가상현실 통한 우주 탐험 등 나흘간 체험 프로그램 풍성 ‘가상현실(VR)로 카누와 산악자전거를 타고 달 착륙선과 나로호 모델도 보고….’ 대전사이언스페스티벌이 오는 22~25일 한빛탑광장과 엑스포시민광장 등에서 열린다. 대전시는 18일 “사이언스페스티벌은 권선택 대전시장이 ‘지역 특색에 딱 들어맞는다’며 대전의 대표 축제로 키우면서 급성장했다”며 “그 위상에 걸맞게 새 프로그램을 많이 만들었다”며 이같이 밝혔다. 새 프로그램으로 한국항공우주연구원의 ‘달 탐사관’이 있다. 달 착륙선과 한국 최초의 우주발사체 나로호 모델을 볼 수 있다. 우주인이 무중력 상태에서 걷거나 그림 등을 그릴 때의 느낌을 체험할 수 있는 프로그램에 중력 가속도 체험, 우주선 탑승 체험, 우주복 입기도 있어 과학에 호기심이 많은 어린이의 흥미를 끌 것으로 보인다. 삼성 정보통신기술(ICT) 체험관도 눈길을 끈다. 특수 장비에 앉아 안경을 쓰고 화면을 보면서 카누나 산악자전거를 탈 수 있다. 현장에서 실제로 타는 것처럼 스릴을 만끽할 수 있는 4차원(4D) 체험이다. VR을 통해 우주여행을 떠나고, 색칠한 그대로 살아나는 증강현실(AR)의 크레용팡 게임도 즐길 수 있다. 정부출연연구소 등 20여개 대덕연구개발특구 연구소는 특색 있는 프로그램을 내놨다. 국가핵융합연구소는 인공태양만들기, 국방과학연구소는 미래무기만들기, 한국천문연구원은 태양계 중력저울 체험 등을 제공한다. 각 연구소의 과학자들은 어린이들에게 다양한 과학지식을 전하는 ‘X-stem’ 프로그램을 운영한다. 24~25일 이틀간 ‘포켓몬 고의 비밀’ ‘뇌과학’ 등 20개 과학 강의를 무료로 진행한다. 시는 사전 예약이 모두 마감될 정도로 뜨거운 반응을 보이자 곧바로 유튜브에 강의 장면을 올린다는 구상이다. 행사 중 제1회 메이커페스티벌이 열리는 것도 올 축제를 풍요롭게 한다. 일반인이 만든 드론 등 과학 작품을 전시하는 이벤트다. 대전 이천열 기자 sky@seoul.co.kr

우리의 몸을 이루는 원자 가운데 수소는 빅뱅 직후 우주에서 생성된 것이고 수소보다 무거운 탄소, 산소, 질소 같은 원자는 핵융합 반응 및 초신성 폭발에서 생성된 것이다. 그런 만큼 지구와 그 안에 사는 우리는 별에서 온 그대라고 할 수 있다. 생명체를 구성하는 탄소를 기반으로 한 유기물질은 지구는 물론 우주에서도 흔하게 관찰된다. 하지만 이런 유기물이 어떻게 우주에서 생성되는지는 오랜 논쟁거리 가운데 하나다. 탄소 원자는 최대 4개의 다른 원자와 결합할 수 있어 복잡한 분자를 만드는데 제격이지만, 이런 복잡한 분자 역시 매우 기초적인 단위부터 형성돼야 한다. 그 기초 물질은 탄소 이온(C+), 메틸리딘기(CH, methylidyne), 그리고 탄화수소 양이온(CH+) 등이다. 이들이 모여 더 복잡한 분자를 만들기 때문이다. 기존의 가설에 의하면 이런 기초 물질을 형성하는 기본 과정은 가스 성운에서 발생하는 난기류와 충격파다. 하지만 캘리포니아 공대의 패트릭 모리스와 그의 동료들은 유럽 우주국의 허셜 우주 망원경 관측 데이터를 분석해서 새로운 가설을 주장했다. 이들은 지구 가까이에서 새로운 별이 태어나는 오리온성운의 탄소 이온, 메틸리딘기, 탄화수소 양이온 등을 관측했다. 그런데 이 물질들의 분포는 가스 성운 내부의 난기류나 충격파의 방향과 무관했다. 여기에 이 물질들은 에너지를 흡수하기보다는 내놓고 있었는데, 이는 기존의 가설로는 설명할 수 없는 현상이다. 연구팀이 주목한 가설은 성운 안에서 탄생한 젊은 별의 자외선이다. 이 자외선 에너지를 흡수한 탄소 및 수소 원자가 기초 물질을 만들고 이들이 생명체의 기본 물질이 되는 유기물질을 만들었다는 것이다. 즉 생명의 기초 물질은 별빛 속에서 탄생(Life's Building Blocks Come From Starlight)한 것이다. 과학자들은 태양계 역시 이런 가스 성운에서 생성되었다고 생각하고 있다. 수소는 물론 탄소, 산소가 풍부한 가스 구름은 다양한 유기물을 품은 행성, 소행성, 혜성을 만드는 재료가 된다. 이 가설이 옳다면 어쩌면 우리 몸을 구성하는 물질 역시 별빛을 속에서 만들어졌을지도 모른다. 과학이 설명하는 우리의 기원은 신화보다 더 낭만적일 수도 있다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

