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먼― 우주, 가까운 우주🌌(Across the Universe) 4강 1부 SPHEREx:전 우주를 스캔하는 적외선 지도 제작자🗺️│카오스강연 시즌2

SPHEREx는 한국천문연구원과 미국 NASA가 공동 개발한 적외선 우주 망원경으로, 전 우주를 스캔하는 혁신적인 미션을 수행하고 있습니다. 이 프로젝트는 한국의 우주 관측 기술이 세계적인 수준에 도달했음을 상징적으로 보여주며, 한국 연구진이 국제 공동 연구에 주도적으로 참여할 수 있는 기반을 마련했습니다. SPHEREx는 2025년 3월 11일, 스페이스X의 팰컨 9 로켓을 통해 성공적으로 우주로 발사되어 현재 안정적으로 운영되고 있습니다. SPHEREx의 가장 큰 특징은 하늘 전체를 102가지 적외선 파장으로 촬영하여 3차원 우주 지도를 만드는 데 있습니다. 이 미션은 기존의 허블 우주 망원경이나 제임스 웹 우주 망원경과 달리, 좁고 깊은 영역이 아니라 넓고 얕은 전천 관측을 목표로 합니다. 이를 위해 SPHEREx는 20cm의 작은 주경을 사용하지만, 한 번에 보름달 150개가 들어갈 정도로 넓은 시야를 자랑합니다. 또한, 선형 가변 필터라는 독특한 기술을 활용해 효율적으로 다양한 파장의 빛을 동시에 관측할 수 있습니다. 적외선 관측을 위해 망원경을 우주로 보내는 이유는 지구 대기가 적외선 빛을 흡수하고 방해하기 때문입니다. SPHEREx는 지구 상공 650km 궤도에서 대기의 영향을 받지 않고, 극저온 상태에서 정밀한 관측을 수행합니다. 한국천문연구원은 SPHEREx의 핵심 장비인 검교정 장비(KASI 챔버)를 독자적으로 개발하여, NASA와의 협력에서 중요한 역할을 담당했습니다. 이 장비는 우주 환경을 지상에서 재현해 망원경의 성능을 검증하는 데 필수적입니다. SPHEREx의 관측 방식은 여섯 개의 적외선 검출기와 선형 가변 필터를 활용하여, 한 번의 노출로 다양한 파장의 데이터를 얻는 것입니다. 이로써 2년 동안 전천을 네 번 관측하며, 각 지점마다 빛의 스펙트럼을 세밀하게 기록합니다. 특히 극지방은 더 자주 관측되어 '딥 필드' 연구가 가능하며, 이를 통해 우주의 구조와 은하의 진화, 성간 얼음 등 다양한 천문학적 현상을 분석할 수 있습니다. SPHEREx가 실제로 촬영한 첫 이미지는 과학자들에게 매우 중요한 자료로, 다양한 파장대에서 천체의 특성을 파악할 수 있게 해줍니다. 해상도는 높지 않지만, 102가지 파장으로 얻은 스펙트럼 정보는 은하의 나이, 성분, 움직임 등 우주에 대한 깊은 이해를 가능하게 합니다. 또한, 예측하지 못했던 오로라의 강한 적외선 방출이나 태양계 밖에서 온 혜성의 관측 등 새로운 발견도 이어지고 있습니다. SPHEREx의 데이터는 제임스 웹 우주 망원경과의 시너지 효과를 기대하게 합니다. SPHEREx가 전천에서 새로운 천체나 현상을 발견하면, 제임스 웹 우주 망원경이 이를 더욱 정밀하게 관측할 수 있기 때문입니다. 한국천문연구원은 SPHEREx의 개발과 운용에 약 150억 원을 투자하며, 전체 미션의 10%에 해당하는 기여도를 인정받고 있습니다. 이를 바탕으로 한국 연구자들은 SPHEREx 데이터를 활용한 다양한 과학 연구에 적극적으로 참여하고 있습니다. SPHEREx는 우주의 기원, 은하의 진화, 성간 물질의 분포 등 천문학의 근본적인 질문에 답하기 위해 전천 적외선 스펙트럼 지도를 제작하고 있습니다. 앞으로 SPHEREx가 제공할 방대한 데이터는 우주에 대한 인류의 이해를 한층 더 넓혀줄 것으로 기대됩니다. 한국과 미국의 협력이 만들어낸 이 성과는 미래 우주 과학 연구의 새로운 지평을 여는 중요한 이정표가 될 것입니다.

국립과천과학관과학강연👨‍🏫

천문학

해왕성의 진짜 색깔은 🔵푸른색이 아니다?! l 2025 미래 과학 트렌드 북콘서트

천왕성과 해왕성은 태양계에서 가장 늦게 발견된 행성들로, 오랜 시간 동안 인류에게는 그 존재조차 알려지지 않았습니다. 이 두 행성은 맨눈으로 관측이 불가능하기 때문에 고대인들은 전혀 인지하지 못했으며, 망원경의 발달과 함께 비로소 그 실체가 드러나기 시작했습니다. 윌리엄 허셜이 18세기에 직접 제작한 망원경으로 천왕성을 처음 관측했을 때, 그는 이를 혜성으로 오인했으나, 이후 천문학자들의 연구를 통해 행성임이 밝혀졌습니다. 천왕성은 처음에는 '조지의 별'로 불렸으나, 결국 신화 속 신의 이름을 따 '우라노스', 즉 천왕성으로 명명되었습니다. 천왕성의 발견 이후, 천문학자들은 그 궤도에서 이상한 점을 발견하게 됩니다. 뉴턴의 만유인력 법칙에 따라 움직여야 할 천왕성이 예상과 다르게 움직이는 현상이 반복적으로 관측된 것입니다. 영국의 애덤스와 프랑스의 르베리에 등 수학자들은 이 현상을 연구하며 천왕성 너머에 또 다른 행성이 존재할 것이라 예측했습니다. 르베리에가 계산한 위치를 바탕으로 독일의 요한 갈레가 실제로 해왕성을 발견하게 되었고, 이 행성은 바다의 신 '넵투누스'에서 이름을 따 해왕성으로 불리게 되었습니다. 이후 천왕성과 해왕성에 대한 탐사는 본격적으로 이루어졌습니다. 1977년에 발사된 보이저 2호는 약 9년의 여정 끝에 천왕성에 접근하여 고리와 대기, 위성에 대한 다양한 정보를 지구로 전송했습니다. 이어 해왕성에 도달한 보이저 2호는 거대한 폭풍과 변화무쌍한 기상 현상을 관측하며, 해왕성의 역동적인 모습을 밝혀냈습니다. 보이저 1호와 2호는 현재 태양계를 벗어나 우주 공간을 항해 중이며, 이들의 관측 결과는 태양계 외곽 행성 연구에 큰 기여를 했습니다. 허블 우주 망원경은 천왕성의 오로라와 고리, 해왕성의 폭풍과 대기 현상 등 다양한 모습을 포착했습니다. 최근에는 제임스 웹 우주 망원경이 더욱 선명하고 정밀한 이미지를 제공하며, 천왕성의 극관과 고리, 달들, 해왕성의 흐릿한 고리와 구름, 그리고 가장 큰 위성 트리톤의 얼음 표면까지 세밀하게 관측할 수 있게 되었습니다. 특히 적외선 관측을 통해 해왕성의 대기 성분과 구름 구조를 새롭게 이해할 수 있었습니다. 최근에는 해왕성의 색깔에 대한 새로운 연구 결과도 발표되었습니다. 기존에는 보이저 2호가 촬영한 이미지를 바탕으로 해왕성이 매우 푸른색을 띠는 것으로 알려졌으나, 옥스포드 대학교 연구팀이 색상 변환 모델을 재구성한 결과, 해왕성의 실제 색상은 천왕성과 더 유사한 옅은 청록색임이 밝혀졌습니다. 이는 과거 과학자들이 폭풍을 더 잘 관찰하기 위해 명암비를 높여 이미지를 처리한 결과였음을 시사합니다. 이러한 연구는 우리가 오랜 시간 믿어왔던 천체의 모습이 기술과 해석의 변화에 따라 달라질 수 있음을 보여줍니다.

