제임스웹 우주망원경이 마침내 거울 정렬작업을 완벽히 마무리하며 최상의 선명한 심우주 이미지를 잡아내는 데 성공했다. 미 항공우주국(NASA)은 28일(현지시간) 제임스웹 우주망원경이 탑재한 네 가지 과학장비 모두 ‘선명하고 초점이 잘 맞는 이미지’를 캡처할 수 있음을 입증한 후 정렬 작업을 완벽하게 마무리했다고 발표했다. 제임스웹 우주망원경이 거울 정렬작업이 마무리되면서 향후 미션 팀은 시운전을 진행할 수 있게 됐으며 모든 것이 계획대로 이루어진다면 모든 점검은 6월에 종료된다. 제임스웹 우주망원경에 제작에 참여한 볼 에어로스페이스 과학자 스캇 액턴은 “이 이미지들은 우주를 보는 방식을 근본적으로 바꿨다”면서 “우리는 창조의 교향곡으로 둘러싸여 있다. 전세계 모든 사람들이 은하를 볼 수 있기를 바란다”고 밝혔다.총 100억 달러(한화 약 12조원)가 투입된 제임스웹 우주망원경은 지난해 12월 25일 발사된 후 지금까지 4달 남짓 동안 바쁜 일정을 보냈다. 지구-달 거리의 약 4배인 160만㎞를 날아간 끝에 중력 균형점인 라그랑주2 포인트에 주차하기까지 약 한 달이 걸렸고, 복잡한 7단계 정렬 과정을 거쳤다. 차광막 펼침을 비롯한 각 단계의 작업들은 계획대로 순조롭게 진행되었으며, 그 과정에서 약간의 조정만 필요했을 뿐이다. 1주일 전 제임스웹 우주망원경 관계자는 망원경의 주경을 구성하는 18개의 육각형 낱개 거울이 적외선으로 물체를 예리하게 포착하는데 필요한 심우주 온도까지 거의 완전히 냉각되었다고 보고했다. 이제 거울이 모든 장비에 ‘완전히 초점이 맞는 빛’을 보내 이미지를 잡아낼 준비가 완료된 것으로 보인다.NASA 측은 “망원경의 광학 성능은 엔지니어링 팀의 가장 낙관적인 예측보다 더욱 향상되고 있다”며 이미지 품질에 장애가 되는 것은 제한적인 ‘회절 문제’일 뿐이라고 언급했다. 즉, 미세한 디테일을 보는 데 장애가 되는 유일한 요인은 성능 문제라기보다 망원경의 크기뿐이라는 뜻이다.　

1962년 영국 케임브리지대 캐번디시 연구소의 두 업적이 노벨상을 받았다. 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 DNA 이중나선 구조를 밝혀 노벨 생리의학상을 수상했고, 맥스 퍼루츠와 존 켄드루는 헤모글로빈의 구조를 분석한 연구로 노벨 화학상을 품에 안았다. 당시까지 캐번디시 연구소의 정체성은 물리학 연구소였다. 설립 목적, 역대 소장, 그리고 연구소의 유명 과학자들은 대부분 물리학자들이다. 예를 들어 맥스웰 방정식의 제임스 맥스웰, 전자를 발견한 J J 톰슨, 원자핵을 발견한 어니스트 러더퍼드 등이 있다. 그런데 1962년에 왓슨과 크릭, 퍼루츠와 켄드루에게 노벨 물리학상이 아니라 노벨 화학상과 노벨 생리의학상이 돌아갔다. 유서 깊은 물리학 연구소에서 이런 연구가 어떻게 가능했을까? 캐번디시 연구소는 1874년 실험물리학 연구소로 시작됐다. 학생들을 위한 물리학 교육과 연구 환경을 만들기 위해 설립됐고 초대 소장 맥스웰이 기틀을 닦았다. 이 연구소가 다양하고 선구적인 연구로 명성을 얻게 된 데에는 3대 소장인 톰슨의 공이 컸다. 톰슨은 1884년 스물일곱 살에 소장 후보로 추천됐다. 당시 위원회가 어떤 기준으로 청년 과학자를 소장으로 선택했는지는 분명하지 않다. 다만 톰슨이 30년 이상 소장으로 재직하는 동안 연구소의 성장을 보면 위원회의 선택이 옳았음을 알 수 있다. 톰슨 자신은 1897년 전자를 발견했다. 그리고 호주 출신 러더퍼드를 비롯해 영국, 영연방, 유럽 출신 인재들이 모여 창의적 연구를 할 수 있도록 했다. 유능한 소장의 리더십 아래 개방적이고 느슨하지만 조직된 연구 전통은 계속됐다. 화학, 분자생물학 등으로 연구가 확장된 계기는 로런스 브래그의 소장 부임이었다. 캐번디시 연구소 학생이었던 그는 엑스(X)선 회절을 이용한 결정 구조 분석 연구로 1915년 노벨 물리학상을 받았다. 이 연구는 X선 결정학의 시작이었다. 브래그는 맨체스터대를 거쳐 1938년 캐번디시 연구소의 소장이 됐다. 제2차 세계대전이 끝난 뒤 연구소의 재정 사정이 나빠졌고 연구원도 뿔뿔이 흩어졌기 때문에 연구소 형편에 맞는 새로운 연구주제를 찾아야 했다. 분자생물학은 1930년대 미국에서 성장한 떠오르는 분야였다. 유기물 X선 결정학 연구는 물리학 기반에서 접근 가능한 분자생물학 연구 주제였다. 브래그는 금속, 광물을 주로 연구했지만 의학연구위원회를 설득해 캐번디시 연구소에 분자생물학 연구실을 열었다. 그리고 생화학을 공부한 퍼루츠에게 이 연구실을 맡겼는데, 이 새로운 주제에 매력을 느낀 젊은 연구자들이 모여들었다. 그들 중에는 물리학을 전공한 크릭과 미국에서 생물학 박사학위를 마친 왓슨도 있었다. 이 사례는 융복합 과학기술 교육과 연구를 위한 힌트를 준다. 첫째가 개방성이 중요하다는 점이다. 캐번디시 연구소는 전통을 중시하는 동시에 소장의 리더십을 존중하고 운영의 자율성을 인정했다. 역대 소장들은 자기 분야만 고집하지 않고, 재능 있는 여러 전공 연구자들에게 기회를 주었다. 둘째는 지적 연결에 기반해 연구 영역을 넓혔다는 것이다. 브래그의 선택은 X선을 매개로 물리학과 연결되는 유기물 X선 결정학이었다. 최신 흐름을 반영하면서도 실현 가능한 영역이었다. 세 번째가 지적 다양성이다. 역대 소장과 다양한 배경을 가진 연구원들은 스스로 학문 분야의 경계에 얽매이지 않고 연구 내용을 중심으로 교류하고 협동을 이어 갔다. 융복합 과학기술을 위해 기존 학과에 새 교과과정을 설치하거나 새로운 학과를 만드는 것은 필요하다. 그러나 더 중요한 것은 캐번디시 연구소에서 볼 수 있었던 개방적이고 포용적인 과학자 리더십, 그 리더십을 인정해 주는 대학의 행정, 다양성과 지적 유연성이 작동할 수 있는 자율적 분위기이다.

