안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
생물·생명
Q. 과학적인 관점에서 ‘토마토’의 분류는?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.토마토는 우리말로 '일년감'이라 하며, 한자명은 남만시(南蠻枾)라고 한다. 우리나라에서는 토마토를 처음에는 관상용으로 심었으나 차츰 영양가가 밝혀지고 밭에 재배하여 대중화되었다. 요즘은 비닐하우스 재배도 하여 일년 내내 먹을 수 있다. 토마토는 가짓과에 속하는 일년생 반덩굴성 식물열매이며 원산지는 남미 페루이다. 16세기 초 콜럼버스(Christopher Columbus)가 신대륙을 발견한 즈음 유럽으로 건너가 스페인과 이탈리아에서 재배되었다. 우리나라에는 19세기 초 일본을 거쳐서 들어왔다고 추정하고 있다.일단 채소냐 과일이냐는 계통분류학적인 구분이 아니라 사람이 사용하는 용도에 따른 관습적이고 경제학적인 구분에 불과하다. 초본이면 채소, 목본이면 과일이라는 말도 있는데[22] 바나나[23], 수박, 파인애플은 초본이지만 과일로 더 많이 통용된다. 그러니 엄밀히 따지자면, 어떤 과육에 대해 채소냐 과일이냐를 따질면, 당연히 경제학적인 구분 보다는 식물학적인 구분을 따져야 하므로, 토마토는 '과일'이라고 보는 게 맞다. 유전적으로 인간인 존재에 대해 법적으로 인간이 아니라고 판결을 내린다고 실질적으로 인간이 아닌 게 아니듯이 말이다. 국내 부가가치세법에서는 토마토를 '채소류'로 규정하고, 농업통계조사규칙에서는 '과채류'[24]로 분류하고 있다.일본에서도 토마토가 과일이냐 채소냐로 오랜 논의가 있었고, 일반적으로 채소 취급이라, 한국에 와서 후식으로 방울토마토가 나오거나 케이크 위에 올라가는 걸 보고 쇼크 먹는 일화가 종종 있다. 사실 한국에서도 케이크에 방울토마토가 올라가는 경우는 극히 드물기는 하다.미국에서도 토마토를 과일로 보느냐를 두고 논쟁이 있었는데, 원칙적으로 '과일'은 '식물의 먹는 부분 중의 씨를 포함한 씨방이 익은 것'이고, 토마토도 당연히 씨가 들었으므로 과일이다. 문제는 한때 미국에서는 법적으로 토마토를 채소로 취급했다는 것. 1800년대 미국 법에는 수입하는 과일에는 관세를 매기지 않는다는 법이 있었는데, 유럽에서 토마토가 하도 많이 들어오자 자국 토마토 농가는 죽어가고 관세도 못 받으니 아예 법적으로 토마토를 채소라고 규정하여 관세를 받아먹었기 때문이다.이 때문에 토마토 수입상 Nix 일가가 1887년에 뉴욕주 세관원 Hedden을 상대로 그동안 납부한 관세를 돌려달라는 소송을 냈고(Nix vs. Hedden case) 1893년 결국 연방대법원은 공방 끝에 토마토를 채소로 판결함으로써 원고 패소로 종결되었다. 이때 대법원의 논리는 '토마토를 식사로 먹지 후식으로 먹지 않는다.'였다고 한다.이런 식으로 법적인 채소가 된 사례에는 가지, 오이, 호박 등이 있다. 물론 그 당시에는 그러려니 할 법한 문제였는데 나중에 미국 급식의 병폐를 개선하려고 할 때 민주당 - 미네소타 민주농민노동당 소속 상원의원인 에이미 클로버샤 의원 주도로 '토마토는 채소이므로 토마토를 이용한 토마토 소스로 만든 피자는 채소'이고, '채소인 토마토를 이용한 소스인 케첩 역시 채소'라는 결론을 내려 미국 외 국가로부터 웃음거리가 되었다. 특히 당시 대통령이던 버락 오바마는 학교 급식에서 패스트푸드를 없애려는 등 미국 아동 비만 문제를 해결하기 위해 노력하던 중이라 피자 제조업계와 감자농가들 반발에 표 받으려고 이런 걸 통과시킨 의회를 보고 뒷목 잡을 수밖에 없었다.어찌됐든 토마토는 과일과 채소의 두 가지 특성을 갖추고 있으며 비타민과 무기질 공급원으로 아주 우수한 식품이다.세계적인 장수촌(長壽村)으로 알려진 안데스 산맥 기슭의 빌카밤바(Vilcabamba) 사람들이 토마토를 많이 먹은 덕분으로 장수를 누렸다고 전해 오고 있다.토마토에 함유되어 있는 성분에는 구연산, 사과산, 호박산, 아미노산, 루틴, 단백질, 당질, 회분, 칼슘, 철, 인, 비타민 A, 비타민 B1, 비타민 B2, 비타민 C, 식이섬유 등이다. 비타민 C의 경우 토마토 한 개에 하루 섭취 권장량의 절반가량이 들어 있다.토마토에는 라이코펜, 베타카로틴 등 항(抗)산화 물질이 많다. 토마토의 빨간색은 '카로티노이드'라는 물질 때문인데 특히 '라이코펜(lycopene)'이 주성분이다. 빨간 토마토에는 라이코펜이 7∼12㎎% 들어 있다.