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물리학
화학
천문학
수학
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싸돌이랑 '보이지 않는 우주' 같이 보기💙 기획자가 들려주는 비하인드 스토리까지!ㅣ싸돌이가 간다

인간은 우주에서 아주 작은 존재에 불과하며, 우리가 직접 관측할 수 있는 우주의 비율은 고작 5%에 지나지 않습니다. 그럼에도 불구하고 인류의 우주에 대한 호기심과 탐구는 끝이 없습니다. 과학관에서는 이러한 인간의 한계를 극복하고자 '보이지 않는 우주'라는 특별 전시를 기획하였습니다. 이 전시는 우리가 직접 볼 수 없는 우주의 95%를 천문학자들이 어떻게 연구하는지, 그리고 그 과정에서 어떤 첨단 기술이 활용되는지에 대해 소개합니다. 우주를 이해하기 위해서는 빛에 대한 이해가 필수적입니다. 빛은 우리 눈에 보이는 가시광선뿐만 아니라 자외선, X선, 감마선, 적외선, 마이크로파, 전파 등 다양한 파장대로 이루어져 있습니다. 천문학자들은 이 다양한 빛을 활용해 우주의 여러 현상을 관측하고 연구합니다. 예를 들어, 자외선은 피부 건강과 관련이 있고, 적외선은 체온 측정에 활용되며, 마이크로파는 전자레인지에 사용됩니다. 이 모든 빛은 전자기파라는 공통된 특성을 가지고 있으며, 우주를 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 우주배경복사는 빅뱅 이후 처음으로 생성된 빛이 현재 전파의 형태로 우주 전역에서 관측되는 현상입니다. 이 빛은 우주의 기원을 이해하는 데 핵심적인 단서가 됩니다. 전시에서는 다양한 파장대별로 관측된 천체들의 사진을 통해 우주의 다양한 모습을 보여주고 있습니다. 또한, 노이즈 캔슬링 헤드셋을 통해 캄캄하고 적막한 우주의 분위기를 직접 체험할 수 있도록 하여, 관람객이 미지의 세계를 오감으로 느낄 수 있게 합니다. 블랙홀은 우주에서 가장 신비로운 천체 중 하나로, 실제로 볼 수는 없지만 그 존재는 다양한 간접적 증거로 확인됩니다. 블랙홀 주변의 물질이 빨려 들어가면서 원반을 이루고, 이 과정에서 마찰로 인해 빛이 발생합니다. 또한, 블랙홀의 강력한 중력은 빛을 휘게 만들어 착시 현상을 일으키기도 합니다. 블랙홀 근처에서는 시간의 흐름이 느려지는 등 일반적인 상식과는 다른 물리 법칙이 적용되어, 우주의 신비로움을 더욱 실감하게 합니다. 암흑물질과 암흑에너지는 우리가 직접 볼 수 없지만, 우주의 구조와 진화에 결정적인 역할을 하는 존재입니다. 암흑물질은 중력적으로만 그 존재를 알 수 있으며, 은하의 형성과 진화에 큰 영향을 미칩니다. 전시에서는 암흑물질이 은하를 형성하는 과정을 체험할 수 있는 장치를 통해 그 개념을 쉽게 이해할 수 있도록 도와줍니다. 또한, 암흑에너지는 우주의 가속팽창을 설명하는 데 필요한 에너지로, 그 정체는 아직 밝혀지지 않았지만 우주 연구의 중요한 주제입니다.

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물리학
천문학
융합

별이 태어난 모습을 포착📸 제임스웹 우주망원경🛰️의 최신 자료만 모았다!ㅣ2024 미래 과학 트렌드 북콘서트

제임스웹 우주망원경은 인류가 만든 가장 정교하고 강력한 우주망원경으로, 허블 우주망원경과 비교해 훨씬 더 큰 6.5m의 거울을 사용하여 더 많은 빛을 모을 수 있습니다. 이로 인해 우주의 미세한 부분까지도 선명하게 관측할 수 있게 되었으며, 망원경의 위치 또한 지구에서 약 1,500만 km 떨어진 안정적인 라그랑주 포인트에 자리잡고 있습니다. 이러한 위치 선정은 태양빛의 영향을 최소화하고, 망원경이 적외선 관측에 최적화된 환경을 제공하기 위함입니다. 적외선은 온도가 낮은 천체나 먼 우주의 초기 모습을 관측하는 데 매우 유용하기 때문에, 제임스웹 우주망원경은 우주 탄생 초기, 은하의 진화, 별의 탄생과 죽음, 외계 행성의 생명체 탐색 등 다양한 연구 목적을 위해 설계되었습니다. 적외선 관측의 가장 큰 장점은 가스와 먼지로 가려진 영역까지 투과하여 볼 수 있다는 점입니다. 이는 별이 탄생하는 지역이나 우주의 초기 은하들을 연구하는 데 필수적입니다. 우주가 빅뱅 이후 팽창하면서 초기 별빛이 적외선 영역으로 이동하게 되는데, 제임스웹 우주망원경은 이러한 적외선 신호를 포착하여 우주의 '다크 에이지' 이후 별과 은하가 어떻게 형성되었는지 밝히는 데 큰 역할을 하고 있습니다. 또한, 적외선은 차가운 행성이나 생명체가 존재할 수 있는 환경을 탐색하는 데도 중요한 도구로 활용됩니다. 실제로 제임스웹은 먼 우주의 은하뿐만 아니라, 태양계 내의 천왕성, 토성의 위성 등 다양한 천체를 관측하며 새로운 정보를 제공하고 있습니다. 제임스웹 우주망원경의 관측 결과는 우주 진화의 비밀을 푸는 데 중요한 단서를 제공합니다. 초기 우주에서 발견된 은하들은 현재의 복잡한 나선은하와 달리 단순한 형태가 많았으며, 시간이 흐르면서 서로 합쳐지거나 진화하여 다양한 형태의 은하로 발전한 것으로 보입니다. 또한, 중력 렌즈 현상을 통해 하나의 초신성이 여러 위치에서 관측되는 등, 우주의 거대한 구조와 중력의 영향을 실감할 수 있는 사례도 발견되었습니다. 별의 탄생 과정 역시 적외선 관측을 통해 더욱 정밀하게 연구되고 있으며, 갈색 왜성이나 새로 태어난 별들이 주변 가스를 밀어내는 모습, 그리고 생명체의 기초가 되는 분자들이 차가운 영역에서 발견되는 등 다양한 발견이 이루어지고 있습니다. 태양계 내의 관측에서도 제임스웹 우주망원경은 큰 성과를 거두고 있습니다. 천왕성의 고리와 표면, 그리고 토성의 위성 엔셀라두스에서 분출되는 물의 존재는 생명체 탐색에 중요한 단서가 됩니다. 이러한 관측을 통해 외계 행성에서도 물의 존재 여부를 간접적으로 확인할 수 있으며, 이는 생명체가 존재할 수 있는 환경을 찾는 데 필수적인 정보입니다. 또한, 다양한 은하의 적외선 사진을 통해 별의 탄생과 은하의 진화 과정을 시각적으로 확인할 수 있게 되었으며, 가스의 분포와 별의 형성, 그리고 은하의 나이에 따른 변화 등을 연구하는 데 큰 도움이 되고 있습니다. 제임스웹 우주망원경은 허블 우주망원경으로는 볼 수 없었던 우주의 깊은 영역과 별의 탄생 과정을 적외선으로 정밀하게 관측함으로써, 우주 과학의 새로운 지평을 열고 있습니다. 오리온 대성운과 같은 성운 내부의 별 탄생 현장, 허빅-아로 천체에서의 제트 분출 현상 등은 별의 일생과 행성계 형성 과정을 이해하는 데 중요한 자료를 제공합니다. 앞으로도 제임스웹 우주망원경은 지속적으로 관측을 이어가며, 우주와 생명에 대한 근본적인 질문에 답을 찾는 데 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다.

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물리학
천문학

우리가 볼 수 없는 세상👀! 적외선으로 바라보면 무엇이 다를까?💡ㅣ과학원리체험@home 시즌3

우리가 눈으로 보는 세상은 빛의 아주 일부분에 불과합니다. 빛은 에너지 크기에 따라 전파, 적외선, 가시광선, 자외선, 엑스선 등으로 나뉘는데, 우리 눈은 이 중 가시광선 영역만을 인식할 수 있도록 진화했습니다. 적외선은 가시광선보다 에너지가 낮아 우리 눈에는 보이지 않지만, 우리 주변 어디에나 존재하는 중요한 빛의 영역입니다. 이러한 보이지 않는 빛의 성질을 이해하면 일상 속의 다양한 기술적 원리를 파악할 수 있습니다. 적외선 카메라를 통해 세상을 바라보면 평소와는 전혀 다른 광경이 펼쳐집니다. 예를 들어 검은색 선글라스를 쓴 사람을 우리 눈으로 보면 렌즈에 가려 눈이 보이지 않지만, 적외선 카메라로는 렌즈 너머의 눈과 피부를 선명하게 관찰할 수 있습니다. 이는 가시광선이 통과하지 못하는 검은색 재질을 적외선은 투과할 수 있기 때문입니다. 이처럼 적외선은 물질을 투과하는 독특한 성질을 가지고 있어 가시광선의 한계를 넘어서는 시각 정보를 제공합니다. 우리가 매일 사용하는 가전제품의 리모컨에도 이러한 적외선의 원리가 숨어 있습니다. 리모컨의 전원 버튼을 누르면 앞부분의 센서에서 적외선 신호가 방출되어 TV나 에어컨을 작동시킵니다. 평상시에는 이 신호가 눈에 보이지 않아 작동 여부를 알기 어렵지만, 적외선 카메라를 이용하면 리모컨 끝에서 깜빡이는 빛이 나오는 것을 확인할 수 있습니다. 보이지 않는 빛이 기기 간의 통신 수단으로 활용되며 우리 생활의 편리함을 돕고 있는 셈입니다. 지구상의 많은 생물은 태양 빛의 상당 부분을 차지하는 가시광선에 적응하며 진화해 왔습니다. 하지만 모든 생물이 우리와 같은 방식으로 세상을 보는 것은 아닙니다. 대표적으로 뱀은 적외선 영역의 빛을 감지할 수 있는 특수한 능력을 갖추고 있습니다. 뱀의 시각으로 세상을 본다면 우리가 적외선 카메라 모니터를 통해 보는 것과 유사한 풍경이 펼쳐질 것입니다. 생물마다 각자의 생존 방식에 맞춰 빛을 받아들이는 방식이 다르게 발달했다는 점은 매우 흥미롭습니다. 적외선 리모컨과 카메라를 통해 살펴본 보이지 않는 빛의 세계는 과학적 호기심을 자극하기에 충분합니다. 우리의 감각으로는 인지할 수 없는 영역일지라도, 과학 기술은 이를 시각화하고 실생활에 응용할 수 있게 해줍니다. 적외선은 단순한 통신 수단을 넘어 보안, 의료, 천문학 등 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 우리가 보지 못하는 곳에서도 빛은 끊임없이 에너지를 전달하며 세상을 움직이는 중요한 열쇠가 되고 있습니다.

