안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
화학
Q. 기후변화 진짜 심각한 상태인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.기후 위기(氣候 危機, 영어: climate crisis), 기후 비상사태(climate emergency) 혹은 기후 변화(climate change)는 지구 온난화처럼 지구의 평균 기온이 점진적으로 상승하면서 전지구적 기후 패턴이 급격하게 변화하는 현상 또는 이러한 변화로 인한 위험의 증가를 통틀어 일컫는다. 현대 이전에도 기후 변화가 있었지만, 현대의 기후 변화는 급격하며 자연스럽게 점진적으로 발생하는 현상도 아니다.[2][3] 현재의 급격한 기후 변화는 인간이 이산화탄소(CO2)와 메테인과 같은 온실 기체를 방출해 일어난 현상이다. 인간이 방출한 온실 기체의 절대다수는 에너지를 사용하기 위해 화석 연료를 태워서 만들어진 것이다. 그 외에도 농업, 제강, 시멘트 생산, 산림 손실로 온실 기체가 방출되고 있다.[4] 온실 기체는 햇빛을 투과하기 때문에 햇빛이 지구 표면을 가열한다. 하지만 지구가 적외선 복사로 열을 우주로 방출할 때 온실 기체가 복사열을 흡수하여 지상에 열을 가둔다. 가둬진 열로 지구가 점점 뜨거워지면서 태양빛을 반사하는 반사율이 높은 만년설 표면이 사라지는 등 지상에 여러 변화를 일으켜 지구 온난화를 가속시킨다.기후 변화가 주는 다양한 영향은 현재 수준의 기온 상승인 약 1.2 °C 상승 시점에서도 이미 나타나고 있다. 기후 변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)는 온난화로 1.5 °C 이상 상승할 경우 지구에 돌이킬 수 없는 더 큰 영향을 미칠 것이라 경고하고 있다.[13] 온난화가 계속될 경우 그린란드 빙상의 융해처럼 티핑 포인트(tipping points)에 닿을 상황에 처할 위기로 몰아넣는다.[14] 이런 변화에 대응하는 방법으로는 온난화 수준을 제한시키는 행동을 취하거나, 이런 변화에 적응하는 방법이 있다.[15] 앞으로 지속될 온난화는 온실 기체 배출량을 줄이고 대기의 온실 기체를 제거해서 증가 수준을 줄일 수 있다.[15] 온실 기체 배출량을 줄이는 데에는 풍력이나 태양 에너지 등 지속 가능 에너지의 사용을 늘리고 석탄 사용량을 점차 줄이며, 사용하는 에너지의 효율성을 높여 절약하는 방법이 있다.[16] 기존의 화석 연료로 작동하는 탈것을 전기 차량으로 대체하고 가정과 건물에 열펌프를 사용하면 배출량이 더욱 감소할 것이다.[17] 산림 벌채를 막고 숲을 늘리면 대기 중의 이산화탄소를 흡수하는 데 도움을 줄 수 있다.[18] 지역 사회는 해안선 관리와 재난 상황 관리책을 강화하고 기후 변화에 저항력이 더 높은 작물을 개발하는 등의 방법으로 기후 변화에 적응할 수 있다. 하지만 이런 적응책만으로는 심각하고 광범위하며 영구적인 기후 변화의 위협으로 나타날 피해를 피할 수 없다.[19]2015년 채택된 파리 협정으로 전세계 각국은 기후 변화 완화를 노력하여 "최대 2 °C 상승" 이하를 유지하기로 합의하였다. 하지만 협정을 완전히 준수하더라도 21세기 말까지 지구 평균 기온은 약 2.7 °C 상승할 것이다.[20] 온난화 수준을 1.5 °C 이하로 제한하기 위해서는 2030년까지 온실 기체 배출량을 절반으로 줄여야 하고, 2050년까지 온실 기체 순배출량을 0(net-zero)으로 만들어야 한다.
화학
Q. 감칠맛이라는것은 어떻게 맛으로 규정하고 어떻게 맛으로 느끼는건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.기본적인 맛은 짠맛, 신맛, 단맛, 쓴맛의 4가지 맛이지만, 감칠맛은 이들 4개의 기본맛으로는 표현할 수 없는 맛이기 때문에 기본 맛에 더하는 경우도 있다. 1908년 다시마의 감칠맛을 내는 물질이 글루탐산나트륨인 것이 발견되어, L-글루탐산과 L-아스파르트산 등의 아미노산, 아미노산염 및 이노신산과 구아닐산 등의 5‘-리보뉴클레오티드 등의 염에는 독특한 맛이 있다는 것을 알았다. 이노신산은 가다랭이포, 구아닐산은 버섯의 맛을 내는 물질로 알려져 있다.