화석 연료는 현대 문명을 지탱하는 근간이지만, 여러 가지 문제점을 지니고 있다. 온실가스 문제는 물론이고 자원이 일부 국가에 편중되어 있을 뿐 아니라 언젠가는 고갈될 수밖에 없는 자원이기 때문이다. 그 대안으로 등장한 태양 에너지와 풍력은 이미 빠른 속도로 보급되고 있지만, 역시 몇 가지 문제가 있다. 태양광 발전의 경우 기술 발전과 태양광 패널의 가격 하락으로 경제성은 어느 정도 갖췄으나 날이 흘릴 때나 밤에는 발전할 수 없다. 이 문제를 해결하기 위해서 다양한 에너지 저장 시스템이 선보였지만, 이 역시 비용 상승이라는 대가를 치러야 한다. 일부 과학자들은 새로운 대안을 생각하고 있는데, 태양 에너지를 이용해서 전기를 바로 생산하는 것이 아니라 에너지 원료가 될 수 있는 수소나 탄화수소를 생산하는 방식이다. 독일 국가 핵융합 연구소(Forschungszentrum Jülich)의 과학자들이 저널 네이처 커뮤니케이션스에 발표한 광전기화학 물 분해(photoelectrochemical water splitting) 방식이 그중 하나로 이는 두 개의 소재를 이용해서 물을 수소와 산소로 분해한다. 우선 박막 태양전지 소재가 태양 에너지를 전기로 바꾸면 이 전기를 다른 소재로 된 음극과 양극이 수용액에서 수용액을 산소와 수소로 분리한다. 이를 분리해서 채취하면 하나의 광화학(photochemical) 전지에서 수소를 바로 생산할 수 있다. 연구팀은 64㎠ 크기의 전지를 실제로 수용액에 담근 후 야외에서 태양광만으로 수소를 만들게 하는 데 성공했다. 육안으로도 작은 기포가 올라오는 것을 확인할 수 있다. (사진) 이와 같은 기술은 식물의 광합성과는 다르지만, 결국 태양광 에너지를 화학 에너지로 바꾼다는 점에서 인공 광합성(artificial photosynthesis)이라고 부른다. 전기 대신 수소를 생산하는 이점은 낮에 생산한 수소를 저장해서 필요할 때마다 발전기를 돌릴 수 있다는 점이다. 수소 연료 전지 차량의 경우 변환 없이 바로 연료로 사용할 수도 있다. 다만 문제는 태양광 – 수소 변환 효율이 3.9%에 불과해 기존의 태양전지 대비 많이 떨어진다는 것이다. 하지만 연구팀은 앞으로 상용화가 가능한 10% 이상의 에너지의 효율을 달성할 가능성이 크다고 보고 연구를 계속하고 있다. 수소를 값싸게 대량 생산할 수 있다면 에너지 부분은 물론 산업적으로 여러 가지 응용이 가능하다. 동시에 원료인 태양 빛과 물은 한 지역에 편중되어 있지 않고 우리 나라를 포함해 지구 어디서든 비교적 쉽게 구할 수 있다. 필요는 발명의 어머니인 만큼 앞으로 태양 에너지를 더 현명하게 이용하려는 노력이 계속될 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

북한은 최근 감행한 제5차 핵실험의 축하 행사를 13일 열고 ‘핵 선제타격’을 거론하며 미국과 우리나라 등을 위협했다. 윤동현 북한 인민무력성 부상은 이날 평양 김일성광장에서 열린 ‘핵탄두 폭발시험 성공을 경축하는 평양시 군민연환대회’에서 “우리는 고도의 격동 태세에서 날강도 미제와 그 주구들의 무모한 반공화국 침략전쟁 책동을 예리하게 주시하고 있다”고 밝혔다고 조선중앙방송 등 북한 매체가 보도했다. 그러면서 “적들이 존엄 높은 우리 국가의 자존과 권위를 해치려고 조금이라도 움쩍거린다면 단호하고도 강력한 핵선제 타격으로 세기를 이어온 반미 대결전을 승리적으로 결속하겠다”고 위협했다. 그는 또 “우리 군대는 하늘땅이 열백번 뒤바뀐다 해도 최고사령관 동지 한 분만을 굳게 믿고 따르며 김정은 동지를 수반으로 하는 당중앙위원회와 금수산태양궁전을 결사옹위하는 억척의 무쇠방패가 되겠다”고 충성을 다짐했다. 이어 연설대에 오른 장철 국가과학원장은 “핵탄두들이 표준화, 규격화됨으로써 우리의 핵무기 병기화는 핵분열탄이든 핵융합탄이든 그 어떤 운반수단에도 다 장착할 수 있는 보다 높은 수준에 확고히 올라서게 됐다”고 주장했다. 이어 “미제와 그 추종세력들은 당당한 핵보유국으로서의 우리 공화국의 전략적 지위를 똑똑히 보고 분별 있게 처신해야 한다”고 강조했다. 김기남 노동당 중앙위 부위원장은 “국가 핵무력을 질량적으로 강화하기 위한 조치를 계속 취하며 가중되는 미제를 비롯한 적대 세력들의 핵위협을 정의의 핵으로 총결산하려는 우리 당과 인민의 신념과 의지는 확고부동하다”고 주장했다. 이날 행사의 주석단에는 황병서 인민군 총정치국장,박봉주 내각 총리,최룡해 노동당 중앙위 부위원장을 비롯한 당·정·군 간부들이 자리했다. 연합뉴스

