안녕하세요. 옥성민 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 파장의 변화에 영향을 미치는 요인들과 지구복사에너지가 왜 적외선인지!
안녕하세요. 옥성민 과학전문가입니다.지구의 복사 에너지와 이 과정에서 발생하는 파장의 변화에 대해 몇 가지 훌륭한 질문을 제기하셨습니다. 그것을 분석해 봅시다:지구의 방사선 에너지: 지구가 태양 복사 에너지를 흡수하면 실제로 방사선을 다시 우주로 방출합니다. 이렇게 방출된 방사선을 흔히 "지상 방사선" 또는 "지구 방사선"이라고 합니다. 이는 적외선, 가시광선, 소량의 자외선을 포함한 다양한 파장으로 구성됩니다.파장 변화: 그렇습니다. 지구에서 방출되는 방사선의 파장은 들어오는 태양 방사선의 파장과 다를 수 있습니다. 이는 지구 표면과 대기의 온도, 온실가스의 특성 등 여러 요인에 기인합니다.파장 변화에 영향을 미치는 요인:온도: 빈의 변위 법칙에 따르면 흑체(예: 지구 표면)에서 방출되는 복사선의 파장은 흑체의 온도에 반비례합니다. 지구 표면의 온도가 태양의 온도보다 낮기 때문에 지구 방사선의 피크 파장은 더 길어지며 주로 적외선 범위에서 발생합니다.온실가스: 수증기, 이산화탄소, 메탄 등 지구 대기의 특정 가스는 적외선을 흡수하고 다시 방출할 수 있습니다. 온실 효과로 알려진 이 과정은 지구 표면과 대기 하층을 따뜻하게 하는 데 기여합니다. 결과적으로, 지구 표면에서 방출되는 방사선의 일부는 이러한 온실가스에 의해 흡수되고 재방사되며, 이로 인해 방사선의 유효 경로가 길어지고 파장이 길어집니다.자외선에서 적외선으로의 파장 변화:태양복사는 주로 자외선, 가시광선, 단파장 적외선으로 구성됩니다. 이 방사선이 지구 표면에 도달하면 위에서 언급한 요인으로 인해 일부가 흡수되어 더 긴 파장의 적외선으로 다시 방출됩니다. 더 긴 파장으로의 전환은 지구 대기의 온실 가스와의 낮은 온도 및 상호 작용의 결과입니다.요약하면, 지구의 복사 에너지는 태양에 비해 지구 표면의 온도가 더 낮고 대기 중 온실 가스와의 상호 작용으로 인해 주로 적외선 범위에 있습니다. 이러한 요인들은 지구에서 방출되는 방사선의 파장을 변화시키며, 적외선 스펙트럼에서는 더 긴 파장이 우세합니다.답변이 도움이 되길 바랍니다.
생물·생명
Q. 산소가 없이도 살수 있는 생물이 있을까요?
안녕하세요. 옥성민 과학전문가입니다.산소는 지구상의 많은 살아있는 유기체의 생존에 실제로 중요하지만, 산소가 없거나 산소 수준이 매우 낮은 환경에서도 생존하고 심지어 번성할 수 있는 혐기성 미생물로 알려진 특정 미생물이 있습니다. 이 유기체는 대체 생화학적 경로를 사용하여 산소가 없을 때 에너지를 대사하는 데 적응했습니다.혐기성 유기체의 몇 가지 예는 다음과 같습니다.혐기성 박테리아: 많은 종의 박테리아가 산소가 고갈된 환경에서 생존하고 성장할 수 있습니다. 몇 가지 일반적인 예로는 특정 유형의 Clostridium 및 Bacteroides가 있습니다.혐기성 고세균: 고세균은 박테리아와 유사하며 혐기성 조건에서 살 수 있는 종을 포함합니다. 예를 들어, 메탄생성균은 신진대사의 부산물로 메탄을 생성하고 습지, 늪, 동물의 소화관과 같은 환경에서 번성하는 고세균 그룹입니다.일부 원생생물: 일부 원생생물 종과 같은 특정 단세포 진핵생물은 혐기성 조건에서도 생존할 수 있습니다. 예를 들어, 일부 유형의 아메바와 편모충은 혐기성 대사가 가능합니다.진균: 특정 곰팡이 종은 혐기성 성장도 가능합니다. 예를 들어, 일부 효모는 산소가 없을 때 설탕을 알코올과 이산화탄소로 발효시킬 수 있습니다.이러한 혐기성 유기체는 산소에 의존하지 않고 에너지를 생성하고 대사 과정을 유지하는 메커니즘을 진화시켰습니다. 그러나 혐기성 미생물은 산소 없이도 생존할 수 있지만 대부분의 식물과 동물을 포함한 다른 많은 유기체는 에너지 생성에 필수적인 호흡을 위해 산소가 필요하다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.답변이 도움이 되길 바랍니다.