미 항공우주국(NASA)은 16일(현지시간) 우리 태양과 가장 가까운 이웃 별인 알파 센타우리 항성계에서 거주 가능한 행성을 찾기 위한 새로운 우주망원경 임무를 발표했다. 알파 센타우리의 고대 아랍어 이름을 따온 톨리만(TOLIMAN)이라고 하는 새로운 임무는 별빛을 꽃과 같은 패턴으로 확산시키는 소위 회절 렌즈가 장착된 새로운 망원경을 2020년대 중반 우주로 올린다. 임무를 지원하는 ‘브레이크스루 이니셔티브'(Breakthrough Initiatives) 성명에 따르면, 이 특수 렌즈는 빛을 모으는 일반 광학 망원경과는 달리 항성의 빛이 주변을 도는 행성의 중력으로 미세하게 떨리는 것을 잡아내 행성의 존재를 확인할 수 있다. NASA 제트추진연구소(JPL) 광학 엔지니어인 에두아르도 벤데크는 “밤하늘에서 가장 가까운 밝은 별의 경우에도 행성을 찾는다는 것은 기술적으로 엄청난 도전”이라고 전제하면서 “톨리만 임무는 하늘에서 별의 위치를 극도로 정밀하게 측정하는 맞춤형 우주망원경을 발사하여 별 주위를 도는 행성으로 인해 흔들리는 별빛을 잡아낼 것”이라고 밝혔다.알파 센타우리는 지구에서 가장 가까운 항성계로, 그중 2개의 별은 우리 태양과 비슷하다. 세 번째 별은 프록시마 센타우리라고 불리는 적색왜성으로, 우주에서 가장 흔하면서도 온도가 낮은 별로 오래 사는 유형이다. 이 적색왜성은 적어도 두 개의 외계행성을 가지고 있는 것으로 알려져 있으며, 그 중 하나는 지구와 상당히 유사할 것으로 과학자들은 보고 있다. 그러나 우리로부터 불과 4광년 거리에 있는 이 흥미로운 항성계는 인류가 가장 가기 쉬운 목적지가 될 수 있는 외계행성이 있음에도 불구하고 지금까지 상세한 과학적 조사는 이루어지지 않았다. 현재까지는 알파 센타우리에 대한 인류의 의식이 공상 과학소설의 영역에 머물러 있는 수준이었지만, 톨리만 망원경은 최소한 이들 행성에 대한 가장 기본적이고 긴요한 질문에 답을 찾기 위해 분투할 것이다. 가장 중요한 대목은 이 머나먼 세계가 실제로 생명체를 품고 있는지, 아니면 생명체의 생존을 위한 적절한 조건을 제공할 수 있는지 조사하는 것으로, 이를 위해 과학자들이 새로운 망원경 사용을 희망하고 있다.브레이크스루 이니셔티브의 전무이사인 피트 워든은 성명에서 “우리의 가장 가까운 이웃 항성인 알파 센타우리와 프록시마 센타우리 시스템은 매우 흥미로운 곳으로 밝혀졌다”며 “톨리만 임무는 생명체를 부양할 수 있는 행성이 그곳에 존재하는지 알아내기 위한 위대한 첫 걸음이 될 것”이라고 언명했다. 임무는 3중성 체계 주변의 거주 가능 영역, 즉 액체 물이 존재할 수 있는 골디락스 영역에 초점을 맞출 것이다. 브레이크스루 이니셔티브의 산하인 브레이크스루 워치의 수석 엔지니어 피트 클루파는 “이 근처 행성은 인류가 미래형 고속 로봇 탐사선을 사용하여 탐사의 첫 걸음을 내딛을 곳”이라면서 “가장 가까운 수십 개의 별을 고려한다면, 액체 표면의 물이 존재할 수 있는 적당한 거리에서 지구와 같은 암석 행성들이 몇 개 궤도를 돌고 있을 것으로 예상한다”고 덧붙였다. 이번 톨리만 미션에는 호주 시드니대학 시드니 천문학연구소의 피터 투트힐 교수 주도로 브레이크스루 이니셔티브와 호주 우주기업 세이버 우주항공, NASA 제트추진연구소 등의 과학자들이 참여하고 있다. 미션 개발을 이끌고 있는 시드니 천문학 연구소의 투트힐 교수는 “지구의 이웃 외계행성을 아는 것은 매우 중요하다”고 강조하면서 “이 이웃 외계행성은 우리가 대기, 표면 화학, 심지어 생명의 잠정적인 신호인 생물권의 지문을 찾고 분석할 수 있는 최고의 전망을 가지고 있는 행성으로, 저비용 미션으로 2020년대 중반께 신속한 결과를 내놓을 계획을 세워놓고 있다”고 말했다.　　

내 조상은 누굴까. 그들은 어떤 환경에서 생활했고, 무엇을 어떻게 먹었을까. 어떤 풍습을 따랐으며 일상은 어땠을까. 끊임없는 의문에 대한 답을 찾는 곳이 있다. 과거와의 대화로 숨겨진 역사를 밝히는 곳이다.국립문화재연구소 문화재분석정보센터는 국내 유일의 문화재 전문 분석을 수행하는 국가기관이다. 전문적 식견을 가진 연구진이 첨단장비로 문화재를 분석하고, 분석시료를 체계적으로 보관·관리하며, 데이터베이스를 구축해 궁극적으로는 국민과 함께 누릴 수 있는 문화재 분석정보 플랫폼을 만들고 있다.초분광 영상분석실에서는 오래된 벽화나 그림 등의 보이지 않는 부분을 영상으로 구현해 낸다. 문화재의 손상 및 보수 상태를 분석해 손상 도면을 작성하고, 밑그림과 사용된 색료를 해석해 안료와 제작기법 등을 파악한다. 이러한 데이터는 문화재 보존에 귀중한 자료가 될 뿐 아니라 가치판단에도 활용될 수 있다. 문화재청의 이명성 학예연구사는 “문화재를 분석하고 진단해 그 결과를 바탕으로 보존관리 조치까지 이뤄질 때 큰 보람을 느낀다”고 말한다.고(古)DNA 분석실에서는 유적에서 출토된 옛사람의 뼈, 동물 뼈, 식물유체 등의 DNA를 분석한다. 특히 옛사람 뼈를 분석해 당시 피장자의 성별, 모계와 부계 유전정보뿐만 아니라 유전적 특징, 피장자 간의 친연(親緣)관계, 집단 간의 유연(類緣)관계를 추적하는 등 다양한 연구를 진행하고 있다. 분광 분석실의 주요 장비인 적외선분광기는 분자 진동에 따른 적외선 스펙트럼을 분석하여 뼈, 섬유류, 접착물질 등 다양한 유기물의 종류를 파악해 낸다.X선 분석실에 있는 X선회절분석은 석재, 토기, 금속, 안료 등 무기 물질의 광물조성과 결정화도를 측정해 문화재의 제작기술과 산지(産地) 연구에 활용되고 있다. 한성백제박물관의 발굴조사로 최근 문화재분석정보센터의 분석을 마친 서울 석촌동 고분군의 백제시대 옛사람 뼈에는 DNA나 단백질이 남아 있지 않았다. 연구진은 적외선분광분석과 X선회절분석을 통해 화장 여부와 노출 온도 등을 알 수 있었다. 이러한 과학적인 분석은 당시의 화장의례 등 장례문화를 밝혀내는 데 크게 기여했다.13년째 문화재 분석에 매달리고 있는 신지영 학예연구관은 “우리의 원형인 옛날 사람들의 모습과 생활상을 과학적으로 짚어내는 과정은 매우 보람된 일”이라면서 “첨단기술과 문화유산을 융합한 미래 분석기술, 집단지성을 바탕으로 한 개방형 과학을 통해 문화재 분석의 새로운 영역을 넓혀 가겠다”고 포부를 밝힌다.문화재 분석연구의 핵심인 연대를 특정할 수 있는 장비도입은 경제협력개발기구(OECD) 주요 10개국의 문화재 기관 중에서 가장 늦었다. 몇 개월 전까지 채취한 시료의 연대측정은 국내 타 기관의 연구 목적에 맞춰진 장비에 맡기거나, 해외기관에 의뢰하여 분석 결과를 기다릴수밖에 있었다. 그러나 올해 도입된 문화재 방사성탄소연대측정용 가속질량분석기, 내년 도입 예정인 광발광연대측정기는 그동안 외부에 의존할 수밖에 없었던 문화재 연대측정의 자립기반을 다지는 계기가 될 것이다. 지난 4월 국립문화재연구소 문화재분석정보센터의 개관과 더불어 첨단장비가 도입돼 우리 문화재 분석의 체계가 빈틈없이 갖춰지고 있다. 이런 노력에 국민 관심이 보태져야 할 때다. 국민적 관심이 한 단계 높아질 때 우리 문화재 분석기술도 한 단계 더 도약하고 새 지평을 열 수 있을 것이다.

