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2014년 12월 31일 수요일

태양계 이야기 307 - 화성에서 발견된 미스테리 거미 지형


(출처 : NASA/JPL/University of Arizona )

 위의 사진은 나사의 MRO(Mars Reconnaissance Orbiter)가 지난 2014년 10월 4일 촬영한 화성의 표면 사진입니다. 화성의 남극에 가까운 위치에서 찍은 이 사진에는 거미 같은 매우 괴상한 모습이 찍혀 있습니다. 화성에서는 지구를 연상하게 하는 지형이 다수 존재하지만 이런 지형은 지구에서는 전혀 가능하지 않은 모습입니다. 그 이유는 이 지형이 이산화탄소가 얼어서 된 드라이 아이스로 인해 만들어졌기 때문입니다.


 화성의 대기는 지구 대기에 비해서 밀도가 0.6%에 지나지 않을 정도로 희박합니다. 그리고 그 대기의 96% 정도가 이산화탄소죠. 따라서 지구와 비슷한 기상 현상이 발생하기도 하지만 지구에서는  절대 생길 수 없는 현상이 생기기도 합니다. 위의 사진에 보이는 현상 역시 마찬가지입니다.
 화성의 낮은 기온 (가장 추운 곳은 - 100℃ 밑으로 떨어짐)과 이산화탄소가 풍부한 대기 덕분에 화성의 극지방에서는 대기에서 바로 드라이 아이스가 형성됩니다. 액체로 응결되는 단계를 뛰어넘어 얼어붙은 이산화탄소는 화성 표면에 독특한 지형을 형성하는데 이 거미 모양 무늬 역시 그 중 하나입니다. 언뜻보면 유리창에 낀 성애 같기도 합니다.   
 이 지형의 명칭은 거미 같은(spider-like)를 뜻하는 아레네이폼(araneiform)입니다. 행성과학자인 캔디스 한센(Candice Hansen)에 의하면 이 지형은 겨울철에 형성되며 여름철이 되면 녹는 대신 다시 증발해서 없어지게 됩니다. 드라이 아이스가 증발한 자리에는 역시 거미 같은 자국이 남게 되는데, 이 역시 화성에서만 볼 수 있는 독특한 지형이라고 하겠습니다.

 참고   


네비게이션까지 품은 스마트 오토바이 헬멧


 앞서 차량 사고를 방지해 주는 자전거용 스마트 헬멧 ( http://jjy0501.blogspot.kr/2014/12/Smart-Cycle-Helmet.html 참조)​에 대해서 소개드린 바 있는데, 이번에는 러시아에서 네비게이션을 통합한 형태의 오토바이용 스마트 헬멧이 개발 중이라는 소식입니다. 크게 보면 이는 웨어러블 기기에 헬멧이 들어가는 셈입니다.


(GPS/네비게이션 통합 오토바이 헬멧 )



(동영상)


 요즘은 오토바이에 탑재된 네비게이션도 있고 스마트폰 거치대를 사용해서 네비게이션 처럼 사용할 수도 있기는 하지만 사실 오토바이에서 네비게이션을 사용한다는 것은 매우 위험천만한 일입니다. 특히 주변 환경 변화에 바로 대응하려면 시야를 딴데로 돌리면 안됩니다.  도로에선 어떤 일이라도 생길 수 있고 특히 러시아에서는 더 그렇죠. (이 부분은 위의 동영상에서 1분 15초 이후를 보면 알 수 있습니다. 꽤 잘 편집했으니 꼭 한번 보시라고 하고 싶네요)
 러시아의 스타트업 기업인 LiveMap은 이런 오토바이 운전자를 위한 스마트 헬멧을 개발 중에 있습니다. 러시아 과학부에서 약 100만 달러 (1470만 루블) 정도의 자금을 지원받은 이 프로젝트는 한마디로 헬멧에 HUD 를 이용해서 네비게이션을 통합하는 것입니다. 조작은 음성으로 할 수 있으며 헬멧의 화면에는 도로 정보는 물론 여러가지 다른 정보도 같이 표시할 수 있습니다.
 오토바이의 운전 환경을 고려했을 때, 가장 좋은 네비게이션 시스템은 두말 할 것 없이 이런 헬멧 통합형 시스템일 것입니다. 1.4kg의 중량의 이 헬멧은 미국과 유럽을 비롯한 해외의 안전기준을 만족시키는 강도를 가지고 있으며 디스플레이 및 다른 시스템 탑재를 위해 일반 헬멧 대비 조금 큰 크기를 가지고 있습니다. 하지만 착용에는 큰 불편은 없는 수준이라고 합니다.
 안드로이드 기반의 OS를 사용하는 이 헬멧은 영어권 국가에서 먼저 출시되는 데 이는 보이스 컨트롤이 가장 많이 개발된 언어가 영어이기 때문이라고 하네요. 그러나 러시아를 비롯한 다른 국가에서도 순차적으로 출시를 계획하고 있다고 합니다.
​ 이 헬멧의 아이디어는 매우 좋지만 한가지 중대한 문제가 있습니다. 그것은 가격입니다. 이 헬멧 한개의 가격은 무려 2000달러에 달하며 얼리 버드 할인 가격도 1500달러라는 무시못할 가격을 가지고 있습니다. 이정도면 저가 오토바이 한대 가격이라고 할 수 있을 것 같습니다. 아주 고가 오토바이를 구매할 수 있는 여유있는 라이더라면 모를까 생계형으로 오토바이를 타야하는 대다수 사람들에게는 사실 무리수인 것 같은 가격입니다.