옥스퍼드硏 “태양풍 인류에 치명적” ‘캐링턴 사건’ 전신망 마비·화재 유발 10년내 비슷한 태양풍 가능성 12% 우주기상, 정전·항공기 항로에 영향 1998년에 개봉한 영화 ‘아마겟돈’과 ‘딥임팩트’에서 지구는 날아오는 소행성으로 인해 멸망의 위기에 놓인다. 또 니컬러스 케이지가 주연한 영화 ‘노잉’(2009)은 지구 자기장 이상과 대규모 태양 흑점 폭발로 인한 열기가 지구 전체를 뒤덮으면서 인류에게 종말이 오는 내용이다. 실제로 지난 7월 중순 영국 옥스퍼드대 인류미래연구소(FHI) 연구진은 이 영화들이 그린 것처럼 태양풍과 소행성 충돌로 인해 지구가 최후의 날을 맞을 수 있다는 ‘인류 종말의 날 4대 시나리오’를 발표했다. 연구진은 지구를 향해 날아드는 혜성이나 소행성과 충돌하는 시나리오도 심각하지만 태양 흑점 폭발이나 코로나질량방출(CME) 현상으로 인한 태양풍이 인류에게 더 심각한 영향을 미칠 것이라고 예측했다. 태양은 지구 지름의 100배, 질량은 33만배에 달하는 항성(별)이다. 단 1초의 핵융합으로 미국이 9만년 동안 쓸 수 있는 양에 버금가는 에너지를 생산해 내는 것으로 알려져 있다. 엄청난 에너지원인 태양의 표면에서 일어나는 각종 폭발은 태양계의 우주환경을 좌우한다. 태양 표면에서 폭발현상은 초당 수백~수천㎞의 속도로 움직이는 고에너지 입자들을 우주에 방출한다. 고에너지 입자들이 지구로 날아들게 되면 지구 궤도를 돌고 있는 인공위성이 고장 나거나 무선통신이 두절되는 현상이 나타나기도 한다. 실제로 인류 최악의 태양폭풍 피해는 1895년 9월 영국에서 발생한 ‘캐링턴 사건’이다. 사상 최악의 태양폭풍인 캐링턴 사건으로 22만 5000㎞에 이르는 전신망이 마비되고 곳곳에서 화재가 발생하는 등 엄청난 혼란을 일으켰다. 연구자들은 최근 대형 태양풍이 자주 일어나고 있으며 캐링턴 사건 때보다 작게는 10배, 크게는 100배 이상의 태양풍 발생 가능성이 있다고 경고한다. 캐링턴 사건 때와 비슷한 규모의 태양풍이 10년 내에 발생할 가능성도 12%에 이른다고 분석했다. 우주 선진국을 중심으로 지구 전리층과 자기권에 직접적인 영향을 미치는 태양의 활동을 관측하고 예측하는 ‘우주기상’(Space Weather)에 대한 연구와 투자가 활발하게 이뤄지는 것도 이 때문이다. 미국은 1995년 국립해양대기관리청(NOAA)를 중심으로 항공우주국(NASA), 국방부, 에너지부, 국무부가 참여하는 ‘국가우주기상프로그램’(NSWP)을 수립해 운영 중이며 유럽우주기구(ESA)도 2000년대에 들어서면서 우주 시스템의 사용과 태양 플라즈마 밀도 변화 등 우주공간의 물리적 상태를 연구하는 ‘우주기상 프로젝트’를 시작했다. 한국도 2009년 발사한 통신해양기상위성 ‘천리안’의 안정적 운영과 데이터베이스 확보라는 차원에서 우주기상 연구와 서비스 제공에 대한 관심이 높아지고 있다. 이와 관련해 지난 7일 충북 진천 국가기상위성센터에서는 ‘우주기상 서비스 활용확대’라는 주제로 ‘우주기상 공동연수회’가 열렸다. 이 자리에서는 산·학·연의 우주기상 전문가 80여명이 참석해 위성개발과 우주기상, 우주기상 정보활용 방안에 대한 논의가 이뤄졌다. 현재 우주기상 감시는 ▲태양 활동 ▲행성 간 공간 ▲지구 자기장 세 부분으로 이뤄지고 있다. 태양 활동 감시는 플레어, 코로나 홀, 코로나질량방출(CME)에 대한 모니터링이 중심이다. 행성 간 공간감시는 태양계 내 행성들 간 자기장 변화, 행성을 거치면서 변화하는 태양풍의 속도와 밀도, 온도 측정 방식으로 수행한다. 지구 자기장 감시는 지자기 교란 정도를 측정해 우주의 날씨 변화를 감지하는 것이다. 최근에는 고속 태양풍이 한반도 낙뢰 발생 증가에 미치는 영향과 물리적 상호 연관 메커니즘을 분석하는 연구가 진행되고 있다. 갑작스러운 우주기상 변화는 원인 불명의 대규모 정전 사태나 기차 탈선 사고를 유발시킬 뿐만 아니라 비행기 궤도 이탈, 항공기 승무원이나 탑승객에 우주 방사선 노출까지 다양한 영향을 미친다. 이 때문에 우주기상 연구는 북극항공로를 지나는 비행기의 운항 기준과 승무원의 우주 방사선 노출 기준 등을 만드는 데도 활용된다. 우주기상 전문가들은 “태양 폭발이 발생하면 지구에 언제 영향을 미칠 것인지는 비교적 정확히 예측할 수는 있지만 언제 태양 폭발이 일어날지 예측하는 것은 현대 과학으로도 어렵다”며 “현재 우주기상 연구는 예보보다는 관측에 집중되고 있는데 태양에 대한 과학적 연구가 더 많이 이뤄진다면 언제 폭발이 일어나 어떤 영향을 미치고 어떻게 대비해야 할지에 대해 상세한 우주기상 예보를 들을 수 있게 될 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

　‘제2의 태양’ ‘인공태양’으로 불리는 핵융합 발전이 상용화되기 위해서는 자기장을 이용해 고온의 플라즈마를 가둬둘 수 있어야 한다. 핵융합 분야에서는 플라즈마를 가둬두는 과정에서 발생하는 에너지 손실현상이 풀리지 않는 문제였다. 핵융합 상용화 연구가 시작된지 30년 동안 난제로 남아있던 이 문제를 국내 연구진이 풀어냈다. 　울산과학기술원(UNIST)와 포스텍, 국가핵융합연구소 공동연구진은 핵융합 플라즈마의 경계면 불안정성 현상이 발생하는 구체적인 메커니즘을 물리학 분야 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 최신호에 발표했다. 　핵융합 반응을 일으키기 위해서는 수 천만~수 억도 이상의 고온 플라즈마를 오랜 시간 가둬둘 수 있어야 한다. 플라즈마는 초고온의 음전하를 지닌 전자와 양전하를 지닌 이온이 분리된 기체 상태로 고체, 액체, 기체와 함께 ‘제4의 물질 상태’로 불린다. 고온의 플라즈마는 토카막이라는 용기에 강력한 자기장을 걸어 중간에 띄워놓는 형태로 가둔다. 토카막에 갇힌 고온의 플라즈마 표면은 외부와 압력이나 온도차이가 커 ‘경계면 불안정성’(ELM) 현상이 생기면서 에너지 손실이 발생한다. ELM 현상은 안정적인 핵융합 반응을 방해하기 때문에 핵융합 상용화를 위해서는 반드시 해결해야 하는 문제다. 　토카막 외부에서 강한 자기장을 가하면 ELM 현상이 사라진다는 사실은 기존에도 알려졌지만 왜 이런 현상이 나타나는지 밝혀지지 않아 근본적인 문제 해결이 어려웠다. 　연구진은 외부 자기장으로 플라즈마를 제어할 때 생기는 작은 소용돌이 형태의 난류현상이 고온의 플라즈마 상태를 안정적으로 바꾼다는 사실을 밝혀냈다. 외부 자기장을 걸어주면 고온 플라즈마와 플라즈마 표면 같은 경계면의 전자 온도와 밀도가 요동치면서 ELM 현상을 없앤다는 해석이다. 핵융합계에서는 이번 연구가 ELM 제어 방법 개발에 새로운 가능성을 열어준 것이라고 평가하고 있다. 　이재현 UNIST 핵융합플라즈마물리연구센터 연구원은 “한국형 핵융합실험장치(KSTAR)에 설치된 장치를 이용해 기존에 관측하기 어려웠던 난류현상과 ELM 현상을 살펴볼 수 있었다”며 “핵융합 난제 중 하나인 외부 제어용 자기장을 이용한 ELM 현상 억제 메커니즘을 밝혀냄에 따라 핵융합 상용화에 한걸음 더 다가서게 됐다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

