안녕하세요 이주성 전문가입니다.
기계공학
Q. 현미경의 분해능이란 무엇을 뜻하는 지 궁금한데요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.분해능(分解能, angular resolution, spatial resolution)은 서로 떨어져 있는 두 물체를 서로 구별할 수 있는 능력을 의미합니다. 주로 광학기기의 성능을 나타낼 때에 사용됩니다.분해능이 작다면, 아주 가까워 보이는 두 물체도 서로 다른 물체로 볼 수 있고, 분해능이 크다면, 서로 떨어져 있는 두 개의 물체임에도 불구하고, 하나의 물체로 인식할 수 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 고래는 왜 물위로 올라와서 물을 뿜나요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.고래가 분수처럼 물을 뿜는 이유는 잠수를 마치고 수면으로 올라와 폐 속의 공기를 바꾸기 위해 코 구멍에 있는 물과 기도에 있는 거품을 공기 중으로 내 뱉기 때문입니다.고래가 수면에 올라오면 우선 코 구멍으로 공기를 뱉습니다. 이 때 큰 소리가 나면서 멀리 까지 소리가 들리는데, 이것이 마치 코 구멍에서 물 기둥을 뿜는 것처럼 보여 '고래가 바닷물을 뿜는 것'처럼 보이는 것입니다. 사실 이것은 바닷물이 아니라 수증기를 머금은 따뜻한 공기입니다. 고래가 내 뿜을 때 바깥의 공기에 닿아서 수증기가 물방울로 변하기 때문에 물을 뿜는 것처럼 보이는 것입니다.
지구과학·천문우주
Q. 화이트홀에 대해 궁금해서 문의 드립니다.
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.블랙홀이 모든 것을 빨아들이는 천체라면, 반대로 모든 것을 내보내는 천체도 있을 것이라는 가정에서 나왔습니다. 아무것도 없는 데서 질량이 나올 수는 없으니, 블랙홀에서 빨려 들어간 질량이 화이트홀로 나오는 것이고, 이 둘을 이어주는 웜홀이 있을 것이라고 생각하였다습니다. 아예 생뚱맞은 주장인 것은 아닌데, 일반 상대성 이론에서 '블랙홀에 빨려들어간 에너지는 중력에 의해 무한 압축되지만 질량의 총량이 변하는 것이 아니므로 압축된 질량을 방출하는 에너지원의 존재가 있을 것이다'라는 가정을 수학적으로 풀어놓은 일종의 Ad Hoc 개념입니다.다만, 수학적으로만 존재하고 실제 존재 증거가 전혀 발견되지 않아 웜홀과 더불어 존재가 부정되는 종류 중 하나였습니다. 퀘이사가 처음 발견되었을 당시에는 화이트홀로 여겨졌으나, 연구가 거듭되면서 블랙홀의 한 형태임이 밝혀지자 화이트홀 이론은 점점 사라져가는 추세입니다. 이론상 화이트홀이 지속해서 존재하려면 막대한 양의 음의 에너지가 화이트홀 주변을 감싸주어야 합니다. 그러나 음의 에너지는 오랫동안 존재하는 것이 불가능하므로 화이트홀이 실재한다고 해도 관측하는 것은 사실상 불가능에 가깝습니다.이후 호킹 복사로 인해 에너지가 블랙홀 바깥으로 방출되는 현상이 발견되면서 블랙홀이 질량을 무한히 흡수하는 존재가 아니라 오히려 천천히 증발하다가 언젠간 소멸할 존재라는게 밝혀졌습니다. (양자론적으로 이해만 됐을 뿐, 검증은 안 됐습니다.)또한 질량이 무한히 방출되는데 화이트홀 자체의 중력은 그렇다 쳐도 방출된 질량의 중력장은 온전하므로 결국은 화이트홀을 감싸는 블랙홀이 생성됩니다.질량/에너지 방출이라는 개념을 놓고 볼 때에는 빅뱅을 화이트홀의 한 형태로 보는 이론도 존재합니다. 관련 논문으로 2014년, 이탈리아의 과학자들이 5차원 진공에서 발생한 초대질량 화이트홀에 의한 빅뱅의 개념에 대해 수학적으로 탐구한 것이 있습니다.
지구과학·천문우주
Q. 하늘에서 어떻게 물고기가 떨어지는거죠?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.동물 비는 물고기, 개구리 등 날지 못하는 동물이 하늘에서 떨어지는 기상현상을 뜻합니다. 원인은 ‘용오름(Waterspouts)’으로 보입니다. 토네이도 같은 강한 기류가 물과 함께 물고기를 상공으로 빨아들여 먼 거리까지 운반해 떨어뜨렸다는 설명입니다.
생물·생명
Q. 생물학적으로 바닷속에서 가장 빠른속도로 수영하는 생물은 무엇일까요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.돗새치는 의심의 여지 없이 공인된 가장 빠른 물고기 입니다. 그 속도는 시속 110Km 사람이 만든 물건 중 물 속에서 110Km 로 움직이는 것은 아직 없습니다. 우리나라의 수중 미사일의 속도인 38노트 (70.5km) 도 돗새치의 속도에는 한참 못 미칩니다.육지에서 가장 빠른 동물이라 불리는 치타의 경우도 최고 속도 시속 114km/h 로 달릴 수 있으니 물 속에서 110km 로 헤엄치는 돗새치의 속도는 어마어마한 속도라고 할 수 있겠습니다.돗새치는 몸길이 2m 정도의 대형 어류이며 돛을 단 것 같은 지느러미가 있습니다. 이 지느러미에 푸른색 반점이 있어 신비로움을 느끼게 해 줍니다. 이 등지느러미와 꼬리지느러미 그리고 강한 근육이 돛새치의 속도의 비결이라고 할 수 있겠죠.우리나라 제주도 근해에도 서식한다고 하니 언젠가 돛새치를 보러 가볼 기회가 생길지도 모르겠네요.
생물·생명
Q. 발냄새는 발의 땀 때문에 나는 건가요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.하루 종일 지면과 맞닿는 발은 땀이 많이 차도 양말과 신발에 둘러싸여 바로 증발되지 못합니다. 습기가 잘 차다보니 세균 또한 번식하기 쉽습니다. 세균이 불어난 발의 각질을 갉아먹을 경우 이소발레릭산 등과 같이 악취를 풍기는 화학물질을 생성하며, 마이크로코쿠스 등 혐기성 세균이 발에 얕은 구멍을 만들면 ‘소와각질융해증’으로 인해 냄새가 더 심해질 수도 있습니다. 간혹 건강 문제 때문에 발에 땀이 많이 나는 경우에도 발 냄새가 납니다. 신경계통이나 갑상선에 이상이 있으면 다른 부위와 함께 발에도 땀이 나기 쉽습니다. 최근 들어 땀이 많아지고 이유 없이 피로감, 가슴 두근거림 등이 심해졌다면 갑상선기능항진증을 의심할 필요가 있습니다. 이밖에 인대가 약하거나 손상됐을 경우 작은 충격에도 발목이 아파 발의 움직임이 둔해지고 땀이 날 수 있습니다. 또한 평발인 사람도 발바닥과 신발이 닿는 면적이 넓어 통풍이 잘 되지 않으면서 땀이 잘 찰 수 있으며, 살이 찐 사람은 발에도 살이 쪄 발가락 사이 공간이 줄어들고 통풍이 안 돼 발 냄새가 나기 쉽습니다.
화학공학
Q. 꽃다발 꽃을 화병에 꽂아서 보관하려는데 오래가게하는 노하우가 있을까요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.■ 물 관리하기꽃을 물에 담아주기까지의 시간은 짧으면 짧을수록 좋습니다.꽃을 물에 담가야 한다는 건 모두들 알고 계실 텐데, 빠르면 빠를수록 좋습니다. 만약 부득이하게 그렇지 못할 경우에는 꽃이 상하지 않도록 잘 포장된 상태를 그대로 유지해야 힙니다. 꽃을 물에 담글 때는 꽃을 묶어 두었던 끈, 철사, 고무 등을 꼭 풀어주어요.꽃을 담가둔 병 속의 물은 하루에 한 번씩 갈아주는 게 좋습니다. 수돗물에 들어있는 염소 성분이 꽃에게 좋지 않다고 하니 하루 정도 지난 수돗물을 사용하는 걸 추천합니다.물속에 ▲탄산 성분이 함유된 사이다 ▲절화 수명연장제 ▲이온작용을 일으키는 10원짜리 동전 ▲김빠진 맥주 ▲쌀뜨물 ▲사과 식초 ▲베이킹소다 ▲마늘 2분의 1 티스푼 등을 첨가하면 꽃을 더욱 생기 있는 상태로 보관할 수 있습니다.베이킹소다, 사이다, 쌀뜨물 등은 물속의 박테리아를 없애는 역할을 한다. 10원짜리 동전은 구리 성분이 살균효과를 내 물을 깨끗하게 해줍니다. 이밖에도 물에 설탕을 넣어주면 꽃에 영양분을 공급하고 당분이 광합성을 하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 안개꽃, 해바라기, 국화의 경우 팔팔 끓는 물에 줄기를 30초 정도 담갔다 꺼내면 꽃의 아름다움을 더 오래 즐길 수 있다고 합니다.■ 줄기 잘라주기줄기 끝을 조금 잘라주는 거, 별거 아닌 듯 보이지만 차이가 꽤큽니다.예쁘게 포장된 다발을 조심스레 풀어 그대로 화병에 꽂아둔 채 뿌듯해 하셨던 분들, 한 가지를 빠뜨리셨습니다.꽃을 물에 넣어주기 전에 줄기 밑 부분을 비스듬히 잘라주면 꽃의 수명이 훨씬 더 길어질 수 있습니다. 물에 닿는 면적이 넓어서 꽃이 물을 더 잘 빨아들일 수 있기 때문입니다.상온에 노출된 꽃의 줄기는 굳어져서 물을 흡수하는 힘이 매우 떨어져있는 상태입니다. 줄기 끝을 2cm 가량 사선으로 잘라주면 연한 속살이 다시 나오게 됩니다.자르는 순간에도 공기에 노출되는 것을 피할 수 없으니 물속에 담근 상태에서 자르는 게 가장 바람직한 방법이라고 합니다. 그거 조금 잘라준다고 뭐 크게 다르겠나 하며 귀찮아하실 수도 있겠지만, 생각보다 차이가 어마어마하니 직접 경험해보시길 바랍니다.■ 물에 닿는 잎 제거하기이렇게 잎을 물속에 담가두면 보기에는 예쁠지 몰라도 꽃의 수명이 확확 깎입니다.철사도 풀어주고 줄기도 사선으로 잘 잘라줬는데도 꽃이 금방 시들어버린 분들, 혹시 무성한 잎을 그대로 둔 채 화병에 담지 않으셨는지요.꽃이 싱싱하길 바라며 물을 화병 그득그득 담아주는 마음은 예쁘지만, 잎들까지 물에 함께 담가버린다면 곤란하다. 잎사귀에서 나오는 페놀이라는 물질이 물과 닿으면 물을 썩게 만들기 때문입니다.또 박테리아가 줄기와 잎을 부패시켜 발생된 에틸렌가스가 꽃의 노화까지(!) 촉진한다고 하니 물에 닿는 잎은 꼭 떼어줘야겠습니다.물에 닿지 않는 잎들도 박테리아와 세균이 번식하는 원인이 될 수 있으니 마음이 아프더라도 잎을 모두 제거하고 보관하는 것을 추천합니다.■ 햇빛 피하기꽃병을 햇살이 잘 드는 창가에 두신 분들, 꽃집의 어둡고 서늘한 환경을 떠올려보십시오.꽃이 햇볕을 쬐면 더 싱싱해지고 활짝 필 것 같은 생각이 들지만, 이는 꽃의 수명을 늘리는 데 바람직하지 않은 행동입니다. 꽃집의 꽃들이 어두컴컴한 실내의 냉장고에 보관되어 있는 것을 생각하면 이해가 갈 것입니다.온도가 너무 높거나 바람이 많이 통하는 곳에 꽃을 두면 호흡작용이 촉진돼 체내 양분소모가 많아지고 증발량이 높아져 수분부족 현상이 나타납니다.이미 잘려진 꽃은 그늘지고 서늘한 곳에서 보관하는 것이 좋습니다. 따사로운 햇살은 화분 상태의 식물에게 많이 쬐여주어요. 꽃을 보관하는 가장 적절한 온도는 10도에서 20도 사이라고 합니다.
화학
Q. 얼린 고기 미지근한 물에 설탕을 넣고 얼린고기를 넣으면 금방 녹는다고 하는데 원리가 뭔가요??
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.맛을 지키면서 고기를 빠르게 해동시킬 수 있는 방법은 설탕물에 담가놓기입니다. 보통 고기를 녹일 때 비닐째 찬물에 담가놓기도 하지만 이 방법은 비닐을 아예 다 벗기고 고기만 설탕물에 푹 담그는 방법인데요. 이렇게 할 경우 설탕 분자가 고기에 침투해 고기 조직 결합을 끊어 고기를 빨리 녹이면서 부드럽게 만들어줍니다. 단, 오래 담가 놓을 경우 고기 조직이 다 풀어져 맛이 없어지니 빠른 시간에 녹을 수 있게 찬물보다는 미지근한 물에 담그는 게 좋습니다.
화학
Q. 마이야르 반응은 왜 발생하고 효과는 무엇인가요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.마이야르 반응은 음식 조리 중, 색이 갈색으로 변하면서 특별한 풍미가 나타나는 화학반응을 일컫는데요. 단백질 합성을 연구하던 프랑스 화학자인 루이스 카밀 마이야르(Louis Camille Maillard)가1912년 처음으로 발견했습니다.마이야르 반응은 당과 단백질의 구성성분인 아미노산 사이에서 반응이 일어나, 음식의 색깔과 향을 만들어내는 화학반응 인데요. 효소 없이 화학 반응으로만 음식의 변화가 일어나는 것이 특징입니다.당과 반응하는 단백질의 아미노기 종류에 따라 여러 종류의 음식 향이 만들어지게 됩니다. 대표적으로, 고기의 풍미는 환원된 포도당이 육류 단백질에 함유된 아미노산인 시스테인(Cysteine)과 마이야르 반응을 해 나타납니다. 콩, 육류에 많이 함유된 아미노산인 류신(leucine)이 포도당과 마이야르 반응을 하면 초콜릿 향이 만들어지고, 아르기닌(arginine)이 포도당과 반응하면 팝콘향이 나게 됩니다.고기를 높은 온도에서 굽게 되면 마이야르 반응이 일어나 맛과 향이 풍부해지는데요. 마이야르 반응이 가장 잘 일어나는 온도는 130~200℃이고, 200℃ 이상으로 올라가면 발암물질이 만들어지므로 좋지 않습니다.잘 구워진 고기, 바삭한 튀김, 향기로운 커피 등 풍미가 가득한 음식들은 우리의 입을 즐겁게 하는데요. 하지만, 고온에서 장시간 음식을 조리하는 건 건강을 위해 추천하지 않습니다.바로, 마이야르 반응의 부산물로 만들어지는 아크릴아마이드(acrylamide)라는 물질 때문인데요. 고기가 탈 때 많이 생기는 아크릴아마이드는 암을 유발한다고 추정되는 유해물질입니다. 감자튀김, 감자칩처럼 탄수화물 함량이 높은 식품도 120℃ 이상으로 장시간 가열하면 생성된다는 점 참고하시기 바랍니다.
지구과학·천문우주
Q. 비가 내릴때 빗방울의 속도는 어떻게 되나요?
안녕하세요. 이주성 과학전문가입니다.빗방울이 하늘에서 떨어질 때 빗방울에는 두가지 저항력이 작용하게 됩니다. 첫번째 저항력은 공기와의 마찰에 의해서 생기는 마찰저항입니다. 그리고 두번째는 형상저항인데요, 형상저항이란 물체의 앞쪽과 뒤쪽에 작용하는 압력차이로 발생하는 저항을 말합니다. 압력차이로 인해서 생기는 저항이기 때문에 압력저항이라고 부르기도 합니다. 이와 같이 마찰저항과 형상저항으로 인해서 빗방울은 속도가 무한정 빨라질 수 없게 되는 것이죠.즉 중력이 빗방울을 끌어당기는 힘과 공기의 마찰저항과 공기의 형상저항이 합해진 저항력이 서로 동일하게 작용하게 되어 빗방울에 더이상의 가속운동이 일어나지 않게 되는 것이죠.이 때의 빗방울의 속도를 종단 속도라고 부릅니다. 종단 속도는 더이상 속도가 증가하지 않는 상태의 속도를 말하는 것입니다. 이 종단 속도로 최종 도착지인 지면까지 일정한 속도를 유지하면서 떨어지게 됩니다.그럼 빗방울의 종단속도는 어느정도 될지 알아보겠습니다. 빗방울의 지름에 따라서 종단 속도가 달라지게 되는데요, 일반적인 비의 경우 빗방울이 약 1~2 mm정도 되는데요, 이 때의 낙하속도는 4 m/s 정도 된다고 합니다. 그리고 폭우의 경우는 빗방울이 일반 비보다 더 굵은데요, 빗방울은 약 3mm 정도 됩니다. 이 때 폭우의 낙하속도는 8 m/s 정도가 된다고 합니다. 폭우가 쏟아질 때 빗방울이 거세게 느껴지는 것이 빗밧울의 크기와 속도가 일반적인 비가 내릴 때보다 더 크고 빠르기 때문이라는 것이 좀 이해가 됩니다.