안녕하세요. 박조훈 전문가입니다.
Q. 블랙홀 내부의 세계는 어떤 모습으로 추정하는건가요?
블랙홀 외부와 내부를 나누는경계선인 사건의 지평선은 안으로 들어가게 되면 빛조차 빠져나올수 없고 외부에서 그 안의 어떤 정보도 알수 없다고 알려져 있습니다. 경계 자체를 관측할순 없지만 사건의 지평선 바깥의 밝은 물질이 만드는 그림자가 촬영된 사례가 있지요. 일반상대성이론에 따르면 블랙홀의 중심엔 특이점이라는 곳이 있으며 밀도와 중력이 무한대로 발산하는 지점으로 우리가 알고 있는 시공간의 개념이 무너지는 영역입니다. 공간은 무한히 휘어지게 되고 시간이 멈춘다는 가설이 있으며 이 부분에서 양자중력 이론이 아직 완성되지 않았기에 실질적으로 이론의 공백이 있는 곳입니다.과학자들은 블랙홀 내부를 특이점 중심설로 전통적으로 믿고 있으며 이외에도 양자역학 기반 가설들인 양자 루프 중력이론, 블랙홀 자체의 고차원 공간 이론 등을 이야기하고 있습니다.
Q. 미적분과 지구과학과의 관계 예시는 무엇이 있나요?
파도, 지진파, 음파, 대기파 등은 모두 파동의 형태를 가지는데 이러한 파형은 여러 주파수가 섞이면서 복합적인 파로 나타나게 되는데 이를 위해서 미적분을 사용하게 됩니다. 또한 기후 모델링을 편미분방식으로 사용하며 지각의 운동이나 지형변화 등을 적분과 변화율을 계산하여 사용합니다. 태양활동의 복사에너지의 총량이나 대기 흡수율등을 적분을 사용하기도 하지요~
Q. 자외선과 오존의 관계를 알려주세요😃
자외선은 태양에서 나오는 보이지 않는 빛의 일종인데요 에너지가 매우 높고 파장의 길이에 따라 UVA(320~400nm), UVB(280~320nm), UVC(100~280nm)로 나뉘게 됩니다. 오존층은 지구 대기권의 성층권에 있는 오존의 분자들이 층을 이루는 곳으로 태양에서 오는 자외선을 흡수하여 생명을 보호해주게 합니다. 특히 오존층은 UVB와 UVC 자외선을 강력하게 차단하게 되며 오존층이 없다면 인간을 포함한 생명체는 자외선에 치명적인 피해를 입게 될것입니다. 오존은 자외선을 막아주는데 이로인해 우리의 피부가 심한 화상이나 유전자 손상을 덜 받게 되는것입니다. 오존층이 얇아지거나 구멍이 생기게 되면 자외선 특히 UVB가 지표면까지 더 많이 도달하게 되고 이에 따라 피부암발생률이 증가하고 백내장 위험이 증가하거나 해양 생태계등에 영햐을 받게 될것입니다. 햇살이 뜨겁게 느껴지는것은 적외선으로 인해 나타나는 현상이며 자외선은 열은 거의 가지지 않지만 피부 세포를 손상시키는 에너지가 강한 빛이랍니다.오존층 파괴는 프레온가스나 할론등에 의해서 파괴되며 자외선 차단력이 감소되고 건강에 영향을 미치지만 지구온난화는 온실가스에 영향을 받아 나타나며 지구 전체 평균기온이 상승하는 현상을 의미합니다.
Q. 암흑 물질 연구에 있어서 아인슈타인 링 이란것이 어떤 역할을 할 수 있나?
아이슈타인 링은 중력렌즈효과의 특수한 형태로서 관측자-렌즈천체-배경천체가 정렬되면서 발생하게 되는 현상이며 빛이 왜곡되면서 완전한 원 모양의 빛고리로 나타나고 렌즈 역할을 하는 천체가 일반적으로 은하나 은하단처럼 거대한 질량체를 가지는데 빛이 이 질량체 주변을 통과하며 아이슈타인의 일반상대성 이론에 따라 공간이 휘어지고 빛도 휘어지는 과정을 거치게 해주는데 이 휘어진 빛이 우리 눈에 들어올때 고리처럼 보이는것이 아이슈타인 링입니다. 중력렌즈효과는 질량이 있는 물체가 빛의 경로를 휘게 만든다는 원리를 따르는데 우리가 보는 렌즈 천체의 질량이 가시광선, 전파, 적외선 등으로 관측한 질량보다 훨씬 더 큰 중력 효과를 만들어내는 경우가 많기에 보이지 않는 질량인 암흑물질의 차이를 파악해야 하지요. 중력렌즈의 강도를 측정하여 실제 중력장을 계산하고 가시적인 별, 가스, 먼지로 계산된 질량과 중력렌즈로 측정된 실제 질량의 큰차이가 보이게 된다면 이 차이를 채우는 것이 보이지 않는 질량인 암흑물질이 되는것입니다. 아이슈타인의 링은 단순하게 있따를 넘어서 암흑물질이 어떻게 분포되어 있는지를 보여주는 정밀한 2D지도를 그리는데 사용되게 되는 것이지요!
Q. 천문 우주 관측 분야에서 발머 브레이크가 의미하는 바는 무엇인가요?
발머 브레이크는 별이나 은하의 스펙트럼에서 3646 옴스트롱 근처에서 갑작스럽게 플럭스가 떨어지는 현상으로서 이 지점은 수소의 원자가 발머 계열 전이를 하게 되고 발머 계열의 수소 원자의 전자가 n=2 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 이동하거나 반대로 떨어지면서 발생하는 빛의 파장들을 나타내게 됩니다. 이 계열의 최대 파장 한계가 364.6 nm, 즉 3646옴스트롱인것이지요. 온도가 낮은 별의 대기에선 전자가 n=2 상태에 있을때 수소원자를 많이 가지게 되며 이 전자들이 자외선이나 높은 에너지의 광자를 흡수하며 이온화되면서 n=무한대 상태로 튀어가게 되고 이온화의 임계에너지의 빛이 급격하게 흡수되며 그 영역의 스펙트럼에서 플럭스가 급격하게 줄어드는 현상이 발생하는데 이를 단절이라고 하는것이지요~ 이를 통해 별무리의 나이를 측정할수 있으며, 은하의 스펙트럼을 분석할 수 있게 됩니다.