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2017년 1월 31일 화요일

인류와 척추 동물의 오랜 조상을 확인하다



(Artist's reconstruction of Saccorhytus coronarius, based on the original fossil finds. The actual creature was probably no more than a millimeter in size. Credit: S Conway Morris / Jian Han)



 국제 과학자 팀이 5억 4천만 년 전 캄브리아기의 시작 시점에 살았던 척추동물과 그 근연 관계에 있는 생물의 조상을 발견했습니다. 비록 몸길이 1.2mm에 작은 주머니처럼 생긴 생명체이지만, 그 의미는 적지 않습니다. 


 사코리투스(Saccorhytus)라고 명명된 이 생명체는 중국에서 발견된 캄브리아기 지층의 미세 화석으로 발견되었습니다. 그러나 과학자들은 이 동물의 화석에서 후구동물(Deuterostomia)의 가장 오래된 흔적을 발견했습니다.


 다세포동물은 발생과정에서 동그란 포배 형태를 갖춘 후 한쪽이 함몰되면서 내배엽을 만드는 방식으로 생겨납니다. 그런데 이 과정에서 함몰된 원구가 입이되는 동물을 선구동물이라고하고 반대로 원구와 상관없이 입이 생겨서 소화기관과 연결되는 동물을 후구동물이라고 합니다. 후구동물에는 척삭 및 척추 동물은 물론 극피동물, 반삭동물 등이 여기에 속합니다. 


 흥미로운 사실은 사코리투스가 크기가 매우 작을 뿐 아니라 항문의 존재가 확인되지 않는다는 것입니다. 만약 연구팀의 추정이 옳다면 매우 원시적인 후구동물은 항문이 나중에 진화한 것으로 이해할 수 있습니다. 


 사코리투스는 눈도 없고 뇌도 매우 작았으며 아마도 항문도 없었던 생물체로 기형적으로 큰 입으로 모래 사이에서 작은 유기물이나 플랑크톤을 먹으면서 살았던 것으로 보입니다. 단순한 몸구조 덕분에 소화되고 남은 것은 그냥 쉽게 입으로 배출할 수 있었을 것입니다. 이들의 후손이 점차 다양화되어 척삭동물, 극피동물, 반삭동물 등으로 다양화된 것은 5억 1000만년에서 5억 2000만년 정도 전으로 추정됩니다. 


 초기 후구동물의 발생에 대해서는 현재까지 별로 알려진 것이 없기 때문에 사코리투스의 발견은 큰 의의가 있다고 하겠습니다. 다만 이 시기에 등장한 초기 동물은 크기가 작거나 보존 상태가 좋지 않아 연구하는데 어려움이 있습니다. 하지만 최신의 마이크로 CT 스캔 및 미세화석 분석 기술을 발전으로 캄브리아기초 훗날 인간과 다른 동물로 진화할 단순하고 작은 생명체의 비밀이 하나씩 드러나고 있습니다. 이번 연구 결과 역시 마찬가지입니다. 



 참고 


Jian Han et al, Meiofaunal deuterostomes from the basal Cambrian of Shaanxi (China), Nature (2017). DOI: 10.1038/nature21072 


태양계 이야기 592 - 가장 세밀한 토성의 고리 사진



(This Cassini image features a density wave in Saturn's A ring (at left) that lies around 134,500 km from Saturn. Density waves are accumulations of particles at certain distances from the planet. This feature is filled with clumpy perturbations, which researchers informally refer to as "straw." The wave itself is created by the gravity of the moons Janus and Epimetheus, which share the same orbit around Saturn. Elsewhere, the scene is dominated by "wakes" from a recent pass of the ring moon Pan.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

(This image shows a region in Saturn's outer B ring. NASA's Cassini spacecraft viewed this area at a level of detail twice as high as it had ever been observed before.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

(This image shows a region in Saturn's outer B ring. NASA's Cassini spacecraft viewed this area at a level of detail twice as high as it had ever been observed before. And from this view, it is clear that there are still finer details to uncover.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)


(This image from NASA's Cassini mission shows a region in Saturn's A ring. The level of detail is twice as high as this part of the rings has ever been seen before. The view contains many small, bright blemishes due to cosmic rays and charged particle radiation near the planet.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)


 카시니가 역대 가장 세밀한 토성의 고리 사진을 보내왔습니다. 앞서 설명했던 것과 같이 카시니는 올해 임무 종료를 앞두고 토성의 고리에 가장 바짝 다가서서 관측을 하고 있으며 4월에는 토성의 고리 간극 사이로 뛰어들 것입니다. 




 카시니는 현재 20회로 예정된 고리 근접 궤도를 공전하고 있습니다. 임무 종료가 가까워졌기 때문에 과거라면 우주선이 손상될까봐 다가가지 못했던 근접궤도까지 도달한 것입니다. 이 사진은 고리에서 13.4만km에서 촬영된 것으로 해상도는 550m에 달합니다. 따라서 사진에서 작은 점으로 보이는 고리의 얼음은 사실은 대형 빙산만한 얼음 덩이리라고 할 수 있습니다. 


