안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
Q. 개미 같이 작은 곤충이 높은 빌딩에서 떨어져도 살 수 있는 이유가 궁금해요~
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.개미는 다른 많은 곤충과 마찬가지로 상대적으로 질량이 적고 몸집이 작기 때문에 큰 동물에 비해 넘어져 다칠 가능성이 적습니다. 또한 개미는 공중에서 몸의 위치를 조절할 수 있고 착지 위치를 조절할 수 있어 안전하게 착지할 수 있습니다.개미가 높은 건물에서 떨어지면 본능적으로 다리를 벌리고 더듬이를 사용하여 공중에 방향을 잡습니다. 이를 통해 개미는 몸 위치를 제어하고 착지 위치를 조정하여 발로 착지할 수 있습니다.몸을 덮고 있는 단단한 외피인 개미의 외골격도 낙상 시 개미를 보호하는 데 도움이 됩니다.우리가 접하는 개미는 약 3mm에서 1cm 정도로 작은 몸집을 지니고 있습니다.몸무게는 1g도 되지 않는 약 0.5g이라는 작은 질량을 가지고 있어요.또한, 개미의 몸은 머리, 가슴, 배로 나뉘며 냄새와 맛을 아는 더듬이와 잘 보이지 않는 겹눈 두 개가 있습니다.그리고 여기서 신기한 특징이 하나 있는데, 그것은 바로 개미는 배자루마디라는 기관이 있어서 몸을 자유롭게 구부렸다 펼 수 있는 능력을 갖추고 있다는 점입니다. 또한, 사람 눈에는 잘 보이지 않지만, 온몸을 아주 미세한 털이 뒤덮고 있다는 특징도 가지고 있죠.이런 개미의 신체적 특징이 높은 곳에서 떨어져도 무사할 수 있는 이유와 과연 어떠한 관계가 있을까요? 개미가 계단에서 떨어지는 상황과 사람의 경우와 비교해 설명해보도록 하겠습니다.개미를 5mm로, 계단 하나의 길이는 약 12cm라고 가정해보자면, 계단의 높이는 개미의 몸길이의 약 24배가 됩니다. 이를 신장 170cm, 60kg인 사람에게 단순 적용해보게 되면 약 41m, 15층 높이의 빌딩에서 뛰어내리는 것으로 생각할 수 있는데요. 중력가속도를 9.8㎨라고 가정했을 때 41m 높이에서 떨어진 지면에 닿기 직전의 사람의 속도를 계산해보면 v=루트 2gh 약 28.3m/s라는 엄청난 속도가 됩니다.지면에 닿는 순간 사람의 속도는 0이 되면서 이 순간 사람이 받는 충격량은 지면에 닿기 직전에 가지는 사람의 운동량의 크기와 거의 같아지게 되죠.이 정도의 충격은 5kg의 볼링공이 시속 1,222km/h로 날아와 우리 몸에 부딪히는 것과 같은 충격이니, 이 충격을 받고, 살아남기는 힘들겠죠?이제, 개미의 경우에서 생각해볼게요.계단 한 칸의 높이는 12cm. 개미의 몸무게는 0.5g입니다. 12cm 떨어진 지면에 닿기 직전의 개미가 갖는 속도는 약 1.5m/s입니다.지면에 닿는 순간 개미의 속도도 0이 되면서 개미가 가지고 있었던 지면에 닫기 직전의 속도만큼의 운동량을 충격량으로 받게 됩니다.계산해보면 1.5x 0.5x 10 -3 [kg m/s] = 7.5x10 -4 [kg m/s]만큼의 충격량을 받는 것이죠.이를 사람이 받는 충격량과 비교해보면 무려 226만 배 정도의 차이가 나는 건데요.무거운 생물체가 떨어지게 되면 중력의 영향으로 속도가 빠르게 증가하지만, 상대적으로 가벼운 개미는 질량 자체가 작아서 공기저항의 영향을 많이 받게 되면서 떨어지는 속도도 느려지고 질량도 작기 때문에 운동량 자체가 적어져 떨어진 후의 충격도 크지 않은 것이랍니다.그리고 개미는 자신의 몸무게보다 많게는 약 5천 배 이상의 무게를 들 수 있다고 하는데요,그 이유는 효율적으로 무게를 분산시킬 수 있는 기하학적 신체구조로 되어 있기 때문이라고 합니다.개미는 외골격이라는 딱딱한 피부로 되어있으며, 이것은 3층으로 나뉘어 바깥쪽은 표피, 그 아래는 진피, 안쪽에는 기저막으로 구성되어 있는데요.이러한 구조는 뼈를 대신할 만큼 견고하게 조직되어 있어서, 높은 곳에서 떨어져도 충격을 잘 분산시켜 몸에 이상이 없는 것이랍니다. 전매특허의 신체 능력과 최소의 충격량으로 개미는 계단뿐만 아니라 더 높은 곳에서 떨어져도 죽지 않을 수 있답니다.
