안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
Q. 우주에서 블랙홀이 되려면 어떤 조건이 필요한가요?
블랙홀은 아무천체나 되는것이 아니라 질량이 일정 수준 이상인 천체만 되는데요. 태양질량의 약 3배 이상인 별이 죽으며 블랙홀이 되게 됩니다. 별은 일생 동안 핵융합을 하며 내부 압력으로 중력을 막는데 연료가 다 떨어지고 중력에 의해 자체 붕괴하는데 질량이 작으면 백색왜성, 질량이 좀 크면 중성자별, 질량이 아주 크면 블랙홀이 되게 됩니다.어떤 물체든 그 질량이 특정한 반지름 이내로 압축되면 블랙홀이 되는데 이 반지름을 슈바르츠실트 반지름이라고 합니다. 이 반지름을 넘어서면 빛조차도 빠져나올수 없게 되는 것이지요.
Q. 블랙홀에 가까워 질수록 시공간 왜곡 현상이 왜 발생하는 건가요?
블랙홀에 가까워질수록 시공간이 왜곡되는 것은 아이슈타인의 일반 상대성 이론에서 설명하는 중력과 시공간의 관계때문입니다. 중력은 시공간의 곡률인데 단순히 끌어당기는 힘이 아니라 질량과 에너지가 시공간을 휘게 만드는 결과입니다. 무거운 공이 고무 시트 위에 올려지면 그 주변이 휘듯이 블랙홀처럼 질량이 엄청나게큰 천체는 시공간을 극단적으로 휘게 하는 것이지요. 블랙홀은 중력이 너무 강력하기에 시공간이 급격하게 휘어지는 것 입니다.
Q. 물의 증발, 응결, 강수의 물리적 메커니즘은 무엇인가요?
물이ㅡ 증발, 응결, 강수는 지구의 물 순환에서 핵심적인 과정들이며 각각의 에너지와 상태변화에 따라 일어나게 디ㅗ는 현상이죠. 물분자들은 항상 진동과 운동을 하고 있으며 표면의 일부 분자들이 충분한 에너지를 받아 속박력을 이기게 된다면 액체에서 기체로 탈출이 이루어지는 증발이 나타나게 됩니다. 응결은 공기중의 수증기가 차가운 공기층에 닿아 온도가 내려가고 분자 운동이 느려지고 다시 분자간의 인력이 작용하여 물방울로 응집되는 과정을 거치죠. 응결의 과정이 나타납니다~ 구름속 작은 물방울들이 충돌과 병합하여 점점 커지면 중력에 의해 떨어지게 되고 비, 눈, 우박 등의 강수현상이 나타나게 됩니다.
Q. 중력이 작용하려면 무게가 얼마나 무거워야 가능한건가요?
모든 물체는 무게의 크기와 상관없이 중력을 가지고 있습니다. 중력은 얼마나 무거워야 생기는 것이 아닌 질량을 가지고 있따면 작용하는 자연의 법칙이죠. 중력이 존재하더라도 그 힘이 너무 작으면 실질적인 영향은 미미하며 우리 눈에 보일 정도로 중력이 강하게 작용하려면 질량이 매우 크거나 거리가 매우 가까워야 합니다.
Q. 달에 대기가 없는 이유가 궁금합니다.
달에 대기가 없는 이유론 달이 ㅡ질량이 작아 중력이 약하기 때문이며 달의 질량은 지구의 약 1/80밖에 안되며 중력 또한 1/6 수준입니다. 약한 중력은 기체 분자를 붙잡기에 너무 약하고 기체는 열에너지로 인해 빠르게 움직이는데 달이ㅡ 중력은 이 빠르게 움직이는 기체 분자들을 우주 공간으로부터 잡아둘수 없게 되는것이죠. 그렇기에 금세 우주로 날아가버리게 됩니다. 또한 달은 대기가 없기때문에 낮엔 햇빛을 바로 받아 표면 온도가 100도이상으로 올라가고 밤엔 영하 150도 이하로 떨어지게 됩니다. 온도변화가 크게 되면 낮에 기체 분자들이 매우 빠르게 운동하게 되고 결국 우주 공간으로 탈출하게 되고 지구처럼 대기가 있으면 온도를 완화해 주고 기체도 보존되는데, 달은 그게 안되기 때문에 악순환이 반복되게 됩니다. 지구는 강한 자기장이 있어 태양에서 날아오는 태양풍으로부터 대기를 보호해주지만 달은 자기장이 매우 약하거나 거의 없기에 혹시 기체가 존재하더라도 태양풍에 의해 대기 분자들이 날아가 버리게 합니다. 지구와 화성은 과거에 화산 활동이 활발해 가스를 대량 방출했고 이 가스가 모여 대기를 이루게 하였지만 달은 일찍 냉각되어 화산 활동이 미미했고 대기 형성에 필요한 기체 자체가 부족했습니다.