 하지만 기술은 발전하게 마련이고 대량생산이 되면 언젠가는 가격이 저렴해질 날도 올 것입니다. 지금은 좀 그렇지만 아마 미래에는 이 비슷한 네비게이션 통합형 스마트 헬멧이 합리적인 가격에 나오지 않을까 생각합니다. 그 때는 오토바이는 물론 자전거 사용자를 위해서 유용하게 사용될 수 있겠죠. 당장은 아니라도 언젠가는 가능한 미래라고 생각합니다.​ 



 참고






태양계 이야기 306 - 구상 성단 옆을 지나는 혜성


(구상성단 M79 옆을 지나가는 혜성 러브조이. Comet C/2014 Q2 Lovejoy photographed overnight December 28-29, 2014 remotely from Siding Spring, Australia as it swooped within 1/6 degree of the globular cluster M79. The coma glows green from fluorescing carbon molecules while the narrow ion tail, composed of carbon monoxide gas, glows blue in UV sunlight. Credit: Rolando Ligustri)


 위의 사진은 혜성 러브조이 C/2014 Q2 Lovejoy를 촬영한 것입니다. 올해 8월 테리 러브조이(Terry Lovejoy)는 8인치 망원경으로 하늘에서 이 혜성을 찾아냈습니다. 러브조이 혜성이라는 이름이 낯설지 않은 분들도 있을 텐데, 왜냐하면 이 혜성이 러브조이가 찾아낸 5번째 혜성이기 때문입니다. 그는 아마추어 천문학자로 남반구에서 정말 아름다운 모습을 보여준 혜성들을 찾아냈습니다. 

C/2014 Q2 러브조이 역시 매우 아름다운 모습이지만, 2011년 크리스마스 시즌에 육안으로 관찰되어 크리스마스 대혜성으로 불린 C/2011 W3 러브조이 혜성처럼 밤하늘에 밝게 빛나지는 않을 예정입니다. 그보다 어두운 혜성이기 때문이죠. 아마도 최대 밝기는 4-5 등급으로 도시에서는 보기 힘들 것으로 예상됩니다.  

 위의 사진에서 녹색으로 빛나는 부분은 혜성의 중심인 코마(coma)입니다. 이 색상은 탄소 성분 때문입니다. 이 안에 아주 작은 혜성의 핵이 숨어 있습니다. 그리고 꼬리는 일산화탄소 가스로 인해서 푸른빛을 띄고 있습니다. 물론 꼬리를 구성하는 물질이 일산화탄소만 있는 것은 아니고 이산화탄소, 수증기 등 다른 물질도 같이 포함하고 있습니다.
 그 왼쪽 아래에는 작은 공처럼 보이는 것이 있는데 구상성단 M79입니다. 이 구상성단은 지구에서 4만 1000광년 정도 떨어져 있는데, 100억 년 이상되는 아주 오래된 별의 모임입니다. 본래 크기는 매우 크지만 거리 때문에 혜성보다 작아 보입니다. 물론 혜성이 구상 성단 옆을 지나가는 것은 착시현상입니다. 혜성은 우리 태양계에 있고 구상성단은 41,000 광년 저편에 존재합니다. 하지만 그것과 관계 없이 사진은 매우 아름답네요.  

(혜성과 구상 성단 A tighter view of the top image shows not only the star cluster but also shows 13th magnitude NGC 1886, an edge-on spiral galaxy. Credit: Rolando Ligustri )


 좀더 크기를 키워보면 M79는 확실히 많은 별들의 모임이라는 게 나타납니다. 그리고 그 옆으로 혜성이 지나가고 있습니다. 이 혜성은 북반구에서도 관측이 가능하지만 아마도 2015년 1월 중에 최대 겉보기 등급이 4-5 등급 수준이 될것으로 보여 도심에서는 관측이 어렵고 장비를 갖춰서 불빛이 없는 장소에서 봐야 잘 보일 것으로 보입니다.
  C/2014 Q2 러브조이 혜성은 2015년 1월 7일 지구에서 7000만 km 정도 떨어진 지점까지 가까이 올 예정입니다. 그나마 내년초는 이게 가장 밝게 보이는 혜성이라고 하네요. 사진으로는 꽤 아름다운 혜성이지만 아마도 밝기상 육안으로 보기는 쉽지 않을 것 같네요. 우리 나리에서는 얼마나 잘 보일지 궁금합니다.  
 참고  





2014년 12월 30일 화요일

새가 토네이도를 감지할 수 있다?


 오래전부터 나왔던 도시 전설 같은 이야기 중에 하나가 동물들이 지진이나 해일, 태풍을 미리 감지할 수 있다는 것입니다. 일부는 사실이라고 할 수 있는데 최근 저널 current biology에는 노란 죽지 솔새(golden-winged warbler)가 토네이도의 발생을 미리 감지하고 피할 수 있다는 내용의 논문이 발표되었습니다. 노란 죽지 솔새는 길이 11cm 정도에 8-10g 정도의 체중을 지닌 소형 조류로 미국 동부와 중남미 대륙에 걸쳐 서식하고 있습니다. 이 새들이 토네이도 발생 지역을 건너갈 때 이를 피할 수 있는 능력이 있다는 사실이 밝혀진 것입니다.  


