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2016년 9월 30일 금요일

4인승 연료 전지 비행기 하늘을 날다







(The HY4 four seater hydrogen fuel cell passenger aircraft on its first public test flight(Credit: DLR))


 독일 슈투트가르트 공항에서 수소를 연료로 비행하는 4인승 비행기가 성공적으로 이륙했습니다. 독일 우주 항공국(DLR) 및 울름 대학의 연구자들이 개발한 HY4는 수소 연료 전지 비행기라는 점 만큼이나 외형 역시 독특합니다. 중앙에 엔진이 존재하고 양쪽에 2인승 좌석이 있는 방식이기 때문입니다. 각 동체에는 수소 연료 탱크가 있으며 각각 9kg의 수소를 저장할 수 있다고 합니다. 


 수소 연료 전지는 일반적인 내연 기관보다 훨씬 높은 (50% 이상) 에너지 전환 효율을 지니고 있으며 배기 가스 없이 물만 배출하기 때문에 훨씬 친환경적입니다. 물론 높은 비용과 더불어 수소 역시 다루기 까다로운 연료라는 점이 문제입니다. 


 HY4는 너비 21.36m의 비교적 큰 기체로 21 kWh 용량의 리튬 이온 배터리와 더불어 수소 연료 전지로 최대 1,500km를 비행할 수 있습니다. 사실 넓게 보면 일종의 전기 비행기라고 할 수 있는데, 주 에너지 저장장치가 리튬 배터리 대신 수소 연료 전지인 것이죠. 수소 연료 전지에서 생산한 전기는 80 kW의 전기 모터를 돌려 프로펠러를 돌립니다. 최고 속도는 생각보다 느려서 시속 200km 정도입니다. 




(테스트 비행 영상)


 친환경성이나 에너지 효율성이 높기는 하지만, HY4 같은 수소 연료 전지 항공기가 항공 산업의 미래라고 보기에는 아직 이른 상태입니다. 수소는 폭발성과 화재의 위험성이 있어 항공기 연료로 사용하기에는 적합하지 않은 연료인데다, 아직 수소 연료 전지가 매우 비싸기 때문이죠. 


 현재 친환경 항공기 개발은 연료 효율이 높은 항공기 개발과 더불어 바이오 연료나 합성 연료 개발 같은 대체 연료 개발 중심으로 진행되고 있습니다. 물론 경비행기 가운데는 전기 비행기가 도입될 가능성도 크지만, 에너지 밀도를 획기적으로 높일 수 있는 방법이 개발되지 않는다면 대중화는 힘들 것이라는 전망도 있습니다. 


 과연 이런 수소 연료 전지 비행기가 얼마나 큰 비중을 차지할지는 모르지만, 독특한 외형 때문에 HY4가 눈길을 끄는 것도 사실인 것 같습니다. 


 참고 


엔비디아 자비에 SoC 공개



(출처: 엔비디아) ​
 엔비디아가 ​파커 SoC의 후속 제품인 자비에(Xavier)를 공개했습니다. 이 제품이 눈길을 끄는 이유는 볼타(Volta) 아키텍처를 사용한 제품이기 때문입니다. 비록 제품이 출시되는 것은 2017년 4분기 쯤이 될 것이라고 하지만, 현재 볼타의 설계가 어느 정도 마무리되어 실제 SoC를 만들만한 상태에 이르렀다는 것을 간접적으로 암시하는 내용으로 보입니다. (물론 아닐 수도 있습니다)
 엔비디아의 발표는 상당히 구체적입니다. 16nm FF으로 제작된 자비에는 8코어 커스텀 CPU와 512 CUDA 코어로 된 GPU를 지니고 있습니다. 트랜지스터 집적도는 70억개에 달해 엔비디아의 주력 GPU인 GP 104에 견줄만한 크기를 지니고 있습니다.
 연산 능력은 ​ 20 Deep Learning Tera-Ops (DLTOPS)로 이를 20W의 전력 소모로 구현하는 것이 목표라고 합니다. 전세대 드라이브 PX2가 24 DLTOPs의 연산 능력을 80W에서 구현한 점을 감안하면 전세대 대비 3배가 넘는 전성비입니다. 실제로 달성할 수 있을지 반신반의 하지만 사실이라면 볼타의 인공지능 연산 능력은 대폭 강화된 것으로 이해할 수 있습니다.


  흥미로운 점은 엔비디아가 볼타 기반의 제품을 차량용 인공지능 솔루션에서 먼저 발표했다는 것입니다. 그만큼 현재 자율주행이 성장 가능성이 매우 큰 분야라고 할 수 있습니다. 오랜 세월 자율 주행 자동차는 미래의 일로 여겨졌지만, 이제는 성큼 현실로 가까워진 상황입니다. 자율 주행차는 물류 운송은 물론 여러 분야에서 큰 변화를 일으킬 것으로 생각됩니다.


 따라서 엔비디아가 자율 주행과 인공지능을 차세대 먹거리로 인식하는 부분은 놀랍지 않습니다. 다만 이 분야에는 엔비디아만 있는 것이 아니므로 앞으로 이 부분에서 과연 성공을 거둘 수 있을지 주목됩니다. 물론 볼타의 출시 역시 주목되는 일 가운데 하나겠죠.


