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다이아몬드는 어떻게 강한 경도를 가질 수 있었나요
안녕하세요. 임형준 과학전문가입니다.다이아몬드는 흑연과 같은 탄소 원자로 구성되어 있지만, 그 원자들이 배열된 구조가 매우 다릅니다. 이 두 물질 사이의 주요 차이는 탄소 원자들의 배열과 이로 인한 화학적 결합의 차이에서 비롯됩니다. 다이아몬드의 극도로 강한 경도는 다음과 같은 조건 하에서 얻어집니다:1. 고온 고압 환경다이아몬드는 지구 내부 깊은 구역에서 자연적으로 형성됩니다. 이러한 깊이에서는 극도로 높은 압력과 고온 조건이 만들어집니다.이러한 환경은 탄소 원자 사이의 강력한 결합, 즉 다이아몬드를 구성하는 각 탄소 원자가 다른 네 개의 탄소 원자와 정사면체 구조로 결합하도록 합니다. 이 결합은 매우 강력하여 다이아몬드를 자연계에서 가장 단단한 물질 중 하나로 만듭니다.2. 결정 구조다이아몬드의 결정 구조는 각 탄소 원자가 네 개의 다른 탄소 원자와 공유 결합을 형성하는 정사면체 구조입니다. 이 구조는 매우 단단하고 안정적이며, 이로 인해 다이아몬드는 높은 경도를 가집니다.반면, 흑연은 각 탄소 원자가 세 개의 다른 탄소 원자와 결합하여 편평한 층을 형성하는 육각형 구조를 가지고 있습니다. 이 층들은 상대적으로 약한 반데르발스 힘으로 서로 결합되어 있어 쉽게 분리될 수 있으며, 이는 흑연이 부드럽고 윤기가 나는 이유입니다.3. 변환 과정자연 상태에서 흑연이 다이아몬드로 변환되는 것은 매우 드문 일입니다. 대부분의 자연 다이아몬드는 수억 년 전 지구의 초기 조건에서 형성되었습니다.실험실에서는 인위적으로 고온 고압 환경을 만들어 흑연을 다이아몬드로 변환시킬 수 있습니다. 또한, 화학 기상 증착(CVD)과 같은 다른 방법을 사용하여 실험실에서 다이아몬드를 합성할 수도 있습니다.다이아몬드의 강한 경도는 이러한 특수한 환경과 결정 구조 덕분에 가능합니다. 이 경도는 다이아몬드를 보석으로서뿐만 아니라 산업적 용도(예: 절단 도구, 드릴 비트)에서도 매우 가치 있게 만듭니다.
학문 / 지구과학·천문우주
24.02.29
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머리카락이 계속해서 빠지는 이유를 알려주세요
안녕하세요. 임형준 과학전문가입니다.머리카락의 성장과 탈락은 자연스러운 생물학적 과정의 일부입니다. 이 과정은 일반적으로 세 단계로 구성되어 있으며, 각각의 단계는 머리카락의 성장 주기를 나타냅니다:머리카락 성장 주기성장기 (Anagen Phase): 이 단계에서 머리카락은 활발하게 성장합니다. 이 기간은 대략 2년에서 7년까지 지속되며, 머리카락의 길이가 결정됩니다. 대부분의 머리카락 (약 90%)은 언제든지 이 단계에 있습니다.퇴행기 (Catagen Phase): 성장기 이후, 머리카락은 퇴행기에 진입합니다. 이 기간은 약 2주간 지속되며, 머리카락의 성장이 멈추고 모낭이 축소됩니다.휴지기 (Telogen Phase): 이 마지막 단계에서 머리카락은 휴식 상태에 있습니다. 이 기간은 약 3개월간 지속되며, 이 시기가 끝나면 머리카락은 자연스럽게 빠지고 새로운 머리카락이 그 자리에서 자라나기 시작합니다.머리카락이 빠지고 자라나는 이유자연 탈락: 위에 설명된 성장 주기에 따라, 휴지기의 끝에서 머리카락이 자연스럽게 빠집니다. 이는 새로운 머리카락이 자라날 자리를 만들어 주기 위한 자연스러운 과정입니다.호르몬 변화: 호르몬 변화는 머리카락의 성장과 탈락에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 출산 후 여성은 호르몬 변화로 인해 더 많은 머리카락이 탈락할 수 있습니다.