Q. 혈액형이 4가지로 나뉘는 기준이 뭔가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.일반적으로 혈액형은 적혈구 항원의 형태, 수적이상 및 가계의 유전적 차이 등의 원인으로 아래와 같은 종류가 있다.ABO식Rh식적혈구 막의 항원이나 항원결정인자에 의하여 D, C, c, E, e 등, 약 40개의 항원으로 나누며 적혈구 세포막에 각각의 항원이 존재하는지에 따라 Weak D형, -D-/-D-형[1] 등으로 분류된다.Lewis식정상적인 사람의 혈청 속에 드물게 존재하는 동종이며 불규칙 항체를 가지고 있으며 P식은 P1, P2, Pk1, Pk2, p형의 5가지로 구분된다.MNSs식M, N, S, s항원이 존재하며, 이 네 항원이 모두 없는 MkMk형이 알려져있다.P식Kell식등 다양한 종류가 있다. 각각의 혈액형은 세부적으로 다시 분류될 수 있다. 특별히 어떤 형질이 나타나진 않지만 다른 유전자의 작용을 억제하는 유전자를 억제유전자라고 하는데 혈액형 ABO에는 억제유전자가 존재한다(ex) H or h). HH or Hh 의 경우 우리가 일반적으로 알고 있는 ABO 혈액형의 표현형이 나타난다. 다만 hh인 경우 AB, AO, BO, OO 모두 표현형이 O형으로 나타난다. 이와 같은 경우를 상위성(epistasis)을 가진다고 말하기도 한다.[2]이렇게 혈액형이 다양한 형태로 분화한 것은 아마도 인류는 서로 각자 다른 환경에서 생활하였고 그 환경에 적응하는 과정에서 유전적 변이(돌연변이)로 인하여 기존에는 없던 새로운 형태의 혈액형이 발생하였다는 설이 유력하다. 혈액형의 분화가 질병면역과의 연관성이 높다는 주장이 제기되고 있으나 축적된 데이터의 부족과 신뢰성 문제로 인해 정설로 인정받는 설은 아니다.
