안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 폭포가 형성되는 주요 지질학과정이 무엇인지 궁금합니다
폭포가 형성되는 주요한 지질학적 과정은 지형의 고저차가 형성되는 것입니다. 폭포가 생기려면 물이 높은곳에서 낮은곳으로 떨어질수 있는 낙차가 필요한데 이는 다양한 지질활동으로 만들어지게 됩니다. 산맥을 형성하는 지역, 단층이 생긴 지역, 침식에 의해 절벽이 만들어진지형 등이 그 예이지요. 폭포는 단단한 암석과 부드러운 암석이 겹쳐 있을때 더 잘 만들어지게 되는데 이를 차등 침식이라고 합니다. 물이 흐르며 아래쪽의 약한 암석을 먼저 깍아내게 되면 위의 단단한 암석은 절벽처럼 튀어나오게 되고 그 곳에서 물이 아래로 떨어지면서 폭포를 형성하게 하는 것이지요. 폭포는 보통 하천의 상류, 산지나 고지대에서 잘 형성되게 됩니다. 빙하기에 형성된 빙하계곡에서도 폭포가 잘 생기게 됩니다!
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Q. 인공폭포는 어떠한 원리로 만들어진건가요
자연폭포는 자연지형과 중력으로 만들어지게 되며 강물이나 하천이 흐르다 낙차가 큰 절벽을 만나 아래로 떨어지며 폭포가 되고 폭포의 높이와 수량은 지형, 기후, 강수량에 따라 자연적으로 결정되게 됩니다. 인공폭포는 인위적인 구조물과 순환시스템을 이용하여 자연 폭포처럼 만들게 해주죠. 물탱크와 수조를 아래쪽에 설치하고 펌프를 이용하여 위로 다시 끌어올리게 하는 것이죠. 물을 소모하는것이 아닌 지속적인 순환을 일어나게 해주는 것이지요!
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Q. 초끈 이론이라는게 쉽게 무엇을 말하는건지 궁금합니다.
세상의 모든 입자는 아주 작은 끈이 진동하면서 만들어진다는 것으로서 기존의 물리학에선 전자나 쿼크 같은 입자가 점처럼 작지만 부피가 없는 기본입자라고 보았었지요. 하지만 초끈이론에 의해 모든 입자는 아주 작은끈처럼 생긴것으로서 이 끈이 어떻게떨리느냐에 따라 전자가, 쿼크가, 중력을 만들어내기도 한다는 것이죠! 초끈이 진동하게 되면 다양한 입자들이 만들어진다는 것을 의미합니다! 기존의 물리학은 서로 잘 안맞아가는 현상이 많이 나타나게 됩니다. 특히 중력과 양자이론을 통합하려 할때 문제가 생겼고 초끈 이론은 이 둘을 자연스럽게 하나로 통합하게 해주는 것이였죠.
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Q. 화산은 지구의 지질활동에서 어떻게 형성이 되는건가요
화산은 지구 내부의 마그마가 지각을 뚫고 분출되며 만들어지는 지형입니다. 판의 경계에서 주로 생기는데요 발산형경계(해령)는 두 판이 멀어지며 틈으로 마그마가 솟아 올라 화산과 새로운 해양지각을 형성하게 하죠. 수렴형경계는(해구) 해양판이 대륙판 밑으로 내려가며 마그마가 만들어지게 되고 이 마그마가 상승해 화산을 만들어내게 하지요! 판 내부에 있는 열점은 맨틀 플룸에 의해서 뜨거운 지점에서 마그마가 올라와 화산이 생겨나게 되어 판이 움직이고 화산섬이 일렬로 배열이 되게 됩니다. 화산은 지구 내부의 에너지를 방출하고 지각을 재구성하며 대기와 해양을 재구성하기도 하고 생태계와 생명의 진화에 기여하게 합니다.
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Q. 우리 은하의 바깥존재를 알게된 이유는 무엇인가요?
우리 은하 바깥의 존재를 알게 된 것은 안드로메다 성운은 은하인가에서 시작하였꼬 과거엔 망원경으로 보면 하늘에 뿌옇게 보이는 것들을 모두 성운이라고 했지만 일부는 가스구름이였꼬 일부는 실제로 우리 은하 밖의 은하였지만 당시엔 몰랐죠. 이는 허블이 미국 캘리포니아 주의 월슨산 천문대에서 100인치 망원경을 사용하여 세페이드 변광성을 발견하였고 이 별은 밝기 변화를 통해 거리 계싼이 가능했죠. 이에 따라 250만 광년에 위치하였꼬 우리 은하의 크기를 훨씬 넘게 되는 거리였던것이죠~ 우주에 대한 생각은 우리 은하가 우주의 전부라고 했었찌만 수많은 은하들이 있게 됩니다. 모두 우리 은하 내 가스 구름이 일부는 외부 은하가 있따고 생각하게 되었쬬.
