안녕하세요. 김칠영 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 블랙홀에 대해 자세하게 설명해 주세요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.만약에 어떤 천체의 표면 중력이 너무나 강력하여 탈출 속도가 광속보다도 크다면, 그 천체에서는 빛도 빠져나올 수 없을 것이고 그렇다면 그 천체는 우주 공간에서 검은 구멍처럼 느껴질 것이라는 뜻에서 블랙홀이라고 명명된 천체입니다. 처음에는 단순히 이론적으로만 예상되던 존재였지만 현재는 그 질량에 따라 은하 중심부에 있는 거대 블랙홀, 태양 질량보다 20배 이상 되는 별이 죽으면서 만드는 항성 블랙홀, 그리고 빅뱅 당시 만들어진 미니 블랙홀 등이 알려져 있고 또한 그 형성 과정 및 특성 등이 자세히 연구되었으며 실제로 블랙홀 후보도 많이 알려져 있고 관측도 되고 있습니다. 순수하게 블랙홀만 있으면 가까이 접근하기까지 그 존재를 알 수 없지만, 쌍성 블랙홀에서는 쌍성으로부터 유입되는 물질이 블랙홀 주변을 돌면서 강착원반을 만들고 여기에서 대량의 엑스선을 발생하는 경우가 많은데, 이때 강착원반에서 방출되는 엑스선을 관측함으로써 블랙홀의 존재를 확인할 수 있습니다. 은하 중심의 거대 블랙홀도 이와 비슷한 원리로 파괴된 항성들의 잔해들이 만드는 강착원반을 관측함으로써 확인할 수 있습니다.하지만 많은 사람이 오해하는 것처럼 블랙홀이 이리저리 우주 공간을 휘젓고 다니면서 우주의 모든 것을 자발적으로 빨아들이는 것은 결단코 아닙니다. 일반적으로 블랙홀 주변 공간의 중력장이 강한 것은 사실이지만 빛도 탈출할 수 없는 블랙홀 영역, 즉 사상의 지평선으로부터 어느 정도 멀어지면 보통의 항성과 같이 그 둘레를 공전하면서 얼마든지 살아남을 수 있습니다. 빛은 질량이 없는 입자이므로 블랙홀의 중력이 광자에 직접 힘을 미칠 수는 없지만, 블랙홀 주변의 공간은 블랙홀의 중력 때문에 휘어져 있어서 마치 빛의 진행 경로가 휘어지는 것처럼 보이고, 또한 사상의 지평선 안쪽에서는 공간이 닫혀있으므로 빛도 빠져나올 수 없습니다. 이러한 경우를 빗대어 사람들은 블랙홀이 빛도 빨아들인다고 표현하지만, 빛의 경우는 블랙홀의 정면으로 향하지 않는 한, 즉 지평선 안쪽으로 떨어지지 않는 한 언제든지 탈출할 수 있습니다. 좀 어려운 이야기이지만, 빛의 속도는 어느 곳에서나 일정하므로 블랙홀 주변에서도 빛은 광속으로 움직입니다. 하지만 빛도 중력장을 거슬러 오르다 보면 운동에너지(?), 즉 빛 에너지가 감소하면서 파장이 길어지는 다시 말해서 중력에 의한 적색이동 현상이 나타나게 됩니다. 이 부분에 대해 좀더 자세한 설명을 듣고 싶으면 궁금한 부분에 대해 다시 질문해주세요.블랙홀은 결코 우주의 모든 것을 잡아먹는 괴물이 아니고, 1994년 슈메이커 레비 혜성을 잡아먹던 목성처럼 블랙홀 주변을 아주 가까이 지나는 물체에 기조력을 작용하여 파괴하고 그 잔해를 흡수하는 것뿐입니다. 즉 개미지옥이 밭에 있는 모든 개미를 잡아먹는 것이 아니고, 개미지옥 집의 경사진 비탈 안쪽으로 들어온 개미만 잡아먹는 것과 같습니다. 만약 블랙홀이 은하계 공간을 이곳저곳 막 쏘다니면서 모든 별을 잡아먹는다면 우리은하는 곧 사라지겠지만, 항성의 진화 과정 중에 만들어지는 블랙홀의 지평선 크기는 불과 수십 km밖에 되지 않으며 은하 중심에 대하여 거의 원 궤도로 공전하기 때문에 실제로 블랙홀에 잡아먹히는 항성은 거의 없습니다.
