“어서들 집으로 가거라. 소나기가 올라.”

농부 아저씨의 말을 듣고 보니 먹장구름 한 장이 머리 위에 와 있다. 갑자기 사면이 소란스러워지는 것 같다. 바람이 우수수 소리를 내며 지나간다. 삽시간에 주위가 보랏빛으로 변했다. 산을 내려오는데 떡갈나무 잎에서 빗방울 떨어지는 소리가 난다. 굵은 빗방울이었다. 목덜미가 선뜻선뜻했다. 그러자 대번에 눈앞을 가로막는 빗줄기.

나는 소설 ‘소나기’에 나오는 소년이다. 윤 초시네 여자아이와 함께 산에 올랐다가 소나기를 만났다. 안 그래도 흰 얼굴을 가진 소녀가 감기라도 걸리지 않을까 걱정이다. 우선 비를 피해 근처 수숫단으로 들어간다. 그리고 소녀를 웃게 하려고 무슨 이야기를 할까 고민을 시작한다.

“비가 참 많이 내린다. 이 많은 비가 다 어디에서 오는 걸까?”

소녀가 입을 열었다. 비 내리는 이유가 궁금한 모양이다. 다행이 어제 학교에서 배웠던 내용이다.

“비의 고향은 바다야. 바닷물이 증발해서 하늘로 올라가면 구름이 만들어지고, 구름에서 비가 만들어지는 거지.”
“그렇구나. 그럼 바다는 처음부터 있었던 거야?”

“지구가 처음 만들어졌을 땐 바다가 없었대. 지구가 처음 만들어졌을 땐 매우 뜨거운 상태였으니까 물이 없었을 거라고 해. 지구가 태어난 뒤로 시간이 흐르면서 화산활동이 생겼고, 이때 많은 양의 수증기가 뿜어져 나왔단다. 수증기가 다시 비로 변해 내리면서 지구도 식었고, 바다도 만들어졌대.”

“아, 그럼 바다보다 비가 먼저인 셈이네.”
“원래는 그렇다고 할 수 있지. 바닷물이 구름이 되고, 구름이 다시 비로 내리는 일은 계속 반복되고 있어.
“비가 내리는 건 사람의 삶과도 비슷하구나. 사람도 매일 학교나 일터로 나갔다가 집으로 돌아오곤 하잖아.”

소녀가 잠시 생각에 잠겼고, 대화가 끊어진다. 주룩주룩 소나기 내리는 소리만 가득한 수숫대 안에서 나는 다시 이야깃거리를 찾는다. 소녀를 웃게 만들고 싶었으니까.

“구름에서 어떻게 비가 만들어지는지 궁금하지 않니?”
“응, 이야기해 줘!”
“구름을 이루는 물방울이나 아주 작은 얼음덩이(빙정)는 수백만 개가 합쳐져야 빗방울 하나 정도 크기가 돼. 또 일단 구름이 만들어지면 구름 안의 공기는 계속 위로 올라가려고 해. 반대로 구름 속의 작은 물방울은 무거워지면 아래로 떨어지려고 하고 말이야.”

“그러면 물방울끼리 서로 부딪힐 수도 있겠네?”
“맞아. 물방울끼리 부딪히면 합쳐지는 일도 생기는데, 이때 물방울이 커져서 비가 되기도 하고, 눈이 되기도 하지.”
“눈?”

눈이라는 이야기에 소녀의 눈이 반짝거린다.

“그래. 구름속의 작은 물방울들은 구름의 온도에 따라 비가 되기도 하고, 눈이 되기도 해.
“정말? 눈을 만드는 구름이나 비를 만드는 구름이 따로 있는 게 아니야?”

“응, 더운 여름에 우리나라에서 생기는 구름의 온도는 0℃보다 높아. 이렇게 온도가 높은 구름에는 작은 얼음덩이(빙정)가 없단다. 이런 구름을 ‘따뜻한 구름’이라고 불러. 따뜻한 구름 안에서는 여러 크기의 물방울이 서로 부딪히고 합쳐진단다. 물방울 크기가 충분히 커지면 비가 돼서 땅으로 떨어지게 되지. 이렇게 ‘따뜻한 구름’에서 비가 만들어지는 원리를 ‘병합설’이라고 불러. 아프리카 같은 열대 지방에서는 ‘따뜻한 구름’만 있기 때문에 눈이 내리지 않고 비만 내린단다.”

“그럼 눈은 ‘차가운 구름’에서 만들어지는 거야?”
“맞아! 우리나라 겨울에 생기는 구름이나 시베리아 같은 지방의 구름이 ‘차가운 구름’이지. 이 구름의 온도는 0℃보다 낮아. ‘차가운 구름’의 아랫부분은 작은 물방울로 이뤄져 있지만, 윗부분은 작은 얼음덩이(빙정)로 이뤄졌단다. 중간 부분에는 작은 물방울과 얼음덩이가 섞여 있고 말이야.”

“얼음덩이가 있다는 게 ‘따뜻한 구름’과 다른 점이구나.”
“그래. ‘차가운 구름’ 속에 있는 물방울이 수증기가 되면 얼음덩이에 달라붙게 돼. 그러면 얼음덩이가 점점 커진단다. 이때 무거워진 얼음덩이가 중력을 받아서 아래로 내려오면 눈이 되는 거야. 물론 눈이 내리는 지역의 온도가 높으면 녹아서 비로 변하기도 하지.”

내 이야기가 끝나자 소나기를 퍼붓던 하늘이 맑아졌다. 소녀의 얼굴에도 하늘빛처럼 맑은 미소가 그려졌다.

“생각해보니 오늘 내린 소나기는 ‘따뜻한 구름’이었겠다. 이번 여름엔 ‘따뜻한 구름’도, 따뜻한 친구도 모두 만난 셈이네. ‘차가운 구름’이 눈을 내릴 때가 되면 또 만날 수 있겠지?”

나는 조용히 고개를 끄덕인다. 조심스럽게 산을 내려오는 동안 차가운 구름에서 하얀 함박눈이 쏟아져 내릴 겨울을 상상하며 소녀를 집까지 데려다 준다.



박태진 동아사이언스 기자 tmt1984@donga.com

  1. 모르세 2011.10.08 22:50 신고

    오랜만에 들러 잘보고 갑니다.

‘배고픈 지구를 위한 과학.’

얼마 전 미국항공우주국(NASA)의 홈페이지에 이런 제목의 짧은 동영상이 실렸습니다. 시작 장면은 빈 그릇과 숟가락인데, 곧 과자 상자에서 지구가 나와 그릇에 담깁니다. 지구 주변에는 3대의 인공위성이 빙글빙글 돌고 있죠. 배고픈 지구와 인공위성, 고개를 갸우뚱하게 만드는 만남입니다. 이 동영상은 무슨 이야기를 하고 싶은 것일까요?

동영상 캡쳐 : NASA



지난 2008년 세계는 옥수수 가격 때문에 깜짝 놀란 적이 있습니다. 평소보다 2배 정도 올랐기 때문입니다. 사람들이 먹을 곡식뿐만 아니라 물론 소나 돼지에게 먹이는 사료까지 덩달아 비싸졌죠. 사료가 비싸지니 고기 가격도 올랐고 사람들이 식량을 구하는 데 더 많은 돈이 필요했습니다.

