안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양계에서 가장 특이한 행성의 특징은 무엇인가요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.태양계에서 특이한 행성으로 주로 거론되는 것들은 천왕성과 금성입니다. 금성은 태양계에서 가장 뜨겁고 극단적인 환경을 가진 행성입니다. 대기는 거의 이산화탄소로 이루어져 있으며, 두꺼운 구름층이 온실 효과를 유발해 표면 온도가 약 465°C에 달합니다. 또한, 자전 방향이 반대이며, 자전 주기는 공전 주기보다도 깁니다. 즉, 금성에서는 하루가 243일에 달하며, 이는 금성의 한 해(공전 주기 225일)보다 깁니다. 천왕성은 천왕성은 자전축이 거의 옆으로 누워있다는 점에서 가장 특이합니다. 천왕성의 자전축은 약 98도 기울어져 있어, 한쪽 극이 태양을 거의 정면으로 향하는 상태로 공전합니다. 이 때문에 천왕성의 한쪽 극은 약 42년 동안 계속 태양에 노출되거나 그 반대로 태양을 보지 못합니다. 이는 계절의 변화가 극단적이라는 의미입니다.
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Q. 우리는 달을 밤에만 볼 수 있는 걸까요?
달은 일반적으로 밤에 보인다고 생각되지만, 실제로는 낮에도 종종 볼 수 있습니다. 이는 달이 태양 주위를 도는 지구를 공전하며, 태양의 빛을 반사하는 위치에 따라 그 모습이 달라지기 때문입니다. 달의 공전 궤도와 지구의 자전 주기가 맞물리면서 낮에 달이 보일 수 있는 경우가 생기는데 우리나라에서 낮에 달이 보인다면, 반대편 나라에서 밤에 달이 보이지 않는지에 대한 궁금증을 풀어보면, 달의 위치에 따라 이 현상이 가능합니다. 예를 들어, 낮에 우리나라에서 달이 보인다면, 지구의 반대편에 위치한 나라는 밤이지만, 그 나라에서는 달이 보이지 않을 가능성이 큽니다. 이는 지구의 반대편에서 달이 지평선 아래에 있을 수 있기 때문입니다. 달이 하늘에 떠 있는 시간은 그 나라의 위치, 달의 공전 주기, 그리고 달의 위상에 따라 달라집니다. 달은 지구 주위를 27.3일에 한 바퀴 도는데, 이 과정에서 지구에서 볼 수 있는 시간대와 각도가 계속해서 바뀝니다. 그래서 달이 어떤 지역에서는 낮에, 또 어떤 지역에서는 밤에 보일 수 있습니다. 그리고 한쪽에서 달이 보인다고 해서 반드시 반대편에서는 보이지 않는 건 아니지만, 달의 위치와 지구의 자전, 공전 상황에 따라 시차가 생기므로 어느 나라에서는 달이 전혀 보이지 않기도 합니다.
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Q. 우주의 블랙홀이 만들어지는 과정은 무엇인가요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.블랙홀은 매우 강력한 중력을 가진 천체로, 그 중력은 빛조차도 빠져나올 수 없을 정도로 강력하며 블랙홀이 형성되는 주요 과정은 별의 종말(죽음)과 관련이 있습니다. 일반적으로 블랙홀은 거대한 별들이 진화 과정에서 끝을 맞이할 때 형성되는데 거대한 별들은 수소를 헬륨으로 융합하는 핵융합 반응을 통해 에너지를 방출하며 오랜 시간 동안 빛을 발산합니다. 별 내부에서는 중력에 의해 별이 붕괴하려는 힘과, 핵융합 반응에 의해 별이 팽창하려는 힘이 균형을 이루고 있지만 별이 진화하면서 수소와 헬륨과 같은 가벼운 원소들이 다 타버리면, 별은 점점 더 무거운 원소들을 만들어내게 됩니다. 마지막에는 철을 만들게 되는데, 철의 핵융합은 에너지를 방출하지 않기 때문에 별은 더 이상 스스로를 지탱할 에너지를 생산할 수 없게 됩니다. 이때 별 내부의 중력이 급격히 증가하면서 별이 자신의 무게에 의해 중심으로 붕괴되는데 이는 엄청난 폭발을 일으키는데, 이를 우리는 초신성라고 부릅니다. 초신성 폭발은 별 외곽의 물질을 우주로 날려 보내고, 남은 중심부는 급격히 축소되게 되는것이지요. 초신성 폭발 이후 남은 별의 중심부가 충분히 무겁다면, 그 중심부는 중력에 의해 계속 붕괴하게 되고 이 과정에서 별의 중심부는 중성자별이 되거나 더 무거운 경우 블랙홀로 붕괴할 수 있습니다. 태양 질량의 약 3배 이상 되는 질량을 가진 별은 초신성 폭발 후 그 잔해가 극도로 압축되어 블랙홀로 변하게 됩니다. 이때 별의 중심부는 중력에 의해 완전히 붕괴되어, 매우 작은 부피에 엄청난 질량이 집중되는 과정을 지키게 되는데 이 상태가 바로 블랙홀이지용~! 블랙홀은 사건의 지평선이라 불리는 경계가 있고 사건의 지평선 안쪽에서는 빛조차도 빠져나올 수 없기 때문에 우리는 그 안의 정보를 관측할 수 없습니다. 블랙홀의 중심에는 특이점이 존재하는데, 이는 이론적으로 공간과 시간이 무한히 휘어지는 지점으로 여겨집니다. 여기서 중력은 무한대에 이르며, 모든 물리적 법칙이 붕괴된다고 알려져 있으며 블랙홀은 처음에는 이론적 개념으로 도입되었지만, 오늘날에는 여러 방법으로 실제 관측이 이루어졌습니다. 블랙홀은 직접적으로 볼 수는 없지만, 주변의 천체에 미치는 영향을 통해 존재를 확인할 수 있습니다. 블랙홀은 그 강력한 중력으로 인해 주변 천체들의 궤도에 영향을주며 블랙홀 주위에 물질이 빨려 들어가면서, 물질이 블랙홀에 가까워질수록 점점 더 뜨거워져 고에너지를 방출하게 됩니다. 이러한 방출은 주로 X-선 형태로 나타나며, 이를 통해 우리는 블랙홀의 존재를 간접적으로 확인할 수 있습니다. 블랙홀은 2019년 처음 M87은하 중심부에 있는 거대한 초거대질량블랙홀을 통해 확인하였습니다~ 이곳은 40억배의 태양 질량을 가지고 있다고 알려져있습니다!
