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[질문Q] 전자레인지 앞유리에 있는 금속망에 그렇게 깊은 뜻이?! l 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 10강 l 우주 레이다로 만든 지구그림과 이웃행성 탐사

스텔스 기술의 핵심은 레이더 탐지를 피하는 것입니다. 레이더 전파가 송신 방향으로 되돌아오지 않도록 레이더 반사 면적(RCS)을 최소화하는 것이 관건입니다. 이를 위해 전파를 흡수하거나, 조사된 방향이 아닌 다른 곳으로 반사하는 방법을 사용합니다. 스텔스기나 군함이 각진 형태를 띠는 이유도 여기에 있습니다. 둥근 표면은 어느 방향에서든 반짝이는 반사 지점을 만들지만, 평평하고 각진 표면은 전파를 엉뚱한 방향으로 튕겨내어 탐지 에너지가 극도로 낮아지도록 설계됩니다. 전자기파의 투과와 반사는 물질의 특성에 따라 달라집니다. 특히 물은 유전율이 높아 전파를 쉽게 흡수하므로 레이더 탐지가 매우 어렵습니다. 반면 금속은 전파를 완벽하게 차단하고 반사하는 성질이 있습니다. 우리가 자동차나 비행기 안에서 벼락을 맞아도 안전한 이유는 전하가 도체 표면에만 분포하고 내부로 침투하지 못하기 때문입니다. 이러한 원리는 전자레인지의 망이나 금속 호일이 전파를 차단하는 것과 같습니다. 따라서 금속 구조물 내부에 있으면 외부 레이더로부터 프라이버시를 보호받을 수 있습니다. 최근에는 레이더를 이용해 얼음 지표면 아래를 탐사하는 기술이 주목받고 있습니다. 목성의 위성이나 화성의 극지방처럼 얼음으로 덮인 곳을 조사하기 위해 'RIME'과 같은 미션이 기획되었습니다. 위성에서 발사한 신호는 얼음층을 투과하여 하부의 고체 지형까지 도달한 뒤 반사됩니다. 이 신호를 분석하면 얼음 밑의 표고나 매질의 상태를 정밀하게 측정할 수 있습니다. 이러한 기술은 지구의 빙하 연구뿐만 아니라 화성의 얼음 두께를 측정하는 데 활용되어 과학계의 중요한 성과로 발표되기도 했습니다. 인류가 외계 행성을 탐사하는 궁극적인 이유는 생명체의 존재 여부와 거주 가능 환경을 확인하기 위해서입니다. 또한 태양계의 형성 과정을 이해하는 데 중요한 단서를 제공합니다. 지구는 지질 활동과 물의 순환으로 인해 지질학적 변화가 매우 활발하여 고대 암석이 잘 보존되지 않습니다. 반면 다른 행성들은 과거의 흔적을 고스란히 간직하고 있을 가능성이 큽니다. 따라서 외계 행성 탐사는 지구에서는 찾기 힘든 먼 과거의 증거를 발견하고 과학적 질문에 대한 해답을 찾는 여정이라 할 수 있습니다. 화성 탐사는 기술적 증명에서 시작하여 점차 고도화되었습니다. 초기 패스파인더 미션을 통해 구동 가능성을 확인한 후, 스피릿과 오퍼튜니티 같은 태양광 로버들이 화성 표면을 누볐습니다. 이들은 예상 수명을 훨씬 뛰어넘어 수년간 임무를 수행하며 놀라운 데이터를 보내왔습니다. 현재는 원자력 전지를 탑재한 큐리오시티가 활동 중이며, 향후 발사될 로버들도 비슷한 규모로 계획되어 있습니다. 화성은 대기가 존재하고 극지방에 물이 있다는 점에서 인류에게 가장 매력적인 탐사 대상 중 하나로 꼽힙니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[술술과학] 우주(1): 왜행성 134340 - 대체 어디까지가 태양계야?

