안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 오로라는 어떻게 만들어지나요???
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.오로라는 태양에서 방출된 태양풍이 지구에 도달할 때 발생합니다. 태양풍은 태양의 코로나(대기층)에서 방출된 고에너지 입자들(주로 양성자와 전자)로 이루어져 있습니다. 태양의 활동이 활발해질 때, 태양에서 방출되는 입자의 양이 늘어나면서 지구 자기권에 영향을 주게 됩니다. 지구는 자기장을 가지고 있으며, 이 자기장은 지구를 둘러싸며 우주에서 오는 고에너지 입자로부터 지구를 보호합니다. 태양풍에서 오는 입자들이 지구 근처에 도달하면, 지구의 자기장에 의해 극지방으로 끌려가게 됩니다. 이 과정에서 고에너지 입자들은 지구 자기장의 힘을 따라 남극과 북극 근처의 대기권으로 유입됩니다. 태양풍 입자들이 지구 대기권의 산소, 질소와 같은 분자들과 충돌하면서 에너지 방출이 일어납니다. 이 충돌로 인해 대기 중의 분자들이 에너지를 받아 들뜨게 되고, 다시 안정된 상태로 돌아가면서 빛을 방출하게 됩니다. 이 빛이 바로 오로라입니다. 오로라의 색은 고에너지 입자들이 충돌한 분자의 종류에 따라 달라집니다. 오로라는 주로 북극과 남극 근처에서 발생하는데, 이는 지구의 자기장이 극지방에서 강하게 집중되어 있기 때문입니다. 태양에서 온 입자들이 자기장의 힘을 따라 극지방으로 이동하며, 대기와 충돌하는 과정에서 오로라가 발생합니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에서 초신성의 종류는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.Ia형 초신성은 백색 왜성이 쌍성계에서 동반성으로부터 물질(주로 수소와 헬륨)을 흡수할 때 발생합니다. 백색 왜성은 탄소와 산소로 이루어진 작은 항성의 잔해인데, 동반성의 물질을 흡수하다가 찬드라세카르 한계(약 1.44 태양질량)를 넘으면, 중심부에서 탄소가 갑작스럽게 핵융합을 일으키면서 항성이 폭발하게 됩니다. Ia형 초신성은 폭발할 때 항상 거의 동일한 밝기를 나타내기 때문에, 우주의 거리를 측정하는 데 사용됩니다. 이를 표준 촛불이라고 부르며, 매우 먼 거리의 은하까지도 관측할 수 있습니다. Ia형 초신성은 암흑 에너지 연구에도 중요한 역할을 하며, 이들을 통해 우주가 가속 팽창하고 있다는 사실이 밝혀졌습니다. II형 초신성은 태양보다 최소 8배 이상 무거운 항성에서 발생합니다. 항성은 수소를 핵융합해 헬륨을 만들고, 그 후 점점 더 무거운 원소(탄소, 산소, 규소 등)를 융합합니다. 마지막으로 철이 중심에 축적되면, 더 이상 핵융합이 일어나지 않기 때문에 중심이 붕괴하고, 그 결과 폭발이 일어납니다. II형 초신성은 폭발 후 중성자별 또는 블랙홀을 남깁니다. 이 유형의 초신성은 폭발할 때 수소선이 관측되며, 이는 핵융합의 잔재물 중 수소가 포함되어 있음을 나타냅니다. II형 초신성 폭발 후 남은 항성의 잔해는 질량에 따라 중성자별이나 블랙홀이 될 수 있습니다. Ib형 초신성은 수소층이 없는 고질량 항성이 폭발할 때 발생합니다. 이는 항성 바깥쪽 수소층이 빠져나간 상태에서 초신성이 발생하는 경우로, 주로 쌍성계에서 동반성이 바깥쪽 물질을 흡수하면서 발생합니다. Ic형 초신성은 수소와 헬륨층이 모두 사라진 항성이 폭발하는 경우입니다. Ib형과 비슷하지만, Ic형에서는 수소와 헬륨이 모두 빠져나가며, 철과 무거운 원소들로만 이루어진 별이 폭발하게 됩니다. 