생물·생명
Q. 햇빛이 아닌 빛으로도 식물 광합성이 가능한가요?
안녕하세요. 옥성민 과학전문가입니다.물론, 식물은 형광등이나 기타 인공 조명을 포함한 다양한 광원 아래에서 광합성을 할 수 있습니다. 햇빛은 광합성을 위한 최적의 빛 스펙트럼을 제공하지만, 인공 광원은 식물이 광합성을 효과적으로 수행하는 데 필요한 파장을 공급할 수도 있습니다.형광등, LED 성장 조명 및 기타 유형의 인공 조명은 주로 파란색과 빨간색 스펙트럼에서 식물이 광합성에 필요한 특정 파장의 빛을 제공할 수 있습니다. 이 조명은 다양한 종류의 식물에 필요한 자연광 조건을 모방하도록 조정될 수 있습니다. 예를 들어, 실내나 햇빛에 대한 접근이 제한된 환경에서 자라는 식물은 광합성을 위해 인공 조명에 의존하는 경우가 많습니다.실제로 실내 정원 가꾸기, 수경재배, 수직 농업 시스템에서는 식물 성장과 생산성을 지원하기 위해 인공 조명을 활용하는 경우가 많습니다. 재배자는 광합성을 최적화하고 건강한 식물 성장을 촉진하기 위해 빛의 강도, 기간 및 스펙트럼을 제어할 수 있습니다.따라서 요약하자면, 집에서 자라는 식물은 빛이 과정에 필요한 파장과 강도를 제공하는 한 형광등이나 기타 인공 광원 아래에서 확실히 광합성을 겪을 수 있습니다.
기계공학
Q. 버드 스트라이크 사고시 충돌에너지는 어느정도 인가요?
안녕하세요. 옥성민 과학전문가입니다.조류 충돌 사고는 실제로 항공기에 심각한 위험을 초래할 수 있으며, 특히 항공기가 낮은 고도 및 비행 속도에 있을 때 이착륙하는 동안 더욱 그렇습니다. 조류 충돌 시 비행기에 가해지는 충격 에너지는 새의 크기와 속도, 항공기의 속도와 크기 등의 요인에 따라 달라질 수 있습니다. 그러나 상대적으로 작은 새라도 높은 속도로 인해 항공기에 심각한 손상을 입힐 수 있습니다.대략적인 아이디어를 제공하기 위해 간단한 계산을 고려해 보겠습니다.운동 에너지: 물체의 운동 에너지는 KE = 0.5 * 질량 * 속도^2 공식으로 표현됩니다.새 덩어리: 작은 새의 무게는 일반적으로 몇 온스에서 몇 파운드에 이릅니다. 보수적으로 1kg(약 2.2파운드)을 추정해 보겠습니다.속도: 이륙 및 착륙 중 항공기 속도는 약 100200노트(115230mph 또는 185~370km/h)입니다. 대략 77.2m/s인 150노트(약 173mph 또는 278km/h)의 중간점을 가정해 보겠습니다.이 값을 운동 에너지 공식에 대입하면 다음과 같습니다.KE = 0.5 * 1kg * (77.2m/s)^2 ≒ 0.5 * 1 * ≒ 2979.12줄따라서 무게가 약 1kg인 새가 150노트의 속도로 항공기와 충돌하면 충돌 시 대략 2979.12줄의 운동 에너지를 항공기에 전달하게 됩니다.이는 단순화된 계산이며 실제 조류 충돌 사고에는 충격 각도, 영향을 받은 항공기의 특정 부분, 항공기의 구조적 무결성과 같은 다양한 요인이 포함될 수 있다는 점을 명심하십시오. 또한, 더 큰 새나 새 떼는 운동 에너지 전달이 훨씬 더 커져 잠재적으로 더 심각한 피해나 재앙적인 결과를 초래할 수 있습니다. 이것이 바로 조류 충돌 방지 조치와 항공기 설계 고려 사항이 항공 안전에 중요한 이유입니다.답변이 도움이 되길 바랍니다.