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물리학
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[강연] 우주와 인류를 연결하는 제임스웹 우주망원경 _ by손상모｜제30회 서울대 자연과학대학 공개강연 | 3강

제임스 웹 우주망원경은 단순히 먼 우주를 촬영하는 도구를 넘어, 인류와 우주를 잇는 소중한 매개체입니다. 이 망원경은 우리가 자연의 경이로움을 함께 느끼고 희망적인 메시지를 공유하게 함으로써 사람과 사람 사이의 연결고리 역할도 수행합니다. 미국 볼티모어의 우주망원경 과학연구소(STScI)에서 운영을 총괄하는 이 거대한 장치는 허블의 뒤를 이어 우주의 기원을 밝히는 사명을 띠고 있습니다. 우리가 보는 아름다운 사진들은 단순한 데이터가 아니라 인류의 지적 호기심이 빚어낸 결실입니다. 허블 우주망원경은 30년 넘게 운영되며 천문학의 역사를 새로 썼습니다. 특히 1995년, 아무것도 없어 보이던 텅 빈 하늘을 열흘 동안 관측하여 수천 개의 은하를 발견한 '허블 딥 필드'는 현대 우주론의 새로운 지평을 열었습니다. 이 사진 한 장은 우리에게 더 멀고 선명한 우주를 보아야 한다는 강력한 동기를 부여했습니다. 제임스 웹은 바로 이러한 허블의 위대한 업적을 계승하고 그 한계를 뛰어넘기 위해 탄생했습니다. 보이지 않던 영역을 탐구하려는 모험적인 시도가 지금의 혁신을 이끌어낸 것입니다. 더 먼 우주를 보기 위해서는 거울의 크기를 키워 빛을 더 많이 모아야 하며, 가시광선보다 파장이 긴 적외선을 관측해야 합니다. 우주가 팽창하면서 멀리 있는 은하의 빛은 붉은색으로 변하는 '적색편이' 현상을 겪기 때문입니다. 제임스 웹은 6.5m의 거대한 주경을 통해 허블보다 훨씬 어두운 천체까지 포착할 수 있습니다. 적외선 전용 망원경으로 설계된 덕분에 우주 초기에 탄생한 최초의 은하들을 관측하는 것이 가능해졌으며, 이는 가시광선으로는 결코 도달할 수 없는 영역을 우리 눈앞에 펼쳐 보입니다. 제임스 웹의 주경은 18개의 육각형 조각 거울로 구성되어 로켓에 접어서 실을 수 있도록 설계되었습니다. 거울 표면은 적외선 반사율이 뛰어난 순금으로 도금되었으며, 지구에서 150만 km 떨어진 제2 라그랑주 점(L2)에서 임무를 수행합니다. 이곳은 태양과 지구의 중력이 균형을 이루어 안정적인 궤도 유지가 가능합니다. 또한 테니스장 크기의 5층 구조 태양 차단막은 300도 이상의 온도 차를 견디며 망원경의 정밀한 관측 환경을 보호합니다. 이러한 공학적 설계는 극한의 우주 환경에서 망원경이 생존할 수 있는 핵심 비결입니다. 발사 후 한 달 동안 제임스 웹은 우주 공간에서 복잡한 전개 과정을 거쳤습니다. 꼬깃꼬깃 접혀 있던 태양 차단막과 거울을 펼치는 과정은 한 치의 오차도 허용되지 않는 정밀한 작업이었습니다. 특히 18개의 거울 조각을 하나의 매끈한 면으로 맞추는 거울 정렬 작업에는 약 3개월이 소요되었습니다. 머리카락 굵기의 만 분의 일 단위로 움직이는 액추에이터를 통해 거울을 조정함으로써, 마침내 예상보다 훨씬 뛰어난 성능의 이미지를 얻을 수 있게 되었습니다. 이는 인류가 만든 가장 정교한 거울이 우주에서 완성되었음을 의미합니다. 본격적인 관측이 시작되자 목성의 세밀한 대기와 해왕성의 고리, 그리고 별이 탄생하는 용골자리 성운의 장엄한 모습이 공개되었습니다. 중력 렌즈 현상을 이용해 130억 년 전의 은하를 포착하고, 외계 행성의 대기 성분을 분석하여 수증기와 이산화탄소의 존재를 확인하기도 했습니다. 이러한 결과들은 우주가 어떻게 형성되고 진화해 왔는지에 대한 실마리를 제공합니다. 제임스 웹이 보내오는 데이터는 매일같이 새로운 발견을 쏟아내며 전 세계를 놀라게 하고 있으며, 이는 우리가 우주를 이해하는 방식을 근본적으로 바꾸고 있습니다. 제임스 웹 우주망원경의 여정은 이제 막 시작되었습니다. 약 25년의 수명 동안 이 망원경은 135억 년 전의 빛이 들려주는 이야기를 우리에게 전해줄 것입니다. 지구를 닮은 행성을 찾고 생명체의 흔적을 추적하는 과정은 인류의 근원적인 질문에 대한 답을 찾는 과정이기도 합니다. 우주 과학의 발전은 단순히 지식의 확장을 넘어 새로운 기술 개발의 매개체가 됩니다. 미래의 과학자들이 이 망원경을 통해 자신만의 꿈을 마음껏 펼치기를 기대하며, 제임스 웹이 열어갈 우주의 미래는 우리 모두에게 새로운 희망이 될 것입니다.

손상모

카오스재단서울대자연과학공개강연

천문학

[인터뷰] 손상모 _ 크리스마스의 선물, 제임스웹 우주망원경(JWST)🔭🎁｜제30회 서울대 자연과학대학 공개강연

제임스 웹 우주망원경(JWST)은 우주 초기의 은하들을 관측하여 우주의 기원을 밝히기 위해 탄생했습니다. 허블 우주망원경이 자외선과 가시광선을 주로 다루었다면, 제임스 웹 우주망원경은 적외선 전용 망원경으로 설계되어 우주 먼 곳에서 오는 긴 파장의 빛을 포착합니다. 이를 통해 우리는 은하가 어떻게 형성되고 진화했는지, 그리고 인류의 근원인 '우리는 어디에서 왔는가'라는 근본적인 질문에 대한 답을 찾아가고 있습니다. 이 망원경에는 특수한 목적을 가진 네 개의 카메라가 장착되어 있습니다. 넓은 영역을 촬영하거나 빛을 나누어 성분을 분석하는 분광기가 대표적입니다. 특히 지구와 비슷한 환경의 외계 행성을 찾는 것이 주요 목표 중 하나입니다. 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 적당한 거리의 행성을 탐색하고, 대기 성분에서 이산화탄소나 메탄 등을 확인하여 생명체 존재 가능성을 연구함으로써 외계 생명체에 대한 실마리를 제공합니다. 제임스 웹 우주망원경의 예상 수명은 약 25년으로, 발사 당시 궤도 진입이 매우 정확하게 이루어진 덕분에 충분한 연료를 확보할 수 있었습니다. 향후 2027년에는 로만 우주망원경이 발사되어 제임스 웹 우주망원경과 상호보완적인 역할을 수행할 예정입니다. 제임스 웹 우주망원경이 좁은 영역을 깊게 들여다본다면, 로만 우주망원경은 훨씬 넓은 영역을 촬영하며 더 많은 별과 은하를 관측합니다. 이러한 협력을 통해 현대 우주론의 거대한 퍼즐 조각들이 하나씩 맞춰질 것입니다. 현대 우주론에서 가장 중요한 과제는 우주 탄생 직후 최초의 별과 은하가 어떻게 만들어졌는지 밝히는 것입니다. 제임스 웹 우주망원경은 허블 우주망원경의 한계를 넘어 우주 아주 초기의 모습을 관측함으로써 별의 탄생 조건과 은하 형성 과정을 규명하고자 합니다. 이는 단순한 과학적 발견을 넘어 우주의 기원을 이해하는 철학적 토대가 됩니다. 우리가 우주의 시작을 알게 된다면, 인류가 우주라는 거대한 체계 속에서 어떤 위치에 있는지 더욱 명확히 깨닫게 될 것입니다. 제임스 웹 우주망원경은 단순히 과학 장비를 넘어 전 세계 천문학자들을 하나로 묶어주는 매개체 역할을 하고 있습니다. 최근의 연구 결과들은 과학자들 사이의 활발한 교류를 이끌어내며 인류 공동의 지적 자산을 풍요롭게 만들고 있습니다. 또한, 망원경이 보내오는 아름다운 우주의 모습은 대중에게 깊은 감동을 주며 미래 세대에게 꿈을 심어줍니다. 우주와 인류, 그리고 사람과 사람을 연결하는 이 거대한 프로젝트는 우리에게 희망적인 메시지를 전달합니다.