 토네이도는 한국에선 보기 힘들어서 매우 다행인 자연 현상으로 미국에서는 매년 막대한 재산 피해와 함께 많은 생명을 잃게 만드는 무서운 자연 재해입니다. 만약 토네이도 발생을 미리 알 수만 있다면 재산 피해는 어쩔 수 없을지 몰라도 인명 피해 만큼은 막을 수 있을 것입니다. 따라서 이제까지 토네이도 발생을 빨리 예측하기 위한 연구가 오랬동안 지속되어 왔습니다.
​ 두말할 필요 없이 노란 죽지 솔새 역시 토네이도에 휩쓸리면 치명적인 결과를 입을 수 밖에 없을 것입니다. 당연히 이 새 역시 토네이도를 피하고 싶을 텐데, 이들이 토네이도 발생을 인간보다 빠르게 감지할 수 있다는 사실이 다른 연구 중 우연히 발견되었습니다.
 캘리포니아 대학의 헨리 스트레비(Henry Streby of the University of California, Berkeley)와 그의 동료 연구자들은 노란 죽지 솔새의 이동 경로를 파악하기 위해서 이 작은 새의 등에 매달 수 있는 위치 추적기를 개발했습니다. 그리고 이 새의 이동 경로를 분석한 결과 예상치 않았던 사실이 드러났습니다.
 노란 죽지 솔새는 8월에서 9월 사이 미국 북동부에서 남미로 이동한 후 다시 다음해 4월에 미국 북동부로 돌아오는 이동 경로를 가지고 있습니다. 이들의 서식지와 이동 경로에는 토네이도 다발 지역들이 포함되어 있습니다.
 2014년 4월 27일, 5000km 이상을 비행해서 미국 테네시 인근의 컴버랜드 산(Cumberland Mountains of eastern Tennessee)에 안착한 노란 죽지 솔새 무리는 갑자기 남쪽으로 1000km 이동해 여기에서 5일간 지낸 후 다시 보금자리로 돌아왔습니다. 그런데 솔새가 떠난 후 테네시 인근에 강력한 토네이도가 84개 이상 발생해 막대한 재산 피해가 발생하고 35명이 죽는 불상사가 발생했습니다. 이 사건이 종료되자 솔새는 다시 이곳으로 돌아왔습니다.  
 엄청난 거리를 날아와 기진 맥진한 솔새 무리가 토네이도 발생 24시간 전에 안전 지대로 대피한 것도 놀랍지만 토네이도가 끝난 후 정확히 본래 있던 자리까지 이동한 것은 더 놀라운 일입니다. 이는 우연이라곤 생각하기 힘든 일로 앞으로 연구가 더 진행되어야 하겠지만 아마도 노란 죽지 솔새가 토네이도를 감지할 능력이 있다고 보는 것이 가장 타당한 가설일 것입니다.
 연구팀은 이 새가 아마도 초저주파(infrasound)를 감지하는 능력이 있는 것 같다고 생각하고 있습니다. 과거 연구를 통해서 이런 토네이도를 포함한 폭풍이 수천km까지 퍼저나가는 저주파를 발생시킨다는 사실은 알려져 있습니다. 이는 사람의 귀로는 들을 수 없지만 이 새들이 감지할 수 있다면 태풍의 이동을 파악할 가능성이 있습니다. 더 흥미로운 사실은 아마도 도플러 효과를 이용해서 폭풍이 다가오는 중인지 멀어지는 중인지도 파악하느 것 같다는 점입니다. 토네이도가 물러간 후 다시 본래 장소로 돌아올 수 있는 것은 그렇게 해석이 가능합니다.  
​ 이 가설은 앞으로 더 검증이 필요할 것입니다. 위치 추적기와 토네이도 발생 장소/시기를 대조하면 더 명확한 결론을 내릴 수 있을 것입니다. 또 초저주파가 정말 그 비밀인지 알아내는 것도 중요합니다. 왜냐하면 인간은 들을 수 없지만 기계를 통해서 감지할 수도 있기 때문입니다. 만일 이로 인해서 더 빠른 토네이도 예측이 가능해 진다면 인간이 노란 죽지 솔새에게 한 수 배우는 셈이 될 것입니다.
 참고

Journal Reference:
  1. Henry M. Streby, Gunnar R. Kramer, Sean M. Peterson, Justin A. Lehman, David A. Buehler, David E. Andersen. Tornadic Storm Avoidance Behavior in Breeding SongbirdsCurrent Biology, 2014 DOI: 10.1016/j.cub.2014.10.079
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가격 한국화를 통해서 발매된 HP 스트림



(스트림 11.  출처 : HP)
 이전에 소개했던 HP의 크롬북 대항마 스트림이 국내에도 정식 발매되었습니다. 하지만 199달러와 229달러라는 저렴한 가격은 아니고 부가세를 포함시켜도 약간 이해가 되지 않는 높은 가격으로 등장했습니다.

​ 현지에서 199 달러인 스트림 11이 26만 9천원이 되는 건 그렇다 치는데 229달러인 스트림 13이 국내에서는 34만 9천원이 되는 매직(?)은 어떻게 가능한지 궁금합니다. 이대로라면 99달러인 스트림 타블렛도 그렇게 저렴하진 않을 수 있겠단 생각입니다. 한국 기업은 말할 것도 없고 세계적인 대기업들도 한국에만 오면 이상한 현지화(?)를 시도하는데 HP라고 예외는 아닌 듯 하네요.
 아무튼 정식 윈도우와 오피스 365 (1년)을 포함한 노트북이 미국 현지에서 이렇게 저렴한 가격에 출시될 수 있던 것은 오랜 독점 구조가 깨진데 기인한 바가 큽니다. 우선 구글이 안드로이드를 무료로 배포하는데 그치지 않고 크롬북이라는 저가 노트북을 만들어 시장을 공략하면서 MS 역시 타블렛용 오피스를 무료로 배포하고 9인치 이하에선 라이센스를 받지 않기로 하는 등 대응 전략을 내놓고 있습니다. 과거 MS 천하였던 시절과는 많이 다르죠.
 CPU 역시 마찬가지입니다. ARM 기반의 값싼 프로세서가 넘처나면서 인텔 역시 자사의 아톰 기반 SoC들을 거의 무료에 가까운 가격으로 배포 중에 있습니다. 그 결과 아주 저렴한 중국산 윈도우 타블렛이나 노트북이 나올 수 있는 것이죠. 대신 인텔은 모바일 사업부에서 막대한 적자를 기록중입니다. ( http://jjy0501.blogspot.kr/2014/10/Intel-2014-Q3-result.html 참조) 이 역시 과거 인텔이 시장을 독점하던 시절에는 생각할 수 없던 일이죠.
 다만 앞서 언급한 것 처럼 세계적인 대기업이나 국내 기업이나 한국 시장에서는 가격 현지화(?)를 시도하기 때문에 우리는 좀 더 비싼 가격에 제품을 살 수 밖에 없습니다. 그래도 최근 저가 윈도우 기기들의 가격은 상당히 경쟁력이 있긴하죠. 제 생각에는 스트림 11/13은 현재 가격이라면 스트림 11 쪽은 그래도 경쟁력이 있지만 스트림 13은 가격을 더 조정해야 할 것 같습니다. 왜냐하면 최근 윈도우 위드 빙을 탑재하고 꽤 저렴한 가격에 나온 베이트레일 기반 제품들이 많거든요.
 스트림 11/13에 대한 소식을 전할 때 국내에는 가격 현지화를 통해서 발매되지 않을까 우려했는데 어느 정도는 그렇게 된 셈입니다. 왠지 뉴욕발 서울행 화물 비행기의 절반이 직구 물품이라는 뉴스가 생각나는 순간입니다.


