안녕하세요 김두환 전문가입니다.
화학
Q. 로켓의 엔진에서 배출되는 연료가 성층권에 가서는 얼음이 된다던데, 액체연료의 성분이 어떻길래 얼음이 될 수 있을까요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.성층권의 온도로는 액체 연료가 얼음이 되진 않습니다. 액체연료는 이미 100도 이하로 낮은 상태입니다. 연료로 사용될 수 있는 수소나 산소 등이 액화되어 존재하죠. 성층권에는 수증기는 거의 존재하지 않으며 다른 기체도 존재하지 않아 로켓의 연료를 분사한다해도 얼음이 되진 않습니다. 물론, 우주에서는 다릅니다. 우주의 경우 온도가 -270도 정도로 차가운 환경이기 때문에 액화 수소나 산소가 어는점에 도달할 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구의 자전 속도가 느려지는 원인은 무엇인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.우리의 지구는 달이나 태양과 중력으로 인해 상호작용하기 때문입니다.지구 주변으로 달이 공전하며 지구의 자전 속도는 줄어들고 달은 멀어지고 있습니다. 이는 서로를 이끄는 만유인력(중력)에 의한 에너지를 조금씩 손실하기 때문입니다.여기서 만유인력에 대한 이해가 조금 필요합니다. 만유인력이란것은 질량을 가진 두 물체는 서로 끌어당기는 힘입니다. 지구도 질량체이고 달도 질량체 입니다. 두 질량체 사이에 만유인력이 작용해 서로를 끌어당기고 있죠. 그런데, 달이 지구로 떨어지지 않는 이유는 달이 지구 주위를 공전(회전운동, 각운동량을 가짐)을 하기 때문에 중력과 원심력이 평형을 이루고 있다고 생각하시면 됩니다. 그리고 이러한 관계 속에서는 전체적인 총 에너지와 각운동량(회전량)이 보존됩니다.그런데, 지구는 자전하고 있으며, 지구에는 바다와 호수와 같은 물이 70%정도를 차지하고 있습니다. 이 때 달과 지구 사이의 관계에서 달이 공전하며 지구에 만유인력을 행사하는데, 바다와 호수와 같은 액체의 물질의 모양이 변화합니다. 이러한 변화는 지구 내에서 조수 간만의 차로 나타나며 수위의 변화, 파도 등으로 나타날 수 있습니다. 또한 지구 자전에 있어 마치 마찰력과 같은 영향을 미칩니다. 즉, 지구의 자전을 더디게 하죠. 그러면 지구와 달의 총 각운동량(회전량)은 일정한데, 지구의 자전이 더뎌지면서 달의 회전량이 증가하게 됩니다. 따라서 지구와 달 사이 만유인력과 달의 회전 운동으로 인한 원심력이 평형을 이루던게 깨지게 되는 것이죠. 달의 회전 운동량의 증가로 원심력이 커지면서 달이 조금씩 멀어지고 있습니다.태양과 지구사이의 관계도 마찬가지 입니다. 태양 중력으로 인해 조수간만의 차가 발생하는데, 이로인해 자전 각운동량을 잃으며 회전 각운동량이 증가해 사이가 조금씩 멀어집니다. 이러한 원인은 지구에 다량의 물이 존재하기 때문입니다. 물론 다른 액체로 이루어져 있어도 같은 현상을 겪을 수 있습니다.
물리
Q. 진공인 공간에서 쇠구슬이 진자운동을 했을 때 일정한 속도로 계속 진행되나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.중력이 없는 진공에서는 줄을 매달은 쇠구슬은 일정한 속력으로 등속 원운동을 할 수 있습니다. 이는 마찰이나 저항이 없기 때문에 영원히 지속되죠.하지만 중력이 있으면서 진공인 상태에서 진자운동은 왕복운동을 하면서 속력이 빨라졌다 느려졌다를 반복합니다. 시계 추가 왕복하는 것처럼요. 이 때에도 저항이나 마찰이 없기 때문에 진자운동이 영원히 지속됩니다.
물리
Q. 자석이 녹이 슬면 자성도 약해지나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네, 녹이 슬면 자성을 잃을 수 있습니다. 녹이슨다는 것은 그만큼 오래되었단 의미입니다. 자석의 자성은 시간이 지남에 따라 서서히 약해지죠. 또한 녹이 슬면서 산화되어 기존의 물리적인 성질을 잃거나 약해지기 때문입니다. 시간이 많이 흘러 녹이 슬다보면 자성을 거의 다 잃을 수도 있으며, 미미하게 남아있을 수도 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 은하수는 맨눈으로 볼 수 없나요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네, 보통 여름 밤하늘에 하늘을 수놓은 아름다운 은하수를 볼 수 있습니다. 우리나라에서도 충분히 보실 수 있으며, 빛이 적은 농경지나 도시 외곽 등에서 맑은날 밤하늘에서 관측할 수 있습니다. 은하수란 태양계가 속해있는 은하의 모습이 밤하늘에 보이는 것을 의미합니다. 은하란 별과 행성들의 집합체를 의미합니다. 은하 내에는 태양계와 같이 별과 행성으로 구성된 집단이 여럿 존재하며, 은하의 중심을 기준으로 공전하면서 은하를 구성하고 있습니다. 우리 태양계도 우리은하에 속해있으며 우리 은하를 중심으로 공전하고 있습니다. 그리고 태양계는 은하의 중심에 있는 것이 아닌 은하의 중심에서 27000광년 떨어진 지점에 위치하고 있습니다. 그래서 특정 시기의 밤에 우리 은하의 모습을 밤하늘에서 볼 수 있는 것이죠.