손상모

카오스재단서울대자연과학공개강연

천문학

[강연] 제30회 서울대 자연과학대학 공개강연_'과학이 다시 연결하는...' (2) by 손상모, 백민경 l 서울대학교&카오스재단 | 2부

서울대학교 자연과학 공개 강연이 어느덧 30주년을 맞이하며 과학 나눔의 소중한 가치를 되새기고 있습니다. 이번 강연의 핵심 주제인 '연결'은 과학이 단순히 지식을 쌓는 과정을 넘어, 보이지 않는 세계를 잇고 인류의 호기심을 현실로 만드는 가교임을 상징합니다. 거대한 우주의 기원부터 우리 몸속 미세한 단백질의 구조에 이르기까지, 과학은 서로 다른 영역을 하나의 맥락으로 묶어내며 인류가 나아갈 새로운 방향과 무한한 가능성을 제시하고 있습니다. 제임스웹 우주망원경은 인류가 우주를 바라보는 시각을 근본적으로 혁신하고 있습니다. 허블 우주망원경의 뒤를 이어 더 멀리, 더 선명하게 우주 초기를 들여다보기 위해 설계된 이 망원경은 무려 135억 년 전의 빛을 추적합니다. 적외선 관측 기술을 통해 가시광선으로는 결코 볼 수 없던 우주 먼지 구름 너머의 별 탄생 과정과 초기 은하의 형성을 생생하게 포착함으로써, 우리는 우주의 기원과 인류의 뿌리에 대해 이전보다 훨씬 깊이 있는 이해를 얻게 되었습니다. 이 경이로운 망원경은 지구에서 약 150만 킬로미터 떨어진 제2 라그랑주 점(L2)이라는 특수한 지점에서 임무를 수행합니다. 태양의 강력한 열기를 차단하는 테니스장 크기의 거대한 태양 차단막과 적외선을 효과적으로 반사하기 위해 순금으로 도금된 육각형 거울들은 현대 공학 기술의 정수를 보여줍니다. 영하 230도 이하의 극저온 환경을 유지하며 우주 끝에서 오는 미세한 신호를 포착해내는 기술력은 인류의 지적 탐구심이 도달할 수 있는 한계가 어디까지인지를 증명합니다. 거시적인 우주에서 시선을 돌려 우리 몸속의 미시 세계를 살펴보면 생명 현상의 핵심인 단백질이라는 경이로운 분자를 만나게 됩니다. 단백질은 우리 몸의 거의 모든 생체 반응에 관여하지만, 그 복잡한 3차원 구조를 정확히 밝혀내는 일은 과학계의 오랜 난제였습니다. 최근 인공지능 기술은 이 문제를 획기적으로 해결하며 생명과학의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 수개월에서 수년이 걸리던 구조 분석을 단 몇 시간 만에 정확히 예측해내며 신약 개발의 속도를 앞당기고 있습니다. 인공지능이 단백질 구조를 예측할 수 있는 비결은 수억 년에 걸친 진화의 역사 속에 숨겨진 패턴을 찾아내는 데 있습니다. 생명체가 생존을 위해 유지해온 단백질 서열의 변화를 분석하면, 특정 구조를 형성하기 위한 생물학적 규칙을 발견할 수 있습니다. 방대한 빅데이터와 인공지능 알고리즘의 결합은 복잡한 생물학적 원리를 데이터 과학의 언어로 재해석해냈습니다. 이러한 기술적 진보는 질병의 원인을 규명하고 맞춤형 치료제를 설계하는 데 있어 강력한 도구가 되고 있습니다. 현대 과학의 비약적인 발전은 단일 분야의 성과를 넘어 서로 다른 학문이 만날 때 비로소 가속화됩니다. 인공지능 전문가와 생물학자가 소통하며 새로운 알고리즘을 설계하고, 물리학과 화학의 원리가 정밀한 공학적 설계에 녹아드는 과정은 융합의 중요성을 잘 보여줍니다. 서로 다른 언어를 사용하는 전문가들 사이를 잇는 '브리징 피플'의 역할은 이제 필수적입니다. 학문 간의 경계를 허무는 유연한 사고와 협업이야말로 복잡한 현대 사회의 난제들을 해결하는 진정한 열쇠입니다. 포스트 코로나 시대를 맞이하며 우리는 단절되었던 관계를 회복하고 새로운 형태의 연결을 모색하고 있습니다. 과학은 과거의 빛을 통해 미래를 예측하고, 작은 분자의 구조를 통해 인류의 건강을 지키는 등 끊임없이 세상을 연결하는 역할을 수행합니다. 이번 강연은 과학이 단순한 학문적 유희를 넘어 우리 삶의 가치와 맥락을 잇는 소중한 매개체임을 다시 한번 일깨워주었습니다. 과학을 통해 넓어진 시야는 우리 각자가 꿈꾸는 미래를 더욱 선명하게 그려나가는 힘이 될 것입니다.

백민경, 손상모

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학
천문학

[카오스 짧강] 분자를 흥분시키는 방법_by김지환｜2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 6강

화학 반응은 반응물인 A와 B가 만나 새로운 생성물을 만들어내는 과정입니다. 이 과정에서 에너지는 흡수되거나 방출되며, 반응이 일어나기 위해서는 반드시 활성화 에너지를 넘어야 합니다. 우리는 보통 외부에서 에너지를 가해 이 활성화 에너지를 넘도록 돕는데, 어떤 형태의 에너지를 전달하느냐에 따라 반응의 효율이 달라집니다. 가장 보편적인 방법은 열에너지를 가하는 것이지만, 단순히 물체를 빠르게 이동시키는 운동에너지는 반응에 큰 도움이 되지 않습니다. 온도는 단순히 뜨겁고 차가운 정도를 넘어 분자들의 운동 상태를 나타내는 에너지의 단위로 이해할 수 있습니다. 절대온도 0도는 모든 분자가 정지한 상태를 의미하며, 온도가 높아질수록 분자들은 무작위적인 방향으로 더 빠르게 움직입니다. 화학 반응을 일으키기 위해 열에너지가 필요한 이유는 분자들이 서로 더 자주, 그리고 더 강하게 충돌해야 하기 때문입니다. 비커 전체를 이동시키는 운동에너지는 분자 간의 상대적인 충돌을 유도하지 못하므로 반응을 촉진하는 데 한계가 있습니다. 열에너지 외에도 분자의 진동을 이용해 화학 반응을 유도하는 흥미로운 방법이 있습니다. 원자 사이의 화학 결합은 고정된 선이 아니라 마치 스프링처럼 끊임없이 진동하는 구조입니다. 외부에서 전자빔이나 적외선을 쏘아주면 이러한 진동 모드가 촉진되는데, 진동 폭이 커지면 결국 화학 결합이 끊어지며 반응이 시작됩니다. 이는 분자를 특정 방식으로 '춤추게' 만들어 우리가 원하는 화학적 변화를 이끌어낼 수 있음을 시사하며, 현대 화학의 중요한 연구 분야 중 하나로 자리 잡고 있습니다. 분자의 진동 모드에 따라 화학 반응의 결과가 달라진다는 점은 매우 놀라운 사실입니다. 예를 들어 메테인 분자에 에너지를 가할 때, 탄소와 수소의 거리가 늘어나는 진동은 반응을 촉진하지만 관절이 꺾이는 듯한 진동은 반응에 별다른 영향을 주지 못합니다. 이는 단순히 에너지를 많이 주는 것보다 '어떤 형태'의 진동 모드를 유발하느냐가 더 중요하다는 것을 보여줍니다. 과학자들은 이러한 원리를 이용해 적외선으로 특정 진동 모드를 일으킴으로써 화학 반응을 정교하게 제어하려는 시도를 이어가고 있습니다. 적외선을 이용한 반응 제어 기술은 불필요한 부산물을 줄이고 원하는 물질만을 선택적으로 얻을 수 있는 가능성을 열어줍니다. 중수소가 포함된 물 분자에서 특정 결합의 진동 모드를 유도하면 우리가 원하는 방향으로만 결합을 끊어낼 수 있습니다. 비록 이러한 실험들이 당장 실용화되기에는 복잡할 수 있지만, 화학 반응을 단순히 기다리는 것이 아니라 적외선으로 조절한다는 아이디어는 과학자들을 매료시키기에 충분합니다. 이러한 연구는 미래에 더욱 효율적이고 친환경적인 화학 공정을 개발하는 밑거름이 될 것입니다.

