안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 유클리드우주망원경이 어떤 수수께끼를 밝히려고 하나요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.유클리드 망원경은 유럽우주국(ESA)이 주도하는 우주망원경 프로젝트로, 암흑 물질과 암흑 에너지의 비밀을 풀기 위해 설계되었습니다. 암흑 물질과 암흑 에너지는 우주의 질량과 에너지 대부분을 차지하지만, 직접 관측이 불가능한 미스터리한 존재들입니다. 유클리드 망원경은 이들을 간접적으로 탐지하고 연구하기 위해 광학적 및 우주론적 방법을 사용합니다. 유클리드 망원경은 우주의 대규모 구조를 정밀하게 관찰하여 암흑 물질과 암흑 에너지를 연구합니다. 대규모 구조란, 우주에 분포한 은하들과 은하단들이 모여 만들어진 네트워크와 같은 거대한 구조를 의미하며 유클리드는 약 100억 개의 은하를 관측하여 이들의 분포와 모양을 기록합니다. 은하들이 우주 공간에 어떻게 분포되어 있는지를 연구하면, 암흑 물질이 어떻게 은하들 주위에서 중력적으로 영향을 미치는지 알 수 있습니다. 암흑 물질은 은하들 사이의 중력 균형을 잡는 역할을 하기 때문에, 은하들의 위치와 움직임을 통해 암흑 물질의 존재를 간접적으로 탐지할 수 있습니다. 유클리드는 중력 렌즈 효과를 이용하여 암흑 물질의 분포를 연구합니다. 중력 렌즈 효과는 암흑 물질 같은 큰 질량을 가진 물체가 빛을 왜곡시키는 현상으로, 먼 은하에서 오는 빛이 암흑 물질 주변을 지나갈 때 그 빛이 굴절되어 은하의 모양이 왜곡됩니다. 유클리드는 이러한 왜곡을 분석하여 암흑 물질이 어떻게 분포되어 있는지 알아냅니다. 유클리드 망원경의 주요 목표 중 하나는 암흑 에너지가 우주 팽창에 어떻게 영향을 미치는지를 이해하는 것입니다. 암흑 에너지는 우주가 가속 팽창하는 원인으로 여겨지며, 우주의 에너지 밀도의 약 70%를 차지하는 것으로 추정하고 있습니다! 유클리드 망원경은 먼 과거부터 현재까지 우주의 팽창 속도를 관측합니다. 이를 위해 유클리드는 우주의 적색편이(redshift)를 측정합니다. 적색편이는 빛이 멀어지는 천체에서 방출될 때 파장이 길어지면서 발생하는 현상으로, 이를 통해 천체가 얼마나 빠르게 지구로부터 멀어지고 있는지를 알 수 있습니다. 적색편이를 분석하면 우주의 팽창이 시간이 지남에 따라 어떻게 변해왔는지 추적할 수 있습니다.
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Q. 태양 활동 극대기는 지구에 어떤 영향을 주나요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.과학자들이 언급한 태양의 11년 주기 극대기는 태양 활동 주기에서 태양의 흑점과 폭발적 활동(태양 플레어, 코로나 질량 방출)이 가장 많이 발생하는 시기를 의미합니다. 이 시기에는 태양의 자기장이 불안정해지며, 그 결과 흑점 수가 증가하고, 태양 폭발로 인해 태양에서 더 많은 고에너지 입자와 자기 폭풍이 방출됩니다. 태양 폭발과 흑점 활동이 극대기에 도달하면 태양에서 방출된 고에너지 입자가 지구의 전리층에 영향을 미칠 수 있습니다. 태양 폭발에서 방출된 X선과 고에너지 자외선이 전리층에 도달하면, 전리층의 전자 밀도가 급격히 변하게 됩니다. 이는 위성 통신과 라디오 통신에 문제를 일으킬 수 있습니다. 특히 고주파(HF) 통신이 방해를 받아 군사 통신, 항공 통신, 선박 통신 등에서 일시적으로 장애가 발생할 수 있습니다. 태양 활동이 활발해지면 GPS 위성 신호가 전리층을 통과할 때 굴절하거나 지연될 수 있습니다. 