영양 결핍: 적절한 영양소의 부족은 머리카락의 건강에 영향을 미치며, 탈락을 증가시킬 수 있습니다.스트레스: 심한 스트레스는 머리카락이 성장기에서 휴지기로 빠르게 이동하게 만들어 탈락을 증가시킬 수 있습니다.하루에 평균적으로 빠지는 머리카락의 수는 대략 50에서 100개 정도입니다. 이는 정상적인 머리카락의 성장과 탈락 주기의 일부로 간주됩니다. 머리카락의 성장 주기인 성장기(Anagen), 퇴행기(Catagen), 휴지기(Telogen)를 거치면서 머리카락은 지속적으로 성장하고 자연스럽게 탈락합니다. 성장기 동안, 대부분의 머리카락(약 90%)이 활발하게 성장하며, 이 기간은 몇 년 동안 지속될 수 있습니다. 이후 퇴행기를 거쳐 휴지기에 들어가는 머리카락은 최종적으로 자연 탈락하게 되고, 그 자리에는 새로운 머리카락이 자라기 시작합니다. 새로운 머리카락이 자라나는 속도는 개인마다 다를 수 있으며, 평균적으로 한 달에 약 1.25센티미터(0.5인치) 정도 성장합니다. 이는 연간 대략 15센티미터(6인치)의 성장을 의미합니다. 그러나 나이, 건강 상태, 영양 상태, 유전적 요인 등에 따라 성장 속도와 패턴에 차이가 있을 수 있습니다.
학문 / 화학
24.02.29
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계절별 별자리가 있다는데 어떻게 다른가요?
안녕하세요. 임형준 과학전문가입니다.대한민국에서 관측할 수 있는 계절별 별자리는 북반구에 위치해 있기 때문에, 북반구에서 볼 수 있는 별자리와 유사합니다. 각 계절에 따라 하늘에서 볼 수 있는 별자리가 달라지는데, 이는 지구가 태양 주위를 공전하면서 관측되는 별의 위치가 변하기 때문입니다. 아래는 대한민국에서 볼 수 있는 대표적인 계절별 별자리에 대한 설명입니다:봄- 사자자리 : 봄밤 하늘에서 쉽게 찾아볼 수 있는 별자리로, 사자의 형태를 하고 있으며 밝은 별인 레굴루스가 있습니다.- 처녀자리 : 하늘에서 가장 큰 별자리 중 하나로, 밝은 별 스피카를 포함하고 있습니다.-곰자리 : 북쪽 하늘에서 쉽게 찾을 수 있으며, 일곱 개의 밝은 별로 이루어진 큰곰자리를 포함하고 있습니다. 이 중 가장 유명한 부분은 빅 디퍼(큰곰자리의 꼬리와 몸통 부분)입니다.여름-전갈자리 : 여름밤 하늘에서 찾을 수 있는 별자리로, 전갈의 형태를 하고 있으며 밝은 별 안타레스가 특징입니다.- 궁수자리 : 전갈자리 근처에 위치하며, 활을 든 궁수의 형태를 하고 있습니다. 이 별자리 방향으로 우리 은하의 중심을 볼 수 있습니다.- 거문고자리 : 여름철 밤하늘에서 빛나는 밝은 별 베가를 중심으로 한 작은 별자리입니다.가을- 안드로메다자리 : 가을 밤하늘에서 볼 수 있는 별자리로, 안드로메다 은하를 포함하고 있습니다.- 페가수스자리 : 큰 네모 모양의 '페가수스의 광장'을 형성하는 별들로 알려져 있으며, 안드로메다자리와 인접해 있습니다.- 카시오페이아자리 : 'W' 모양으로 쉽게 식별할 수 있는 별자리로, 가을과 겨울에 잘 보입니다.겨울- 오리온자리 : 겨울철 가장 유명한 별자리 중 하나로, 벨트로 알려진 세 개의 별(오리온의 벨트)이 특징입니다.- 쌍둥이자리 : 오리온자리 근처에 위치하며, 밝은 별 카스토르와 폴룩스를 포함하고 있습니다.- 큰개자리 : 오리온자리를 따라가면 찾을 수 있는 별자리로, 밤하늘에서 가장 밝은 별인 시리우스를 포함하고 있습니다.각 계절에 따라 이외에도 많은 별자리들이 있지만, 여기서 언급한 별자리들은 비교적 쉽게 찾아볼 수 있고 대표적인 별자리라고 할 수 있습니다.