카오스재단질토과 + 짧강

[강연] 우주 얼음과 유기 분자 by 이정은 ㅣ 대학과 함께하는 2022 UN 세계기초과학의 해 한국 선포식 특별강연

우주에서 별과 행성이 탄생하는 과정은 생명의 기원을 찾는 여정과 맞닿아 있습니다. 천문학자들은 별이 만들어지는 물질 속에서 일어나는 화학적 변화를 분석하여, 지구 생명체의 필수 요소인 물과 유기 분자의 존재를 추적합니다. 우주의 물질을 직접 채취하는 것은 불가능하기에 빛의 스펙트럼을 분석하는 방법을 사용하는데, 이는 원자와 분자가 내뿜는 고유한 '지문'을 읽어내는 과정입니다. 전자기파와 양자역학에 대한 이해를 바탕으로 수만 광년 떨어진 곳의 성분을 정확히 파악할 수 있습니다. 별은 영하 260도에 달하는 차가운 성간 분자 구름이 중력으로 수축하며 태어납니다. 이 과정에서 회전 원반 구조인 '원시행성계 원반'이 형성되며, 그 중심에는 아직 핵융합을 시작하지 않은 원시별이 자리 잡습니다. 가시광선으로는 두꺼운 먼지 층에 가려 보이지 않지만, 적외선이나 전파 영역의 빛을 이용하면 이 신비로운 탄생의 현장을 들여다볼 수 있습니다. 이 원반 속의 물질들이 서로 뭉치고 충돌하는 과정을 거치면서, 우리가 살고 있는 지구와 같은 행성계가 서서히 모습을 갖추게 됩니다. 원시행성계 원반은 크기가 작고 온도가 낮아 매우 미약한 빛을 내뿜기에, 이를 관측하려면 여러 개의 안테나를 하나로 묶어 사용하는 전파 간섭계 기술이 필수적입니다. 대표적인 시설인 칠레의 '알마(ALMA)'는 66개의 안테나를 통해 놀라운 분해능을 제공하며 행성 탄생의 생생한 현장을 포착합니다. 실제로 관측된 원반의 나이테 모양 구조는 행성이 궤도를 돌며 주변 물질을 청소하고 있다는 증거입니다. 이러한 첨단 기술 덕분에 인류는 우주의 깊은 곳에서 벌어지는 행성 형성의 비밀을 직접 확인할 수 있게 되었습니다. 원반 내부의 온도 차이는 행성의 성격을 결정짓는 '스노우 라인'을 형성합니다. 별과 가까운 곳에서는 지구형 행성이, 먼 곳에서는 얼음과 가스가 뭉친 거대 목성형 행성이 만들어집니다. 메마른 환경에서 태어난 지구가 생명체를 품게 된 배경에는 외곽에서 형성된 혜성들이 물과 유기 분자를 얼음 형태로 배달해준 역할이 컸을 것으로 보입니다. 로제타 미션과 같은 탐사를 통해 혜성에 다양한 유기 분자가 존재한다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 우주가 생명의 씨앗을 품고 있음을 시사합니다. 최근에는 '폭식'하듯 물질을 흡수하며 밝아지는 원시별을 통해 유기 분자 탐사의 새로운 지평이 열렸습니다. 별의 급격한 활동으로 스노우 라인이 확장되면 얼어붙어 있던 유기 분자들이 기체로 승화하여 관측 가능한 스펙트럼을 내놓기 때문입니다. 제임스 웹 우주 망원경과 스피어엑스(SPHEREx)는 이러한 우주의 화학 지도를 더욱 정밀하게 그려낼 것입니다. 기초과학은 '왜'라는 질문에서 시작해 진리를 발견하는 기쁨을 선사하며, 이는 한 국가의 과학적 역량과 문화적 수준을 보여주는 소중한 지표가 됩니다.

이정은

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천문학

[강연] 외계지적생명체 탐색 ㅣ 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA' 9강 미니강연 1 | 9강 ①

외계 지적 생명체를 찾는 여정은 상상 속의 이야기가 아닌 정밀한 과학적 탐구의 영역입니다. 최근 가장 주목받는 연구 대상은 태양계에서 가장 가까운 이웃인 알파 센타우리 항성계입니다. 이곳의 프록시마 b 행성은 지구와 크기 및 환경 조건이 유사하여 생명체 존재 가능성이 높게 점쳐지고 있습니다. 특히 이 지역에서 포착된 강력하고 이상한 전파 신호는 과학계에 큰 파장을 일으켰습니다. 비록 자연 현상일 가능성도 배제할 수 없지만, 가장 가까운 곳에서 발견된 인공 신호 후보라는 점에서 인류의 우주 탐사 의지를 자극하고 있습니다. 지구에 앉아 외계인의 흔적을 찾는 전략적 방법론은 1959년 코코니와 모리슨의 기념비적인 논문에서 시작되었습니다. 이들은 전파 망원경을 통해 자연적인 신호를 제외한 인공적 전파를 포착하자는 혁신적인 제안을 했습니다. 이를 바탕으로 1960년 프랭크 드레이크 박사는 고래자리 타우 별 등을 대상으로 최초의 SETI 관측인 '오즈마 프로젝트'를 수행했습니다. 비록 초기 시도는 지구상의 전파 간섭으로 인해 실패로 돌아갔지만, 이는 지난 60여 년간 이어진 외계 지적 생명체 탐색의 패러다임을 구축하는 중요한 효시가 되었습니다. 2016년은 SETI 역사에서 획기적인 전환점이 된 해입니다. 억만장자 유리 밀너가 1억 달러를 기부하며 시작된 '브레이크스루 리슨' 프로젝트 덕분에 과거와는 비교할 수 없는 대규모 관측이 가능해졌기 때문입니다. 이 프로젝트는 버클리 대학교를 중심으로 지난 수십 년간 수행된 것보다 훨씬 방대한 데이터를 수집하고 분석합니다. 또한 '브레이크스루 스타샷'을 통해 알파 센타우리 항성계에 초소형 우주돛을 보내 직접 사진을 찍어오려는 야심 찬 계획도 추진 중입니다. 이는 전파 수신을 넘어 직접 탐사로 나아가는 새로운 시대를 예고합니다. 전파 신호 외에도 별의 밝기 변화를 통해 지적 문명의 흔적을 찾으려는 시도가 있습니다. '태비의 별'이라 불리는 천체는 자연적인 메커니즘으로는 설명하기 힘들 정도로 급격하고 불규칙하게 어두워지는 현상을 보였습니다. 이에 과학자들은 프리먼 다이슨이 제안한 '다이슨 구'라는 거대 인공 구조물의 가능성을 검토했습니다. 고도화된 문명이 별의 에너지를 활용하기 위해 별 전체를 감싸는 구조물을 만들었을지도 모른다는 가설입니다. 비록 아직 명확한 증거는 발견되지 않았으나, 이는 우주를 바라보는 우리의 시야를 거시적인 기술 문명의 관점으로 확장해주었습니다. 현대 SETI 과학은 생명의 흔적인 '바이오 시그니처'를 넘어 기술 문명의 흔적인 '테크노 시그니처'를 찾는 방향으로 진화하고 있습니다. 지적 생명체 자체가 사라졌더라도 그들이 남긴 인공물이나 대기 오염 물질을 통해 존재를 증명하려는 노력입니다. 외계 지적 생명체 탐색은 아직 실질적인 대상을 찾지 못한 '경계 과학'의 영역에 머물러 있습니다. 하지만 우리가 시도하지 않는다면 발견 확률은 영원히 0%에 머물 것입니다. 미지의 세계를 향한 끊임없는 도전과 과학적 탐구 정신이야말로 인류가 우주에서 자신의 위치를 확인하는 가장 확실한 방법입니다.

이명현

카오스재단카오스강연

천문학

[강연] 은하해부학 _ by정애리ㅣ 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA' 7강 | 7강