우리가 숨 쉬고 만지는 모든 것들은 과연 어디에서 왔을까요? 현대 천문학은 우리 몸을 구성하는 탄소, 질소, 산소와 같은 필수 원소들이 아주 오래전 거대한 별의 내부에서 만들어졌음을 밝혀냈습니다. 우주 초기에는 수소와 헬륨만이 존재했지만, 수십억 년의 세월 동안 별들이 탄생하고 죽어가는 과정을 반복하며 지금의 풍요로운 화학적 구성을 갖추게 된 것입니다. 우리는 말 그대로 별의 파편으로 이루어진 존재이며, 우주의 역사가 우리 몸속에 고스란히 새겨져 있습니다. 별의 내부인 별의 내부는 상상할 수 없을 만큼 뜨겁고 압력이 높습니다. 이 극한의 환경에서 수소 원자핵들이 결합하여 헬륨이 되는 핵융합 반응이 일어납니다. 이 과정에서 막대한 에너지가 방출되며 별은 스스로 빛을 내게 됩니다. 별이 진화함에 따라 헬륨은 다시 탄소로, 탄소는 더 무거운 원소들로 변해갑니다. 이러한 연쇄적인 핵융합 반응은 별이 가진 연료를 모두 소진할 때까지 계속되며, 우주를 구성하는 다양한 물질의 기초를 닦는 거대한 용광로 역할을 수행합니다. 별의 내부에서 철이 만들어지는 순간, 별은 더 이상 에너지를 생성하지 못하고 급격한 붕괴를 맞이합니다. 이때 발생하는 거대한 폭발인 초신성 폭발은 우주에서 가장 화려하고도 격렬한 사건 중 하나입니다. 초신성 폭발은 별이 평생토록 만들어낸 원소들을 우주 공간으로 멀리 비산시킵니다. 또한, 이 폭발의 엄청난 에너지는 철보다 무거운 금이나 은, 우라늄과 같은 원소들을 순식간에 합성해내며 우주의 물질적 다양성을 완성하는 결정적인 계기가 됩니다. 초신성 폭발로 흩어진 성간 물질들은 다시 중력에 의해 뭉쳐지며 새로운 별과 행성을 탄생시킵니다. 약 46억 년 전, 우리 태양계 역시 이러한 과정을 통해 형성되었습니다. 이전 세대의 별들이 남긴 유산이 없었다면 지구와 같은 암석 행성도, 그 위에서 살아가는 생명체도 존재할 수 없었을 것입니다. 우리가 매일 마시는 물의 산소나 뼈를 구성하는 칼슘은 모두 수십억 년 전 어느 이름 모를 별이 폭발하며 우주로 던져준 소중한 선물인 셈입니다. 천문학을 공부하는 것은 결국 우리의 뿌리를 찾는 여정과 같습니다. 광활한 우주 속에서 인간은 한낱 미미한 존재처럼 보일 수 있지만, 우리 몸의 원자 하나하나가 별의 내부에서 기원했다는 사실은 경이로움을 자아냅니다. 우리는 우주를 관찰하는 존재인 동시에, 우주 그 자체가 자신을 인식하기 위해 만들어낸 특별한 파편들입니다. 별의 죽음이 생명의 시작이 되었다는 이 숭고한 순환의 원리는 우리가 왜 우주를 탐구하고 사랑해야 하는지를 다시금 일깨워 줍니다.

카오스재단술술과학

천문학

[명강 리뷰] 달이 점점 작아진다고? _ 지구의 기원 by 최덕근 | 2015 봄 카오스 강연 '기원 ORIGIN' 3강

지구가 탄생한 지 약 46억 년이 흘렀지만, 우리에게 남겨진 가장 오래된 암석의 기록은 40억 년 전부터 시작됩니다. 그 이전의 기록이 부재한 '어린 시절'의 지구는 과학적 추론과 가설을 통해 재구성됩니다. 흥미롭게도 우리가 당연하게 여기는 하루 24시간이라는 시간 체계는 지구 역사 내내 일정하지 않았습니다. 과거의 지구는 지금보다 훨씬 빠르게 자전했으며, 이에 따라 1년의 날수도 현재와는 크게 달랐습니다. 이러한 시간의 변화는 지구가 겪어온 역동적인 진화 과정을 암시하는 중요한 단서가 됩니다. 고생물학자들은 산호 화석의 성장선을 통해 과거 지구의 자전 속도를 확인했습니다. 산호는 광합성 활동에 따라 골격에 미세한 성장선을 남기는데, 4억 년 전 데본기 산호의 성장선은 약 400개에 달했습니다. 이는 당시 지구가 지금보다 빠르게 돌아 하루가 약 22시간에 불과했음을 의미합니다. 지구의 자전 속도는 달과의 상호작용에 의한 조석력 때문에 만 년에 약 0.2초씩 꾸준히 느려지고 있습니다. 결국 시간의 흐름은 지구와 우주적 동반자들의 관계 속에서 끊임없이 변화해 온 결과물입니다. 태양계의 탄생은 약 46억 년 전, 우주의 어느 성운이 수축하면서 시작되었습니다. 본래 안정적이었던 성운은 인근 초신성 폭발의 충격으로 균형을 잃고 수축하며 중심부에 태양을, 주변에 원반 형태의 먼지 구름을 형성했습니다. 이 원반 속의 미세한 입자들이 정전기와 중력에 의해 서로 엉겨 붙으며 수많은 미행성들이 만들어졌습니다. 이러한 미행성들이 충돌과 합체를 반복하는 과정에서 원시 지구가 탄생했으며, 운석에 남겨진 잔류 자기는 당시의 격렬했던 형성 과정을 오늘날까지 증언하고 있습니다. 지구 형성 초기, '테이아'라고 불리는 화성 크기의 행성이 원시 지구와 충돌하는 거대 충돌 사건이 발생했습니다. 이 충돌로 지구의 자전축과 속도가 결정되었으며, 튕겨 나간 파편들이 지구 주위를 돌다 모여 달이 되었습니다. 당시 지구와 달의 거리는 현재보다 훨씬 가까운 24만 km 정도였으며, 지구의 하루는 고작 5~6시간에 불과할 정도로 회전이 빨랐습니다. 가까운 달이 일으키는 강력한 조석력은 원시 지구의 바다에 거대한 파도를 일으켰고, 이는 지구 환경의 초기 진화에 결정적인 영향을 미쳤습니다. 거대 충돌의 엄청난 에너지는 지구 표면을 수백 km 깊이까지 녹여 거대한 '마그마 바다'를 만들었습니다. 시간이 흐르며 지구가 식어감에 따라 맨틀 대류가 시작되었고, 가벼운 물질들이 표면으로 떠올라 최초의 지각을 형성했습니다. 화산 활동과 풍화, 침식 작용이 반복되면서 점차 대륙의 기틀이 마련되었고, 대기와 해양도 지금의 모습으로 진화하기 시작했습니다. 우리가 딛고 서 있는 이 땅은 수십억 년에 걸친 충돌과 냉각, 그리고 분화라는 복잡한 과정을 거쳐 완성된 경이로운 결과물입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[그림으로 보는 과학뉴스] 소행성 탐사 part2