학문 / 지구과학·천문우주
24.02.29
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빛을 비추고 영상이 나오는 영사기에 과학적 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 영사기 원리를 알아보겠습니다.영사기는 영상을 큰 화면에 투사하여 다수의 관객이 볼 수 있게 만드는 장치입니다. 전통적인 필름 영사기와 현대의 디지털 영사기는 작동 원리에 있어 차이가 있지만, 기본적으로 빛을 사용하여 이미지를 확대하고 투사하는 공통적인 과학적 원리에 기반합니다. 여기서는 필름 영사기와 디지털 영사기의 원리를 각각 살펴보겠습니다.필름 영사기빛의 근원: 필름 영사기는 강력한 빛을 발하는 광원을 사용합니다. 이 빛은 영사기 내부를 통과하여 필름 위에 있는 이미지를 조명합니다.필름 통과: 필름은 연속된 이미지가 촬영된 얇은 플라스틱 스트립입니다. 이 필름이 영사기 내부에서 광원 앞을 지나갈 때, 각각의 프레임(이미지)이 빛을 통과하게 됩니다.렌즈를 통한 확대: 통과한 빛은 렌즈를 통과하게 됩니다. 이 렌즈는 빛의 경로를 바꾸어 필름 위의 작은 이미지를 큰 화면 위에 확대하여 투사합니다.화면에 투사: 이렇게 확대된 이미지는 스크린에 투사되어 관객이 볼 수 있게 됩니다. 필름이 연속적으로 움직이면서, 연속된 이미지가 빠르게 투사되어 움직이는 영상으로 인식됩니다.디지털 영사기디지털 영사기는 빛을 사용하여 화면에 이미지를 투사하는 기본 원리는 같지만, 이미지를 생성하고 전달하는 방식이 다릅니다.디지털 이미지 처리: 디지털 영사기는 디지털 파일로 저장된 영상을 처리합니다. 이 파일은 컴퓨터 데이터로 이루어진 이미지로, 영사기는 이 데이터를 읽어서 이미지를 재구성합니다.광원: 디지털 영사기 역시 강력한 광원을 사용합니다. LED나 레이저가 일반적인 광원으로 사용됩니다.이미지 생성: 디지털 영사기는 DLP(Digital Light Processing) 또는 LCD(Liquid Crystal Display) 같은 기술을 사용하여 이미지를 생성합니다.DLP: 수백만 개의 작은 거울로 이루어진 칩을 사용하여, 각 거울이 빛을 반사하여 이미지의 한 픽셀을 조명하거나 조명하지 않음으로써 이미지를 생성합니다.LCD: 빛을 투과하는 액정 패널을 사용하여 이미지를 생성합니다. 빛은 이 액정 셀을 통과하며, 각 셀의 투명도를 조절함으로써 다양한 색상과 밝기의 픽셀을 만듭니다.렌즈를 통한 확대와 투사: 생성된 이미지는 렌즈를 통해 확대되어 스크린에 투사됩니다.