밤하늘을 가로지르는 은하수는 우리에게 익숙한 풍경이지만, 사실 이는 우리가 속한 거대한 중력계인 우리 은하의 일부입니다. 은하는 수천억 개의 별과 가스, 먼지가 한데 어우러진 거대한 생태계와 같으며, 별의 탄생과 죽음이 끊임없이 반복되는 '사건의 현장'이기도 합니다. 인류는 오랫동안 이 뿌연 빛의 띠를 성운으로 오해해 왔으나, 현대 천문학은 이를 통해 우주의 광활한 구조를 이해하는 중요한 열쇠를 찾아냈습니다. 우리가 거주하는 우리 은하를 넘어 우주에는 수천억 개의 또 다른 은하들이 존재하며 각기 다른 역사를 써 내려가고 있습니다. 20세기 초반까지만 해도 우주의 크기에 대한 논쟁은 매우 뜨거웠습니다. 에드윈 허블은 당시 안드로메다 성운으로 알려졌던 천체까지의 거리를 측정함으로써, 그것이 우리 은하 내부의 천체가 아니라 외부에 독립적으로 존재하는 거대한 은하임을 밝혀냈습니다. 이 발견은 우주의 규모를 비약적으로 확장시켰으며, 은하가 우주 거대 구조를 이루는 기본 단위인 '세포'와 같은 존재임을 깨닫게 해주었습니다. 이후 은하는 단순한 관측 대상을 넘어 우주의 기원과 진화를 탐구하고 우주의 역사를 탐험하는 핵심적인 수단으로 자리 잡았습니다. 은하의 형태는 단순한 외관 이상의 정보를 담고 있습니다. 허블은 은하를 나선 은하, 타원 은하, 렌즈형 은하, 불규칙 은하 등으로 분류했는데, 이는 은하 내부 별들의 역학적 운동 방식을 반영합니다. 나선 은하의 별들이 원반을 따라 질서 있게 회전하며 오랜 시간 운동해 왔다면, 타원 은하의 별들은 불규칙한 여러 궤도면을 그리며 공 모양의 형태를 유지합니다. 이러한 형태학적 분류는 은하가 과거에 어떤 경로로 진화해 왔으며, 내부에서 별들이 얼마나 오랫동안 어떠한 방식으로 상호작용했는지를 알려주는 아주 중요한 별들의 역학적 정보를 담고 있는 잣대가 됩니다. 은하 연구에서 가장 본질적인 정보 중 하나는 바로 '거리'입니다. 천문학자들은 맥동 변광성의 주기와 광도 사이의 상관관계를 이용해 우주의 거리를 측정하는 '표준 광원'으로 활용합니다. 리비트가 발견한 이 원리는 허블이 외부 은하의 존재를 증명하는 결정적인 도구가 되었습니다. 거리를 정확히 알아야만 은하의 실제 크기와 절대적인 밝기를 계산할 수 있으며, 이를 통해 우리는 평면적인 밤하늘을 넘어 입체적인 우주의 지도를 그려낼 수 있게 되었습니다. 거리는 은하의 본질을 좌우하는 정보이자 우주의 규모를 결정짓는 천문학의 핵심적인 자라고 할 수 있습니다. 우리가 눈으로 보는 은하의 모습은 전체 질량의 극히 일부에 불과합니다. 은하의 회전 속도를 분석해 보면 별과 가스의 질량만으로는 설명되지 않는 강력한 중력이 존재함을 알 수 있는데, 이것이 바로 암흑 물질의 증거입니다. 암흑 물질은 은하를 거대한 구 형태로 감싸는 '암흑 물질 헤일로'를 형성하며, 일반 물질보다 대여섯 배나 많은 질량을 차지합니다. 이 보이지 않는 물질은 빛과는 상호작용하지 않지만 중력을 제공함으로써 은하가 형성되고 성장하는 과정에서 결정적인 뼈대 역할을 합니다. 암흑 물질의 존재는 은하를 이해하는 데 있어 필수적인 요소입니다. 은하의 일생은 내부적 요인과 외부 환경에 의해 끊임없이 변화합니다. 은하 중심의 초거대 질량 블랙홀이나 폭발적인 별 형성 현상인 스타버스트는 성간 가스를 은하 밖으로 밀어내어 진화의 방향을 극적으로 바꿉니다. 또한 은하들이 밀집한 은하단 환경에서는 은하 간의 충돌과 병합이 빈번하게 일어나며, 주변 가스의 압력으로 인해 은하 내부의 물질이 소실되기도 합니다. 이러한 상호작용은 활발하게 별을 만들던 나선 은하를 점차 별 형성이 멈춘 붉은 타원 은하로 변모시키며, 은하가 처한 환경이 그 종족의 특성을 결정짓는 중요한 요인이 됨을 보여줍니다. 우주의 역사를 되짚어보면 약 100억 년 전인 '우주의 정오' 시기에 별 형성이 가장 활발했습니다. 이후 우주가 팽창함에 따라 은하들의 별 형성률은 점차 감소하는 추세를 보이고 있습니다. 현대 천문학은 ALMA와 같은 전파 간섭계와 제임스 웹 망원경을 통해 아주 먼 과거의 은하들을 관측하며 우주의 물질과 에너지 순환 과정을 추적하고 있습니다. 방대한 관측 데이터와 정밀한 컴퓨터 시뮬레이션의 결합은 인류가 우주라는 거대한 생태계의 비밀에 한 걸음 더 다가서게 하며, 은하의 탄생부터 현재의 모습까지 이어지는 장대한 서사를 완성해 나가고 있습니다.

정애리

카오스재단카오스강연

천문학

[석학인터뷰] 임명신_ 우주관측은 과거로의 타임머신을 타는 것! | 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA'

우주 관측은 우리를 과거로 안내하는 매력적인 타임머신과 같습니다. 빛의 속도가 유한하기 때문에, 우리는 아주 먼 곳의 천체를 바라볼수록 그만큼 더 오래된 과거의 모습을 보게 됩니다. 예를 들어 130억 광년 떨어진 은하의 빛을 관측한다는 것은, 130억 년 전 우주의 생생한 모습을 인류 최초로 마주하는 경이로운 경험입니다. 이러한 직접적인 연결은 이론적인 계산만으로는 느낄 수 없는 관측 천문학만의 독보적인 매력이며, 마치 광활한 우주 속에서 숨겨진 보물을 찾는 듯한 설렘을 안겨줍니다. 과거에는 우주의 원리를 머릿속으로 그리는 이론 모델링에 집중하기도 했지만, 관측 천문학으로 전향하며 현실의 우주를 직접 마주하는 즐거움을 깨닫게 되었습니다. 이론은 때로 실제 우주의 모습과 차이가 있을 수 있지만, 관측은 실재하는 천체를 발견하고 그 존재를 증명하는 과정이기 때문입니다. 직접 망원경을 통해 우주의 실체를 확인하는 작업은 이론 가설이 실제와 어떻게 맞닿아 있는지를 확인시켜 주며, 천문학자로서 우주를 대하는 태도에 더욱 깊은 확신과 생동감을 불어넣어 줍니다. 초기 우주 천체들을 관측하는 일은 고도의 기술적 인내를 요구합니다. 허블 법칙에 따라 멀리 있는 천체일수록 우리에게서 빠른 속도로 멀어지며, 그 빛은 매우 희미하고 파장이 긴 근적외선 영역으로 변하기 때문입니다. 이를 포착하기 위해서는 거대한 망원경과 정밀한 관측 장비가 필수적입니다. 단순히 눈으로 보는 것을 넘어, 보이지 않는 영역의 빛을 추적하고 희미한 신호를 분석하는 과정은 현대 천문학이 최첨단 기술의 집약체임을 잘 보여줍니다. 이러한 기술적 진보가 우주의 지평을 넓히고 있습니다. 천문학자의 삶은 연구실에만 국한되지 않습니다. 관측을 위해 외딴 산속의 천문대로 여행을 떠나기도 하며, 그곳에서 자연과 어우러진 독특한 일상을 보냅니다. 때로는 주변의 곤충을 관찰하거나 동료들과 낚시를 즐기며 연구의 긴장을 해소하기도 합니다. 이러한 여행의 묘미는 광활한 우주를 연구하는 과정에서 자칫 놓치기 쉬운 일상의 소중함을 일깨워주며, 연구자로서의 삶에 새로운 활력을 불어넣어 줍니다. 또한 프라모델 조립과 같은 정교한 취미는 복잡한 우주를 탐구하는 마음을 차분하게 가라앉혀 줍니다. 우주에 대한 호기심은 칼 세이건의 '코스모스'와 같은 고전이나 'E.T.', '인터스텔라' 같은 영화를 통해 더욱 깊어집니다. 이러한 매체들은 우리에게 외계 생명체에 대한 질문을 던지고 우주를 탐구하고자 하는 열망을 심어줍니다. 결국 우리가 우주에 대해 아는 것은 우리가 볼 수 있는 능력에 달려 있습니다. 관측 기술이 발달함에 따라 우주에 대한 인류의 인식은 끊임없이 변화해 왔습니다. '보이는 만큼 안다'는 말처럼, 최첨단 기술을 통해 더 멀리, 더 자세히 우주를 바라보는 일은 인류의 지적 영토를 확장하는 숭고한 여정입니다.

임명신

카오스재단2021 카오스강연 'SPACE OPERA'