인류는 태양계의 기원을 밝히기 위해 소행성과 혜성 샘플 채취에 오랜 공을 들여왔습니다. 초기 탐사인 하야부사 1호가 소행성 이토카와를 목표로 했다면, 하야부사 2호는 탄소질 소행성인 류구를 탐사 대상으로 삼았습니다. 탄소질 소행성은 유기 화합물이 풍부할 것으로 예상되어 우주 생물학 연구에서 매우 중요한 가치를 지닙니다. 과학자들은 이곳의 샘플을 통해 생명의 근간이 되는 물질들이 우주에서 어떻게 형성되고 전달되었는지 확인하고자 합니다. 지구에 존재하는 물의 기원을 찾는 과정에서 과학자들은 처음에 혜성에 주목했습니다. 혜성은 흔히 '더러운 눈덩이'라 불릴 만큼 많은 양의 얼음과 물을 포함하고 있기 때문입니다. 스타더스트 탐사선과 같은 탐사선들은 혜성의 꼬리 부분에서 물질을 포집하여 지구로 보냈습니다. 하지만 분석 결과 혜성의 물은 지구의 물과 성분이 다르다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 과학적 가설을 검증하고 새로운 방향을 모색하게 하는 중요한 전환점이 되었습니다. 2014년 로제타 탐사선은 67P/추류모프-게라시멘코 혜성에 착륙선 필레를 내려보내는 역사적인 시도를 했습니다. 비록 낮은 중력 때문에 착륙선이 튕겨 나가 그늘진 곳에 박히는 우여곡절을 겪었지만, 6개월 만에 깨어나 귀중한 데이터를 전송했습니다. 이 탐사를 통해 측정된 혜성의 수소 동위원소 비 역시 지구와는 차이가 있음이 재확인되었습니다. 이는 혜성이 지구 물의 유일한 기원이 아닐 수 있다는 중요한 과학적 근거를 제시했습니다. 지구는 끊임없는 지각 변동과 마그마 활동으로 인해 초기 역사가 많이 훼손되었지만, 우주의 작은 천체들은 환경이 다릅니다. 특히 유기 화합물이나 아미노산 같은 생명의 기초 재료가 소행성에서 발견된다면, 이는 지구가 어떻게 생명체가 살 수 있는 행성이 되었는지를 설명하는 결정적인 열쇠가 될 것입니다. 천문학자들이 이 작은 바위 덩어리들에 집착하는 이유는 바로 그 속에 숨겨진 생명의 기원을 추적할 수 있는 단서가 포함되어 있기 때문입니다. 하야부사 2호는 류구의 표면뿐만 아니라 내부 물질을 채취하기 위해 인공 크레이터를 만드는 고난도 임무를 수행했습니다. 탐사 전에는 지형을 전혀 알 수 없었기에, 현장에서 실시간으로 지도를 만들고 안전한 착륙 지점을 선정하는 치밀한 과정이 필요했습니다. 이러한 노력은 단순히 기술적 한계에 도전하는 것을 넘어, 우리가 어디에서 왔는지에 대한 근원적인 질문에 답하기 위한 여정입니다. 소행성 탐사는 태양계의 잃어버린 시간을 되찾아주는 소중한 기록입니다.

