안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
Q. 영화 아바타에 등장하는 우주선에서, 하이브리드방식 엔진은 정확히 어떤 추진방식인가요?
영화 아바타에선 알파센타우리A에 위치한 판도라 행성으로 지구에서 광속의 약 70%속도로 6년 미만의 시간에 도달할수 있또록 설정된 우주선이라고 합니다. 하이브리드 추진을 한다고 알려져 있는데 이는 반물질을 물질로 충돌시켜 완전한 질량-에너지 변환을 유도하여 생성된 막대한 에너지를 추진체를 가열시켜 고속으로 분사시키거나 전기장으로 제어된 방식으로 배출하여 추진력을 생성한다고 보고 있지요. 또한 지구에 위치한 거대 레이저로 우주선 뒤에 달린 반사막을 밀어주는 과정을 거쳐 연료를 실어 나를 필요 없이 질량을 최소화 하게 하는것입니다. 현재 기술로는 도달이 불가능하며 공상과학의 재미를 더하는 요소라고 생각되어집니다.
Q. 암흑에너지라는 개념은 정확히 어떤 가설을 중점으로 하여 설명하는건가요?
암흑에너지는 1998년 초신성 Ia형의 밝기를 관측해본 결과 먼 은하들이 예상보다 더 빠르게 멀어지고 있음을 알게 되었꼬 이는 중력만으로는 설명하지 않는 팽창속도가 있따는 뜻으로 가속팽창하게 된다고 보게 되면서 암흑에너지라는 개념을 도입하게 된것입니다. 이를 설명하는 중심가설로 우주상수가 있는데 이는 아이슈타인이 1917년 일반상대성이론에 추가했떤 항으로서 공간 자체에 균일하게 존재하는 에너지의 밀도로 밀도와 압력이 일정하며 시간에 따라 변화하지 않으며 음의 압력을 가지며 우주 팽창을 가속시킨다고 보고 있지요. 암흑에너지를 우주 전체에 퍼져 있는 스칼라장으로 보는 퀀테센스 가설은 시간에 따라 스칼라장이 진화하며 그 밀도가 점점 달라지게 된다고 보고 있습니다. 이외에도 극단적인 가속팽창을 이야기하는 팬텀에너지, 암흑에너지가 ㅏ니라 중력이 달라서 생긴다는 변형된 중력이론등도 있습니다. 암흑에너지는 빛이나 입자로 직접 관측된적은 없지만 우주 관측 현상에서 간접적으로 필요성을 가지게 합니다.
Q. 현재 암흑 에너지의 밀도가 시간에 따라 변한다면 우주의 미래는 어떻게 달라질 수 있나요
현재 표 준우주론에선 암흑에너지를 우주상수로 보고 암흑에너지의 밀도는 시간과 상관없이 항상 일정하다고 가정하지만 만약 암흑에너지가 동적인 성질을 가진다면 그 밀도는 시간에 따라 증가하거나 감소할수있게 될것입니다. 암흑에너지의 밀도가 감소하게 된고 중력의 영향이 커지게 된다면 현재는 가속팽창중이지만, 서서히 팽창이 둔화되면서 어떤 시점에선 팽창이 멈춘 뒤 우주의 수축 단계가 될수도 있습니다. 이를 우리는 빅크런치라고 하며 종말을 맞이한다고 보고 있지요. 암흑에너지의 밀도가 일정하게 된다면(현재는 그렇게 믿고 있지만) 우주는 지금처럼 계속해서 가속 팽창을 하게 될것이고 미래엔 은하 간 거리도 너무 멀어지게 되며 별들도 모두 타서 우주가 차갑고 암흑의 공간으로 변하며 열적인 죽음 상태를 맞이할것이라고 보게 됩니다. 암흑에너지가 시간에 따라 점점 더 증가한다면 가속 팽창은 지수적으로 증가하고 은하, 별, 행성, 원자까지 찢어지는 상태에 이르는 빅ㄹ비상태가 되게 된답니다. 암흑에너지의 밀도가 ㅣ간에 따라 변한다는 것은 고젓개편이 초신성을 관측하거나 우주배경복사, 은하분포 분석을 통해 알수 있으며 암흑에너지의 진화모델을 점차 좁혀가고 있땁니다.
Q. 암흑에너지와 암흑물질은 서로 어떤 관련성이 있고 어떻게 다른건가요?
암흑에너지는 우주의 팽창을 가속시키는 힘으로서 약 68%의 비율을 우주에서 가지고 있습니다. 반중력효과로 공간자체에 내재된 에너지일것으로 보이며 초신성이나 우주배경복사, 우주팽창률을 분석하여 관측하지요. 에너지이기에 온도 개념이 없고 중력적인 효과만 존재하는 것으로 봅니다. 반면 암흑물질은 중력으로 끌어당기며 약 27%를 우주에서 차지하고 있습니다. 중력적인 인력이 작용하게 되며 미지의 입자일것으로 생각하고 있습니다. 중력렌즈 효과나 은하의 회전곡선, 우주배경복사등에서 관측할수 있으며 차가운 물질로 간주하고 있습니다. 암흑물질은 우리가 보는 은하들이 일바넞ㄱ인 물질만으로는 현재의 구조를 만들수 없는데 이는 은하의 회전속도가 굉장히 빠른데 이를 보이는 질량만으로는 설명이 불가능 하게 되는것이지요. 따라서 암흑물질이라는 개념을 도입하고 중력을 통해 물질을 끌어모아 은하와 은하단을 형성하는 역할을 해주게 합니다. 암흑에너지는 1998년 초신성을 관측한 결과 우주의 팽창이 감속이 아니라 가속되고 있음을 밝혔는데 이를 통해 중력이 작용하면 팽창 속도가 느려져야하지만 더 빨라지는것을 통해 이를 설명하기 위해 공간에 퍼져 있는 반중력적 성질의 에너지를 도입하게 된것입니다. 이를 제외한 우리가 보는 우주는 약 5%정도밖에 안되는 것이지요!
Q. 24절기가 과학적으로 정확한가요?
24절기는 2000년전 중국 고대 천문학에 기반하여 만들어진 태양력을 기준으로 한 계절의 구분 체계이며 과학적으로 매우 정확하며 천문학적 계절 변화와 거의 일치하고 있습니다. 1년동안 태양이 황도를 따라 이동하게 되는데 그 위치를 15도 간격으로 24등분한것이 24절기이지요. 각 절기는 태양이 특정 황경 위치에 도달하는 순간을 기준으로 보게 됩니다. 그중 가장 유명한 것은 춘분, 하지, 추분, 동지이지요. 24절기는 지구의 공전과 태양의 위치에 따라 정확하게 계산되었으며 현대의 천문 계산 시스템과 거의일치하는 특징을 가지게 됩니다. 하지만 절기는 매년 달라지는데 이는 지구의 공전주기가 365일보다 약간 길어서 윤년이라는 보정하는 달을 넣게 되고 태양이 정확히 어떤 시점에 어느 위치에 도달하느냐를 절기 날짜를 기준으로 1일정도의 차이를 가지게 하는 것입니다.