이 영향은 우리 생활 전체로 전해졌습니다. 다른 물건 가격까지 모두 올라 세계 경제 전체가 뒤흔들리게 된 것이죠. 옥수수 가격이 세계 경제까지 변화시키다니! 사람들은 큰 충격을 받았습니다. 이 현상은 이제 ‘애그플레이션’이라 이름 붙여졌고, 전 세계는 여기에 대비하기 위해 방법을 찾고 있습니다.

곡식 값이 오르는 이유는 간단합니다. 먹을 사람은 많은데, 곡식이 충분하지 않아서죠. 소나 돼지의 사료로, 또는 석유 대신 사용할 바이오에탄올을 만드는 재료로 곡식이 이용되다보니 정작 사람이 먹을 양이 줄어든 것입니다. 또 기후변화 때문에 가뭄이나 폭우 같은 이상 현상이 일어났고, 이것이 곡식의 생산에도 영향을 줬습니다.

이 문제를 해결하려면 과학자가 나서야 합니다. 영양분이 더 많이 들어 있는 슈퍼옥수수나 병해충에 강한 벼나 밀 등을 만드는 거죠. 이런 일에는 생명공학자가 제격입니다. 또 지구온난화 등을 연구하는 과학자도 도움을 줄 수 있죠. 그런데 인공위성이나 로켓을 연구하는 우주과학자는 이러한 식량 문제를 해결하기 위해 어떤 일을 할 수 있을까요?

NASA ‘광합성 지도’의 모습. 붉은 빛이 강하게 나타나는 지역일수록 광합성이 활발하게 일어난다.(사진출처 : NASA)



NASA는 6월 초에 발표한 ‘광합성 지도’로 여기에 대한 답을 내놓았습니다. ‘광합성 지도’는 식물이 광합성을 할 때 내는 붉그스름한 빛(형광)을 재서 지도로 만든 것인데요. 이것을 보면 전 세계에 있는 식물의 광합성을 살필 수 있습니다. 예를 들어 우리나라가 속해 있는 지구의 북쪽 부분은 여름날, 광합성이 활발한 7월에 산이나 들에서 형광이 강하게 표시됩니다. 반대로 12월에는 지구의 남쪽 부분이 여름을 맞아 형광이 강하게 나타나죠.

광합성은 식물이 영양분을 만드는 과정을 말합니다. 식물에는 ‘엽록체’라고 불리는 기관이 있는데요. 여기서 햇빛과 물, 이산화탄소를 영양분(탄수화물)과 산소로 바꾸게 됩니다. 식물에서 녹색을 띠는 거의 모든 부분에는 ‘엽록체’가 들어 있고, 특히 잎에 가장 많습니다. 여기서 만들어진 영양분 덕분에 식물은 꽃을 피우고 열매를 맺습니다.

식물이 광합성을 활발하게 하고 있다면 나중에 우리가 얻을 열매가 많을 것입니다. 따라서 지구에 광합성이 얼마나 활발한지 알면 식량생산도 예상할 수 있습니다. 이에 NASA는 전 지구에서 일어나는 광합성을 살피기로 한 것입니다. 처음에는 식물의 잎의 색깔을 살폈습니다. 식물 잎이 녹색이면 엽록체가 왕성하게 활동하고 있다는 뜻입니다. 그러므로 인공위성에서 본 지구에 녹색이 많으면 광합성이 활발하다고 생각한 거죠.

그러나 잎이 말라서 녹색 잎이 사라지는 데는 얼마 동안의 시간이 필요합니다. 녹색 잎만 살펴서는 광합성을 정확하게 살피기 어려운 거죠. 그래서 NASA는 식물이 광합성할 때 내놓는 불그스름한 빛을 이용하기로 했습니다. 이것을 재면 광합성 여부를 곧바로 정확하게 알 수 있을 테니까요.
예를 들어 옥수수 농장에서 광합성한 양이 평소보다 적다는 결과가 나왔다고 합시다. 이 정보는 인공위성을 통해 농부에게 전달됩니다. 농부가 광합성이 적게 일어난 지역으로 가서 살피면 문제를 알 수 있겠죠. 물이 부족하다거나 새로운 질병이나 해충이 나타났다는 걸 빨리 알게 되는 것입니다. 덕분에 농장은 문제가 더 커지기 전에 대비할 수 있게 됩니다.

또 광합성이 활발하지 않다면 나중에 우리가 얻을 곡식이 적어질 거라고 예상할 수 있습니다. 또 광합성이 활발하다면 곡식이 넉넉하게 나온다고 생각할 수 있고요. 이렇게 전 세계 곡식 생산량을 미리 안다면 식량위기에 대비할 수 있습니다. 식량으로 사용할 곡식이나 바이오에탄올을 만드는 데 사용할 곡식에 대해서 미리 계획을 세울 수 있으니까요. 그러면 2008년처럼 갑자기 곡식 가격이 올라서 세계 경제를 뒤흔들 일도 적을 것입니다.

식물은 광합성 과정에서 이산화탄소를 산소로 바꾸는 역할을 합니다. 이산화탄소는 지구온난화의 주범으로 꼽히는 물질 중에 하나죠. 식물이 광합성을 활발히 한다면 이산화탄소도 줄일 수 있어 지구온난화에도 도움을 줄 수 있습니다. 이점에서도 지구 식물의 광합성을 살피는 것은 중요합니다.

인공위성이 농작물이 광합성하는 정도를 측정하고, 이 정보를 농장에 보내면 병충해나 가뭄 등에 미리 대비할 수 있다. (사진출처 : NASA)



결국 우주과학자들은 우주나 지구를 관찰하면서 배고픈 지구를 위한 연구도 함께 하는 셈입니다. 인공위성이 식물의 광합성까지 정확하게 보고, 이것으로 한 해의 수확량을 계산하면 갑작스러운 식량위기를 맞을 위험은 줄어들 것입니다. 또 식물의 광합성으로 줄일 수 있는 이산화탄소량도 알 수 있어 지구온난화 같은 기후변화에 대비하는 데도 도움이 될 것입니다.

배고픈 지구를 위한 과학은 생명공학 분야에만 한정돼 있는 것이 아닙니다. 여러 분야 과학자들은 지구가 처한 위기에 맞서기 위해 각자의 위치에서 최선을 다하고 있습니다. 인공위성이 주는 정보를 받아 농사짓는 미래 사회가 기대되지 않나요?



박태진 동아사이언스 기자 tmt1984@donga.com
  1. 모르세 2011.06.29 09:41 신고

    잘보고 갑니다.행복한 시간이 되세요

활주로에서 기름을 줄줄 흘리는 비행기가 있습니다. 녀석의 정체는 ‘SR-71(블랙버드)’. 바로 세상에서 가장 빠르다고 소문나 있는 비행기입니다. 세계 최고 속도의 비행기가 기름이나 줄줄 흘리다니! 이렇게 된 이유는 블랙버드의 연료통을 이어놓은 부품이 느슨하기 때문입니다. 꽉 조여 놓지 않았으니 기름이 조금씩 새기 마련이죠.

연료통뿐이 아닙니다. 블랙버드를 이루고 있는 여러 조각들은 거의 다 엉성하게 연결돼 있습니다. ‘혹시 하늘을 날다가 연결이 풀리면 어떡하지?’하는 걱정이 들 정도로요. 이런 비행기가 세계 최고 속도로 날다니! 여기에는 어떤 비밀이 숨어 있을까요?

