안녕하세요 김두환 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 일기예보가 너무 잘 안맞죠 일기예보 정확하게 예보하는곳?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.일기예보는 기상 데이터를 기반으로하여 예측합니다. 각 지역에 풍향, 풍속, 강수량, 온도 등을 측정하는 관측장비가 있으며 여기서 관측된 데이터를 기반으로 수치모델링을 통해 비가 올지, 바람은 얼마나 어디로 불지, 온도는 어떻게 될지 예측을 합니다. 예측결과를 얻기위해서는 위치정보와 시간정보, 온도, 습도, 풍향 등 다양한 변수를 담고 있는복잡한 미분방정식을 풀어내어 해를 구함으로써 특정 위치에 특정 시간에 어떤 상태일것이라는것을 예측하는것이죠. 또한 비구름의 이동 경로와 바람이 부는 방향으로도 대략적인 예측도 가능합니다.이러한 예측이 완벽한 예측은 아닙니다. 모델링을 하였다 하더라도 현실에서 발생하는 모든 현상을 완전히 고려한것은 아니니까요. 또한 관측값을 통해 예측을 실시하기도하는데, 관측값이 온전한 값일 수도 없습니다. 관측에는 항상 오차나 오류가 존재하기 때문이죠. 이러한 이유로 완벽한 예측은 사실상 불가능에 가깝다 볼 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 강아지의 코가 늘 촉촉하게 젖어있는 과학적인 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.강아지 코가 촉촉하게 젖어있는 이유는 코에 있는 점막에서 분비되는 점액 때문입니다. 이러한 점액은 후각을 더 예민하게 만들기 때문에 냄새를 더 잘 맡게끔 도와주는 역할을 합니다. 또한, 촉촉하게 젖어있어야 건강한 강아지이며 촉촉하지 않을 경우 건강을 의심해 볼 필요가 있습니다.
물리
Q. 일반 상대성 이론과 특수 상대성 이론은 어떻게 다른가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.가속하지 않는 관성좌표계에서는 특수상대성이론을 적용합니다. 즉, 빛의 속력에 가까운 속도로 빠르며 일정한 속력으로 움직이는 상황이나 정지한 상황에서의 이론이라고 보시면 됩니다.더 일반적으로 가속할때의 상황 강한 중력장 내에서의 상황 등은 일반 상대성이론으로 기술합니다.일반 상대성 이론에 따르면 중력이 강한 곳에서는 시간이 느리게 흘러가고, 상대적으로 중력이 약한 곳에서는 시간이 빠르게 흘러갑니다. 이러한 것을 시간 지연 효과라하고 합니다.특수 상대성 이론에 따르면 어떤 기준점에 대해 움직이는 물체는 움직이지 않는 물체보다 시간이 느리게 흐르고, 움직이는 방향으로 길이의 수축이 일어납니다.
지구과학·천문우주
Q. 별들 사이의 거리는 어떻게 측정되나요
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.별의 거리를 계산하는 2가지 방법을 알려드리겠습니다.1. 별의 연주시차를 이용한 방법이 있습니다.지구는 태양 주위를 공전하고 있습니다. 그리고 별은 태양, 지구와 멀리 떨어져 있죠. 지구가 태양을 기준으로 반 바퀴 돌 동안(6개월) 거리를 재고 싶은 별을 관측합니다. 지구의 공전으로 인해 별의 위치가 바껴 있을 것입니다. 그리고 그 바뀌기 전의 별의 위치와 바뀐 후의 별의 위치를 이용하여 사잇각 θ를 측정합니다. 그러면 아래 그림에서 보면 알 수 있듯이, 지구와 태양 사이 거리는 1AU로 아는 값이고, 태양과 별 그리고 지구와 별 사이의 각이 θ/2 이므로 삼각함수를 이용해 태양과 별 사이 거리를 찾을 수 있고, 지구와 별 사이 거리도 찾을 수 있습니다.2. 별의 밝기를 이용하여 찾을 수 있습니다.별에는 절대등급과 겉보기 등급이 있습니다. 절대등급은 별의 실제 밝기이며, 겉보기 등급은 지구에서 볼 때 밝기 등급입니다. 만약 지구에서 별을 보았는데, 실제보다 밝다면 가까이 있는것이고, 실제보다 어둡다면 멀리 있는 것입니다. 그리고, 별의 절대등급은 관측을 통해 알 수 있으며, 겉보기 등급 또한 관측을 통해 알아낼 수 있습니다. 빛의 밝기가 거리의 제곱에 반비례하여 줄어드는 원리를 이용하면 별까지 거리를 찾아낼 수 있습니다.별까지의 거리와 사이 각도를 알아냄으로써 별간의 거리도 알아내는 것이죠. 이는 간단한 삼각함수 법칙으로 알아낼 수 있습니다.우주에서의 거리단위는 보통 광년(빛이 1년간 이동한 거리)이나 AU의 단위를 씁니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에 별의 수명은 어느정도 되나요
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.별의 수명은 제각기 다 다릅니다. 대부분의 별은 몇십억년 이상을 삽니다. 태양의 경우 100억년 정도의 수명을 가지고 있으면 56억년 정도 남아있다고 알려져있습니다.별은 죽음으로써 수축과 팽창을 반복하다 죽음을 맞이합니다. 이 과정에서 급격한 팽창을 할 수도 있으며 초신성 폭발과 같은 폭발을 할 수도 있습니다.자세한 원리는 다음과 같습니다.별은 핵융합 과정을 통해 빛과 에너지를 발합니다. 별이 핵융합 반응을 더 이상 할 수 없게 되면 온도가 서서히 떨어지며 자체적인 중력에 수축을 시작합니다. 그리고 수축하면서 마찰에 의해 열이 올라 더 무거운 원자들이 핵 융합 반응을 하게 되죠. 즉, 남은 에너지를 사용하는 것입니다. 그리고 핵 융합에 의해 다시 뜨거워진 별은 다시 팽창합니다. 그래서 백색거성, 적색 거성 등등의 거성이 되는 것이죠. 이러한 거성의 핵융합 반응이 끝나면 또다시 내부에는 무거운 원자들이 남게 되면서 식게 되고 중력에 의한 수축이 일어납니다. 그리고 수축에 의해 다시 뜨거워지죠. 그런데, 이 때는 무거운 원소들만 남아 핵융합 과정이 잘 일어나지 않기 때문에 더욱 빠르고 강한 수축으로 온도가 급격히 올라갑니다. 그리고 온도가 어느정도 오르게 되면 남아 있는 무거운 원자들의 핵융합 반응이 빠르게 일어납니다. 이 때 발생한 열에너지로 원자핵을 제외한 물질이 별을 떠나 날아가게 되는데, 이러한 폭발을 초신성 폭발이라고합니다. 그리고 초신성 폭발 후 남은 원자핵은 질량에 따라 중성자별이 되거나 블랙홀이 될수도 있습니다.