안녕하세요 송종민 전문가입니다. 많은 질문 바랍니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양의 쌀알무늬는 왜 나타나는 건가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.쌀알무늬는 밝은 쌀알(granule)들과 그를 둘러싼 어두운 경계(lane)들로 이루어졌다. 평균적으로 쌀알 중심부는 경계 부분보다 약 20% 정도 밝다. 쌀알의 지름은 약 1500km이며, 각각의 세포는 10분 정도 유지된다. 쌀알의 평균적인 수평 성분 속도와 수직 성분 속도는 모두 1-2 km s-1정도이다. 쌀알무늬는 광구(photosphere)를 구성하는 대표적 특징이다. 쌀알무늬는 태양의 대류층 상단에서 만들어진 대류 세포들이 밖에 있는 광구까지 침투하여(overshoot) 만들어내는 현상이다. 즉, 쌀알 하나는 광구에 나타난 대류세포이다. 각 쌀알의 중심부는 대류의 상승부에 해당하며 온도가 높은 플라스마가 솟아 오르기 때문에 밝게 보인다. 반면 개개 쌀알의 어두운 경계부분(lane)은 대류의 하강부에 해당하며 에너지를 방출하여 온도가 낮아진 플라스마 때문에 어둡게 보인다. 태양 대류층에는 다양한 규모의 대류세포가 존재한다고 알려져 있다. 이 중 가장 작은 규모의 대류 세포들이 쌀알무늬이다. 쌀알무늬보다 훨씬 크며 잘 알려진 대류세포들은 초대형쌀알무늬(supergranulation)이다.
지구과학·천문우주
Q. 토성, 목성처럼 행성에 고리가 생기는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.많은 천문학자들은 토성이 생성된 뒤 남은 물질이 고리를 이루었을 것이라 추측하고 있다. 즉 성운에서 토성이 생성되고, 비슷한 시기에 고리도 생성되었다는 것이다. 하지만 토성의 고리계가 어떻게 45억 년 이상 유지될 수 있었는지에 대해서는 설명하기 어렵다.일부 천문학자들은 토성의 고리에 대하여 토성의 강한 중력을 못 이겨 산산조각이 난 위성의 잔해물이라 주장한다. 즉 위성이나 유성체, 혜성과 같은 천체들이 토성에 가까이 접근하면 조석력에 부서지게 되고, 이후 잔해들이 남아 상호 마찰로 인해 더욱 잘게 부서져 고리를 형성한다는 것이다.천왕성의 고리는 지구에서 간접적인 방법으로 발견되었다. 천왕성의 물리적 특성을 알아보기 위해 식(蝕, 천왕성이 배경의 별을 가리는 현상)을 관측하던 중 발견한 것이다. 별빛이 천왕성에 가려지기 전에 수차례 밝기의 변화가 생겼고, 다시 나타날 때에도 같은 현상이 관측되었다. 이 관측으로 천문학자들은 별빛을 가리는 것이 천왕성의 고리라는 것을 알아냈다. 지구에서 9개의 고리들이 발견 되었고 나머지 고리들은 1986년 보이저 2호와 허블 우주망원경으로 밝혀냈다.천왕성의 고리가 그동안 지구에서 쉽게 발견되지 못한 것도 고리의 밝기가 아주 어둡기 때문인데(토성 고리 밝기의 약 300만분의 1 정도), 이것은 토성의 고리가 빛의 대부분을 반사시키는 데 반해 천왕성의 고리는 약 1%밖에 반사시키지 못하는 먼지와 소량의 검은 얼음 알갱이로 이루어졌기 때문이라고 한다.해왕성의 고리도 천왕성의 고리와 같은 방법으로 발견되었다. 직접 관측하기는 어려웠으나 해왕성이 배경의 별을 가리는 식을 일으킬 때, 별빛의 밝기 변화로 해왕성 고리의 존재를 알아냈다. 하지만 직접 확실하게 본 것은 보이저 2호 덕택이었다. 고리를 가지고 있는 다른 행성들처럼 해왕성의 고리도 여러 개의 고리들로 이루어져 있다. 이처럼 가스와 얼음으로 이루어진 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 모두가 고리를 가지고 있음이 알려졌고, 뿐만 아니라 우주선의 탐사로 지난 200년 동안 인간에게 알려진 것보다 더 많은 정보가 밝혀졌다.