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Q. 안드로메다 은하에서 외계 생명체의 존재 가능성은 얼마나 될까요?
안드로메다의 조건은 우리 은하와 유사한데요 유사한 나선은하구조이며 별이 약 1조개 이상을 가지고 있습니다. 행성 시스템도 매우 많이 있을 가능성이 높고 생명체에 필요한 환경이 분명히 존재할수 있죠. 이와 관련된 드레이크 방정식(외계 지적 생명체의 수를 추산하는 공식)에 적용해보면 우리 은하에서 생명체가 존재할 수 있는 행성 수는 1천억~3억개 이상이 생명체 거주가능지대인 골디락스존에 있을것으로 볼수 있습니다.안드로메다는 별의 수가 우리 은하보다 2~3배 많게 되죠! 하지만 거리가 250만 광년에 있고 생명체의 흔적이 발견되어야 하지만 아직까지 발견 못하고 우리 태양계 바깥도 아직 직접 탐사 못하게 되는 현상이 나타나게 됩니다.
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Q. 안드로메다 은하에는 태양보다 큰 별이 많은가요?
안드로메다 은하는 우리 은하보다 큰 거대 나선 은하로서 별의 수, 질량, 구조 등에서 상당ㅎ ㅣ흥미로운 대상인데요 안드로메다는 거리가 약 250만 광년에 있고 1조개 이상의 별이 있고 우리 은하와 비슷하거나 약간 더 무겁습니다. 태양보다 큰 별이 많은가에 대한 답은 매우매우 많습니다. 수천억개 이상이 있을것으로 추정됩니다. 구체적인 추산 방법은 별의 질량 분포가 초기 질량함수라는 통계로 예측하고 질량이 큰 별은 적고, 작은 별은 많습니다. 일반적으로 별이ㅡ 질량 분포는 대략 태양보다 큰 별은 전체의 약 1~5%정도, 태양과 비슷한 별은 약 5~10%, 태양보다 작은 별은 약 80~90%정도입니다. 이를 안드로메다 은하에 적용하면 별 전체 수는 약 1조개이며 태양보다 큰 별의 수는 1억~500억개 정도가 될것으로 추정할 수 있습니다.
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Q. 작년부터 이렇게 폭음이 지속되는 이상기후현상이란 그 원인이 무엇인가요?
요즘 우리가 겪는 이러한 현상은 이상기후 현상이라고 불리우는데 기후는 원래 변하지만 이렇게 빠르고 급하게 변한적이 없었습니다. 이는 산업혁명이후 150년 남짓한 기간동안 이산화탆소의 농도에 따른 지구 평균기온의 상승과 해수면 등의 변화로 인하여 겪게되는 복합적인 요소로 인식되지요. 지구가 전체적으로 평균온도를 상승하게 하고 있으며 이에 따라 기후 시스템 전체가 흔들리고 잇는것으로 보입니다. 따뜻한 대기는 더 많은 수증기를 품게 되고 강한 폭우나 소나기 등을 야기하게 되는 것이지요. 작년부터 폭염과 이상기후가 더 심해진것은 2023년부터 평균기온이 역대 최고치를 기록하고 있으며 이에 따라 극한의 환경이 지속되는 효과가 나타나게 된 것이지요!
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Q. 요즘 왜 이렇게 날씨가 괴팍한걸까요?
요즘처럼 강한 햇빛에 지표가 뜨겁게 달궈지게 되면 공기 아래는 뜨겁고 가벼운 공기가 위는 차갑고 무거운 공기가 생기게 되어 대기 층 사이 온도차이가 커지고 불안정한 상태를 지속하게 합니다. 공기가 갑자기 위로 솟구치게 되면서 소나기나 국지성 호우 천둥번등이 발생할세 있께 되죠. 지구 전체 기온이 상승하며 북극과 적도 간의 온도차가 줄어들었고 이로 인하여 제트기류는 느슨해지고 구불구불해지게 되어 기상 시스템이 정체하거나 갑작스럽게 전환되는 과정이 발생하게 된것이죠. 기온이 높을수록 공기중에 머무를 수 있는 수증기의 양은 증가하게 되어 한번 비가 내리면 평소보다 훨씬 강하게 쏟아지게 되는 효과가 발생합니다. 지금까지 북태평양 고기압이 강하게 자리잡은 ㅏㅅㅇ태에서 고기압이 가장자리를 따라 고온다습한 공기를 계속 유입시키게 하면 그위에 찬 공기가 만나며 대기의 불안정과 대류 활동을 폭발시켜 소나기나 번개 같은 현상이 나타나게 된것이죠.
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Q. 통합과학 세특 원심력과 중력의 상호작용, 케플러법칙
케플러 법칙은 원래 태양 중심의 행성운동을 설명하게 되지만, 뉴턴이 이를 중력의 법칙으로 일반화하게 되면서 위성 운동에도 동일한 원리가 적용된다라고 하면 좀 더 말끔할것같습니다~