안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
Q. 우주의 별들은 왜 전부 동그란가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다. 별만 둥근 것이 아니라, 지구나 달도 다 둥글다. 여기서 ‘천체는 다 둥글다’란 대체적인 결론을 내릴 수 있다. 그런데 왜 개성 없이 똑같이 둥글기만 할까? 정답은 중력의 작용 때문이다.지구가 공처럼 둥글다는 사실을 인류가 맨처음 직접 눈으로 확인한 것은 1972년 12월 7일이었다. 달로 향하던 아폴로 17호의 승조원들이 되돌아본 지구의 모습은 ‘푸른 구슬’ 하나가 우주에 둥실 떠 있는 광경이었다. 선장 유진 서넌은 이 광경을 렌즈에 담았고, ‘푸른 구슬’이라는 뜻의 블루 마블(The Blue Mable)이라는 이름으로 가장 유명한 천체사진으로 등극했다.이처럼 지구가 공같이 둥근 것은 중력의 세기가 거리와 밀접한 관계가 있기 때문이다. 물질은 중력으로 뭉쳐지게 되는데, 중력은 중심에서 작용하는 힘으로, 중력의 방향은 항상 물체의 중심으로 향한다. 중심에서 주위의 어느 쪽으로도 치우쳐지지 않는 균형된 중력의 세기를 유지하는 도형, 그것이 바로 구인 것이다. 자연은 이유 없이 어떤 것을 특별히 봐주지 않는다. 이처럼 방향에 구애받지 않는 성질을 구대칭이라 한다.좀더 구체적으로 설명하면, 중력은 물체를 위치 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 움직이게 만들므로 물질들은 위치 에너지가 낮은 곳에서부터 쌓이기 시작한다. 따라서 높낮이가 심한 표면의 울퉁불퉁함이 점차 매끈하게 변형된다. 덩치가 큰 행성의 중력은 중심을 향해 구형 대칭으로 작용하기 때문에 물질이 구형으로 쌓이게 되면서 공 같은 구형을 이루게 된다.
Q. 힘을 측정하는 공식에서 왜 속도가 아닌 가속도를 곱하는 것일까요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.질량은 힘이 작용할 때 물체가 얼마나 쉽게 움직이는지, 또는 쉽게 움직이지 않는지에 대해 알려주는 값이다. 일상적으로 잘 알고 있듯이, 어떤 물체가 무거우면 잘 안 움직이고 가벼우면 쉽게 움직일 수 있다. 이 경험적인 사실을 물리학 이론으로 만든 것이 힘과 가속도의 법칙이며, 여기서 알 수 있듯이 물체의 질량이 크다면 같은 힘이 작용해도 물체의 가속도가 작아진다. 반대로, 질량이 작다면 같은 힘에 대해서 가속도가 커진다.
Q. 전자파는 어떻게 해서 나오는 건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.흔히 전자기파의 유해성을 이야기할 때에는 '전자파(電磁波)'라는 단어를 사용한다. 전자기파(電磁氣波)와 다르다고 흔히 착각하는데, 엄연히 같은 말이다.전자기파에는 무선통신에 이용되는 전파부터 흔히 “열선”이라 부르는 적외선, “빛”이라 부르는 가시광선, 피부암과 백내장을 일으킨다는 자외선, 인체를 통과하는 엑스선, 원자폭탄이 터질 때 튀어나오는 감마선 등 다양한 주파수와 파장을 가진 것들이 포함된다. 앞 문장에 나온 전자기파들은 먼저 언급된 것일수록 주파수는 낮고 파장은 길다. 주파수가 낮고 파장이 길다는 것은 그 전자기파가 가진 에너지가 적다는 의미이다. 에너지가 아주 높은 전자기파는 “이온화 방사선”이라 부른다.에너지가 높은 전자기파는 생물의 세포(특히 DNA)를 손상시킨다. 원자폭탄이나 핵물질에서 나오는 감마선에 피폭되면 시름시름 앓다가 죽는 이유가 그것이며, 햇빛의 자외선에 과다 노출되면 피부암에 걸리는 이유도 그것이다. 때문에 고주파수 전자기파가 건강에 해롭다는 것은 논란의 대상이 아니며 의심할 바 없는 사실이다.
Q. 우주복은 왜 반짝거리는 흰색복장인가요 ?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.우주복 위에서부터 아래까지 모든 것을 새롭게 설계했으며 소재는 온도가 매우 낮은 달 남극의 극한환경을 견뎌낼 수 있는 단열재를 썼다. 헬멧 양쪽에는 고성능 헤드라이트와 고화질 카메라가 있다. 또 등에 메는 배낭에는 생명 유지 장치가 들어 있다. 산소통과 자동 냉난방 에어컨이 하나로 합쳐져 있다고 생각하면 된다. 한 번 입으면 8시간 동안 활동할 수 있다. 그러나 생리현상을 해소하기 위해 우주복 안에 기저귀를 착용하는 것은 지금의 우주복과 같다. 액시엄은 우주복의 색상을 제외하면 최종 제품과 비슷하다고 설명했다. 실제로 우주비행사들이 입을 우주복의 색상은 햇빛 반사율을 높이기 위해 흰색으로 할 계획이다.
Q. 초전도체가 발견되기 이전에 비슷한 물질이 있었나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.아니요. 전도체나 도체 반도체만 존재헸습니다.저온공학 기반 초전도 현상의 발견이전의 과학자들은 극저온에서 전자들의 거동에 대해 의견이 분분했다. 세 의견으로 나뉘었는데, 다른 온도 대역처럼 어느 정도 저항이 있을 것이라는 의견, 고체를 이루는 격자진동이 완전히 사라져 전기저항이 0 Ω0Ω이 될 것이라는 의견, 그리고 전자들이 얼어붙어 저항이 증가할 것이라는 의견이 있었다. 아예 액화가 안 되는 물질들인건 아닐까? 라는 접근으로 영구기체라는 단어도 있었다.1908년, 네덜란드의 과학자 헤이커 카메를링 오너스는 액체 헬륨(4.2 K4.2K)[2]을 만드는데 성공했다.[3][4] 이에 오너스는 저온에서의 전자 거동을 측정하기 시작했다.1911년, 오너스는 여러 금속의 저항을 측정하던 중 4.19 K4.19K 에서 수은[5]의 전기저항이 극도로 낮아지는 현상을 발견했다. 굉장히 낮은 저항이어서 일반적인 4단자 측정법으로는 측정이 어려웠기에, 폐회로를 만들어 기전력이 없어도 전류가 계속 존재하게 하며 자기장의 변화를 측정했다. 측정결과 저항을 '0 Ω0Ω으로 여겨도 될 정도'임이 밝혀졌다. 이후 수은 외에도 많은 종류의 물질이 초전도성을 가질 수 있음이 밝혀졌다.마이스너 효과의 발견1933년, 독일의 물리학자 프리츠 발터 마이스너(Fritz Walther Meißner), 로버트 오쉔펠트(Robert Ochsenfeld)가 주석과 납 시료에서 초전도체 내부로 자기장이 침투하지 못 하는 현상을 실험적으로 발견했다.