그 결과, GPS 신호의 정확성이 떨어지며, 항공기, 선박, 차량 등의 위치 추적 시스템에서 오차가 발생할 수 있습니다. 특히 군사 작전이나 항공기 이착륙 과정에서 문제가 발생할 수 있습니다. 태양 폭발로 인한 코로나 질량 방출(CME)이 지구 자기권에 도달하면, 지구 자기 폭풍이 발생하게 됩니다. 이 자기 폭풍은 지구의 전력망에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 자기 폭풍으로 인해 지구의 자기장이 갑작스럽게 변화하면, 전력망에 유도 전류가 발생할 수 있습니다. 이 유도 전류는 전력 변압기에 과부하를 일으켜 변압기가 손상되거나 정전이 발생할 수 있습니다. 특히 북미나 북유럽과 같은 고위도 지역은 이러한 자기 폭풍의 영향을 더 크게 받을 수 있습니다. 1989년 캐나다 퀘벡 지역에서는 강력한 자기 폭풍으로 인해 전력망이 크게 손상되었고, 수백만 명이 정전 피해를 입은 사례가 있습니다. 이런 대규모 정전은 오늘날의 복잡한 전력망에서 발생할 경우, 많은 사회적 혼란을 일으킬 수 있습니다.
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Q. 우주의 모양이 어떻게 생겼는지 알려주세요!
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.우주의 전체적인 모양을 설명하기 위해 일반 상대성 이론과 관측 데이터를 바탕으로 세 가지 주요한 모양을 제안하고 있습니다. 이를 우주의 곡률에 따라 설명합니다. 평평한 우주는 우주의 전체 곡률이 0인 경우로, 우주가 끝없이 펼쳐져 있는 평면처럼 보입니다. 이 모델에서는 우주가 직선으로 계속 확장되고 있으며, 우주의 경계나 끝은 없다고 설명합니다. 현재 가장 많은 지지를 받는 이론은 우주가 매우 평평하다는 것입니다. 최근 플랑크 위성과 같은 우주 관측 장비로부터 얻은 데이터에 따르면, 우주는 거의 평평한 것으로 보입니다. 닫힌우주는 이 모델에서는 우주가 구처럼 곡률이 양수인 상태로, 우주가 결국 자체적으로 휘어지는 형태로 상상할 수 있습니다. 이는 마치 지구 표면처럼 끝이 없지만, 한 방향으로 계속 나아가면 결국 원래의 위치로 돌아오게 되는 형태입니다. 닫힌 우주는 언젠가는 수축하게 되어 결국 빅 크런치(Big Crunch)라는 대붕괴로 이어질 수 있습니다. 열린우주는 우주가 곡률이 음수인 안장형 구조일 가능성도 있습니다. 이 모델에서는 우주가 영원히 확장하면서 끝이 없는 곡면을 가지며, 공간이 계속 휘어져 나가는 모양을 가집니다. 이러한 열린 우주 모델에서는 팽창이 계속해서 가속화될 가능성이 큽니다. 우주 전체가 어떤 모양인지는 우주가 얼마나 크고 우리가 그 끝을 관찰할 수 없기 때문에 완전히 확정되지 않았습니다. 그러나 우리가 관찰 가능한 우주의 모습에 기반해 추론할 수 있습니다. 우주론에서 우주 원리(코페르니쿠스 원리)에 따르면, 우주는 모든 방향에서 균일하며, 어느 방향을 보든 그 모양이 비슷합니다. 즉, 어느 한 점에서 우주를 관찰해도 동일한 법칙과 구조가 적용된다는 의미입니다. 이 때문에 우주는 특정한 한쪽 방향으로만 길게 뻗어 있지 않으며, 관측 가능한 영역에서는 대체로 균일하고 대칭적인 모양을 가집니다. 우주는 빅뱅 이후 계속해서 팽창하고 있으며, 이 팽창 속도는 시간이 지남에 따라 가속되고 있습니다. 우주의 모양을 이해하려면, 이 팽창이 어떤 방식으로 이루어지고 있는지도 고려해야 합니다. 현재의 이론에 따르면, 우주는 4차원 시공간에서 팽창하는 형태로 설명되며, 이를 우리의 3차원적인 시각에서 완벽하게 그리기는 어렵습니다. 우주는 마치 풍선이 부풀어오르는 것처럼 모든 방향으로 팽창하고 있는 것으로 이해할 수 있습니다.