 참고






암흑 물질을 검출하기 위한 노력 LUX-ZEPLIN



(A cutaway rendering of the LUX-ZEPLIN (LZ) detector that will be installed nearly a mile deep near Lead, S.D. The central chamber will be filled with 10 metric tons of purified liquid xenon that produces flashes of light and electrical pulses in particle interactions. An array of detectors, known as photomultiplier tubes, at the top and bottom of the liquid xenon tank are designed to pick up these particle signals. Credit: Lawrence Berkeley National Laboratory)​
 과학자들은 우주에 있는 물질 가운데 적어도 80% 이상이 별과 은하 가스 같은 일반적인 형태의 물질이 아니라 그 존재를 알 수 없는 암흑물질이라는 사실을 알고 있습니다. 하지만 이름처럼 암흑물질이 무엇인지에 대해서는 알지 못하고 있습니다.


 여러 후보 물질 가운데 하나가 윔프(WIMP, weakly interacting massive particles)로 이름처럼 무겁지만 다른 물질과는 거의 상호 작용이 없으며 오로지 중력으로만 그 존재를 알 수 있는 신비의 물질입니다. 물론 이것이 이론적 혹은 상상의 존재에 지나지 않을 가능성도 있습니다.


 현재까지 윔프를 검출하기 위한 실험은 모두 실패했지만, 과학자들은 포기하지 않고 다시 대규모의 도전을 준비하고 있습니다. 미국의 로렌스 버클리 국립 연구소가 미국 에너지부의 지원을 받아 건설 중인 LUX-ZEPLIN (LZ)이 그것으로 30여개의 기관과 200여명의 과학자들이 이 작업에 참여하고 있습니다.


 LZ의 핵심은 순수하게 정제된 10톤의 제논(Xenon)가스입니다. 희귀한 물질인 제논을 정제하고 이를 극도로 정밀한 검출기 안에 담는 일은 막대한 비용을 필요로 했습니다.  


(전 세대 제논 윔프 검출기인 LUX, A view of LUX, a predecessor dark matter experiment to LZ, during installation in 2012. LUX will be disassembled to prepare for the installation of LZ. Credit: Lawrence Berkeley National Laboratory)​
 LZ 내부엔 500개의 검출기가 제논과 극히 드문 확률로 반응하는 윔프의 존재를 찾아내기 위해서 존재하고 있습니다. 이 결과는 미국은 물론 영국, 러시아, 포르투칼, 그리고 한국의 연구팀이 분석하게 될 것입니다.
 결과를 장담하기는 어렵지만, 만약 검출에 성공한다면 물리학 역사에 한 획을 긋는 연구 성과로 노벨상급 연구 결과라고 해도 과언이 아닐 것입니다. 가까운 미래에 좋은 소식이 들리기를 기대해 보겠습니다.


 참고






2016년 9월 29일 목요일

화성에서 농사를? 마션 가든



(Plants were grown in a preliminary experiment comparing (left to right) potting soil, regolith simulant with added nutrients, and simulant without nutrients.
Credits: NASA/Dimitri Gerondidakis)​


 영화 마션에서는 화성의 흙으로 감자를 재배하는 주인공의 이야기가 나옵니다. 하지만 실제로 화성에서 작물 재배는 간단하지 않은 여러 가지 문제를 가지고 있습니다. 지구보다 강력한 방사선은 물론이고 화성에 있는 흙이 지구에 있는 토양과는 달리 미생물과 유기물이 적은 레골리스(Regolith)라는 것이 큰 문제입니다.


 나사는 미래 화성 유인 탐사에서 화성까지 가는 길은 물론 도착한 이후에도 신선한 먹거리를 공급하기 위해서 우주 작물 재배를 테스트하고 있습니다. 앞서 소개한 베지(Veggie) 프로젝트는 현재 진행형입니다. 이와 동시에 지구에서는 모의 화성환경에서 작물이 어떻게 자랄지를 연구하고 있습니다.


 플로리다 공대의 드류 팔머(Drew Palmer) 교수와 나사의 연구자들은 본 연구에 앞서 몇가지 작물을 테스트했습니다. 예를 들어 사진에서 보는 것처럼 지구의 토양, 화성의 레골리스와 유사한 물질에 영양소를 더한 것, 레골리스만 있는 상태에서 작물 키우는 경우 지구의 토양에서는 잘 자라는 작물이 영양소가 있어도 레골리스에서는 충분히 자라지 못하는 것을 볼 수 있습니다. 화성에서 작물이 자라는데 있어서 지구와 유사한 미생물 환경이 필요하다는 것을 보여주는 사례입니다.

 
 앞으로 진행될 마션 가든 (Martian Garden) 연구에서는 더 다양한 식물을 다양한 환경에서 테스트하게 될 것입니다. 이를 통해서 앞으로 화성 및 지구 주변의 유인 임무에서 키울 식물의 종류를 정하는데 도움을 받을 수 있을 것입니다.


 이미 인류는 우주 정거장까지 우주 영농 (?)의 꿈을 실현했습니다. 지금은 아니지만 가까운 미래에 달과 화성, 그리고 언젠가는 그보다 더 장소에서 인류는 작물을 재배하고 삶의 터전을 일구는 날이 올 것으로 생각합니다.


 참고



서버 시장을 넘보는 ARM - 128코어 IP 공개






(Credit: ARM)


 ARM 아키텍처는 모바일 및 임베디드 IoT 영역에서는 경쟁자가 없다고 해도 과언이 아닐 정도로 널리 사용되고 있습니다. 하지만 서버 영역과 PC 영역에서는 아직도 인텔 같은 전통적인 강자의 우세가 분명합니다. ARM은 이 시장을 노리기 위해서 새로운 제품군을 공개했습니다. 