블랙버드가 날아다니는 높이는 26km 이상의 하늘입니다. 이곳의 공기는 영하 53도 정도로 아주 차갑죠. 하지만 소리보다 3배나 빨리 나는 블랙버드는 이런 온도에 영향을 받지 않습니다. 대신 빨리 날면서 공기와 부딪쳐 오히려 열을 받게 되죠. 그래서 블랙버드의 온도는 300도까지 올라간답니다.

대부분의 물체는 열을 받으면 부피가 커지게 됩니다. 부피는 물체가 차지하는 공간의 크기를 말하죠. 다시 말해서 온도가 높아지면 물체가 차지하는 공간이 전보다 커진다는 이야기입니다. 물체를 이루는 알갱이들은 차가운 곳에서는 다닥다닥 붙고, 열을 받으면 조금씩 멀어지기 때문입니다.

300도까지 온도가 높아진 블랙버드는 어떨까요? 당연히 블랙버드를 이루는 금속도 부피가 커지게 됩니다. 덕분에 엉성했던 연결고리가 꼼꼼하게 붙게 되면서, 블랙버드의 연료통이 더 이상 기름을 흘리지 않게 됩니다. 블랙버드의 각 이음새에 어느정도의 틈새를 두고 연결했던 이유가 바로 여기에 있습니다.

만약 블랙버드를 처음부터 단단하게 연결했다면 어떻게 됐을까요. 빨리 날아서 뜨거워진 블랙버드의 조각들이 늘어나고, 조각끼리 부딪쳐서 부서질 수도 있습니다. 블랙버드를 만든 사람들은 처음부터 열 때문에 부피가 늘어날 경우도 생각했던 것입니다. 그래서 블랙버드는 활주로에 있을 때는 기름을 흘리는 조금은 허술한 모습이지만, 하늘을 날 때야 비로서 이음새가 단단해져 제대로 완성되는 비행기인 셈입니다.

이처럼 열을 받아서 부피가 늘어나는 현상을 ‘팽창’이라고 부릅니다. 반대로 열이 식어서 부피가 줄어드는 현상은 ‘수축’이라고 하죠. 블랙버드에서 볼 수 있는 ‘열팽창(열을 받아 부피가 늘어나는 현상)’은 우리 주변에서도 쉽게 찾아볼 수 있습니다.

기차가 다니는 길인 철로는 금속으로 만들어져 있습니다. 기찻길을 따라 걷다보면 철로 중간 중간에 틈이 있는 걸 발견할 수 있는데요. 이것도 ‘열팽창’ 때문에 만들어놓은 것입니다. 온도가 낮은 겨울철에는 철로를 이루는 금속의 부피가 작습니다. 하지만 햇볕이 쨍쨍 내리쬐는 여름이 되면 철로가 열을 받게 되죠. 이때 금속의 부피가 늘어나서 철로가 조금씩 늘어나게 됩니다. 이때를 대비해 틈을 만들어 놓은 것입니다.

만약 철로 사이에 틈이 없다면 어떻게 될까요? 여름에 햇볕을 받은 금속이 늘어난 부피를 담아둘 공간이 없습니다. 그러면 기차가 다니는 철로의 모양이 변할 수도 있고, 길이 조금씩 휘어질 수도 있습니다. 기찻길에 문제가 생기면 큰 사고로 이어질 수도 있는데요. 철로 중간에 있는 작은 틈들이 이런 사고를 미리 막는 것입니다.

강에 놓인 다리도 중간중간에 이음매를 만들고 이 부분을 조금 띄어놓습니다. 이음매는 두 물체를 이은 자리를 뜻하는데요. 한번에 죽 연결되게 만들 수 있는 다리를 굳이 나눠서 만들고 붙이는 이유도 바로 ‘열팽창’때문입니다. 다리를 이루는 콘트리트도 열을 받으면 부피가 늘어나는데요. 여름에는 띄어놓은 이음매에는 부피가 늘어난 콘크리트가 들어가게 됩니다. 덕분에 다리가 휘지 않고 안정된 상태를 유지할 수 있습니다.

전깃줄도 계절에 따라 길이가 달라집니다. 겨울에는 전봇대 사이에 있는 전깃줄이 팽팽하게 걸려 있지만, 여름이 되면 축 늘어진 전깃줄을 볼 수 있습니다. 철로나 콘크리트처럼 전깃줄도 열을 받아서 부피가 늘어난 것입니다.

집이나 식당에서 사용하는 그릇에서도 열팽창 원리를 확인할 수 있습니다. 종종 똑같은 크기의 그릇 두 개가 포개져서 빠지지 않는 경우가 있죠? 이때 그릇을 뜨거운 물에 담그고, 이 위에 찬물을 부어봅시다. 그러면 그릇 두 개가 쉽게 분리됩니다. 아래쪽에 있는 그릇은 뜨거운 물 때문에 열을 받아서 ‘팽창’하고, 위쪽에 있는 그릇은 찬물 때문에 열을 잃어서 ‘수축’했기 때문입니다.

이처럼 ‘열 받은 물체’는 부피가 커집니다. 과학자들이 이 사실을 일찌감치 알아낸 덕분에 블랙버드 같은 멋진 비행기가 탄생할 수 있었습니다. 기초가 탄탄했기 때문에 뜨거운 상태에서 가장 완벽한 모양이 되는 블랙버드가 나올 수 있었던 것이죠.

지금도 우리가 모르는 자연의 원리를 밝히기 위해 연구하는 과학자가 많습니다. 이들이 앞으로도 멋지게 활동하길, 그래서 블랙버드 같은 걸작품이 하나 더 나오길 바랍니다.



박태진 동아사이언스 기자 tmt1984@donga.com
  1. 모르세 2011.06.21 23:40 신고

    잘보고 갑니다.

“대체 어떻게 이런 일이 있단 말입니까! 루브르박물관에 불이라니요!”

루브르박물관에 불이 난 건 지난 수요일이었다. 새벽 5시 정도에 ‘퍽’ 소리와 함께 시커먼 연기가 피어올랐고, 경비원들이 서둘러 경찰에 신고했다. 재빨리 출동한 소방대원 덕분에 불길은 20분 만에 잡혔다. 경찰은 전기누전 때문에 불이 난 것이라고 했다. 콘센트 하나에 여러 개의 플러그를 꽂아놓은 게 문제였다.

박물관장인 아네모네가 속상한 마음을 드러내고 있었다. 다행이 불이 빨리 꺼졌고, 1층을 뺀 다른 곳에 있는 미술품은 무사했다. 하지만 불에 그을린 그림 중에는 ‘모나리자’도 포함돼 있었다. 레오나르도 다 빈치의 대표작 중 하나인 ‘모나리자’에 그을음이라니…. 정말 기가 막힐 노릇이다.

“관장님, 이렇게 투덜거리기만 하실 거예요? 어서 미술품 원래대로 만들어야죠~.”

기획실장 마리아다. 그녀라면 혹시 좋은 방법을 찾았을지 모른다. 아네모네 관장은 마리아와 함께 대책을 찾기로 한다.

