안녕하세요. 이웃집 천체물리학자 이상민 전문가입니다.
물리
Q. 오일러 공식은 무엇이고 어떤 의미가 있나요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.오일러 공식은 수학자 레온하르트 오일러의 이름을 딴 공식으로, 복소수 지수를 정의하는 데에 출발점이 되며, 삼각함수와 지수함수 사이의 관계를 나타냅니다 이 공식은 다음과 같이 표현됩니다:이 수식은 여러 요소들이 혼합된 형태를 가지고 있습니다. 그 중에서도 가장 독특한 것은 허수 승수입니다. 이제 이 복잡해 보이는 수식의 기하학적 의미를 알아보겠습니다.
지구과학·천문우주
Q. 중력렌즈현상이라는 게 무엇인가요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.제임스 웹 우주망원경은 지금까지 관측이 어려웠던 희미한 천체를 관측해 그 진가를 증명해 보였습니다. 이 강력한 망원경은 우주 초기에 형성되어 허블 우주망원경으로는 희미한 점 정도로 보였던 은하의 모습도 더 자세히 관찰할 수 있게 해줍니다. 그러나 우주에는 제임스 웹 우주망원경으로도 관측이 어려운 희미한 은하가 다수 존재합니다. 이때 큰 도움을 받을 수 있는 것이 중력 렌즈입니다. 중력 렌즈는 아인슈타인의 상대성 이론에서 예측된 현상으로, 은하나 은하단처럼 질량이 큰 천체 주변에서는 중력에 의해 빛의 경로가 휘어져, 마치 렌즈를 통과하여 오는 것처럼 보이는 현상을 의미합니다. 덕분에 멀리 떨어진 은하가 본래 밝기보다 수십 배 밝아지는 경우도 있습니다. 천문학자들은 제임스 웹 우주망원경이 발사되기 전부터 중력렌즈를 적극 활용해 왔으며, 이제는 제임스 웹 우주망원경과 중력렌즈의 힘을 합쳐 더 멀리 떨어진 어두운 천체를 관측하는 데 큰 도움을 받고 있습니다. 중력렌즈는 일반적으로 깨끗하고 균일한 상을 맺지 않는 경우가 많습니다. 거대한 은하단의 중력에 의해 빛의 경로가 무작위로 바뀌기 때문에 초점이 맞지 않거나 상이 여러 개 맺히는 경우가 흔합니다. 그러나 과학자들은 이를 복원하여 본래 이미지와 스펙트럼 같은 중요한 정보를 얻는 기술을 갖고 있어 연구에 큰 문제가 되지 않습니다. 오히려 여러 개의 상이 맺히는 경우 더 재미있는 연구를 할 수 있습니다. 예를 들어, 일본 교토대학과 캐나다 세인트 메리스대학 연구팀은 거대 은하단인 MACS 0417이 만드는 중력렌즈를 이용해 연구를 하다가 하나의 은하에서 나오는 두 개의 이미지가 서로 다르다는 것을 확인했습니다. 이 은하는 사실 하나의 은하가 아니라 ELG1과 ELG2라는 두 개의 은하가 충돌해 하나의 더 큰 은하로 성장하는 중으로 우주 초기에는 이렇게 작은 은하들이 서로 충돌해 더 큰 은하가 되는 일이 흔했습니다. 그런데 연구팀이 확인한 두 이미지 A, B는 단순히 초점이 맺혀지지 않은 이미지가 아니었습니다. 그보다는 서로 다른 각도에서 본 은하였습니다. 이런 일이 가능한 이유는 은하에서 나온 빛이 은하단의 강력한 중력에 의해 경로가 바뀌면서 다른 상을 맺히기 때문입니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구주변에 생기는 오로라는 왜 원모양으로만 형성이 되는걸까요???