 CMN-600 (coherent mesh network)와 DMC-620 컨트롤러가 그것으로 이 제품군은 4개의 CPU가 모인 클러스터 32개를 지원하기 위한 용도입니다. 즉 A72나 A53 코어 4개가 32개의 클러스터를 이뤄 128코어의 CPU를 만드는 것이죠. 그런데 이렇게 많은 CPU가 모이면 서로 데이터를 주고 받는 일이 매우 복잡해집니다. CMN은 이 네트워크를 정리하는 일을 하며 DMC-620은 DDR4메모리 컨트롤러라고 할 수 있습니다. 


 ARM에 따르면 새로운 네트워크 아키텍처와 메모리 컨트롤러 덕분에 기존 세대 32코어 제품대비 64코어 제품의 성능이 2배가 아닌 2.5배까지 늘어날 수 있다고 하네요. 참고로 DMC-620은 최대 8채널 DDR4 메모리를 지원할 수 있으며 각각의 채널은 1TB 까지 지원 가능합니다. 따라서 최대 지원 가능한 DDR4 메모리는 총 8TB 입니다. 


 하지만 그럼에도 불구하고 서버 시장에서 이들이 성공할 수 있을지는 솔직히 미지수입니다. 작고 효율적인 코어인 것 까지는 좋은데, 사실 워낙 저전력에 기능이 맞춰져 있다보니 절대 성능에서 x86에 비해서 상당히 밀리는 모습을 보여주기 때문입니다. 서버 부분은 아직은 ARM이 넘보기 어려운 분야 가운데 하나입니다. 이는 스마트폰 부분에서 x86이 ARM을 넘보기 힘든 것과 비슷합니다. 


 인텔의 스마트폰 도전은 실패했습니다. 그러면 과연 ARM의 서버 진입은 성공할 수 있을까요? 예측은 어렵지만, 당장에는 점유율은 다소 미미할 것으로 보입니다. 


 참고 


고대 지구를 따뜻하게 만든 건 메탄은 아니었다?



(An artist’s depiction of an ice-covered planet in a distant solar system resembles what the early Earth might have looked like if a mysterious mix greenhouse gases had not warmed the climate. Credit: European Southern Observatory (ESP) via Wikimedia Commons)


 온실 가스는 최근 기후 변화 때문에 악의 축처럼 묘사되곤 하지만 사실 지구 생태계에서 매우 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 앞서 다른 포스트에서 여러 차례 소개드렸듯이 이산화탄소 같은 온실 가스 없다면 지구 표면 평균 기온은 지금도 영하 18도까지 떨어질 수 있습니다. 그리고 과거 태양이 지금보다 어두웠을때 온실효과는 지구를 물이 존재할 만큼 따뜻한 행성으로 만드는데 더 중요한 역할을 했습니다. 


 나사 외계 생물학 연구소(NASA Astrobiology Institute)의 스테파니 올슨(Stephanie Olson) 및 여러 동료 과학자들은 지구 역사에서 8억년전부터 18억년전 태양이 지금보다 10~15% 정도 어두웠던 시기 지구 기후를 따뜻하게 유지한 온실 가스가 어떤 것인지를 검증했습니다. 


 사실 지구 대기에서 온실 효과를 가장 크게 일으키는 기체는 수증기입니다. 하지만 수증기는 지구 기온에 따라서 농도가 변하는 기체로 실제로 지구 기온에서 더 큰 변화를 이끌어내는 기체는 이산화탄소 같은 다른 온실 가스입니다. 하지만 과학자들은 고대 지구에는 이산화탄소만 중요한 온실가스가 아니었다고 보고 있습니다. 


 고대 지구에는 이산화탄소도 풍부했지만, 이산화탄소보다 더 강력한 온실 효과를 만드는 메탄이나 산화질소 화합물 역시 같이 존재했습니다. 연구팀이 검증한 것은 메탄이 과연 당시 얼마나 있었는지입니다. 이들은 당시 바다 퇴적층에 존재하는 황(sulfur)의 양을 통해서 이를 검증했습니다. 


 연구팀에 의하면 황은 그 자체로 메탄을 분해할 뿐 아니라 메탄을 생성하는 미생물에도 영향을 줄 수 있다고 합니다. 따라서 황이 풍부한 환경에서는 대기 중에 충분한 메탄 생성이 어렵습니다. 이들의 연구 결과에 의하면 당시 존재하는 황의 양을 고려할 때 메탄은 주요 온실가스에 들어가기 어렵다고 합니다. 따라서 이산화탄소 및 다른 질소화합물의 양이 더 많았을 가능성이 큽니다. 


 고대 지구의 온실가스 칵테일 (greenhouse gas cocktail)의 조성을 알아내는 것은 사실 지구 생태계와 기후의 변화를 예측하는 일일 뿐 아니라 생명체 탄생 가능성이 높은 외계 행성을 찾아내는데도 큰 도움을 줄 가능성이 있습니다. 고대 지구와 비슷한 온도와 비슷한 대기를 지녔다면 생명체 존재 가능성은 그 만큼 높을 것입니다. 


 하지만 고대 기후만큼이나 고대 지구의 대기를 복원하는 일은 만만치 않습니다. 특히 산소의 존재는 온실가스 칵테일의 구성에 큰 영향을 미쳐 일을 더 복잡하게 만듭니다. 대략 8억년 이후 부터는 대기 중 산소 농도가 크게 증가해 당시 존재했던 아이스볼 지구 같은 극단적인 저기온 상태를 만든 것으로 생각됩니다. 산소가 풍부한 환경에서는 메탄이 금방 연소되기 때문에 고농도의 메탄은 존재하기 어렵습니다. 이후에는 이산화탄소가 중요한 온실 가스의 위치를 차지했을 것입니다. 