화학
Q. 상온에서 액체상태로 존재하는 금속은?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.액체상태로 되어 있는 금속. 상온에서의 수은이나 원자로나 고온동력기관의 냉각재로 쓰는 나트륨·리튬 및 나트륨-칼륨 합금은 그 사용온도에서 액체상태이므로 액체금속이다. 또는 일반적인 금속소재보다 매우 단단한 비정질합금(Amorphous Alloy)을 액체금속이라고 부르기도 한다.넓은 뜻으로 녹는점 이상에서 액체상태가 된 모든 금속이 포함되지만, 좁은 뜻으로는 사용온도에서 액체상태인 금속만을 가리킨다. 예를 들어, 상온에서의 수은이나 원자로나 고온동력기관의 냉각재에 쓰이는 나트륨·리튬 및 나트륨-칼륨 합금 등이 있다.
화학
Q. 겨울철 자동차에 실내에 습기가 차는 원리에 대해서 궁금해요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.겨울철 밖에는 춥고 차 안에는 따뜻합니다. 실내외의 온도차가 커지면서 내부에 성애가 나타나기 시작합니다. 결로현상이라고 합니다.
생물·생명
Q. 혈액형 검사 중 Rh 검사의 원리가 궁금합니다
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.Rh식 항원의 종류C, c, D, E, e가 있는데 수혈할 때 문제가 되는 것은 D항원이다. D항원이 있는 경우를 Rh+ 또는 Rh 양성이라고 하고, D항원이 없는 경우를 Rh– 또는 Rh 음성이라고 한다. 동양인은 약 99%가 Rh+이고, 서양인은 약 85%가 Rh+이다.Rh-인 사람과 Rh(D) 항체A항원이 없는 사람은 anti–A Ab를 반드시 가지고 있지만, Rh–인 사람은 보통 Rh(D)Ab를 가지고 있지 않다. Rh–인 사람이 Rh(D)Ab를 획득하기 위해서는, Rh+인 적혈구에 노출되어야 한다. 이것이 ABO식 혈액형과 다른 점이다.Rh식 혈액형이 문제가 되는 경우Rh–인 사람에게 Rh+인 적혈구를 수혈했다고 해도 몸에 들어간 Rh(D) 양성 적혈구가 곧바로 배제되지는 않는다. 그것은 Rh(D)Ab가 존재하지 않기 때문이다. 그러나 시간이 지나면서 Rh(D)Ab가 생산되면 이것이 수혈 적혈구에 결합한다. 이 상태가 바로 자가면역용혈빈혈과 같은 상태이다. 수혈에 의해 들어간 적혈구는 지라 등의 대식세포에 탐식당한다(혈관외용혈).
지구과학·천문우주
Q. 중력이 10배가 된다면 지구에는 어떠한 변화가 생기나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.지구의 중력이 2배로 증가하면 조수 간만의 차 가 심해지게 되는데 조수 간만의 차가 심해지게 되면 결국 조개류, 어류 등의 번식에 치명적인 타격을 입히 게 된다. 이렇게 되면 아마 바다에는 생물이 존재하지 않는 지구가 탄생하게 될지도 모른다.조수 간만의 차가 심해지면 약한 지표는 끊임없이 침 식하며 지진으로 인한 해일과 침식 지표층으로 마그마 가 분출하게 된다. 만약 마그마의 분출이 잦아지게 된 다면 사람들의 생활도 불편해질 것이다. 또, 중력에 의 해 머무는 빛의 농도가 짙어져 우주에서 쳐다본 지구는 거무튀튀해 보일지도 모른다.그리고 지구의 중력이 2배로 증가하면 생명체들에게 도 변화가 따른다. 큰 몸집의 생명체들은 멸종하고, 시 간이 지날수록 작은 몸집으로 진화 할 것이다.10배가 돤다면 지구에 생명체는 살아갈 수 없습니다.