두 유형 모두 고질량 항성에서 발생하며, II형 초신성과 달리 수소가 없는 특징을 가지고 있습니다. 중성자별 두 개가 서로 병합할 때 발생하는 초신성 폭발로, 킬로노바라고도 불립니다. 이 현상은 매우 드문 일이지만, 폭발 시 중력파와 감마선 폭발이 발생합니다. 킬로노바는 매우 강력한 에너지를 방출하며, 금, 은, 백금과 같은 무거운 원소들을 생성하는 중요한 역할을 합니다. 초신성은 항성의 마지막 진화 단계에서 일어나는 폭발로, 그 과정에서 항성의 대부분의 질량이 우주로 방출됩니다. 초신성 폭발로 인해 무거운 원소들이 우주로 퍼져 나가며, 이는 새로운 항성이나 행성의 형성에 중요한 역할을 합니다. 즉, 우주의 많은 원소들은 초신성 폭발로 인해 생성되었으며, 우리는 이러한 원소들로 이루어진 존재입니다. 초신성은 우주 연구에서 매우 중요한 역할을 합니다. 특히 Ia형 초신성은 우주의 거리 측정과 암흑 에너지 연구에 필수적인 도구로 사용되며, II형 초신성은 항성의 진화 과정과 중성자별 및 블랙홀의 형성에 대한 중요한 정보를 제공합니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주배경복사의 종류는 무엇이 있을까요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.우주 마이크로파 배경복사는 빅뱅 후 약 38만 년이 지나 우주가 투명해지면서 방출된 복사입니다. 우주 초기의 빛이 지금까지 팽창하면서 그 파장이 늘어나 마이크로파 영역으로 관측되는 것입니다. CMB는 빅뱅 이론의 주요 증거 중 하나로, 우주가 약 2.725K의 온도로 매우 차가워졌을 때의 모습을 반영하고 있습니다. CMB는 오늘날 전 우주에 균일하게 분포되어 있으며, 우주의 초기 구조와 밀집 영역에 대한 중요한 정보를 제공합니다. CMB는 주로 마이크로파 대역에서 관측되며, WMAP와 플랑크 위성 같은 탐사선이 이를 정밀하게 측정해 왔습니다. 우주 중성미자 배경복사는 빅뱅 후 약 1초가 지나면서 발생한 중성미자들의 흔적입니다. 중성미자는 빛보다 훨씬 더 일찍 자유롭게 이동하기 시작했기 때문에, 우주 초기의 중요한 정보를 담고 있습니다. 중성미자 배경은 우주에서 가장 오래된 신호 중 하나이며, 우주의 초기 조건을 연구하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 하지만 중성미자는 질량이 거의 없고 상호작용이 약하기 때문에 탐지하기 매우 어렵습니다. 중성미자 배경복사는 매우 낮은 에너지 상태에 있기 때문에, 현재 기술로는 직접 관측하기가 어렵습니다. 하지만 이론적으로는 존재가 확립되어 있으며, 간접적인 방법으로 연구가 이루어지고 있습니다. 우주 광자 배경복사는 우주 공간에 존재하는 자외선, 가시광선, 적외선 등 다양한 광자들이 누적된 것으로, 별의 형성과 블랙홀에서 나오는 복사가 이 배경을 형성합니다. 우주 광자 배경복사는 주로 별, 은하, 그리고 그 외 천체에서 방출된 빛들로 이루어져 있으며, 우주의 진화와 구조 형성 과정을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 엑스트라갤럭틱 배경광(Extragalactic Background Light, EBL)은 은하 외부에서 나오는 광자들의 집합입니다. 