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Q. 블랙홀이 빛을 흡수한다고 하는데 빛이 흡수가 가능한건가요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다. 블랙홀이 자발적으로 우주의 모든 것을 빨아들이는 것은 결단코 아닙니다. 일반적으로 블랙홀 주변 공간의 중력장이 강한 것은 사실이지만 빛도 탈출할 수 없는 블랙홀 영역, 즉 사상의 지평선으로부터 어느 정도 멀어지면 보통의 항성과 같이 그 둘레를 얼마든지 공전하면서 살아남을 수 있습니다. 빛은 질량이 없는 입자이기 때문에 블랙홀의 중력이 영향을 미칠 수는 없지만, 블랙홀 주변의 공간은 블랙홀의 중력 때문에 휘어져 있어서 마치 빛의 진행 경로가 휘어지는 것처럼 보이고, 또한 사상의 지평선 안쪽에서는 공간이 닫혀있으므로 빛도 빠져나올 수 없습니다. 이러한 경우를 빗대어 사람들은 블랙홀이 빛도 빨아들인다고 표현하지만, 빛의 경우는 블랙홀의 정면으로 향하지 않는 한, 즉 지평선 안쪽으로 떨어지지 않는 한 언제든지 탈출할 수 있습니다. 좀 어려운 이야기이지만, 빛의 속도는 어느 곳에서나 일정하기 때문에 블랙홀 주변에서도 빛은 광속으로 움직입니다. 하지만 빛도 중력장을 거슬러 오르다 보면 운동에너지(?), 즉 빛 에너지가 감소하면서 파장이 길어지는 다시 말해서 중력에 의한 적색이동 현상이 나타나게 됩니다. 이 부분에 대해 좀더 자세한 설명을 듣고 싶으면 궁금한 부분에 대해 다시 질문해주세요. 블랙홀은 결코 우주의 모든 것을 잡아 먹는 괴물이 아니고, 1994년 슈메이커 레비 혜성을 잡아먹던 목성처럼 블랙홀 주변을 아주 가까이 지나는 물체에 기조력을 작용하여 파괴하고 그 잔해를 흡수하는 것 뿐입니다. 즉 개미 지옥이 밭에 있는 모든 개미들을 잡아 먹는 것이 아니고, 개미지옥 집의 경사진 비탈 안쪽으로 들어온 개미만 잡아 먹는 것과 같습니다. 만약 블랙홀이 은하계 공간을 이곳 저곳 막 쏘다니면서 모든 별을 잡아 먹는다면 우리은하는 곧 사라지겠지만, 항성의 진화 과정 중에 만들어지는 블랙홀의 지평선 크기는 불과 수십 km 밖에 되지 않으며 은하 중심에 대하여 거의 원 궤도로 공전하기 때문에 블랙홀에 잡아먹히는 항성은 거의 없습니다.이 질문에 답변하면 점수 2배!
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Q. 건담 만화에서 나오는 콜로니는 현실성이 있을까요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다. 콜로니의 원래 뜻은 군집 생활하는 생물들의 무리를 의미하지만 특정인들을 관리하기 위한 집단생활 영역이나 새로운 지역에 집단 이주하여 건설한 식민지 등의 의미로 사용되고 있습니다. 건담 만화와 같이 다수의 사람들이 거주하는 인공위성 궤도 상의 콜로니는, 기술적으로는 가능하지만 건설 비용과 유지 비용이 너무나 무지막지하게 크기 때문에 현실적으로는 불가능합니다. 예전의 아메리카 식민지는 유럽으로부터 멀기는 하지만 새로운 땅과 자원을 얻을 수 있었지요. 새로운 땅이나 영역에 식민지를 건설하기 위해서는 무언가의 이점이나 장점이 있어야 하는 데, 지상 도시와 비교하여 위성 콜로니의 단점은 너무나 많지만 장점은 거의 없습니다. 먼 훗날 10차 세계 핵전쟁으로 인하여 지상에서는 그 어떤 생명체도 살아갈 수 없을 정도의 폐허가 되었을 때, 살아남은 극소수의 사람들이 종족 보존을 위해 건설하는 위성 콜로니는 가능하겠지요. 이러한 경우에도 제가 볼 때는 위성 콜로니보다는 화성 콜로니가 유리하고, 화성 콜로니보다는 태양계 밖의 지구형 행성 중 바다가 존재하는 행성을 찾아 이주하는 것이 유리할 것입니다.