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생명과학
지구환경과학
천문학

[그림으로 보는 과학뉴스] 소행성 탐사 part1

일본의 소행성 탐사선 하야부사 2호가 소행성 류구에서 채취한 귀중한 샘플을 지구로 보내왔습니다. 2020년 12월, 하야부사 2호는 지표 약 200km 상공에서 류구의 샘플이 담긴 캡슐을 호주 사막으로 떨어뜨리는 데 성공했습니다. 이 샘플들은 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)를 통해 전 세계 연구팀에 전달되어 정밀 분석 과정을 거치게 됩니다. 막대한 비용과 기술력을 투입해 소행성 샘플을 가져온 이유는 단순한 기술 과시를 넘어 우주의 근원적인 비밀을 풀기 위함입니다. 우리는 흔히 밤하늘을 수놓는 유성이나 땅에 떨어진 운석을 보며 우주를 실감합니다. 운석은 우주를 떠돌던 파편 덩어리가 지구 대기권을 통과해 지표면에 도달한 것이며, 대기 중에서 타버리는 것은 유성이라 부릅니다. 특히 지구가 혜성이나 소행성이 지나간 궤도를 통과할 때 그 파편들이 대거 유입되면서 장관을 이루는 것이 바로 유성우입니다. 소행성은 이러한 천체들의 본체와 같은 존재로, 태양계 형성 당시의 정보를 고스란히 간직하고 있는 거대한 바위 덩어리라고 할 수 있습니다. 천문학자들이 소행성에 주목하는 이유는 이들이 '태양계의 화석'이기 때문입니다. 약 46억 년 전 거대한 성운이 회전하며 태양과 행성들이 만들어질 때, 행성으로 합쳐지지 못하고 남은 잔재들이 바로 소행성과 혜성입니다. 행성들은 형성 과정에서 반복된 충돌로 인해 초기 상태가 변형되었지만, 소행성은 당시의 성분을 온전히 유지하고 있습니다. 따라서 소행성 샘플을 분석하는 것은 태양계가 처음 만들어지던 시점의 기록을 읽어내는 것과 같습니다. 초기 지구는 뜨거운 불덩어리 상태인 '마그마 바다'를 이루고 있었습니다. 이러한 환경에서는 물이 존재하기 어려웠을 것이기에, 현재 지구의 풍부한 바다가 어디에서 왔는지에 대한 의문이 생깁니다. 과학자들은 지구가 식은 이후, 물을 많이 머금고 있는 소행성이나 혜성이 충돌하며 외부에서 물을 공급했을 것이라는 가설을 가장 유력하게 보고 있습니다. 이 가설을 증명하기 위해 소행성의 성분을 직접 확인하려는 노력이 계속되고 있습니다. 결국 지구의 바다와 생명체의 근원이 되는 유기물들이 태양계 형성 초기의 재료들로부터 왔을 가능성이 큽니다. 소행성 류구에서 가져온 샘플 한 톨에는 지구가 어떻게 '물의 행성'이 되었는지, 그리고 생명 탄생에 필요한 재료들이 어떻게 전달되었는지에 대한 단서가 숨겨져 있습니다. 우주 저 멀리서 온 작은 파편들이 들려주는 이야기는 인류가 어디에서 왔을까를 밝혀줄 중요한 열쇠가 될 것입니다. 소행성 탐사는 단순한 우주 개발을 넘어 우리 존재의 뿌리를 찾아가는 여정입니다.

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[강연] 생명을 품은 행성으로 살아남기 by이정은｜2020 서울대 자연과학 공개강연 '과학으로 살아남기' | 3강

우주는 광활하지만 생명체가 존재한다고 알려진 곳은 현재까지 지구가 유일합니다. 2019년 노벨 물리학상이 외계 행성 발견자들에게 수여된 것은 인류가 생명의 기원을 찾으려는 열망이 얼마나 큰지를 잘 보여줍니다. 우리는 태양계 너머 수많은 행성계가 존재함을 알게 되었고, 그 속에서 지구와 같은 환경을 가진 행성을 찾기 위해 끊임없이 탐구하고 있습니다. 이러한 탐구는 결국 우리 지구가 어떻게 생명을 품은 행성으로 살아남았는지에 대한 근원적인 질문으로 이어지며, 우주적 관점에서 우리의 존재를 다시금 돌아보게 합니다. 지구는 우리 은하 중심에서 약 2만 7천 광년 떨어진 변두리에 위치하며, 이는 생명 탄생에 매우 유리한 조건입니다. 은하 중심의 위험한 환경을 피해 평범하고 안정적인 태양이라는 별 옆에 자리 잡았기 때문입니다. 태양은 너무 밝지도 무겁지도 않아 약 100억 년이라는 긴 수명을 가졌으며, 이는 지구가 생명을 잉태하고 지적 존재로 진화할 수 있는 충분한 시간을 제공했습니다. 광활한 우주 속에서 지구는 아주 작은 점에 불과하지만, 그 위치와 시간적 배경은 생존을 위한 완벽한 조화를 이루며 우리가 오늘날 이곳에 존재할 수 있게 했습니다. 태양계의 여덟 개 행성 중 오직 지구에만 생명이 존재하는 핵심적인 이유는 표면에 액체 상태의 물이 있기 때문입니다. 천문학자들은 별 주위에서 물이 액체로 존재할 수 있는 영역을 '생명 서식 지대'라고 부릅니다. 케플러 미션을 통해 수천 개의 외계 행성을 발견하며 지구와 닮은 환경을 찾으려 노력했지만, 단순히 위치만으로는 생명의 존재를 확신할 수 없습니다. 금성이나 화성처럼 같은 서식 지대에 있더라도 행성마다 각기 다른 물리적 조건에 따라 생명체의 거주 가능 여부가 극명하게 갈리기 때문이며, 이는 지구만의 특별한 조건을 연구해야 하는 이유가 됩니다. 행성이 형성되는 과정에서 '설선(Snow Line)'은 행성의 크기와 성분을 결정하는 중요한 경계가 됩니다. 이 경계 안쪽에서는 열에 의해 얼음이 승화하여 작은 암석 행성이 만들어지고, 바깥쪽에서는 얼음 입자들이 먼지를 뭉치게 도와 거대 행성이 탄생합니다. 흥미로운 점은 지구가 형성될 당시 태양의 강력한 에너지로 인해 지표면의 탄소가 대부분 파괴되었다는 사실입니다. 생명체의 뼈대인 탄소가 부족했던 초기 지구가 어떻게 지금처럼 풍부한 유기물을 보유하게 되었는지는 행성 진화의 신비로운 과정 중 하나이며, 이는 외부로부터의 물질 유입 가능성을 시사합니다. 초기 지구는 미행성들의 충돌로 인해 뜨거운 마그마 상태였으며, 이 과정에서 물과 대기를 잃어버렸을 가능성이 큽니다. 과학자들은 오늘날 지구의 물과 탄소가 혜성과의 충돌을 통해 외부에서 유입되었을 것으로 추정합니다. 로제타 미션을 통해 혜성 67P를 탐사한 결과, 그곳에서 아미노산의 일종인 글리신을 포함한 다양한 유기 물질이 발견되었습니다. 이는 생명의 씨앗이 우주 공간으로부터 전달되었을 가능성을 뒷받침하며, 지구가 생명을 품을 수 있는 화학적 토대를 마련하는 데 결정적인 역할을 했음을 보여주는 중요한 증거가 됩니다. 행성의 질량은 생명 유지 시스템을 가동하는 원동력입니다. 지구는 적당한 질량 덕분에 내부 열을 유지할 수 있었고, 이는 액체 상태의 외핵과 자기장을 형성하여 태양풍으로부터 대기를 보호했습니다. 또한 판구조론에 의한 탄소 순환은 대기 중 이산화탄소 농도를 조절하여 적정한 온실 효과를 유지하게 합니다. 반면 질량이 작은 화성은 내부가 빠르게 식어 자기장과 대기를 잃었고, 금성은 폭주하는 온실 효과로 인해 생명이 살 수 없는 환경이 되었습니다. 결국 행성의 크기와 지질학적 활동이 그 행성의 생존 운명을 결정짓는 핵심 요소인 셈입니다. 현재 지구는 온난화 가속화라는 심각한 위기에 직면해 있으며, 이는 과거 금성이 겪었던 온실 효과의 폭주와 닮아 있습니다. 해수면 상승과 기온 변화가 계속된다면 지구는 더 이상 생명을 품은 행성으로 남지 못할 수도 있습니다. 인류는 화성을 지구처럼 만드는 테라포밍을 꿈꾸기도 하지만, 그보다 앞서야 할 것은 유일한 안식처인 지구를 본래의 모습대로 지켜내는 일입니다. 지구가 생존해 온 경이로운 과정을 이해한다면, 우리가 지금 발 딛고 있는 이 행성을 보존하는 것이 얼마나 절실하고 중요한 과제인지 다시 한번 깨닫게 됩니다.