지구과학·천문우주
Q. 화성에 구름은 어떻게 존재할 수 있는건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.화성의 대기에는 지구와 비슷한 구름이 존재합니다. 하지만, 지구와는 달리 화성의 대기는 거의 이산화탄소로 이루어져 있기 때문에, 구름의 성질과 모습이 다를 수 있습니다. 화성 구름은 대개 대기의 상층부에 위치하며, 물에 대한 화학 반응이 일어나지 않는 매우 건조한 대기 상태로 인해, 지구의 구름보다 희박하고 더 낮은 높이에서 형성됩니다. 이러한 화성 구름은 대기 중 희소한 물분자가 존재하여 형성됩니다. 화성 구름의 색상은 일반적으로 붉은색 또는 핑크색을 띠는데, 이는 대기 내 이산화탄소가 빛을 산란시켜서 나타나는 결과입니다. 이러한 화성 구름은 지구에서도 망원경으로 관측할 수 있습니다.
토목공학
Q. 댐 설계에는 어떤 과학적 원리와 원칙이 적용되나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.자중에 의한 중력으로 수압을 견디는 것은 중력댐과 같은 원리이고 아치효과는 수압을 받아 이것을 댐이 위치한 양안에 힘을 분해하여 결과적으로 기반에는 더 적은 하중이 전달되는 효과를 얻는다. 이것은 달리 말하면 지반에 전달되는 하중은 실제보다 낮은 수위의 수압에 의해 전달되는 하중과 같아 댐의 부피를 상당히 줄일 수 있다. 수압을 상당부분 아치효과로 양안에 전달하여야 하기 때문에 아치댐은 입지 조건에 신중하여야 한다. 이 댐은 계곡의 나비가 적고 양쪽 산이 급경사인 경우에 유리하지만 기초암반의 지지력, 활동저항, 수밀성 및 내구성 등을 다른 형식의 댐과 비교하여 결정해야 한다. 가장 적절한 입지는 협곡이고 양안이 양호한 암석으로 이루어진 곳이다. 미국의 후버 댐이 대표적이다.
전기·전자
Q. 전자파 차단 제품이 효과가 없다고 하던데, 어떤 원리로 작동하는 것인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.금속에 빛이 닿으면 빛이 반사되는 것처럼전자파를 반사하는 원리로 만들어졌습니다안전보건공단에 따르면전자파 차단 스티커는핸드폰의 전자파를 최대 20~30% 감소시킬 수 있지만사실 효과는 거의 없다고 봐도 될 정도라고 합니다.사실전자파가 완전히 차단되면핸드폰은 통화가 되지 않기 때문에제 기능을 하지 못합니다.전자파 차단 스티커로 인해전자파가 차단되더라도통화 수신율을 높이기 위해핸드폰은 더 센 전자파를 내보내게 됩니다.
토목공학
Q. 버뮤다 삼각지대에서 사고가 많이 발생하는 이유가 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.#1. 1925년 4월 18일, 일본의 화물선 ‘리히후쿠마루호’가 함부르크로 향하던 중 버뮤다 섬 근처에서 흔적도 없이 사라졌다. 당시의 선원들의 시체는커녕 선체의 파편조차 찾지 못했다.#2. 1945년 12월 5일, 미국 로더데일 공군기지에서 해군 폭격기 5대가 비행훈련에 나섰다.하지만 2시간여 만에 폭격기 5대와 승무원 14명이 모두 자취를 감췄다. 뿐만 아니라 사라진 비행기를 찾기 위해 나선 다른 비행기들도 똑같이 행방불명됐다.#3. 1973년, 2만톤급의 노르웨이 화물선 아니타호가 선원 32명과 함께 사라졌다.이 사건들은 미스터리 영화 속 한 장면이 아니다. 모두 ‘버뮤다 삼각지대(Bermuda Triangle)’라는 동일한 장소에서 실제로 일어났던 사건들이다. 그렇다면, 이들은 대체 어디로 사라진 것일까.버뮤다 삼각지대는 미국 남부에 위치한 플로리다 해협과 버뮤다섬, 푸에르토리코(혹은 아조레스 제도)를 잇는 삼각형 범위 안의 해역을 가리킨다.지난 500년간 이 지역에서 일어난 선박과 항공기 실종 사고는 수백 건에 이르지만, 그 원인이 명확히 밝혀지지 않아 미스터리 실종 사건으로 기록되어 왔다.‘마의 삼각지대(Devils Triangle)’라고 불릴 정도로 세계의 불가사의 중 하나로 손꼽히는 이 해역은 수많은 사람들의 호기심을 자극했다.