 아무튼 지구 기후는 대기 중 온실 가스 양에 의해 크게 변했습니다. 그리고 오늘날 우리는 지구 지각에 저장된 이산화탄소를 대량으로 대기중으로 방출하고 있습니다. 물론 이는 현재 지구 기후를 변화시키는 힘으로 작용하고 있습니다. 지구 기후는 온실 가스의 양에 따라서 크게 변해왔고 이번에도 예외가 될 수 없기 때문이죠. 


 참고 


Christopher T. Reinhard et al. Earth's oxygen cycle and the evolution of animal life, Proceedings of the National Academy of Sciences (2016). DOI: 10.1073/pnas.1521544113
Devon B. Cole et al. A shale-hosted Cr isotope record of low atmospheric oxygen during the Proterozoic, Geology (2016). DOI: 10.1130/G37787.1
N. J. Planavsky et al. Low Mid-Proterozoic atmospheric oxygen levels and the delayed rise of animals, Science (2014). DOI: 10.1126/science.1258410


2016년 9월 28일 수요일

자율 주행 거대 트럭 - 미래 산업의 모습 되나




(Credit: Komatsu)


 이전에 언급했듯이 자율 주행차는 알게 모르게 산업계에서 하나씩 시도되고 있는데, 특히 자율 주행차의 능력에 주목하는 곳이 광산업입니다. 종종 위험하거나 매우 고립된 장소에서 자원을 실어날라야하므로 이를 무인화시키면 상당한 이점이 있기 때문입니다. 물론 작업 자체가 한정된 특수 도로를 왕복하는 임무이므로 무인화가 쉽다는 것도 큰 장점입니다. 


 대형 트럭 및 건설 장비 전문업체인 일본의 고마쓰(Komatus) 역시 자율 주행 트럭을 내놓았는데, 이는 지난 2008년부터 광산 기업인 리오 틴토(Rio Tinto)와의 협업의 결과라고 합니다. 자율 수송 시스템 Autonomous Haulage Systems (AHS)이라고 명명된 이 시스템은 아예 사람을 배제한 시스템으로 개발되고 있으며 칠레와 호주의 광산에 투입될 준비를 하고 있습니다. 


 사진에 보이는 930E 모델의 경우 2,014-kW (2,700-hp) 출력 엔진과 8.5m 높이에 달하는 타이어를 이용해서 한 번에 230t의 광물을 실어나를 수 있으며 최고 속도는 시속 64km 정도입니다. 




(동영상) 


 이와 같은 몬스터 트럭을 무인화 시키면 비용 절감은 물론 위험한 일에 인력을 덜 투입해서 사고의 위험성도 줄어들 수 있을 것입니다. 하지만 동시에 해당 근로자들은 일자리를 잃게 됩니다. 모든 일과 마찬가지로 기술 혁신으로 인해 밝은 면만 있는게 아니라 어두운 면도 있는 것이지요. 


 아마도 이와 같은 자동화/무인화는 거스르기 어려운 시대의 대세가 될 것으로 보입니다. 앞으로 자라나는 세대는 이와 같이 변화된 환경에 적응하는 능력을 지녀야 하겠죠. 


 참고 


스타워즈에 나오는 괴물 같은 입을 지닌 고생대 생물


(Pambdelurion whittingtoni (520 million years old), from Sirius Paset North Greenland . Credit: Fletcher Young)

(The mouth of Pambdelurion whittingtoni (520 million years old), showing the mouth that is shared with penis worms. Credit: Fletcher Young)

(Reconstruction of Pambdelurion . Credit: Robert Nicholls, Palaeocreations)


 고생물학자들이 판타지 혹은 SF 영화에 나올 법한 괴상한 생물체를 발견했습니다. 거의 1미터에 달하는 몸길이와 12개의 뾰족한 다리 그리고 한 쌍의 긴 촉수 같은 부속지와 원형으로 배열된 이빨을 가진 입을 가진 이 생물은 과거 아노말로카리스로 생각되기도 했으나 새예동물에 속한다는 주장도 있어왔습니다. 


 새예동물은 현재는 거의 보기 어려운 동물문으로 분류적으로 어디에 속하는지 분명하지 않으나 절지동물과 연관성이 있을 것으로 보는 의견이 있습니다. 아마도 이 생물은 고대 절지 동물과 연관성이 있었을 가능성이 있지만, 그 생김새는 현존하는 어떤 생물체와도 닮지 않았습니다. 


 오히려 그 생김새는 스타워즈 제다이의 귀환에 등장하는 사락 (Sarlacc)과 흡사하다는 느낌입니다. 물론 완전 동일하지는 않지만, 긴 촉수 같은 부속지로 먹이를 잡고 원형의 입으로 잡아먹는 기본 구조는 다소 흡사하다고 할 수 있을 것 같습니다. 


(스타워즈 제다이의 귀환의 스틸컷)  


 브리스톨 대학의 야콥 빈터(Dr Jakob Vinther) 박사와 그 동료들은 이 동물이 실제로는 절지동물과 연관성이 있는 매우 원시적인 생물체인 팜브델루리온 (Pambdelurion)이라는 연구 결과를 내놓았다. 이것이 옳다면 Pambdelurion whittingtoni라고 명명된 이 고대 괴물은 고대 대형 절지 동물의 조상이었던 셈입니다. 


