3 4월 2024

[알아봅시다] 美 백악관, NASA에 “2026년까지 ‘달 표준시’ 만들어라”

[알아봅시다] 美 백악관, NASA에 “2026년까지 ‘달 표준시’ 만들어라”

美 백악관, NASA에 “2026년까지 ‘달 표준시’ 만들어라”

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지구에서 정의된 1초의 길이는 중력 조건이 다른 달에서 일치하지 않을 수 있다. 게티이미지뱅크

미국 정부가 달의 표준 시간 체계를 세울 계획이라고 밝혔다.

미국 백악관 과학기술정책국(OSTP)은 미국 항공우주국(NASA) 등에 2026년 말까지 달 및 다른 천체를 위한 통일된 표준 시간을 만들라고 지시했다고 2일(현지시간) 발표했다. OSTP는 NASA에 올해 말까지 달에서 쓰일 ‘협정 달 시(LTC)’를 확립하기 위한 이정표를 제시할 것을 요구했다.

지구에서 정의된 1초의 길이는 중력 조건이 다른 관측자에게는 다르게 보일 수 있다. OSTP는 “달에 있는 지구 시계는 하루 평균 58.7마이크로초(100만분의 1초) 느리게 보일 것”이라며 “달에 원자시계를 둬야 할 수도 있다”고 설명했다. 시간 불일치는 우주선 간의 데이터 전송과 지구, 달 위성, 우주비행사 간의 통신 동기화를 어렵게 만든다.

OSTP가 LTC 마련에 제시한 기준은 지구의 표준 시간 체계인 ‘협정 세계시(UTC)’에 대한 추적성, 정밀 항법을 지원하기에 충분한 정확도, 지구와의 통신 두절에 대한 복원력, 지구-달 시스템을 넘어선 우주 환경으로의 확장성이다.

OSTP는 “향후 정부 및 민간 주체들이 달 표면, 궤도 등 우주에서 활동하기 위해 우주선을 보낼 것으로 예상한다”며 “통일된 시간 표준이 이런 노력의 기반”이라고 설명했다. 이어 “까다로운 달 환경에서 필요한 표준을 정의하는 데 미국의 리더십이 모든 우주여행 국가에 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

이어 “LTC 시행을 위해 국제기구와 아르테미스 협정 참여국 등을 통한 국제적 합의가 필요하다”고 밝혔다.

[출처] https://n.news.naver.com/article/584/0000026563

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4 2월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] 우주 차단막으로 태양열 막기…뜨거운 지구 구할까

[천체물리 – 우주(과학)] 우주 차단막으로 태양열 막기…뜨거운 지구 구할까

우주 차단막으로 태양열 막기…뜨거운 지구 구할까

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이스라엘 연구팀, 3년 내 시제품 발사

우주 차단막 개념도. 이미지샛인터내셔널 캡처

우주공간에 거대한 차단막을 띄워 지구로 전달되는 태양 에너지를 줄이는 프로젝트가 관심을 끌고 있다. 지구 온도를 낮추는 것이 목표다. 문제는 거대하고 무거운 차단막을 우주로 발사하는 과정이다.

앞선 연구에 따르면 우주공간의 차단막이 태양열을 2%만 차단하더라도 지구의 온도는 섭씨 1.5도 하락하게 된다. 이 같은 아이디어가 처음 나왔을 때만 해도 허무맹랑하다는 비판을 받았다. 하지만 지구 온난화 현상이 심각해지면서 각국의 연구진이 구체적인 실행방안을 내놓고 있다.

최근 뉴욕타임즈 등 외신에 따르면 이스라엘 공과대 연구팀은 차단막의 시제품을 제작할 준비가 됐다고 밝혔다. 연구팀의 아이디어는 태양과 지구 사이의 중력 평형상태가 존재하는 라그랑주 포인트에 무게가 250만t에 달하는 거대한 차단막을 설치하는 것이다.

