안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
Q. 우주 팽창가속도를 설명할때 암흑에너지 가설말고 어떤 형태의 가설이나 이론이 있나요?
암흑에너지가 우주의 팽창 가속을 설명하는 유력한 가설로서 이야기하지만 아직까지 명확하게 증명된 사실이 아니라 강력하게 밝혀지는 이론일뿐입니다. 암흑에너지에 대한 가설은 우주 전체에 균일하게 분포한 미지의 에너지가 우주 공간에 존재하며 팽창을 가속한다고 보고 있으며 이후 수정된 중력이론이 나오게 되는데 중력의 성질 자체가 거대한 우주 규모에서 다르게 나타나게 된다는 가설로서 브란스-디키 이론(중력 상수가 일정하지 않고 시간이나 공간에 따라 달라질수 있음), FR 중력이론(아이슈타인의 일반 상대성 이론을 수정하여 중력장이 리치 곡률인 R의 함수로 표현됨), 갈릴레온 중력(특정한 대칭성을 가진 스칼라 필드가 중력을 수정하여 우주 팽창을 가속화)이 있습니다.이외에도 우주 팽창을 설명하기 위해 아직 발견되지 않은 입자나 에너지 형태가 존재할수 있따는 가설이나 시공간의 차원 확정(브레인 월드, 초끈 이론 등), 대우주 진공 에너지의 변화 등의 내용들이 나오고 있으며, 현재의 우주 팽창 가속이 실제로는 관측오류나 잘못된 해석으로 인해 나타난 것일수도 있다고 보기도 합답니다!
Q. 최근 몇년새 암흑에너지가 많이 나오는데 이 암흑에너지가 우주 팽창의 가속과 연관되어 있는것을 어떻게 아는건가요?
암흑에너지는 우주 팽창 가속과 연관되어 있으며 천문학적 관측결과와 이론적 분석을 통해 확인되었다고 알려져 있습니다. 이는 에드윈 허블이 은하들이 지구에서 멀어질수록 더 빠르게 후퇴하고 있따느 ㄴ사실을 1929년 발견하였고 이를 토대로 과거에는 우주가 팽창하지만 중력으로 인하여 시간이 지남에 따라 팽창 속도가 느려질것으로 예상하였던 과거의 정설과는 다르게 초신성을 관측하게 되면서 속도가 느려지지 않고 가속되고 있다는 사실을 발견하게 된것이지요.1998년 두 독립적인 연구팀이 Ia초신성을 관측하고 우주의 팽창이 가속되고 있음을 발견하였고 일정한 밝기를 가지는 초신성으로서 Ia초신성이 우주 거리를 정확하게 측정하는데 사용되고 있습니다. 이후 2003년 WMAP에 의하여 2013년 Planck 위성의 관측을 통하여 우주의 전체 에너지 구성에서 암흑에너지가 68%정도를 차지하고 이를 토대로 암흑에너지가 우주의 팽창 가속에 주요한 원인으로서 받아들여지게 되는 증거가 된것이죠. 암흑에너지는 우주 공간 자체에 존재하는 에너지로서 우주상수나 상수에너지 밀도로 설명되게 된답니다. 우주가 팽창할수록 그 밀도가 일정하게 유지 되는것이지요. 중력렌즈는 강력한 중력장이 빛을 휘게 만들어 빛이 굽어보이는 현상으로서 암흑에너지가 우주의 밀도와 구조에 영향을 미치기에 중력렌즈 효과의 관찰을 통해 암흑에너지의 존재와 특성도 확인가능한 것이지요! 하지만 이러한 암흑너지의 본질에 대해서는 여전히 미스테리로서 언젠가는 밝혀질것으로 예상합니다!
Q. 왜 달의 뒷모습은 지구에서 못보는건가요?
달은 지구를 공전하면서 동시에 자전도 하기에 자전주기와 공전주기가 일치하는 조석고정 현상이 나타나게 된답니다. 공전과 자전을 27.3일동안 하기에 자전속도와 공전하는 속도가 같기에 항상 같은 면만을 보고 있는 것이지요. 과거에는 달도 지구를 향해 자유롭게 자전하였다고 알려져 있었죠. 시간이 흐르면서 지구의 중력이 달에 강력한 조석력을 미치게 되었으며 달 내부의 질량 분포가 약간 찌그러지도록 만들었다고 합니다. 달 내부의 조석력으로 인해 생성된 마찰력이 점점 달이 ㅡ자전속도를 감속시켰고 이 과정이 수백만년 동안 지속되면서 달이 ㅡ자전이 점점 느려지게 되었답니다. 최종적으로 달이ㅡ 자전주기와 공전주기가 일치하게 되면서 지구에서 항상 같은면만 보게 된것이지요. 달은 자신의 축을 기준으로 자전하며 공전하는 속도또한 일치하게 된답니다.
Q. 고기압과 저기압성질의 바람이 어떻게 다른건가요
고기압과 저기압은 대기의 압력차이에 의해서 나타나며 고기압은 대기압이 주변보다 높은 영역으로서 중심에서 바깥으로 확신되며 차갑고 건조하며 하강하는 공기의 특성을 가지게 됩니다. 맑고 건조한 날씨를 가지는 특징이 있으며 저기압의 경우 대기압이 주변보다 낮은 영역으로서 주변에서 중심으로 수렴하고 따뜻하고 습하며 상승하는 공기로 흐리거나 비가 오는 날씨를 가지게 됩니다. 고기압에서의 바람은 하강기류로 인하여 아래로 내려오는 공기가 중심에서 바깥으로 나타나게 되며 약하고 바람이 일정하게 불게 되어 차분한 날씨를 가지게 되지요. 이에 따라 건조하고 맑은 날을 가지게 된답니다. 저기압의 경우 따뜻하고 습한 공기가 상승하며 구름을 형성하게 되는데 주변에서 중심으로 바람이 움직이고 강한 바람이 자주 발생하게 되고 습도가 높아 구름이 많고 비나 눈이 내릴 확률이 높아지게 된답니당! 바람에 있어서 강풍은 기압의 경도에 따라서 나타나며(기압의 차이) 저기압에서 중심으로 갈수록 기압이 급격하게 낮아지게 되면서 바람이 강하게 불게 된답니다!
Q. 어떤 지역이 날씨 변동성이 크고 예측이어려운건가요
날씨 변동이 크고 예측이 어려운 것은 다양한 기후 요인이 충돌하는 지점, 지형적 특성이 복잡한 지역, 극한 기후 조건을 가진지역 등의 여러가지 변수가 있기 때문인데요~ 열대 해양 지역에서 발생하는 태풍이나 허리케인의 경우 갑자기 형성되기도 하며 경로와 강도를 예측하기가 매우 어렵습니다. 기온이나 해수면의 온도, 대기의 압력 등의 작은 변화에도 폭풍의 강도와 경로가 크게 달라지게 되지요. 미국 중서부 지역이나 유럽의 서부, 한국, 일본등에서도 찬 공기와 따뜻한 공기가 자주 충돌하면서 급격한 날씨변화를 야기시키게 됩니다. 또한 히말라야와 같은 고산지대에서도 고도에 따라 기온 변화, 바람의 상승과 하강이 복잡하게 상호작용하게 되며 사막과 인접한 사하라 사막 주변, 중동 등에서도 낮과 밤의 온도 차이로 인하여 갑작스러운 폭우나 모래 폭풍 등이 발생할 가능성이 있습니다. 이들에 대한 데이터를 얻기가 굉장히 힘들며 얻게 되더라도 빠르게 변화하게 되며 복잡한 지형으로 예측이 어렵다고 합니다!