안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
지구과학·천문우주
Q. 유럽의 수질이 좋지 않은 이유가 뭔가요?
유럽의 수질이 좋지 않은것은 농업 오염(비료와 농약의 과도한 사용으로 질소와 인이수계로 유입되로 부영양화를 초래하여 조류 번식과 산소 고갈이 됨), 도시 및 산업폐수(도시 지역과 산업 시설에서 배출되는 폐수로 더러워짐), 영구화학물질 오염(분해되지 않고 환경에 축적되어 유럽 전역에서 발견됨), 수자원의 과잉 이용 등이 유럽의 수질을 좋지 않게 한다고 알려져 있습니다!
지구과학·천문우주
Q. 블랙홀 우주론에 대해서 설명 부탁드립니다.
블랙홀우주론은 우리 우주가 거대한 블랙홀의 내부에 있을수도 있다는 내용으로서 블랙홀이 중력이 너무 강해 빛조차 빠져나올수 없는 영역으로 정의되는데 이 표면의 사건의 지평선에 들어서면서 모든것들이 내부로 빨려 들어간다고 보지요. 사건의 지평선 내부의 공간은 외부에서 관찰할수 없기에 완전히 고립된 우주처럼 작동할수 있다고 보는 것입니다. 일반 상대성 이론에 따르면 블랙홀 내부에선 시공간이 극도로 왜곡되는데 블랙홀 내부의 시공간이 특정한 조건에서 우주와 유사한 특성을 보일수 있따고 보는 것이지요. 블랙홀의 사건의 지평선은 우주를 외부로부터 완전히 차단하고 내부에서 일어나는 모든 사건은 외부에서 관찰될수 없기에 우리가 관찰하는 우주도 이와 비슷한 것으로 보는 것이지요. 현재 우주는 빛의 속도로 이동하는 우주 지평선을 가지기에 사건의 지평선과 같은 기능을 한다고 보는 것이지요.블랙홀 내부의 공간이 사건의 지평선으로 향하면서 왜곡되고 공간이 비정상적으로 팽창 할 수 있게 되는것입니다. 우주의 팽창과 유사한 개념으로 해석되며 ㅂㄹ랙홀 우주론에서 우주의 팽창을 설명하는 기초가 된답니다. 블랙홀 내부에선 시간이 극도로 느리게 흐르거나 멈출수도 있는데 이는 우주 초기의 극도로 밀집된 상태나 빅뱅 직후의 시간을 설명하게 되고 블랙홀 우주론에서 우주가 블랙홀 내부에서 시작되어 시간이 다르게 흐를 수 있다는 것으로 우주 초기상태와 연결하여 나타내기도 하는 것이지요. 블랙홀의 특이점이 무한한 미롣와 중력이 존재하는 지점으로서 빅뱅의 특이점과 유사하다고 보는 것이지요! 블랙홀 우주론은 우주의 팽창가속을 설명하고 특이점과 빅뱅을 연결하며 다중 우주 가능성을 나타내지만 검증이 불가능하기도 하고 시간 개념이 모호하고 다중 우주와 구분한다는 한계를 가지게 된답니다!
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Q. 우주 팽창가속도를 설명할때 암흑에너지 가설말고 어떤 형태의 가설이나 이론이 있나요?
암흑에너지가 우주의 팽창 가속을 설명하는 유력한 가설로서 이야기하지만 아직까지 명확하게 증명된 사실이 아니라 강력하게 밝혀지는 이론일뿐입니다. 암흑에너지에 대한 가설은 우주 전체에 균일하게 분포한 미지의 에너지가 우주 공간에 존재하며 팽창을 가속한다고 보고 있으며 이후 수정된 중력이론이 나오게 되는데 중력의 성질 자체가 거대한 우주 규모에서 다르게 나타나게 된다는 가설로서 브란스-디키 이론(중력 상수가 일정하지 않고 시간이나 공간에 따라 달라질수 있음), FR 중력이론(아이슈타인의 일반 상대성 이론을 수정하여 중력장이 리치 곡률인 R의 함수로 표현됨), 갈릴레온 중력(특정한 대칭성을 가진 스칼라 필드가 중력을 수정하여 우주 팽창을 가속화)이 있습니다.이외에도 우주 팽창을 설명하기 위해 아직 발견되지 않은 입자나 에너지 형태가 존재할수 있따는 가설이나 시공간의 차원 확정(브레인 월드, 초끈 이론 등), 대우주 진공 에너지의 변화 등의 내용들이 나오고 있으며, 현재의 우주 팽창 가속이 실제로는 관측오류나 잘못된 해석으로 인해 나타난 것일수도 있다고 보기도 합답니다!