아름다운 하늘 사진이 지난 10일(현지시간) ‘오늘의 천문사진’(APOD)에 올라왔다. 스페인의 카나리아 제도에 있는 테네리페 섬 테이데 국립공원에서 찍은 새벽 하늘 풍경으로, 가느다란 호로 빛나는 초승달과 수성의 모습이 포착되어 있다. 지구 행성의 하늘에 있는 태양에서 가장 가까운 행성인 수성이 희붐하게 밝아오는 동녘하늘에서 아름답게 빛나고 있다. 늦잠형 인간이라면 평생 보기 힘든 행성이 바로 수성이다. 태양에 바짝 붙어 있어 새벽이나 초저녁에 운이 좋아야 잠깐 볼 수 있기 때문이다. 그래서 행성운동 3대법칙을 발견한 요하네스 케플러도 평생 수성을 한 번도 보지 못했다는 말이 전해온다. 수성의 바로 위에서 빛나는 별은 황소의 뿔 근처에 있는 3등성 황소자리 제타 별이다. 하지만 이 모든 것보다 눈여겨 봐야 할 부분은 밝게 빛나는 초승달의 위쪽으로 보이는 희미한 달의 밤 부분이다. 햇빛을 받지 않은 부분이 어떻게 희미하게 빛날까? 빛의 회절 현상인가, 생각할 수도 있지만, 그것은 불가능하다. 수면파나 소리, 라디오 전파와는 달리 빛은 거의 회절하지 않는다. 이는 빛의 파장이 이들에 비하여 훨씬 짧기 때문이다. 그렇다면 달의 밤 부분의 희미한 빛의 정체는 무엇일까? 이것을 최초로 알아낸 사람은 500년 전 르네상스 시대의 만능인 레오나르도 다빈치다. 달의 어두운 부분에서 반사되는 잿빛(ashen glow)은 바로 지구의 바다가 반사한 빛을 다시 반사한 것이다. 다빈치는 이 현상을 1500년대 초 기록으로 남겼으며, 지구와 달 둘 다 태양광을 반사하는 존재임을 알게 되었다. 그래서 이 빛을 ‘다빈치 글로'(da Vinci Glow)라 하며, 천문용어로는 '지구조'(地球照, earthshine)라 한다.정확히 말하면, 지구조는 달의 밤 반구면에 지구의 빛이 반사되는 현상으로, 달이 초승달이나 그믐달 위상을 보이는 때를 전후하여 관측 가능하다. 만약 지구조 시기에 달에서 지구를 바라보면, 지구는 ‘보름지구’에 가까운 형상을 보여줄 것이다. 태양광은 지구에 반사되어 달의 밤 반구로 가서는 다시 반사되어 지구 관측자의 눈에 들어온다. 밤의 반구 부분은 희미하게 빛나는 것으로 보이며, 달의 둥근 원반 모양이 어둡게 보인다. 다빈치는 지동설을 확립한 갈릴레오보다 100년이나 더 전인 천동설 시대에 살았던 사람인데도 이러한 현상을 정확하게 꿰뚫은 것을 보면 과연 인류 최고의 지성이라고 할 만하다. 화가의 눈과 과학자의 마인드가 합작하지 않았다면 결코 알 수 없었을 것이다. 참고로, 다빈치는 2007년 11월 ‘네이처’ 지가 선정한 ‘인류역사를 바꾼 10명의 천재’ 중 가장 창의적인 인물 1위를 차지했다. 2위는 셰익스피어였고, 과학자인 아이작 뉴턴은 간신히 6위를 차지했다. 이 외에도 아테나 여신상의 건축가 피디아스, 미국 독립선언문의 주인공 토머스 제퍼슨 대통령이 올랐으며, ‘천재’와 그 이름이 동격으로 취급되는 아인슈타인은 겨우 10위에 턱걸이했다. 어쨌든 ‘인류 10대 천재’ 선정에서 르네상스형 만능인 다빈치가 역사상 가장 창의적인 융합형 인재로 평가된 것이다. 그는 평생 기술과 과학 그리고 예술을 하나로 융합하려는 창의적인 노력을 끊임없이 기울였던 통섭이었다.　

2019년 일본의 보복성 수출규제로 ‘소재·부품·장비’ 분야 연구개발에 대한 관심이 높아졌다. 신소재 개발을 위해서는 물질 이해가 필요한데 이를 위해서는 그 구성과 작동원리를 원자단위에서 바라봐야 한다. 많은 연구실에서는 이를 위해 일반적으로 X선 장비를 이용한다. 물질의 원자는 핵, 중성자 그리고 전자로 이루어져 있다. X선은 전자기파로 원자를 구성하는 전자에 의해 회절하는 성질을 갖고 있다. 이를 통해 간접적으로 전자의 위치를 파악하고 물질 내 원자들에 대한 정보를 얻는다. 원자가 무거울수록 전자 개수가 많아지는데, X선 특성상 가벼운 원자에 대해서는 정확히 알기 어렵다. 휴대전화와 전기자동차의 중요 부품인 배터리 연구의 경우 상대적으로 가벼운 원자인 리튬과 나트륨의 정확한 위치와 움직임을 파악하는 것이 핵심이다. 앞서 언급한 것처럼 X선을 이용한 연구에는 한계가 있기 때문에 이를 보완하기 위해 중성자를 활용한다. 전기적으로 ‘중성’을 띠고 있어서 전자에 의한 방해 없이 물질 내부 깊숙이 침투가 가능해 핵과 직접 상호작용을 통해 정확한 위치 정보를 알아낼 수 있다는 장점이 있다. 중성자를 얻기 위해서는 핵분열 또는 핵파쇄 두 가지의 방법을 이용한다. 핵파쇄 시설은 국내에 아직 없는 상황이기 때문에 핵분열을 이용해야 하는데 이를 이용할 수 있는 장치는 다목적 연구용원자로 ‘하나로’가 있다. 하나로를 이용한 다양한 신소재 연구가 활발해지길 기대한다. 오인환 한국원자력연구원 책임연구원

국내 연구진이 태양광 소자나 첨단 신약 개발에 도움을 줄 수 있는 세계 최고 수준의 전자카메라 기술을 개발해 주목받고 있다. 한국원자력연구원 초고속방사선연구실, 카이스트 기계공학과 공동연구팀은 극초단파 전자펄스의 타이밍을 100조분의 1초(10펨토초) 수준으로 측정하고 제어하는 기술을 개발하고 이를 초고속 전자카메라에 접목시켜 성능을 향상시키는데 성공했다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 광학 분야 국제학술지 ‘레이저 앤드 포토닉스 리뷰스’에 실렸다. 극초단 전자펄스를 이용한 회절분석기법은 전자펄스의 짧은 펄스폭과 광속의 99.2%에 도달하는 속도를 활용해 차세대 전기, 전자소재 개발 등 다양한 첨단 산업연구에 활용되고 있다. 그렇지만 이같은 특성을 장시간 안정화하지 못하는 한계점이 있다. 연구팀은 이 같은 한계점을 극복하기 위해 ‘테라헤르츠파 스트리킹 기술’을 활용해 전자 펄스의 타이밍을 측정하고 제어하는 시스템을 구현했다. 테라헤르츠파 스트리킹 기술은 테라헤르츠파의 전기장에 전자 펄스를 가해서 진행방향을 바꾸는 것이다. 테라헤르츠파 스트리킹 기술 선결조건으로는 먼저 전자 펄스를 발생시키는데 필요한 레이저와 마이크로파 신호들의 정밀한 측정과 제어가 이뤄져야 한다. 연구팀은 이를 위해 레이저와 마이크로파간 정밀 동기화 시스템, 광펄스의 모니터링 시스템, 자석 기반 전자펄스 압축 시스템 등 레이저와 마이크로파, 전자빔 안정화 장치들을 구현하고 최적화했다. 그 결과 세계 처음으로 전자 펄스의 타이밍을 5.5펨토초를 4600초 동안 안정화하는데 성공했다. 기존 세계 최고 성능보다 4배나 향상된 시간 안정도 수준이다. 김정원 카이스트 교수는 “이번 기술을 활용하면 그래핀을 포함한 2차원 물질과 같은 첨단 물질들의 새로운 성질을 손쉽게 규명할 수 있어 다양한 태양광 소재개발은 물론 전자구름 관측, 신약 개발 등 기초과학과 산업연구에 모두 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