학문 / 전기·전자
24.02.29
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'그래핀' 을 왜 꿈의 물질이라고 하나요
안녕하세요. 임형준 과학전문가입니다.그래핀(Graphene)은 탄소 원자가 2차원 평면 위에서 벌집 모양의 격자를 이루며 연결된 단일 층 구조를 가지는 물질로, 그 특성 때문에 '꿈의 물질'이라 불립니다. 그래핀이 주목받는 주된 이유는 그것이 가진 여러 혁신적이고 독특한 물리적, 화학적 성질 때문입니다. 그 중 몇 가지를 살펴보면 다음과 같습니다:강도: 그래핀은 동일한 두께의 강철보다 약 100배 강한 것으로 알려져 있습니다. 이러한 높은 강도는 구조적인 응용 분야에서 매우 유용하게 사용될 수 있습니다.전도성: 그래핀은 전기를 매우 잘 전달합니다. 실제로 구리보다 전기 전도성이 더 높으며, 이는 전자 기기에서 효율적인 전도체로 사용될 수 있는 가능성을 제시합니다.열 전도성: 그래핀은 놀라운 수준의 열 전도성도 가지고 있어, 열 관리가 중요한 다양한 응용 분야에서 유망한 재료로 여겨집니다.유연성과 빛의 투과성: 그래핀은 매우 유연하며, 동시에 높은 수준의 빛을 투과시킬 수 있습니다. 이러한 성질은 유연한 디스플레이, 터치스크린, 심지어는 가능한 투명한 전자 기기의 개발에 기여할 수 있습니다.화학적 안정성: 그래핀은 화학적으로 안정적이어서 다양한 환경에서도 그 성질을 유지할 수 있습니다. 이는 센서, 필터 등의 응용 분야에서 중요한 요소입니다.면적 대비 높은 비표면적: 그래핀의 2차원 구조는 단위 질량당 매우 높은 비표면적을 제공합니다. 이는 에너지 저장 장치, 촉매와 같은 분야에서 그래핀을 매우 유용하게 만듭니다.이와 같은 독특한 성질들 때문에 그래핀은 에너지 저장 장치(배터리, 슈퍼커패시터), 전자기기(트랜지스터, 유연한 디스플레이), 복합 재료, 바이오메디컬 분야(약물 전달 시스템, 센서) 등 다양한 응용 분야에서 혁신을 가져올 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 이유로 그래핀은 '꿈의 물질'로 여겨지며, 그 가능성이 계속해서 탐구되고 있습니다.
학문 / 화학공학
24.02.28
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흥분의 전도과정에서 탈분극과정 설명 부탁드립니다.
안녕하세요. 임형준 과학전문가입니다.흥분의 전도 과정에서 탈분극은 신경세포나 근육세포의 활성화 단계에서 중요한 역할을 합니다. 이 과정은 세포의 전기적 상태를 변화시켜 신호를 전달하는 메커니즘의 일부입니다. 탈분극 과정을 이해하기 위해선 먼저 세포의 정상적인 전기적 상태를 알아야 합니다.정지 전압 (Resting Potential)- 신경세포나 근육세포는 휴식 상태일 때 내부가 외부에 비해 상대적으로 음의 전하를 띠고 있습니다. 이를 정지 전압이라 하며, 일반적으로 약 -70mV 정도입니다.- 이 상태는 주로 세포 내부의 고농도 칼륨 이온(K+)과 세포 외부의 고농도 나트륨 이온(Na+) 덕분에 유지됩니다. 세포막에 있는 이온 펌프와 채널이 이러한 이온 분포를 유지합니다.탈분극 과정 (Depolarization)- 자극 수신: 신경세포나 근육세포가 충분한 외부 자극을 받으면, 세포막의 특정 이온 채널이 열립니다. 대개 이 자극은 화학적 신호(예: 신경전달물질) 또는 물리적 변화(예: 압력, 온도)일 수 있습니다.- 나트륨 채널 개방: 자극에 의해 나트륨(Na+) 채널이 개방되면, 높은 농도에서 낮은 농도로 이온이 이동하려는 자연스러운 경향에 따라 Na+ 이온이 세포 내부로 급속히 유입됩니다.- 전기적 상태 변화: Na+의 유입은 세포 내부의 전기적 상태를 급격히 변화시킵니다. 세포 내부의 전압이 상승하여 음의 전압에서 양의 전압으로 변화합니다. 이 과정을 탈분극이라 합니다.- 신호 전달: 탈분극은 세포 전체에 신속히 퍼져나가며, 이는 신경세포의 경우 신호(충동)를 다음 세포로 전달하는 기능을 하고, 근육세포의 경우 근육의 수축을 유발합니다.- 재분극: 탈분극 후, 세포는 원래의 전기적 상태로 돌아가기 위해 재분극 과정을 거칩니다. 이 과정에서 칼륨(K+) 채널이 열리고 K+ 이온이 세포 밖으로 빠져나가며 세포 내부의 전압을 다시 음의 상태로 만듭니다.탈분극 과정은 신경과 근육 세포의 기본적인 기능을 수행하는 데 있어 필수적인 과정입니다. 이 과정을 통해 우리 몸은 생각하고, 움직이고, 감각하는 등의 복잡한 기능을 수행할 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.02.28
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비가 내릴 때 도로 표면에서 생기는 수막현상은 어떤 과학적 원리가 있나요?