“오~ 마리아. 나도 답답해서 그런다네. ‘모나리자’의 그을음을 닦아내다가 망가져버릴지도 모르지 않나? 벤젠이나 알코올로 그을음을 닦아낼 수 있지만, 그림이 워낙 오래된 거라 물감까지 부서져 나올 것 같단 말이야.”
“걱정 마세요. 그러실 줄 알고 제가 미국항공우주국(NASA) 연구원을 모셨어요. 그 분이 오시면 물감 하나 다치지 않고 ‘모나리자’가 원래 모습을 되찾을 거예요.”

NASA라면 로켓이나 우주선 연구하는 곳이다. 거기서 ‘모나리자’를 복원하러 온다니…. 관장은 마리아의 말을 믿을 수가 없었다. ‘지금 장난하냐’고 소리를 지르려는 참에 NASA에서 랭턴 박사가 도착했다. 손에 아주 작은 총 모양의 장치를 들고 말이다.

“안녕하세요? NASA에서 전기물리학을 연구하는 랭턴이라고 합니다. 여기 복원해야 할 미술품이 있다고 해서 왔습니다.”
“네, 어서 오세요. 저희가 부탁드릴 작품은 ‘모나리자’예요. 며칠 전에 화재사고가 있었거든요. 깨끗하게 살릴 수 있을까요?”
“물론이죠. 산소 원자를 한번 믿어보세요.”
 

NASA에서 그림을 청소하는 데 사용하는 산소 원자빔의 모습. (사진출처:NASA)


랭턴은 시커멓게 그을음이 앉은 ‘모나리자’ 앞에 섰다. 그리고 손에 들려있던 총 모양의 장치를 이용해 ‘모나리자’에 산소를 뿌렸다. 지름 3mm인 총에서 산소 원자가 뿜어져 나오자 ‘모나리자’의 그을음이 조금씩 사라졌다. ‘모나리자’의 유명한 미소도 되살아났다.


“아~ 어떻게 이런 일이! 정말 깨끗하게 원래 모습을 찾았군요!”

복원된 ‘모나리자’를 보고 아네모네 관장이 소리를 질렀다. 마리아 실장도 살짝 놀란 표정이었다. 두 사람은 복원된 ‘모나리자’를 잘 챙겨두고, 랭턴 박사를 다른 자리로 모셨다.

“마치 기적을 본 것 같군요. 시커멓던 미술품이 산소 총을 맞고 제 모습을 찾다니!”
“맞아요. 어떻게 이런 일이 가능한 건가요?”
“하하, 칭찬해주셔서 감사합니다. 그런데 원리는 간단해요. 그을음은 보통 ‘탄화수소’로 이뤄져 있는데요. 탄화수소란 말 그대로 탄소(C)와 수소(H)로 이뤄진 물질이죠. 여기에 산소를 쏘게 되면 탄소와 수소가 각각 산소와 만나게 됩니다. 탄소와 산소가 반응하면 이산화 탄소(CO₂)나 일산화탄소(CO)가 되고요. 수소와 산소가 반응하면 수증기(H₂O)가 되죠. 결국 우리 눈에 보이던 그을음(탄화수소)은 산소를 만나면 다른 기체가 돼서 공기 중으로 날아가 버리는 거예요.”

산소는 반응성이 매우 좋은 원자다. 덕분에 탄소나 수소처럼 다른 원자를 만나면 금방 반응해 다른 물질이 된다. 하지만 그림에 있는 물감 성분은 이미 충분히 많은 산소 원자와 결합돼 있어 산소 원자를 만나도 반응하지 않는다. 그림과 그을음은 다른 층을 이루고 있는 셈이다. 그래서 그을린 그림에 산소 원자를 쏘면 원래 그림은 남고, 그을음만 사라지는 마법 같은 일이 일어난다.

“그런데 NASA에서 이런 연구를 하게 된 이유가 있나요? 미술품 복원은 아무래도 우주기술과 거리가 멀어 보여요.”
“아, 거기에 또 재미있는 사연이 있죠. 우리 주변에 산소는 보통 분자 상태(O₂)로 존재해서 안정적인데요, 고도가 높아지면 태양의 자외선이 산소 분자를 쪼개버려요. 우주 공간엔 산소 원자가 생기게 되는 거죠. 이런 산소 원자들은 우주선이나 인공위성의 표면에 부딪칠 수 있답니다. 결과적으로 반응성이 워낙 좋은 산소가 우주선 등을 손상시키는 거죠. 그래서 NASA에서는 산소 원자의 반응성을 연구하는 게 중요한 과제였어요.”

이 연구를 하던 곳은 NASA 글렌연구센터의 ‘전기물리학 연구실’이었다. 랭턴 박사는 자신의 선배인 브루스 뱅크스와 샤론 밀러가 산소의 반응성을 거꾸로 생각하면서 미술품 복원이 가능해졌다고 했다. 이들이 우주선 표면을 분해시킬 정도로 강한 산소의 반응성을 이용하기로 한 것이다.

클리블랜드 박물관 화재사고로 그을렸던 그림이 복원된 모습(사진출처 : NASA)


“뱅크스와 밀러 박사는 이론적으로 결과를 따져보고 실험을 시작했어요. 그림을 일부러 그을린 뒤 커다란 용기 속에 넣고 산소 원자를 넣어본 거죠. 그러자 그을음이 서서히 사라지다가 마침내 깨끗해졌답니다. 여기에 자신감을 얻은 연구팀은 NASA 근처 크리블랜드 미술관 지하 창고에 있던 미술품 2점을 깨끗이 복원했죠.”

이후 NASA의 ‘산소 원자 복원기술’은 앤디 워홀의 작품인 ‘욕조’와 ‘라이자 미넬리’를 살려냈다. ‘욕조’에 묻은 선명한 립스틱 자국을 산소 원자를 쏴서 지우고, ‘라이자 미넬리’의 마커 자국도 산소 원자총으로 사라지게 만든 것이다. 1958년과 1961년 두 번의 화재로 온통 그을음으로 덮여 있던 모네의 ‘수련’도 NASA의 산소 원자총 덕분에 제 모습을 찾았다. 검댕 대신 아름다운 푸른색과 초록색을 되찾은 것이다.

“우주기술 덕분에 우리 ‘모나리자’가 살았네요.”
“앞으로도 연구 많이 하셔야겠어요. 우주기술이 앞으로 어디에 또 사용될지 모르니까요.”
“네, 그러겠습니다. 앞으로도 항공우주과학에 많은 관심 가져주세요!”



박태진 동아사이언스 기자 tmt1984@donga.com

1950년대, 미국과 구 소련이 한창 우주개발 경쟁을 벌이고 있었습니다. 누가 먼저 우주로 인공위성을 발사하는지가 엄청난 관심사였죠. 이 경쟁의 첫 번째 승자는 구 소련이었습니다. 1957년 10월 4일에 ‘스푸트니크 1호’를 발사했거든요. 이 위성은 지구 상공 900km에서 3개월 동안 머물렀고, 96분마다 지구로 신호음을 보냈죠.

이 소식은 미국에게 큰 충격이었습니다. 우주기술에 있어서 자신들이 최고라고 믿었으니까요. 미국은 재빨리 인공위성을 개발해 지구 궤도에 올리겠다고 발표합니다. 그리고 1958년에 발사하기로 예정됐던 ‘뱅가드 위성’을 1957년에 쏘기로 했죠. 과학자들을 마구 재촉하면서요.