미 육군이 새로운 레이저 무기를 개발하고 있으며, 이는 지금까지 공개된 레이저 무기보다 100만 배 더 강력하다고 영국 과학전문 매체 뉴사이언티스트가 19일자로 전했다. 보도에 따르면, 대부분의 레이저 무기는 표적을 녹이거나 불이 붙을 때까지 연속해서 광선을 발사하지만, 미 육군의 플랫폼용 전술 초단 펄스 레이저(UPSL·Ultrashort Pulsed Laser) 무기체계는 짧은 펄스와 같은 폭풍파를 방출한다.　이는 현재 레이저 무기체계의 최대 150킬로와트(㎾)급 광선보다 100만 배 강력한 테라와트(TW)급 광선을 초당 200펨토초(fs·1000조 분의 1초)의 극히 짧은 시간 동안 조사하도록 설계됐다.미 육군 등 미군은 레이저 무기에 막대한 투자를 하고 있는데 이런 무기는 적군의 무인항공기(드론)과 박격포탄 그리고 미사일을 멀리서도 인명 피해 없이 소멸하는데 사용하는 것을 목표로 한다. 특히 레이저 무기체계는 드론이나 미사일과 같이 작고 빠르게 움직이는 표적을 더 잘 맞춘다. 레이저 무기는 사람에게 가벼운 피부 자극부터 영구적 실명에 이르기까지 다양한 부상을 유발할 수 있지만, 전쟁을 억제하는 수단으로서는 그다지 실용적이지 않다. 현재 고에너지 레이저(HEL·High Energy Laser) 무기체계는 주로 ㎾급 출력을 지닌 지속파(CW) 레이저원으로 구성된다. 이런 무기체계는 표적을 태워 녹게 하거나 광학 센서를 무력화한다. 반면 UPSL의 목표는 미 육군 관련 플랫폼에서 사용할 수 있는 충분한 크기와 중량, 출력 그리고 견고성을 갖춘 UPSL 무기체계를 개발하는 것이다. UPSL 시제품은 초당 20~50펄스, 이는 LED 전구보다 약 10배 더 많은 20~50W의 펄스를 생성하며 극히 짧은 시간 동안 추가 폭풍파를 방출할 것이다. 이는 먼 거리로 확산하는 일반적인 레이저 무기체계와 달리 렌즈들을 사용해 강도를 그대로 유지할 수 있다. TW급 펄스 레이저의 순수한 강도는 대기 중에서 비선형 효과를 일으켜 자기 집속 필라멘트를 생성할 수 있다. 이런 필라멘트는 회절 없이 전파돼 기존 CW 레이저 무기체계를 선전할 때 난류가 광선 품질에 미치는 부정적 영향에 관한 잠재적 해결책을 제시한다. 미 육군의 UPSL은 극히 짧은 시간에 드론의 외장을 순식간에 기화(증발)시켜 무력화할 수 있다. 이는 또 드론의 센서를 차단하고 강한 폭풍파를 생성하며 내부 전자장치에 위협적인 과부하를 줘 교란을 일으키는 기능적인 ‘전자기 펄스’(EMP) 역할도 할 것으로 여겨진다. 덕분에 UPSL 기술은 수많은 임무에서 특히 관심을 끌고 있다. 미 육군은 내년 8월까지 실제로 작동하는 UPSL 시제품을 제작해 시연하는 것을 목표로 삼고 있다.한편 미 해군도 지난해 5월 자체 개발한 레이저 무기체계 시연기(LWSD)를 가지고 해상의 드론을 격추해 이목을 끌었다. 출력 150㎾인 LWSD는 상륙강습합 USS 포틀랜드호에 장착돼 레이저 광선을 조사해 날아가는 드론에 불을 질러 격추시켰다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미국 과학자들이 손상 없이 미라 내부를 들여다볼 수 있는 신기술을 개발했다. 25일(현지시간) CNN은 시카소 노스웨스턴대 의과대학과 아르곤국립연구소, 덴버 메트로폴리탄 주립대학교 전문가로 구성된 연구팀이 1911년 이집트 하와라에서 발견된 미라의 주인공에 대해 몇 가지 단서를 알아냈다고 보도했다. 2017년 무렵부터 실험을 진행한 연구팀은 지금까지와는 전혀 다른 방법으로 미라의 주인공을 밝혀내는 데 집중했다. 마이크로-컴퓨터단층촬영(CT) 기술과 싱크로트론 X레이 회절분석을 조합한 첨단 기술을 활용했다. 첨단 방사광가속기 APS(Advanced Photon Source) 고성능 엑스레이 빔을 쏴 의료용CT의 100배에 달하는 3차원(3D) 이미지를 얻었다.마이크로CT와 방사광 X레이 회절분석을 활용한 뼈와 치아 구조 분석 선구자인 스튜어트 R. 스톡 노스웨스턴대학교 교수는 “CT 스캔을 통해 미라 내용물의 3차원 로드맵을 만들었다. 사람 머리카락 직경보다 작은 X선 빔을 미라 위에 비추며 내부를 확인했다”고 설명했다. 한 세기 가까이 미라 내부는 침습적 방법을 통해 확인했다. 비파괴검사를 적용한 건 이번이 처음이다.1911년 이집트 하와라에서 발견된 미라는 1900년 전 로마 시대 때 만들어진 것으로 ‘하와라 초상화 미라 4번’이라는 이름으로 불린다. ‘하와라 초상화 미라’는 1888~1889년과 1910~1911년 고대 이집트 하와라 지역에서 발견된 미라들로 윗부분에 초상화가 그려진 점이 특징이다. 발견 당시 마 소재로 둘러싸여 있었던 미라는 초상화에 성인 여성이 그려져 있는 것과 달리 크기가 매우 작아 궁금증을 자아냈다. 과학자들은 미라가 몸무게 23㎏, 신장 94㎝ 상당의 여자 어린이의 것이라는 사실을 밝혀냈다. 신기술을 이용해 두개골과 치아 상태 등을 살핀 결과 영구치도 나지 않은 어린이의 나이는 5세 정도로 추정됐다.특히 장기를 모두 꺼낸 미라의 배 부분에서 발견된 탄산칼슘 덩어리가 눈길을 끌었다. 분석 결과 방해석으로 만들어진 7㎜짜리 풍뎅이 조각이었다. 스톡 교수는 “풍뎅이는 부활의 상징”이라면서 내세에서 고인의 영혼을 지켜달라는 의미의 부적으로 넣은 것으로 판단했다. 또 시신을 미라로 만들고 조각품까지 넣은 것으로 보아 상류층이었을 것으로 분석했다. 다만 미라의 주인이 왜 죽었는지는 밝혀내지 못했다. 일단 미라 속 어린이는 특별한 외상이 없는 것으로 조사됐다.　 권윤희 기자 heeya@seoul.co.kr

DGIST 에너지공학전공 홍승태 교수 연구팀이 차세대 이차전지로 각광받는 칼슘이온전지용 양극소재인 NaV2(PO4)3 를 개발했다. 이번 연구성과로 기존에 사용되는 리튬이온전지의 용량과 성능을 개선한 칼슘이온전지의 상용화가 앞당겨질 전망이다. 리튬이온전지는 모바일 기기 및 전기차 등 다양한 분야에 적용되고 있는 대표적인 이차전지이다. 그러나 최근 더 좋은 성능을 구현하기 위해 높은 에너지밀도를 가진 이차전지가 요구되면서 리튬이온전지의 구현 가능한 에너지밀도가 한계에 근접한 상황이다. 또한 핵심소재인 리튬, 코발트 등의 매장지역이 한정적이어서 가격 또한 상승하고 있다. 이러한 리튬이온전지를 대체하기 위해 칼슘이온을 이용한 이차전지 연구가 주목받고 있다. 이차전지는 이온이 전자와 함께 양극과 음극을 이동하면서 충전과 방전이 일어난다. 이 때 이동하는 전자의 수와 양극소재의 특성에 따라 배터리 용량과 전압이 결정되는데, 리튬은 이온당 한 개의 전자가 같이 이동하지만 칼슘은 이온당 두 개의 전자가 이동 가능한 2가 양이온이다. 따라서 이론상 리튬이온전지보다 2배의 용량이 가능하며 더 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다. 또한 지구상에 풍부한 원소인 칼슘을 이용하기 때문에 경제적이기도 하다. 하지만 리튬보다 큰 칼슘의 이온크기와 높은 산화수(oxidation number)로 인해 전극물질에 구조적, 전하적 변형이 발생하게 된다. 이 때문에 칼슘이온의 작동전압을 구현할 수 있는 양극소재의 개선이 필요하다. 양극소재는 방전 시 이온과 전자를 받아주고, 충전 시 이온과 전자를 음극으로 보내는 탈·삽입 과정의 주요 매개체이며, 전자의 작동전압을 결정하는 소재이다. 이에 DGIST 홍승태 교수 연구팀은 칼슘이온의 특징을 고려해 높은 구조적 안정성을 가진 나시콘 구조(NASICON) 기반의 양극소재인 NaV2(PO4)3를 개발했다. 연구팀은 NaV2(PO4)3의 구조 분석과 칼슘의 탈·삽입 메커니즘 분석을 위해 분말 X선 회절기법을 이용했다. 이를 통해 양극소재 구조에 칼슘이온이 탈?삽입 되는 과정에서 발생하는 구조 변화를 규명하면서 높은 용량과 작동전압이 구현 가능함을 증명했다. 홍 교수는 “탈·삽입 기반의 칼슘이온 이차전지용 양극소재를 개발하고 작동 메커니즘을 최초로 규명했다”며, “이러한 작동원리를 적용하면 더욱 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있는 칼슘이온전지용 양극소재 개발의 지표가 될 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 삼성미래기술육성사업을 통해 진행됐으며, DGIST 에너지공학전공 전부식 박사과정생과 허종욱 박사가 공동1저자로 참여했다. 아울러 소재화학 분야 국제학술지 ‘Chemistry of Materials’에 9월 23일자 온라인판에 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

한국 과학자가 참여한 미국 연구진이 미세혈관 손상까지 찾아낼 수 있는 고해상도 초음파 영상 기술을 개발했다. 미국 피츠버그대 생체공학과, 피츠버그대 의대 초음파분자이미징 및 치료센터 연구팀은 기존 초음파 기술로는 불가능했던 질환의 진행과정을 관찰할 수 있는 초고해상도 초음파 영상기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 이번 연구결과는 의학분야 국제학술지 ‘국제 신장학’(Kidney International)에 실렸다. 이번 연구에는 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 유재석 교수도 참여했다. 흔히 건강검진에서 복부와 목 부위 갑상선 검사를 위해 초음파 검사를 실시한다. 여기에 쓰는 초음파 영상 기기 해상도는 음향회절한계가 있었다. 음향회절한계란 특정 물체를 시각화하기 위해서는 물체 크기가 시각화하는데 필요한 주파수의 절반 이상이 되야 한다는 것이다. 충분히 크지 않으면 초음파 영상을 볼 수 없다는 것이다. 또 기존 방식은 데이터를 취합하는데도 시간이 걸리기 때문에 응급 상황에서는 사용이 쉽지 않았다. 연구팀은 초음파 조영제의 개별신호를 구분해 위치를 찾아내는 국지화 기술을 이용해 기존 기기보다 4~5배 이상 해상도를 높이는데 성공했다. 기존에는 150~200㎛(마이크로미터) 크기의 혈관까지만 찾아낼 수 있었지만 이번 기술을 활용하면 32㎛의 미세혈관도 관찰이 가능하다. 또 천문학에서 주로 사용되는 신호처리 기술을 활용해 데이터 수집시간을 기존 수 분에서 1초 이내로 줄여 응급상황에서도 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 연구팀은 이번에 개발한 기술을 이용해 기존 초음파 영상기기로는 관찰이 불가능했던 급성신장손상이 만성신장질환으로 진행되는 과정을 관찰하는데 성공했다. 연구에 참여한 유재석 교수는 “이번에 개발한 초음파 영상기술은 기존 초음파 기기로는 해상도의 한계 때문에 진단이 불가능했던 질병의 진행을 관찰함으로써 치료하는데 활용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