물리학
천문학

[노벨상 해설강연] 노벨물리학상: 블랙홀을 향한 여정_ 우종학｜카오스재단 x 고등과학원 '2020 노벨상 해설강연' | 2강

2020년 노벨 물리학상은 블랙홀의 존재를 이론적으로 증명하고 관측적으로 입증한 세 명의 과학자에게 돌아갔습니다. 블랙홀은 빛조차 빠져나올 수 없는 강력한 중력을 가진 천체로, 그 이름처럼 우리 눈에는 보이지 않는 검은 구멍과 같습니다. 18세기 존 미첼은 태양보다 거대한 별의 탈출 속도가 광속에 도달하면 빛이 갇히게 된다는 '검은 별'의 개념을 처음으로 제시했습니다. 이는 현대 블랙홀 이론의 원시적인 토대가 되었으며, 중력이 시공간을 어떻게 왜곡하는지에 대한 인류의 호기심을 자극하는 출발점이 되었습니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 발표된 이후, 칼 슈바르츠실트는 별이 중력 붕괴를 일으켜 특정 반지름 안으로 수축하면 빛조차 탈출할 수 없는 '사건의 지평선'이 형성됨을 수학적으로 보여주었습니다. 하지만 아인슈타인을 포함한 당대 많은 과학자들은 자연계에 밀도가 무한대인 '특이점'이 실제로 존재할 수 있다는 사실에 회의적이었습니다. 그들은 우주의 복잡한 비대칭성이 특이점 형성을 막을 것이라고 믿었으나, 1960년대 퀘이사의 발견은 블랙홀이라는 거대한 에너지원이 우주에 실재할 가능성을 강력하게 시사하며 연구의 전환점을 맞이하게 했습니다. 로저 펜로즈는 위상수학적 기법인 '갇힌 면'이라는 개념을 도입하여 블랙홀 형성이 일반 상대성 이론의 필연적인 결과임을 증명해냈습니다. 그는 완벽한 구형 대칭이 아닌 실제 우주의 비대칭적인 환경에서도, 일단 물질이 일정 밀도 이상으로 수축하여 갇힌 면이 형성되면 시공간의 붕괴와 특이점의 발생을 피할 수 없음을 이론적으로 확립했습니다. 이 연구는 블랙홀이 단순한 수학적 가설이 아니라 우주 물리 법칙이 예견하는 실체임을 확고히 하며, 아인슈타인 사후 일반 상대성 이론 연구에 가장 중요한 진전을 이루어냈다는 평가를 받습니다. 이론적 증명을 넘어 블랙홀의 실재를 확인하기 위해 라인하르트 겐젤과 안드레아 게즈는 우리 은하 중심부를 수십 년간 관측했습니다. 은하 중심의 두꺼운 먼지 구름을 뚫고 별들의 움직임을 포착하기 위해 이들은 대형 망원경과 적외선 관측 장비를 활용했습니다. 특히 지구 대기의 흔들림을 보정하는 레이저 적응 광학 기술은 관측의 정밀도를 획기적으로 높여주었습니다. 이를 통해 은하 중심의 보이지 않는 거대한 질량 주위를 매우 빠른 속도로 공전하는 별들의 궤도를 정밀하게 추적함으로써, 그 중심에 초거대 질량 블랙홀이 존재한다는 결정적인 역학적 증거를 확보했습니다. 우리 은하 중심에서 발견된 '궁수자리 A*'는 태양 질량의 약 400만 배에 달하는 거대한 중력원임이 밝혀졌습니다. 20년이 넘는 끈기 있는 관측을 통해 확인된 별들의 케플러 운동은 블랙홀 외에는 설명할 수 없는 현상이었으며, 이는 인류가 블랙홀의 존재를 경험적 데이터로 확립한 역사적 순간이었습니다. 블랙홀 연구는 보이지 않는 우주의 신비를 밝혀내는 과정을 통해 현대 물리학의 지평을 넓혔습니다. 우리가 사는 우주가 블랙홀을 품고 있다는 사실은 우주가 얼마나 경이롭고 흥미진진한 곳인지를 다시금 깨닫게 하며, 앞으로의 탐구에 새로운 동력을 제공합니다.

우종학

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

물리학
천문학

[강연] 빛을 열망한 예술가들 - 터너에서 엘리아손까지 (4) _전영백 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 8강 | 8강 ④

기술의 발전은 인간의 지각 능력을 확장하며 예술의 경계를 넓혀왔습니다. 우리는 본래 가시광선 영역만을 인지할 수 있지만, 현대 기술은 적외선이나 자외선처럼 보이지 않는 영역을 예술의 영역으로 끌어들였습니다. 열적외선 카메라를 활용한 영상 작업이나 과학적 수치를 도입한 인공 태양 제작 등은 과학과 예술이 접목된 대표적인 사례입니다. 이러한 시도들은 예술이 단순히 눈에 보이는 것을 재현하는 데 그치지 않고, 기술을 통해 우주의 보이지 않는 질서와 에너지를 시각화할 수 있음을 보여줍니다. 20세기 초 마르셀 뒤샹의 '샘'은 예술에 대한 고정관념을 완전히 뒤집어 놓았습니다. 기성품인 소변기를 전시장에 가져다 놓은 이 행위는 작품의 제작 과정보다 작가의 '생각'과 '아이디어'가 더 중요하다는 개념미술의 시초가 되었습니다. 이는 예술이 반드시 고매하고 아름다워야 한다는 전통적인 이상주의에 대한 강력한 반박이었습니다. 뒤샹은 일상의 평범한 물건도 예술가의 의도에 따라 새로운 의미를 가질 수 있음을 증명하며, 예술의 정의를 형상에서 정신의 영역으로 확장시켰습니다. 예술은 우리가 고단한 삶을 다른 눈으로 바라보게 함으로써 정서적 치유를 제공합니다. 멀리서 보는 오징어잡이 배의 불빛이 아름답게 느껴지는 것처럼, 예술적 거리는 비정한 현실조차 미적인 대상으로 승화시킵니다. 이는 종교가 고통스러운 사건에 새로운 의미를 부여하여 위로를 주는 것과 맥을 같이 합니다. 예술은 도덕이나 정치와는 다른 차원에서 우리에게 세상을 보는 새로운 방식을 제안하며, 일상적인 해석을 넘어선 깊은 울림과 치유의 순간을 선사하는 소중한 매개체입니다. 현대 예술은 모더니즘의 이상적인 아름다움과 포스트모더니즘의 실재적 감각 사이에서 균형을 이룹니다. 모더니즘이 첫사랑의 기억처럼 신비롭고 풍부한 영감을 제공한다면, 포스트모더니즘은 비록 아름답지 않더라도 곁에 있는 사람의 온기를 느끼는 것과 같은 공존의 가치를 강조합니다. 환상과 실제라는 이 두 가지 요소는 우리 삶을 지탱하는 두 축과 같습니다. 예술은 이 상반된 가치들을 모두 포용함으로써 우리의 삶을 더욱 풍요롭게 만들고, 현실과 이상 사이의 간극을 메워주는 역할을 수행합니다. 예술의 근원인 빛은 생명을 주는 따스함과 파괴적인 강렬함이라는 양면성을 지니고 있습니다. 이카루스에게 태양이 열망의 대상이자 추락의 원인이었듯, 예술 속의 빛 역시 구원과 폭력이라는 두 얼굴을 동시에 드러냅니다. 앞으로의 예술은 밝은 빛뿐만 아니라 그 이면의 어둠과 죽음, 하강의 이미지까지도 깊이 있게 다루어야 합니다. 빛과 어둠을 동시에 응시하는 주체적인 시각을 가질 때, 우리는 비로소 인간 존재의 본질에 더 가까이 다가갈 수 있으며 예술이 주는 진정한 가치를 발견하게 될 것입니다.

이승현, 전영백, 전진성

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융합

[강연] 빛과 함께하는 시간여행 (2) _이명균 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 6강 | 6강 ②

망원경의 역사는 1608년 네덜란드에서 시작되었습니다. 한스 리페르스헤이가 처음 발명한 이 도구는 이탈리아의 갈릴레오 갈릴레이에 의해 천문학적 도구로 거듭났습니다. 갈릴레오는 지름 5cm의 작은 망원경으로 하늘을 관측하며 인류 역사에 남을 놀라운 발견들을 해냈습니다. 흥미로운 점은 망원경을 처음 만든 리페르스헤이보다 이를 활용해 우주를 본 갈릴레오가 훨씬 더 유명해졌다는 사실입니다. 갈릴레오는 호기심을 바탕으로 하늘을 관측함으로써 명성뿐만 아니라 경제적 안정까지 얻게 되었습니다. 이는 도구의 발명만큼이나 그것을 어떻게 활용하느냐가 중요하다는 점을 시사합니다. 오늘날 망원경의 개념은 과거보다 훨씬 넓어졌습니다. 단순히 가시광선을 보는 것을 넘어 우주에서 오는 모든 종류의 빛과 입자를 포착하는 기기를 통칭합니다. 현대 천문학자들은 눈 대신 CCD 카메라와 같은 정밀 관측 기기를 사용하여 데이터를 기록하고 분석합니다. 망원경의 종류도 전파, 적외선, 자외선, X선, 감마선 등 전자기파의 영역에 따라 다양하며, 최근에는 중력파나 입자를 관측하는 망원경도 등장했습니다. 특히 물리학자와 천문학자를 구분하는 기준 중 하나가 망원경의 위치라는 점도 흥미롭습니다. 물리학자는 주로 지하에서, 천문학자는 지상이나 우주에서 망원경을 사용합니다. 세계 곳곳에는 거대한 거울을 가진 광학 망원경들이 우주를 향해 있습니다. 스페인에는 지름 10m에 달하는 세계 최대 규모의 GTC(그란 텔레스코피오 카나리아스)가 있으며, 하와이와 칠레에는 쌍둥이 망원경이라 불리는 8m급 제미니 망원경이 설치되어 있습니다. 우리나라도 보현산 천문대에 1.8m 크기의 반사 망원경을 운영하며 우주 연구에 힘쓰고 있습니다. 유럽 연합은 칠레의 맑은 하늘 아래 '거대 망원경'이라는 뜻의 VLT를 건설하여 여러 나라가 공동으로 연구를 수행합니다. 이러한 대형 망원경들은 거대한 구조물과 정밀한 가대 시스템을 갖추고 인류의 시야를 우주 깊숙한 곳까지 확장하고 있습니다. 전파 망원경과 우주 망원경은 우리가 볼 수 없는 우주의 이면을 보여줍니다. 지름 305m에 달하는 아레시보 망원경은 외계 지성체와의 교신을 시도하는 무대가 되기도 했으며, 해발 5,000m 고지에 위치한 알마(ALMA) 망원경은 전 세계 학자들이 원격으로 조정하며 정밀한 자료를 얻습니다. 한편, 지구 대기의 방해를 받지 않는 허블 우주 망원경은 1990년 발사 이후 25년 넘게 환상적인 우주의 모습을 전해주고 있습니다. 우주 망원경은 지상 망원경이 가진 한계를 극복하고 성운과 은하의 세밀한 구조를 포착함으로써 현대 천문학의 비약적인 발전을 이끌어낸 일등 공신이라 할 수 있습니다. 우주를 관측할 때 가장 중요한 원칙 중 하나는 '아는 만큼 보인다'는 것입니다. 밤하늘의 별들은 무심코 보면 모두 비슷해 보이지만, 관심을 가지고 응시하면 붉은색이나 푸른색 등 고유의 색깔을 드러냅니다. 또한 가시광선으로는 어둡게만 보이던 암흑 성운도 적외선으로 관측하면 그 속에서 새로 태어나는 아기 별들의 모습을 확인할 수 있습니다. 안드로메다 은하나 소용돌이 은하(M51)처럼 거대한 천체들도 관측 파장에 따라 전혀 다른 모습으로 나타납니다. 이처럼 우주는 우리가 어떤 시각과 도구로 바라보느냐에 따라 다채로운 얼굴을 보여주는 조화로운 코스모스의 세계입니다.