차단막이 설치되더라도 일식 현상 때처럼 태양 빛을 완전히 차단할 수는 없다. 대신 빛의 간섭 현상을 이용해 지구에 희미한 그림자를 드리우게 할 수 있다. 전문가들은 이 정도의 조치만 이뤄져도 지구 온도 감소에 도움이 될 것으로 보고 있다. 화석 연료 절감 등의 노력을 병행한다면 효과가 배가될 수 있을 것으로 본다.

문제는 현재의 기술로는 250만t에 달하는 거대한 차단막을 우주공간에 발사하는 것은 불가능하다는 것이다. 라그랑주 포인트에 차단막을 설치하려면 지구와 달의 거리의 4배에 해당하는 150만km까지 부품을 이송해야 한다.

우주차단막 프로젝트를 실시하는 연구팀은 최근 우주 발사 비용이 저렴해졌다는 점을 감안하면 우주공간에서 부품을 조립하는 방식으로 차단막을 완성할 수 있다고 주장한다. 다만 실제 차단막 건설에는 수천조 원에 달하는 천문학적인 비용이 소요될 것으로 보고 있다.

연구팀은 온실가스 절감을 위해 세계 각국이 투입하는 비용과 시간을 고려하면 차단막 건설도 충분히 실현 가능성이 있다고 설명했다. 이스라엘 연구팀은 3년 안에 시제품을 발사해 실제 효과를 증명할 계획이다.

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30 1월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] 日 달 착륙선 ‘슬림’ 동력 복구 후 운용 재개…첫 촬영 이미지 공개

[천체물리 – 우주(과학)] 日 달 착륙선 ‘슬림’ 동력 복구 후 운용 재개…첫 촬영 이미지 공개

日 달 착륙선 ‘슬림’ 동력 복구 후 운용 재개…첫 촬영 이미지 공개

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특수카메라 CAM-PX가 착륙 직후 촬영한 달 표면의 모습. JAXA 제공

20일 달 착륙에 성공한 일본 무인 달 착륙선 ‘슬림’이 운용을 재개했다. 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 슬림이 착륙 직후 촬영한 이미지를 공개했다.

JAXA는 28일 소셜미디어 ‘X'(전 트위터) 계정을 통해 슬림의 운용을 재개했다고 밝혔다. 특수 카메라(CAM-PX)가 촬영한 달 표면 사진도 이어 공개했다.

앞서 슬림은 지난해 9월 일본 규슈 가고시마현에서 발사돼 지난해 12월 25일 달 궤도에 진입했다. 지난 20일 0시 20분경 달 착륙에 성공했다.

슬림은 착륙 당시 기체가 약간 기울어지면서 태양전지에 문제가 생겼다. 태양전지로 동력을 얻어야 하는 상황에서 임무에 차질이 생길 것으로 예상됐으나 상태가 복구된 것으로 알려졌다.

CAM-PX 등 특수 카메라를 장착한 소형 로봇 2개는 정상 분리돼 달 표면을 촬영한 이미지를 지상으로 보냈다.

슬림은 목표 지점에서 100m 미만 핀포인트 착륙을 시도했다. JAXA는 지난 25일 슬림이 목표 지점에서 55m 떨어진 곳에 착륙한 것으로 추정된다고 발표했다. 구체적인 분석을 마무리중인 것으로 알려졌다. 만약 정확하게 착륙했다면 일본은 원하는 목표 지점에 탐사선을 정확히 착륙시키는 ‘스마트 착륙 기술’을 확보하게 된다. 슬림 발사로 달 착륙에 성공한 일본은 미국, 구소련, 중국, 인도에 이어 세계 다섯 번째로 달 착륙에 성공한 국가가 됐다.

옮긴이 주 : 뒤집어진채로 착륙했다더니 사진도 뒤집힌 사진을 뒤집은 거네

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16 1월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] 민간 달 착륙선, 지구로 추락 중…불시착 시점은 안밝혀 :  페레그린 소식 민간 달 착륙선, 지구로 추락 중…불시착 시점은 안밝혀

[천체물리 – 우주(과학)] 민간 달 착륙선, 지구로 추락 중…불시착 시점은 안밝혀 :  페레그린 소식

민간 달 착륙선, 지구로 추락 중…불시착 시점은 안밝혀

“대기권서 불타버릴 가능성도”

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지난 8일 발사된 민간 달 착륙선 페레그린이 우주에서 찍어 전송한 첫 번째 사진. 다층 단열재가 울퉁불퉁하게 찌그러진 모습을 볼 수 있다./아스트로보틱 제공

지난 8일 발사된 민간 달 착륙선 ‘페레그린’이 지구로 추락하고 있는 것으로 알려졌다.

