안녕하세요. 이원영 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구 밖 우주에도 바람이 부는지요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.바람은 공기가 있어야 일어나는 현상입니다. 우주에는 공기가 없습니다. 진공상태이죠 따라서 대류현상, 기압이 발생할 수 없습니다.
지구과학·천문우주
Q. 별의 죽음은 어떤 과정을 거치는지 궁금합니다.
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.1.원시성 단계항성 형성 과정은 분자 구름 내부 중력이 불안정해지면서 시작된다. 일단 분자구름 안의 어떤 영역이 밀도가 충분히 높아져 자기 스스로의 중력 때문에 붕괴하기 시작한다. 분자 구름이 붕괴하면, 그 중심의 밀도 높은 먼지 및 가스 덩어리들이 구의 형태로 뭉쳐진다. 구상체가 스스로의 중력 때문에 수축하면서 밀도가 높아질수록, 중력 에너지는 열로 바뀌어 온도가 상승한다. 그리고 이 구의 형태로 뭉쳐진 구름이 안정적인 정역학적 평형 상태에 이르면, 이를 원시별이라 부른다. 정역학적 평형 상태에 도달한 별을 원시성이라 한다. 원시별의 주변에는 고밀도의 가스와 먼지로 둘러싸여 있어서 가시광의 관측이 힘들고, 적외선관측과 분광기를 이용한 관측으로 원시별을 연구하고 있다.2.전주계열단계전주계열이란 별이 주계열 단계에 들어가기 전의 단계를 말한다. 즉 분자구름이 중력붕괴를 시작한 부분에서 원시별 내부의 수소가 융합을 막 시작되는 단계 사이에 속하는 별을 전주계열성이라 한다. 분자구름 중심부에 형성된 원시별은 주변의 물질이 원시별 표면에 떨어져 그 질량이 서서히 증가하고 온도와 밀도도 증가하게 된다. 이렇게 증가하는 원시별의 내부 온도는 바깥쪽으로 대류에 의해 전달되고, 원시별은 서서히 밝아지기 시작한다. 원시성의 중심의 에너지가 바깥쪽으로 빠져 나감에 따라 수축을 계속하며, 중심 온도는 계속적으로 증가하게 된다. 중심부의 온도가 일정수준까지 올라가게 되면 중심에서 핵융합 반응이 일어나게 되는데, 이 반응에서 나오는 에너지로 중력과 압력에 의한 힘은 평형상태를 이루고 별은 안정된 주계열 단계로 가게 된다.3.주계열단계주계열단계란 별의 중심부에서 수소의 핵융합 반응이 일어나는 전체적인 진화단계를 말하며, 별의 일생 중 가장 긴 시간을 차지한다. 보통 평범한 별들은 그 일생의 대부분을 중심부에서 수소를 헬륨으로 전환시키며 보낸다. 이처럼 핵융합반응으로 인해 핵에 있는 수소의 양이 줄어들고 헬륨이 늘어나며, 평균원자량은 증가한다. 따라서 별을 지탱할 수 있는 충분한 압력을 가지기위해 중심핵이 조금씩 수축하며, 밀도가 증가하고 온도가 증가한다. 그리고 별의 내부 온도가 상승함에 따라 별은 조금씩 커지며, 표면에 이르는 에너지는 커져서 별의 광도가 조금씩 증가한다. 실제로 우리에게 가장 가까운 별인 태양 또한 이러한 주계열 단계에 있으며, 전주계열을 지난 이후 꾸준히 광도와 반지름, 온도가 증가해 왔다고 알려져 있다.4.후주계열단계후주계열단계란 별 내부의 핵융합반응이 끝난 시점을 시작으로 마지막 진화단계를 말한다. 평범한 별(태양과 비슷한 질량을 가진 별)은 중심부에서의 수소 연소가 끝나고 더 이상 에너지를 낼 수 없어 핵은 수축해져 간다. 수축하는 핵에 의해 에너지가 발생하고 이 에너지는 핵의 바깥부분 수소층을 가열시켜 핵융합반응을 일으킨다. 따라서 별의 외부층은 팽창하고 광도가 증가한다. 이러한 별의 마지막 단계는 별의 초기질량에 따라 다양하게 나타난다. 태양에 비해 가벼운 별들은 헬륨의 핵이 반응을 할 수 있을 정도의 온도를 갖지 못하여 더 이상 진화를 못하고, 핵만 남겨지게 된다. 태양과 비슷한 질량의 별들은 헬륨의 핵이 반응을 시작하고, 탄소로 이루어진 핵이 남겨질 때까지 진화를 하게 된다. 그리고 태양보다 훨씬 큰 질량을 갖는 별들은 초신성 폭발을 하며 중성자별을 남기거나 블랙홀이 되기도 한다.