지구과학·천문우주
Q. 원자:사람과 사람:우주의 비율 중 더 큰 것은 무엇인가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.우주공간에서 사람의 크기는 사람과 원자의 차이보다 더 작은 존재 입니다. 아마도 원자내의 원자라고 볼 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 달에있는 헬륨3라는게 뭔가요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.헬륨3는 지구에는 거의 존재하지 않고, 달 표면에 풍부한 것으로 알려져 있다. 헬륨3는 양성자 2개ㆍ중성자 1개로 이뤄져 있는데 이것은 바닷물에 풍부한 중수소(양성자 1개ㆍ중성자 1개)와 핵융합시키면 양성자 2개ㆍ중성자 2개의 정상적인 헬륨 원자가 되면서 막대한 전기에너지를 방출한다. 1g의 헬륨3는 석탄 약 40t이 생산해 내는 정도의 전기에너지를 생산할 수 있다.
물리
Q. 중력상수는 어떻게 결정되는 것인지 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.중력 상수(重力常數, gravitational constant, 기호 G), 만유인력 상수 또는 뉴턴 상수는 중력의 세기를 나타내는 기초 물리 상수다. 중력을 다루는 모든 이론, 예를 들어 뉴턴의 만유인력의 법칙과 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 등장한다. 과학 기술 데이터 위원회 2010년 자료[1] 에 따르면, 국제단위계에서의 값은 다음과 같다.
전기·전자
Q. 플랑크 상수는 어떻게 쓰이는 상수인지 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.플랑크상수는 자연의 기본상수 가운데 하나로, 양자역학 현상의 크기를 나타낸다. 양자 효과를 고려해야 하는 모든 양에 나타난다. 독일의 물리학자 플랑크(M. Planck, 1858-1947)가 처음 사용하였다.값플랑크상수는 보통 기호 h로 나타내며, 2018년 12월의 측정값은 h = 6.626 070 040(81) x 10^{-34} J s 이다.1) 여기에서 (81)은 오차를 나타내는데, 마지막 두 자리 숫자의 표준편차를 나타낸다. 단위는 에너지 단위인 줄(Joule, J)과 시간 단위인 초(second, s)를 곱한 것이다. 2018년 제26차 국제도량형총회(Conference generale des poids et mesures, CGPM)에서 킬로그램을 재정의하면서, 플랑크상수의 값은 6.626 070 15 x 10-34 J s로 고정되었는데, 이 값은 2019년 5월 20일부터 공식 사용된다.때때로 플랑크상수를 원주율의 두 배로 나눈 상수 ℏ=h2π 를 플랑크상수라고 하기도 하고, 또는 환산 플랑크상수(reduced Planck constant), 디랙상수(Dirac constant)라고 하기도 한다. 표기할 때는 h에 가로줄을 그어 사용한다. 읽을 때는 영어로 에이치 바(h bar) 또는 독일어로 하 크베어(h quer)라고 읽는다. 환산 플랑크상수의 2018년 12월의 측정값은 1.054 571 800(13) x 10^{-34} J s이고, 2019년 5월 20일부터 사용되는 고정 값은 1.054 571 818 … x 10-34 J s이다.사용예가장 많이 사용되는 예는 다음과 같다. 플랑크가 1901년 흑체복사 실험을 설명하기 위하여 양자가설을 제시하였으며, 이때 광자 한개의 에너지는E=hf=hcλ로 주어진다. 여기에서 f는 광자의 진동수이며 같은 것을 광속 c와 파장 λ로 쓸 수도 있다. 아인슈타인이 1905년 광전효과를 설명하기 위하여 다시 양자가설을 제시하였고, 이 식이 다시 등장한다.드브로이의 물질파에서도 플랑크상수가 쓰이며, 운동량이p=hλ처럼 주어진다.