페레그린을 개발한 민간 우주기업 ‘아스트로보틱’은 13일(현지 시각) X(옛 트위터)를 통해 “추진제 누출로 인해 착륙선의 궤적 예측에 불확실성이 더해지고 있다”면서 “착륙선이 지구를 향해 가고 있으며, 지구 대기권에서 불에 타버릴 가능성이 있다”고 밝혔다. 다만 아스트로보틱은 페레그린이 언제 지구에 불시착할지에 대해서는 알리지 않았다.

페레그린은 ULA의 벌컨 센타우르 로켓을 통해 발사됐지만 분리된 직후 연료 누출이 확인됐다. 예정대로라면 다음달 민간 최초의 달 착륙에 도전할 계획이었지만 연료 누출 등 이유로 결국 실패했다.

페레그린은 현재 지구로부터 약 38만9000㎞ 떨어진 곳을 비행하고 있다. 페레그린에는 미 항공우주국(NASA)의 관측 장비와 멕시코의 첫 번째 달 탐사 로버, 미국의 전 대통령인 조지 워싱턴과 존 F 케네디, 드와이트 아이젠하워의 DNA 표본 등이 실려 있다. NASA와 아스트로보틱은 오는 18일 페레그린의 상황에 대한 기자회견을 열 계획이다.

황규락 기자황규락 기자  

[출처] https://www.chosun.com/economy/science/2024/01/15/CDU2MIASXFAWVJO2JDMFJL436M/?utm_source=naver&utm_medium=referral&utm_campaign=naver-news

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13 1월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] 지름 13억광년 거대 천체 발견…”기존 우주론으론 설명 어려워”

[천체물리 – 우주(과학)] 지름 13억광년 거대 천체 발견…”기존 우주론으론 설명 어려워”

지름 13억광년 거대 천체 발견…”기존 우주론으론 설명 어려워”

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제243회 미국천문학회 회의서 발표

새로 발견된 우주 천체는 지구에서 관측했을 때 보름달 15개를 붙여놓은 것과 비슷한 크기로 보인다. 게티이미지뱅크 제공

기존 우주론으론 설명하기 어려운 거대한 우주 천체가 관측됐다. 크고 둥근 고리 모양으로 지름이 13억 광년에 이른다.

영국 일간지 가디언, 인디펜던스 등에 따르면 영국 랭커셔대 제레미아 호록스 연구소 연구팀이 이같은 관측 결과를 11일(현지시간) 미국 뉴올리언즈에서 열린 제243회 미국천문학회(AAS)에서 발표했다.

거대한 고리 모양이어서 ‘빅 링(Big Ring)’이라는 이름이 붙은 천체는 연구팀이 2021년 관측한 거대 천체 ‘자이언트 아크’와 함께 지금까지 관측된 천체 중 가장 큰 천체 중 하나로 꼽히게 됐다.

연구팀은 은하의 3차원 분포 지도를 완성하는 천문 관측 프로젝트인 ‘슬로안 디지털 스카이 서베이(SDSS)’의 데이터를 분석했다. 그 결과 지구에서 약 90억 광년 떨어진 곳에서 지름이 약 13억 광년에 이르는 고리 모양의 ‘빅 링’을 발견했다. 연구팀은 “지구에서 관측할 때 보름달 15개를 합친 것과 비슷한 크기로 보인다”고 설명했다.

앞서 2021년 6월 연구팀이 발견한 ‘자이언트 아크’는 전체 길이가 약 33억 광년에 이르는 천체로 은하 성단들을 비롯해 가스와 먼지로 이뤄진 것으로 확인됐다.