생물·생명
Q. 광합성이 일어나는 원리는 어떻게?
안녕하세요. 옥성민 과학전문가입니다.광합성은 녹색 식물, 조류 및 일부 박테리아가 빛 에너지를 포도당 형태의 화학 에너지로 변환하는 과정입니다. 이 과정은 주로 식물 잎의 세포에서 엽록체라고 불리는 특수 세포 소기관에서 발생합니다.광합성과 관련된 단계를 간단히 설명하면 다음과 같습니다.빛의 흡수: 엽록체에서 발견되는 녹색 색소인 엽록소는 태양으로부터 빛 에너지를 흡수합니다. 카로티노이드 및 크산토필과 같은 다른 색소도 빛 흡수에 기여할 수 있습니다.물 분해(광분해): 빛 에너지는 물 분자(H2O)를 산소(O2), 수소 이온(H+) 및 전자(e^-)로 분해하는 데 사용됩니다. 이 반응은 엽록체 내의 틸라코이드 막에서 발생합니다.ATP 및 NADPH의 형성: 물 분해 단계에서 생성된 전자의 에너지는 두 가지 중요한 에너지 운반 분자, 즉 아데노신 삼인산(ATP)과 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 인산(NADPH)을 생성하는 데 사용됩니다.탄소 고정(캘빈 회로): 광 의존 반응에서 생성된 ATP와 NADPH는 엽록체 기질에서 발생하는 캘빈 회로에 연료를 공급하는 데 사용됩니다. 이 주기에서 대기 중의 이산화탄소(CO2)가 포도당으로 변환됩니다. 캘빈회로는 최종적으로 단당류인 포도당을 생성하는 일련의 효소 매개 반응을 포함합니다.전반적으로 광합성은 다음 방정식으로 요약할 수 있습니다.6 CO2 + 6 H2O + 빛에너지 → C6H12O6 + 6 O2이 방정식에서 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)은 빛 에너지가 있으면 포도당(C6H12O6)과 산소(O2)로 변환됩니다.광합성은 태양으로부터 에너지를 포착하여 살아있는 유기체가 사용할 수 있는 형태로 변환하는 주요 수단이기 때문에 지구상의 생명체에게 매우 중요합니다. 우리가 숨쉬는 산소를 생산하고 먹이사슬의 기초 역할을 하며 거의 모든 생명체에 에너지를 공급합니다.답변이 도움이 되길 바랍니다.
생물·생명
Q. 복제동물은 왜 일반 동물보다 수명이 더 짧게 되는지 이유가 궁금합니다.
안녕하세요. 옥성민 과학전문가입니다.일부 복제 동물이 자연적으로 태어난 동일한 종의 동물에 비해 수명이 더 짧은 것으로 보인다는 관찰이 일부 사례에서 지적되었지만 모든 복제 동물에 대해 보편적으로 적용되는 것은 아닙니다. 그러나 이 현상에 기여할 수 있는 몇 가지 요인이 있습니다.후생적 변화: 복제 과정에서 기본 DNA 서열을 변경하지 않고 유전자 발현을 조절하는 후성적 변형이 충실하게 재현되지 않을 수 있습니다. 이러한 변화는 세포 기능과 발달의 다양한 측면에 영향을 미칠 수 있으며, 잠재적으로 복제 동물의 건강 문제와 수명 단축으로 이어질 수 있습니다.텔로미어 길이: 텔로미어는 염색체 말단에 있는 보호 캡으로, 각 세포 분열에 따라 짧아지고 노화와 관련됩니다. 연구에 따르면 복제된 동물은 자연적으로 태어난 동물에 비해 텔로미어가 짧은 경우가 많아 조기 노화와 수명 단축에 기여할 수 있는 것으로 나타났습니다.유전적 이상: 복제는 기증자 세포핵의 불완전한 재프로그래밍 또는 배아 조작 중 손상과 같은 복제 과정의 오류로 인해 유전적 이상을 초래할 수 있습니다. 이러한 유전적 이상은 발달 이상, 질병에 대한 감수성 증가, 동물의 수명을 단축시킬 수 있는 기타 건강 문제로 이어질 수 있습니다.스트레스 및 환경 요인: 복제된 동물은 복제 과정, 배아 이식 및 초기 발달 중에 스트레스를 경험할 수 있으며, 이는 건강과 수명에 장기적인 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 환경적 요인과 관리 방식도 복제동물의 건강과 수명에 영향을 미칠 수 있습니다.표본 크기 및 편향: 복제 동물의 수명 단축에 대한 관찰은 표본 크기, 선택 편향 및 기타 교란 요인의 영향을 받을 수 있다는 점을 고려하는 것이 중요합니다. 모든 복제동물이 수명이 감소하는 것은 아니며, 같은 종의 복제동물 간에도 수명의 차이가 발생할 수 있습니다.답변이 도움이 되길 바랍니다.