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.오로라는 지구의 자기장에 의해 형성됩니다. 태양에서 방출되는 플라즈마 입자들이 지구의 자기장과 마찰하여 빛을 내는 현상인데요. 이 플라즈마 입자들은 지구의 자기장에 이끌려 대기로 진입하게 됩니다. 지구의 자기장은 북극과 남극을 중심으로 원형으로 형성되어 있습니다. 따라서, 이 자기장에 의해 이끌려 대기로 진입하는 플라즈마 입자들도 원형으로 분포하게 되며, 이로 인해 오로라도 원형으로 보이게 됩니다. 이러한 과정을 통해 아름다운 오로라 현상이 만들어지는 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구의 중력을 벗어나려면 얼마의 속도가 필요한가요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.지구의 중력을 벗어나는 최소한의 속도를 탈출 속도라고 합니다1. 탈출 속도는 주어진 중력장과 위치로부터 별다른 추진 없이 중력을 벗어날 수 있는 최소 속도를 의미합니다.탈출 속도를 계산하는 가장 쉬운 방법은 에너지 보존 법칙을 이용하는 것입니다. 질량이 M인 행성 중심으로부터 r의 거리에 있는 초기 속도 의 질량 의 물체를 생각해보자. 해당 물체에는 운동 에너지와 위치 에너지만이 존재하므로, 초기 상태와 최종 상태의 에너지의 합이 동일하다는 에너지 보존 법칙을 사용하면 다음 식을 얻을 수 있습니다: 여기서 G는 중력 상수, 은 행성(지구)의 질량, r은 행성의 반지름, 는 탈출 속도입니다. 이 식을 에 대해 풀면 다음과 같습니다:지구의 경우, G는 중력 상수 (6.67430 × 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2), 은 지구의 질량 (5.972 × 1024 kg), 은 지구의 반지름 (6.371 × 106 m)입니다. 이 값을 대입하면 지구의 탈출 속도는 약 11.2 km/s가 됩니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양계 일정한 궤도로 돌고있다는데 사실인가요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.네, 맞습니다. 우리 태양계는 은하 중심을 돌고 있습니다12. 이는 다음과 같은 근거를 통해 알 수 있습니다: 천문학적 관찰: 천문학자들은 망원경과 우주선을 이용하여 태양계가 은하 중심을 돌고 있는 것을 관찰하고 측정하였습니다.은하계 운동: 태양계의 은하계 운동 속도는 약 220 km/s (킬로미터/초)입니다3. 이 속도로 태양계는 은하 중심을 한 바퀴를 도는데 약 230-240 백만 년이 걸립니다.은하의 구조: 태양계는 우리 은하 중심에서 약 26,500 광년 떨어져 있습니다4. 이는 태양이 은하의 중심을 공전하는 데 약 2억 5,000만 년이 걸린다는 것을 의미합니다. 따라서, 태양계가 은하 중심을 돌고 있다는 것은 천문학적인 사실로 널리 받아들여지고 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 허블 상수는 어떻게 구해지나요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.허블 상수를 구하는 방법은 다음과 같습니다: 후퇴속도 측정: 우선, 우리는 천체의 후퇴속도를 측정해야 합니다. 이는 도플러 효과를 이용하여 측정할 수 있습니다.거리 측정: 그 다음으로는 해당 천체까지의 거리를 측정해야 합니다. 이를 위해 다양한 방법이 사용됩니다. 예를 들어, 별의 시차를 이용하거나 Type Ia 초신성을 이용하거나 셰페이드 변광성을 이용할 수 있습니다.허블 상수 계산: 후퇴속도와 거리를 알게 되면, 이 두 값을 통해 허블 상수 H를 구할 수 있습니다. 허블 상수의 의미는 다음과 같습니다:허블 상수는 우주가 팽창하고 있다는 사실을 나타내는 상수로, 우리 우주가 얼마나 빨리 팽창하고 있는지를 나타내는 값입니다. 이 값은 H₀로 표기되며, 이 값이 클수록 우주의 팽창 속도가 빠르다는 것을 의미합니다. 허블 상수는 코스모로지, 즉 우주의 구조와 발전에 대한 핵심적인 정보를 제공합니다2. 