1957년 12월 6일, ‘뱅가드 위성’은 예정보다 빨리 우주로 나갈 준비를 했습니다. 그러나 로켓은 발사되고 2초 후, 1m 정도 뜬 뒤 쓰러지면서 폭발했습니다. 이듬해 1월 25일에 발사된 두 번째의 뱅가드 로켓도 14초 만에 폭발하고 말았어요. 이후 미국은 독일 출신의 로켓 과학자인 베르너 폰 브라운(Wernher von Braun)의 도움에 힘입어 1958년 1월 31일에 ‘익스플로러 1호’를 발사하게 됩니다. 뱅가드 위성은 미국 최초의 위성도 놓친 셈이죠.

그래도 ‘뱅가드 1호’는 1958년 3월 17일에 무사히 발사됐습니다. 지름 16cm의 공 모양인 이 위성의 무게는 1.5kg 정도였죠. 1964년 5월까지 지구로 계속 신호를 보내며, 관측 내용을 알려줬어요. 덕분에 우리는 지구가 완전히 동그란 공 모양이 아니라 ‘둥그런 과일인 배’와 비슷하다는 것을 알게 됐답니다. 

이보다 더 중요한 사실은 ‘뱅가드 1호’가 세계 최초로 ‘태양전지’를 사용했다는 데 있어요. 이 위성의 전원 공급 장치가 태양전지였거든요. 태양전지는 태양빛을 이용해 전기를 얻는 도구인데요. ‘뱅가드 1호’에 사용하기 전까지는 실제로 작동할 수 있을지 몰랐던 거예요. 이 위성 덕분에 오늘날 태양전지의 발전도 빨라진 거랍니다.

태양전지는 태양빛을 직접 전기로 바꾸는 장치입니다. 태양전지에 태양빛을 비추면 마이너스(-) 전하와 플러스(+) 전하가 반응해 전기를 만듭니다. 따로 발전기도 필요 없고, 환경오염도 시키지 않는 거죠. 그래서 국제우주정거장(ISS)이나 인공위성이 전기를 얻는 데 태양전지를 사용하고 있습니다. 

더 나아가 미국은 우주에 태양 발전시스템(Satellite Solar Power System)을 설치하려는 생각도 하고 있어요. 우주에서 태양전지로 만든 전기를 지구로 가져온다는 것이죠. 인공위성에서 시작된 태양전지 기술이 더 발전해서 우주에 태양발전소가 세워지길 기대해봐요.

박태진 동아사이언스 기자 tmt1984@donga.com

  1. 모르세 2011.05.04 11:44 신고

    잘보고 갑니다.행복한 시간이 되세요

하늘을 나는 비행기에 알록달록 예쁜 색을 칠하는 걸 알고 있지요? 요즘에는 래핑(wrapping)이라는 기술을 써서 대형 사진을 붙이기도 하고요.

그런데 예쁜 옷을 입은 비행기를 자세히 살펴보면 빨간 자국을 몇 개 발견할 수 있어요. 심지어는 게임 ‘스타크래프트’의 주인공의 얼굴에 빨간 자국이 있는 경우도 있고요. 사람 얼굴이라도 꼭 표시하는 이 빨간 자국의 정체는 무엇일까요?

이 자국은 ‘브레이크 인 포인트(Break In Points)’라고 불리는 거예요. 국제민간항공기구(ICAO)는 물론 우리나라 항공법에도 꼭 표시하라고 정해져 있는 거랍니다. 비상시에 잘라낼 수 있는 부분이라는 뜻이죠.

만약 항공기에 문제가 생겨서 바다나 강에 착륙했다고 생각해봐요. 조종사가 미리 구조요청을 했다고 해도 구조팀이 도착하는 동안 시간이 걸릴 거예요. 그동안 항공기는 점점 물속으로 가라앉게 되겠죠. 그러면 출입구도 물에 잠겨서 사람들은 꼼짝 없이 항공기 안에 갇히게 되는 거예요.

이 상황에서 구조팀이 사람들을 밖으로 무사히 구출하려면 항공기에 구멍을 내야 한답니다. 하지만 구조팀은 항공기의 어느 부분을 뚫어야 할 지 모르는 경우가 많아요. 항공기는 구조가 복잡한데다 단단한 재료로 만들기 때문이죠. 그래서 항공기를 만들 때부터 잘라낼 수 있는 부분을 표시해주는 거예요. 

  브레이크 인 포인트의 예시. 대한항공이 ‘스타크래프트2’ 출시를 기념해서 래핑한
   항공기
에서는 주인공의 이마 부분에 ‘브레이크 인 포인트’가 그려졌습니다.


‘브레이크 인 포인트’는 보통 빨간색이나 노란색으로 표시해요. 혹시 이런 색깔이 배경에 묻혀서 잘 보이지 않는다면 흰색으로 테두리를 나타내야 하고요. 이 표시를 전체적으로 보면 사각형이 되는데요. 혹시 이 표시를 나타내는 그림 간에 간격이 2m보다 더 커지면 중간 지점에 선을 하나 더 그려야 한답니다.

이 표시는 혹시라도 일어날지 모를 항공기 사고 때 많은 사람의 목숨을 구하는 데 이용될 거예요. 항공기는 이렇게 만일의 사태까지 대비해 꼼꼼히 만들고 있답니다. 목숨을 구하는 빨간 자국, ‘브레이크 인 포인트’를 기억해주세요!

박태진 동아사이언스 기자 tmt1984@donga.com 

  1. 공룡우표매니아 2011.04.22 11:10 신고

    새로운 사실 하나 알고 갑니다.
    즐거운 주말 되세요~~

  2. 모르세 2011.04.24 13:04 신고

    잘보고 갑니다.오랜만에 활동을 하시니 반갑습니다.행복한 시간이 되세요

    • 사랑해,태진 2011.04.25 09:32 신고

      넵! 감사합니다^^ 요새 자꾸 게을러지네요;; 하지만! 열심히 나오겠습니닷^^ 아자아자!! 좋은 하루 보내세요!

“청개구리가 논둑 아래로 내려오는구나. 내일은 날씨가 좋을 모양이다.”

논두렁에서 청개구리 한 쌍을 보던 할머니가 말씀하셨습니다. 다음 날은 정말 바람 한 점 없이 맑았습니다. 할머니가 허리를 툭툭 두드리며 “제비가 낮게 나는 걸 보니 비가 오겠구나” 하면, 다음 날에는 어김없이 비가 내렸습니다. 오랫동안 농사를 지으며 터득한 지혜 덕분에 날씨를 알아맞힌 것입니다.

할머니의 지혜에는 과학적인 이유가 있습니다. 청개구리의 피부는 습도에 매우 예민해서 공기가 건조해지면 습기를 찾아 낮은 곳으로 내려갑니다. 공기가 건조한 것은 고기압의 영향 때문인데, 이때 화창한 날씨를 만날 수 있습니다. 또 비가 오기 전에는 공기 중에 습기가 많아지는데요. 이것을 알아챈 곤충들이 낮은 곳으로 숨게 됩니다. 제비는 이들을 잡으려고 더 낮게 날고요. 그러니 제비가 낮게 날면 곧 비가 오는 것이죠.