 이 생물이 등장한 5억 2천만년 전에는 그렇게 큰 동물이 없었기 때문에 몸길이가 1m에 달한다는 것은 이 생물이 당시 최상위 포식자였다는 것을 의미합니다. 당시 동물들에게 거대한 입과 부속지를 가지고 바다 밑에서 먹이를 잡는 이 포식자는 스타워즈의 사락이라 다를 바 없는 존재였을 것입니다. 


 고생대 초 캄브리아기는 대폭발이라고 부를 만큼 다양한 생물체가 지구상에 등장했습니다. 오늘날의 시각에서보면 지구 생물체가 아닌 것 같은 생물체도 등장했는데 팜브델루리온 역시 그 가운데 하나였을 것입니다. 이렇게 다양한 진화상의 실험이 진행된 후 현재 존재하는 생태계가 진화하게 된 것이죠. 그런만큼 이들은 우리와 전혀 무관한 존재가 아니라 오늘 우리가 여기 있게 만든 존재이기도 합니다. 


 참고 



'The mouth apparatus of the Cambrian Gilled Lobopodian Pambdelurion whittingtoni', Palaeontology, 2016. 


지구 표면 기온은 적어도 12만년 동안 최고 수준?



(Reconstruction of the past 5 million years of climate history, based on oxygen isotope fractionation in deep sea sediment cores (serving as a proxy for the total global mass of glacial ice sheets), fitted to a model of orbital forcing (Lisiecki and Raymo 2005) and to the temperature scale derived from Vostok ice cores following Petit et al. (1999).)


 현재 지구 표면 기온이 적어도 12만년 동안 최고 수준일 뿐 아니라 현재 온실 가스 수준을 고려할 때 200만년 동안 최고 수준에 도달할 것이라는 연구가 저널 네이처에 발표되었습니다. 스탠포드 대학에서 박사 학위 논문을 진행한 캐롤린 스나이더(Carolyn Snyder)와 그녀의 동료들은 바다 61곳의 해수 온도를 재구성해 고기후를 재구성했습니다.


 이 온도 복원은 생물종의 마그네슘과 칼슘 비율 등 다양한 방법으로 이뤄졌으며 이를 통해서 지난 200만년 동안의 기온을 5000년 단위로 복원할 수 있게 되었습니다. 그 결과 현재 기온은 12만년전과 200만년전을 제외하면 최고 수준이라는 결론이 나왔습니다. 이 시기 기온은 5000년 단위로 복원할 때 지금보다 섭씨 2도까지 높았던 것으로 보입니다. 


 다만 연구팀은 동시에 지구 기온이 이산화탄소 농도에 많은 영향을 받는다는 기존의 이론 역시 같이 확인했습니다. 이산화탄소 농도 증가에 따른 복사강제력의 증가로 지구 기온이 오른다는 것은 국에다 소금을 더 넣으면 짜게 된다는 것과 비슷한 너무 당연한 이야기입니다. 하지만 과거 고기후 기록을 복원할 때 현재 지구 기온은 아직 이산화탄소 농도 증가에 따른 충분한 온도 상승을 기록했다고 보기는 어렵습니다. 


 연구팀은 결국 현재 기온이 3~7도 정도 상승한 선에서 균형을 맞출 가능성이 높으며 따라서 200만년 동안 최고 기온 수준에 도달할 가능성이 높다고 결론내렸습니다. 그런데 이것도 사실 우리가 더 많은 이산화탄소를 대기 중으로 방출하지 않을 때 이야기죠. 비록 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 국제적인 노력이 시작되긴 했지만, 당장에 배출량을 0으로 만들 수는 없는 일이라서 한동안 지구 기후는 더 더워지는 방향으로 나갈 것으로 보입니다. 


 참고 


Carolyn W. Snyder. Evolution of global temperature over the past two million years, Nature (2016). DOI: 10.1038/nature19798 




2016년 9월 27일 화요일

태양계 이야기 550 - 유로파에서 다시 발견된 물기둥의 증거



(This composite image shows suspected plumes of water vapor erupting at the 7 o’clock position off the limb of Jupiter’s moon Europa. The plumes, photographed by NASA’s Hubble’s Space Telescope Imaging Spectrograph, were seen in silhouette as the moon passed in front of Jupiter. Hubble’s ultraviolet sensitivity allowed for the features -- rising over 100 miles (160 kilometers) above Europa’s icy surface -- to be discerned. The water is believed to come from a subsurface ocean on Europa. The Hubble data were taken on January 26, 2014. The image of Europa, superimposed on the Hubble data, is assembled from data from the Galileo and Voyager missions.
Credits: NASA/ESA/W. Sparks (STScI)/USGS Astrogeology Science Center)


 2012년 과학자들이 유로파에서 간헐천 혹은 물기둥의 존재를 암시하는 증거를 찾아낸데 이어 다시 다른 과학자팀이 나사의 허블 우주 망원경을 이용해서 유로파의 수증기 기둥의 증거를 찾아냈습니다. 이 거대한 수증기는 높이가 200km에 달해 미래 유로파 탐사 임무에서 탐사선이 직접 이 사이를 지나가면서 물질을 수집할 수 있는 기반을 마련한 셈입니다. 