이정은

카오스재단서울대자연과학공개강연

천문학

[석학인터뷰] 과학자들이 말하는 기원 - '모든 것의 기원' 통합편

현대 우주론은 빅뱅 이론과 급팽창 이론이 결합된 표준 우주론으로 설명됩니다. 우주 초기 아주 짧은 순간에 일어난 급팽창은 양자 요동을 통해 다양한 진공에너지를 가진 다중우주의 가능성을 열어주었습니다. 이러한 거시적 우주의 탄생과 더불어 미시 세계에서는 힉스입자가 중요한 역할을 합니다. 2012년 실험적으로 증명된 힉스입자는 진공에 깔린 힉스장을 통해 기본 입자들에 질량을 부여하며 현재 우리가 보는 물질세계의 근간을 마련했습니다. 우주의 대칭성과 입자의 특정한 물리량은 물질의 근원을 이해하는 핵심 열쇠가 됩니다. 우리가 매일 마시는 물 한 잔에는 우주의 장대한 역사가 고스란히 담겨 있습니다. 물을 구성하는 수소는 우주 탄생 직후의 빅뱅을 통해 만들어졌으며, 산소는 별의 내부에서 일어나는 핵융합 과정을 거쳐 탄생했습니다. 이처럼 물질은 빅뱅과 별의 진화라는 두 축을 통해 형성되었습니다. 약 45억 년 전 태양계가 형성될 당시, 원시 지구는 화성 크기의 행성인 테이아와 충돌하는 거대한 사건을 겪었습니다. 이 충돌의 결과로 현재의 지구가 만들어졌고, 흩어진 파편들이 모여 달이 형성되었다는 가설은 지구의 기원을 설명하는 유력한 이론입니다. 생명의 기원에 대해서는 외계유입설보다 지구 내 유기물의 결합으로 인한 자연발생설이 더 많은 지지를 얻고 있습니다. 초기 지구에서 자기 복제가 가능한 RNA 분자가 등장하고, 이것이 점차 안정적인 DNA로 진화하면서 생명의 기초가 마련된 것으로 보입니다. 흥미로운 점은 박테리아부터 인간에 이르기까지 지구상의 모든 생명체가 공통적으로 DNA를 공유한다는 사실입니다. 이는 모든 생명이 단 하나의 세포에서 시작되었음을 시사하며, 초기 원시 세포가 만들어지는 과정은 여전히 현대 과학이 풀어야 할 신비로운 미스터리로 남아 연구가 계속되고 있습니다. 약 32억 년 전 광합성을 하는 시아노박테리아의 등장은 지구 환경을 획기적으로 변화시켰습니다. 이들이 배출한 산소는 당시 혐기성 생물들에게는 치명적인 독소였으나, 생명체들은 공생을 통해 이를 극복했습니다. 혐기성 박테리아가 호기성 박테리아를 받아들여 미토콘드리아가 되고, 일부는 시아노박테리아를 흡수해 엽록체가 되는 세포내공생 과정을 거치며 진핵생물이 탄생했습니다. 이러한 진화적 사건은 동물과 식물의 분화로 이어졌으며, 복잡한 다세포 생명체가 번성할 수 있는 토대가 되었습니다. 인류의 진화는 아르디피테쿠스에서 시작하여 오스트랄로피테쿠스를 거쳐 호모 속으로 이어졌습니다. 약 200만 년 전 기후 위기 속에서 등장한 호모 에렉투스는 아프리카를 넘어 전 세계로 확산되었고, 마침내 호모 사피엔스가 유일한 인류로 남게 되었습니다. 뇌의 진화는 동물의 움직임과 밀접하게 연관되어 환경에 적응하고 문제를 해결하는 방향으로 발전해 왔습니다. 하지만 의식이나 정신의 기원, 그리고 우주가 왜 존재하는가와 같은 근원적인 질문들은 여전히 과학적 방법론의 한계를 시험하며 우리에게 깊은 철학적 과제를 던져주고 있습니다.