옛날에는 이렇게 자연을 살펴서 날씨를 짐작했습니다. 하지만 이런 경험만으로 날씨를 정확하게 예측하기는 힘듭니다. 사람들은 날씨를 더 잘 알아맞힐 수 있는 방법을 연구했고, 마침내 ‘일기도’를 만들었습니다. 일기도는 바람과 온도, 습도 등을 매일 꾸준히 살펴서 만든 ‘날씨 지도’입니다. 넓은 지역에 걸쳐서 여러 가지 정보가 펼쳐져 있으니 날씨를 예상하기에도 좋죠.

일기도가 힘을 발휘하려면 정확한 자료가 있어야 합니다. 온도와 바람, 습도가 어떤지 잘 알아야 앞으로 날씨가 어떻게 될지 짐작할 수 있기 때문입니다. 그래서 오늘날에는 여러 관측 장비와 더불어 인공위성까지 날씨를 연구하는 데 사용됩니다. 특별히 날씨를 살피는 위성을 ‘기상위성’이라고 부르죠.

우리나라도 세계에서 7번째로 독자적인 기상위성인 ‘천리안’을 운영하게 되었습니다. 천리안 위성의 총괄주관 연구기관은 한국항공우주연구원이고, 교육과학기술부와 국토해양부, 기상청, 방송통신위원회의 지원 아래 개발됐습니다. 천리안 위성은 고도 36,000km 상공의 정지궤도에서 향후 7년간 위성통신, 해양 및 기상관측 임무를 수행하게 됩니다.

그렇다면 천리안 같은 기상위성은 날씨를 알아맞히는 데 어떻게 활용될까요? 우선 기상위성은 지상의 모습을 찍은 뒤 전파 신호에 담아 기상위성센터로 보냅니다. 이 위성사진은 맑은 지역과 구름이 있는 지역을 구분해서 보여주는데요. 구름의 모습과 종류를 살펴보면 날씨를 알아낼 수 있습니다. 만약 거대한 소용돌이 구름이 나타난다면 태풍이나 허리케인이 일어났다고 생각할 수 있고, 흰 연기모양의 구름이 바람방향을 따라 나타나면 산불이나 화산 폭발을 예상해 볼 수 있습니다.

2010년 1월 7일 제주도 남쪽 바다에 나타난 꽈배기 모양의 구름, 이는‘카르만 소용돌이(kalman voltex)’가 나타날 때 볼 수 있다.

겨울철 제주도 지역을 찍은 위성사진을 예로 들어보겠습니다. 이 사진에는 꽈배기 모양의 구름이 나타납니다. ‘카르만 소용돌이(kalman vortex)’라고 불리는 구름입니다. 이 구름은 공기가 높은 산에 부딪혔을 때 생기는 것인데요. 우리나라에서는 겨울철에 차가운 시베리아 공기가 남쪽으로 이동할 때 제주도 남쪽 바다에서 종종 보입니다.

차가운 바람이 한라산을 만나면서, 산 오른쪽에서 시계 반대방향, 왼쪽에서 시계방향으로 회전하면서 꽈배기 모양을 만든 거죠. 이 현상이 나타나면 제주도 북쪽 지역은 춥고 바람이 붑니다. 반면 남쪽 지역에는 구름이 거의 없고 맑은 날씨가 예상되고요.

이렇게 기상위성은 실시간으로 구름 영상자료를 전해주기 때문에 어떤 지역에 갑자기 생기는 작은 날씨 변화도 쉽게 알 수 있습니다. 또 구름이 변하는 모습을 관찰할 수 있어 지역별로 기압이 어떠한지, 기압의 이동은 어떤지도 살필 수 있습니다. 특히 여름철에는 비를 많이 내린 구름의 움직임을 감시해 ‘호우주의보’나 ‘호우경보’를 내릴 수도 있습니다. 또 태풍 구름 사진을 보면 우리나라로 다가오는 모습과 속도도 알 수 있고요.

봄만 되면 우리나라를 찾는 ‘황사 현상’도 기상위성으로 미리 알 수 있습니다. 황사는 중국 몽골 지역에서 오는 사막의 모래바람인데요. 여기에 미세먼지와 여러 가지 오염물질이 실려 있어 사람들의 건강을 해치고 있답니다. 위성사진에서 황사는 누렇고 넓은 띠의 구름 무리가 보입니다. 2010년 3월 12일의 위성사진에서는 북한과 서해, 그리고 산둥반도 근처에 넓은 띠 모양의 ‘황사’가 관측됐습니다.

몽골 고비와 내몽골에서 일어난 이번 ‘황사’는 우리나라에 영향을 미쳤는데요. 위성이 넓은 지역을 미리 살필 수 있기 때문에 우리나라도 미리 ‘황사’에 대비할 수 있었습니다. 이처럼 위성은 좁은 지역에 갑자기 생기는 기상 현상뿐 아니라 넓은 지역에 영향을 주는 현상을 살필 때도 유리합니다.

어떤 기상위성은 전파를 지표면으로 쏘고, 되돌아오는 반사파를 붙잡습니다. 박쥐가 초음파를 쏘고 되돌아오는 반사파를 잡아내서 땅의 모양을 알아내는 것과 비슷합니다. 이 방법을 파도나 해일 때문에 생긴 해수면 변화도 측정할 수 있습니다.
2010년 3월 12일 10시 58분에 관측된 황사 구름

수십 개의 기상위성이 보낸 자료를 컴퓨터로 분석하고, GPS 위성이 보낸 자료까지 더해 지도 위에 표시하면 ‘일기도’를 만들 수 있습니다. 이를 1시간 전, 하루 전, 일주일 전, 5년 전의 기상 정보와 각각 비교하면, 날씨의 변화도 살필 수 있습니다. 이때 혹시라도 이상한 점이 발견되면 미리 대비할 수도 있고요.


우리나라의 기상위성인 ‘천리안’이 임무를 성공적으로 해내기 위해 여러 기관이 함께 하고 있습니다. 특히 한국항공우주연구원이 국가기상위성센터와 해양위성센터, 통신위성센터의 요청을 종합하고 조정해 ‘천리안’의 하루 계획을 세우고 있어요. 또 영상촬영과 통신운용을 위해 위성에 명령을 보내고, 자세를 조정하는 등 종합적인 관제업무를 수행하는 거죠.

이로써 우리는 황사, 집중호우, 폭설, 태풍 등의 갑작스러운 기상 변화를 더 정확하게 알 수 있게 됐습니다. ‘하늘(天)에서 이로움(利)과 안전함(安)을 가져다 준다’는 뜻을 가진 ‘천리안’. 이 위성은 이름 그대로 역할을 다하길 기대해 주세요.



서애숙 국가기상위성센터장

“사람이 갈 수 있는 곳이라면 세상 끝까지 가고 싶다.” 영국의 탐험가 제임스 쿡의 말이다. 이 말처럼 그는 세상에 알려지지 않았던 지구의 곳곳을 탐험해 새로운 지도를 그렸다. 1777년 1월 북미 서부해안에서 발견했던 하와이도 이중 하나다. 당시 쿡이 타고 있던 배의 이름은 ‘디스커버리(Discovery)’였다.