천문학계는 기존 우주론으로는 빅 링, 자이언트 아크처럼 거대한 우주 천체의 존재를 설명하기 어렵다고 본다. 현대 우주물리학에서 제시하는 ‘우주론’에 따르면 우주 물질은 우주 전체에 균일하게 분포돼 있다. 관측 가능한 우주 공간 내에서 다른 영역보다 특별히 더 많은 물질을 가진 영역은 없다고 본다.

중력의 불안정성에 의해 거대한 천체가 형성될 순 있지만 모든 물질이 균일하고 유한하게 분포돼 있는 우주에서 단일 천체의 크기가 12억 광년을 넘기 어렵다는 게 기존 이론이다. 빅 링과 자이언트 아크는 우주의 균일성을 깨는 일종의 ‘불규칙성’을 갖는다는 설명이다.

빅 링과 자이언트 아크는 모두 목동자리 근처에 형성돼 있다. 빅 링과 자이언트 아크가 서로 연결돼 있는 더 거대한 우주 시스템의 일부일 가능성도 있다고 본다. 우주를 이루는 중입자 물질의 밀도가 변하면서 생기는 우주 ‘음향 파동’ 현상의 유형일 수도 있다는 가설도 제기된다.

‘끈이론’으로 설명하려는 시도도 있다. 끈이론은 우주가 만물의 최소 입자인 ‘점’으로부터 시작됐다’고 설명하는 빅뱅 우주론과 달리 ‘진동하는 끈’이 우주의 기본 입자라는 이론이다. 우주 물질이 뭉치면서 일종의 대규모 단층선인 빅 링이 탄생했다는 이론이다.

이번 연구를 이끈 알렉시아 로페즈 박사후연구원은 “빅 링과 같은 천체가 계속해서 발견된다는 건 기존의 우주모형을 재고할 필요가 있다는 뜻”이라며 “우주모형을 보완할 새로운 우주론이 필요하다”고 밝혔다.

‘빅 링’과 ‘자이언트 아크’를 묘사한 일러스트. 파란 점이 빅링, 빨간 점이 자이언트 아크. 영국 랭커셔대 제공

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11 1월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] “우주 가는 길 험난하네”…NASA ‘중대 결단’ 이유는 [강경주의 IT카페]

[천체물리 – 우주(과학)] “우주 가는 길 험난하네”…NASA ‘중대 결단’ 이유는 [강경주의 IT카페]

“우주 가는 길 험난하네”…NASA ‘중대 결단’ 이유는 [강경주의 IT카페]

“우주 가는 길 험난하네”…NASA ‘중대 결단’ 이유는 [강경주의 IT카페]

[강경주의 IT카페] 109회
“우주 가는 길 험난”…페레그린 실패에 아르테미스는 연기

유인 달궤도 비행 2단계 계획 내년 9월로 연기
NASA 국장 “아르테미스 준비 중 최우선 과제는 ‘안전'”
첫 민간 달 착륙선 페레그린 연료 누출 문제로 실패
희망 버리지 않은 NASA…”해내는 모습 보여줄 것”

미국 우주기업 아스트로보틱의 '페레그린'이 발사하는 모습  /사진=AFP 연합
미국 우주기업 아스트로보틱의 ‘페레그린’이 발사하는 모습 /사진=AFP 연합

달에 인류를 보낸다는 미국 항공우주국(NASA)의 계획이 약 1년 연기됐다. 민간 우주기업 아스트로보틱이 달 착륙선 ‘페레그린’의 정상 궤도 진입 실패를 인정한 데 따른 여파로 분석된다.

NASA는 9일(현지시간) 보도자료를 통해 유인 탐사선으로 달 궤도를 도는 아르테미스 프로그램 2단계 계획을 내년 9월로, 우주비행사를 달에 착륙시키는 3단계 계획을 2026년 9월로 연기한다고 밝혔다.

당초 NASA는 아르테미스 2단계 임무로 올해 11월 우주비행사 4명을 태운 탐사선을 달 궤도에 보냈다가 지구로 귀환시키고, 내년에는 이들을 달에 착륙시키는 아르테미스 3단계 임무에 돌입할 계획이었다. 하지만 이번 발표로 일정은 1년씩 늦춰지게 됐다.