김대수, 김항배, 김형도, 박성찬, 서민아, 윤성철, 윤환수, 이대열, 이상희, 이석영, 이일하, 최덕근

카오스재단릴레이 인터뷰

물리학
생명과학
천문학
융합

[석학인터뷰] 그래서 과학이 말하는 기원이 뭔데?!?!ㅣ기원 릴레이 - '모든 것의 기원' 2편_ 원소, 별과 은하, 지구와 달, 물

우리가 매일 마시는 물 한 잔에는 우주의 장대한 역사가 고스란히 담겨 있습니다. 물을 구성하는 수소 원자는 약 138억 년 전 우주가 탄생한 순간인 빅뱅을 통해 생성되었으며, 산소 원자는 수많은 별의 탄생과 죽음이라는 진화 과정을 거쳐 만들어졌습니다. 따라서 우리가 갈증을 해소하기 위해 물을 마시는 행위는 단순히 수분을 섭취하는 것을 넘어, 빅뱅의 흔적과 별의 유산을 몸속으로 받아들이는 경이로운 경험이라고 할 수 있습니다. 광활한 우주에 흩어져 있는 별과 은하들도 저마다의 시작점이 존재합니다. 초기 우주는 물질이 매우 고르게 분포되어 있어 천체가 형성되기 어려운 환경이었으나, 시간이 흐르며 밀도가 높은 지역을 중심으로 중력 응축이 일어났습니다. 빅뱅 이후 약 10억 년이 지났을 무렵 거대한 기체 덩어리에서 첫 번째 별들이 탄생했고, 이들이 모여 은하의 기틀을 마련했습니다. 우리가 아는 안드로메다나 우리 은하 같은 거대 은하들은 약 100억 년이라는 긴 세월을 거쳐 지금의 모습을 갖추게 되었습니다. 우리 태양계는 약 45억 6,800만 년 전 태양의 형성과 함께 그 여정을 시작했습니다. 태양 주변을 돌던 물질들이 서로 충돌하고 뭉쳐지면서 여러 행성이 탄생했는데, 지구는 태양계 형성 후 약 6,800만 년이 지난 시점에 지금의 형태를 갖추기 시작했습니다. 특히 원시 지구와 화성 크기의 천체인 '테이아'가 충돌하는 거대한 사건을 통해 현재의 지구가 만들어졌고, 그 과정에서 튕겨 나간 파편들이 모여 달이 형성되었다는 가설은 지구 탄생의 신비를 설명하는 중요한 열쇠가 됩니다. 지구 표면의 상당 부분을 덮고 있는 막대한 양의 물이 어디에서 왔는지에 대해서는 여전히 흥미로운 논쟁이 이어지고 있습니다. 한쪽에서는 지구 내부의 암석에 포함되어 있던 수분이 화산 폭발을 통해 수증기로 분출된 후 비가 되어 내렸다는 '내부 기원설'을 주장합니다. 반면, 초기 지구가 너무 뜨거워 수분을 유지하기 어려웠을 것이라는 전제하에, 물을 머금은 소행성이나 혜성이 지구와 충돌하며 외부에서 물을 공급했다는 '외부 기원설'도 설득력을 얻고 있습니다. 지구의 물이 내부에서 비롯되었든 혹은 머나먼 소행성대에서 날아온 외계의 선물이었든, 두 가설은 여전히 팽팽하게 맞서며 과학자들의 탐구심을 자극하고 있습니다. 우리가 발을 딛고 있는 이 행성의 근원과 생명의 필수 요소인 물의 기원을 밝혀내는 과정은 곧 우주의 비밀을 풀어나가는 과정과도 같습니다. 아직 완벽하게 확정된 정답은 없지만, 끊임없는 연구와 새로운 가설의 등장은 우리가 살아가는 지구라는 행성을 더욱 깊이 이해하게 만드는 소중한 밑거름이 됩니다.