인간 세상에는 외모로 판단한 나이가 실제 나이와 반드시 일치하지 않는 경우들이 있다. 그런데 흥미롭게도 천문학에서도 이런 사례들이 존재한다. 즉, 실제보다 더 나이 들어 보이거나 젊어 보이는 별이 있다. 지구에서 1만2000광년 떨어진 위치에 존재하는 IRAS 19312+1950(사진에서 흰색 화살표)는 2000년쯤 발견되었는데, 처음 발견한 과학자들은 이 별의 특징을 근거로 나이가 많이 든 늙은 별로 판단했다. 이 별의 질량은 태양의 10배, 밝기는 2만 배 수준으로 먼 거리에서도 관측이 가능할 만큼 밝다. 이런 무거운 별은 나이가 든 후 중심부에서 핵융합 반응을 통해 무거운 원소들을 많이 만들 수 있다. 중심부의 수소가 고갈되면 수소 핵융합 대신, 헬륨이나 그보다 더 무거운 원소를 이용한 핵융합 반응을 하기 때문이다. 반면 갓 태어난 별은 주로 수소와 헬륨으로만 구성되어 있다. 과학자들은 이 별에서 산화 실리콘(SiO) 및 수산기(OH)의 파장을 검출하고 이 별이 나이가 꽤 들어 이제 곧 최후를 맞이할 것으로 생각했다. 하지만 최근 나사 고다드 우주 비행 센터의 마틴 코디너(Martin Cordiner)와 그의 동료들은 나사의 스피처 우주 망원경과 유럽 우주국의 허셜 우주 망원경을 이용해서 이 별을 다시 관측해 사실은 이 별이 나이가 어린 아기별이라고 주장했다. 이들이 이렇게 판단을 한 근거는 크게 두 가지다. 우선 IRAS 19312+1950 이 점점 밝아지고 있다. 이 별은 주변에서 물질을 흡수하고 근처에 있던 가스 성운의 얼음 입자를 밀치면서 더 밝아지고 있는데, 이는 성장 중인 아기별에서 쉽게 볼 수 있는 특징이다. 더 결정적인 증거는 초속 90km로 나오는 제트(jet)의 존재다. 새로 태어난 아기별은 양 축으로 가스를 분출하는 데(이를 제트라고 부른다), 이는 나이가 든 별에서는 볼 수 없는 현상이다. 이 관측 결과를 설명할 수 있는 가장 합리적인 결론은 이 별이 지금 성장 중인 아기별이라는 것이다. 하지만 별을 구성하는 물질이 매우 나이가 든 별의 잔해에서 나온 가스여서 최초 나이 추정이 잘못된 것으로 보인다. 이 주장이 옳다면 늙어 보이는 아기별인 셈이다. 별의 나이 추정은 단순히 흥미로운 이야기가 아니라 별의 진화를 이해하는 데 중요하기 때문에 학문적으로 큰 가치가 있다. 이번 연구 결과는 별의 나이 추정이 생각보다 복잡하다는 사실을 밝혔다. 앞으로 정확한 연령 추정과 별의 진화를 알기 위한 연구가 계속될 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

인간 세상에는 외모로 판단한 나이가 실제 나이와 반드시 일치하지 않는 경우들이 있다. 그런데 흥미롭게도 천문학에서도 이런 사례들이 존재한다. 즉, 실제보다 더 나이 들어 보이거나 젊어 보이는 별이 있다. 지구에서 1만2000광년 떨어진 위치에 존재하는 IRAS 19312+1950(사진에서 흰색 화살표)는 2000년쯤 발견되었는데, 처음 발견한 과학자들은 이 별의 특징을 근거로 나이가 많이 든 늙은 별로 판단했다. 이 별의 질량은 태양의 10배, 밝기는 2만 배 수준으로 먼 거리에서도 관측이 가능할 만큼 밝다. 이런 무거운 별은 나이가 든 후 중심부에서 핵융합 반응을 통해 무거운 원소들을 많이 만들 수 있다. 중심부의 수소가 고갈되면 수소 핵융합 대신, 헬륨이나 그보다 더 무거운 원소를 이용한 핵융합 반응을 하기 때문이다. 반면 갓 태어난 별은 주로 수소와 헬륨으로만 구성되어 있다. 과학자들은 이 별에서 산화 실리콘(SiO) 및 수산기(OH)의 파장을 검출하고 이 별이 나이가 꽤 들어 이제 곧 최후를 맞이할 것으로 생각했다. 하지만 최근 나사 고다드 우주 비행 센터의 마틴 코디너(Martin Cordiner)와 그의 동료들은 나사의 스피처 우주 망원경과 유럽 우주국의 허셜 우주 망원경을 이용해서 이 별을 다시 관측해 사실은 이 별이 나이가 어린 아기별이라고 주장했다. 이들이 이렇게 판단을 한 근거는 크게 두 가지다. 우선 IRAS 19312+1950 이 점점 밝아지고 있다. 이 별은 주변에서 물질을 흡수하고 근처에 있던 가스 성운의 얼음 입자를 밀치면서 더 밝아지고 있는데, 이는 성장 중인 아기별에서 쉽게 볼 수 있는 특징이다. 더 결정적인 증거는 초속 90km로 나오는 제트(jet)의 존재다. 새로 태어난 아기별은 양 축으로 가스를 분출하는 데(이를 제트라고 부른다), 이는 나이가 든 별에서는 볼 수 없는 현상이다. 이 관측 결과를 설명할 수 있는 가장 합리적인 결론은 이 별이 지금 성장 중인 아기별이라는 것이다. 하지만 별을 구성하는 물질이 매우 나이가 든 별의 잔해에서 나온 가스여서 최초 나이 추정이 잘못된 것으로 보인다. 이 주장이 옳다면 늙어 보이는 아기별인 셈이다. 별의 나이 추정은 단순히 흥미로운 이야기가 아니라 별의 진화를 이해하는 데 중요하기 때문에 학문적으로 큰 가치가 있다. 이번 연구 결과는 별의 나이 추정이 생각보다 복잡하다는 사실을 밝혔다. 앞으로 정확한 연령 추정과 별의 진화를 알기 위한 연구가 계속될 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