화학
Q. 고무장갑을 끼고 설거지를 하면 고무장갑안에 습기가 차는 원리가 뭔가요??
안녕하세요. 옥성민 과학전문가입니다.설거지하는 동안 고무장갑 내부에 습기가 쌓이는 것은 수증기의 존재, 고무의 공기와 습기에 대한 불투과성 등 여러 요인이 복합적으로 작용하여 발생할 수 있습니다.수증기: 손을 물, 특히 따뜻한 물에 담그면 증발로 인해 장갑 내부에 수증기가 형성될 수 있습니다. 이 수증기는 차가운 피부 표면이나 장갑 내부와 접촉할 때 장갑 내부 표면에 응결됩니다. 이러한 결로 현상은 장갑 내부에 습기가 있는 듯한 느낌을 주는 데 도움이 됩니다.고무 불침투성: 고무 장갑은 일반적으로 공기와 물이 모두 투과되지 않습니다. 이는 물과 세척제로부터 손을 보호하는 데 도움이 되지만, 장갑 내부에 축적된 습기가 빠져나오기 어렵다는 의미이기도 합니다. 결과적으로 시간이 지남에 따라 습기가 쌓여 장갑을 벗기가 어려워질 수 있습니다.신체 열: 손에서 열이 발생하며, 이 따뜻함은 장갑 내부의 수분 증발에 더욱 기여하여 밀폐된 공간 내의 습도를 높일 수 있습니다. 고무의 불투수성과 결합되어 습기가 쌓일 수 있습니다.설거지하는 동안 고무장갑 내부에 습기가 쌓이는 것을 최소화하려면 다음과 같은 몇 가지 전략을 시도해 볼 수 있습니다.*면이나 흡수성 안감이 있는 장갑을 사용하면 수분 흡수에 도움이 되어 더욱 편안하게 착용할 수 있습니다. *장시간 사용시에는 잠시 휴식을 취하여 쌓인 수분을 증발시키거나 마른 천으로 장갑 내부를 닦아주세요.장갑의 크기가 적절한지 확인하고 너무 꽉 끼지 않도록 주의하세요. 이렇게 하면 습기 축적이 악화될 수 있습니다.사용 후에는 장갑을 뒤집어서 자연 건조시켜 곰팡이나 곰팡이 발생을 예방하세요.답변이 도움이 되길 바랍니다.
화학
Q. 보조배터리의 방전에 대해 질문.
안녕하세요. 옥성민 과학전문가입니다.보조 배터리를 장기간 방치하다 결국 완전히 방전되는 상황을 말씀하시는 것 같습니다. 그러다가 다시 충전을 시도하면 방전 과정에서 에너지가 어디로 가는지, 에너지 보존 법칙이 적용되는지 궁금해집니다.배터리가 방전되면 배터리 내부에 저장된 화학 에너지가 전기 에너지로 변환되어 배터리가 연결된 모든 장치나 회로에 전력을 공급하는 데 사용됩니다. 이 전기 에너지는 궁극적으로 특정 응용 분야에 따라 열, 빛 또는 기계적 작업과 같은 다른 형태의 에너지로 변환됩니다.이제 배터리를 재충전할 때 외부 전기 에너지원(예: 충전기)을 적용하여 방전 중에 발생한 화학 반응을 되돌리게 됩니다. 이 외부 에너지원은 화학 반응을 반대 방향으로 유도하여 배터리에 저장된 에너지를 복원하는 데 필요한 에너지를 제공합니다.따라서 배터리를 충전하는 데 사용된 에너지는 실제로 어딘가에 남아 있습니다. 이는 배터리 내의 화학 결합에 다시 한 번 저장되어 필요할 때 전기 에너지로 방출될 준비가 되어 있습니다. 이 과정에서 에너지 보존 법칙은 여전히 유효합니다. 충전 전후의 총 에너지는 동일하게 유지되지만 그 형태는 전기에서 화학으로 또는 그 반대로 바뀔 수 있습니다.물리적으로는 위와 같으나 실제로는 시간에 따라 배터리특성에 따라 성능이 서서히 감소하게 되므로 주기적으로 사용하고 충전하여 주는것이 배터리 성능유지에 도움이 됩니다.