무선 충전 전기 버스


 우리에게는 버스보다 트럭으로 더 친숙한 스웨덴의 제조업체 스카니아(Scania)가 무선 충전 버스(Wireless charging Bus)를 테스트 한다는 소식입니다. 무선 충전 전기 버스가 스웨덴 최초로 테스트 될 도시는 스톡홀름 주에 있는 쇠데르텔리에(Södertälje)시로 2016년 6월에 테스트가 진행되며 안전성과 효율성을 평가한 다음 스웨덴을 비롯해 해외에도 판매한다는 계획입니다.



(스카니아 버스(위)와 무선 충전 시스템(아래)  출처: 스카니아)
 그런데 이 소식이 낯설지 않게 들리시는 분들도 있을 것입니다. 왜냐하면 한국에서도 같은 연구가 진행되고 있기 때문이죠. 이미 2013년 한국의 카이스트는 최초로 도로에서 충전이 가능한 무선 충전 버스를 선보였습니다. 대전에 선보인 이 무선 충전 전기 버스는 OLEV(On Line Electric Vehicle)이라고 불리며 전기 차량의 무선 충전 시대를 알렸습니다.

(카이스트의 OLEV. 출처: 카이스트)
 정해진 도로를 따라 주행하는 만큼 시내 버스는 사실 전기차량을 도입하기 더 적당할 수도 있습니다. 가다서다를 반복하기 때문에 전기차가 효율성이 매우 높을 수 밖에 없는 영역이기도 하죠. 또 시내에서라면 시속 100km 이상으로 달려야 할 이유도 없습니다. 하지만 배터리 용량이 큰 만큼 충전에 시간이 많이 필요하고 가격이 고가라는 점이 전기 버스 도입의 걸림돌입니다.

 무선 충전은 전기 버스와 결합하면 꽤 괜찮은 방식일 수 있습니다. 정거장에서 잠시간 충전을 한다면 충전을 하기 위해 몇 시간씩 기다리지 않아도 될 수 있기 때문입니다. 하지만 신뢰성과 안전성, 경제성 등 아직 해결해야 할 문제는 남아 있습니다.


 하지만 스웨덴과 한국을 제외하고도 독일 등 다른 국가에서도 무선 충전 전기 버스가 구상 중이고 보다 친환경적인 교통수단이 요구됨에 따라 미래에는 무선 충전 방식의 전기 버스가 실용화 될 가능성이 적지 않습니다. 물론 급속 충전 방식의 전기 버스 역시 상용화를 단계에 있지만 말이죠.
 기존의 내연 기관 버스에 비해서 전기 버스는 도시의 공기 질을 향상시키는 데는 의심할 바 없이 절대적으로 유리합니다. 그러나 경제성이라는 관점에서 본다면 다소 논란의 여지는 있을 것입니다. 어느 쪽을 선택할지는 각 국가와 지자체의 경제 사정 및 환경 철학이 좌우하게 될 것으로 보입니다.   
 참고



2014년 12월 29일 월요일

태양계 이야기 305 - 화성에 남조류 세균 보내기


 마스 원(Mars One) 프로젝트는 인간을 화성으로 영구 이주시키는 약간 정신나간 프로젝트입니다. 성공 가능성에 대해서는 개인적으로는 회의적이지만 이들은 가능한 단계부터 일단 시도를 하고 있는데 2018년까지 화성에 무인 착륙선을 보내는 것이 그 첫 단계입니다. 아마도 이 단계부터 만만치 않은 도전이 될 가능성이 매우 높지만, 이들은 첫번째 착륙선에 무엇을 태울 지를 두고 공모를 받고 있습니다.
 독일 다름슈타트의 응용과학 대학과 공과대학 (University of Applied Science and Technical University) 학생들이 주축이된 팀은 매우 급진적이고 어쩌면 꽤 위험할 수도 있는 화물을 제안했느데, 그것은 바로 남조류(Cyanobacteria)입니다.
 남조류는 엽록소를 이용해서 광합성을 하는 세균으로 다수의 세균이 큰 덩어리나 실타래 같은 모양을 형성합니다. 이 세균은 지구 역사에서 매우 중요한 역할을 했습니다. 아마도 지구대기에서 최초의 산소를 만들어낸 장본인들이 바로 이들일 것으로 생각하고 있습니다. 이들은 원시적인 세균이지만 광합성이라는 매우 중요한 화학 과정을 통해서 지구의 역사를 바꿔놨습니다.


(남조류 중 하나인 Cylindrospermum sp의 사진.  Photomicrograph of cyanobacteria, Cylindrospermum sp. Cyanobacteria are capable of nitrogen fixation, which takes place in the anaerobic environment of heterocysts. Photo taken by Matthew Parker.)
 독일 대학생팀의 리더인 로베르트 슈뢰더(Robert P. Schröder)는 이 남조류가 화성의 역사도 바꿔놓을 수 있다고 생각하고 있습니다. 이들은 마스 원의 화성 착륙선의 남조류를 태워 화성의 환경에서 이들이 생존하고 광합성도 할 수 있는지를 테스트 해보기 원합니다. 물론 화성에 있을 지도 모르는 토착 생물을 보호하고 예상치 못했던 문제를 예방하기 위해서 이 남조류들은 임무가 끝나고 나면 모두 파괴할 것이라고 합니다. 이들의 계획은 밀폐된 장소에서 남조류를 키워보자는 것이죠.
 화성의 대기는 지구의 대기에 비해 밀도가 0.6% 수준에 불과합니다. 그리고 그 대부분 (약 96%)는 이산화탄소입니다. 이 이산화탄소를 사용해서 산소로 바꾸는 것은 화성을 지구처럼 만드는 화성 테라포밍(Terraforming)에서 매우 중요한 단계로 간주되곤 합니다. 일단 숨쉴 수 있는 공기를 만드려면 산소의 존재는 중요하죠. 물론 질소를 어디서 공급할 것인가가 아주 큰 문제가 되겠지만 현재까지는 뾰족한 수는 없습니다.