비록 드물긴 하지만 우주에는 태양질량의 수십 배에서 수백 배에 이르는 거대한 별이 존재한다. 이런 별이 드물게 보이는 이유는 일단 생성되기도 힘들지만, 생성되었다고 해도 짧은 인생을 살기 때문이다. 사실 우주에 있는 별 가운데 80%는 태양 질량의 40% 이하인 적색왜성이다. 태양도 그렇게 작은 별은 아닌 셈이다. 하지만 드물다고 해서 거대 질량 별이 중요하지 않은 것은 아니다. 오히려 반대로 매우 중요하다. 거대 질량 별은 강력한 핵융합으로 다양한 원소를 만든 후 초신성 폭발을 일으키면서 더 무거운 원소를 만들고 생을 마감하는데, 이때 많은 원자를 우주로 대량으로 방출한다. 이들이 모여 지구 같은 행성을 형성하는 것이다. 사실 거대 질량 별이 없었다면 지구는 물론 인류도 존재할 수 없었을 것이다. 과학자들은 거대 질량 별의 생성 비밀을 풀기 위해 노력해왔지만, 앞서 말했듯이 거대 질량 별 자체가 드물다 보니 생성 중인 거대 질량 별을 찾기가 매우 어려웠다. 여기에 대부분 이런 별들은 두꺼운 가스가 있는 성운 안에서 탄생하기 때문에 관측이 더 힘들다. 최근 케임브리지 대학의 천문학자들은 지구에서 1만 1000광년 떨어진 위치에서 태양 질량의 30배에 달하는 아기별을 찾아냈다. 두터운 가스 성운 속에서 자라는 거대 별을 관측하기 위해서 하와이와 뉴멕시코에 있는 대형 전파 망원경이 동원됐다. 파장이 긴 전파가 가스를 뚫고 관측하기 쉽기 때문이다. 그 결과 이 별이 아직도 주변에서 가스를 모으면서 커지고 있다는 사실을 발견했다. 따라서 최종적으로 탄생하는 별은 더 거대한 별이 될 가능성이 높다. 더 흥미로운 사실은 이렇게 큰 별이 비교적 짧은 시간 안에 생성된다는 것이다. 태양 같은 별이 중력으로 가스를 모아 커지는데 수백만년이 필요하다면, 거대 질량 별은 불과 10만년 안에 가스를 모아 성장할 수 있다. 이번 연구에서도 거대 아기별이 주변에서 가스를 모으면서 빠른 속도로 커지는 것이 확인되었는데, 이는 처음에 아기별이 큰 질량과 중력을 가질수록 더 빨리 커지는 것과 관련이 있다. 이 아기별은 주변에 거대한 원반 모양의 가스 구름에서 질량을 흡수하고 에너지와 일부 물질을 수직으로 방출한다. (모식도 참조) 그리고 언젠가는 태양과는 비교도 할 수 없을 만큼 뜨겁고 밝은 거대한 별이 되어 초신성 폭발로 일생을 마감할 것이다. 앞서 이야기했듯이 이렇게 굵고 짧은 삶을 사는 거대 별은 우주에서 중요한 존재다. 대부분은 우리에게서 멀리 떨어진 위치에 존재하지만, 우리의 몸을 이루는 원자 가운데 일부는 이렇게 거대한 별의 내부에서 핵융합으로 형성된 것이기 때문이다. 지금 탄생하는 거대 별도 먼 미래에 새로운 행성을 형성하는 재료가 될 것이다. 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

태양의 마지막 모습을 엿볼 수 있는 백색왜성. 이는 태양과 비슷한 질량을 가진 항성(태양의 0.8~8배)이 진화 끝에 도착하게 되는 최종 단계이기 때문이다. 그런데 이런 백색왜성의 폭발 전부터 폭발, 그리고 폭발 후까지 일련의 모습이 처음으로 포착됐다고 천문학자들이 밝혔다. 세계적 학술지 네이처 최신호(17일자)에 실린 이 연구논문에 따르면, 국제 연구팀이 2009년 관측한 센타우루스자리에 있는 한 ‘고전 신성’(Classical Nova)의 경과를 파악하는 데 성공했다. 고전 신성은 초신성의 축소 버전으로, 백색왜성이 동반성인 항성의 수소 가스 등 에너지를 흡수한 끝에 핵융합 반응으로 폭발하는 현상을 말한다. 2009년 관측된 센타우루스자리의 고전 신성은 ‘V1213 Cen’나 ‘Nova Centauri 2009’로 명명돼 있다. V1213 Cen와 같은 고전 신성은 별이었을 때 에너지를 모두 소진하고 난 뒤 내부의 중력으로 겉면은 사라지고 초고밀도의 핵만 남아 식으면서 백색왜성이 됐다. 이후 이 백색왜성은 쌍성을 이루는 인접한 항성으로부터 수소 가스 등을 자신의 표면에 흡수하던 끝에 핵융합 반응으로 엄청난 폭발을 일으킨 것이다. 사실 이 고전 신성은 폭발을 일으키기 전인 2003년부터 관측됐지만, 이렇게 폭발 전후 모두가 관측되는 사례는 극히 드물다. 왜냐하면 백색왜성이 폭발한 후의 관측은 비교적 쉽지만 어떤 백색왜성이 폭발을 일으킬 것인가는 판단하기가 어렵기 때문이다. 이번 관측에서는 폭발이 가까워질수록 백색왜성이 정기적으로 밝게 빛을 냈으며, 이때 항성의 일부 수소 가스가 백색왜성으로 이동하고 있었다. 하지만 그 시기는 매우 불규칙했다는 것. 그렇지만 한 번 폭발을 일으키니 상황은 달라졌다. 폭발 후에도 쌍성은 그대로 있고 동반성의 수소 가스가 백색왜성으로 흡수되고 있지만, 항성은 고전 신성의 폭발로 방사성 물질의 영향을 받아 크기가 커져 있었고 이전보다 수소 가스의 이동이 빨라졌다. 한편 이 고전 신성은 앞으로 또다시 폭발을 일으킬 가능성도 지적되고 있다. 하지만 이 폭발이 일어날 시기는 수백만 년 후라고 한다. 사진=폴란드 바르샤바대 천문대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