전기·전자
Q. 입자의 형태나 모양은 알 수 없나요??
기본 입자의 모양을 결정하는 것은 거시적 물체의 모양을 측정하는 것만큼 간단하지 않습니다. 전자, 쿼크, 중성미자와 같은 기본 입자는 일반적으로 점 모양으로 간주됩니다. 즉, 고전적인 의미에서 측정할 수 있는 크기나 모양이 없다는 의미입니다.그러나 구조에 대한 통찰력을 제공할 수 있는 입자의 특정 특성을 간접적으로 추론하는 방법이 있습니다.산란 실험: 입자가 서로 또는 다른 물체에서 어떻게 산란되는지 연구함으로써 물리학자는 내부 구조에 대한 정보를 추론할 수 있습니다. 예를 들어, 전자 산란 실험은 핵 내 전하 분포를 밝혀내 양성자와 중성자 분포에 대한 단서를 제공할 수 있습니다.입자 충돌기: LHC(대형 강입자 충돌기)와 같은 고에너지 입자 충돌기는 입자가 엄청난 에너지로 충돌하는 조건을 만들 수 있습니다. 이러한 충돌로 인한 잔해를 연구함으로써 물리학자들은 속성과 상호 작용을 포함하여 관련된 기본 입자에 대한 정보를 추론할 수 있습니다.양자장 이론: 양자장 이론의 틀에서 입자는 기본 장의 여기로 설명됩니다. 일부 이론에서는 이러한 입자를 점 모양으로 간주할 수 있지만 특정 확률 분포를 갖는 파동 묶음으로 설명할 수도 있습니다. 이 확률 분포의 모양은 입자의 공간적 범위나 구조에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.스캐닝 프로브 현미경: 기본 입자에는 적용할 수 없지만 스캐닝 프로브 현미경 기술은 나노 규모의 더 큰 입자 또는 집합체의 구조에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 이러한 기술에는 표면 위의 날카로운 팁을 스캔하여 높이, 전도성 또는 자기장과 같은 특성을 측정하는 작업이 포함되며, 이를 통해 입자의 모양과 구조에 대한 세부 정보를 확인할 수 있습니다.전반적으로, 우리는 고전적인 의미에서 기본 입자의 모양을 직접 측정할 수 없지만 물리학자들은 실험 기술과 이론적 틀을 조합하여 입자의 특성과 내부 구조에 대한 정보를 추론합니다.답변이 도움되길 바랍니다.
지구과학·천문우주
Q. 끈 이론은 우주가 끈으로 이루어졌다는 건가요??
안녕하세요. 옥성민 과학전문가입니다.끈 이론의 기본 개념 중 하나는 우주의 기본 구성 요소가 전통적인 입자 물리학에서 설명한 점 모양의 입자가 아니라 "끈"이라고 불리는 1차원 물체라는 것입니다. 이 현은 개방형 또는 폐쇄형 루프일 수 있으며 다양한 모드로 진동할 수 있습니다.이 끈의 진동 모드는 우주의 다양한 입자와 힘에 해당합니다. 예를 들어, 가장 낮은 진동 모드는 가장 작은 질량을 가진 입자에 해당하며, 이는 종종 중력을 매개하는 가상 입자인 중력으로 식별됩니다. 더 높은 진동 모드는 광자(빛의 입자), 전자, 쿼크 등과 같이 더 높은 질량과 다양한 특성을 갖는 입자에 해당합니다.끈 이론의 주요 통찰력 중 하나는 모든 기본 입자와 힘이 단일 이론적 틀 내에서 통합될 수 있는 틀을 제공한다는 것입니다. 이는 서로 다른 힘(예: 중력, 전자기학, 약핵력, 강핵력)을 별도의 이론으로 설명하는 전통적인 입자 물리학과 대조됩니다."끈"이라는 용어는 끈이나 파도와 유사한 물리적 물체를 암시할 수 있지만, 끈 이론의 맥락에서 이러한 끈은 고전 물체와는 상당히 다른 속성을 가진 기본 물체라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 그것들은 전통적인 의미의 파동에 직접적으로 대응하는 것이 아니라 특정 상황에서 파동과 같은 행동을 보일 수 있는 양자 역학적 실체에 대응합니다.전반적으로 끈 이론은 우주가 다차원에서 진동하는 1차원 끈으로 구성되어 있다고 가정함으로써 가장 기본적인 수준에서 현실의 근본적인 본질을 설명하려는 수학적 틀을 나타냅니다. 그러나 끈 이론은 여전히 매우 사변적이고 수학적으로 복잡한 이론이며 아직 실험적으로 확인되지 않았다는 점은 주목할 가치가 있습니다.답변이 도움이 되길 바랍니다.