토목공학
Q. 지하수는 어떻게 해서 생기는 건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.비가오면 빗물이 지하로 스며들게 됩니다. 이 물이 지하 암반층이나 지하 빈 공간에 고이게 됩니다. 무분별한 지하수 채취는 지하의 공동화를 만들어서 지반이 무너지게 됩니다.
화학
Q. 건물의 에너지 효율을 높이기 위한 과학적 방법이 있을까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.우선 건물의 단열 보강을 통해서 효과를 높이는 방법, 그리고 태양열, 태양광, 풍역을 이용한 에너지 활용 등이 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 과거부터 현재까지 계속되고 있는 천체 관측을 통한 우주 탐사와 관련된 최장 기간의 연구는 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.보이저 1호(영어: Voyager 1)는 현재까지 운용중인 NASA가 제작한 무게 722 kg의 태양계 무인 성간 탐사선(interstellar probe)이다. 보이저 계획에 따라 1977년 9월 5일에 발사됐으며, 1979년 3월 5일에 목성을, 그리고 1980년 11월 12일에 토성을 지나가면서 이 행성들과 그 위성들에 관한 많은 자료와 사진을 전송했다. 1989년 본래 임무를 마친 뒤에는 새로이 보이저 프로그램의 일부인 보이저 프로그램(Voyager program)을 수행하고 있다.보이저 2호는 미합중국의 우주 탐사선으로, 무게는 722 kg이다. 1977년 8월 20일에 발사되었다. 보이저 2호는 1979년 7월 9일에 목성을, 그리고 1981년 8월 26일에 토성을, 1986년 1월 24일에 천왕성을, 1989년 2월에 해왕성을 지나가면서 이들 행성과 위성에 관한 많은 자료와 사진을 전송하였다.
화학
Q. 냉방기의 폐열을 온수로 만들어 사용하는 연구가 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.대형 공장이나 시설등에서 온열 애너지를 지역난방으로 공급 받는 사례는 있으나 가정이나 아파트, 소규모 공장에서는 사례가 없습니다. 아마도 열을 전달하는 효율이 떨어지기 때문일 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주의 팽창화는 어떻게 증명 된 사실인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.빅뱅 이론에 따르면 우주는 약 138억 년 전에 폭발한 뒤, 지금도 팽창하고 있어요. 이때 퍼져나온 빛을 조사하면 우주는 138억 광년 정도의 크기로 생각할 수 있지요. 하지만 실제 관측 가능한 우주는 그보다 훨씬 더 커요. 과학자들이 계산해 본 결과 그 거리는 460억 광년이고, 이것이 현재 관측 가능한 우주의 크기이죠. 왜냐하면 우리가 빛을 이용해 우주의 크기를 가늠하는 순간에도 우주는 팽창하고 있고, 그 속도가 너무 빨라서 정확하게 계산하는 데에 한계가 있기 때문이에요. 이렇게 우주가 팽창한다는 사실은 1929년 미국의 천문학자 허블이 증명했어요. 그는 먼 거리에 있는 은하일수록 지구와 빠르게 멀어지고 있다는 걸 알아냈죠. 마치 부풀어오르는 풍선 표면의 점들처럼 천체들은 서로에게서 멀어지고 있고, 멀어지는 속도는 거리가 멀수록 더 크답니다. 윤성철 서울대학교 물리·천문학부 교수는 “우주는 계속 팽창하고 있기 때문에 관측 가능한 우주는 시간이 갈수록 커진다.”며, “과학자들은 관측할 수 있는 우주 밖에 또 다른 우주가 있을지도 모른다고 생각한다.”라고 말했어요.