4일 서울 강남구 삼성동 코엑스에서 열린 ’제20회 대한민국 과학창의축전’에서 NFRI(국가핵융합연구소)부스를 찾은 학생들이 자기장과 플라즈마에 대한 설명과 체험을 하고 있다. 2016.08.04 강성남 선임기자 snk@seoul.co.kr

4일 서울 강남구 삼성동 코엑스에서 열린 ’제20회 대한민국 과학창의축전’에서 NFRI(국가핵융합연구소)부스를 찾은 학생들이 자기장과 플라즈마에 대한 설명과 체험을 하고 있다. 2016.08.04 강성남 선임기자 snk@seoul.co.kr

4일 서울 강남구 삼성동 코엑스에서 열린 ’제20회 대한민국 과학창의축전’에서 NFRI(국가핵융합연구소)부스를 찾은 학생들이 자기장과 플라즈마에 대한 설명과 체험을 하고 있다. 2016.08.04 강성남 선임기자 snk@seoul.co.kr

　‘제2의 태양’으로 알려진 핵융합발전을 위한 실험로 핵심부품 제작을 국내 산업계와 연구기관이 맡게 됐다. 　 국가핵융합연구소와 현대중공업은 국제핵융합실험로(ITER) 기구로부터 핵융합로 핵심부품이면서 제작이 가장 까다로운 것으로 알려진 진공용기 2기 제작 계약을 체결했다고 19일 밝혔다. 　 한국은 미국, 러시아, 유럽연합, 일본, 중국, 인도와 함께 2007년부터 프랑스 카다라쉬 지역에 핵융합 에너지 대량생산 가능성을 실험하기 위한 초대형 핵융합실험로인 ‘ITER’를 건설하고 있다. 한국은 한국형 초전도핵융합연구장치인 ‘KSTAR’를 만들어 운영한 경험을 바탕으로 ITER 사업에 참여했다. 　 이번에 제작을 맡게된 진공용기는 ITER 장치의 뼈대에 해당하는 핵심품목이다. 진공용기는 9개 섹터로 구성돼 있는데 1개 섹터의 무게는 200t에 달하며 크기도 가로 11.3m, 세로 6.4m의 대형 부품이다. 당초 EU가 7개 섹터, 한국이 2개 섹터 제작을 담당했는데 EU측 제작이 지연되면서 한국이 2개 섹터를 추가 제작하게 됐다. 2007년 시작된 ITER사업을 통해 지금까지 수주한 총액은 5306억원에 달한다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

유명한 별자리인 오리온자리의 방향에 있는 오리온성운은 아마추어 천문학도는 물론이고 천문학자들에게도 매우 인기 있는 성운이다. 지구에서 1,350광년으로 비교적 가까운 거리에 있을 뿐 아니라 새롭게 생성되는 별을 관측할 귀중한 기회를 제공하기 때문이다. 오리온성운은 24광년 지름의 큰 성운으로 이곳에서 다수의 별이 탄생하고 있다. 유럽남방천문대(ESO)의 과학자들은 8.2m 구경의 지상 망원경인 VLT에 설치된 새로운 장비인 HAWK-I(High Acuity Wide-field K-band Imager)를 이용해서 오리온성운을 관측했다. 이를 통해 지금까지 관측 가능했던 가장 작은 크기의 별보다 훨씬 작은 천체를 관측할 수 있기 때문이다. 오리온성운의 가스와 먼지 속에 숨어있었던 작은 크기의 천체들을 발견한 과학자들은 놀라지 않을 수 없었다. 예상했던 것보다 훨씬 많은 작은 천체들이 있었기 때문이다. 그런데 이들은 단순히 작은 별이 아니라 더 작은 천체다. 별이 안정적으로 수소 핵융합 반응을 유지하려면 태양 질량의 8%, 혹은 목성 질량의 80배 정도에 해당하는 질량이 필요하다. 이보다 작은 천체의 경우 중수소 등을 이용한 미약한 핵융합 반응만이 가능하다. 이 상태의 천체를 갈색왜성이라고 부르며 실패한 별이라고 부르기도 한다. 만약 질량의 목성의 13배에도 미치지 못하면 어떤 형태의 핵융합 반응도 가능하지 않기 때문에 이때부터는 행성으로 분류한다. 이번 관측에서 오리온성운에는 갈색왜성이나 행성급 천체가 예상보다 무려 10배나 많은 것으로 나타났다. 상식선에도 생각해도 작은 질량을 가진 천체가 더 많이 생성되는 것이 당연하나 이는 예상을 크게 뛰어넘는 수준이다. 오리온성운은 단순히 아기별만의 탄생장소가 아니라 그보다 작은 천체까지 품은 탄생의 장소였던 셈이다. 대다수의 갈색왜성과 떠돌이 행성들은 어두우므로 망원경으로 관측이 힘들다. 이번 연구결과는 어쩌면 우주에 생각보다 더 많은 갈색왜성과 떠돌이 행성이 있을 가능성을 시사하는 셈이다. 동시에 이번 연구 결과는 오리온성운 같은 가스 성운에서 생성되는 천체의 종류를 이해하는 데 많은 도움을 주고 있다. 사진=오리온성운의 모습(유럽남방천문대) 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