제임스 쿡의 정신을 이어받은 이름, ‘디스커버리’는 미국항공우주국(NASA)의 우주왕복선에게도 붙여졌다. ‘발견하다’, ‘밝혀내다’라는 의미와 제임스 쿡이 탔던 배의 이름이라는 상징적인 의미가 합쳐져서인지는 몰라도 디스커버리호에 얽힌 굵직한 사건이 유독 많다. 2011년 3월 9일 39번째 우주 비행을 마치고 돌아온 디스커버리호. 마지막 비행을 마치고 퇴역하는 그는 어떤 일들을 해왔을까?

우주왕복선은 로켓 대신 몇 번이고 반복해서 사용할 수 있는 우주발사체를 만들자는 아이디어에서 탄생했다. 1970년대부터 개발을 시작해 1981년 첫 우주왕복선이 성공했고, 이후 챌린저호와 컬럼비아호, 디스커버리호, 엔데버호, 애틀란티스호까지 총 5대의 우주왕복선이 개발됐다. 이들은 돌아가며 우주 비행을 했는데 이중에서 2대가 폭발사고로 사라져 현재는 디스커버리호가 가장 오래된 우주왕복선이다.

디스커버리호의 첫 비행은 1984년 8월 30일이었다. 당시 디스커버리호는 국제우주정거장과 도킹해 물자를 보급하고 우주유영으로 국제우주정거장을 보수하기도 했다. 이후에 주로 통신위성이나 군사 위성의 발사를 맡았고, 외국 우주비행사를 태워주는 일을 했다.

1990년 4월 24일, 드디어 디스커버리호는 우주개발 역사에 남을 중대한 임무를 수행하게 됐다. 허블우주망원경을 지구 상공 610km 궤도에 올린 것이다. 당시 발사장 주변에는 수만 명의 사람들이 모여 새로운 우주망원경의 탄생을 기뻐했다. 발사는 성공적으로 진행됐고, 몇 달 후 첫 번째 관측 사진을 지구로 보내왔다.

이 사진을 본 과학자들은 허블우주망원경의 부품인 지름 2.4m짜리 반사경에 문제가 있음을 깨달았다. 이후 3년간 NASA는 반사경 보정장치를 만들어 우주왕복선 인데버호를 발사했고, 망원경 수리를 성공적으로 끝냈다. 이후 허블우주망원경은 이전까지 지상 망원경으로는 얻을 수 없었던 관측 자료를 생산하고 있다.

디스커버리호는 2003년 있었던 ‘컬럼비아호 폭발사고’ 후 처음으로 발사된 우주왕복선으로도 유명하다. 컬럼비아호는 2003년 1월 16일, 7명의 우주비행사를 태워 임무를 마치고 지구로 돌아오던 중 폭발사고를 당했다. 우주선 연료 탱크 상층부에서 떨어져 나온 얼음덩어리가 우주선 왼쪽 날개를 쳐서 외벽에 구멍을 냈고, 지구로 돌아올 때 이 부분에서 폭발이 일어난 것이다.

이 사건이 일어나자 우주왕복선의 안전성에 대한 문제가 제기됐고, NASA는 한동안 우주왕복선 발사를 중단했다. 이후 2년 정도 시간이 지난 뒤 우주왕복선 발사가 진행됐는데, 이때 발사된 우주왕복선이 바로 디스커버리호다. 발사 예정일은 2005년 7월 13일이었다.

그런데 NASA는 디스커버리호의 발사를 2시간 30분도 남겨두지 않은 상황에서 ‘발사 취소’ 결정을 내리게 됐다. 최종 점검 과정에서 우주선과 함께 발사되는 연료탱크에 연료가 가득한데 4개의 연료 센서중 하나가 ‘연료 없음’을 가리키고 있었기 때문이다. 컬럼비아호 폭발 이후 처음 진행되는 우주왕복선 발사이니 만큼 안전이 무엇보다 중요했다.

약 2주일 정도 걸려 문제를 해결한 디스커버리호는 2005년 7월 26일 발사에 들어갔다. 연료탱크가 차례로 분리됐고, 목표한 우주궤도에 올라가는 순간 NASA 본부에서 환호했다. 30개월간 중단됐던 우주왕복선 계획이 다시 추진되는 순간이었기에 기쁨은 더 클 수밖에 없었다.

당시 디스커버리호의 선장이었던 아일린 콜린스를 비롯한 우주비행사 7명은 국제우주정거장(ISS)과 도킹해 물자를 전달하고, 우주유영을 통해 디스커버리호의 개선된 안전장치들을 점검했다. 또 인간의 우주 탐사 역사상 처음으로 우주에서의 선체 수리에도 성공했다. 이렇게 디스커버리호의 31번째 우주 비행은 유인 우주왕복선의 새로운 가능성을 확인하는 계기가 됐다.

2009년 3월 15일 디스커버리호의 발사도 큰 의미를 갖는다. 이 비행에서 디스커버리호의 가장 큰 임무는 우주정거장에 전력의 공급을 늘리기 위한 태양전지판 설치였다. 여기서 만들어내는 전기는 지구에서 40가구가 사용할 수 있는 양과 맞먹는다. 2009년부터 ISS 탑승 우주인이 3명에서 6명으로 늘었기 때문에 태양전지판을 추가로 설치하는 것은 중요한 일이었다. 사람이 많아지는 만큼 ISS에서 필요한 전기도 늘어나기 때문이다.

이런 굵직굵직한 임무를 완수한 디스커버리호는 이제 마지막 비행을 끝냈다. 이번 임무에서 수행할 역할도 그간의 임무만큼 중요한 것들이다. 최초의 로봇우주인인 ‘로보노트2’와 ISS에 설치할 마지막 모듈, ‘레오나르도(Leonardo)’도 실어 나르게 것. 특히 로보노트2는 미래에 사람을 대신해 위험한 우주 임무를 맡을 예정인데, 이번 비행을 통해 시험 작동하게 된다.

39번이나 우주와 지구를 드나들며 우주개척에 공을 세운 디스커버리호. 첫 비행 이후 27년간 부지런히 일한 우주왕복선은 비행에서 돌아오면 박물관으로 옮겨질 예정이다. 디스커버리호의 활동은 끝나더라도 이 우주왕복선이 했던 일과 함께 했던 사람들, 그리고 우주를 향한 꿈을 계속 됐으면 한다.


박태진 동아사이언스 기자 tmt1984@donga.com

  1. 공룡우표매니아 2011.03.28 20:16 신고

    우주왕복선 디스커버리호가 39번이나 여행을 했다니....
    초창기에는 관심이 있었지만 지금은 새롭게 들리네요
    너무 무관심했기에 부끄러운 마음도 잇고...

“일본 동쪽 바다에서 강한 지진이 일어났습니다. 높이 10m 이상의 지진해일(쓰나미)이 몰려옵니다. 주민 여러분, 지금 당장 높은 곳으로 대피하세요.”

지난 11일 오후 3시, 일본 미야기현의 미나리산리쿠에서 다급한 목소리가 울려 퍼졌습니다. 2시 46분에 일본 동북부 도호쿠 근처에서 일어난 규모 9.0의 지진 때문입니다. 강한 지진이 일어나자 바다가 크게 들썩였고, 이 정보를 받은 일본 기상청이 지진해일 경보를 내렸습니다. 경보가 발표된 지 10여분이 흐르자 미야기현과 아와테현에 있는 마을에 지진해일이 들이닥쳤습니다.