방사광가속기(放射光 加速器). 보통 사람에겐 참으로 낯설고 생경하다. 무슨 기계장치인 것 같긴 한데 한 글자씩 뜯어봐도 제대로 된 뜻을 유추하기조차 힘들다. ‘문송한’(문과 출신이라 죄송한) 처지라면 더더욱 그러겠다. 한국정보통신기술협회 용어 설명에 따르면 ‘전자를 총으로 쏘아 빛의 속도에 가깝게 가속시키는 장치로 원자와 분자분광학, 표면과 계면 연구, 엑스(X)선 회절과 산란 연구, 단백질 결정 구조 분석, 광화학 반응 따위의 연구에서 이용된다’고 한다. 선뜻 이해되지 않는다. 그런데 전국이 들썩거린다. 포항, 나주, 춘천, 청주 등이 각각 영남과 호남, 강원, 충청을 대표하며 자기네들 지역에 ‘방사광가속기’를 가져다 놓기 위해 총력을 기울이고 있다. 이미 21대 총선 때 해당 지역 후보들마다 공약 한 귀퉁이에 빼놓지 않고 이를 언급했다. 기초·광역단체장은 물론 지역의 학계, 기업, 시민사회 등까지 모두 나서는 총력전이다. 방사광가속기 관련 기술의 시작과 쓰임을 보면 이러한 현상이 조금씩 이해된다. 방사광가속기는 물체의 구조를 연구하는 기초과학에서부터 신소재개발, 유전공학, 신의약개발 등 응용과학에 이르기까지 여러 분야에서 활용된다. 특히 난치에 시달리는 인류를 구제했던 각종 신약들, 예컨대 신종플루 치료제인 타미플루, 발기부전 치료제인 비아그라, 백혈병 치료제인 글리벡 등이 모두 방사광가속기의 덕을 입고 개발됐다. 이뿐 아니다. 지난해 여름 일본이 수출 규제 품목으로 지정한 반도체 관련 소재인 극자외선(EUV)용 포토레지스트 또한 방사광가속기를 통해 기술 경쟁력을 확보했다. 알려진 경제적 효과는 더욱 어마어마하다. 정부는 2027년까지 1조원을 들여 저장링 둘레가 280ｍ인 3세대 가속기보다 큰 저장링 둘레 약 700ｍ의 가속기를 만들겠다는 계획을 밝혔다. 전문가들은 방사광가속기를 유치할 경우 6조 7000억원의 생산유발 효과와 2조 4000억원의 부가가치 효과, 13만 7000명의 고용창출 효과가 나타날 것이라고도 전망했다. 한마디로 바이오, 에너지, 반도체, 자동차 등 미래 먹을거리를 책임질 ‘꿈의 신성장 산업’의 핵심 요체다. 신성장동력으로서의 지속성, 경제성 등을 감안하면 사활을 걸고 덤빌 만하다. 지역 균형발전, 산업발전 연속성, 전국 접근성 등 각자 내세우는 장점은 서로 다르니 치열한 경쟁은 불가피하겠다. 단단한 지반을 가진 입지 환경과 교통 접근성 등을 감안해 다음달 6∼7일 부지선정평가위원회의 평가를 거쳐 최종 입지를 발표할 예정이다. 어느 지역에 있든 한국의 국가 경쟁력을 높이기 위한 소중한 밀알이 되기를 바랄 따름이다. youngtan@seoul.co.k

인간은 외부 환경으로부터 끊임없이 신호를 받는다. 인간이 받는 신호는 감각이라는 형태로 뇌에 전달된다. 뇌는 이 신호를 잡음과 구분하고 해석하는 역할을 한다. 영화 ‘매트릭스’를 전후해 뇌에 신호를 주어 감각의 착각을 일으키고, 가상의 세계를 인식하게 만드는 기술이 가까운 미래에 다가올 것이라는 사실은 상식이 됐다. 물리학을 배움으로써 부수적으로 얻은 이익 중에는 세상을 보다 근본적인 수준에서 이해할 수 있게 됐다는 것이 있다. 예를 들어 탄생 직후 극초기 우주에는 입자와 전자기파만 존재했다. 여기서 입자란 원자를 구성하는 소립자들을 말하며, 전자기파는 파장에 따라 연속적으로 라디오파, 빛, X선 등의 이름이 붙는 그것이다. 중요한 것은 오늘날에도 여전히 우주에 존재하는 것은 오직 입자와 전자기파뿐이라는 점이다. 따라서 무언가를 분류할 때 입자와 전자기파로 나누는 것은 가장 기본적인 출발점이 될 것이다. 인간의 감각도 이를 바탕으로 이해할 수 있다. 인간의 감각은 전자기파를 감지하는 시각과 입자를 감지하는 나머지 감각들로 나눌 수 있다. 생명체의 감각은 생명체가 주위 환경을 인식하고 생존과 번식에 유리한 환경을 찾는 데 도움이 되도록 진화했다. 인간의 감각 또한 마찬가지이며, 각 감각이 감지하는 대상의 특성은 그 감각의 기능과 밀접한 관계를 가진다. 전자기파와 입자가 가진 각각의 특성을 통해 인간이 가진 감각의 특성을 설명할 수 있다는 뜻이다.먼저 시각을 보자. 시각은 전자기파 중 가시광선이라는 특정 영역대를 감지한다. 거의 모든 생명체는 전체 전자기파 중 상대적으로 매우 협소한 가시광선 영역만을 감지한다. 이는 가시광선 영역만이 물을 투과하기 때문이다. 시각은 물속에 살던 생명체의 조상으로부터 기원했다고 추측할 수 있다. 가시광선은 직진성을 가지고 있어 원거리의 대상을 구별할 수 있으며, 인간은 시각을 통해 원거리의 먹이를 찾고 위험을 피할 수 있었다. 인간의 나머지 감각들은 입자의 특성을 감지하는 것이다. 청각은 입자, 곧 기체 분자의 집단적 움직임을 파동의 형태로 파악하며 후각과 미각은 입자들이 결합한 분자의 화학적 성질을, 촉각은 더 큰 대상의 물리적 특성을 감지한다. 청각이 감지하는 음파는 빛에 비해 전달 거리는 짧지만 장애물을 돌아가는 회절성에 의해 보이지 않는 근거리의 상대를 파악할 수 있으며, 특히 빛이 존재하지 않는 밤에도 유용해 포식자들이 주로 활동하는 야간의 생존에 도움을 주었다. 후각과 미각은 대상을 직접 판별하는 것으로 화학반응에 기반하며 섭취 가능하거나 필요한 대상을 ‘선호’라는 방식으로 결정할 수 있게 만들었다. 쉽게 말해 좋은 냄새와 맛있는 대상은 생존에 유리한 성분과 높은 에너지를 의미하며, 악취는 위험을 의미한다. 정보 전달의 측면에서 감각을 바라볼 수도 있다. 청각의 대상인 음파의 경우, 성대라는 천연의 출력 도구가 인간에게 주어지면서 문명의 기반이 된 언어가 탄생했다. 반면 시각의 가시광선은 출력이 까다로웠지만 직진성과 함께 높은 공간해상도를 가졌고 문자와 종이, 인쇄술 그리고 모니터에 이르기까지 더 많은 정보가 더 많은 이들에게 전달되는 방향으로의 기술 발전이 이루어지면서 문명의 폭발적 발전을 이끌었다. 이 칼럼 또한 바로 그 방식으로 전달되고 있다.