태양계 밖에도 ‘물 구름’이 있다는 강력한 증거가 처음으로 나왔다. 미 산타크루즈 캘리포니아대(UC산타크루즈)의 앤드루 스키머 조교수(천문학·천체물리학)가 이끈 연구팀이 새로운 관측에서 태양계 밖의 한 갈색왜성 ‘WISE 0855’에서 물이나 얼음으로 된 구름이 있다고 제시했다. 지구에서 불과 7.2광년 밖에 안 떨어져 있는 이 갈색왜성은 목성보다 약 5배 더 크지만, 내부 핵융합 반응이 너무 작아 ‘실패한 별’로도 불린다. 지난 2014년 미항공우주국(NASA)의 와이즈(WISE) 망원경 데이터에서 처음 발견된 이 천체는 당시 제한된 측광 자료에서 대기에 물 구름이 존재할 수 있다는 몇 가지 증거가 나오기도 했다. 이에 따라 스키머 조교수와 그의 동료들은 미 하와이 마우나 케아 화산에 있는 제미니 노스(Gemini North) 망원경을 사용해 이 갈색왜성을 관측했다. 연구팀은 이번 관측에서 분광법을 사용했다. 이는 물질의 종류에 따라 빛의 산란 정도가 달라지는 원리를 이용한 것이다. 그 결과, 이 갈색왜성의 대기에 수증기가 존재하며 그 온도는 섭씨 영하 23도 정도 되는 것으로 나타났다. 참고로 목성의 대기 온도는 섭씨 영하 143도 정도다. 이에 대해 스키머 조교수는 “이 천체는 지상 기반의 적외선 분광법으로 감지되는 다른 어떤 천체보다 5배 더 희미하다”면서 “이제 우리가 얻을 스펙트럼으로 이 천체에 무슨 일이 있는지에 대한 생각을 시작할 수 있게 됐다”고 말했다. 또 “이 스펙트럼은 이 천체가 목성과 아주 비슷하게 전 영역에 걸쳐 수증기와 물 구름에 의해 지배돼 있는 것을 보여준다”고 설명했다. 특히, 이 천체의 스펙트럼은 목성 대기가 전파를 흡수하는 것과 같이 여러 특성이 매우 비슷한 것으로 나타났다. 이에 대해 스키머 조교수는 “한 가지 중요한 차이점은 이 천체는 목성보다 대기에 난류(폭풍)가 훨씬 적다”고 설명했다. 이번 연구성과는 ‘천체물리학 저널 레터’(The Astrophysical Journal Letters) 최신호(7월 10일자)에 실릴 예정이다. 사진=조이 폴라드, 제미니 천문대/미국 대학천문학연구협회(위), 펜실베이니아주립대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

태양계 밖에도 ‘물 구름’이 있다는 강력한 증거가 처음으로 나왔다. 미 산타크루즈 캘리포니아대(UC산타크루즈)의 앤드루 스키머 조교수(천문학·천체물리학)가 이끈 연구팀이 새로운 관측에서 태양계 밖의 한 갈색왜성 ‘WISE 0855’에서 물이나 얼음으로 된 구름이 있다고 제시했다. 지구에서 불과 7.2광년 밖에 안 떨어져 있는 이 갈색왜성은 목성보다 약 5배 더 크지만, 내부 핵융합 반응이 너무 작아 ‘실패한 별’로도 불린다. 지난 2014년 미항공우주국(NASA)의 와이즈(WISE) 망원경 데이터에서 처음 발견된 이 천체는 당시 제한된 측광 자료에서 대기에 물 구름이 존재할 수 있다는 몇 가지 증거가 나오기도 했다. 이에 따라 스키머 조교수와 그의 동료들은 미 하와이 마우나 케아 화산에 있는 제미니 노스(Gemini North) 망원경을 사용해 13일 밤에 걸친 총 14시간 동안 이 갈색왜성을 관측했다. 연구팀은 이번 관측에서 분광법을 사용했다. 이는 물질의 종류에 따라 빛의 산란 정도가 달라지는 원리를 이용한 것이다. 그 결과, 이 갈색왜성의 대기에 수증기가 존재하며 그 온도는 섭씨 영하 23도 정도 되는 것으로 나타났다. 참고로 목성의 대기 온도는 섭씨 영하 143도 정도다. 이에 대해 스키머 조교수는 “이 천체는 지상 기반의 적외선 분광법으로 감지되는 다른 어떤 천체보다 5배 더 희미하다”면서 “이제 우리가 얻을 스펙트럼으로 이 천체에 무슨 일이 있는지에 대한 생각을 시작할 수 있게 됐다”고 말했다. 또 “이 스펙트럼은 이 천체가 목성과 아주 비슷하게 전 영역에 걸쳐 수증기와 물 구름에 의해 지배돼 있는 것을 보여준다”고 설명했다. 특히, 이 천체의 스펙트럼은 목성 대기가 전파를 흡수하는 것과 같이 여러 특성이 매우 비슷한 것으로 나타났다. 이에 대해 스키머 조교수는 “한 가지 중요한 차이점은 이 천체는 목성보다 대기에 난류(폭풍)가 훨씬 적다”고 설명했다. 이번 연구성과는 ‘천체물리학 저널 레터’(The Astrophysical Journal Letters) 최신호(7월 10일자)에 실릴 예정이다. 사진=조이 폴라드, 제미니 천문대/미국 대학천문학연구협회(위), 펜실베이니아주립대 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