윤성철, 이강근, 이석영, 최덕근

카오스재단릴레이 인터뷰

지구환경과학
천문학

[강연] 지구의 기원 (3) - 지구의 탄생과 어린 시절 _ 최덕근 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 3강 | 3강 ③

태양계 탄생 초기, 지구는 현재와는 매우 다른 격동의 시기를 겪었습니다. 약 45억 년 전, 화성 크기의 원시 행성인 '테이아'가 원시 지구와 충돌하는 '거대 충돌' 사건이 발생했습니다. 이 충격으로 지구의 일부가 떨어져 나가고 파편들이 지구 주위를 돌게 되었으며, 이들이 뭉쳐져 현재의 달이 형성되었습니다. 당시 지구와 달의 거리는 지금보다 훨씬 가까웠고, 지구의 자전 속도 또한 매우 빨라 하루가 5~6시간에 불과했습니다. 거대 충돌 이후 지구는 엄청난 에너지로 인해 표면이 완전히 녹아내린 '마그마 바다' 상태가 되었습니다. 수백 킬로미터 깊이까지 액체 상태의 용암이 끓어오르는 불덩어리 같은 모습이었을 것으로 추정됩니다. 이 시기는 약 200만 년 동안 지속되었으며, 시간이 흐르면서 점차 표면이 식어 굳기 시작했습니다. 이 과정에서 무거운 물질은 중심부로 가라앉아 핵을 형성하고, 가벼운 물질은 위로 떠올라 지각의 기초를 만들었습니다. 지구의 초기 역사를 밝히는 데 결정적인 단서는 호주에서 발견된 44억 년 된 작은 광물, '지르콘'입니다. 0.2mm에 불과한 이 작은 알갱이는 화강암질 마그마에서 형성되며 풍화에 매우 강한 특성을 가집니다. 지르콘의 존재는 당시 이미 화강암질 지각, 즉 대륙의 씨앗이 존재했음을 시사합니다. 또한 이는 마그마 바다가 생각보다 빨리 식어 액체 상태의 물과 해양이 형성되었을 가능성을 보여주는 '초기 냉각 지구 가설'의 근거가 됩니다. 약 40억 년에서 38억 년 전 사이에는 '미행성 대폭격기'라 불리는 시기가 있었습니다. 지구에는 그 흔적이 거의 남아 있지 않지만, 달의 표면에 새겨진 수많은 운석 구덩이들이 당시의 격렬했던 상황을 증명합니다. 이 시기를 거치며 지구의 지각은 끊임없이 파괴되고 재구성되었습니다. 이후 맨틀 대류에 의해 뜨거운 물질이 상승하고 하강하는 과정이 반복되면서, 가벼운 암석들이 모여 점차 넓은 면적의 대륙 지각을 형성하기 시작했습니다. 38억 년 전 미행성 대폭격기가 끝난 후, 지구는 비교적 안정적인 진화의 길로 접어들었습니다. 판 구조 운동을 통해 대륙들이 합쳐지고 흩어지기를 반복하며 현재의 지형을 갖추게 되었고, 대기와 해양 또한 생명체가 살 수 있는 환경으로 진화했습니다. 우리가 딛고 서 있는 이 땅은 수십억 년에 걸친 우주적 사건과 지질학적 변화의 결과물입니다. 지구의 경이로운 탄생 과정을 이해하는 것은 우리가 살아가는 터전의 소중함을 깨닫는 첫걸음이 될 것입니다.

최덕근

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 지구의 기원 (2) - 태양계 형성 시나리오 _ 최덕근 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 3강 | 3강 ②

태양계는 태양을 중심으로 행성, 위성, 소행성, 혜성 등 다양한 천체들로 구성되어 있습니다. 여기서 행성이란 단순히 태양 주위를 도는 것 이상의 엄격한 조건을 충족해야 합니다. 충분한 질량을 가져 자체 중력으로 구형을 유지하는 '정역학적 평형'을 이루어야 하며, 자신의 공전 궤도 내에서 지배적인 역할을 수행해야 합니다. 명왕성이 2006년 행성 지위를 잃고 왜소행성으로 분류된 이유도 위성과의 질량 중심 문제로 인해 궤도 내 지배력을 인정받지 못했기 때문입니다. 우리가 흔히 생각하는 태양계의 범위는 명왕성 너머 훨씬 먼 곳까지 뻗어 있습니다. 해왕성 바깥쪽에는 수많은 왜소행성이 밀집한 카이퍼 벨트가 존재하며, 그 너머에는 혜성들의 고향이라 불리는 오르트 구름이 자리 잡고 있습니다. 오르트 구름의 범위는 무려 10만 AU에 달하는데, 이는 광년 단위에 육박하는 엄청난 거리입니다. 비록 대부분의 질량이 태양계 중심부에 집중되어 있기는 하지만, 공간적인 관점에서 볼 때 태양계는 인간의 상상을 초월할 정도로 거대한 규모를 자랑합니다. 태양 역시 우주의 수많은 별 중 하나로, 성운이 수축하는 과정을 통해 탄생했습니다. 흥미로운 점은 대부분의 성운이 역학적으로 안정된 상태를 유지하기 때문에, 스스로 수축하여 별이 되기 위해서는 외부의 충격이 필요하다는 사실입니다. 약 46억 년 전, 평온하던 태양 성운 주변에서 거대한 별의 일생이 끝나는 초신성 폭발이 일어났을 것으로 추정됩니다. 이때 발생한 강력한 충격파와 유입된 물질들이 성운의 균형을 깨뜨리면서, 비로소 태양계를 만들기 위한 거대한 수축이 시작되었습니다. 성운의 수축이 시작되자 중심부에는 태양이 형성되었고, 그 주변으로는 회전하는 원반 모양의 가스와 먼지 층이 만들어졌습니다. 원반 속의 미세한 먼지 입자들은 처음에는 정전기적 인력으로 서로 달라붙기 시작했으나, 점차 덩치가 커지면서 중력을 통해 주변 물질을 흡수하며 성장했습니다. 이 과정에서 수천 킬로미터 크기의 원시 행성들이 다수 등장했으며, 이들이 수천만 년에 걸쳐 서로 충돌하고 병합되는 과정을 반복한 끝에 오늘날 우리가 알고 있는 지구형 행성들이 완성되었습니다. 태양계 형성의 비밀을 푸는 결정적인 열쇠는 우주에서 떨어진 운석에 담겨 있습니다. 과학자들은 운석에 남은 잔류 자기와 연대 측정을 통해 초기 태양계의 환경을 복원합니다. 실제로 45억 6천만 년 전후의 연대를 가진 고대 운석들은 미행성 단계에서 떨어져 나온 파편들로, 당시 원반 형성 초기의 정보를 고스란히 간직하고 있습니다. 이러한 운석 연구는 아주 작은 먼지 입자들이 어떻게 거대한 행성으로 진화했는지를 증명하며, 우리가 발을 딛고 있는 지구의 기원을 이해하는 소중한 단서가 됩니다.