매년 수많은 운석이 지구에 떨어진다. 지구에 사는 우리에게는 매우 다행하게도 대부분의 운석은 작은 크기지만, 작은 크기의 운석이 엄청난 과학적 가치를 지닌 경우가 있다. 예를 들어 운석의 기원이 화성인 경우 현재까지 인류가 구할 수 있는 유일한 화석 암석 샘플이라는 점에서 가치가 높다. 이 화성 운석들은 화성에 큰 소행성이 충돌했을 때 화성에서 튕겨 나온 암석이 우연히 지구에 떨어진 것이다. 이런 화성 운석 가운데 오랜 세월 과학자들에게 미스터리로 남은 운석이 나크라이트 (nakhlite)이다. 나크라이트는 1911년 이집트의 엘 나크라 (El Nakhla)에서 처음 발견됐는데, 액체 상태의 물에 노출된 암석의 특징을 지녀 과학자들의 관심을 끌었다. 문제는 나크라이트가 화성에 물이 풍부했던 30억 년 이전에 형성된 암석이 아니라 그보다 최근에 형성되었다는 것이다. 글래스고 대학의 루크 달리 (Luke Daly) 박사가 이끄는 미국, 이탈리아, 호주, 스웨덴의 국제 과학자 팀은 이 미스터리를 밝힐 이론을 제시했다. 연구팀은 희귀한 화성 운석을 파괴하지 않고 상세히 분석하기 위해 전자 역산란 회절법(electron backscatter diffraction technique)이라는 비파괴 방법을 사용했다. 이를 통해 연구팀은 나크라이트의 기원에 대한 단서를 찾아냈다. 연구팀에 의하면 나크라이트의 기원이 되는 암석은 13~14억 년 전쯤 화성의 화산 지대에서 형성됐다. 그리고 6억3,300만 년 전 이 자리에 소행성이 충돌하면서 충돌 크레이터가 형성됐다. 나크라이트가 물에 노출된 것은 아마도 이 시기인 것으로 추정된다. 일시적으로 온도가 상승하면서 지표 아래의 얼음이 녹아 크레이터 내부에 액체 상태의 물이 흘렀다. 그리고 대략 1,100만 년 전 다시 이 지역에 소행성이 충돌하면서 암석 파편이 우주로 튕겨 나갔고 다시 우연히 지구로 떨어진 것이다. (개념도 참조) 이 이론이 옳다면 나크라이트는 복권 당첨만큼 희귀한 확률을 뚫고 지구로 떨어진 화성 운석인 셈이다. 과학자들은 이 가설을 검증하고 지금도 화성 지표 아래 존재할지 모르는 물을 찾기 위해서 연구를 계속하고 있다. 어쩌면 나크라이트가 미래 화성 탐사의 목표가 될 물과 얼음의 존재를 알려주는 단서가 될지도 모른다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

어두운 동굴에 사는 박쥐는 음파를 이용해 지형을 탐색하는 것으로 잘 알려져 있다. 실제로 박쥐의 눈을 가려도 음파를 발사해 반사되는 파장으로 지형지물을 인식해 장애물을 피해간다. 국내 연구진이 박쥐처럼 소리를 이용해 사각지대 없이 화재나 무단칩입 같은 문제를 감지해낼 수 있는 센서를 개발해 화제가 되고 있다. 한국전자통신연구원(ETRI) 지능형센서연구실과 연구소 기업 시큐웍스 공동연구팀은 음장 변화를 파악해 움직임이나 화재까지 감지할 수 스마트 안전센서를 개발했다고 3일 밝혔다. 음장은 음파가 존재하는 공간이나 음파의 공간 분포 패턴을 말하는 것으로 음장 센서는 스피커로 소리를 발생시켜 일정 공간에 형성된 음장의 변화를 분석해 작동한다. 사람이 움직이거나 온도가 변화하면 음장이 변하기 때문에 상황을 쉽게 파악할 수 있게 되는 원리이다. 연구팀이 개발한 음장센서는 마이크, 스피커, 신호처리부 3개 부분으로 구성돼 가로, 세로 각각 8㎝, 5㎝ 크기이다. 천정에 붙이거나 인공지능 스피커와 연동시켜 사용할 수 있다는 장점이 있다.인공지능 스피커를 음장센서와 연결한 뒤 보안 모드로 설정하면 스피커는 귀뚜라미 울음과 비슷한 소리를 2~3초 간격으로 0.5초씩 내보낸다. 소리가 공간에 퍼지면서 만들어진 음장은 사람이 나타나거나 갑자기 온도 변화로 바뀌게 되면 사용자에게 문자로 알림을 보내게 되는 형태이다. 기존에 영상센서는 사각지대가 발생하기 쉽고 적외선 센서는 차폐 장치 등으로 인해 열을 감지하지 못하 오작동 되는 경우가 많았다. 그러나 음장 센서는 소리의 반사와 휘는 회절현상으로 장애물을 쉽게 넘기 때문에 사각지대 움직임까지 민감하게 파악할 수 있다. 이번에 개발한 음장센서는 사물인터넷(IoT) 기기들과 쉽게 결합되고 가격경쟁력이 뛰어나다는 장점이 있으며 이달 중에 본격적인 제품으로 출시될 예정이다.박강호 ETRI 지능형센서연구실 박사는 “이번에 개발한 기술은 급증하는 1인 가구나 공공시설 같이 방범, 화재, 안전이 필요한 곳은 물론 노약자의 움직임을 감지해 알림을 제공하는 복지케어 서비스에도 응용이 가능할 것”이라며 “추후에 사람은 들을 수 없는 비가청영역 음파를 이용한 센서를 개발해 인공지능과 결합하는 방법을 더 연구할 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