 화성 같은 매우 극한적인 환경에서 적응할 수 있는 남조류를 만들어내는 것도 꽤 어려운 과정입니다. 화성의 낮은 기압은 물론 높은 방사선 수준, 그리고 춥고 극단적인 기후 변화를 견딜 수 있는 능력이 있어야 합니다. 이런 능력을 가진 남조류의 균주(strain)을 만들어 내는 것은 그 자체로 큰 도전입니다. 학생팀은 일단 화성의 환경에서 화성 대기를 이용해서 광합성을 하는 것을 목표로 삼고 있습니다.



 아무튼 다소 위험할 수 도 있는 이 계획을 포함해 마스 원 랜더 계획에 대한 제안은 2014년 12월 31일까지 받을 예정입니다. 선정되는 대학은 2015년 1월 5일 발표 예정이라고 하네요. 과연 성공을 할 수 있을지 다소 반신반의 하지만 아무튼 어떤 계획이 추진될 지 궁금합니다.
 참고

태양계 이야기 304 - 수성에도 유성우가 내린다?


 사실 도시에서 관찰하기는 매우 어려운 일이지만 지구에는 주기적으로 유성우 (meteor shower)가 내리고 있습니다. 한개의 유성이 아니라 여러개의 유성이 한꺼번에 떨어지는 유성우는 대부분 지구가 우주 먼지속을 통과할 때 발생하는 데, 주로는 혜성의 흔적인 경우들이 많습니다. 혜성의 궤도와 마주칠 때, 혜성에서 떨어져 나온 작은 먼지 입자들이 대기권으로 유입되면서 불타는 것입니다. 그렇다면 원리적으로 유성우는 지구 뿐 아니라 다른 행성에서도 일어날 수 있습니다.


 최근 메신저(Messenger) 탐사선의 데이터를 분석한 과학자들은 사실 수성 역시 유성우를 일으키는 먼지 층을 통과하는 것 같다고 발표했습니다. 다만 수성에는 대기가 없기 때문에 별똥별을 보는 대신 작은 먼지가 표면에 엄청난 속도로 떨어져 조그만 크레이터들을 만들 것입니다.

(엔리케 혜성의 잔해와 마주치는 수성. Artist's concept: Mercury appears to undergo a recurring meteor shower, perhaps when its orbit crosses the debris trail left by comet EnckeCredit: NASA's Goddard Space Flight Center  )  


 나사 고다드 우주 비행 센터의 행성 과학자인 로즈마리 킬렌(Rosemary Killen, a planetary scientist at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland)과 그녀의 동료들은 나사의 수성 탐사선 메신저의 데이터를 분석했습니다.

 메신저에 탑재된 수성 대기 및 지표 조성 분광기(Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer )는 매우 흥미로운 데이터를 목격했습니다. 수성의 대기(라고 하면 이상할 지 모르지만 수성 주변에는 1nPa 수준의 극도로 희박한 원자들의 층이 존재. 분명 주변 우주보다는 더 원자 밀도가 높다. 외기권(exosphere)이라고도 부름) 중 칼슘 이온의 농도가 계절적으로 급격히 증가하는 현상이 보인 것입니다.

 이것은 수성의 희박한 대기에 주기적으로 뭔가 새로운 물질이 공급된다는 의미로 해석할 수 있습니다. 연구팀은 엔리케 혜성(comet Encke)의 잔해가 가장 가능성이 높다고 보고 있습니다. 궤도가 겹치는 부분에서 이런 현상이 일어나기 때문이죠. 엔리케 혜성은 0.33 AU 에서 2.22AU 에 이르는 궤도를 공전하는 단주기 혜성입니다. 그 궤도는 지구 공전 궤도와도 겹치는데 지구에는 황소자리 유성군(Taurids)을 일으키는 것으로 알려져 있습니다. 

 엔리케 혜성에서 떠어져 나간 작은 파편들은 수성의 희박한 대기를 거의 저항없이 지나가 지표에 충돌하게 되는데 충돌과 동시에 상당 부분은 뜨거운 열로 인해 증기화 됩니다. 이 증기화 된 이온들이 메신저에 의해 관측된 것이 아마도 이 결과일 것으로 연구팀은 해석하고 있습니다.

 지구에서 유성우는 극히 일부만이 운석형태로 지구 표면에 내려오지만 수성의 경우에는 대기 중에서 타는 대신 총알보다 몇 배 빠른 속도로 지표에 충돌합니다. 따라서 유성우가 내리면 밖에 나가 관측하는 대신 대피를 해야할 상황이겠죠. 다만 수성에 유인 미션은 최소한 현재까진 가능성이 매우 낮기 때문에 이런 걱정은 할 필요는 없어 보입니다.


 참고


  
Journal Reference:
  1. Rosemary M. Killen, Joseph M. Hahn. Impact Vaporization as a Possible Source of Mercury’s Calcium ExosphereIcarus, 2014; DOI: 10.1016/j.icarus.2014.11.035
   

테슬라 로드스터 업그레이드 - 한번 충전으로 640km 주행한다.