우주 광자 배경복사는 다양한 파장대에서 관측할 수 있으며, 허블 우주망원경, 스피처 우주망원경 등이 이 복사를 관측하는 주요 도구로 사용됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양이 고온으로 계속해서 불을 낼 수 있는 이유가 궁금해요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.태양은 핵융합 반응을 통해 에너지를 생산합니다. 이는 수소 원자가 엄청난 압력과 고온의 상태에서 헬륨 원자로 변환되는 과정입니다. 이 과정에서 어마어마한 양의 에너지가 방출됩니다. 태양의 중심에서는 매우 높은 온도(약 1500만°C)와 고압이 유지되며, 이로 인해 수소 원자핵(양성자)들이 서로 충돌하여 헬륨을 만듭니다. 이 과정에서 질량의 일부가 에너지로 변환됩니다. 이는 아인슈타인의 질량-에너지 등가 원리(E=mc²)에 의해 설명됩니다. 질량이 에너지로 변환되면서 엄청난 양의 열과 빛이 방출됩니다. 태양의 고온과 밝음은 바로 이 핵융합 반응에서 나오는 에너지 때문입니다. 산소가 필요 없는 이 과정은 중력에 의해 압축된 수소로 인해 자연스럽게 발생합니다. 태양 내부의 강력한 중력은 핵융합을 유지시키는 주요 요소입니다. 지구에서의 불은 산소가 연료와 결합할 때 발생하는 화학적 연소 반응입니다. 반면에 태양에서 일어나는 것은 핵반응입니다. 핵융합은 원자핵 간의 충돌로 인해 발생하는 에너지 방출 과정이기 때문에 산소와 같은 연소 촉매제가 필요하지 않습니다. 우주 공간은 진공에 가깝고 산소가 거의 없기 때문에, 지구에서처럼 성냥불을 붙이는 것은 불가능합니다. 하지만 태양은 산소 없이도 중력과 고온, 고압으로 인해 계속해서 에너지를 생성할 수 있습니다. 태양은 아직도 수소를 핵융합 시켜 헬륨으로 변환하는 단계에 있으며, 앞으로 수십억 년 동안 이 과정을 계속할 것입니다. 태양 내부의 수소가 고갈되면 헬륨이 핵융합되기 시작하며, 결국 태양은 점차 붉은 거성 단계로 진입하게 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. KAIST가 우주연구원을 설립한 주된 목적은 무엇인가요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.KAIST는 우주연구원을 통해 한국의 우주 기술 수준을 높이고, 미래 우주 산업에 필요한 기술을 선도하기 위해 설립되었습니다. 우주연구원은 위성 개발, 우주 탐사, 로켓 기술, 우주 환경 연구 등 다양한 우주 관련 분야에서 혁신적인 연구를 목표로 하고 있습니다. KAIST 우주연구원은 우주 탐사 기술을 발전시키고, 달 탐사 및 화성 탐사와 같은 장기적인 우주 탐사 계획을 뒷받침하는 연구를 하고 있습니다. KAIST는 대한민국의 국가 우주 개발 계획과 전략을 지원하고, 우주 연구를 통해 한국이 글로벌 우주 산업에서 중요한 위치를 차지할 수 있도록 기여하고자 합니다. KAIST는 우주연구원을 통해 대한민국이 우주 강국으로 도약하는 데 기여하고, 국제 우주 개발 프로젝트에서 중요한 역할을 수행하고자 합니다. KAIST는 우주연구원을 통해 우주 탐사, 우주 통신, 위성 기술, 우주 환경 제어 기술 등의 분야에서 혁신적인 기술을 개발하고, 이를 통해 우주 산업에서 글로벌 경쟁력을 확보하는 것을 목표로 하고 있습니다. 장기적으로 KAIST 우주연구원은 국제 협력을 통해 다양한 우주 프로젝트에 참여하고, 세계적인 우주 연구 기관들과 협력하여 한국의 우주 개발을 강화할 계획입니다.