미국의 유명한 한 예언가는 버뮤다 삼각지대가 전설처럼 내려오는 아틀란티스 대륙이 바닷속으로 가라앉은 자리이고, 당시 뛰어난 과학기술로 개발된 에너지 발생장치가 아직도 작동하고 있어 물체를 소멸시킨 것이라고 생각했다.이외에도 외계인의 소행이라는 설, 4차원 공간이라는 설 등 다양한 의견들이 등장했으며, 오랜 세월 동안 영화나 소설, 만화의 소재로도 사용됐다.실종사건의 원인을 과학적으로 밝히려는 노력도 이어졌다.그 중 ‘지구 자기장 변화설’은 많은 지지를 받았는데, 지구 자기장이 20~25년마다 바뀌기 때문에 자기적인 지진이 갑자기 발생할 수 있다는 설이다.지구 자기장은 지구 중심부에 존재하는 액체와 비슷한 상태의 물질(철, 니켈)이 움직이면서 생기는 것으로 알려져 있다.버뮤다 삼각지대는 자기장이 불안정한 지역이어서 자기적인 지진이 일어났을 때, 그 주위를 지나는 선박이나 항공기가 바닷속으로 빨려 들어간다는 것이다.게다가 자기적인 지진은 일시적으로 일어났다가 사라지기 때문에 대비책을 세울 수도 없다. 어느 정도 그럴듯한 가설이었지만, 버뮤다 삼각지대의 미스터리는 여전히 남아 있었다.사건의 주범이 심해저의 메탄층이라는 의견도 등장했다.1998년 지구의 구조와 진화를 밝혀내기 위해 전세계 과학자들과 연구기관이 모여 심해굴착계획(Ocean Drilling Program, ODP)사업에 착수했는데, 버뮤다 심해저에 메탄하이드레이트 층이 존재한다는 것이 밝혀졌다.이 사업에 참가했던 미국 석유화학회사 엑슨모빌의 리처드 맥클버 박사는 이 지역의 하이드레이트 층이 갑자기 붕괴된다면 가스가 포함된 저밀도의 진흙이 분출되어 엄청난 위력을 발휘할 수 있다고 설명했다.메탄하이드레이트는 오늘날 대체에너지로 주목받고 있는 천연가스 에너지원으로, 심해저의 저온과 고압 상태에서 메탄가스가 물과 결합해 형성된 얼음모양의 고체 결정이다.2001년, 미국 해군대학원의 브루스 디나르도 교수도 이 가설에 힘을 실어주었다.디나르도 교수가 발표한 연구결과는 ‘물속에 많은 기포가 생기면 물의 밀도가 낮아지기 때문에 물 위에 떠 있던 물체가 갑자기 가라앉을 수 있다’는 내용이었다.연구팀은 이 이론을 뒷받침하기 위해 4L 들이 유리 비커에 물을 채우고, 바닥에서 공기를 다양한 속도로 뿜었다.그리고 물 위에 물과 공기를 채운 금속공을 떨어뜨려 그 금속공이 얼마나 쉽게 가라앉는지를 살펴봤다.이 금속공은 떠오르는 기포가 없을 때는 물 위에 겨우 떠 있었지만, 기포를 뿜어주자 곧 가라앉았다.이 결과로 버뮤다 삼각지대의 미스터리가 메탄가스 기포에 의한 것일 수 있다는 가능성이 제기되었지만, 여전히 확실한 증거로 자리매김하진 못했다.그 이후에도 연구는 계속되었고, 드디어 2010년 8월, ‘버뮤다 미스터리’의 베일이 벗겨졌다.호주 멜버른에 있는 모내시 대학의 조세프 모니건 교수가 ‘미국물리학저널’에 버뮤다 삼각지대의 선박 · 항공기 실종 원인은 메탄가스로 인한 자연현상 때문이라는 논문을 발표한 것이다.모니건 교수는 자신의 연구팀과 함께 다음과 같은 가설을 세웠다.해저의 갈라진 틈에서 거대한 메탄거품이 대량으로 발생한다면, 수면으로 상승하면서 사방으로 팽창하는 거대한 메탄거품이 생길 것이다.어떠한 선박이라도 이 메탄거품에 붙잡히면 즉시 부력을 잃고 바다 밑으로 가라앉는다. 선박이 바다에 떠 있을 수 있는 이유는 선박의 무게보다 물에 뜨려는 힘인 ‘부력’이 더 크기 때문이다.따라서 메탄거품에 의해 부력을 잃게 된다면, 선박은 그 무게를 이기지 못하고 그대로 침몰하게 된다.하늘에 떠 있는 항공기 실종사고는 어떻게 설명할 수 있을까?만약 거품의 크기와 밀도가 충분히 크다면, 엄청난 양의 메탄가스가 발생해 하늘에 떠 있는 항공기를 순식간에 덮칠 수 있다. 이때 항공기 엔진에 불이 붙어 추락하게 된다는 것이다.그렇다면 이 메탄거품은 언제 발생하는 것일까? 메탄거품의 발생을 막을 방법은 없을까?선박이나 항공기가 실종되는 원인은 밝혔지만 메탄거품의 발생 시기나 빈도를 예측하는 것은 아직까지 연구 과제로 남아 있다.이렇듯 자연현상 자체가 인간에게는 거대한 미스터리지만, 버뮤다 삼각지대의 미스터리를 풀기 위한 인간의 도전은 계속될 것이다.