 유로파 표면에는 크레이터 대신 수많은 균열이 존재합니다. 이는 유로파 얼음 지각 밑에 액체 상태의 물이 있다고 하면 쉽게 이해될 수 있는 현상입니다. 목성의 중력에 의한 조석력의 차이가 유로파 내부의 열을 만들어 액체 상태의 물을 만드는 것으로 이해되고 있습니다. 하지만 이렇게 열과 물이 존재한다면 얼음 지각의 균열을 타고 수증기가 분출될 가능성이 존재합니다. 실제로 토성의 위성 엔셀라두스에서 볼 수 있는 모습입니다. 


 엔셀라두스와는 달리 유로파의 수증기 분출은 훨씬 간헐적으로 이뤄지는 것 같지만, 과학자들은 다양한 방법으로 이를 검증했습니다. 이번에는 목성을 배경으로 유로파가 지나갈 때 자외선 영역에서 그 이미지를 검출했는데, 총 15개월에 걸친 관측에서 10개의 이미지 가운데 3개의 이미지에 수증기의 기둥이 발견되었습니다. 




(동영상) 


 나사는 유로파를 탐사하기 위해 유로파 클리퍼 혹은 유로파 플라이바이 미션으로 알려진 탐사 계획을 진행 중입니다. 유로파에 간헐천의 증거가 발견됨에 따라 앞으로 중요한 목표 가운데 하나는 이 수증기 기둥 사이를 통과하면서 물질을 입수하거나 혹은 분석하는 것입니다. 두꺼운 유로파의 얼음을 뚫지 않아도 내부 물질을 입수할 수 있다면 생명체 존재 가능성에 대한 중요한 단서를 얻을 수 있을 것으로 기대됩니다. 




 앞으로 계획이 순조롭게 진행되어 유로파의 수증기를 직접 탐사하는 날이 오기를 기대합니다. 


 참고 




TSMC 로드맵 - 10nm FF은 올해 말 7nm 공정도 준비한다




 세계 최대의 파운드리 반도체 기업인 대만의 TSMC가 2016년 말에 10nm FF 공정과 16 FF+ 공정의 개량형인 16 FFC 공정을 도입할 준비를 하고 있습니다. 물론 2016년 말에 등장하는 10nm 공정 프로세서는 매우 소량으로 의미있는 양이 아닐 가능성이 크지만, 2017년 하반기에는 어느 정도 대량 생산이 가능한 수준까지 도달해 애플의 차기 A11 프로세서나 퀄컴의 차세대 모바일 프로세서 수주전에 뛰어들 가능성이 높아보입니다. 


 10nm FF 기반의 GPU가 등장하는 것은 아마도 그 이후로 2017년에 등장을 예고하고 있는 차세대 GPU들은 모두 16nm 기반으로 제조될 가능성이 높습니다. 현재 엔비디아의 볼타가 2017년에 공개될 가능성이 높으며 AMD 역시 베가 기반의 GPU를 공개할 준비를 하고 있습니다. 10nm 나 그 이하 공정의 GPU는 그 다음 세대가 될 가능성이 커 보입니다. 


 TSMC에 따르면 새로운 10nm FF 공정은 기존의 16FF+에 비해서 50%정도 칩 사이즈를 줄일 수 있으며 50%가량 성능을 높이거나 40%정도 전력 소모를 줄일 수 있다고 합니다. 여기에서 한 걸음 더 나아가 7nm 공정에서는 더 밀도를 높여 트랜지스터 집적도를 163% 증가시킬 수 있다고 하네요. 


 TSMC는 7nm 공정의 시험 생산을 빠르면 2017년 4월에 할 수 있을 것으로 보고 있습니다. 다만 언제 양산이 가능할지는 좀 더 두고봐야 알 수 있을 것입니다. 대략적으로 2017년에 10nm 공정 제품이 시장에 등장한다면 빠르면 2019년에는 7nm 공정 제품이 등장할 수 있겠지만, 공정이 미세화 될 수록 점차 개발이 어려워지고 있어서 이렇게 순조롭게 될지는 두고봐야 알 수 있을 것 같습니다. 


 아무튼 여러 가지 루머를 종합할 때 10nm 및 그 이하 공정의 GPU, CPU AP를 보게 되는 것은 1-2년 후가 될 가능성이 높습니다. 사실 공정 미세화는 점차 한계에 직면하고 있는데, 이를 어떻게 극복할 수 있을지도 궁금한 부분 가운데 하나가 될 것 같습니다. 다만 이와 같은 제조사의 노력 덕분에 적어도 몇 년간은 더 빠른 제품을 사용할 수 있을 것입니다. 


 참고 




태양계 이야기 549 - 명왕성의 얼음 밑에도 바다가 있을까?



(7월 13일 명왕성에서 76만 8000km 떨어진 지점에서 촬영한 사진. Pluto nearly fills the frame in this image from the Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) aboard NASA’s New Horizons spacecraft, taken on July 13, 2015 when the spacecraft was 476,000 miles (768,000 kilometers) from the surface. This is the last and most detailed image sent to Earth before the spacecraft’s closest approach to Pluto on July 14. The color image has been combined with lower-resolution color information from the Ralph instrument that was acquired earlier on July 13. This view is dominated by the large, bright feature informally named the “heart,” which measures approximately 1,000 miles (1,600 kilometers) across. The heart borders darker equatorial terrains, and the mottled terrain to its east (right) are complex. However, even at this resolution, much of the heart’s interior appears remarkably featureless—possibly a sign of ongoing geologic processes.
Credits: NASA/APL/SwRI) 


 명왕성은 비교적 작은 천체에 임에도 불구하고 매우 복잡할 뿐 아니라 젊은 지형을 가지고 있습니다. 명왕성 표면에는 크레이터의 숫자가 적을 뿐 아니라 아예 없는 지형도 존재하는데, 이는 명왕성의 얼음 지형이 새롭게 변했다는 것을 의미합니다. 이는 명왕성의 얼음 지각아래 액체 상태의 물을 의심하게 만드는 소견입니다. 