(테슬라 로드스터.  사진은 2.5 버전.  Tesla Roadster Sport 2.5, the fourth-generation Roadster from electric carmaker Tesla Motors Inc. from wikipedia)​


 테슬라 모터스가 2008-2012년 사이 양산했었던 테슬라 로드스터의 배터리 업그레이드를 포함한 3.0 옵션을 공개했습니다. 실증 모델은 2015년초 공개 예정이며 업그레이드 옵션은 2015년 중으로 선택이 가능할 것이라고 합니다. 이번 옵션에서 가장 눈길을 끄는 부분은 배터리 용량이 53kW에서 70kW로 증가하면서 최대 주행거리가 244마일(393km) 에서 400마일 (약 640km) 로 증가했다는 점입니다. 1.5 배 정도 주행 거리가 증가한 셈입니다.
 지난 십수년간 배터리 제조사들은 리튬 이온 배터리의 수명을 늘리기 위해 아주 다양한 연구를 진행했습니다. 그리고 그 결과 최근 등장하는 스마트폰과 태블릿은 더 긴 배터리 수명을 가지게 되었습니다. 사실 자동차라고 해서 예외가 될 순 없겠죠. 3.0 모델에 포함된 새 배터리 팩은 같은 셀에 31% 정도 많은 에너지를 담을 수 있다고 합니다.
 그런데 그것 만으로는 늘어난 주행거리를 다 설명하기는 어렵습니다. 테슬라 모터스는 새로운 에어로 킷 (aero kit) 을 개발했다고 하는데, 이 새 에어로 킷 덕분에 공기저항계수(Cd, drag coefficient)가 0.36에서 0.31로 낮아졌다고 합니다. 또 새로운 타이어 덕분에 구름저항계수(Crr, rolling resistance coefficient. 타이어의 구름 저항값을 타이어에 가해진 하중으로 나눈 값) 역시 11.0 kg/ton에서 8.9 kg/ton로 낮아졌다고 하네요. 이런 소소한 향상들이 합쳐져 주행 가능 거리를 늘린 것으로 보입니다.
 물론 본래 10만 달러가 넘는 자동차인 만큼 새로운 업그레이드 역시 가격이 만만치는 않을 것으로 예상됩니다. 그래도 이렇게 배터리 기술이 진보하는 점을 보면 미래에는 전기 자동차가 더 보편화되지 않을까 예상해 볼 수 있습니다. 물론 그 중간 형태인 하이브리드 자동차는 이미 상당히 보급되었고 점차로 도로를 달리는 비중이 더 커질 것으로 예상됩니다.   
 처음 등장했을 때는 사실 성패 여부가 반신반의 했는데 이렇게 점차 성장하는 모습을 보면 앞으로 전기 자동차가 하이브리드 자동차나 다른 차세대 자동차와 더불어 미래를 누비게 될 것으로 생각됩니다. 물론 가격이라는 측면에서는 아직도 개선의 여지가 많지만 말이죠.

 참고





2014년 12월 28일 일요일

우주 항공기 Skylon

 

 우주 개발에 있어 엔지니어들의 오랜 꿈은 1단 로켓만으로 저지구궤도(LEO)에 도달할 수 있는 발사체를 만드는 것입니다. SSTO(Single Stage to Orbit)라고 부르는 이 방식에 대해서는 이전 포스트를 통해서 설명드린 바 있습니다. 상세한 개념에 대해서는 이전 포스트를 참조해 주시기 바랍니다.  ( http://blog.naver.com/jjy0501/100087541030 참조) 


 SSTO가 과거 여러차례 시도에서 결국 성공을 거두지 못한 가장 중요한 이유는 한가지 종류의 엔진으로 이륙에서 극초음속 비행까지가 가능하지 않았기 때문입니다. 통상의 제트 엔진은 음속의 2배가 넘어가면서 효율이 떨어져 이보다 더 빨리 날기 위해서는 램제트 엔진 같은 새로운 형태의 엔진이 필요합니다. 그런데 램제트 엔진은 속도가 0 인 상태에서는 공기를 흡입해서 연소를 시킬 수가 없습니다. 따라서 이륙을 위해서 별도의 엔진이 필요합니다. 터보 램제트 엔진은 이를 혼횽해 어느 정도 문제점을 극복했지만 역시 음속 5배를 넘기는 아직도 요원한 상태입니다. 


 영국의 리액션 엔진사 Reaction Engines Limited (REL)는 이전부터 스카이론(Skylon)이라는 컨셉 우주 항공기를 제안하고 있습니다. 이 구상은 두가지 형태로 변형되는 엔진을 이용해서 이륙에서 음속 25배까지 낼 수 있게 한다는 것입니다. 이 엔진은 사브레 SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine)라고 불리는데 아직까지는 물론 실제로 작동하는 엔진은 없고 컨셉이라고 할 수 있습니다. 아무튼 오늘 이야기는 여기에 대한 내용입니다. 




(스카이론의 컨셉. 출처:Reaction Engines Limited )  


 사브레 엔진을 한마디로 요약하면 마하 5 까지는 공기를 흡입한 후 수소를 연소시키는 제트 엔진이지만 이후 마하 25까지는 수소+산소를 혼합해 로켓 연소를 하는 엔진이라고 할 수 있습니다. 순수한 로켓 엔진 대신 이와 같은 방식을 선택한데는 그만한 이유가 있습니다. 우주선 로켓 연료는 다양하지만 무게를 감안했을 때 가장 강력한 것은 액체 수소와 액체 산소를 연소시키는 것입니다. 문제는 액체 산소가 꽤 무겁다는 것이죠. 수소 원자는 가벼운 반면 산소 원자는 상대적으로 무거우니 당연합니다. 


 따라서 이전부터 대기 중에서는 공기를 흡입해 그 속에 있는 산소와 연료 탱크 속의 수소를 연소시키고 산소는 매우 고속에서만 연료 탱크에서 충당하는 방식이 제안되어 왔습니다. 스카이론과 사브레 엔진 역시 마찬가지 입니다. 저속에서는 제트 엔진처럼 공기를 흡입해 연료 탱그 속의 수소를 연소시켜 이륙하고 극초음속 영역에서는 로켓 엔진으로 변형되어 로켓 연소를 하게 됩니다. 



(Reaction Engines - Skylon Hypersonic Space Plane Simulation ) 


(사브레 엔진의 단면도. 출처:Reaction Engines Limited) 



(사브레 엔진의 다이어그램 출처:Reaction Engines Limited) 

 사브레 엔진의 핵심은 아주 독특하게 생긴 연소실과 엔진 앞의 공기 흡입구에 있습니다. 제트 엔진 가동시에는 앞의 흡입구는 열려 있고 여기에서 공기를 흡입해 연소를 시키게 됩니다. 이후 로켓 엔진 점화시에는 흡입구가 폐쇠되면서 액체 산소와 액체 수소가 로켓 엔진에서 연소되어 추진력을 발생시킵니다. 이렇게 하면 탑재하는 액체 산소의 양을 줄일 수 있고 1 단의 추진력 만으로도 저지구궤도에 도달할 수 있다는 것이죠. 