빅뱅에서 얼마 지나지 않은 우주 초기에는 수소와 헬륨, 그리고 미량의 리튬 이외에는 다른 원소가 존재하지 않았다. 이보다 더 무거운 원소들은 별의 중심부에서 핵융합 반응을 통해서 합성됐다. 생명을 이루는데 필요한 산소와 탄소, 그리고 행성을 이루는 데 필요한 많은 무거운 원소들은 사실 별의 중심부에서 생긴 것이다. 과학자들은 최초의 1세대 별이 탄생한 것이 빅뱅 직후 4억 년 이내라고 생각하고 있다. 당시 아주 무거운 별이 탄생했다가 수백만 년 이내에 초신성 폭발과 함께 사라졌다. 그리고 주변으로 산소를 비롯해서 더 무거운 원소를 배출했다. 과학자들은 이 과정을 이론적으로는 잘 알고 있으나 130억 년 이전에 있었던 일이라 실제로 관측하기는 어려웠다. 최근 국제 천문학 연구팀은 세계 최대의 전파 망원경인 알마(ALMA·Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)를 이용해서 무려 131억 광년 떨어진 은하 SXDF-NB1006-2를 관측했다. 131억년 전의 은하라는 이야기는 빛이 지구까지 도달하는데 131억 년이 걸렸다는 이야기로 사실상 131억 년 전의 우주를 관측한 것이다. 연구팀은 여기에서 131억 년 전 산소 원자의 존재를 증명하고 그 양도 측정하는 데 성공했다. 131억 년 전 우주의 산소 농도는 현재의 10% 수준이었는데, 우주 초기에 무거운 원소가 별로 생성되지 않았던 점을 생각하면 적은 양은 아니다. 동시에 연구팀은 이 은하의 원소들이 ‘재이온화’(reionization) 되었다는 사실도 발견했다. 최초의 원자가 생성된 후 우주는 한동안 별이 없어 중성화 된 가스만 있는 어두운 상태였다. 하지만 시간이 지나면서 별이 생성되고 여기서 나오는 에너지로 다시 재이온화 과정을 거치게 된다. 초기 우주는 지구와 같은 행성을 만들 재료도 부족하고, 생명체의 원료가 되는 산소, 탄소 같은 원소도 매우 부족했다. 하지만 핵융합을 통해 서서히 무거운 원소가 농축되면서 마침내 지구와 같이 생명체가 넘치는 행성이 탄생할 수 있게 되었다. 131억 년의 장대한 서사시는 덧없이 짧은 인생을 지닌 인간이 이해하기 쉬운 일은 아니지만, 현대 과학은 지금 그 비밀을 하나씩 밝혀내고 있다. 사진=NAOJ 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com

사람이 10개월 간 엄마 배 속에서 자라 태어나듯 찬란한 별들도 우주 공간에서 나름의 산고(産苦)를 거쳐 탄생한다. 최근 유럽우주국(ESA)은 마치 황금빛 아기 보자기에 싸여있는 것처럼 보이는 항성체 IRAS 14568-6304의 모습을 공개했다. ESA와 미 항공우주국(NASA)이 공동운영하는 허블우주망원경으로 포착한 IRAS 14568-6304는 지구로부터 2280광년 떨어진 컴퍼스좌 분자구름에 위치해있다. 이제 막 태어난 별 IRAS 14568-6304를 이해하기 위해서는 먼저 별의 탄생 과정을 알아야한다. 우리의 태양같은 별은 오랜시간 우주의 수많은 가스와 먼지가 뭉친 후 핵융합을 거쳐 탄생한다. 그리고 여기서 남은 가스와 같은 ‘재료’로 형성되는 것이 바로 행성으로, 태양계 역시 이같은 과정을 거쳐 현재의 지구가 탄생한 것으로 추측되고 있다. 사진 속 황금빛을 발하는 아기 보자기는 별을 싸고 있는 거대한 가스구름으로 강력한 제트를 방출하는 덕에 이와같은 환상적인 모습을 보이기도 한다. 무려 25만개의 별을 만들 수 있는 이 가스구름 속에서 '영양분'을 얻은 신생아 IRAS 14568-6304는 영겁의 시간이 지나면 자신을 둘러싼 가스를 걷어버리고 아름다운 별로 반짝이게 된다. 허블우주망원경이 촬영한 이 사진은 가시광선(파란색)과 적외선(밝은 오렌지색) 2개 파장으로 촬영한 것을 합성한 것이다. 사진=ESA/Hubble & NASA Acknowledgements: R. Sahai (Jet Propulsion Laboratory), S. Meunier 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

인간이 보기에 태양과 같은 별은 영원불멸한 존재로 여겨진다. 태양 같은 별의 수명은 인간과는 비교할 수 없을 만큼 길기 때문이다. 하지만 태양 역시 오랜 세월 후에는 적색 거성으로 커진 후 백색왜성으로 최후를 맞이하게 된다. 그런데 별의 진화는 생각보다 복잡하게 될 수 있다. 예를 들어 적색 거성으로 진화되기 전 별의 위치에서 강등당하는 경우도 생길 수 있다. 물론 흔한 일은 아니지만, 불가능한 일도 아니다. 사우샘프턴대학의 과학자들은 지구에서 730광년 떨어진 J1433이라는 희미한 쌍성계를 관측했다. 칠레의 고산 지대에 있는 거대 망원경인 VLT(Very Large Telescope)에 설치된 X 슈터라는 특수 장비를 이용해서 관측한 결과 이 쌍성계는 갈색왜성 하나와 매우 가까운 거리에 있는 백색왜성으로 이뤄져 있었다. 갈색왜성은 흔히 실패한 별이라고 불린다. 그 이유는 태양질량의 0.08배 수준으로 질량이 적어서 안정적인 수소 핵융합 반응을 유지할 수 없기 때문이다. 중수소 등을 이용한 핵융합 반응은 가능한데, 생성되는 에너지가 적어 매우 어둡다. J1433의 갈색왜성은 지금은 목성 질량의 60배 정도지만, 백색왜성과의 가까운 거리를 고려할 때 본래 가지고 있던 물질의 90%를 빼앗긴 것으로 보이기 때문이다. 백색왜성이나 중성자별, 블랙홀이 동반성에서 물질을 빼앗는 경우는 흔하지만, 이렇게 높은 비율로 빼앗기는 경우는 드물게 알려졌다. 본래 J1433은 태양질량의 70% 정도 되는 별과 그보다 큰 동반성으로 구성되었다. 그러나 큰 쪽이 먼저 핵연료를 다 소모한 후 백색왜성으로 변했고 이후 동반성에서 물질을 빼앗아 본래는 태양보다 조금 작은 별이었던 동반성을 갈색왜성으로 만든 것이다. 쉽게 말해 별에서 강등당해 그 아래 등급인 갈색왜성이 된 것이다. 이렇게 강등당하는 경우는 물론 흔한 경우가 아니지만, 별의 진화가 우리가 상상하는 것 이상으로 다양하게 일어날 수 있음을 보여주는 좋은 사례다. 사진=Rene Breton, 맨체스터대학 고든 정 통신원 jjy0501@naver.com