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Q. 지구에 석유는 어떻게 생기게 된 걸까요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.46억 년의 지구 역사에서 보면 수많은 종류의 생명체가 탄생하고 번성하고 또한 멸종되었습니다. 모든 생명체들은 탄소를 근간으로 하는 유기질(탄수화물, 지방, 단백질 등등)과 소량의 무기질로 이루어져 있습니다. 특히 유공충과 같이 기름끼가 많은 생물종이 수 백만 년이라는 긴 시간에 걸쳐 바다에서 대량으로 번성하고, 죽을 때는 그 사체가 다양한 퇴적물과 섞여서 바다 밑바닥에 쌓여 두꺼운 지층을 이루게 되는 경우가 많이 있습니다. 이렇게 지층에 포함된 대량의 생물 사체는 산소가 차단되고 열과 압력이 작용하면서 분해되어 석유나 천연가스 성분만 남게 되고, 물이나 암석보다 밀도가 낮기 때문에 지층의 볼록한 부분 즉 배사구조 등에 보존됩니다. 석탄의 경우는 거대 양치류와 같은 식물 줄기가 땅속에 매몰되어 산소가 차단된 채 열 분해된 것입니다. 생성 원리는 숯 가마에서 참나무를 쌓아 놓고 열을 가한 후, 고온 상태에서 산소를 차단한 채 열 분해하여 숯을 만드는 방법과 비슷합니다.어떻게 보면 화석 연료는 과거의 생물체가 태양에너지를 이용하여 대기 중의 이산화탄소를 유기물로 만들고 지층에 저장한 것이라고 할 수 있습니다. 우리는 과거의 생물체가 수 억 년에 걸쳐 유기물로 저장하였던 태양에너지를 지금 꺼내 쓰고 있는 것입니다. 그런데 너무 빨리 많이 쓰다 보니 불과 백 년 만에 온실가스인 이산화탄소가 증가하여 지구 온난화가 진행되고, 그 결과 여러 가지 문제를 야기하고 있습니다.
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Q. 지구의 자기장은 어떻게 만들어지나요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.지구의 자기장은 지구의 핵에서 발생하는 대륜 전류에 의해 생성된다고 합니다. 지구의 핵은 고온 고압의 철과 니켈 같은 금속 액채로 이루어져 있는데, 대류 전류에 의해 자기장이 생성된다고 합니다.
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Q. 우주에 퍼저 있다는 암흑물질은 무엇인가요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.우주에서 나타나는 여러 현상을 계산해보면 측정된 질량에 비해 훨씬 많은 질량이 있어야 이론적으로 설명이 됩니다.이렇게 발견되지 않고 탐사되지 않았지만 존재할 것으로 생각되는 물질들을 암흑물질이라고 부릅니다.
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Q. 인류가 남극 대륙을 언제 처음으로 누가 발견했나요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.1820년 1월28일 러시아의 탐험가 파벨 베르나르도비치 벨링샤우젠과 미하일 라자레비치 라제레프가 남극 대륙을 최초로 발견했다고 합니다.
지구과학·천문우주
Q. 날씨가 정말로 더운 이유를 알고 싶습니다.
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.다양한 원인이 복합적으로 작용하겠지만, 지구 전체적으로 온실효과에 의해 온난화 현상이 심해지는게 큰 영향인것 같습니다.
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Q. 지구의 공전과 자전은 기후와 날씨에 어떤 영향이 미치는건가요?
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.말씀대로 지구의 자전에 의해서 낮과 밤이 생긴다고 생각되고, 공전에 의한, 그리고 공전궤도가 23.5도 기울어져있어서 계절이 생기는 영향이 있겠습니다.
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Q. 달 착륙에 대해 궁금한게 있는데요??
안녕하세요. 김칠영 박사입니다.1969년 7월 20일 일요일 아폴로계획으로 미국이 달에 최초로 사람이 착륙했다고 합니다. 닐 암스트롱과 버즈 올드린이 달에 착륙했습니다.