 과학자들은 전례 없는 해상도로 고리에 있는 줄기 같은 구조물은 물론 작은 점들을 확인할 수 있었습니다. 과거 연구를 통해서 토성의 고리에는 위성은 아니지만 위성보다 작은 moonlet 이라는 대형 얼음 덩어리들이 있다고 알려져 있는데, 이번 관측에서 더 세밀하게 드러난 셈입니다. 


 앞으로 카시니는 4월 26일 고리 사이 간극으로 뛰어들 예정으로 여기서 살아남는다면 우리에게 아주 미세한 고리의 모습을 보여줄 것입니다. 1997년 발사되어 2004년 토성 관측을 시작한 이래 카시니는 우리에게 놀라운 사진들을 전송해주었는데, 마지막 순간까지 우리를 흥분시킬 사진을 전해줄 것으로 기대됩니다. 


 참고 




풍력 발전의 새로운 기록 수립 - 하루 216,000 kWh의 전력을 생산한 풍력 발전기



(The world's largest wind turbine from Danish company MHI Vestas Offshore Wind sets 9MW energy generation record)


 MHI Vestas Offshore Wind의 거대 풍력 발전기가 역대 최대 발전 용량의 기록을 세웠다는 소식입니다. 거대한 V164 풍력 터빈 ( http://blog.naver.com/jjy0501/100204694318 참조 )를 이용한 기록으로 24시간 동안 216,000 kWh의 발전 용량을 기록했다고 합니다. 이 풍력 발전기는 이름처럼 지름 164m 급으로 어마어마한 크기에 해상 풍력 발전기입니다. 이 기록은 본래 개발된 8MW 버전을 업그레이드한 9MW 프로토타입으로 달성했다고 합니다. 


 V164는 220m의 높이의 거대 탑 위에 건설되었으며 각 블레이드의 길이는 대형 여객기보다 긴 80m에 달합니다. 블레이드 한 개당 무개도 38t이라고 하네요. 바람을 받는 면적은 모두 합해 21,124 제곱미터에 달합니다. 이 풍력 발전기의 최적 효율 풍속은 초당 12-25m 정도이고 발전을 위해서 최소 4m/s 의 바람이 필요합니다. 바람이 덴마크 근방의 북해에 건설되어 앞으로 수십 년간 친환경 에너지를 생산하게 될 것입니다. 


 풍력 발전기에서 규모의 경제는 중요합니다. 풍력 터빈의 지름이 2배 커지면 바람을 받는 면적은 4배 커지게 됩니다. 덕분에 어느 정도까지는 크기 증가에 따른 비용증가보다 발전량이 훨씬 커지는 특징이 있습니다. V164는 크기를 극한까지 키운 거대 풍력 발전기의 사례입니다. 


 앞으로 V164 같은 거대 풍력 발전기는 영국 등 다른 국가에서 발전 비용을 1MWh 당 100파운드 (125달러) 밑으로 내려갈 수 있도록 도와줄 것입니다. 온실 가스 감축과 지속 가능한 성장이라는 시대적 요청을 고려하면 앞으로 이보다 더 큰 초거대 풍력 발전기의 등장 역시 불가능하지 않을 것으로 생각합니다. 


 참고 


2017년 1월 30일 월요일

태양계 이야기 591 - 화성에 있는 거대 벽 지형



(This view from the HiRISE camera on NASA's Mars Reconnaissance Orbiter shows part of an area on Mars where narrow rock ridges, some as tall as a 16-story building, intersect at angles forming corners of polygons.
Credits: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona)

(This photograph from Shiprock in northwestern New Mexico shows a ridge roughly 30 feet (about 10 meters) tall that formed from lava filling an underground fracture then resisting erosion better than the material around it did.
Credits: NASA/JPL-Caltech)


 화성이라고하면 끝없이 붉은 모래가 펼쳐진 사막 행성을 생각하지만, 사실 화성 역시 다채로운 지형을 지닌 행성입니다. 나사의 MRO는 화성 지형을 세밀하게 관측하면서 화성 표면에서 매우 독특한 지형을 확인했습니다. 


 아마도 이 중에서 가장 신기한 지형 가운데 하나는 거대한 장벽처럼 보이는 구릉 지형일 것입니다. 화성 적도 부근에 있는 Medusae Fossa는 최대 16층 높이의 거대한 구릉과 장벽이 사막을 가로지르는 독특한 지형을 지니고 있습니다. (위의 사진) 


 마치 누가 만든 것 같은 거대 장벽과 구릉은 아마도 용암 대지의 침식 결과로 생각됩니다. 용암 지형이 침식되면서 상대적으로 단단한 부분이 남아 거대한 장벽과 같은 지형을 만들었다는 것이죠. 화성보다 작지만, 지구에도 이와 비슷한 용암 지형 (아래 사진)을 볼 수 있습니다. 아마도 화성에서 우리가 메두사 포사 지형을 본다면 아래 지구 지형의 대형화 버전일 가능성이 큽니다. 