화학
Q. 봄철만 되면 황사먼지가 심한데 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.황사는 보통 중국대륙이 봄철에 건조해지면서 북부 고비사막과 타클라마칸 사막, 황하 상류지대의 흙먼지가 강한 상승기류를 타고 3000∼5000m 상공으로 올라가 초속 30m 정도의 편서풍을 타고 우리나라까지 날아오는 현상입니다.황사가 만들어지기 위해서는 먼저 날아오르기 쉬운 20㎛ 이하의 모래먼지가 많아야 합니다. 다음으로는 모래먼지를 날아오르게 하는 강한 바람이 있어야만 합니다. 기상학적으로는 한랭전선을 동반한 저기압이 발생할 때 강한 상승공기가 만들어집니다. 강한 바람으로 상공으로 올려 진 모래먼지는 기압골 뒤에 따라오는 대륙성고기압의 강풍에 실려 우리나라로 날아옵니다.
지구과학·천문우주
Q. 물과 기름이 초음파의 원리로 섞인다는데 과학적으로 맞는 말인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.초음파를 이용해 기름 입자를 잘게 쪼개는 방식으로 물과 섞는 기술을 개발했다. 기름에 초음파를 쏘면 미세한 기포(氣泡)가 생기고 이 기포가 터지면 더 큰 에너지가 나와 기름이 잘게 부서지는 원리를 이용했다.지금까지 초음파를 이용해 기름 입자를 마이크로미터(100만분의 1m) 크기로 쪼개는 기술은 있었다. 하지만 이 기술을 이용해 섞어 놓으면 며칠 지나지 않아 기름 입자끼리 다시 달라붙으며 물과 분리되기 일쑤였다. 고주파(500㎑)의 초음파를 발생시키는 장치를 개발했다. 이 장치에 물과 기름 혼합 용액을 넣었더니 기름 입자가 수십 나노미터(10억분의 1m)로 잘게 쪼개져 물과 잘 섞이는 현상을 확인했다. 화장품 성분으로 많이 쓰이는 세티올 오일과 천연 올리브 오일을 각각 증류수와 섞었는데 6개월이 지나도 섞인 상태가 유지됐다.
지구과학·천문우주
Q. 금성이 태양계 행성 중에 제일 밝은가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.태양계에 여러 행성이 있습니다. 그 중에서 금성이 가장 밝게 빛나고 있는 것이 사실입니다.
토목공학
Q. 왜 안개는 산쪽에 많이 생기는것인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.산에서 발생하는 안개는 장소에 따라 두 종류로 구분됩니다. 맑고 추운 새벽녘에 낮은 계곡지대에서 발생하는 안개는 골안개라고 하며, 높이가 일정하게 발달하는 것이 특징입니다.골안개는 주로 봄, 가을에 내륙산간지방에서 발생하며, 발생원인은 복사에 의한 냉각이 원인이 됩니다. 이런 계절에는 맑고 바람이 없는 새벽녘에 예외 없이 발생합니다.골안개는 일정한 높이로 안개가 깔리기 때문에 지표면에서는 시계를 분간할 수 없으나, 능선이나 산 위로 올라가면 안개지역에서 벗어날 수 있습니다. 골안개의 장대하게 펼쳐진 운해는 장관을 연출하기 때문에 산악사진의 좋은 소재가 되기도 합니다.골안개는 아침에 해가 떠서 기온이 상승하면 오전 중에 걷히게 됩니다. 골안개는 복사무라고도 부릅니다. 아침에 복사무가 발생하면 맑은 날씨를 보입니다.골안개는 비슷한 높이로 골짜기 안에 안개가 깔리지만, 산안개는 일정한 높이로 산 윗부분에만 안개가 깔리는 특징이 있습니다.