 브라운 대학의 지질학자 브랜던 존슨(Brown University geologist Brandon Johnson)과 그의 동료들은 나사의 뉴호라이즌스호가 보내온 데이터와 컴퓨터 시뮬레이션을 통해서 명왕성의 얼음 아래 물이 있을 가능성을 조사했습니다. 


 연구팀이 주목한 것은 명왕성 표면에 하트 모양으로 존재하는 너비 900km의 거대 평원인 스푸트니크 평원(Sputnik Planum)입니다. 이 평원이 형성된 이유에 대해서는 다양한 가설이 존재하는데, 이중에는 지름 200km 이상의 다른 천체와 충돌한 흔적이라는 주장도 있습니다. 


 만약 충동설이 사실이라면 스푸트니크 평원이 있는 지역에는 큰 크레이터가 생겨 움푹들어가야 합니다. 하지만 실제로 오히려 이 지역이 다른 지역에 비해서 나와 있는 모습입니다. 뉴호라이즌스호 데이터는 이 지역에 양성 질량 이상 positive mass abnormaly 이 있음을 보여주고 있습니다. 


 그 이유 중 하나는 이 지역이 명왕성의 위성인 카론을 바라보는 지역으로 항상 중력의 영향을 받고 있기 때문입니다. 하지만 그것만으로는 이곳에 질량이 쏠린 이유를 설명하기 어렵습니다. 이곳에 거대한 크레이터 대신 하트모양의 거대한 지형이 형성된 이유는 아래에 액체 상태의 층이 있고 이 액체가 빈 곳을 메웠다고 설명하면 쉽게 이해될 수 있습니다. 


 연구팀은 다양한 시뮬레이션을 통해서 액체가 얼마나 존재했는지와 그 염도를 계산했습니다. 물의 층이 없는 경우에서 200km 크기의 층이 있는 경우까지 조사한 결과 30% 염도의 짠 물로 되어 있는 100km 이내 두께의 층이 있을 가능성이 가장 큰 것으로 나왔습니다. 


 만약 사실이라면 태양계에서 아주 먼 곳까지 물이 존재하는 셈이라서 매우 놀라운 일이라고 할 수 있습니다. 더구나 어떻게 액체 상태의 층이 존재할 수 있는지 역시 미스터리한 일이 아닐 수 없는게 명왕성의 작은 크기로 봤을 때 내부에 액체층을 만들만한 열을 생성하기 힘든데다 카론의 중력의 힘만으로 충분한 열을 만들 수 있을지도 다소 의문이기 때문입니다. 


 뉴호라이즌스호의 탐사 이후 명왕성의 비밀이 많이 풀렸지만, 새로운 궁금증이 생긴것도 사실입니다. 언젠가 새로운 탐사선이 도달해서 이 비밀을 풀수 있기를 기대합니다. 


 참고 


Brandon C. Johnson et al. Formation of the Sputnik Planum basin and the thickness of Pluto's subsurface ocean., Geophysical Research Letters (2016). DOI: 10.1002/2016GL070694 





2016년 9월 26일 월요일

80만년 사이 대기 중 산소는 0.7% 감소했다?



(O2 build-up in the Earth's atmosphere. Red and green lines represent the range of the estimates while time is measured in billions of years ago (Ga). Stage 1 (3.85–2.45 Ga): Practically no O2 in the atmosphere. Stage 2 (2.45–1.85 Ga): O2 produced, but absorbed in oceans and seabed rock. Stage 3 (1.85–0.85 Ga): O2 starts to gas out of the oceans, but is absorbed by land surfaces and formation of ozone layer. Stages 4 and 5 (0.85 Ga–present): O2 sinks filled, the gas accumulates)


 현재 대기 중 산소 농도는 20.8% 입니다. 하지만 과학자들은 대기 중 산소 농도가 역사적으로 다양하게 변해왔다는 사실을 알고 있습니다. 지구 초기에는 대기 중 산소 수준이 매우 낮고 이산화탄소 농도가 높았는데, 덕분에 지금보다 태양이 훨씬 어두웠지만, 액체 상태의 물이 존재할 수 있을 만큼 지구가 따뜻했습니다. 


 지구 산소 농도가 크게 증가한 것은 지구 역사에는 비교적 최근의 일이라고 생각되고 있습니다. 캄브리아기와 그 직전에 다양한 다세포 생물이 등장하게 된 것은 이렇게 산소 농도가 올라간 것과 연관이 있어 보입니다. 지구 대기 중 산소 농도는 이후 15-35%사이에서 변동을 거듭했습니다. 일부 과학자들은 석탄기에는 지구 대기 중 산소 농도가 35%에 이르렀다고 생각하고 있습니다. 


 최근 프린스턴 대학의 과학자들은 그린란드의 빙핵(ice core) 분석 결과를 이용해서 지구 대기 중 산소 농도가 지난 80만년 동안 0.7%정도 감소한 것으로 보인다는 내용을 저널 사이언스에 발표했습니다. 