전기·전자
Q. 통신 기술중 Ethercat 이라는 기술좀 문의 드려도 될까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.EtherCAT (이더캣, Ethernet for Control Automation Technology)은 벡호프 오토메이션에서 개발된 이더넷 기반의 필드버스 시스템이다. 이더캣 프로토콜은 IEC 61158 규약으로 표준화되었으며, 자동화 기술 측면에서 실시간 시스템을 위한 소프트웨어와 하드웨어 요구사항들을 모두 만족한다.EtherCAT은 적은 지터(정확한 동기화를 위해 1µs 이하), 매우 빠른 정보 업데이트 속도(사이클 타임 100 µs 이하), 하드웨어 구성 비용 감소 등을 요구하는 이더넷 프로토콜 기반의 자동화 소프트웨어를 위해 개발하였다.EtherCAT은 표준 이더넷 패킷 또는 프레임 구조를 이용하며, 약간 변형 시켜서 사용한다. 특별히 EtherCAT에서 사용하는 프레임을 EtherCAT Telegram(이더캣 텔레그램)이라고 표현한다.EtherCAT을 사용하면서, 표준 Ethernet 패킷 또는 프레임 (IEEE802.3)은 더 이상 각 노드에서 처리해야 할 데이터로 수신, 해석, 복사할 필요가 없어졌다. EtherCAT 슬레이브 디바이스는 텔레그램이 디바이스를 통과하는 동안 각 슬레이브에게 전달된 데이터를 읽고 "즉시" 처리한다. 마찬가지로, 각 슬레이브의 추가 데이터 또한 텔레그램이 통과하는 동안 즉시 추가된다. 한 프레임이 처리되기전에는 완전히 수신되지 않는다; 대신에 가능한한 빠르게 처리를 시작한다. 전송 또한 아주 작은 시간의 지연만으로 수행된다. 일반적으로 전체 네트워크에 단 하나의 프레임만으로 모든 슬레이브에 전달할 수 있다.
지구과학·천문우주
Q. 태양의 흑점 폭발이 태양계 행성의 전자기장에 어떤 영향을 줄 수 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.태양풍(太陽風, solar wind)은 태양의 상부 대기층에서 방출된 전하 입자, 즉 플라스마의 흐름을 가리킨다. 태양 외의 항성에 대해서는 이러한 입자의 흐름을 일반적으로 항성풍이라고 부른다.태양풍내의 플라즈마가 태양권계면과 충돌하는 모습태양풍은 높은 열 에너지로 인해 태양의 중력을 빠져나올 수 있는 대략 100 eV 정도의 고에너지 전자와 1 keV 정도의 양성자로 구성되어 있다. 이런 빠른 속력을 가지고 있기 때문에 태양풍이 지구 등 행성의 자기권과 부딪힐 때 뱃머리 충격파가 발생하며, 태양풍과 자기권 사이의 상호작용에 의해 지구의 전력송신에 문제를 일으킬 수 있는 지자기폭풍이나 극지방의 하늘을 장식하는 오로라 등이 발생하기도 한다. 또한 혜성의 꼬리가 태양에서 먼 쪽으로 형성되는 이유 등도 태양풍의 작용으로 설명될 수 있다.태양풍의 구성은 태양 코로나의 구성과 동일하다. 즉 73%의 이온화 수소와 25%의 이온화 헬륨, 일부 불순물이 그것이다. 이러한 구성은 플라스마 형태로 존재하며, 플라스마는 95%의 이온화 수소와 4%의 이온화 헬륨, 0.5% 이하의 소수 이온으로 구성된다. 정확한 구성은 편차가 크기 때문에 측정하기 힘들다. 태양풍의 시료를 채취하여 귀환하는 임무를 지닌 제네시스가 2004년 지구로 귀환했으며, 현재 분석중이다. 하지만, 지구 대기에 재돌입할 때 낙하산이 고장난 관계로 불시착하며 피해를 입은 이유로, 태양 표본이 오염되었을 가능성도 있다.동적인 기체로 이루어진 태양에서는 적도의 자전 주기는 25일, 극의 자전 주기는 35일이다. 따라서 자전과 함께 자기장 고리는 늘어나고 왜곡이 일어나게 된다. 양성자와 전자로 구성된 초고온의 플라즈마가 수십억 톤씩 흐르는 이 고리가 때로는 태양 폭풍이 발생할 것이라는 전조가 된다.지구 근처에서 태양풍의 속도는 200 - 889 km/s로 편차가 크고, 평균 속도는 450 km/s이다. 태양은 매 초 1×109 킬로그램(1 테라그램)의 매질을 태양풍을 이용해 분출하는데[1][깨진 링크(과거 내용 찾기)], 이는 핵융합에 의해 에너지로 변환되는 질량인 4.5×109 킬로그램(4.5 테라그램)의 1/5 정도이다. 태양은 앞으로도 1×1013 년동안 이러한 방출을 지속할 것이다. 하지만, 현재의 별형성에 대한 설명은 태양풍은 먼 과거에는 현재보다 1,000배는 더 무거웠으며, 이는 행성 대기, 특히 금성 대기에 큰 영향을 미쳤을 것이라고 한다.태양풍은 플라스마이므로, 일반 가스의 특성보다는 플라스마의 특성을 지닌다. 예를 들어, 태양풍은 전도체이며, 태양으로부터의 자력선을 가지고 온다. 태양풍의 압력은 대부분의 태양계 즉 태양권에서 자기압을 압도한다. 이러한 바깥쪽으로의 압력은 태양의 회전과 더불어 자기장이 아르키메데스 나선 형태(파커 나선)를 형성하도록 한다. 태양계의 북반구인지 남반구인지와 태양의 주기에 따라, 자기장 나선이 안쪽을 향하거나 바깥쪽을 향한다. 즉 자기장은 북반구와 남반구에서 동일한 나선 모양을 가지지만, 반대의 자기 방향을 띤다. 이 두 자기영역은 두 개의 전류판에 의해 나뉜다. 태양은 매 11년마다 자기장이 반대로 변하며 이에 따라 태양권 전류편의 모양이 바뀐다.성간매질내의 플라스마는 지구궤도에서의 태양 자기장이 100 배나 세어지게 하는 원인이다. 만약 우주가 진공이라면, 태양의 10-4 테슬라 자기장은 지구 궤도에서는 10-11 테슬라 정도일 것이다. 하지만, 위성 관측에 따르면, 이러한 예상보다 100배는 더 센 10-9 정도이다. 자기유체역학 이론은 자기장 내부의 전도 유체(예, 행성간매질)가 전류를 형성하고, 이 전류는 다시 자기장을 형성하며, 이러한 면에서 자기유체역학 발전기와 유사하다.
토목공학
Q. 실내에 있을때 지진이 발생하면
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.단단한 책상이나 테이블 아래로 들어가기지진이 갑자기 일어났을 때는 몸을 보호하기 위해 단단한 책상이나 테이블 아래로 들어가야 해요. 이렇게 하면 주변에서 떨어지는 물건으로부터 다칠 가능성을 줄일 수 있어요. 만약 책상이나 테이블이 없다면, 방석이나 두꺼운 이불로 머리를 보호하는 것도 좋아요.건물이 일부 붕괴될 정도의 강도 높은 지진일 때건물이 일부 붕괴될 정도로 강한 지진일 경우, 콘크리트로 된 건물은 책상 아래로 숨는 것이 어려울 수 있어요. 이럴 때는 벽 모서리나 물을 확보할 수 있는 욕실로 대피하는 것이 좋아요.
지구과학·천문우주
Q. 자연 광원으로는 태양외에 번개, 반딧불이 같도 광원이라고 할수있나요? 야광의 광원의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.반딧불이에서는 루신에이스와 루시페린이 섞일 때, 화학반응이 일어나서 루신과 루시페린의 화합물이 광을 내게 됩니다.이 화학반응에서 빛이 발생하는 원리는 다음과 같습니다. 루신에이스 분자 내부에서 일어나는 화학반응에서 전자가 루시페린으로 운반됩니다.이 운반 과정에서 루신에이스 분자의 에너지가 확산되며, 적색 빛의 파장을 방출합니다. 그리고 루시페린에 전자가 들어오는 과정에서 녹색 빛의 파장을 방출합니다.