안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
지구과학·천문우주
Q. 공전이 아주 긴 행성의 공전 주기는 어떻게 측정했나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.우주 공간에서 태양 둘레를 공전하고 있는 행성들을 직접 관측하면 행성들의 공전 주기를 알수 있겠지만 지구는 다른 행성 들과 함께 태양 둘레를 공전하고 있으므로 행성의 공전 주기를 지구에서 직접 측정하기어렵답니다.하지만 행성들의 운동을 오랫동안 관측해보면 천구상에서 행성 태양 지구가 일직선상놓이는 층 또는 합이 반복되고 있다는 것을 알수 있는데요.이처럼 내행서이 내합에서 다음 내합까지외행성이 층에서 다음 층까지 돌아오는데걸리는 시간을 회합주기 라고 한답니다.행성들의 공전 궤도가 원 궤도이고, 지구의 공전 궤도와 같은 평면 위에 있다고 가정 하고 회합주기를 알아내면 행성들의 공전 주기를 구할수 있답니다.
지구과학·천문우주
Q. 금성과 천왕성은 자전 방향이 다른 이유가 있나요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.금성은 대부분의 행성들과는 반대로 자전을 한다. 즉, 지구의 북극에서 바라볼 때 시계방향으로 자전을 하는 것이다. 금성의 자전축은 적도 면에 대략 3° 기울어진 177°이다. 3°가 아닌 177°를 사용하는 것은 금성의 역회전을 포함하는 수치다. 금성 이외 대부분의 행성에서는 태양이 동에서 떠서 서로 지지만, 금성에서는 서에서 떠서 동으로 진다. 금성의 자전이 왜 역방향인지는 알 수 없으나, 태양과 다른 행성들의 중력 섭동이 큰 영향을 준 것으로 추측되고 있다.태양과 행성들로부터 섭동을 받은 금성은 자전축이 크게 변하게 된다. 그리고 두꺼운 대기 또한 조석력에 의해 금성의 자전에 영향을 미치게 되고, 이를 시뮬레이션에 대입하면 현재와 같이 금성의 자전 속도는 느려지고 역회전을 하게 된다. 이런 최종적인 결과의 과정은 두 가지로 추측된다. 한 가지는 자전축이 180°로 뒤집혀 역회전을 하는 것이고, 다른 하나는 기울기의 변화 없이 자전 속도가 느려지고 결국 조석에 의하여 느린 역회전을 하게 된 것이다.천왕성은 자전축이 그 궤도면에 대해 98°나 기울어져 있으므로 거의 가로로 쓰러진 모양으로 자전하고 있다. 이 때문에 한 번 공전하는 동안 2번씩 태양이나 지구 쪽으로 그 적도와 양극을 교대로 향한다. 따라서 자전으로 밤과 낮이 바뀌지 않고, 밤과 낮이 각각 몇 년씩 계속된다. 극 방향이 지구를 향해 있을 때는 거의 원형으로 보이지만 적도가 지구를 향해 있을 때는 타원형으로 보이며, 그 편평도는 0.03 정도이다. 표면의 모양이 선명하지 않으므로 자전주기는 십수 시간으로 추정되었지만, 1986년 1월 접근관측한 보이저 2호에 의해 16.8시간 정도라는 것이 밝혀졌다.천왕성은 목성형 행성인데, 목성과 토성보다 작으며 내부 구조도 조금 달라 암석질인 중심 핵, 얼음인 맨틀, 주로 수소와 헬륨인 상층의 3층으로 알려져 있다. 표층인 대기 중에는 이전부터 메탄의 존재가 알려져 있었고, 이 행성이 초록색으로 보이는 것은 스펙트럼의 적색부에 있는 메탄의 강한 흡수대 때문이다. 또한 보이저 2호는 아세틸렌의 존재도 확인하였다. 높은 반사율(0.66) 때문에 천왕성의 대기는 구름처럼 보인다.1977년 천왕성이 다른 별빛을 가리는 엄폐 현상을 이용한 지상 관측에서, 천왕성에는 가느다란 고리가 있다는 사실이 밝혀졌다. 그 뒤 같은 모양의 관측으로 9개의 가느다란 고리가 있음이 확인되었는데, 보이저 2호는 이것들을 상세히 관측하였고 그 밖에도 새로운 고리가 존재한다는 사실을 확인하였다.