최덕근

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 지구의 기원 (1) - 하루는 왜 24시간일까 _ 최덕근 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 3강 | 3강 ①

우리가 흔히 말하는 역사 시대는 인류가 문자로 기록을 남기기 시작한 약 6,000년 전부터를 의미합니다. 하지만 지구의 나이가 약 46억 년임을 고려하면, 역사 시대는 전체 지구 역사의 찰나에 불과합니다. 지질학적으로는 지구가 탄생한 시점부터 현재까지를 지질 시대로 정의하지만, 실제로 연구할 수 있는 가장 오래된 암석의 나이는 약 40억 년 전의 것입니다. 따라서 지구가 탄생한 직후부터 약 6억 년 동안의 기록은 암석으로 남아 있지 않은 '기록 없는 시대'입니다. 이 시기를 이해하기 위해서는 지질학적 상상력과 과학적 추론이 필요합니다. 현대 지질학은 지구를 단순한 암석 덩어리가 아닌 지권, 수권, 기권, 생물권이 상호작용하는 하나의 거대한 시스템으로 파악합니다. 우리가 발을 딛고 사는 지권은 반지름 약 6,370km의 고체 지구로, 산소, 철, 규소, 마그네슘이라는 네 가지 원소가 전체의 94%를 차지하고 있습니다. 그 위를 물과 공기가 덮고 있으며, 그 사이에서 수많은 생명이 살아가고 있습니다. 지구의 역사를 공부한다는 것은 단순히 돌을 연구하는 것을 넘어, 과거의 바다와 대기, 그리고 그 속에 살았던 생명체들이 어떻게 변화하며 오늘날에 이르렀는지를 밝혀내는 과정입니다. 우리가 일상에서 사용하는 '하루 24시간'이라는 단위는 고대 이집트와 그리스 학자들에 의해 정의된 인위적인 약속입니다. 과학적으로 하루는 지구가 스스로 한 바퀴 도는 자전 주기를 의미하는데, 기준을 어디에 두느냐에 따라 태양일과 항성일로 나뉩니다. 태양을 기준으로 하는 태양일은 지구가 공전하는 거리만큼 더 돌아야 하기에 약 24시간이 걸리지만, 먼 별을 기준으로 하는 항성일은 약 23시간 56분입니다. 이처럼 시간의 정의는 지구의 자전과 공전이라는 천문학적 운동에 기초하고 있으며, 이는 우주 속 지구의 위치를 확인하는 중요한 척도가 됩니다. 놀랍게도 과거 지구의 하루는 지금보다 훨씬 짧았습니다. 미국의 고생물학자 존 웰스는 산호 화석의 성장선을 분석하여 이 사실을 증명해냈습니다. 산호는 광합성 활동에 따라 매일 미세한 골격을 형성하는데, 계절에 따른 성장 속도 차이가 나무의 나이테처럼 기록됩니다. 연구 결과, 약 4억 년 전 데본기 산호 화석에는 1년의 날수가 약 400일로 기록되어 있었습니다. 이는 당시 지구가 지금보다 훨씬 빠르게 자전했음을 의미하며, 조석력 등의 영향으로 지구의 자전 속도가 수억 년에 걸쳐 서서히 느려져 왔음을 보여주는 결정적인 증거입니다. 지구의 자전 속도는 지금도 만 년에 약 0.2초씩 느려지고 있으며, 아주 먼 미래에는 자전이 멈출지도 모릅니다. 하지만 그보다 먼저 태양의 수명이 다할 것이기에 인류가 당장 걱정할 일은 아닙니다. 중요한 것은 생명체가 출현하기 이전, 즉 화석 기록조차 없는 지구의 탄생 초기 모습을 어떻게 재구성하느냐는 점입니다. 이를 위해서는 지구뿐만 아니라 달과 태양계 전체의 형성 과정을 통합적으로 이해해야 합니다. 지구의 어린 시절을 추적하는 여정은 결국 우리가 어디에서 왔으며, 이 행성이 어떻게 생명의 요람이 되었는지를 찾아가는 과정과 같습니다.

최덕근

카오스재단카오스강연

지구환경과학