Q. 최초의 핵폭탄 실험에서 지구가 증발할 수도 있었다던데, 어떤 이유 때문이었나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.1945년 7월 16일 뉴멕시코에서 최초의 핵폭탄 실험이 진행됐다. 핵폭탄의 아버지 줄리어스 로버트 오펜하이머는 힌두 경전 ‘바가바드 기타(Bhagavad Gītā)’의 한 구절을 떠올렸다. “이제 나는 죽음이요, 세계의 파괴자가 되었노라.” 오펜하이머가 핵폭탄 개발을 후회하게 된 전환점, 이른바 ‘오펜하이머 모먼트(순간)’로 알려졌지만 최근 학자들의 생각은 다르다. 이 구절은 인도 왕자 아루주나 앞에 등장한 수호신 비슈누의 화신(化身) 크리슈나가 신의 뜻에 따르려면 골육상잔도 서슴지 말라고 계시하는 장면이다. 모든 것을 소멸하는 무기를 만든 오펜하이머가 더 큰 악(惡)을 끝낼 수단이라며 신을 빌려 자신을 정당화했다는 것이다. 진심이 무엇인지는 본인만 알겠지만 오펜하이머는 이후 핵폭탄 개발 중단을 주장했고, 수소폭탄을 반대하다 1954년 축출됐다.세계적 화제가 된 영화 ‘오펜하이머’의 감독 크리스토퍼 놀런은 “인공지능(AI) 연구자들은 오펜하이머와 비슷하다”고 했다. AI 연구자들이 오펜하이머처럼 결과를 책임지지 못할 일을 하고 있다는 것이다. 그만의 생각이 아니다. 일론 머스크는 “AI가 핵폭탄보다 위험하다”고 했고 샘 올트먼은 오픈AI의 챗GPT 개발을 오펜하이머의 핵폭탄 개발 과정인 ‘맨해튼 프로젝트’에 비유했다.핵폭탄 제조에는 대규모 정부 시설과 자금, 사람이 필요하다. 오펜하이머의 로스앨러모스 연구소에는 6000명이 넘는 과학자가 근무했고 20억달러가 투입됐다. 반면 AI는 컴퓨터와 인터넷만 있으면 된다. 최근 조 바이든 미 대통령은 글로벌 AI 업계를 이끄는 빅테크 경영진에게 “AI가 생성한 콘텐츠에 워터마크를 넣자”고 제안했고 기업들도 동의했다. 누구나 AI로 가짜 뉴스와 이미지를 만들 수 있는 현실에서 빅테크와 정부의 합의가 얼마나 효과가 있을지는 의문이다.
Q. 콘센트에선 어떻게 전기가 들어오는거죠?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.전기가 만들어지면 전류가 통하는 전선이나 도체를 따라서 전기가 흐르게 됩니다. 중간에 변압기를 통해서 전압을 낮추면서 이동하고 집에 들어오게 됩니다.
Q. 지구자기장은 지구에 무슨 역할을 하나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.지구자기장은 지구의 내부의 원인에 의해 나타나는 자기장으로서, 지표면으로부터 상당히 먼 우주공간까지 뻗쳐있다.지구표면에서의 자기장의 크기는 매우 작아 약 20에서 80 마이크로 테슬라, 즉 0.20에서 0.80 가우스의 값을 가지는데, 이는 보통 초등학교 교재로 쓰이는 말굽자석이나 막대자석이 만드는 자기장의 수백분의 1에 불과하다. 지구자기장의 주된 원인은 지구 내부의 액체로 이루어진 이온 핵심(코어)의 회전 때문으로 알려져 있는데, 이렇게 액체의 철 이온 핵심이 움직여 자기장이 생성되는 것을 설명하는 이론을 다이너모 이론이라 한다. 이런 이유로 지구자기장은 균일하게 자기화된 공 모양의 자석이 만드는 자기장과 비슷한 양상을 보이는데, 이는 지구내부에 막대자석이 길게 뻗어 있는 상황과 비교될 수 있다.지표면의 어떤 지점에서의 자기장의 방향은 나침반으로 측정할 수 있는데, 나침반은 바늘 모양의 자침을 수직축상에서 자유롭게 회전할 수 있도록 한 것이다. 북반구에서는 자침에서 N극이 가리키는 방향에 지구의 자기북극이 있다고 할 수 있는데, 실제로 이 지점은 지구내부에 커다란 막대자석이 있다고 할 때 이 막대자석의 S극이 되는 것이다. 그런데, 지구의 자기북극이나 자기남극은 지구 자전축의 북극이나 남극, 즉 진북이나 진남에서 어느 정도 벗어나 있다. 자기북극과 자기남극을 잇는 축은 지구 자전축과 약 11 도의 각도를 이루고 있다. 자기북극은 그린란드에 위치하며 자기남극은 남극대륙에 위치하고 있다.