빌 넬슨 NASA 국장은 “아르테미스 프로젝트 준비 과정 중 최우선 과제는 안전”라며 “아르테미스팀이 개발과 운영, 통합 작업을 수행하는 데 더 많은 시간을 줄 것”이라고 말했다.

아르테미스 임무는 미국의 아폴로 프로그램이 1972년 중단된 뒤 반세기 만에 처음으로 인간을 달 궤도에 다시 보내는 계획으로 주목받아 왔다.

아르테미스 2단계 임무를 수행할 우주비행사들 /사진=NASA
아르테미스 2단계 임무를 수행할 우주비행사들 /사진=NASA

특히 인류 최초의 여성과 유색인종 저궤도(LEO) 우주비행사를 달 남극에 착륙시킨다는 계획으로, NASA는 지난해 4월 여성인 크리스티나 코크와 흑인인 빅터 글로버 등 이번 임무를 맡을 우주비행사 4명을 선발해 발표했다. 이들은 당초 계획대로라면 올해 안에 우주선을 타고 10일 동안 달 궤도를 비행하기로 돼 있었으나 앞으로 최소 1년 이상 더 기다리게 됐다.

아르테미스 3호의 임무 성공은 우주개발사(史)에서도 중요한 의미를 지닌다. 달에 유인 기지를 구축한 다음 광물 자원을 캐내고, 지구 밖에서 로켓 터미널을 운영하려는 아르테미스 계획의 궁극적인 목표가 현실에 한 발짝 다가서는 일이어서다. 하지만 아르테미스 2호와 3호의 발사 연기로 이같은 계획을 실행하기 위한 일정에도 차질이 불가피해졌다.

나사의 이번 발표는 미국이 반세기 만에 쏘아올린 페레그린이 연료 누출 등 기술 결함으로 임무에 실패한 가운데 나왔다. 안전 문제가 아르테미스 프로젝트 연기의 가장 큰 이유라는 분석이 나오는 이유다. 앞서 아스트로보틱은 소셜미디어 X(옛 트위터)를 통해 성명을 내고 “페레그린이 불행히도 달에 연착륙할 가능성이 없다”며 임무 실패를 인정했다.

사진은 2022년 6월 14일 NASA 케네디 우주센터의 아르테미스 대형 로켓 우주발사시스템(SLS)과 오리온 우주선 뒤로 보름달이 뜬 모습  /사진=NASA
사진은 2022년 6월 14일 NASA 케네디 우주센터의 아르테미스 대형 로켓 우주발사시스템(SLS)과 오리온 우주선 뒤로 보름달이 뜬 모습 /사진=NASA

NASA는 2022년 12월 아르테미스 1단계로 수행한 무인 우주선 ‘오리온’의 달 궤도 비행 임무에서 여러 문제가 발견됐다면서 해당 팀이 배터리 문제와 공기 환기, 온도 제어를 담당하는 회로 구성의 내구성 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다고 밝힌 바 있다.

NASA는 당시 우주비행사를 본떠 인체와 비슷한 물질로 만든 마네킹을 태워 달 궤도를 비행하는 임무를 수행했다. 무인우주선 오리온은 우주발사시스템(SLS) 로켓에 실려 발사된 뒤 25일 만에 성공적으로 지구에 귀환했다. 하지만 귀환 과정에서 기체 일부가 불에 타면서 우주비행사의 안전 확보가 불완전하다는 지적이 제기됐다.

인류를 달에 보내겠다는 임무는 연기됐지만 NASA는 여전히 긍정적인 입장이다. 넬슨 국장은 “아르테미스는 국가적으로, 세계적으로 한 번도 해본 적 없는 일”이라며 “아무리 불가능해보이는 일이라고 해도 우리가 해낼 수 있다는 것을 반드시 보여줄 것”이라고 강조했다.