 그런데 여러 데이터를 종합해보면 화성에 있는 이런 거대한 폴리곤 모양의 구릉 지형은 다양한 생성 기원을 가지고 있는 것으로 보입니다. 큐리오시티 로버가 발견한 가든 시티 지형의 경우 미네랄이 풍부한 지하수의 작용과 연관해서 생긴 것으로 보이며 화성 남극의 잉카 시티 (Inca City) 지형은 소행성 충돌과 연관성이 있는 것으로 파악되고 있습니다. 


 아무튼 마치 인간이 세운 듯한 장벽 지형이 화성에도 존재한다는 것은 그 자체로 흥미로운 일입니다. 앞으로 먼 미래 화성 여행이 가능해진다면 아마도 한 번은 둘러봐야 할 화성의 자연 경관이 아닐까 생각합니다. 


 참고 




음료수 속 액상 과당 얼마나 건강에 나쁠까?




제 신간에서 언급했던 내용인데 액상과당 - 물론 정확한 명칭은 HFCS (High Fructose Corn Syrup,  고과당 액상 옥수수 시럽) - 이 과연 얼마나 건강에 해로운지에 대한 이야기입니다. 보통 액상과당이라고 불리는 만큼 앞으로 명칭은 액상과당으로 통일하겠습니다. 




 여기에 대해서 설명하기 위해서는 잠시 단당류에 대한 설명이 필요합니다. 설탕의 경우 두 개의 당 분자가 결합한 이당류로 α-glucose(포도당)와 β-fructose(과당)이 결합한 것입니다. 포도당이나 과당이나 분자식은 C6H12O6로 동일한데 구조가 다른 육탄당인 것이죠. 


 아무튼 과당은 이름처럼 과일이나 꿀에 다량으로 분포하며 설탕에도 절반이 들어있습니다. 과당의 가장 큰 특징은 단맛이 강하게 난다는 점이죠. 따라서 과당이 유리 상태로 들어있는 꿀은 설탕보다 달게 느껴집니다. 


 탄산 음료를 포함해서 음료 회사들은 과거 맛을 좋게 하거나 혹은 탄산수의 쓴맛을 없애기 위해서 설탕을 섞어서 판매했습니다. 그 결과 가당 음료 (SSB, Sugar Sweetened Beverage)라는 새로운 음료의 형태가 생겨났습니다. 


 그런데 여기에 더 나아가서 1960-70년대 클린턴 옥수수 가공 회사(Clinton Corn Processing Company)에서 일본 연구 기관과 협력 옥수수 전분을 가공해서 과당이 포함한 콘 시럽을 만드는데 성공합니다. 옥수수에 있는 다당류 녹말분자를 효소로 처리해서 이를 작게 쪼개면 포도당이 됩니다. 여기에 다시 효소 처리를 해서 이를 과당으로 바꾸는 것이죠. 그렇게 만든 액상 과당에는 포도당, 과당, 그리고 약간의 올리고당이 포함되어 있습니다. 


 이 신제품의 특징은 액체 상태라서 보관 및 운송이 편리하며 물과 잘 섞여서 음료수에 첨가하기 간편하다는 것입니다. 더구나 값싼 옥수수를 원료로 사용해서 가격도 매우 저렴한 편입니다. 하지만 가장 중요한 점은 단당류 상태의 과당의 비율이 높아서 단맛이 그냥 설탕보다 강하다는 것입니다. 


 경쟁이 격화되면서 더 자극적이고 강한 맛을 추구했던 식음료 회사들에게 액상과당은 기적의 신물질이나 다름 없었습니다. 그 결과 1970년대부터 액상 과당은 탄산 음료를 포함한 여러 가당 음료에 들어가기 시작했습니다.


 하지만 여기서 주의해야할 점은 액상과당이 이름처럼 과당만 들어있는 것은 아니며 사실 설탕과 크게 다른 물질은 아니라는 것입니다. 우리 보통 음료수를 통해서 먹는 액상과당은 HFCS 42와 HFCS 55로 각각 42%, 55% 과당 포함한 제품입니다. 그리고 그 나머지는 대부분 포도당인데 사실상 포도당과 과당으로 분해된 설탕이라고 해도 과언이 아닐 것입니다. 물론 더 농축된 액상과당도 사용되긴 하지만, 가장 널리 사용되는 것은 HFCS 42/55라고 할 수 있습니다. 


 이렇게 음식물에 첨가되던 - 단 45도 이상으로 가열되면 hydroxymethylfurfural 로 변환되는데다 액체 상태라서 물에 잘녹기 때문에 주로는 시원한 음료수에 주로 사용 - 액상과당은 90년대까지 폭발적으로 수요가 증가해 전통적인 설탕에 견줄 수준까지 증가했습니다. 하지만 그에 따른 건강상의 문제가 이슈가 되면서 미국에서는 1999년에 정점을 찍고 사용량이 감소하고 있습니다. 


 액상과당의 가장 큰 문제는 설탕과 마찬가지로 추가적인 열량을 섭취하게 만든다는 점입니다. 일반적인 탄산음료 한 캔 (250ml) 은 100-130kcal 정도의 열량을 가지고 있습니다. 습관적으로 물대신 탄산음료로 갈증을 달래는 경우 하루 수백 kcal의 열량을 추가로 섭취하게 됩니다. 만약 하루에 100kcal 씩 1년간 추가 섭취하면 36500kcal를 추가로 섭취하는 것입니다. 


