안녕하세요 성심껏 답변 드릴 김경렬 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 암흑물질과 암흑에너지는 어떻게 다른가요?
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.암흑물질은 은하의 이상 운동때문에 제창된 물질입니다.우리 은하는 중심부로부터 대략 6000광년까지는 별들의 공전은 강체회전운동을 합니다.마치 디스크 판이 도는데 외곽쪽에 있으면 더 빨리 도는 운동이죠.그리고, 6천광년 이상 부분부터는 케플러 운동으로 은하 중심을 공전합니다. 케플러 운동이란것은 태양과 행성들을 연상하시면 될듯해요.장반경 3제곱과 회전 단면적의 제곱과 같은 값을 가지는 운동을 하는것이죠.그러다가, 은하 외곽까지 서서히 공전속도가 줄어들게 되는데,질량과 인력은 비례하기 때문에 은하 중심에 무거운 질량이 미치는 영향이 작아져서 당연히 은하 바깥으로 갈 수록 공전속도가 줄어드는 것은 이상이 없는 현상입니다. 그런데, 문제는 은하 외곽쪽에서는 오히려 공전속도가 더 빠른 것이 관측되었습니다.우리는 어떤 천체를 공전하는데 있어서 중심천체의 인력과 행성의 직선운동이 서로 같아서 원이나 타원운동등으로 회전운동을 한다고 알고 있는데,은하 외곽쪽에 은하 중심을 도는 공전속도가 빨라지는 것은 역학적으로해석이 안됩니다.그런데, 해왕성의 인력때문에 가끔씩 명왕성의 공전속도가 빨라진다는 것을 알고 있던 우리는 은하 외곽쪽에 망원경등으로는 관측이 안되는 엄청나게 질량이 많이 나가는물질이 있을 것이라고 생각하게 된 것입니다.그러나, 인류는 이런 관측기술이 빛에 의존하는 방법밖에는 없으므로,빛이 아닌 질량을 가진 무언가를 생각하게 되었고, 그것을 암흑물질이라고 부르게 된 것이죠. 은하 중심으로부터 3만5천광년 떨어져 있는 우리 태양계는거리가 멀어질 수록 점점 은하 중심을 도는 공전속도가 느려지는 역학적으로 이상이 없는 운동을 합니다.따라서, 태양계 주변에는 암흑물질이 없거나 많지 않다고 여겨집니다.암흑에너지우주가 팽창하는 이유에 대해서 생각하던 과학자들은여러가지 근거로 더 이상 팽창해서는 안되야 하는데,여전히 도플러 효과로 관측하면 적색편이 현상을 일으키며 팽창하고 있다는 사실을 알아냅니다.어떤 천체 m에 대해서 역학법칙이 아래와 같이 표현할 수 있습니다.역학적 에너지=운동에너지+위치에너지(퍼텐셜에너지)그러므로, m이란 천체의 역학 에너지는 mH^2r^2/2 - GMm/r 여기서 천체 m에 대해 역학에너지가 0 을 기준으로 탈출속력이 유도 되므로,우주 전체 질량을 M이라 두고, M에 대해 풀면M=H^2r^2/2G그러므로, 임계밀도 P를 구하면, H^2r^2/2G=4/3파이P 따라서,P=3/8파이 * H^2/G 이 된다.따라서, 우주가 팽창할지, 수축할지는 허블상수에 따라 결과가 달라집니다.현재 알려진 허블상수를 위 식에 대입하면,P=5~10*10^-28 kg/m^3 정도 됩니다. 이것은 1입방미터 안에 수소원자 3~6개정도 되는 밀도 값입니다.이런 밀도는 작아 보이지만, 실제로 우주에는 계산으로 얻어진 임계밀도 보다10분의 1정도 더 낮은 밀도를 가지고 있습니다.임계밀도라는건 단위 질량의 기체가 일정 단위 부피 이상 늘어나지 않는 밀도입니다. 역학적으로 이 밀도 값은 우리 우주가 더 이상 팽창하지 않고,수축해야 합니다.그런데, 실제로 X선 망원경등으로 우주의 평균밀도를 구해 보면,이 임계밀도보다 10배정도 더 희박한 밀도를 갖고 있음이 관측되는데요.그렇다란 얘기는 우주가 팽창하는데 있어서 어떤 에너지원이 있을 것으로 생각하게 된것입니다.그것은 우주밖의 물질들이 우주와 맞닿은 지역에서 질량결손이라든지,전해질로 바뀌면서 에너지원의 역할을 하고 있다고 믿고 있습니다만,우리 기술로 아직 우주밖에는 뭐가 있는지 모르기 때문에,이런 우주를 팽창시켜주는 에너지를 암흑에너지로 부르게 된 것입니다.
전기·전자
Q. 새는 전깃줄에 앉아도 왜 감전되지 않나요?
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.새들도 감전됩니다.다만 새가 앉아있는 곳은 154kV 혹은 23kV라고 하더라도 그 높은 전압이 다른 곳에 연결되지 않는 한 감전이 일어나지 않습니다.그래서 전선위에 새들은 괜찮은데 변압기 위의 새나 원숭이는 쉽게 감전되어 사망합니다.변압기 표면은 0V이고전선은 고전압이므로 닿는 순간 파사삭하는 것이죠이런 원리라면 체육선수처럼 높이 뛰올라 덩크숫처럼 매달리거나 한다면감전은 안되지만 매달린채로 땅에 닿는다던지하면 전류가 흘러 죽습니다.
지구과학·천문우주
Q. 기상관측은 어떤 방법으로 하는건가요?
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.기상청에서는 전국에 522곳의 자동기상관측소를 설치하여 강수량, 풍향, 풍속, 기온 등의 지상관측요소들을 측정, 14곳의 상층기상 관측 장비를 운영, 천리안 위성(COMS)을 통한 주된 위성관측, 10곳의 기상레이더를 통한 비구름 관측, 21곳의 낙뢰레이더로 낙뢰관측 등 여러 관측시설을 이용하여 기상관측을 실시하고 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 연어가 바다에서 생활하다 상류로 거슬러가는 이유
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.연어 같은 일부 생물들은 자신이 태어난 장소로 돌아가려는 귀소본능(회귀본능)을 가집니다.연어는 태어나는 건 강의 상류지만 자랄 때에는 해양으로 이동해서 거기서 생활합니다.그러다가 알을 낳을 때(산란기)가 되면 다시 강으로 이동해서 산란합니다.
화학
Q. 사람은 꼭 삼시세끼를 먹어야하나요?
안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.원래 하루세끼를 먹는 것이 습관이 된 것은 사실 1910년대 중반부터 였습니다 사실 동양이나 서양이나, 아침식사와 저녁식사만 먹는 것이 상식이었습니다. 1910년대 중반, 미국의 발명가이자 사업가인 토마스 에디슨이 인터뷰를 할때 받았던 질문이 모든 일의 원흉이었습니다. 당시 에디슨을 취재하던 기자가 "어떻게하면 당신처럼 머리가 좋아질 수 있습니까?" 라는 질문을 받았을 때, 에디슨이 "하루 세끼" 라고 대답한 것에서 비롯된 것입니다. 이 인터뷰 기사가 신문에 나오면서부터 미국 국민들은 에디슨을 따라서 하루 세끼를 먹기 시작했고, 이 현상이 전세계로 퍼진 결과, 우리는 하루에 세끼를 먹는 것을 너무나도 당연하게 여기고 있습니다.