이명균

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물리학
천문학

[강연] 우리는 빛을 어떻게 인지할까? - 빛의 인식 (2) _최철희 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 3강 | 3강 ②

전자기파의 스펙트럼은 매우 넓지만 인간은 그중 아주 좁은 영역인 가시광선만을 볼 수 있습니다. 이는 우리가 지구라는 환경에서 진화하며 얻은 필연적인 결과입니다. 태양에서 방출되는 에너지 중 가장 큰 비중을 차지하는 것이 가시광선이며, 지구 대기는 자외선이나 X선 같은 고에너지 광선과 적외선 같은 저에너지 광선을 상당 부분 차단합니다. 결국 지표면에 도달하는 가장 풍부한 빛의 재료가 가시광선이었기에, 생명체는 주변에서 쉽게 얻을 수 있는 이 빛을 활용해 세상을 인지하도록 최적화된 것입니다. 빛을 인지하기 위해서는 빛이 물질과 상호작용을 해야 하는데, 가시광선은 그 에너지가 생물학적으로 매우 적절합니다. 적외선이나 마이크로파처럼 에너지가 낮은 빛은 분자를 진동시켜 열을 발생시킬 뿐 전자의 궤도를 바꿀 만큼의 힘이 없습니다. 반대로 자외선 이상의 고에너지 빛은 전자를 궤도 밖으로 튕겨내는 이온화 현상을 일으켜 세포와 유전자에 치명적인 손상을 입힙니다. 가시광선은 물질의 상태를 적절히 변화시키면서도 생체 구조를 파괴하지 않는 최적의 에너지 대역을 가지고 있어 시각의 중심이 되었습니다. 자외선은 우리 몸에 해로울 수 있지만, 인체는 멜라닌 색소를 통해 이를 흡수하고 완충하며 스스로를 보호하는 기전을 가지고 있습니다. 이러한 자외선의 특성은 의료 현장에서 유용하게 활용되기도 합니다. 특정 약물을 투여하면 암세포가 자외선을 받았을 때 붉은색 형광을 띠게 되는데, 이를 통해 의사는 수술 중 암 조직과 정상 조직을 명확히 구분할 수 있습니다. 특히 뇌암 수술처럼 정밀함이 요구되는 상황에서 빛의 형광 반응은 환자의 존엄성을 지키며 암세포만을 정확히 제거하는 데 결정적인 역할을 수행합니다. 가시광선보다 에너지가 낮은 비이온화 복사선들은 주로 진단 장비에 응용됩니다. 전파를 이용하는 MRI는 몸속 깊은 곳의 정보를 상세히 영상화하며, 적외선은 열을 감지하여 염증 부위를 찾거나 혈중 산소 포화도를 실시간으로 모니터링하는 데 쓰입니다. 또한 가시광선 자체도 레이저 형태로 에너지를 집중하면 라식 수술처럼 정밀하게 각막을 절삭하는 도구가 됩니다. 이처럼 에너지가 낮은 빛들은 세포를 파괴하지 않으면서도 우리 몸의 상태를 세밀하게 관찰하고 교정하는 다양한 의학적 기술의 토대가 되어줍니다. 반면 X선이나 감마선 같은 고에너지 광선은 그 파괴적인 특성을 역이용하여 질병을 치료하는 데 사용됩니다. 뼈와 조직을 투과하는 성질을 이용한 CT 촬영은 내부 장기의 단면을 정밀하게 보여주며, 여러 방향에서 감마선을 쏘아 특정 지점에 에너지를 집중시키는 감마나이프는 수술 없이도 암세포를 파괴할 수 있게 합니다. 결국 전자기파의 넓은 스펙트럼은 인간의 시각적 한계를 넘어, 각 파장이 가진 고유한 물리적 성질에 따라 현대 의학의 진단과 치료라는 핵심적인 영역에서 폭넓게 기여하고 있습니다.

최철희

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물리학
생명과학

[강연] 빛, 너의 정체는 무엇이냐? - 빛의 본질 (2) _오세정 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 1강 | 1강 ②

19세기 초, 영국의 과학자 토마스 영은 이중 슬릿 실험을 통해 빛의 본질에 대한 오랜 논쟁에 종지부를 찍었습니다. 당시 과학계는 빛을 입자로 보았던 뉴턴의 견해와 파동으로 보았던 호이겐스의 견해가 팽팽하게 대립하고 있었는데, 영의 실험은 빛이 파동임을 결정적으로 증명했습니다. 두 개의 좁은 틈을 통과한 빛이 스크린에 밝고 어두운 무늬를 만들어내는 현상은 입자설로는 결코 설명할 수 없는 결과였습니다. 이는 과학사에서 매우 중요한 전환점이 되었으며, 빛의 파동설이 주류로 자리 잡는 결정적인 계기가 되었습니다. 이중 슬릿 실험에서 나타나는 간섭 무늬는 파동의 고유한 성질인 간섭 현상 때문에 발생합니다. 두 파동이 만날 때 위상이 일치하면 진폭이 커져 밝은 부분이 생기고, 위상이 반대이면 세기가 약해져 어두운 부분이 생기는 원리입니다. 만약 빛이 야구공과 같은 입자였다면 구멍을 통과한 두 군데에만 빛이 집중되었겠지만, 실제로는 스크린 전체에 걸쳐 복잡한 패턴이 나타났습니다. 이러한 현상은 빛이 공간을 퍼져 나가는 파동의 성질을 가졌음을 여실히 보여주는 증거이며, 입자와는 완전히 다른 물리적 특성을 지니고 있음을 증명하는 사례입니다. 우리가 일상생활에서 빛의 파동성을 쉽게 느끼지 못하는 이유는 관찰하는 스케일의 차이에 있습니다. 빛의 파동 현상이 뚜렷하게 관찰되려면 장애물의 크기가 빛의 파장과 비슷해야 하는데, 가시광선의 파장은 머리카락 굵기보다 훨씬 작습니다. 따라서 우리 주변의 커다란 물체들 사이에서 빛은 그저 직진하는 것처럼 보이며 선명한 그림자를 만듭니다. 하지만 아주 작은 슬릿을 이용해 미시적인 세계를 관찰하면 빛이 장애물을 돌아 들어가는 회절 현상이나 간섭 현상이 분명하게 드러납니다. 결국 빛의 본질은 관찰하는 척도에 따라 다르게 느껴질 뿐입니다. 빛의 파동성은 비 온 뒤 도로 위의 기름막이나 비눗방울에서 볼 수 있는 무지개색 무늬를 통해서도 확인할 수 있습니다. 이는 얇은 막의 앞면과 뒷면에서 반사된 빛들이 서로 상호작용을 일으키며 특정 파장의 색상이 강조되거나 약해지기 때문에 나타나는 현상입니다. 막의 두께가 빛의 파장과 비슷한 수준일 때 발생하는 이 현상은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 파동의 증거입니다. 비누막 자체에는 아무런 색이 없지만, 빛의 간섭이라는 물리적 현상이 우리 눈에 아름다운 색채의 향연을 선사하는 것이며 이는 오직 파동설로만 설명이 가능합니다. 빛에 대한 파동설은 제임스 맥스웰에 의해 전자기파 이론으로 완성되었습니다. 맥스웰은 전기와 자기의 상호작용을 연구하던 중 전자기파의 존재를 예측했고, 그 속도가 빛의 속도와 일치한다는 사실을 발견하여 빛이 곧 전자기파임을 밝혀냈습니다. 우리가 보는 가시광선은 전체 전자기파 스펙트럼 중 아주 일부분에 불과하며, X선, 자외선, 적외선, 라디오파 등이 모두 같은 본질을 가진 파동입니다. 오늘날 우리는 이러한 전자기파를 통신, 의료, 천문학 등 현대 문명의 거의 모든 분야에서 핵심적인 도구로 활용하며 그 혜택을 누리고 있습니다.

오세정

카오스재단카오스강연

물리학