6월에 6·25전쟁을 떠올린다면 12월엔 병자호란을 기억하자. 자진한 여인들의 머릿수건이 염하(강화도와 김포반도 사이를 흐르는 한강 하구)를 하얗게 덮었다는 그 겨울, 전쟁의 책임을 회피하기 위해 저희의 아내요 어머니요 딸인 이 땅의 여인들을 주검으로 내몬 저 사대부 권력자들의 무능과 무책임, 교활과 폭력을 돌아보자.강화도는 무능한 권력자들에게 천혜의 도피처였다. 13세기 고려말 몽골군이 침략했을 때 무신정권은 강화도에서 38년간 간 피란살이를 했다. 1627년 정묘호란 때 인조는 강화도에 콕 박혀 40일 가까이 버텼다. 1636년 병자호란 때는 판단 잘못으로 남한산성으로 도주했지만, 도착한 다음날 새벽 강화도로 탈출을 시도했다. 12월 14, 15일의 일이었다. 인조보다 한나절 빨리 나선 탓에 강화도로 갈 수 있었던 세자빈과 왕실 가족 행렬 뒤로는 수많은 권세가의 가족들이 줄을 이었다. 영의정 김류는 아들(경징)을 안찰사로 삼아 왕실을 호종하면서 처첩, 며느리, 손녀 등을 딸려 보냈다. 강화 유수 장신은 우의정 장유의 동생이었다. 척화 및 주전론을 이끈 김상헌의 형 김상용도 가족과 함께 강화도로 들어갔다. 그러나 무능 앞에선 천혜의 요새도 무용지물이었다. 1월 22일 새벽 청군은 특별한 저항 없이 갑곶 등에 상륙했고 불과 반나절 만에 강화성을 함락했다. 김경징과 장신은 사직과 왕실을 내팽개치고 나룻배로 도망쳤다. 함락된 강화도 여인들의 운명은 참혹했다. 적의 칼에 찔려 죽으면 다행이었다. 지아비나 아들로부터 자결을 강요당하기도 했다. 이긍익의 ‘연려실기술’엔 참상의 일부가 나온다. 윤선거 아내는 스스로 목을 맸다. 이돈오의 아내 김씨는 시어머니 동서와 함께 목을 찔렀다. 이호선의 아내는 토굴에 숨어 있다가 불을 질러도 나오지 않고 그대로 불에 타 죽었다. 유인립의 아내는 끝까지 버티다 꼿꼿하게 선 채로 죽었다…. 김경징이 도망간 뒤 남겨진 여인들은 남자들의 강요로 자살했다고 한다. 정선흥은 살려 달라고 애원하는 아내를 꾸짖어 “빨리 죽는 게 낫다”고 자결토록 했다. ‘연려실기술’은 이렇게 부연했다. “염하엔 빠져 죽은 여인들의 머릿수건이 마치 연못물에 떠 있는 낙엽이 바람을 따라 떠다니는 것 같았다고 사람들은 애도했다.” 그러나 이것은 여인 잔혹사의 시작일 뿐이었다. 병자호란 때 청의 수도 심양으로 끌려간 피로인은 추정치로 대략 50만~60만명. 당시 조선 인구가 1000만여명이었으니, ‘온 나라 백성 중 태반이 연루돼 있’었다. 여인은 20만여명.청은 인질로 끌고 왔지만 너무 많아 부담스러웠다. 청 태종은 이듬해 속환을 지시했다. 사대부 권력자들이 사람을 놓아 흥정했다. 좌의정 이성구는 아들의 속환가로 1500냥을 내놓았고, 영의정 김류는 첩과 딸 속환가로 1000냥을 내놓았다. 조선인 몸값은 수십, 수백 배 뛰었다. 정묘호란 당시 속환가는 남자 닷 냥, 여자 석 냥 정도였다. 아무리 지체가 높은 양반이라도 열 냥을 넘지 않았다. 서민들은 피눈물을 흘렸다. 인질로 끌려간 소현세자는 ‘심양일기’에 이런 이야기를 실었다. ‘한 어머니가 딸을 속환하려고 200냥까지는 어찌어찌할 수 있다고 하였다. 그러자 청나라 사람은 300냥을 불렀고, 다시 250냥으로 낮췄지만 그다음부터는 전혀 움직이지 않았다. 집안 사정을 아는 딸은 자신의 몸값으로 말미암아 부모님이 겪을 어려움을 생각하고는 칼로 자신의 목을 찔러 자살했다.’ 보다 못해 최명길이 심양으로 가 청 태종과 담판을 했다. 돌아올 때는 3만여명의 조선인이 그와 함께 귀향했다. 그즈음 조정에서는 해괴한 논의가 벌어졌다. 다음은 조선왕조실록 인조편 1938년 3월 11일자. 봉림대군의 장인 장유와 전 승지 한이겸이 상소문을 동시에 올렸다. 장유는 “며느리가 속환되어 왔는데 조상의 제사를 차마 받들 수 없으니 외아들이 이혼할 수 있게 해 달라”고 호소했고 한이겸은 “딸이 어렵사리 속환되어 왔는데 사위가 딸을 버리겠다고 하니 막아 달라”고 호소했다. 조정의 논의는 “이미 정절을 잃어 대의가 끊겼으니 억지로 결합하게 할 수 없다”는 쪽으로 흘러갔다. 최명길이 나섰다. “나라가 힘이 있었던들 어찌 이 같은 일이 있었으리까. 만약 이혼해도 된다는 명이 있게 되면 허다한 부녀자들은 영원히 이역의 귀신이 될 것입니다.”임진왜란 때도 있었던 논란이었다. 선조는 이항복 등 중신의 뜻에 따라 전쟁 중 인질로 붙들려 일본에 끌려갔다가 돌아온 부인들을 내쫓지 못하게 했다. 인조는 최명길의 손을 들어 주었다. 그러나 물러설 사대부가 아니었다. 실록 5월 1일자. 부제학 이경여, 교리 심동구·성이성, 수찬 최유해가 상소문을 올렸다. “어찌 강제로 다시 결합하게 하여 사대부의 가풍을 더럽힐 수 있겠습니까.…비록 일제히 이혼하게 하는 것은 불가하더라도 재취하거나 그대로 데리고 살거나 하는 것은 마음대로 하게 하는 것이 마땅합니다.” 말이 자유의사지 실은 한 가정의 며느리요 아내요 어미를 멋대로 내치는 것을 합법화하라는 것이었다. 패륜이 ‘사대부의 가풍’이었다. 인조의 반응이 신통치 않자 경연 자리에서 특진관 조문수가 다시 꺼냈다. “돌아온 여자들은 남편의 집안과 대의가 이미 끊어진 것이니 어찌 다시 억지로 합해 사대부의 가풍을 더럽힐 수 있겠습니까.” 조선을 동방패륜지국으로 만들면서도, 입술엔 동방예의지국을 올렸다. 6월 13일 사헌부와 예조가 문제를 제기했다. “정절을 잃은 부인에게 어찌 부모를 섬기고 제사를 받들며 대를 잇게 할 수 있겠습니까.” 이성구가 이들을 거들었고, 최명길이 반론을 펴자 우의정 신경진이 반박했다. 인조는 잘라 말했다. “선조 때의 사례에 따르도록 하라.” 이른바 ‘대의’와 ‘절의’는 주전파 사대부가 전쟁으로 나라를 거덜 내고도 권력을 쥘 수 있는 유일한 핑계. 1640년 9월 22일 회심의 카드를 내밀었다. 장유의 부인이 낸 상소문이었다. “(내 며느리가) 타고난 성질이 못되어 시부모에게 순종하지 않고, 또 편치 않은 사정이 있으니, 이혼시켜 주기를 청합니다.” 인조는 흔들렸다. 자신의 안사돈(봉림대군의 장모)이 칠거지악까지 들고 나온 데다 주변엔 최명길 같은 신하도 없었다. “특별히 그의 소청만 윤허하니 이 일을 관례로 삼지 말라.” 장유의 아들에게만 허락한다는 것이다. 그러나 왕명이 떨어지기 무섭게 사대부들은 돌아온 부인과 며느리를 버리기 시작했다. 병자호란 이후 10년간 돌아온 여인은 2만 5000여명에서 5만여명(추정치). 사대부들의 생떼가 빗발치자 인조는 인질이 돌아오는 길목에 있는 홍제천을 회절강으로 삼았다. 환향녀가 그곳에서 몸을 씻으면 정절을 되찾은 것으로 간주해 내치는 일이 없도록 했다. 회절강은 전국으로 확대됐다. 1649년 ‘북벌’의 기치와 함께 주전파를 중용한 효종이 즉위했다. 효종은 즉시 환향녀 소박을 자유화했다. 평민 가정에서도 며느리를 내치기 시작했다. 환향녀에 대한 손가락질은 집안에서 시작돼 동네로 번졌다. 환향녀의 이에 빨간 칠, 까만 칠을 해서 사람들과 마주할 수 없도록 한 마을도 있었다. 집안의 환향녀는 들보에 목을 매거나, 칼로 손목을 그었다. 내쳐진 여인들은 회절강에 몸을 던졌다. 홍제천 모래내엔 여인들의 주검이 하얗게 널려 있었다고 한다. 그렇게 간 여인이 1만여명에 이르렀다나? 죽지 못한 이들은 서대문 밖에서 술과 몸을 팔았다. 청국 사람들과 심양으로 돌아가는 여인들도 있었다. ‘환향녀’의 참극은 사대부 주전론자들의 행운이었다. 전쟁 책임론을 덮고, 대의명분 논쟁의 주도권과 함께 권력도 쥘 수 있었다. 그 손끝에서 나온 실록의 ‘역사’는 예컨대 이러했다. “아, 백년 동안 내려온 나라의 풍속을 무너뜨리고, 삼한을 들어 오랑캐로 만든 자가 최명길이다. 통분을 금할 수 있겠는가.” “(장유는) 조정에서는 명신이었고, 임금의 장인이었으며, 공훈은 마원과 등애를 능가하고 문장은 한유와 구양수를 앞질렀다.” 흑백을 바꿨다. 대명천지에. 논설고문 kbc@seoul.co.kr

그래핀 등 물리학 분야도 상용화 성과 노벨과학상은 자연 원리를 탐구하는 기초과학에만 관심을 갖는 것으로 알려져 있다. 그렇지만 산업적으로 전혀 상관없어 보이는 양자역학이 정보통신기술(ICT)의 근간을 이루는 등 과거 노벨과학상 수상 업적들이 시간이 지나면서 우리의 삶에 직간접적으로 활용되는 일이 잦아지고 있다. 노벨과학상 수상자의 1인당 평균 논문수와 관련 업적의 인용 특허수를 분석해 보면 이를 알 수 있다. 분야별로는 화학 분야가 1인당 논문 평균 건수는 물론 인용 특허 평균 건수가 가장 많은 것으로 나타나 학술활동뿐만 아니라 산업활동이 활발히 이뤄지고 있음을 알 수 있다. 생리의학 분야 역시 화학 분야와 마찬가지로 산업계에서 곧바로 활용되는 연구들이 많은 것으로 조사됐다. 특히 1993년부터 2005년 사이 미국 국적의 화학 및 생리의학상 수상자 36명 중 3분의1가량인 13명은 14개의 기술투자 기업을 설립한 것으로 나타났다. 이들은 노벨상 수상 전에 이미 자신의 주요 업적을 이용해 기술투자를 실시, 기초연구를 상용화하는 등 기초과학이 인류에게 얼마나 도움을 주는지 보여 줌으로써 노벨상 수상을 견인한 셈이다. 물리학 분야는 자연의 근본 원리를 탐구한다는 학문적 특성상 해당 연구가 산업적으로 활용되기까지는 좀더 많은 기술 적용 단계를 거쳐야 한다. 이 때문에 화학이나 생리의학 분야와는 달리 학술논문을 곧바로 응용한 특허는 많지 않은 것으로 알려졌다. 그렇지만 2010년 물리학상 수상 업적인 2차원 물질 ‘그래핀’ 분리와 2014년 수상 업적인 청색 발광다이오드(LED) 등 최근 들어 물리학 분야에서도 산업화에 곧바로 응용될 수 있는 연구 성과들이 노벨상을 수상하는 사례가 점점 늘고 있다. 노벨과학상이 주는 시사점 중 하나는 기초과학이면서 응용과학인 ‘연구장비 개발’이 중요하게 평가받고 있다는 것이다. 현대 생물학에서 빼놓고 이야기할 수 없는 DNA의 구조도 ‘X선 회절분석’ 장비와 기술이 없었다면 밝혀내기가 어려웠을 것이다. 또 2013년 물리학상을 수상한 힉스입자나 지난해 물리학상을 수상한 중력파도 입자가속기, 중력파검출기 같은 첨단 장비 없이는 발견이 사실상 불가능했을 것이라는 평가다. 노벨과학상 수상 국가 세계 5위, 아시아 1위인 일본은 “노벨과학상의 85%가 연구장비 고도화를 통한 새로운 발견과 연결돼 있다”는 분석 보고서를 내고 문부과학성 주도로 2005년부터 ‘첨단계측분석기술 및 기기개발사업’을 추진하고 있다. 그러나 한국은 분석기술이나 장비에 대해서는 기초과학 연구에 직접적인 공헌을 하지 못한다고 보고 과학기술 투자 우선 순위에서도 한참 밀리고 있는 상황이다. 실제로 국내 과학계에서는 “기초과학을 포함한 과학정책은 ICT 분야의 개발 정책과 전혀 성격이 다른데도 정부는 이 둘을 구분하지 못하고 있다”고 지적하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