 말은 간단하지만 실제 작동 원리는 훨씬 복잡합니다. 사실 스카이론은 과거 영국이 추진하던 우주 항공기인 호톨 (HOTOL)의 후계기라고 할 수 있습니다. 이 개발을 진행한 핵심 인물은 앨런 본드(Alan Bond)로 liquid air cycle engine (LACE)라는 방식 엔진을 연구하는 엔지니어입니다. 사실 그는 1980년대 중반 호톨 연구시부터 계속 이 일에 매달려 왔다고 할 수 있습니다. 


 사브레 엔진은 과거 호톨과 다르게 일단 공기를 흡입하면 바로 액체 수소에 의해 냉각되는 것이 아니라 중간에 헬륨 냉각 장치를 거치게 됩니다. 목적은 공기를 차갑게 만들면서도 수소취화(hydrogen embrittlement, 수소가 금속에 흡수되어 금속을 약화시키는 현상)을 막기 위한 것입니다. 영하 150도 까지 냉각된 공기는 로켓 엔진에서 산화제로 사용되어 수소와 함께 연소합니다. 이런 방식으로 저속에서는 공기 중 산소를 이용해서 연소가 가능합니다. 


 하지만 속도를 매우 빠르게 하려면 100% 산소와 수소를 연소시킬 필요가 있습니다. 고속 비행시에는 모드를 변경시키는 것은 그래서 입니다.  


 스카이론 C1제원

 길이 : 82m

 동체 지름 : 6.25m

 날개 폭 : 25m

 최대 이륙 중량 : 275t

 연료 중량 : 220t

 최대 탑재량 : 12t


 이들이 디자인한 초기 모델인 C1 의 경우 82미터의 거대한 동체 길이를 가지고 있으며, 화물칸의 경우 4.6미터 지름에 12.3 길이를 가지고 있습니다. 최대 탑재량은 12톤 정도이므로 과거 우주 왕복선보다 약간 적은 양의 화물을 우주로 실어나를 수 있는 셈입니다. 

 물론 실제로 가능할지는 아직 미지수입니다. 일단 이렇게 거대한 우주선을 지구 대기권 밖으로 발사했다가 안전하게 착륙한 역사가 없기 때문에 이런 기체를 개발하는 것 자체가 엄청난 기술적 모험이라고 할 수 있습니다. 물론 엔진 역시 말할 것도 없이 이전에 한번도 시도된 적이 없는 엔진입니다.


 그런데 최근 영국 정부가 6000만 파운드 (약 1000억원)의 자금을 지원해 이 사브레 엔진의 첫번째 축소 실증 모델을 만들도록 했다는 소식입니다. 이를 통해 2014-2016년 기간 동안 엔진의 모든 사이클을 구현할 수 있는 축소 엔진 모델이 개발될 것입니다. 실제로 가능할지 아닌지는 아마도 이 시기가 지나면 어느 정도 윤곽이 잡힐 텐데 이 테스트에서 성공했다고 해서 미래를 장담할 수 있는 것은 아니지만, 여기서도 성공 못하면 더 미래는 없기 때문입니다. 


 미국도 번번히 실패의 고배를 마셔야 했던 SSTO 가 영국에서 날아오를 수 있을 지 앞으로의 결과가 주목됩니다. 

 참고 





    

남극 바다표범이 자기장을 이용해서 길을 찾는다?



 자연계의 동물들은 매우 다양한 네비게이션 시스템을 지니고 있습니다. 주로 눈에 많이 의존하는 우리와는 달리 초음파를 사용하는 것들도 있고 기가 막히게 좋은 코로 위치를 찾는 경우도 있습니다. 그리고 일부는 자기장을 이용해서 위치를 찾는데 도움을 받기도 하죠. 그리고 최근 한 연구에 의하면 바다표범 역시 길을 찾는데 자기장을 사용하는 것 같다고 합니다. 


(남극바다에 서식하는 웨델 바다표범.   A Weddell seal in Antarctica. NSF-funded research indicates they may use the Earth's magnetic field to navigate. Credit: Peter Rejcek, NSF)  

 남극에 사는 웨델 바다표범 (Weddell seal , Leptonychotes weddellii)은 남극해의 바다를 누비면서 사냥을 합니다. 추운 물에는 보통 생각하는 것 보다 훨씬 물고기들이 풍부하기 때문입니다. 하지만 바다표범은 포유류이고 숨을 쉬려면 어쩔 수 없이 물밖으로 나와야만 합니다. 보통 이 바다 표범들은 얼음 사이에 있는 작은 구멍들을 찾아서 숨을 쉬는데 매번 놓치지 않고 이 위치를 알아낸다는 것은 놀라운 일입니다.  


 이들이 어떻게 물속에서 정확한 위치를 찾는지는 현재까지 알려지지 않은 부분들이 많은데 미 국립 과학 재단 (Science Foundation (NSF))의 지원을 받은 과학자들에 의하면 아마도 자기장에 그 비밀이 숨어있는 것 같다고 합니다. 


 텍사스 대학의 란달 데이비스 (Randall Davis of the Department of Marine Biology at Texas A&M University)와 그의 동료 과학자들은 웨델 바다표범 머리 위에 작은 카메라 + GPS 및 센서를 부착해 바다표범의 이동 위치 및 장소, 사냥 방법 들에 대해서 기록했습니다. (아래 동영상) 



 (동영상) 


 캘리포니아 대학의 테리 윌리엄스 교수(Terrie Williams, a professor of ecology and evolutionary biology at the University of California, Santa Cruz)에 의하면 이 동물은 바다에 잠수하면 대단히 활동적으로 움직인다고 합니다. 즉 물속에 잠수해서 천천히 움직이는 것이 아니라 산소를 소모하면서 빠르게 움직인다는 것이죠. 이 동물들이 뒹굴거리는 것은 얼음 위에서 뿐입니다. 


