안녕하세요 김두환 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 아인슈타인의 시간지연현상은 사실인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.특수상대론에서 시간 지연현상은 실험적으로도 증명되어 맞는 현상입니다.특수 상대성 이론에 따르면 어떤 기준점에 대해 움직이는 물체는 움직이지 않는 물체보다 시간이 느리게 흐르고, 움직이는 방향으로 길이의 수축이 일어납니다.질량이 있는 물체 주변으로 빛의 궤적은 시공간에 휘어짐에 따라 휘어질 수 있습니다. 질량을 가진 물질은 만유인력(중력)을 사방으로 행사하고있습니다. 이러한 중력에 대해 아인슈타인은 시공간의 휘어짐으로 해석합니다. 시공간이 휘어지게 되면 우리가 알던 최단거리는 직선이 아닌 곡선의 형태가 됩니다. 그리고 빛은 항상 시공간에 대해 최단거리로 이동합니다. 만약 시공간이 휘지 않았다면 빛은 직선으로 나아갑니다. 하지만 질량체 주변은 시공간이 휘어있기 때문에 곡선의 형태를 띠죠. 이 또한 실험적으로 증명되었습니다. 대표적인 관측현상으로 일식 때 해가 가려진 부분에서 별이 관측될 수 있습니다. 이는 태양 뒤에서 나온 별빛이 태양을 지날 때 태양의 중력에 의해 휘어져 지구에 도달했기 때문이죠.또한, 가속할때의 상황 강한 중력장(질량을 가진 물체 주변) 내에서의 상황에서의 시간 지연효과는 질량이 큰물체 주변에서의 시간은 질량이 없는 곳 혹은 질량이 작은곳에서보다 느리게 흐릅니다.
지구과학·천문우주
Q. 오로라는 어떤 원리로 발생하는 현상인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.오로라는 우주에서 날아오는 우주선(하전입자)이 대기의 기체와 부딪혀 생겨나는 현상입니다.하전입자는 전하를 띠는 입자들을 의미합니다. 보통 우주선이라고도 합니다. 우주에서 날아오는 입자인 우주선이 행성으로 들어오는데 이때 전하를 띠고 있으면 행성 자기장에 의해 나선 운동을 합니다. 우주선은 나선 운동을 하며 극지방으로 이동합니다. 그리고 자기장이 강한 고위도에서 나선 운동이 강하게 일어나죠. 나선운동을 하며 대기에 있는 기체와 부딪히며 빛을 발하는데 이를 오로라라고합니다.빛이 나는 원리는 기체 분자에 존재하는 전자의 에너지 상태가 외부 우주선과의 충돌로 높은 에너지 상태가 됩니다. 그리고 다시 안정적인 상태로 돌아가려고 낮은 에너지 상태로 돌아가는데 이때 손실 되는 에너지가 빛으로 방출 되어 우리 눈에 들어오게 되는것이죠. 기체의 종류와 에너지의 차이에 따라 다른 파장의 빛을 방출하므로, 오로라의 색이 다양한 이유죠.
지구과학·천문우주
Q. 하늘이 흐릴 때나 맑을 때는 언제나 구름이 떠 있는데 어떻게 생성되는지 궁금합니다.
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.구름이 생기는 원리는 수증기량이 많은 공기가 상승하는 기류를 만나 상승하면서 부피가 커지고 온도가 떨어집니다. 때문에 공기중 수증기가 물이되면서 구름이 형성됩니다. 수증기는 바다의 물이나 강물 호수의 물이 증발하며 공기중에 존재할 수 있습니다.구름이 형성될 때 지형, 기압, 수증기량, 수증기량의 분포도 등 아주 다양한 변수에 의해 모양이 결정되기 때문에 각기 다른 모양의 구름이 형성됩니다. 하지만 크게 보면 얇은 구름, 두꺼운 구름 등 어느정도 형태가 잡힐 수 있습니다. 이는 지형이나 기류의 조건에 의해 결정되기 때문입니다.
화학
Q. 물을 얼리면 왜 부피가 늘어나게 되는건가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.증발하지 않았다는 가정하에 부피는 증가하나, 질량은 유지됩니다.대부분의 물질은 액체에서 고체로 되면서 부피가 줄어듭니다. 하지만, 물의 경우는 특별합니다. 물이 얼음이 되면서 부피가 커집니다. 혹시, 페트병에 물을 넣어 얼린경험이 있으시다면 바로 알아채실겁니다. 페트병에 물이 얼어있으면 빵빵하게 돼버리는데, 얼음이 물보다 부피가 크기 때문이죠. 물 분자는 액체 상태에서 자유롭게 있다가 어는점이 되면서 배열을 이룹니다. 이 때 6각 배열로 정렬하면서 얼음(고체)이 되는데, 6각 배열은 기존 물 분자 6개가 있던 공간보다 큰 공간을 차지합니다. 또한 6각 구조 내부로는 물 분자가 위치하지 않게 되죠. 이러한 원리로 얼음이 되면서 부피가 커진거죠. 그리고 증발하지 않았다는 가정하에 물의 질량은 여전히 얼음의 질량과 같습니다.
화학
Q. 물은 얼음이 되면 밀도가 변하는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 김두환 과학전문가입니다.네, 물의 경우 얼음이되면서 질량은 유지되지만 부피가 커지기 때문에 밀도가 감소하게 됩니다.대부분의 물질은 액체에서 고체로 되면서 부피가 줄어듭니다. 하지만, 물의 경우는 특별합니다. 물이 얼음이 되면서 부피가 커집니다. 혹시, 페트병에 물을 넣어 얼린경험이 있으시다면 바로 알아채실겁니다. 페트병에 물이 얼어있으면 빵빵하게 돼버리는데, 얼음이 물보다 부피가 크기 때문이죠. 물 분자는 액체 상태에서 자유롭게 있다가 어는점이 되면서 배열을 이룹니다. 이 때 6각 배열로 정렬하면서 얼음(고체)이 되는데, 6각 배열은 기존 물 분자 6개가 있던 공간보다 큰 공간을 차지합니다. 또한 6각 구조 내부로는 물 분자가 위치하지 않게 되죠. 이러한 원리로 얼음이 되면서 부피가 커진거죠. 그리고 물의 질량은 여전히 얼음의 질량과 동일합니다. 즉, 물의 밀도가 얼음의 밀도보다 크기 때문에 얼음이 물 위에 뜨게되는 것이죠.