 추가적으로 열량을 섭취한만큼 다른 걸 적게 먹지 않느냐고 이야기할 수 있지만, 사실 세상일이 그렇게 간단하게만 되지는 않습니다. 우리몸의 단당류 대사는 가장 중요한 단당류인 포도당에 맞춰져 있습니다. 따라서 과당의 경우 포도당만큼 흡수가 빠르지도 않거니와 혈중 과당 농도가 올라가도 포만감이 들지 않습니다. 따라서 과당을 다량 포함한 음료는 자신도 모르는 사이에 상당한 추가 열량을 섭취하게 만듭니다. 


 동시에 우리 몸에서는 남아도는 과당을 최종적으로는 포도당과 같이 에너지로 사용하지만, 보통 가당 음료를 마실 때에는 포도당 역시 부족하지 않게 섭취하게 됩니다. 우리 몸은 포도당을 우선 에너지로 사용하고 남는 과당은 빠른 속도로 지방으로 저장됩니다. 


 당연히 액상과당이 다량 포함된 가당음료를 자주 마시는 경우 비만이나 당뇨, 대사 증후군의 위험도가 올라가게 되며 이는 미국 등 선진국은 물론 이제는 신흥국에서도 큰 보건상의 문제가 되고 있습니다. 


 하지만 여기서 다시 생각해야 하는 부분은 사실 액상과당이 앞서 설명했듯이 설탕과 그렇게 다른 녀석은 아니라는 점입니다. 실제로 많은 연구들은 액상과당보다는 설탕, 액상과당 같은 첨가당 (added sugar, 본래 음식에 들어있지 않은 단당류나 이당류로 맛을 좋게 만들기 위해 첨가한 것)을 많이 먹는 것 자체가 위험하다고 설명하고 있습니다. 


 2012년 미 내과학 회보 (Annals of Internal Medicine)에는 과당이 다른 종류의 첨가당에 비해서 특별히 더 위험하지 않다는 메타 분석(여러 개의 비슷한 연구 결과를 모아서 결론을 내는 통계적 분석 방법) 및 체계적 문헌 고찰(meta-analysis and systemic review)가 실렸습니다. 


 연구팀이 지적하는 것은 액상과당이 나쁘지 않다는 이야기가 아닙니다. 많이 섭취했을 때 당뇨, 비만, 대사 증후군, 고혈압 등 여러 질환이 생기는 건 어떤 형태의 첨가당도 동일하다는 것입니다. 즉 하루 설탕 100g 이나 액상과당 100g 이나 (칼로리로 환산하면 하루 필요량의 거의 20%) 동일하게 위험하다고 말할 수 있습니다. 


 이런 이유에서 WHO와 미국, 유럽, 우리 나라의 식생활 가이드라인에서는 전체 열량에서 첨가당 10% 이상을 먹지 말라고 권고하고 있을 뿐 과당이나 설탕 같은 특정 형태의 당을 피하라고 설명하지 않고 있습니다. 


 한국인을 위한 2015 한국인 영양소 섭취 기준에서도 역시 ‘총당류 섭취량을 총 에너지섭취량의
10~20%로 제한하고, 특히 식품의 조리 및 가공 시 첨가되는 첨가당은 총 에너지섭취량의 10% 이내로 섭취하도록 한다. 첨가당의 주요 급원으로는 설탕, 액상과당, 물엿, 당밀, 꿀, 시럽, 농축과일주스 등이 있다.’라고 설명하고 있습니다. 


 단순당류가 포함된 가당 음료는 물대신 마시기에는 상당히 위험한 음료일 수 있습니다. 물론 음료 이외에 다른 식품에 포함된 첨가당도 마찬가지입니다. 그런데 당연히 액상과당이나 설탕 모두 사실은 위험한 물질이 아니며 인간이 지상에 등장하기 한참 전부터 있었던 천연 물질입니다. 이들이 건강에 위험하게 된 것은 인간이 지금 이를 남용하고 있기 때문입니다. 


 액상과당의 경우 1999년 미국에서 소비 정점에 도달했을 때 1인당 연간 소비량이 17kg에 달했습니다. 설탕의 경우 2012년 1인당 연간 17.7kg을 소비하고 있습니다. 이렇게 많은 당류는 일찍이 인류가 접해보지 못한 것입니다. 안전한 물질이라도 사실 대량으로 섭취하면 그 안전성을 보장하기 어렵습니다. 


 요즘처럼 달달한 디저트와 단 음료가 넘처나는 시대에서는 절제가 중요한 미덕입니다. 첨가당이 많이 포함된 음료수와 과자류는 (도넛, 케익, 아이스크림류 포함) 종종 디저트 용도로만 섭취하고 매일 습관처럼 먹는 일은 피해야 하겠습니다. 