안녕하세요. 임형준 과학전문가입니다.비가 내릴 때 도로에 생기는 수막현상은 타이어와 도로 사이에 물이 층을 형성하여 직접적인 접촉을 방해하는 현상입니다. 이는 차량의 제어를 어렵게 만들고, 미끄러짐을 유발하여 사고의 위험을 높입니다. 수막현상의 과학적인 원리를 살펴보면 다음과 같습니다:1. 수막 형성: 비가 오면 도로 위에 물이 고이게 됩니다. 이때 차량의 타이어가 도로를 달리면 타이어와 도로 사이에 물이 채워지며 얇은 물의 층, 즉 '수막'을 형성하게 됩니다.2. 수력 평면화 (Hydroplaning): 타이어가 물 위를 달릴 때, 타이어의 패턴이 물을 효과적으로 배출하지 못하고 물층 위로 떠오르게 되면, 타이어와 도로 사이의 직접적인 접촉이 사라집니다. 이 현상을 수력 평면화 혹은 아쿠아플레닝이라고 합니다. 수력 평면화가 일어나면 차량의 제어가 어렵게 되고, 특히 조향과 제동에 큰 영향을 미칩니다.3. 타이어와 속도의 영향: 타이어의 마모 상태와 패턴, 사용하는 타이어의 종류 (예: 비에 강한 타이어) 그리고 차량의 속도 등이 수막현상에 영향을 미칩니다. 마모된 타이어나 비에 적합하지 않은 타이어, 높은 속도로 운전할 경우 수막현상이 더 쉽게 발생할 수 있습니다.4.표면 장력과 점성: 물의 표면 장력과 점성 때문에 물은 일정한 두께의 층을 형성하려는 성질을 가지고 있습니다. 이 성질이 타이어와 도로 사이에 일정한 두께의 수막을 형성하게 하며, 이 수막이 차량의 타이어와 도로 사이의 마찰을 감소시킵니다.이러한 원리들이 복합적으로 작용하여 비가 올 때 도로 위에서 수막현상이 발생하게 되며, 이는 운전자가 차량을 제어하기 어렵게 만들어 사고의 위험을 증가시킵니다.
학문 / 토목공학
24.02.28
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총기 소음기는 소리를 얼마나 줄여주나요?
안녕하세요. 임형준 과학전문가입니다.실제로 총기의 소음기(또는 억제기)는 영화나 TV에서 흔히 보이는 것처럼 소리를 거의 들리지 않게 만들어주지는 않습니다. 소음기는 총에서 발사될 때 발생하는 소음을 줄이는 데 사용되지만, 완전히 제거하는 것은 아닙니다. 소음기의 효과는 여러 요인에 따라 다르며, 총기의 종류, 사용되는 탄약, 소음기의 설계 등에 따라 달라집니다.소음기의 작동 원리소음기는 총구에서 발생하는 가스의 급격한 확장을 제어하여 소리를 줄입니다. 총을 쏠 때 발생하는 소음은 크게 두 부분으로 나뉩니다:가스 확장 소음: 총알이 총구를 떠날 때, 고압 가스가 급격히 확장하여 발생하는 소음입니다. 소음기는 이 가스가 외부로 방출될 때 그 속도를 줄여 소음을 감소시킵니다.초음속 깨짐 소음: 초음속 속도로 비행하는 총알이 공기를 관통하며 발생하는 충격파로 인한 소음입니다. 이 소음은 소음기로는 줄일 수 없습니다.소음 감소 효과보통 총소리는 150데시벨 혹은 그 이상. 소음기는 설계가 잘된 경우 30 ~ 40데시벨 정도의 소음을 까먹습니다. 소음기를 사용하더라도 총소리는 여전히 크지만, 청력 손상을 줄이고 위치를 숨기는 데 도움이 된다고 볼 수 있습니다.