지구과학·천문우주
Q. 천왕성은 밤이 낮 보다 더 온도가 높은 이유가 있나요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.낮보다 밤일 때 온도가 더 높다. 이는 수소 분자가 낮에 자외선에 의해 원자로 나뉘었다가 밤에 다시 분자로 모이면서 내는 열로 추측된다."천왕성은 누워서 자전하므로 밤이 42년, 낮이 42년이다."라고 오해하기 쉬우나, 극지방이 태양을 바라보는 경우만 하루종일 밤, 또는 낮이지, 적도가 태양을 바라보는 춘분점 근처에서는 자전주기 반 만큼은 밤이고, 나머지는 낮이다. 자전축이 누워서 백야가 일어나는 북극권, 남극권의 경계가 적도까지 내려왔다고 생각하면 된다.
지구과학·천문우주
Q. 행성의 자전축을 정하는 기준은 무엇인가요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.자전축은 천체가 스스로 회전할 때 기준이 되는 고정된 중심축으로, 우리가 사는 지구는 자전축이 23.5° 기울어져 있어요. 이 때문에 계절이 생겨나지요. 지구는 태양을 중심으로 공전 운동을 하는데, 자전축이 기울어져 있는 탓에 지구의 위치에 따라 태양의 남중 고도●가 달라져요. 그로 인해 태양에너지가 좁은 지역에 집중돼 기온이 올라갈 때와 넓은 지역에 퍼져 기온이 낮은 때가 발생해요. 이게 바로 여름과 겨울이 생겨나는 이유지요. 만약 지구 자전축이 수직이었다면 계절 변화가 없었을 거예요. 그렇다면 지구 자전축은 왜 기울어졌을까요? 유력한 가설로는 약 45억 년 전 화성만한 행성이 지구와 비스듬히 충돌한 후 만들어진 파편들 중 가벼운 암석들이 지구 주변을 회전하며 뭉쳐 원시 달을 형성했고, 이때부터 달의 인력으로 23.5° 기울기가 유지됐다는 거예요.
지구과학·천문우주
Q. 우주선이 지구궤도 진입하는것과 ICBM 이 재진입하는것은 무엇이 다른가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.ICBM의 재진입체는 핵탄두와 기폭 장치가 들어있는 탄두부를 말한다. ICBM의 재진입체는 우주공간으로 나갔다가 음속의 20~30배의 속도로 대기권으로 다시 들어오게 된다 .이 과정에서 섭씨 5000~6000도 이상의 고열과 대기권 마찰로 인한 엄청난 충격파가 발생한다. 재진입체가 이런 극한의 환경을 극복하고, 핵탄두를 목표지점 상공까지 도달하게 하는 것이 ICBM의 핵심기술이다.
지구과학·천문우주
Q. 지구를 탈출 하려면 어느정도 속도가 필요한가요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.인공위성을 지구 위의 궤도에 안착시키려면 초속7.9km(제1우주 속도)의 속도가 필요하다. 이 속도 보다 더 빠르게 발사하면 탐사선은 점점 더 긴 타원 형이 되며, 초속 11.2km를 넘으면 지구 중력을 뿌 리치게 되며 다시는 지구로 돌아올 수 없게 된다. 이 속도를 제2우주 속도라고 부른다. 이보다도 더 빠른 속도인 초속 16.7km에 도달하면 우리 태양계로부 터 이탈하게 된다. 이 속도를 제3우주 속도라고 부른 다. 물론 이 속도들은 지구 표면에서부터 직접 로켓 을 발사할 때의 속도를 말한다.물체가 지구를 탈출하기 위한 탈출속도는 11.2km/s이다. 식에서 볼 수 있듯이, 지구 탈출속도는 물체의 질량과는 관계가 없이 오직 지구의 질량과 거리 r에만 의존한다.