● 지각판의 제자리 찾기… 땅이 이동한다고?!

이번처럼 규모 9.0의 강한 지진이 일어난 뒤에는 반드시 작은 지진이 뒤따릅니다. 지각 판이 제자리를 찾으려하기 때문입니다. 최근에 일본이 2.4m 정도 이동했다는 소식이 나오는 것도 바로 이 때문입니다.

수영장에 수영보조용 킥 판을 가득 띄워놓고, 이중 하나의 끝을 눌러봅시다. 그러면 누른 판의 반대쪽이 들썩입니다. 반대쪽 판과 맞닿은 부분도 이 영향을 받게 되고요. 이런 식으로 물 위에 떠 있는 판이 조금씩 움직이게 됩니다. 지진도 마찬가지입니다. 지각의 판이 강하게 부딪히면 반대쪽 판도 영향을 받게 되고, 이 과정에서 작은 지진이 일어나게 됩니다. 실제로 이번 일본 대지진 이후 일본과 인도네시아 등에서 지진이 일어났다는 소식이 들리고 있습니다.

인공위성은 지진 이후 잇따르는 작은 지진을 실시간으로 볼 수 있습니다. GPS를 이용해 지진의 에너지가 어느 방향으로 몇 cm 움직이는지 볼 수 있는 거죠. 결국 인공위성이 지진의 방향성을 알려주는 것입니다.

지각판이 제자리를 찾는 과정에서 땅이 이동하기도 합니다. 이미 미국지질조사국은 일본이 동쪽으로 약 2.4m 움직였다고 발표했습니다. 우리나라의 GPS 분석 결과에서도 일본이 지역에 따라 2m 내외로 이동한 것으로 나타났습니다. 한반도도 최대 5cm 정도 동쪽으로 옮겨졌고요. 인공위성과 GPS로 더 자세히 살피면 지각이 어떤 과정을 거쳐 제자리를 찾는지 더 잘 알 수 있을 것입니다.

이처럼 인공위성과 GPS 같은 우주과학의 산물은 지진해일을 예측하고 대비하는 데 중요하게 활용됩니다. 인공위성에서 본 해수면, 즉 바닷물의 높이가 달라지는 것도 지진해일의 신호가 될 수 있습니다. 인공위성은 바다에 전파를 쏘고 돌아오는 시간을 계산해서 바닷물의 높이를 알아냅니다. 그런데 만약 바닷물의 높이가 갑자기 높아진다면 지진해일이 일어난다고 볼 수 있는 것이죠.

● 지진해일의 그림자(shadow)를 아세요?

최근에는 인공위성으로 지진해일을 더 정확하게 살피는 연구가 나오고 있습니다. 대표적인 것이 미국해양대기청(NOAA)이 발표한 ‘그림자(shadow)’ 영상입니다.

지진해일이 일어나면 바닷물이 위아래로 깊게 패입니다. 이를 위성으로 보면 검은 띠 모양입니다. 바닷물이 패인 부분 때문에 주변 부분이 어두워지는 것이죠. NOAA의 연구결과 이 그림자의 길이는 지진해일의 강도와 비례합니다. 이 연구가 더 진행되면 앞으로는 위성영상만 보고도 지진해일의 세기와 진행방향을 알게 될지 모릅니다.

이번 지진해일을 계기로 우주과학 분야에서 지진해일을 예측하는 연구가 활발해질 것으로 보입니다. 가까운 미래에는 10분보다 빨리, 더 정확하게 지진해일을 예측하게 될 것입니다. 그러면 더 많은 사람의 생명을 구할 수 있겠죠?

 


박태진 동아사이언스 기자 tmt1984@donga.com
도움 : 박종욱 한국천문연구원 우주과학연구본부장

  1. 모르세 2011.03.27 16:40 신고

    오랜만에 드렀네요.오늘도 소중한 하루가 되세요.

'파다다다닥~' 한 무리의 날치(flying fish) 떼가 물 밖으로 날아올랐어요. 멋지게 점프해서 은빛 지느러미를 반짝여요. 날개도 없는 물고기가 하늘을 날다니! 정말 신기한 풍경이에요. 물고기인 날치는 어떻게 하늘을 날 수 있을까요?

날치는 다른 물고기보다 커다란 지느러미를 이용해 하늘을 날아요. 날치는 물속에서 헤엄치다가 위험을 느끼면 수면 위에서 온힘을 다해 달려요. 그러다가 어느 순간이 되면 상체를 일으켜 꼬리로 수면을 타듯이 튀어 오르죠. 그 다음에는 잘 발달된 가슴지느러미와 배지느러미를 활짝 펴고 비행을 한답니다.

날치가 물 위로 나오는 순간의 속력은 시속 50~60km 정도예요. 일반 도로에서 자동차가 달리는 속력과 비슷하죠. 보통은 물에서 가까운 높이에서 날지만 경우에 따라 물 위 2~3m 정도에서 날기도 해요. 날 수 있는 시간은 30~40초 정도이고, 이동거리는 300~400m가 된답니다. 하늘을 나는 동안 날치는 꼬리지느러미를 움직여 방향을 바꿀 수도 있어요.

최해천 서울대 기계항공공학부 교수팀은 날치의 비행을 더 자세히 연구했어요. 그 결과 한 가지 비밀이 더 밝혀졌답니다. 날치의 지느러미 각도 때문에 양력이 커진다는 거예요.

최 교수팀은 날치의 일종인 ‘제비날치’를 관찰했는데요. ‘제비날치’는 몸통을 똑바로 뒀을 때 가슴지느러미 앞쪽이 12∼15도 위로 향하고, 배지느러미도 2∼5도 위로 솟구쳐 있었어요. 이런 각도 차이가 두 지느러미 사이에 흐르는 공기를 빠르게 만들어요. 위로 솟구친 날개가 비행기 날개의 볼록한 윗부분 역할을 하는 것이죠. 비행기 날개의 위와 아래의 공기 속도가 달라서 양력이 생기는 것과 같은 원리입니다. 날치가 지느러미를 쫙 펼치고 날면 지느러미 위와 아래에 흐르는 공기의 속도가 달라지고, 이때 날치가 멋지게 날 수 있는 거랍니다.

날치의 지느러미 구조는 수면에서 5m 정도 떠서 이동하는 ‘날아다니는 배’, 위그선을 만드는 데 도움이 될 것이라고 해요. 우리 주변에서 날아다니는 동물을 잘 관찰해 보세요. 그러면 지금보다 더 좋은 항공기를 만드는 아이디어가 떠오를지도 몰라요. 



박태진 동아사이언스 기자 tmt1984@donga.com

  1. 공룡우표매니아 2011.03.23 20:00 신고

    날씨우표를 보고 정말 나는것일까 어떻게 날까 등이 궁굼했는데
    좋은 정보주셨네요 고맙습니다.

    • 사랑해,태진 2011.03.24 11:10 신고

      감사합니다.^^ 그동안 정신 없어서 블로그 좀 뜸했는데 이제 다시 열심히 하려고요^^ 잘 부탁드립니다! 여전히 좋은 포스트 잘 보고 있습니다. 즐거운 하루 보내세욧!

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