 대기 중 산소는 광합성을 통해 이산화탄소에서 생성됩니다. 이 산소를 다시 생물체가 호흡하면 이산화탄소로 바뀌게 되는 것입니다. 하지만 사실 지구 대기에서 산소 순환은 더 복잡합니다. 산소는 지구 지각에 대단히 풍부한 분자이기 때문입니다. 동시에 물을 분해하면 쉽게 생성될 수 있는 원자이기도 합니다. 따라서 대기 중 산소 농도는 지각으로 흡수되는 양과 방출되는 양이 균형을 맞춰야 유지됩니다. 


 연구팀은 지난 80만년간 최대 2%정도 흡수되는 양이 많았던 것 같다고 보고 있습니다. 물론 이런 경향이 앞으로 지속될지 여부는 알기 어렵지만 지구 대기의 산소 농도가 항상 일정하지 않다는 사실을 보여주기에는 충분한 것 같습니다. 


 우리는 종종 우리가 사는 지구 환경이 항상 일정하다는 착각에 빠져 살지만, 이것은 우리의 수명이 매우 짧기 때문입니다. 지구의 환경은 전체 시대를 통해서 매우 역동적으로 변해왔고 지금도 변하고 있습니다. 앞으로도 지구 환경은 계속 변하게 될 것입니다. 


 참고 

D. A. Stolper et al. A Pleistocene ice core record of atmospheric O2 concentrations, Science (2016). DOI: 10.1126/science.aaf5445




중국의 풍력 발전 굴기 - 2030년까지 전체 전력의 26%를 풍력으로 대체?



(Wind farm in Xinjiang, China)


 중국이라고 하면 친환경 발전과는 거리가 멀어보이지만, 사실 풍력에서만큼은 세계 1위 국가입니다. 중국 내륙의 넓은 사막에는 바람이 지속적으로 부는 장소가 많은데다, 넓은 국토 여러 곳에 풍력 발전소를 건설할 최적의 부지들이 널려있기 때문입니다. 


 중국의 풍력 발전 용량은 2005년에는 1260MW에 불과했으나 2010년에는 31,100MW, 2014년에는 114,763MW까지 매우 빠른 속도로 증가했습니다. 이는 중국 정부의 전폭적인 지원을 받았기 때문에 가능한 일이기도 합니다. 


 2015년 중국은 총 145.1 GW의 풍력 발전기를 설치해서 186.3 TWh의 전력을 공급했는데, 이는 국가 전체 전력의 3.3%에 달하는 수준입니다. 아직은 많다고 할 수 없지만, 현재 진행 중인 공격적인 투자가 계속된다면 풍력이 중국의 전체 발전에서 차지하는 비중은 앞으로도 빠르게 커질 것으로 생각됩니다. 


 중국이 이와 같은 대규모 신재생에너지 투자를 하는 데는 물론 그럴 만한 이유가 있습니다. 현재 중국에서 발전의 핵심인 석탄 발전은 아직 자원이 고갈되려면 좀 더 시간이 남긴했지만, 한 해 수십 억톤의 석탄을 채굴하고 태우면서 생기는 문제가 만만치 않기 때문입니다. 석탄 발전과 난방으로 인한 대기 오염은 매우 심각한 수준입니다. 


 따라서 더 영구적으로 사용할 수 있으면서 대기를 오염시키지 않는 풍력에 대한 투자가 늘어나는 것은 어쩌면 놀라운 일이 아닙니다. 사람이 살기 힘들다고 해도 과언이 아닐 수준의 대기오염을 고려한다면 이것도 지금 빠르다고 할 수 없는 수준이죠. 동시에 중국은 풍력 발전에 적합한 토지가 많다는 점 역시 큰 장점입니다. 


 최근 MIT와 칭화 대학의 연구팀은 2030년까지 중국에서 풍력발전이 차지하는 비중이 26%까지 커질 수 있다는 연구 결과를 내놓기도 했습니다. 이 시기가 되면 중국은 2590 TWh의 전력을 풍력으로 공급할 수 있다는 것입니다. 


 현재 중국에서 건설되는 거대 풍력 단지의 규모는 우리의 상상을 초월하는 수준입니다. 간쑤 풍력 발전 프로젝트 (Gansu Wind Farm Project)의 경우 2020년까지 무려 2만MW의 풍력 발전기를 건설하는 프로젝트로 총 175억 달러의 어마어마한 비용이 투자되는 풍력 발전 사업입니다. 완성되면 대형 원자력 바런 단지 하나만큼의 전력을 공급할 수 있게 될 것입니다. 


 사실 중국에서 이렇게 과감한 풍력 발전 설비를 건설할 수 있는 것은 사막 및 고원지대 같은 인구 밀도가 매우 낮은 황무지에 적합한 단지가 많은 것과 연관이 있습니다. 동시에 대규모 투자를 단행할만한 자금과 기술이 있는 것도 이유입니다. 


 중국이 2015년에 파리 기후 협약에 혼쾌히 서명한 이면에는 이런 에너지 정책의 변화가 자리잡고 있습니다. 중국도 이산화탄소 배출 감축이 현실적으로 가능한 상황에 이른 것이죠. 물론 여기에는 너무 과도한 석탄 의존도를 낮추겠다는 현실적인 이유도 같이 자리잡고 있습니다. 


 우리 나라의 경우 현실적으로 이런 대규모 풍력 단지를 건설하기 어려운 문제와 비싼 신재생에너지를 사용할 수 없는 구조적인 문제로 인해 사실 풍력을 비롯한 신재생에너지 투자가 지지부진한게 현실입니다. 하지만 다른 한편으로는 지금 당장에는 석탄에 대한 의존도가 높을지라도 중국 정부가 더 미래를 내다보는 투자를 하는 것이 아닌가 하는 생각입니다. 


 참고