참고 


ievenpiper, JL; de Souza, RJ; Mirrahimi, A; Yu, ME; Carleton, AJ; Beyene, J; Chiavaroli, L;
Di Buono, M; Jenkins, AL; Leiter, LA; Wolever, TM; Kendall, CW; Jenkins, DJ (21 February
2012). “Effect of fructose on body weight in controlled feeding trials: a systematic review and
meta-analysis.”. Annals of Internal Medicine. 156 (4): 291–304. doi:10.7326/0003-4819-156-4-
201202210-00007


 2015 한국인 영양소 섭취 기준. 보건 복지부



에너지를 저장하는 기상 천외한 4가지 방법



 신재생 에너지의 가장 큰 문제는 24시간 동일한 수준으로 에너지를 생산할 수 없다는 것입니다. 풍력은 하루 중 바람의 세기의 영향을 받으며 태양광은 해가 뜨는 동안만 에너지 생산이 가능합니다. 이 문제를 극복하기 위해서 다양한 에너지 저장 방식이 시도되고 있는데, 태양열의 경우 열에너지를 장시간 저장하거나 혹은 액체 공기를 이용하는 방법, 기타 물을 댐에 저장하는 방식들이 이용되고 있습니다. 


 사실 시도되거나 제안 된 아이디어까지 합치면 방법은 무수히 많지만, IEEE.spectrum에서는 그 가운데 물을 이용한 4가지 기상 천외한 저장 방법을 소개했습니다.   


1. 에너지 섬 (Energy Island)




(Photo: DNV GL)


 DNV GL이라는 회사에서 제안한 방법으로 네덜란드 근방의 북해에 6x10km 크기의 인공섬을 만드는 방식입니다. 인공섬은 사실 가운데에 물을 저장하기 위한 것으로 여기에 막대한 양의 에너지를 저장할 수 있으나 문제는 그만큼 건설 비용도 막대하다는 것입니다. 따라서 원리는 매우 간단하나 현실성은 그다지 높지 않은 방법이라고 하겠습니다. 물론 작은 규모의 프로토타입 저장 장치를 건설하는 것도 현재로써는 어려운 방식이죠. 


2. 콘크리트 벙커 


(Photo: Fraunhofer IWES Energy system technology)


 콘크리트 벙커는 사실 역발상 아이디어라고 할 수 있습니다. 내부가 빈 동그란 콘크리트 블럭을 깊은 바다에 넣은 후 여기서 펌프로 공기를 빼는 것이 에너지를 저장하는 원리입니다. 반대로 에너지를 방출할 때는 높은 수압으로 물이 차면서 전력을 생산하게 됩니다. 이는 수심 10m 가 깊어질수록 1 기압씩 압력이 증가한다는 점을 응용한 것입니다. 


 원리적으로 매우 간단하며 바다나 호수 어느 곳이든 수압만 충분히 높으면 건설이 가능합니다. 프라운호퍼 풍력 에너지 및 에너지 저장 연구소 Fraunhofer Institute for Wind Energy and Energy System Technology (IWES)에서 3m 지름의 프로토타입을 실제 테스트했는데, 설치 장소는 수심 100m의 호수라고 합니다. 


 4주간의 테스트에서 성공적인 결과를 얻었으며 연구팀은 앞으로 5MW/20MWh 급의 더 큰 프로토타입 콘크리트 벙커를 테스트할 계획이라고 하네요. 목표 수심은 600~800m 정도이며 1년 정도 에너지 저장과 방출을 테스트할 계획이니다. 원리는 그럴듯한데 과연 비용 효과적인 대안이 될 수 있을지 궁금합니다. 


3. 압축 에어 백 (Compressed Air Bags)



(Photo: Hydrostor)


 하이드로스토(Hydrostor)에서 제안한 압축 에어백은 역시 비슷한 원리를 활용한 것입니다. 다만 단단한 콘크리트 대한 에어백을 이용합니다. 수압이 높은 깊은 바다에 에어백을 넣은 후 에너지를 저장할 때는 고압 공기를 채우고 반대로 에너지를 꺼낼 때는 압축 공기의 힘을 이용하는 것입니다. 


 2015년 660 kW의 파일럿 시스템이 토론토 섬에 건설되었으며 앞으로 더 큰 규모의 시스템을 제작하기 위해 노력하고 있습니다. 


4. 물 저장 풍차 (Wind Turbines With Water Storage)


(Photo-illustration: Naturspeicher)


 이 방식은 풍차와 저수지를 합친 것 같은 아이디어를 기반으로 두고 있습니다. 풍력 발전기의 하단부에 물 저장 탱크를 만든 후 남는 전력은 펌프를 이용해서 물을 끌어올리는데 사용했다가 전기가 더 필요하거나 혹은 바람이 약할 때 전기를 생산하게 만드는 방식입니다. 


 이를 제안한 회사는 2017년 말 독일에서 건설에 들어가 2018년 말 실제로 서비스에 들어갈 수 있기를 기대하고 있습니다. 에너지 저장 용량은 70MWh 이고 최대 전력 공급 능력은 16MW 입니다. 


 위에서 소개한 것들은 모두 기발한 아이디어이지만, 결국 대규모로 상용화되기 위해서는 비용 효과적인 에너지 저장 수단이 되어야 합니다. 과연 어떤 것이 가장 저렴한 방법이 될 것인지는 역시 시간이 흘러봐야 평가가 가능할 것 같습니다. 