미 항공우주국(NASA)이 유인 탐사선으로 달 궤도를 도는 아르테미스 프로그램 2단계 계획을 내년 9월로, 우주비행사를 달에 착륙시키는 3단계 계획을 2026년 9월로 연기한다고 9일(현지시간) 밝혔다. 사진은 아르테미스 2단계 임무를 수행할 우주비행사들이 지난해 8월 8일 NASA 케네디 우주센터에서 나란히 서 있는 모습. 왼쪽부터 제레미 한센, 빅터 글로버, 리드 와이즈먼, 크리스티나 코크.  /사진=NASA
미 항공우주국(NASA)이 유인 탐사선으로 달 궤도를 도는 아르테미스 프로그램 2단계 계획을 내년 9월로, 우주비행사를 달에 착륙시키는 3단계 계획을 2026년 9월로 연기한다고 9일(현지시간) 밝혔다. 사진은 아르테미스 2단계 임무를 수행할 우주비행사들이 지난해 8월 8일 NASA 케네디 우주센터에서 나란히 서 있는 모습. 왼쪽부터 제레미 한센, 빅터 글로버, 리드 와이즈먼, 크리스티나 코크. /사진=NASA

강경주 기자 qurasoha@hankyung.com

[출처] https://www.hankyung.com/article/202401105177i

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7 1월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] 빅뱅 5억 년 후 초기 은하는 ‘바나나’ 모양이었다

[천체물리 – 우주(과학)] 빅뱅 5억 년 후 초기 은하는 ‘바나나’ 모양이었다

빅뱅 5억 년 후 초기 은하는 ‘바나나’ 모양이었다

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빅뱅 발생 5억년 후 초기 은하는 오이, 바나나, 서핑보드처럼 길쭉한 모양이었다는 연구 결과. 컬럼비아대 연구팀 제공

빅뱅 이후 초기 은하의 모습이 원반 모양이 아닌 길쭉한 ‘바나나’ 형태였다는 분석결과가 나왔다.

5일(현지시간) 뉴욕타임스에 따르면 비라즈 판디야 미국 컬럼비아대 천문물리학과 연구팀은 제임스웹우주망원경이 촬영한 신생 은하 4000여 개의 이미지를 분석해 초기 은하의 모습이 원반형이 아닌 ‘선형’에 가까운 모습이라는 연구 결과를 내놨다.

연구팀은 지난해 10월 논문 사전게재사이트 ‘아카이브’에 논문을 공개했다. 국제 학술지 ‘천문학 저널’을 통해 공식 발표할 예정이다.

지금까지 초기 은하의 형태가 현대 우주에서 발견된 은하과 비슷하게 타원형이나 원반형일 것이라는 추측이 우세했다. 연구팀은 이같은 추론을 뒤집고 초기 은하의 모습이 바나나나 서핑보드처럼 세로로 길쭉한 형태라는 주장을 내놨다.

연구팀은 우선 초기 우주 탄생을 연구하는 국제 공동 심우주 연구팀 ‘CEERS’이 제공한 이미지를 바탕으로 ‘확장 그로스 띠(Extended Groth Strip)’ 영역에 속하는 은하의 이미지를 분석했다. 확장 그로스 띠는 보름달보다 약간 작은 범위의 심우주 공간이다. 선행연구에서 허블우주망원경이 촬영한 이미지를 분석한 결과 초기 은하 모양이 마치 ‘오이’와 비슷한 모양이었다고 설명했다.

이어 제임스웹우주망원경이 촬영한 초기 은하 이미지를 바탕으로 은하들을 3차원 모양으로 재구성했다. 만약 초기 은하가 현대 은하에서 관찰되는 것처럼 공, 원반 모양이라면 은하 이미지를 3차원으로 재구성했을 때 둥그런 전면이 드러나야 하지만 분석 결과 길쭉한 선형인 것으로 나타났다.

연구팀은 “현대 우주에서 선형 은하가 발견되는 사례는 드물지만 심우주 연구에서 발견된 빅뱅 발생 5억년 후 초기 은하의 80%는 선형 모양”이라고 설명했다. 현대 우주에서 주로 발견되는 은하는 타원형이나 우리은하처럼 평평한 원반형이다.