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Q. 지구의 자기장은 지구가 생겨날 때부터 있었던 건가요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.지구의 자기장은 주로 지구 내부의 액체 외핵에서 생성됩니다. 지구의 핵은 고체 내핵과 액체 외핵으로 이루어져 있는데, 특히 액체 외핵은 주로 철과 니켈로 이루어져 있으며, 이 철과 니켈이 대류 운동을 하면서 자기장이 발생하게 됩니다. 이를 지구 자기장 생성의 다이너모 이론이라고 부릅니다. 지구 내부는 매우 뜨겁고, 열 차이에 의해 액체 외핵이 계속해서 대류 운동을 합니다. 이때 철과 니켈 같은 전도성 물질이 움직이면서 전류가 생성되고, 이 전류가 강한 자기장을 만들어 냅니다. 지구가 자전하는 것도 자기장 형성에 중요한 역할을 합니다. 자전으로 인해 외핵의 대류 운동이 특정 방향으로 정렬되고, 이로 인해 강한 자기장이 지속적으로 유지됩니다. 지구가 처음 형성될 때는 핵이 아직 분리되지 않은 상태였고, 내부가 지금처럼 뜨거워지지 않았습니다. 따라서 지구가 생겨난 초기에는 자기장이 없었거나 매우 약했을 가능성이 큽니다. 시간이 지나면서 지구 내부가 점점 더 뜨거워지고, 중력과 방사성 붕괴에 의해 지구 내부에서 고온 상태가 형성되면서 철과 니켈이 핵으로 모이기 시작했습니다. 그 결과 지구의 핵이 분리되고, 액체 외핵에서 대류 운동이 일어나면서 지금의 자기장이 형성된 것입니다. 지구 자기장은 시간에 따라 변화해 왔습니다. 지질학적인 기록을 보면, 지구 자기장의 극전도(북극과 남극의 자기장이 바뀌는 현상)가 여러 번 일어났다는 증거가 있습니다. 이는 지구의 자기장이 고정된 것이 아니라, 지구 내부의 변동에 따라 변화할 수 있음을 보여줍니다. 자기장의 강도도 일정하지 않으며, 주기적으로 강해졌다가 약해지기도 합니다. 지구 자기장은 우리에게 중요한 보호막 역할을 합니다. 태양에서 방출되는 태양풍이나 우주에서 오는 고에너지 입자들이 지구로 직접 도달하지 않도록 막아주는 역할을 합니다. 자기장이 없으면 이러한 고에너지 입자들이 지구 대기에 영향을 주고, 생명체에 해로운 방사선이 지구 표면에 더 많이 도달할 수 있습니다.
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Q. 혜성이 태양에 가까워지면 꼬리가 생기는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.혜성이 태양에 가까워지면 꼬리가 생기는 이뉴가 혜성이 주로 얼ㅇㅁ과 먼지로 이루어진 천체이기에 혜성이 태양에 가까워지면서 태양의 복사열과 태양풍의 여 ㅇ향을 받으면서 혜썽으 ㅣ표면에 있떤 얼음이 승화하여 기체와 먼지가 방출되면서 이러한 물질들이 태양으로부터 오는 태양풍에 의해 혜성의 반대 방향으로 밀려나면서 꼬리가 형성되게 됩니다. 혜성의 꼬리는 이온꼬리(혜성에서 방출된 기체가 태양에서 나오는 태양풍의 영향을 받아 형성), 먼지꼬리(혜성에서 방출된 작은 먼지 입자들이 태양의 복사압에 의해 형성)로 나누어서 생각할수 있습니다. 혜성의 꼬리는 항상 태양과 반대방향으로 향하며 태양에서 나오는 태양풍과 복사압이 혜성의 방출물들을 태양으로부터 먼 방향으로 밀어내면서 나타나게 됩니다~