 참고 




2017년 1월 29일 일요일

최상위 포식자로 군림한 거대 익룡 하체고프테릭스



(Two giant, long-necked azhdarchids—the Maastrichtian species Arambourgiania philadelphiae—argue over a small theropod. Credit: PeerJ (2017). DOI: 10.7717/peerj.2908)

(The similarly sized but more powerful Maastrichtian, Transylvanian giant azhdarchid pterosaur Hatzegopteryx sp. preys on the rhabdodontid iguanodontian Zalmoxes. Because large predatory theropods are unknown on Late Cretaceous Haţeg Island, giant azhdarchids may have played a key role as terrestrial predators in this community. Credit: PeerJ (2017). DOI: 10.7717/peerj.2908)


 공룡 영화와 만화의 영향으로 익룡이라고하면 사람보다 큰 거대 파충류를 상상하는 경우가 많지만, 사실 익룡의 크기 역시 매우 다양했습니다. 지금의 갈매기만한 화석부터 경비행기와 견줄만한 크기를 지닌 거대 익룡의 화석까지 중생대의 오랜 시간동안 익룡은 다양하게 적응 방산했습니다. 


 최근 영국의 고생물학자들은 루마니아의 트랜실바니아 지역에서 거대한 날개를 지닌 익룡을 찾아냈습니다. 하체고프테릭스 Hatzegopteryx 라고 알려진 이 거대 익룡은 10m의 날개 너비와 220kg에 달하는 큰 몸집을 가진 아즈다르키드 (Azhdarchid)에 속하는 익룡들입니다. 이번에 발견된 화석을 근거로 과학자들은 이 거대 익룡이 다른 대형 익룡 (위 사진) 보다 훨씬 짧고 굵은 목 (아래 사진)을 가지고 있다는 사실을 알아냈습니다. 


 공룡영화에서는 사람을 잡아먹을 정도로 거대한 익룡이 등장하긴 하지만 사실 현실성 없는 이야기인 이유가 대부분의 대형 익룡들이 매우 가느다란 목을 지니고 있기 때문입니다. 따라서 이들이 한번에 삼킬 수 있는 먹이의 크기는 그렇게 크지 않았습니다.


 하지만 하체고프테릭스는 이와는 달리 굵고 단단한 목을 지녀 훨씬 큰 크기의 먹이를 삼킬 수 있었을 것으로 보입니다. 더 흥미로운 사실은 이 익룡의 화석이 루마니아의 하체그라는 지역 이외에서는 발견되지 않는다는 점입니다. 이 익룡이 살았던 7000만년 전에는 이곳이 섬이었다는 점에 주목할 필요가 있습니다. 


 작은 섬에서는 대형 포식자가 살아남기 어렵고 먹을 것이 적기 때문에 전체적으로 생물의 크기가 작아지는 섬의 법칙이 나타납니다. 하지만 반대로 다른 상위 포식자가 없는 환경에서 커져서 상위 포식자의 지위를 차지하는 동물도 등장합니다. 하체코프테릭스가 바로 그런 사례로 이 익룡은 이 섬에서 최상위 포식자로 군림하며 작아진 공룡과 다른 동물을 잡아먹었던 것으로 추정됩니다. 




(동영상) 


 이 추정이 맞다면 하체고프테릭스는 영화 쥐라기 공원에 등장하기에 매우 적합한 익룡이라고 할 수 있습니다. 날개 너비 10m에 앉았을 때 높이는 기린처럼 높고 제법 큰 먹이도 한번에 삼킬 수 있기 때문이죠. 백악기말의 하체고프테릭스는 하늘을 나는 티라노사우루스 같은 존재였을지도 모릅니다. 


 참고 


Darren Naish et al. Neck biomechanics indicate that giant Transylvanian azhdarchid pterosaurs were short-necked arch predators, PeerJ (2017). DOI: 10.7717/peerj.2908


우주 이야기 621 - 카멜레온 초신성



(This visible-light image from the Sloan Digital Sky Survey shows spiral galaxy NGC 7331, center, where astronomers observed the unusual supernova SN 2014C .
Credits: X-ray images: NASA/CXC/CIERA/R.Margutti et al; Optical image: SDSS)


(This image from NASA's Chandra X-ray Observatory shows spiral galaxy NGC 7331, center, in a three-color X-ray image. Red, green and blue colors are used for low, medium and high-energy X-rays, respectively. An unusual supernova called SN 2014C has been spotted in this galaxy, indicated by the box.
Credits: NASA/CXC/CIERA/R.Margutti et al)


 초신성 SN 2014C는 카멜레온 초신성 등의 별명으로 불리고 있습니다. 물론 초신성이 카멜레온처럼 주변 환경에 맞춰 색깔이 변하는 것은 아니지만, SN 2014C는 폭발 도중 갑자기 종류가 변했기 때문입니다. 