판다야 박사는 “초기 은하의 질량을 보면 우리은하의 ‘조상격’이라고 할 수 있다”며 “원반 형태인 우리 은하도 훨씬 전엔 초기 은하처럼 길쭉한 형태였을 수 있다는 사실을 짐작해볼 수 있다”고 추론했다.

초기 은하와 현대 은하의 모습이 다르게 생긴 이유에 대해 천문학계는 암흑 물질의 특성과 관련있을 것이라고 본다. 암흑 물질은 우주의 대부분을 차지하고 있는 것으로 추측되지만 정체가 드러나지 않은 미지의 물질이다.

이중에서도 ‘차가운 암흑물질(CDM)’은 은하보다 작은 천체들이 형성된 후 보다 큰 규모의 천체 집단을 형성하는 데 힘을 발휘했을 것으로 보는 물질이다. 연구팀은 CDM이 초기 은하의 형태를 결정짓는 데 영향을 줬을 수도 있다고 본다.

연구팀은 관측 범위를 우주의 다른 지역으로 넓혀 심화 연구를 이어나갈 것이라고 밝혔다. 이를 통해 우주 전체에서 서로 다른 입체 모양을 가진 은하들을 찾아낸다는 계획이다.

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5 1월 2024

[천체물리 – 우주(과학)] 천왕성·해왕성 실제 색깔 찾았다…”모두 옅은 청록색”

[천체물리 – 우주(과학)] 천왕성·해왕성 실제 색깔 찾았다…”모두 옅은 청록색”

천왕성·해왕성 실제 색깔 찾았다…”모두 옅은 청록색”

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수정2024.01.05. 오전 11:51
영국 옥스퍼드대

보이저2호가 촬영한 천왕성(Uranus)과 해왕성(Neptune) (위), 이번 연구로 드러난 두 행성의 실제 색깔(아래). 옥스퍼드대 제공

해왕성은 진한 파란색, 천왕성은 옅은 청록색이라는 것이 그간 정설처럼 받아들여져 왔지만 최근 관측 결과 두 행성의 색깔은 청록색으로 매우 비슷한 것으로 분석됐다.

패트릭 어윈 영국 옥스퍼드대 물리학과 교수 연구팀은 이같은 관측 결과를 4일(현지시간) 국제 학술지 ‘왕립천문학회 월보’에 발표했다. 해왕성은 파란색, 천왕성은 청록색이라는 색깔 구분에 오류가 있다는 건 천문학계에서 널리 알려진 사실이지만 실제 색깔을 밝혀낸 건 이번이 처음이다.

행성 색깔에 대한 오해는 미국 항공우주국(NASA)이 1977년 발사한 우주탐사선 보이저2호 관측 이후 시작됐다. 두 행성을 포착한 이미지들은 모두 두 행성이 서로 다른 색깔인 것처럼 기록했다. 이는 카메라가 포착한 여러 단색 이미지들을 후작업을 통해 합치는 과정에서 생겨난 오류다.

특히 해왕성 이미지의 경우 실제 색깔보다 파란색이 두드러진다. 보이저 2호가 관측한 초기 해왕성 이미지는 천왕성에 비해 매우 선명한 파란색을 띠고 있다. 해왕성을 형성하는 구름, 띠, 바람 등을 더 잘 드러내기 위해 색채의 대비를 높이는 과정에서 선명한 파란색을 띠게 됐다는 설명이다.

어윈 교수는 “보이저 2호가 촬영한 천왕성은 실제 색깔에 가까운 형태로 공개됐지만 해왕성은 인공적으로 파란색을 띠고 있다”고 말했다. 사진 첫 공개 당시 연구팀은 사진 아래 캡션을 달아 이같은 사실을 밝혔지만 시간이 흐르면서 부가 설명은 사라지고 사진만 널리 퍼졌다.

연구팀은 허블우주망원경의 우주망원경 이미지 분광기(STIS)와 유럽남방천문대의 다중 단위 분광 탐색기(MUSE)가 제공한 데이터를 활용해 두 행성의 정확한 픽셀값을 얻었다. 이를 통해 천왕성과 해왕성이 실제로는 비슷한 청록색이라는 사실을 밝혀냈다. 해왕성이 천왕성보다 조금 더 푸른데 이는 천왕성을 둘러싸고 해왕성보다 더 두꺼운 연무층이 형성돼있기 때문이다.