화학공학
Q. 타이어의 고무는 어떤 과학적 원리로 만드는 건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.자동차 타이어를 잘라보면 그 절단면의 구조가 매우 복잡함에 놀란다. 울퉁불퉁한 최외부 트레드(타이어의 접지부분)는 고무이지만 그 밑층을 보면 흔히 우리가 타이어 코드라 부르는 부분이 있다. 천을 겹겹이 접합시킨 이 부분은 하중을 견디는 중요한 역할을 하며 계속되는 굴곡운동에도 타이어의 골격을 그대로 유지하는 능력을 지니고 있다. 나일론, 폴리에스테르, 케블라 등 합성섬유가 많이 사용되며 레이온도 쓰이고 있다.놀랍게도 가는 철사를 꼬아서 만든 강철 코드도 쓰인다. 이 코드를 어떤 모양으로 겹겹구조를 만들었는지에 따라 몇 가지로 분류된다. 겹이 서로 엇갈려 대각선을 이루도록 되어있기도 하고(belted bias-ply), 타이어 원주에 직각으로 둥근 모양 (radial-ply)도 있다. 각각 래디얼 타이어1), 바이어스 타이어2) 로 부른다. 이들은 모두 타이어-코드 사이의 보강을 최대한으로 늘리기 위한 디자인이다.물론 이 코드들은 고무로 입혀 코드들 사이에 접착되어 있으며 맨 바깥층과 트레드간의 접착은 특히 중요하다. 강철코드와 고무 질 사이의 접착을 증강시키기 위해 강철사 표면을 황동 특수 코팅을 하는 등 여러 기술이 동원된다. 물론 타이어는 바퀴 종류와 사용목적 (자전거용으로부터 승용차, 버스, 대형트럭, 모터사이클, 비행기 용에 이르기까지) 에 따라 트레드, 코드를 포함한 타이어 전체의 디자인이 다르다.
지구과학·천문우주
Q. 우주선이 대기권통과시에만 열이 나는 이유
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.지구 중력의 영향으로 엄청닌 속도로 대기권을 통과히면서 공기외의 마찰에 의해서 열이 발생하게 됩니다.
생물·생명
Q. 소리를 들을 수 있는 물고기도 존재하나요??
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.코넬대 생태학자 애런 라이스 박사는“오랫동안 일부 물고기들이 소리를 내는 것은 알고 있었지만,물고기가 소리를 내는 것은 상대적으로 드문 현상으로 여겨져 왔다"고 말했다.지금까지 과학자들은 물고기들은 의사소통을 위해 색상, 몸짓, 전기 신호 등을 사용하며, 소리를 사용하는 경우는 드물며 전체 어종의 약 5분의 1 정도에만 해당한다고 알고 있었다.그러나 이번 연구에 따르면, 일부 물고기들은 적극적으로 소리를 사용하며, 조류와 비슷하게 이른 아침과 해질 무렵에 더 많은 소리를 내는 것으로 파악됐다.코넬대 신경과학자 앤드류 배스 박사는"사람들은 물속에서 직접 청각을 활용하는 경우가 드물이 때문에 물고기들이 소리로 의사소통 하는지 그다지 주의를 기울이지 않았다"고 말했다.배스 박사는 "대부분 사람들은 고래나 돌고래가 소리로 의사소통한다는 것은 알지만, 많은 어종이 소리를 낸다는 것은 생각하지 못한다"고 덧붙였다.이번 연구에 따르면, 물고기들은 소리를 낼 때 성대 외에 지느러미 등을 이용한다.지느러미로 물을 휘저어 소리를 발생시킨다. 이를 부딪 히는 방식도 쓴다.
토목공학
Q. 태풍에도 폭설에도 쉽게 무너지고 피해가 큰 비닐하우스형태를 왜 안바꿀까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.삼각형 비닐하우스의 경우 땅 넓이를 많이 차지하고 높은 크기로 자라는 식물에 적합하지 않습니다. 눈이 쌓인는 부분에서 중간 중간 세로 골격을 설치해서 하중을 버틸 수 있게 하면 좋습니다.