 초신성 폭발시 중심부에는 거의 수소가 없습니다. 따라서 일반적인 초신성은 수소가 거의 없는 Type I 이 됩니다. 수소가 풍부한 경우 Type II로 분류합니다. 그런데 SN 2014C는 Type I에서 II로 변화되어 천문학자들을 놀라게 만들었습니다. 이는 기존의 초신성 폭발 이론으로는 설명할 수 있는 현상이었기 때문입니다. 


 이후 과학자들은 구체적으로 어떤 일이 일어났는지를 확인하기 위해 여러 가지 관측 장비를 동원해서 이 초신성의 잔해를 관측했습니다. 노스웨스턴 대학의 라파엘라 마르구티(Raffaella Margutti, assistant professor of physics and astronomy at Northwestern University)와 그 동료들은 나사의 NuSTAR 관측 위성을 이용해서 이 초신성 잔해와 그 주변 환경을 관측했습니다. 


 그 결과 흥미롭게도 고온의 물질에서 나오는 X 선 관측을 통해서 초신성의 충격파와 주변 물질의 분포를 알아낼 수 있었습니다. 연구팀에 의하면 주로 수소로 구성된 태양 질량만한 물질을 폭발 전 주변으로 뿌렸던 것으로 보입니다. 그런데 물질은 순수한 수소가 아닌 상당량의 무거운 원소를 포함한 미스터리한 구성의 물질이었습니다. 


 연구팀은 이로부터 어쩌면 이 초신성을 만든 거성 주변에 태양 질량의 7배에서 10배 정도 되는 동반성이 있었고 이 동반성이 먼저 폭발한 후 SN 2014C이 폭발한 것이 아닌가 의심하고 있습니다. 그리고 이것이 이 초신성이 독특한 최후를 맞이한 이유일지도 모릅니다. 


 하지만 이 미스터리 초신성의 생성 원인에 대해서는 아직도 모르는 부분이 많고 설명할 수 있는 것 투성이입니다. 앞으로 연구를 통해 SN 2014C의 미스터리를 밝혀내야 할 것입니다. 


 참고 


"Ejection of the Massive Hydrogen-rich Envelope Timed with the Collapse of the Stripped SN 2014C," Raffaella Margutti et al., 2017 Feb. 1, Astrophysical Journal iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/835/2/140 , Arxiv: arxiv.org/abs/1601.06806 



우주 이야기 620 - 중력 렌즈를 통해 우주의 팽창을 확인하다.


(International astronomers using the NASA/ESA Hubble Space Telescope have made an independent measurement of how fast the Universe is expanding. The newly measured expansion rate for the local Universe is consistent with earlier findings. These are, however, in intriguing disagreement with measurements of the early Universe.
Credits: NASA, ESA, Suyu (Max Planck Institute for Astrophysics), Auger (University of Cambridge))


 중력렌즈는 중력에 의해 시공간이 변형되면서 그 경로를 지나는 빛이 굴절되 마치 렌즈 같은 역할을 하는 것입니다. 과학자들은 중력 렌즈 덕분에 숨어 있는 천체의 존재를 알아낼수도 있고 멀리 떨어진 은하를 더 밝게 확대해서 볼 수 있습니다. 하지만 중력 렌즈의 유용성은 이것뿐만이 아닙니다. 


 우리의 우주는 팽창중에 있습니다. 그것도 멀리 떨어진 은하는 더 빨리 멀어지는 가속 팽창을 하고 있습니다. 이는 우주의 물질-에너지 가운데 가장 큰 비중을 차지하는 암흑 에너지 때문으로 생각되지만 아직 그 정체에 대해서는 모르고 있습니다. 


 우주의 가속 팽창을 알아내는데 크게 기여한 것은 우주의 표준 촛불로 불리는 Type Ia 초신성 폭발입니다. 최고 밝기가 거의 일정하기 때문이죠. 그런데 사실 그 이외에도 팽창 속도를 계산할 수 있는 다른 방법들이 존재합니다. 예를 들어 플랑크 위성이 관측한 우주 배경 복사등이 그런 경우입니다. 


 독일 뮌헨 공과대학 및 막스 플랑크 천체 물리학 연구소의 세리 수유(Sherry Suyu, Max Planck professor at the Technical University Munich (TUM) and the Max Planck Institute for Astrophysics in Garching)와 그 동료들은 나사의 허블 우주 망원경을 이용해서 독특한 방식으로 허블 상수를 구하는 방법을 발표했습니다. 




 이들이 주목한 것은 바로 중력 렌즈입니다. 멀리 떨어진 퀘이사의 빛이 중력 렌즈에 의해 위의 사진에서처럼 여러 개의 허상이나 혹은 고리 모양으로 펼쳐지는 것을 이용하는 것입니다. 사실 중력 렌즈는 정확히 초점이 맞는 경우가 별로 없기 때문에 상이 일그러지거나 여러 개의 상이 맺히게 됩니다. 


 이는 다시 말해 각각의 빛이 지나는 경로가 동일하지 않다는 이야기입니다. 동시에 각각이 상이 사실 하나의 퀘이사를 다른 시점에서보는 것과 같습니다. 중력 렌즈의 각각의 상이 맺히는데 걸리는 시간과 거리를 계산하면 역으로 우주의 팽창속도를 측정할 수 있게 되는 것입니다. 연구팀은 이 방법으로 허블 상수를 3.8% 오차 이내로 측정할 수 있다고 합니다. 