다이아몬드보다 단단한 새로운 형태의 광물을 운석 안에서 발견했다고 러시아의 과학자들이 밝혔다. 러시아 우랄연방대는 27일(현지시간) 2년 전인 2016년 러시아 시베리아 부랴티야 자치공화국에서 금 사냥꾼들에 의해 발굴된 운석 한 점에서 지금까지 전혀 발견된 적이 없는 새로운 광물질을 발견했다고 밝혔다. 이번 발견은 우랄연방대 외에도 노보시비르스크주립대, 그리고 러시아과학원 연구팀이 이뤄냈으며 상세한 연구를 위해 우랄연방대 안에 특별 실험실이 만들어지기도 했다. 러시아과학원 천문학연구소의 보리스 슈스토프 소장은 “운석에서 새로운 광물을 발견하는 사례는 상당히 흔한 일”이라면서도 “이는 운석 속 광물이 지구상 광물과 크게 다른 조건에서 형성되기 때문”이라고 설명했다. 연구팀은 부랴티야 운석이 섭씨 1000도 이상 고온에 영향을 받아 초기 광물 중 하나인 트로일라이트-도브렐라이트 관련물질(troilite-daubreelite associations)이 새로운 물질을 형성했다고 밝혔다. ‘우아키타이트’(uakitite)로 명명된 이 물질은 입자의 크기가 1~5㎛로 너무 적어 연구팀은 기존 X선 분석 대신 전자회절 등 특수한 검사를 진행했다. 이를 통해 이 물질이 등축정(isometric crystals)이나 둥근 알갱이(rounded grains) 형태로 투명한 노란색에 금속광택을 지니고 있으며 최소 다이아몬드만큼 단단하다는 것을 알아냈다. 구조적으로는 우아키타이트가 칼스베르자이트(CrN)와 오스보나이트(TiN)와 관련이 있다고 연구팀은 덧붙였다. 한편 이번 연구 결과는 지난달 22일부터 27일까지 러시아 모스크바에서 열린 미국 운석학회(Meteoritical Society) 연례회의에서 처음 공개됐다. 사진=webmineral.ru(위), 미국 운석학회 연례회의 보고서 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

총입찰가 2조 6796억까지 뛰어 낙찰자 못 정해 18일 경매 재개 28㎓ 대역은 3사 고르게 분할5세대(5G) 이동통신 주파수를 더 많이 확보하기 위한 이동통신 3사의 ‘수 싸움’ 장이 15일 열렸다. 3사가 초반부터 치열한 경합을 벌이면서 결론을 내지 못했다. 경매는 오는 18일 속개된다. 15일 과학기술정보통신부에 따르면 5G 주파수 경매는 이날 오전 9시 30분부터 경기 성남시 한국정보통신기술협회(TTA)에서 SK텔레콤·KT·LG유플러스 등 이동통신 3사가 참가한 가운데 시행됐다. 주파수는 데이터가 지나가는 도로에 해당한다. 통신사가 확보한 주파수 폭(양)이 넓을수록 해당 업체 가입자의 통신 속도가 빨라지기 때문에 ‘양보 없는 경쟁’이 벌어지고 있다. 경매 대상은 3.5㎓(기가헤르츠) 대역에서 총 280㎒(메가헤르츠)폭, 28㎓ 대역에서 총 2400㎒폭이다. 업체들은 3.5㎓ 대역을 두고 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 전파가 멀리까지 잘 도달하는 이 대역이 전국망 구축에 꼭 필요하기 때문이다. 업계 관계자는 “주파수가 높아질수록 도달률이 떨어진다”면서 “3.5㎓ 대역은 회절성(휘는 성질)이 좋아 도달률이 좋고, 28㎓ 대역은 폭이 워낙 넓어서 속도가 빠를 것”이라고 설명했다. 정부는 3.5㎓ 대역에서 통신업체 하나가 최대한 가져갈 수 있는 폭을 100㎒로 제한했다. 누군가 10~20㎒를 포기해야 하는 것이다. 경매에 참여하는 3사가 수 싸움을 벌일 수밖에 없는 이유다. 두 대역에 대해 동시에 진행하는 이번 경매는 1단계에서 ‘대역 폭’을 결정하고 2단계에서 ‘주파수 대역 위치(순서)’를 정한다. 1단계는 최저 경쟁가로 시작해 각 사가 밀실(입찰실)에서 써 낸 폭들의 총합이 공급량과 일치할 때까지 50라운드로 진행된다. 라운드마다 시작가는 0.3∼0.75%씩 오르며, 인상 한도는 1%다. 희망 폭을 줄이고 정부 제시가보다 낮은 희망가격을 제시할 수도 있다. 이날 마지막 라운드인 6라운드까지 3.5㎓ 대역에서 3사의 입찰 총량이 공급 폭보다 많았다. 가격은 10㎒폭당 948억원으로 시작해 957억원까지 뛰었다. 이에 따라 3.5㎓ 대역의 총입찰가는 2조 6796억원까지 늘었다. 시작가(2조 6544억원)보다 252억원 뛴 셈이다. 28㎓ 대역은 이통3사가 균등하게 나눠 갖게 됐다. 업계가 양보가 아닌 경쟁을 택한 것으로 판단되며, 경매가 장기화될 가능성이 제기된다. 2011년 3차에 걸쳐 진행한 LTE 주파수 경매는 낙찰까지 1차에 9일, 2차 10일, 3차 2일이 걸렸다. 김민석 기자 shiho@seoul.co.kr

1870년대 미국에서 ‘말이 달릴 때 네 발굽이 모두 땅에서 떨어지는 순간이 있는가’를 놓고 논쟁이 벌어졌다. 그러던 중 영국 출신 사진작가 에드워드 마이브리지가 경주 트랙을 따라 십여대의 사진기를 늘어놓고 말이 달리는 순간을 순차적으로 촬영하는 새로운 촬영기법을 활용해 속보로 달리는 말의 모습을 촬영하는 데 성공했다. 이를 통해 사람들은 말이 달리는 모습을 자세히 볼 수 있었고 말의 네 발굽이 모두 땅에서 떨어지는 순간이 있다는 것도 알게 되었다. 그 덕분에 마이브리지는 당시 이 논쟁에 큰 관심을 갖고 있던 미국 사업가 릴랜드 스탠포드로부터 현재 가치 10억원에 해당하는 2만 5000달러의 상금을 받았다. 과학에서 실험이나 관측이 없다면 어떤 멋진 이론도 단순한 가설에 불과하다. 미시 세계를 보는 현미경은 세포를 관측하는 도구로 생명 현상을 탐구하는 출발점이 됐으며 망원경은 인간이 도달할 수 없는 먼 우주를 볼 수 있게 함으로써 우주의 기원을 과학적으로 논하게 만들었다. 독일 물리학자 빌헬름 콘라트 뢴트겐이 발견한 엑스선으로 DNA 구조를 보게 된 지도 벌써 60년이 넘었다. 엑스선이나 전자빔은 물질 내 원자의 구조를 볼 수 있게 해 주었지만 이것만으로 충분치 않다. 마이브리지가 달리는 말의 모습을 촬영했듯이 원자가 움직이는 모습도 직접 볼 수 있어야 한다. 원자들은 사람들이 상상하기 어려울 정도로 매우 빠르게 움직이기 때문에 우리에게는 성능이 더 좋은 마이브리지의 사진기술이 필요하다. 원자의 움직임을 기록하기 위해서는 펨토초의 시간을 구분해야 한다. 1펨토초는 1000조분의1초로 빛이 겨우 0.3㎛(마이크로미터)를 진행하는 매우 짧은 시간이다. 일반적인 방법으로는 이런 움직임을 기록할 수 없다. 그래서 과학자들은 매우 짧은 시간 동안만 반짝이는 탐침을 이용하는 방법을 고안했다. 원자를 움직이게 한 다음 짧은 시간 동안만 전자빔이나 엑스선을 반짝여 순간을 차곡차곡 기록하는 방법(펌프-프로브 방식)이다. 대표적인 장치가 ‘초고속 전자빔 회절장치’이다. 아인슈타인의 광전효과를 이용해 레이저로 짧은 전자빔을 금속에서 끄집어낸 뒤 가속시켜 사용하는 원리로 원자의 움직임을 펨토초 단위로 측정할 수 있다. 이 장치는 에너지뿐만 아니라 원자나 분자의 본질을 탐구하는 등 미시 세계의 구조 분석에도 사용된다. 과학자들은 이 같은 장치를 사용해 이전에는 볼 수 없었던 미지의 세계를 봄으로써 새로운 발견을 하고 생명 현상을 탐구하며 놀라운 신물질을 개발할 수 있게 된다. 인류가 어디까지 볼 수 있을지는 아무도 장담할 수 없지만, 이게 끝이라고 생각하지 않는다. 우리는 더 많이 봄으로써 점점 더 많은 것을 알아 가고 있다.