 하지만 어쩔 수 없이 공기 호흡을 해야 하는 포유류로써, 바다 표범은 반드시 바다위로 올라와야 합니다. 일단 얼음 구멍 사이로 숨쉬러 나온 바다표범은 거의 실수 없이 다시 얼음 구멍으로 돌아왔습니다. 이것은 간단한 일이 아닌 것이 아래의 캄캄한 바다에는 방향을 확인할 만한 표식이 거의 없기 때문입니다.  


 데이비스 및 윌리엄스와 함께 이 연구를 같이 수행한 리 휘만 (Lee Fuiman, associate director of the University of Texas' Marine Science Institute in Port Aransas)은 이 바다표범들이 자기장이 달라지면 행동을 달리 한다는 것을 발견했습니다. 이것은 이 동물이 조류나 연어들처럼 자기장을 감지할 수 있는 능력이 있다는 것을 암시합니다. 


 한가지 더 재미있는 사실은 이들어 어쩌면 음파를 활용할지도 모른다는 것입니다. 물론 고래나 돌고래처럼 아주 정확한 반향정위를 사용하지는 않지만 어쩌면 얼음 구멍 근처에서 반사 음파가 달라지는 것을 감지해서 더 정확하게 위치를 찾는 것인지도 모르겠다는 것이 연구팀의 설명입니다. 사실이라면 먼 미래 바다표범의 후손은 고래나 돌고래처럼 음파를 이용하는 쪽으로 진화할 지도 모르겠다는 생각입니다. 


 아무튼 바다표범이 생각보다 매우 흥미로운 능력을 숨기고 있는지도 모르겠습니다. 


 참고 




   

2014년 12월 27일 토요일

대기 오염 물질이 기형아 출산을 유발 한다?



(Air pollution from a fossil-fuel power station/ Alfred Palmer - Library of Congress

 최근 미세 먼지를 포함한 대기 오염이 건강에 미치는 영향에 대해서 매우 활발하게 연구가 진행 중에 있습니다. 우리 나라 역시 계절적인 황사와 중국발 미세 먼지로 인해서 이에 대한 관심이 고조되고 있는데 이스라엘에서 꽤 흥미로운 연구 결과가 나왔습니다. 텔아비브 대학 (Tel Aviv University)의 연구자들이 주축이 되고 환경 건강 기금(Environmental Health Fund (EHF))의 지원을 받은 이 연구에 의하면 아마도 산모가 대기 오염에 노출되면 기형아의 출산 가능성이 올라가는 것 같다고 합니다. 


 연구팀은 1997년에서 2004년 사이 이스라엘에서 태어난 216,730명의 신생아 데이터를 기반으로 이산화황(sulfur dioxide (SO2)), 미세 먼지(PM10), 산화 질소(nitrogen oxides (NOx)), 오존(ozone (O3)) 등의 오염 물질에 노출된 정도를 조사했습니다. 즉 산모가 임신 초기는 물론 임신 전체 기간에 있었던 지역의 대기 오염도와 기형아 출산의 연관성을 조사한 것입니다. 


 그 결과 PM10(10미크론 미만의 대기 중 입자)과 산화 질소(NOX) 는 임신의 모든 기간에서 선천성 기형의 위험도와 연관성이 있는 것으로 조사되었습니다. 특히 순환계 계통 기형의 가능성이 높았습니다. 산화질소 오염 물질은 생식기 기형과 연관성이 있었으며 이산화황 및 오존은 인공 수정을 한 신생에어서 약간 선천성 기형의 위험도를 높이는 것으로 조사되었습니다. 


 연구의 리더인 리아트 러너-제바 교수(Prof. Liat Lerner-Geva of TAU's Sackler Faculty of Medicine and School of Public Health and the Gertner Institute for Epidemiology and Health Policy Research)는 이 연구 결과가 임신 중 높은 수준의 대기 오염 물질 노출이 좋지 않은 임신 결과 (기형아 출산 같은)은 유발하는 것으로 보인다고 언급했습니다. 


 또 이번 연구에서는 자연 임신 케이스 뿐 아니라 인공 수정 (conception-assisted reproductive technology (ART)) 신생아에 대한 연구도 같이 분석되었는데 확실치는 않지만 일부 대기 오염에서 자연 임신 신생아 대비 더 취약한 것이 아닌가 하는 결론을 내릴 수 있었다고 합니다. 


 최근 몇몇 연구들은 대기 오염이 기형아 출산과 연관성이 있을 것이라는 내용을 지지하고 있습니다. 이 연구 결과도 마찬가지인데, 아무튼 이 결과에 따르면 임산부는 마시는 공기 역시 조심할 필요가 있을 것 같습니다. 즉 미세 먼지 수준이 높은 경우에는 야외 활동을 자제할 필요성 등이 있다는 이야기겠죠. 물론 이와 같은 회피 전략이 타당한지에 대해서 지속적인 후속 연구가 필요할 것으로 보입니다. 


 한가지 우려되는 점은 이것이 사실이라면 중국이나 인도 같은 대기 오염이 심한 국가에서는 여러가지 원치 않은 결과가 나올 수 있을 것이라는 점입니다. 이들 국가 정부는 뒤늦게 대기 오염 억제를 위한 강력한 법안들을 내놨지만 당장에 이것이 개선될 것 같지는 않아 보입니다. 아무튼 가능한 빠른 시간내에 대기질을 개선하기 위해서 노력할 필요가 있겠죠. 

 이 연구는 저널 Environmental Research 에 실렸습니다.  


 참고 



Journal Reference:
  1. Adel Farhi, Valentina Boyko, Jonatan Almagor, Itzhak Benenson, Enrico Segre, Yinon Rudich, Eli Stern, Liat Lerner-Geva. The possible association between exposure to air pollution and the risk for congenital malformations.Environmental Research, 2014; 135: 173 DOI: 10.1016/j.envres.2014.08.024