 우주의 팽창 속도를 구하는 것은 우주의 진화와 운명을 예측하는데 매우 중요합니다. 앞으로도 계속해서 새로운 방법으로 정확한 우주의 팽창속도를 구하기 위한 연구가 계속될 것입니다. 


 참고 


2017년 1월 28일 토요일

D-Wave 2000Q 출시



(Credit: D-Wave) 


 앞서 몇 차례 소개한 바 있는 최초의 상업용 양자 컴퓨터인 D-Wave가 2000 큐빗 (Qubit)급의 신제품인 D-Wave 2000Q를 공개했습니다. 이 제품은 이전에 나온 1000 큐빗급 양자 컴퓨터 대비 1000배나 빠르다는 것이 회사측의 설명입니다. 물론 범용 컴퓨팅이 아니라 Quantum Annealing이라는 특수 분야의 연산에 사용되는 컴퓨터입니다.


 D-Wave의 양자 컴퓨터는 출시와 더불어 실제 양자 컴퓨터가 맞는지에 대해 치열한 논쟁이 오갔던 역사가 있습니다. 이를 검증했던 구글 등에 의하면 실제 양자 컴퓨터에서 기대되는 연산 능력이 있으나 범용 컴퓨팅이 아니라 일부 특수한 분야에서만 사용할 수 있는 초기 버전의 양자 컴퓨터라는 것이 결론입니다. 




 아무튼 이런 시련을 겪으면서 D-Wave는 더 강력한 형태의 컴퓨터를 내놓고 있습니다. 언젠가는 기존의 슈퍼컴퓨터를 대신할 양자 슈퍼컴퓨터의 시대를 개척한 모델로 평가받을지도 모르는 일이죠. 



(동영상) 


 D-Wave는 이 새로운 컴퓨터의 양자 프로세싱 유닛 “quantum processing units” (QPUs) 이 싱글 코어 CPU보다 만배 빠르고 GPU보다 2500배 정도 빠르다고 주장하고 있습니다. 가격은 1500만 달러입니다. 이전과 마찬가지로 기존의 컴퓨터를 대체하는 용도보다는 양자 컴퓨터에 대한 연구를 수행하는 기관에서 구매할 것으로 예상됩니다. 


 과연 범용 컴퓨터를 대체할 양자 컴퓨터의 등장은 언제가 될지 궁금합니다. 


 참고 


PC 용 UHD 블루레이 공개





(Credit: Pioneer)


 파이오니어가 Ultra HD Blu-ray 재생을 지원하는 PC용 블루레이 드라이브를 내놓았습니다. BDR-S11J-BK 와 the BDR-S11J-X의 두 가지 모델로 CD (CD, CD-R, CD-RW), DVD (DVD, DVD±R, DVD±R DL, DVD±RW, DVD-RAM), Blu-ray (BD, BD-R SL/DL/TL/QL, BD-RE SL/DL/TL, BD-R LTH) 디스크에 기록을 할 수 있으며 여기에 더불어 UHD (4K) 블루레이를 재생할 수 있는 것입니다. 블루레이 쓰기 속도는 BD-R SL (25 GB)에서 x16 배속입니다. 


 UHD 블루레이는 33GB 레이어 3개로 구성되어 있으며 128 Mbps의 전송 속도를 가지고 있습니다. SATA 3.0 인터페이스를 사용하며 이를 지원하기 위해서는 아래의 사양이 필요합니다. 


A PC that supports AACS 2.0 and Intel Software Guard Extensions (SGX)
An appropriate optical disk drive,
Software that handles UHD BD playback,
Windows 10,
A GPU that has an HDMI 2.0a output with HDCP 2.2 (and AACS2 supported by its driver, which eliminates current-gen standalone GPUs) and,
A 4K TV/display that has an HDMI 2.0a input with HDCP 2.2.


 출력을 지원하는 GPU가 있더라도 이를 재생하기 위해서는 PowerDVD 16 Ultra 같은 UHD BD 지원 소프트웨어가 추가적으로 필요합니다. 가격은 BDR-S11J-BK가 22,000엔, BDR-S11J-X가 35,000엔 정도로 제법 비싼 편입니다. 


 4K 영상을 지원하는 PC용 블루레이 드라이브는 고해성도 광학 디스크 기술의 결정체긴 하지만 사실 시기는 좀 늦었다고 보는 것이 맞을 것 같습니다. 블루레이를 포함해서 광학 디스크의 시대가 저물고 있기 때문이죠. 앞으로는 실시간 스트리밍이나 혹은 다운로드 방식이 대세가 될 것이라는 (사실 이미 되었다고 봐도 될 것 같습니다) 점은 누구나 공감하는 사실입니다. 


 저 역시도 오래전 산 블루레이를 지금 거의 사용하지 않고 있고 점차 ODD가 없는 컴퓨터가 늘어나는 시대에 등장한 UHD BD 드라이브는 그래서 더 독특해 보입니다. 과연 이것이 ODD 진화의 마지막 피날레가 될지 궁금하네요. 


 참고