생물·생명
Q. 뉴튼이 사과 떨어지는것을 보고 만유인력을 발견했다는 일화가 사실이 아닐 수 있다는데 근거가 있는이야기 인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.스터클리는 뉴튼과 같이 링컨셔 출신의 과학자로서 개인적인 친분을 통해 뉴튼의 말년에 함께 많은 시간을 보냈던 것으로 알려져 있습니다. 이 문서의 42페이지에 보면 1726년 어느날 뉴튼과 스터클리가 함께 뉴튼의 고향집에서 함께 저녁식사를 하며 나눈 대화의 내용이 담겨져 있습니다.“저녁식사후 따뜻한 햇살 아래, 우리는 정원으로 자리를 옮겨 사과나무 그늘 아래에서 차한잔을 함께 했다. 뉴튼과 나, 이렇게 단 둘이서만. 다른 여러가지 이야기들 중에, 그가 나에게 말하기를, 그가 처음 중력에 관한 생각을 하게 되었을 때도 지금 내가 그와 대화를 나누고 있는 모습과 거의 상황이었다고 했다. 당시에도 지금과 같이 사과나무 아래에서 그가 깊은 사색에 빠져 있는 데, 나무에서 떨어지는 사과를 보고서 사과는 왜 항상 바닥을 향해서 떨어지기만 하는 걸까라는 생각을 하게 되었다는 것이다. “바로 이 대목이 실제로 뉴튼과 사과나무 사이의 관계를 언급하고 있는 유일하다고 볼 수 있는 기록입니다. 흥미로운 것은 이 역시 뉴튼이 실제 만유인력을 발표한지 50여년이 지난 이 후에 사적인 자리에서 차 한 잔을 하며 한 이야기의 한 조각일 뿐이라는 것입니다. 이렇게 이 이야기에 크게 신빙성을 둘 수 없다고 말하는 사람들은 뉴튼이 이 회고록의 대목을 제외한 그 어떤 곳에서도 사과나무에 대해 언급한 것을 찾아볼 수 없다는 것을 그 근거로 이야기합니다.사과나무에서 떨어졌던 사과 한 개가 뉴튼에게 만유인력에 대한 최초의 영감을 준것인가 아닌가를 확인할 수 있는 방법은 없습니다. 그러나 이미 사과나무와 뉴튼의 일화는 아르키메데스가 욕조에서 목욕 중 밀도와 부피와의 관계를 알아내고 “유레카”를 외쳤다는 것과 더불어 사소한 것으로부터 물리법칙을 깨닫게 된 과학 역사상 가장 유명한 순간 중 하나로 여겨지고 있습니다.
화학
Q. 윤년과 윤달이란 무엇이고, 윤년과 윤달이 생기는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.4년마다 2월 29일 생기는 이유는 지구의 자전주기와 공전주기가 딱 맞물리지 않기 때문에 발생합니다.지구가 태양을 한 바퀴도는 공전주기는 365.2422일 인데 달력의 초소단위인 하루는 자전주기를 기준으로 하기 때문에 남는 0.2422일(5시간 48분 46초)을 표기할 방법이 없습니다.그러나 , 이 오차가 4년이 모이면 0.9688일 하루에 근접해지기 때문에 4년 마다 하루를 추가해서 넣는것이 윤년이라고 합니다. 이렇게 추가된 날짜를 윤일 또는 윤년일이라고 부릅니다.그 윤년이 2월 29일 된 이유는 2월이 가장 짧기 때문입니다.음력은 354일, 양력은 365일로 음력이 양력보다 11일이 짧습니다. 3년이면 33일이 모자르게 됩니다. 따라서 3년에 한번씩 윤달을 둡니다. 그러면 음력과 양력의 날짜가 거의 비슷해지게 됩니다. 윤달이 있는 해는 음력으로 총날짜수가 383일 또는 384일이 됩니다.윤달의 계산은 19년 7윤법을 가장 많이 사용합니다. 태양력 19년 동안 윤달을 7번 넣어줍니다. 윤달은양력으로 2023년 2월, 2026년 6월, 2028년 5월, 2031년 3월, 2033년 11월, 2036년 6월에 있습니다.
화학
Q. 라돈이란 물질은 무엇이길래 침대가 난리인가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.주기율표 18족에 속하는 비활성 기체의 마지막 원소이자 전자수가 가장 많은 원소이며, 원자 번호에서 알 수 있듯이 방사성원소이다. 비중이 9.73g/L(0℃) 으로 지금까지 알려진 홑원소 기체 중 가장 무겁다.[1] 주기율표에서는 아래에 오가네손이 있지만, 상온에서 기체일 확률은 희박하다. 라돈은 무색의 기체로, 비활성기체 중에서 가장 무거운 원소다.라돈에서 나오는 방사능 때문입니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구가 아닌 우주의 나이는 얼마나 된 건가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.우주의 나이는 빅뱅이 일어난 때부터 우주가 팽창하는 과정을 거쳐 현재까지 흐른 시간을 의미한다. 천문학적인 방법론을 사용하여 은하의 형성 이후의 시점부터 시간을 측정하여 우주의 나이를 대략적으로 유추하기도 하지만, 우주배경복사의 비등방성을 이용하면 빅뱅이 있은 이후의 시간을 정확하게 결정할 수 있다. 우주배경복사 온도 및 편광 자료를 중심으로 바리온 음향진동, 초신성, 허블상수 등의 외부 관측결과들을 모두 이용하면, 우주의 나이는 137.99 억년이고 오차는 2천 1백만년 정도가 된다. 그런데 우주론적인 측정값은 우주상수가 존재한다는 가정하에서 추정된 값이다. 아직 정체가 규명되지 않은 암흑에너지의 진화과정이 우주상수의 진화과정과 다를 경우 관측결과는 다르게 해석될 수 있고 우주의 나이도 달라질 수 있다. 그림 1은 빅뱅으로부터 시작된 우주의 역사를 간략하게 보여 준다.