이 값은 빅뱅 이후의 우주 팽창 속도를 측정하는 중요한 도구로 활용되고 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 우주에서 빅뱅이 있었다는 과학적인 증거와 이를 반박하는 증거는 무엇인가요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.빅뱅 이론은 우주의 기원에 대한 현대 천문학과 물리학의 주요 이론으로, 우주가 약 138억 년 전에 극도로 뜨겁고 밀집된 초기 상태에서 시작하여 지금까지 계속 팽창하고 있다고 설명합니다. 이 이론에 대한 과학적 증거는 다음과 같습니다:허블의 법칙: 멀리 있는 은하들이 우리로부터 멀어지고 있으며, 그 속도가 은하가 우리로부터 떨어진 거리에 비례한다는 것을 보여줍니다.우주 마이크로파 배경 (CMB): 빅뱅 이후 초기 우주가 충분히 냉각되어 빛이 자유롭게 이동할 수 있게 되었을 때의 열복사 잔여물입니다.핵 합성: 초기 우주에서 수소, 헬륨, 그리고 소량의 리튬과 베릴륨 등 원소가 생성되었다고 예측하며, 우주에서 관측되는 이러한 원소들의 비율은 빅뱅 핵융합 이론과 잘 일치합니다.거대 구조: 우주의 대규모 구조, 즉 은하와 은하단의 분포는 빅뱅 모델로 설명될 수 있습니다. 반면, 빅뱅 이론을 반박하는 주장도 있으며, 이에 대한 주요 포인트는 다음과 같습니다:우주의 팽창: 적색 편이는 우주가 팽창함을 가리키지만, 이것이 빅뱅만의 증거는 아니라는 주장이 있습니다.CMB: 빅뱅 이론가들이 꼽은 증거이지만, 일부 학자들은 이것이 빅뱅을 부정하는 증거가 될 수도 있다고 주장합니다.원시 핵합성: 원시 리튬 문제와 같이 예측치와 실제 관측치가 일치하지 않는 경우가 있습니다.은하 및 거대한 구조의 형성: 빅뱅 이론에 따르면 물질이 뭉쳐 은하 및 거대한 구조들을 형성할 수 있었을 것이라 예측하지만, 현재 이 부분은 빅뱅을 부정하는 증거가 되고 있다는 주장이 있습니다.이러한 증거와 반박 주장은 과학계에서 여전히 활발히 논의되고 있으며, 빅뱅 이론은 계속해서 발전하고 있습니다. 과학은 관측과 실험을 통해 지속적으로 새로운 정보를 통합하고 이론을 수정하는 과정이기 때문에, 현재의 이론도 미래에는 더 발전하거나 새로운 이론으로 대체될 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 태양계 행성들의 하루의 길이가 가장 짧은 행성과 가장 긴 행성은 무엇인가요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.태양계 행성들 중에서 하루의 길이가 가장 짧은 행성은 목성이며, 하루의 길이는 약 9.9시간입니다. 반면에 하루의 길이가 가장 긴 행성은 금성으로, 하루의 길이는 약 116일입니다. 이는 각 행성의 자전 속도에 따른 것으로, 목성은 매우 빠르게 자전하고 금성은 매우 느리게 자전합니다.
생물·생명
Q. 왜 하루를 24시간으로 나누었을까요?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.하루를 24시간으로 나눈 이유는 고대 메소포타미아인들의 시간 체계와 관련이 있습니다. 그들은 하루를 밤과 낮으로 나누고, 다시 각각을 12시간으로 나누었습니다. 이는 달이 1년에 12번 차고 기울기 때문이며, 결과적으로 하루가 24시간이 되었습니다. 또한, 24시간 체계는 원을 분할할 때 사용하기 편한 분할각과 관련이 있으며, 60분제는 60이라는 숫자가 많은 약수를 포함하고 있어 사용하기 편리하기 때문입니다. 이러한 시간 체계는 오랜 시간 동안 사용되어 왔으며, 우리의 일상생활에서 너무나 당연하게 받아들여지고 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 지구의 자기장이 미치는 영향은?
안녕하세요. 이상민 과학전문가입니다.지구의 자기장은 우리에게 매우 중요한 역할을 합니다. 주요 영향은 다음과 같습니다: 방사선 보호: 지구 자기장은 우주 방사선과 태양에서 오는 입자들로부터 지구를 보호하는 방패 역할을 합니다.항법 시스템: 나침반과 같은 항법 도구들이 지구 자기장을 이용하여 방향을 찾습니다.통신 및 위성: 지구 자기장의 변화는 통신 장비와 위성에 영향을 미치며, 때로는 전파 장애를 일으키기도 합니다.오로라 현상: 자기장은 태양풍과 상호작용하여 아름다운 오로라를 만들어냅니다.지구 자기장은 생명체 보호와 기술적 기능에 필수적인 요소입니다. 그러므로 지구 자기장의 변화를 연구하는 것은 매우 중요합니다.