안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
Q. 인공위성의 고도에 따라 궤도속도가 다른 이유가 있나요.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.중력과 원심력의 균형인공위성이 지구 주변을 돌면서 떨어지지 않는 이유는 중력과 원심력이 균형을 이루기 때문입니다. 중력은 지구의 질량과 인공위성의 질량, 그리고 둘 사이의 거리에 따라 결정됩니다. 이 중력은 인공위성을 지구 중심으로 끌어당깁니다. 반면에, 인공위성이 지구를 돌면서 발생하는 원심력은 중력을 상쇄합니다. 이 두 힘은 균형을 이루어야 인공위성이 안정적인 궤도를 유지할 수 있습니다.안정적인 궤도인공위성이 안정적인 궤도를 유지하기 위해서는 초기 속도가 중요합니다. 이 초기 속도는 인공위성이 지구를 돌면서 발생하는 원심력과 중력이 균형을 이루도록 설정되어야 합니다. 이러한 균형 상태를 유지하기 위해 인공위성은 특정 높이와 속도로 발사되어야 합니다.중력의 역할인공위성이 지구를 돌면서 떨어지지 않으려면, 중력이 꾸준히 작용해야 합니다. 중력 없이는 인공위성이 지구를 벗어나 버릴 수 있습니다. 따라서 중력은 인공위성이 지구 주변을 돌면서 안정적인 궤도를 유지하는 데 있어 중요한 역할을 합니다.
Q. 태양풍이 생기는 이유와 지구에 미치는 영향은?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.태양풍은 태양의 가장 바깥 대기인 코로나에서 시작해서 행성간 공간으로 나아가는 플라스마의 흐름이다. 태양풍은 항성풍의 일종이다. 다른 항성에서도 상층대기에서 플라스마가이 흘러나간다. 항성의 종류에 따라, 항성풍은 속도나 분출양이 다르다. 태양은 만기형 주계열성으로서, 고온의 자기화된 코로나에서 태양풍이 나온다.태양풍은 행성간 공간을 지나면서, 행성간 자기장 및 플라스마에 영향을 미친다. 태양풍에는 빠른태양풍과 느린태양풍이 있다. 느린태양풍의 속도는 200-400 kms-1 내외이며, 빠른태양풍의 속도는 400-800 kms-1 정도이다. 폭발적으로 방출되는 코로나질량방출도 급격하게 변화하는 태양풍의 한 종류이다.태양풍은 지구자기장 및 행성 자기장을 교란시킨다. 태양풍의 영향권에 있는 모든 영역을 태양권(heliosphere)이라고 한다. 태양권의 경계면은 태양권계면이라고 부른다. 그림 1은 태양풍과 지구자기장의 상호작용에 의해 보여지는 현상들에 대한 모식도를 보여준다.태양풍은 지구 자기권의 모양을 결정지으며, 자기장의 속도, 밀도, 방향, 자기장의 변동은 지구 주변의 우주 환경에 영향을 미친다. 예로, 전리복사 및 전파 간섭의 수준은 100배 혹은 1000배 단위로도 변할 수 있다. 지구권의 모양 및 위치는 지구 직경의 몇 배 단위로 변하며, 지구동주기궤도의 위성을 직접 태양풍에 노출시킨다.고속 및 저속 태양풍 모두는 행성간 코로나질량방출(ICME)이라는 크고, 빠른 플라스마의 폭발에 의해 영향을 받는다. ICME는 태양 코로나질량방출(CME)의 행성간 버전이며, 태양의 자기장 분출에 의해 유발된다. ICME는 언론에서 종종 "태양폭풍" 혹은 "우주폭풍"등으로 언급된다. ICME는 때로 태양으로부터의 또 다른 자기장 분출인 태양플레어에 의해 영향을 받는다. ICME는 태양권의 얇은 플라스마 내부에서 충격파를 유발하며, 또한 전자자기파를 야기하여 입자(대부분이 양성자와 전자)를 가속한다. 이러한 입자 가속은 ICME에 앞서는 전리복사를 형성한다.ICME가 지구의 자기권에 충돌할때, 순간적으로 지구의 자기장이 흐뜨러지고, 나침반 바늘의 방향이 바뀌며, 또한 접지전류를 유도한다. 이는 지자기폭풍으로 불리며, 전 지구적인 현상이다. ICME는 지구의 자기권 꼬리(지구반대편의 자기권)에서 자기 재결합을 발생시키기도 하는데, 이 결과로 양성자와 전자가 지구 대기 아래쪽으로 쏟아지며 오로라를 형성한다.
Q. 바이오스피어2 프로젝트에 대해 설명해주세요.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.바이오스피어 2(Biosphere 2)는 1991년부터 약 2년 동안 미국 애리조나주 오라클(Oracle)에서 진행된 인공생태계 프로젝트이다. 격리된 공간을 만들어 햇빛을 제외한 모든 에너지와 물질의 상호작용을 차단시킨 뒤 인공생태계를 만들었다. 과학자 8명이 직접 들어가서 살며 실험에 참여했으며, 산소부족으로 인해 실패해 현재는 박물관으로 이용되고 있다.바이오스피어 2의 외부 사진바이오스피어 2의 전경과학자들의 예상과 달리 얼마 지나지 않아 바이오스피어 2 내부의 산소가 갈수록 부족해지는 현상이 나타났다. 먼저 바이오스피어 2의 콘크리트 구조물이 7톤의 산소를 흡수해 버렸고, 구조물 자체의 결함과 외부 날씨로 인해 태양 광선 유입량이 충분하지 못해서 식물들이 산소를 만들 수 없었다. 가장 큰 이유는 열대 우림지역에 조성된 흙에 함께 포함된 미생물들이 흙 속의 탄소를 이산화탄소로 합성하면서 산소를 많이 소비했기 때문이다.실제로 8명으로 구성된 실험자들이 들어가고 시스템이 밀폐된 지 얼마 안 있어 공기중의 산소 농도가 약 15%까지 급격하게 하락했다. 거기다가 이산화탄소의 농도는 대기중의 농도의 두세배로 치솟아 오르게 되었다. 낮에는 그래도 식물들의 광합성으로 인해 산소농도가 회복되다가도 밤이 되면 급격하게 저하되는 요동이 발생했고, 토양을 비옥하게 하기 위해 일부러 유기물 함유량이 많은 흙을 넣었던 것도, 토양속의 박테리아의 활동을 왕성하게 만들어서 산소농도 감소에 한 몫을 했다. 그 박테리아들이 내뿜는 이산화탄소로 인해 공기중의 이산화탄소 농도가 급격하게 올라가면서 식물들의 광합성만으로는 이산화탄소 농도의 조절이 불가능한 지경이 되었고, 바닷물의 이산화탄소 흡수능력도 너무 작은 규모로 인해 제 역할을 하지 못했다. 오히려 바닷물에 이산화탄소가 많이 녹게 되면서 물이 산성화되어 산호들이 녹기 시작했고, 이로 인해 실험자들은 중탄산염을 넣어서라도 바닷물을 중화시켜야 했다.이산화탄소 흡수를 촉진하기 위해 심은 나팔꽃은 이상증식을 하면서 다른 식물들의 생장을 저해하기 시작했고, 변화된 기후로 인해 곤충들이 죽고 불개미등이 대량으로 번식했다. 곤충들이 죽어 가면서 꽃가루 운반이 안되어 식물들의 수정이 어려워 졌고 이는 다시 이산화탄소 증가의 악순환을 유발했다.더불어 실험자들에게 공급될 식량의 생산도 점차 줄기 시작했고, 실험자들은 영양부족으로 말라가기 시작했다. 이런 열악한 상황에 처하게 되자, 실험자들의 심리에도 영향이 미치기 시작했고 결국 약속했던 2년을 겨우 채우고서 실험자들이 나올 때 쯤에는 실험자들 사이에 파벌이 조성되고 서로 다투게 되는 등, 다양한 문제가 발생하게 되었다. 결국 실험자들은 더욱 피폐해져서 바이오스피어를 나오게 되었다.
Q. 지구의 인공위성들은 속도가 거의 비슷하나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.위성중에 정지위성들의 경우 지구와 동일한 속도로 돌고 있습니다. 정지 위성이 아닌 경우 위치를 정해서 움직이기도 합니다.
Q. 지구의 생명체는 어떻게 생겨난거죠?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.지구 생명체의 타임라인은 수십억 년에 걸쳐 길고 복잡한 과정을 거쳤습니다. 최초의 생명체는 간단한 무기산소성 원핵생물체로 추정되며, 이러한 생물체는 주요 지구 지역의 제1 지구의 원조구원근세에 대략 25억 년 전 광합성 원핵생물체를 흡수했습니다. 후에, 유핵세포의 출현으로 약 80만년 후에는 바닷속에서 살던 원시 웰파레이아 시대의 다세포 웰파 동물들이 등장하기 시작했습니다.약 6억년 전, 절지동물과 같은 웰파 동물이 행성 상에 나타나기 시작했습니다. 이러한 생물체는 이전의 생물체보다 복잡하며, 외골격과 분절된 몸을 갖추고 있었습니다. 시간이 지나면서 이들은 오늘날의 다양한 동물들로 진화하게 됩니다.지구 생명체의 진화 과정 중 가장 매력적인 시기 중 하나는 약 6억년 전, 캄브리아기 이전의 에디아카라기였습니다. 이 시기에는 유전자 단위 생물체를 비롯한 다양한 다세포 생물체들이 등장했습니다. 이들은 나중에 보다 복잡한 형태로 진화하게 될 삼방석충류, 짐베렐라 등의 생물체를 포함합니다.