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Q. 최근 몇년새 암흑에너지가 많이 나오는데 이 암흑에너지가 우주 팽창의 가속과 연관되어 있는것을 어떻게 아는건가요?
암흑에너지는 우주 팽창 가속과 연관되어 있으며 천문학적 관측결과와 이론적 분석을 통해 확인되었다고 알려져 있습니다. 이는 에드윈 허블이 은하들이 지구에서 멀어질수록 더 빠르게 후퇴하고 있따느 ㄴ사실을 1929년 발견하였고 이를 토대로 과거에는 우주가 팽창하지만 중력으로 인하여 시간이 지남에 따라 팽창 속도가 느려질것으로 예상하였던 과거의 정설과는 다르게 초신성을 관측하게 되면서 속도가 느려지지 않고 가속되고 있다는 사실을 발견하게 된것이지요.1998년 두 독립적인 연구팀이 Ia초신성을 관측하고 우주의 팽창이 가속되고 있음을 발견하였고 일정한 밝기를 가지는 초신성으로서 Ia초신성이 우주 거리를 정확하게 측정하는데 사용되고 있습니다. 이후 2003년 WMAP에 의하여 2013년 Planck 위성의 관측을 통하여 우주의 전체 에너지 구성에서 암흑에너지가 68%정도를 차지하고 이를 토대로 암흑에너지가 우주의 팽창 가속에 주요한 원인으로서 받아들여지게 되는 증거가 된것이죠. 암흑에너지는 우주 공간 자체에 존재하는 에너지로서 우주상수나 상수에너지 밀도로 설명되게 된답니다. 우주가 팽창할수록 그 밀도가 일정하게 유지 되는것이지요. 중력렌즈는 강력한 중력장이 빛을 휘게 만들어 빛이 굽어보이는 현상으로서 암흑에너지가 우주의 밀도와 구조에 영향을 미치기에 중력렌즈 효과의 관찰을 통해 암흑에너지의 존재와 특성도 확인가능한 것이지요! 하지만 이러한 암흑너지의 본질에 대해서는 여전히 미스테리로서 언젠가는 밝혀질것으로 예상합니다!
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Q. 왜 달의 뒷모습은 지구에서 못보는건가요?
달은 지구를 공전하면서 동시에 자전도 하기에 자전주기와 공전주기가 일치하는 조석고정 현상이 나타나게 된답니다. 공전과 자전을 27.3일동안 하기에 자전속도와 공전하는 속도가 같기에 항상 같은 면만을 보고 있는 것이지요. 과거에는 달도 지구를 향해 자유롭게 자전하였다고 알려져 있었죠. 시간이 흐르면서 지구의 중력이 달에 강력한 조석력을 미치게 되었으며 달 내부의 질량 분포가 약간 찌그러지도록 만들었다고 합니다. 달 내부의 조석력으로 인해 생성된 마찰력이 점점 달이 ㅡ자전속도를 감속시켰고 이 과정이 수백만년 동안 지속되면서 달이 ㅡ자전이 점점 느려지게 되었답니다. 최종적으로 달이ㅡ 자전주기와 공전주기가 일치하게 되면서 지구에서 항상 같은면만 보게 된것이지요. 달은 자신의 축을 기준으로 자전하며 공전하는 속도또한 일치하게 된답니다.