안녕하세요.
지구과학·천문우주
Q. 암흑물질이 있다는 것은 어떻게 아나요?
암흑물질은 말 그대로 암흑이라 전자기파를 방출하지 않기 때문에 망원경이나 전파망원경 등 일반적인 관측방법으로는 관측할 수 없습니다. 암흑물질이 가진 중력을 이용하여 간좁적으로 관측합니다. 빛은 우주공간이든 어디서든 직진합니다. 그러나 중력이 작용하면 중력에 의해 빛의 경로가 휘어집니다. 매우 큰 질량을 가진 천체가 있다면 빛은 그 천체 주위에서 휘어집니다. 만일 암흑물질이 있다면 뒤에 있는 천체로부터 방출되는 빛이 암흑물질의 중력에 의해 휘어져 경로를 바꾸고 우리 눈에는 여러 개로 보이기도 합니다. 이러한 현상을 중력렌즈라고 합니다. 렌즈를 통해 빛을 모으듯 암흑물질의 중력이 빛을 모아주는 역할을 하는 것입니다.
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Q. 지구과학 용어 중에 단열승온이 무슨 뜻인가요?
먼저 단열이라는 개념을 알아야 합니다. 공기덩어리가 상승하거나 하강할 때 매우 느린 속도로 이동하면 주변의 공기와 열을 주고받으며 기온이 비슷한 상태가 됩니다. 그러나 주변의 공기와 열을 주고받지 못할 정도로 빠르게 이동하면 주변과는 단절된 상태가 됩니다. 이를 단열이라고 합니다. 강한 바람이 불어 산을 타고 상승하거나 하강할 때 공기덩어리는 거의 단열 상태로 이동합니다. 단열된 상태로 상승하는 경우 공기덩어리 내부의 압력은 주변의 기압보다 높게 됩니다. 이런 상태에서 공기덩어리는 주변의 공기덩어리를 밀어내고 팽창하게 되는데 이를 단열팽창이라고 합니다. 주변의 공기를 밀어내는 과정에서 일을 했으므로 공기덩어리의 기온은 내려갑니다. 반대로 산을 타고 내려오는 경우는 기압이 낮은 곳에서 높은 곳으로 내려오는 것이므로 주변의 압력에 의해 공기덩어리는 압축되는데 이를 단열압축이라고 합니다. 이 과정에서 공기덩어리는 주변으로부터 일을 받았으므로 에너지가 높아지고 온도는 올라갑니다. 이렇게 단열 과정으로 내려오는 동안 온도가 올라가는 것을 단열승온이라고 합니다. 높새바람도 단열승온이 일어나는 바람입니다.
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Q. 화산이 폭발하면 지진도 같이 나나요?
화산이 폭발한다는 것은 지하에 있던 마그마가 지표로 분출되는 현상입니다. 지하에 있던 마그마가 지각의 좁은 틈을 뚫고 올라오는 동안 주변에 압력을 가하므로 지진이 발생합니다. 이때 발생하는 지진은 지각의 충돌이나 판의 섭입 등 지구조적으로 발생하는 지진보다는 규모가 작은 것이 일반적입니다. 화산학자들은 화산 근처에서의 지진활동을 측정하여 화산의 분화를 미리 예측하기도 합니다.
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Q. 사해의 염분이 높은 이유가 무엇인가요?
사해의 해발 고도는 -412m입니다. 사해는 북쪽을 기준으로 동쪽의 요르단과 서쪽의 이스라엘로 나뉘어져 있으며, 판구조론적으로는 판이 갈라지는 열곡대에 해당합니다.사해는 주변보다 낮으므로 하천수가 모이는 곳입니다. 일반적으로 하천수가 모이면 바다로 나가는데 사해는 더 이상 나갈 곳이 없습니다. 게다가 증발이 잘 일어나므로 다른 지역에 비해 염분이 높은 것입니다. 사해의 염분은 일반 바닷물의 약 10배입니다.
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Q. 에라토스테네스의 지구의 반지름을 구하는 방법 좀 설명해주세요.
원을 보면 중심각과 호의 길이는 비례함을 알 수 있습니다. 따라서 호의 길이와 호의 길이에 대한 중심각의 크기를 알면 전체 원의 길이와 반지름을 알 수 있습니다. 예를 들어 중심각의 크기가 90°이고 호의 길이가 30cm라면, 전체 원에 대해 1/4의 길이가 30cm인 셈이 되니 전체 원의 길이는 120cm가 됩니다. 원의 길이는 ‘2×반지름×3.14’이므로 이 경우 원의 반지름은 120/(2×3.14)≒19.1cm가 됩니다.이런 방식으로 지구 둘레나 반지름을 구하려면 동일 경도상의 위도가 다른 두 지점을 정해서 두 지점 사이의 거리와 위도 차이를 알면 됩니다.그러나 에라토스테네스가 살았던 시대의 측량기술로는 두 지점 사이의 직선거리를 정확하게 구할 수 없었을 테니 두 지점 사이의 거리는 실제값보다 크게 나왔을 겁니다.에라토스테네스가 이런 방식으로 구한 지구의 둘레는 약 46,250km였으며, 현재 측정값은 40,075km에 비해 15% 정도 큰 값입니다. 그러나 모든 것을 고려했을 때 에라토스테네스는 간단한 방법으로 지구 둘레를 아주 정밀하게 측정한 것입니다.