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Q. 태풍의 눈은 고요하다고 들었습니다. 그런데 왜 태풍의 중심은 왜 맑은 하늘을 보고 바람이 없는 걸까요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.태풍은 거대한 저기압 시스템으로, 중심에 가까워질수록 기압이 급격히 낮아지며 태풍의 바깥쪽에서는 따뜻하고 습한 공기가 태풍 중심으로 모여들면서 강한 상향 기류를 형성합니다. 이 상향 기류는 폭풍 구름을 만들고, 바람이 매우 강하게 불게 되는 태풍의 벽, 벽운을 형성하고 이 벽운의 바깥쪽에서 강한 비바람이 몰아치지만, 태풍의 중심, 즉 태풍의 눈은 완전히 다른 환경을 보입니다. 태풍의 벽운에선 형성된 강한 상향 기류는 매우 높은 고도까지 올라가면서 구름과 비를 생성합니다. 이 과정에서 눈의 내부에서는 반대로 하강 기류가 발생합니다. 이 하강 기류는 태풍의 눈 내부를 안정시키고, 구름이 형성되지 않게 만듭니다. 그 결과로 태풍의 눈은 맑고 고요한 상태를 유지할수 있게 됩니다~ 하강 기류가 공기를 아래로 밀어내기 때문에 태풍의 눈에는 공기가 쌓이면서 구름이 없는 상태가 되며, 바람도 상대적으로 약해지게 되고 태풍은 회전하는 기상 현상으로, 코리올리 효과가 중요한 역할을 합니다. 지구의 자전으로 인해 태풍은 북반구에서는 시계 반대 방향으로, 남반구에서는 시계 방향으로 회전하게 됩니다. 이 회전 속도가 태풍의 중심에서 벽운 근처에서 가장 빠르며, 중심부로 갈수록 느려집니다. 원심력이 중심으로 몰리는 공기를 바깥으로 밀어내면서 태풍의 눈에 상대적으로 고요한 상태를 만들어냅니다. 이 원심력은 바깥쪽에서 발생하는 강력한 폭풍 구역과 대비되어 태풍의 눈 내부가 안정적이고 맑은 상태를 유지하게 됩니다. 태풍은 저기압 시스템이기 때문에 외부에서 공기가 태풍 중심부로 몰려들게 됩니다. 하지만 태풍의 눈에서는 기압이 일정하게 낮아져 바람이 잘 일어나지 않습니다. 태풍의 눈을 둘러싼 벽운에서는 바람이 매우 강하게 불지만, 그 안쪽으로 들어가면 기압 차이가 크지 않아서 바람이 거의 불지 않게 됩니다. 태풍의 눈에서 맑은 하늘을 볼 수 있는 이유는 하강 기류가 구름을 없애기 때문입니다. 태풍의 벽운에서는 상향 기류로 인해 많은 구름과 비가 발생하지만, 태풍의 눈에서는 반대 방향으로 공기가 내려가면서 구름을 밀어내고 없애버립니다. 이 과정 때문에 태풍의 눈에는 종종 맑고 구름이 없는 하늘이 보이게 됩니다. 태풍의 눈은 직경이 수십에서 수백 킬로미터에 이를 수 있으며, 그 안쪽에서의 고요함과 맑은 하늘은 폭풍의 바깥쪽과 극명한 대조를 이루게 되는것이지요!
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Q. 사막의 신기루현상은 정말 실존하는건가요?
안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.신기루는 빛의 굴절로 인해 발생하는 시각적 착각입니다. 특히 사막과 같은 뜨거운 환경에서 자주 발생합니다. 신기루는 아래와 같은 원리로 형성되는데 지표면 가까운 공기는 매우 뜨겁고, 위쪽 공기는 차가운 경우가 많습니다. 이로 인해 공기층의 밀도가 달라지게 됩니다. 빛은 밀도가 다른 공기층을 통과할 때 경로가 휘어집니다. 이때 빛이 지면 쪽으로 휘어져 멀리 있는 하늘이나 물체가 지표면 근처에 있는 것처럼 보이게 됩니다. 하늘에서 반사된 빛이 지표면의 물처럼 보여서 오아시스나 물이 있는 것처럼 느껴집니다. 가장 흔한 형태로, 지표 근처의 뜨거운 공기가 차가운 공기 아래에 있을 때 발생합니다. 이때 먼 하늘의 모습이 지표면에 반사되어 물처럼 보이는 하방신기루가 있습니다!