학문 / 기계공학
24.02.28
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젖소는 먹이를 먹으면 항상 남쪽을 보나요?
안녕하세요. 임형준 과학전문가입니다.젖소가 먹이를 먹을 때 머리가 남쪽을 향하는 경향에 대한 연구는 실제로 있으며, 이는 지구 자기장에 대한 동물들의 반응을 연구하는 분야 중 하나입니다. 2008년에 발표된 연구에서는 위성 이미지를 사용하여 여러 대륙에서 수천 마리의 소를 관찰했고, 많은 소들이 휴식하거나 먹이를 먹을 때 지구의 자기장과 평행하게 몸을 배열하는 경향이 있다는 것을 발견했습니다. 특히, 이들은 북쪽 또는 남쪽 방향을 향하는 경향이 있었습니다.자기 감각: 일부 동물들은 지구 자기장을 감지하고 이를 탐색이나 방향 결정에 사용할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 젖소가 자기장을 감지하는 능력을 가지고 있으며, 이를 통해 방향을 결정할 수도 있습니다. 이러한 능력은 새들, 거북이들, 그리고 어떤 어류들에서도 관찰되었습니다.편안함과 스트레스 감소: 자기장에 따라 몸을 정렬시키는 것이 동물에게 더 편안하게 느껴질 수 있으며, 이는 스트레스를 감소시키고 소화에 긍정적인 영향을 줄 수 있습니다.환경적 영향: 동물의 행동에 영향을 줄 수 있는 기타 환경적 요소들도 고려해야 합니다. 예를 들어, 햇빛, 바람, 그리고 주변 지형 등이 동물의 위치를 결정하는 데 영향을 줄 수 있습니다.
학문 / 생물·생명
24.02.28
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토성 허리케인의 크기는 어느정도인가요?
안녕하세요. 임형준 과학전문가입니다.토성과 같은 가스 거인 행성에서 발생하는 허리케인과 같은 거대 폭풍은 지구에서 발생하는 허리케인과 유사한 형태를 가지고 있지만, 그 발생 원인과 조건은 다릅니다. 지구에서의 허리케인은 주로 따뜻한 바닷물에서 증발한 물기가 상승하면서 발생하는 열대성 저기압 시스템입니다. 반면, 토성과 같은 가스 거인에서의 폭풍은 주로 대기 내부의 다른 메커니즘에 의해 발생합니다.토성에서의 폭풍 발생 원인:대기의 구성과 역학: 토성의 대기는 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며, 이 외에도 물, 암모니아, 메탄과 같은 다양한 화합물을 포함하고 있습니다. 이러한 가스들은 토성의 대기에서 복잡한 역학적 상호작용을 일으키며, 이는 대규모 폭풍을 생성할 수 있는 조건을 만듭니다.열적 대류: 토성의 내부에서는 열이 발생하고, 이 열이 대기를 통해 상승하면서 대류를 일으킵니다. 이 대류는 상대적으로 따뜻한 가스가 상승하고 차가운 가스가 하강하는 순환을 만들어내며, 이 과정에서 폭풍이 발생할 수 있습니다.고속의 제트 기류: 토성의 대기는 매우 빠른 속도로 회전하며, 이로 인해 강력한 제트 기류가 형성됩니다. 이러한 고속의 제트 기류는 대기의 다른 부분과의 상호작용을 통해 폭풍을 발생시킬 수 있습니다.계절적 변화: 토성도 지구와 마찬가지로 태양 주위를 공전하면서 계절적 변화를 겪습니다. 토성의 기울기 때문에 일부 지역에서는 태양의 각도와 강도에 따라 계절적 변화가 발생하며, 이는 대기 순환 패턴에 변화를 일으키고 폭풍을 유발할 수 있습니다.
학문 / 지구과학·천문우주
24.02.28
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