지구과학·천문우주
Q. 우주는 어떻게 고르게 팽창하고 있는 걸까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.우주 팽창의 역사는 단순히 일반상대성이론을 풀어서 해를 구하는 것으로 끝나지 않는다. 입자물리학과 핵물리학의 여러 이론이 결합되어 우리 우주에 대해 매우 정교하게 이론적 예측을 하고 있으며, 이 예측은 관측과 비교 검증할 수 있다. 이에 따라 우리 우주가 어떻게 팽창하여 왔는지 간단히 기술한다.일반상대성이론의 아인슈타인 방정식을 풀어보면 현재 시점에서 시간을 거슬러갈 경우 무한대의 밀도와 온도로 우주가 정확히 한 점으로 축소되는 특이점이 있어야 한다. 이때가 지금부터 138억 년 전인데 이 특이점이 대폭발을 나타낸다고 해석할 수 있을 것이다. 그러나 사실 이 특이점부터 10-43 초 사이에서는 일반상대성이론을 비롯하여 현재의 물리학 이론 체계를 적용할 수 없다는 것이 알려져 있다. 이 구간을 플랑크 시대라고 하는데, 이때 적용되는 물리학 이론을 찾는 것이 물리학의 가장 중요한 문제 중 하나이다. 이 시기에 적용되는 이론의 후보로 끈 이론이 연구되고 있다.10-43 초에는 중력이 다른 힘에서 분리되고 10-36 초에서 10-32 초 무렵에는 급팽창이 일어났을 것으로 추정되나 구체적인 이론은 아직 알려져 있지 않다. 짧은 급팽창 시기 동안 우주는 빛의 속력보다 훨씬 빠르게 팽창하고 있다.급팽창 이후 우주는 팽창 속도가 줄어드는 감속 팽창을 하다가 90억년 - 100억년이 지났을 때부터 암흑에너지의 효과가 물질보다 중요해지면서 가속팽창 시기로 접어든다. 현재 우주의 나이는 138억년 정도이며 가속 팽창이 지속되고 있다.
지구과학·천문우주
Q. 지구형 행성과 목성형 행성은 어떤 특징적인 차이가 있나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.목성형행성은 수소와 헬륨이 주성분인 거대한 기체 행성을 의미한다. 딱딱한 표면이 있는 지구형행성(terrestrial planet)과는 구조와 크기가 매우 다르다. 태양계에서는 소행성대(asteroid belt) 바깥쪽에 위치한 외행성(outer planets) 인 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 목성형행성들이다.목성형행성은 목성과 토성, 천왕성과 해왕성과 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 전자는 거대기체행성(giant gaseous planet), 후자는 거대얼음행성(giant icy planet)이라고 부른다.목성과 토성은 질량이 크기 때문에 내부 압력과 온도가 매우 높을 것으로 예상하는데, 물질들이 정확히 어떤 상태로 존재하는지 아직 제대로이해하고 있지 못하는 상황이다.목성형행성들은 상대적으로 자전속도가 빨라 적도면과 나란한 방향의 띠와 대를 갖는다. 목성과 토성의 경우 이런 형태가 뚜렷하게 보이지만 천왕성에서는 그보다 약하게 나타난다.목성형행성들은 모두 고리(ring)와 다수의 위성들을 거느리고 있다.천왕성과 해왕성은 질량이 목성에 비해 작기 때문에 내부 구조 또한 매우 다르다. 내부 물질은 얼음 형태의 물과 암모니아의 화합물일 것으로 예상되며, 최외곽 대기는 메탄이 섞여 있어 푸른색으로 보인다. 두 행성 모두 자전축과 자기장 축이 어긋나 있다는 특징을 보인다. 특히 천왕성의 경우 내부의 열이 밖으로 매우 비효율적으로 전달되어 표면온도가 기대치보다 매우 낮은 편이다.
