류를 설명하는 계산적 능력을 연구진에게 부여했다. 자기장 난류는 서로 다른 입자들이 강착원반 안에서 서로 다른 속도로 회전할 때 발생하는 것으로, 이런 전자기 효과가 물질을 정확히 블랙홀 중심에 떨어뜨린다는 것이다. 이전까지 시뮬레이션에서는 물질이 블랙홀로 흡수될 때 필요한 것으로 생각되는 추가적인 마찰을 수동적으로 예측해야만 했다. 하지만 이번 모델에서는 이런 마찰을 예측할 필요가 없다고 연구에 참여한 알렉산더 체호프스코이 박사(노스웨스턴대)는 밝혔다. 이와 함께 이번 시뮬레이션에 자기장을 도입할 때 실제로 자기장에 의해 불안정성이 생기고 그 결과 강착원반이 블랙홀 중심으로 떨어지게 된다고 말했다. 또 체호프스코이 박사는 비록 이는 사소하게 보일지도 모르지만, 블랙홀이 얼마나 빨리 회전하는지에 직접 영향을 줘 그 결과 블랙홀은 주변에 있는 은하에 직접 어떤 영향을 주게 된다고 설명했다.이번 모델의 시뮬레이션을 보면 중심에서 분수처럼 확산하는 가스와 자기장이라는 두 종류의 제트를 지닌 강착원반이 생성된다. 이때 강착원반 바깥 부분은 기울어져 있지만 안쪽 부분은 블랙홀의 적도면과 완벽하게 정렬돼 있다는 것을 보여준다. 끝으로 체호프스코이 박사는 “이전에는 자기장과 강착원반 속 난류 그리고 와류 등 물질과 상호작용하는 모든 요인을 고려했을 때 이런 것이 정렬 효과를 없앨 것이라는 우려가 있었다”고 말했다. 하지만 이번 연구에서는 실제 작용이 사라지는 것이 아니라 강착원반 안쪽 부분이 실제로 블랙홀과 정렬해 있는 것으로 나타났다. 이로써 블랙홀이 어떻게 보일지에 대해 더욱더 자신 있게 예측할 수 있게 됐다고 체호프스코이 박사는 덧붙였다. 사진=노스웨스턴대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

네덜란드의 화가 한 판 메이헤런(Han van Meegeren, 1889~1947)은 2차 세계대전이 끝난 직후 독일 나치에 협력한 죄로 체포됐다. 히틀러의 오른팔이었던 헤르만 괴링에게 네덜란드 국보급 화가 얀 베르메르의 ‘간음한 여인과 그리스도’라는 그림을 팔아넘겼기 때문이다. 당시 유명한 미술평론가들마저도 이 그림은 베르메르의 알려지지 않은 미술품으로 평가받았던 작품이었다. 그러나 반전은 재판에서 그동안 자신이 거래해 온 베르메르의 작품들은 모두 위작이라고 공개한 것이다. 재판정은 메이헤런의 주장을 검증하기 위해 3개월간 가택연금을 당한 상태에서 위작을 만드는 전 과정을 공개했다. 그렇게 만든 위작이 베르메르 풍의 ‘신전에서 설교하는 젊은 예수’라는 작품이었다. 결국 국가적인 반역자에서 적국의 장군을 골탕먹인 애국자로 대접받게 된 것이다. 판 메이헤런은 베르메르의 스타일과 기술 뿐만 아니라 17세기에 만들어진 캔버스를 구해 고전화가들이 하는 방식으로 그림을 그리고 화학약품으로 색을 희미하게 만드는 한편 열을 가해 균열을 만드는 방식으로 위작을 만들어 전문가까지 감쪽같이 속아넘겼던 것이다.최근에는 위작을 만들 때는 위조를 하려고 하는 시대의 무명 작품을 구해 물감이나 페인트를 긁어낸 다음 녹여서 사용하는 방식이 시도되는 등 세계적인 미술품 위조범 판 메이헤런을 뛰어넘는 위작 기술들이 등장해 최고의 전문가들마저도 머리를 긁적이게 만들고 있다고 한다. 그런데 스위스 취리히연방공과대(ETH Zurich) 이온빔물리학연구실, 지리학연구실, 무기화학연구실, 베른대 공대, 베른예술대학, 독일 쾰른대 보존과학연구소, 미국 인디애나폴리스미술관 보존과학연구소 공동연구팀은 오래된 재료를 사용해 예술품을 위조하더라도 200㎍(마이크로그램) 미만의 미세한 시료만으로도 위작을 가려낼 수 있는 결정적 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 4일자에 실렸다. 위조품 여부를 식별 할 때 보통 방사성탄소연대측정이라는 기술을 이용한다. 탄소의 동위원소 중 하나인 탄소14(C-14)를 이용해 이 원자가 일정한 속도로 붕괴한다는 사실에 근거해 탄소12에 대한 탄소14의 비율을 비교함으로써 연대를 측정하는 방식이다. 문제는 위작과 비슷한 연대의 재료들을 구해서 사용하면 위작 여부를 판단하기 쉽지 않다는 점이다. 이에 연구팀은 여러 시대에 사용된 물감들의 샘플을 구한 다음 화학적 방법을 사용해 순수한 탄소 10㎍만 남을 때까지 시료를 정제했다. 이렇게 만들어진 기준시료를 이용해 위작에 사용된 재료들과 비교한다는 것이다. 지금까지 사용돼 왔던 방사성탄소연대측정 방법을 한 단계 업그레이드 시킨 기술을 만들어 낸 것이다. 실제로 연구팀은 이번 기술을 활용해 로버트 트로터라는 사람이 미국의 민속화가 사라 혼의 그림을 위조한 작품을 판단했다. 트로터가 1985년에 그린 위작에는 ‘사라 혼, 1866년 5월 5일’이라는 서명이 붙어있으며 혼의 화풍과 형태까지 비슷해 진품과 구분하기가 쉽지 않은 것으로 알려졌다.연구팀은 그림이 그려진 캔버스의 조각 일부와 200㎍ 미만의 물감 가루를 분석했다. 그 결과 캔버스는 19세기의 것이 맞지만 물감은 가짜라는 것을 밝혀낸 것이다. 오래된 물감을 긁어서 실제 그림에 재사용하기 위해서는 결착제(binding agent)를 이용해야 한다. 결착제에 사용되는 오일은 최근의 것들이 많기 때문에 탄소14가 과다하게 포함돼 있다. 이 때문에 캔버스와 물감을 아무리 오래 전 것을 사용한다고 하더라도 날짜가 모순되게 된다는 설명이다. 라우라 헨드릭스 ETH 물리학과 연구원은 “이번에 개발한 기술은 최근 교묘해지고 있는 위작을 확실히 구별해 낼 수 있는 거의 유일한 방법”이라며 “위작 여부를 판단할 수 있는 기준 시료를 구하는 것이 쉽지 않고 측정과정이 복잡해 측정 시간이 오래걸리고 비용이 많이 든다는 문제들이 있지만 추가 연구를 통해 이런 단점들을 해결할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr