안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
화학
Q. 치아 평생 양치질해도 잘 달지 않는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.치아의 형태는 유치나 영구치에 상관없이 전치부와 구치부로 나누어 서로 다른 특징을 보인다. 각 치아의 외형은 치아가 구강 내에서 수행하는 기능이나 역할과 밀접한 관계가 있다. 전치부 치아들이 무언가를 자르거나 끊을 수 있는 절단이란 모서리 형태를 띄고 있는 데 비해 구치부 어금니들은 씹어서 갈아주는 역할에 적합하게 아래위 치아가 톱니처럼 맞물릴 수 있는 뾰족한 교두를 교합면에 2~5개씩 가지고 있다. 반면, 모든 치아의 내부 구조는 동일하다.각각의 치아는 치관이라도 불리는 치아머리와 치근이라도 불리는 치아뿌리로 이루어져 있고 치관과 치근의 경계 부위를 치아의 목에 해당한다 하여 치경(齒頸)이라 한다. 치관의 표면은 법랑질(사기질)로 덮여 있고 치근은 시멘트질로 덮여 있으며 그 안쪽에 치아의 대부분을 구성하는 상아질이 있다. 이는 발거된 치아를 절단해 관찰하면 잘 알 수 있다.법랑질은 무기질 성분이 전체의 96%를 차지할 정도로 우리 몸에서 가장 단단하고 석회화가 잘 되어 있는 경조직이다. 자체의 혈관이나 신경은 없고 색은 무색 내지 유백색으로 반투명한 것이 특징이다. 영구치의 전치부 절단 모서리와 구치부 교두 꼭대기에서 가장 두껍고 치아 목 쪽으로 내려 갈수로 점점 얇아진다.상아질은 치아의 대부분을 차지하고 있으면서 중앙에 있는 치수실(치수방)을 둘러싸는 경조직이다. 무기질 성분이 약 70% 정도이고 나머지는 유기질 성분으로 구성되어 법랑질에 비해 덜 단단하며 약간의 탄력성이 있다. 색조는 황백색을 띄며 혈관은 없지만 치수와 인접한 경계부로부터 치아의 바깥쪽을 향해 전체 치아에 걸쳐 뻗어 있는 상아세관이라는 미세구조가 있어서 감각을 느낄 수 있다. 또한 상아질을 만들어 낼 수 있는 세포가 치수쪽 가장자리에 늘어서 있어서 필요 시 이 세포들이 활성화되어 상아질을 추가로 만들어 치아 안쪽에 첨가하기도 한다. 이런 경우, 치수실은 원래의 크기보다 작아진다.상아질이 둘러싸고 있는 중앙의 치수실은 대개 치아의 치관부 외형과 비슷한 형태를 가지고 있고 치아의 뿌리 쪽, 즉 치근 가운데의 치수 공간은 좁고 긴 관 형태여서 치근관이라 구분해서 부른다. 내부에 치수라고 불리는 성긴 연조직(물렁한 조직)이 들어 있다. 치수에는 신경과 혈관조직이 들어 있으며 치근단공(치아뿌리끝 구멍)을 통해 주변 뼈 속의 신경, 혈관과 연결된다.치근의 표면은 시멘트질로 덮여 있는데 치근의 상아질과 견고하게 결합되어 있다. 시멘트질은 혈관이 없는 점을 제외하고는 뼈와 매우 유사하며 무기질 성분은 약 50% 정도이다.치관 제일 표층의 법랑질은 치아를 보호하는 덮개 역할을 하는 가장 단단한 조직이다. 법랑질 자체에는 감각이 없고 어떤 방법으로든 한번 파괴되면 재생되거나 대체되지 않으며 깨지기 쉬운 단점이 있다. 치아의 대부분을 차지하는 상아질은 상부의 법랑질을 받쳐주고 부서지기 쉬운 법랑질의 약점을 보완하는 쿠션역할을 한다. 법랑질보다 좀 더 탄력성이 있는 상아질의 지지가 없다면 법랑질만으로는 씹는 힘을 견딜 수 없다는 것이다.
지구과학·천문우주
Q. 지구의 자전과 공전이 사람에게 어떤 영향을 미치는 가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.지구의 자전은 하루의 변화가 생기는 것입니다. 지구가 자전하지 않으면 지구의 한쪽만 태양을 볼 수 있고, 반대편은 영원히 밤만 존재 하게 됩니다. 그리고 지구의 공전은 계절 변화가 있습니다. 지구가 자전을 하기에 사람들은 땅에 붙어서 살아갈 수 있습니다. 자전 하지 않는다면 사람을 포함한 모든 물체는 우주 밖으로 날아가 버립니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구와 공기구성이 거의 비슷한 행성이 있을까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.아직은 찾지 못했지만, 먼 미래 언젠가는 지구와 비슷한 행성을 찾거나 다른 행성을 지구와 비슷하게 테라포밍 하지 않을까 합니다.
전기·전자
Q. 반도체의 원리는 무엇 인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.반도체는 어떤 특별한 조건하에서만 전기가 통하는 물질로, 필요에 따라 전류를 조절하는데 사용된다. 반도체에 가해진 전압이나 열, 조사된 빛의 파장에 따라서 전기전도도 값이 변화된다. 반도체의 전기전도도 값은 절연체의 값보다는 크고, 도체의 값보다는 작다. 온도가 증가함에 따라 도체, 즉 금속의 전기전도도는 감소하는데 비해 반도체의 전기전도도는 증가하는 특성을 보인다.반도체 물질의 특성은 더해 준 불순물이나 첨가에 따라 달라진다. 이러한 특성으로 인해 반도체는 현대 과학기술 문명의 중심이 되는 전기전자산업에서 가장 핵심적인 요소를 구성하고 있는데, 주로 실리콘(Si)이 반도체 물질로 사용되고 있다. 따라서, 전자산업을 실리콘산업(silicon industry)이라고도 하고, 실리콘산업 관련 회사가 모여있는 미국 캘리포니아 주의 산호세(San Jose) 지역을 실리콘밸리(Silicon Valley)라고도 부른다. 전자산업에서 반도체를 활용하는 대표적인 반도체소자로는 다이오드와 트랜지스터가 있다.반도체에 대한 보다 근본적인 이해를 하기 위해서는 반도체 물질 내에서 움직이는 전자의 운동을 양자역학적으로 이해해야 한다. 결정 격자를 이루는 고체 물질은 격자의 주기성으로 인해 물질 내의 전자가 에너지띠를 형성하는데, 그림 1과 같이 원자가띠(valence band)와 전도띠(conduction band) 사이의 너무 크지 않은 적당한 크기의 띠틈을 가지고 있는 물질이 반도체가 된다.가득찬 원자가띠와 비어있는 전도띠를 보여주는 반도체의 띠구조. 페르미 준위는 금지된 띠틈 (전도띠와 원자가띠 사이) 속에 있다.반도체란 절대 영도에서 가장 위의 원자가띠가 완전히 차 있는 고체이다. 다르게 말하자면, 전자의 페르미 에너지가 금지된 띠틈에 있는 것을 말한다. (절대 영도에서 전자 상태가 어느 수준까지만 차 있게 되는데, 이를 페르미 에너지라고 한다.)실온에서는 전자 분포가 조금 흐트러지는 현상이 발생한다. 물론 조금이긴 하지만, 무시할 수 없는 만큼의 전자가 에너지 띠간격을 넘어서 전도띠로 간다. 전도띠로 갈만큼 충분한 에너지를 가지고 있는 전자는 이웃하고 있는 원자와의 공유결합을 끊고, 자유롭게 이동할 수 있는 상태가 돼서 전하가 전도한다. 이렇게 전자가 뛰쳐나온 공유결합은 전자가 부족해지게 된다.(또는 자유롭게 이동할 수 있는 양공이 생겼다고도 볼 수 있다. 양공은 사실 그 자체가 움직이는 것은 아니지만, 주변의 전자가 움직여서 그 양공을 메우면 양공이 그 전자가 있던 자리로 옮겨간 것처럼 보인다.도체와 반도체의 중요한 차이점은, 반도체에서는 전류가 흐르는 경우 전자와 양공이 모두 이동한다는 것이다. 이와 달리 금속은 페르미 준위가 전도띠 안에 있기 때문에 그 전도띠는 일부만 전자로 채워진다. 이 경우에는 전자가 다른 비어있는 상태로 이동하기 위해 필요한 에너지가 적고, 그래서 전류가 잘 흐른다.
전기·전자
Q. 자기장으로 물이 끊는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.인덕션 히터가 자기장을 형성하는 자기유도 방식의 인덕션 레인지로 상판 위의 용기를 직접 가열시키기 때문에 열 손실이 적어 높은 열효율을 자랑하는데요. 불꽃이 없기 때문에 더욱 안전하게 요리할 수 있어요
생물·생명
Q. 화학 용어 중에 카복실레이스가 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.피루브산을 아세트알데히드와 이산화탄소로 분해하는 효소. 피루브산 카르복시 이탈 효소라고도 한다. 1911년 C. Neuberg 등에 의해 발견되어, 많은 학자에 의해 상세히 연구되고 있다. 식물 조직 중에는 널리 존재하고, 효모에도 다량 함유되며, 세균, 사상균에도 존재하는데 동물 조직 중에는 발견되고 있지 않다. 보조 효소로서 코카르복실라아제(티아민피로인산)을 필요로 한다. Mg2＋, Mn2＋ 등의 2가 금속도 필요하다. 피루브산 이외의 많은 α-케토산에 대해서도 작용한다.
지구과학·천문우주
Q. 행성의 수명은 어떻게 추정 하는 건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.프린스턴 대학의 과학자들이 잘 알려진 뜨거운 목성형 행성인 WASP-12b 의 남은 수명이 천문학적인 관점에서 눈 깜짝 할 시간인 300만년에 불과하다는 사실을 발견했습니다. WASP-12b는 2008년 발견된 뜨거운 목성형 행성으로 지구에서 마부자리 방향으로 14,000광년 떨어져 있습니다. 모항성과의 거리는 360만km에 불과하며 표면 온도는 섭씨 2600도에 달합니다. 공전 주기도 26시간에 불과합니다. 따라서 WASP-12b 는 조석 고정에 의해 한쪽면만 모항성을 바라봅니다. 또 한가지 흥미로 사실은 표면에 탄소가 풍부하며 매우 어둡다는 것입니다. 알베도는 0.064에 불과해 지금까지 알려진 모든 행성 가운데 가장 어둡습니다. 연구팀은 이 행성이 이미 별의 중력에 의해 내부가 접아당겨지면서 마찰이 일어나고 있다고 설명했습니다. 그러면서 점점 별에 가까워져 결국 행성이 파괴되지 않을 경계선인 로슈 한계(Roche limit, 위성이 모행성의 중력에 의한 기조력에 의해 파괴되지 않고 접근할 수 있는 한계)에 도달할 것으로 예측했습니다. 이 과정은 300만년 안에 일어나며 WASP-12b는 결국 행성에 작용하는 별의 중력 차이가 너무 커져 파괴된 후 별로 흡수될 것입니다. 별에 의한 행성 흡수는 생각보다 흔하게 발생할 수 있습니다. 특히 별이 마지막 순간에 부풀어 오르는 경우 가까운 궤도에 있는 행성의 운명은 뻔할 수밖에 없습니다. 먼 미래 태양계 행성 역시 피할 수 운명일 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 소리는 무엇으로 이루어져 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.물체의 진동에 의하여 생긴 음파가 귀청을 울리어 귀에 들리는 것.소리(sound) 또는 음파(音波)는 공기와 같은 매질의 진동을 통해 전파되는 파동으로, 대개 가청음파(可聽音波), 곧 사람의 귀로 들을 수 있는 진동수를 가진 음파를 말한다.귀는 크게 평형과 기압을 감지하는 내이와 고막을 경계로 하는 외이로 구분되는데, 고막은 매우 얇은 막으로써 진동인 소리를 감지하는 것에 특화되어 있다. 물론 귀 외의 기관으로 감지하는 동물도 있고, '진동'인 만큼 매질 전달을 촉각으로 감지할 수도 있다.파동의 빈도와 파동의 크기를 각각 Hz(헤르츠, 초당 진동수)와 dB(데시벨)로써 나타낸다. 가령 같은 옥타브의 '솔'은 '레'보다 높은 헤르츠 값을 가지며, 제트기의 제트팬의 소리는 선풍기 팬보다 높은 데시벨 값을 가진다. 헤르츠 값은 파동의 초당 진동수에 대한 값이며, 데시벨 값은 10 dB당 실제값이 10배 증가하는 로그함수 값이다. 예를 들면 130 dB의 음파는 120 dB의 음파보다 10배 더 크다.
지구과학·천문우주
Q. 지구과학 용어 중에 폐색전선이 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.한랭전선과 온난전선이 겹쳐진 전선. 저기압이 진행함에 따라 한랭전선이 온난전선보다 빨리 이동해 두 전선의 일부분이 겹쳐진다.저기압의 진행과정에서 한랭전선은 온난전선보다 이동속도가 빠르기 때문에 시간이 경과하면 온난전선을 추월하게 된다. 이 과정을 '폐색(occluded)'이라고 한다. 추월된 지역의 지표에서는 온난전선이나 한랭전선 중 한 가지의 특성만 나타난다. 한랭전선의 특성을 나타내는 경우는 한랭형, 온난전선의 특성을 나타내는 경우는 온난형으로 구분된다. 폐색전선의 북쪽 끝에 있는 저기압 주위에서는 강한 바람이 분다.
생물·생명
Q. 버섯은 식물이 아니면 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.버섯(mushroom)은 균류의 포자를 지니고 있는 육질의 자실체(fruit body) 기관이다. 버섯의 대표적인 종은 담자균(Basidiomycota)의 주름버섯목(Agaricales)에 속하는 것으로 양송이버섯(Agaricus bisporus)과 광대버섯(Amanita muscaria)이 있다. 이들은 버섯의 전형적인 외형을 갖고 있다.대부분의 버섯은 담자균의 주름버섯목에 속하며 버섯이 성체가 되면서 자실층이 공기 중에 노출되어 포자가 비산하기에 적합하게 되어 있다. 또 다른 종류의 버섯균은 자실층이 막혀 있고 성체가 된 뒤에도 열리지 않는 버섯군으로 복균류(Gasteromycetes)가 있다. 버섯은 분류학상 대부분 담자균에 속하나 일부는 자낭균에 속하는 것도 있다.