지구과학·천문우주
Q. 태양계에서 9번째 행성이 발견된다면, 그것이 우리 지구나 다른 천체들에 미치는 영향은 무엇일까요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.태양계의 9번째 행성은 예전에 명왕성 이였지만, 명왕성은 톄양계에서 퇴출 되었습니다. 다른 행성들과 다른 공전 스타일 때문이죠. 다른 9번째 행성이 나티난다면 초신성일 가능성이 많습니다. 태양과의 중력 범위가 어떻게 될지는 모르겠지만 태양계에서 또 다른 공전궤도를 그리며 공전할 거라 생각됩니다. 지구와 화성 사이라먄 더욱 좋을 것 같네요.
화학
Q. 물을 일산화이수소라고 불러도 되나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.물(水, 영어: water)은 산소와 수소가 결합된 화학 물질이다.[1] 화학식 H2O를 가지며 표준 온도 압력(STAP : 섭씨 25°C 1바)에서 무색 투명하고, 무취무미하다. 물은 가장 보편적인 용매로 보통 액체 상태의 물을 가리킨다. 고체 상태인 것을 얼음, 기체 상태인 것을 수증기라고 부른다.[2][3][4] 인공적으로는 수소와 산소를 혼합한 뒤 방전을 일으켜서 만들어 낼 수 있다.물 분자는 두 개의 수소 원자와, 하나의 산소 원자가 0.096 nm의 결합 길이를 가진 공유결합을 한 H-O-H의 굽은형의 물질이다. 물 분자는 수소 원자와 산소 원자가 각각 전자를 내놓아 전자 쌍을 만들고, 이 전자쌍을 함께 나누어 가짐(공유)으로써 결합되어 있다. 화학식은 H2O이다.물은 자연적으로 세 가지 물질의 상태로 나타나며 지구상에서 여러 형태를 지닌다. 수증기와 구름은 하늘에 있으며 바닷물과 빙산은 극지 바다에 있고 빙하와 강은 산에 있으며 대수층의 물은 땅속에 있다.물은 표준 온도 압력에서 무취무미한 액체이다. 물과 얼음의 색은 본질적으로 살짝 파랗지만 물은 양이 얼마 없을 때에는 빛깔이 없는 것으로 보인다. 얼음 또한 색이 없어 보이며 수증기는 기체이므로 눈에 보이지 않는다.[12]물은 투명하므로 햇빛이 물속에 들어올 수 있다. 따라서 수생식물은 물속에서 살 수 있다. (오직 강한 자외선 빛만이 살짝 흡수된다.)비공유 전자 쌍이 공유 전자 쌍을 강하게 밀기 때문에 104.5˚구부러진 굽은형 구조를 이루고 있다.[13]물 분자는 선형이 아니며 산소 원자는 수소 원자보다 더 높은 전기 음성도를 갖고 있다. 산소가 수소보다 공유 전자쌍을 세게 끌어당기므로 산소 원자가 약간의 음전하를 띠고 있는 반면 수소 원자는 약간의 양전하를 띠어 극성을 갖는다. 그 결과 물은 전기 쌍극자모멘트가 있는 극성 분자가 되므로[14] 좋은 무기 용매(보편적 용매)이다. 따라서 극성 물질과 잘 섞이며 염화나트륨과 같은 이온성 물질(이온 결합을 한 분자들)을 잘 녹인다. 그러나 무극성 물질과는 잘 섞이지 않는다.[15]