천왕성의 색깔은 태양 둘레를 84년 간 도는 동안 조금씩 변한 것으로 나타났다. 연구팀은 미국 애리조나 로웰천문대가 1950년부터 2016년까지 기록한 파장 측정값을 비교했다. 그 결과 천왕성의 남극·북극이 태양과 지구를 직접 마주할 때 반사율이 변하면서 밝기가 달라지는 것으로 밝혀졌다.

천왕성의 여름은 더욱 푸르다. 천왕성 극지에 존재하는 얼음 연무층이 메탄 얼음 입자로 구성돼 있기 때문인 것으로 나타났다. 이 입자들이 극지에서 녹색, 적색 파장의 반사를 더 증가시켜 천왕성이 여름에 더 푸르게 보인다는 설명이다.

연구를 이끈 어윈 교수는 “데이터를 활용해 해왕성과 천왕성의 색을 가장 정확하게 재구성했다”며 더불어 “천왕성이 태양을 공전하는 동안 왜 색깔이 변하는지 이미지 데이터와 정량적 모델링을 통해 밝힌 첫 연구”라고 전했다.

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4 1월 2024

[물리] 그래핀으로 반도체다운 반도체 첫 구현

[물리] 그래핀으로 반도체다운 반도체 첫 구현

그래핀으로 반도체다운 반도체 첫 구현

입력 
수정2024.01.04. 오후 2:23
미국 조지아공대, ‘밴드갭’ 관찰 그래핀 반도체 첫 개발…범용 반도체 활용 ‘미지수’

실리콘 카바이드 웨이퍼 위에 그래핀을 성장시켜 만든 기능성 그래핀 반도체. 미국 조지아공대 제공

열과 전기를 전달하는 전도성이 뛰어나 ‘꿈의 소재’로 불리며 차세대 반도체 소재로 여겨지는 그래핀을 토대로 한 기능성 반도체가 첫 구현됐다.

‘그래핀 반도체’는 이론적으로 기존 실리콘 반도체보다 처리속도가 최대 142배 빠를 것으로 기대됐다. 문제는 반도체 구현에 필요한 전자적 특성인 ‘밴드갭’을 갖지 못해 그간 개발이 이뤄지지 못했다는 점이다.

이번 연구에선 지금까지 그래핀에서 관찰됐던 것 중 가장 큰 값의 밴드갭을 관찰하는 데 성공했다. 다만 국내 전문가들은 이번 연구 결과가 그래핀 본연의 특성을 열화시킨 상태에서 나온 만큼 실제로 ‘그래핀 반도체’ 개발로 이어질지에 대해선 선을 그었다.

월터 드 미국 조지아공대 교수 연구팀은 탄화규소 웨이퍼 상에 여러 층의 그래핀을 올려 기능성 반도체를 개발한 연구 결과를 3일(현지시간) 국제학술지 ‘네이처’에 발표했다.

그래핀은 탄소 원자가 육각형 벌집 모양의 결정 구조로 결합해 0.2나노미터(10억분의 1미터, nm)로 이뤄진 막으로 된 물질이다. 사람이 인공적으로 만든 물질 중에 가장 얇은 두께를 가졌다. 수 나노미터 단위의 공정이 가능하기 때문에 반도체 소자 소형화의 기존 한계를 돌파할 소재로 꼽힌다. 여기에 전자 이동 속도도 기존 반도체 소재인 실리콘보다 100배 이상 빠르며 전기전도율은 구리의 100배에 달하는 특성까지 지니며 ‘꿈의 소재’로 주목받았다.

문제는 그래핀에 반도체의 가장 중요한 성질인 밴드갭이 존재하지 않는다는 것이다. 전자들이 모여 있는 부분과 전자들이 전혀 없는 부분 사이에서 일종의 장벽으로 이뤄진 공간인 밴드갭은 자유전자들이 돌아다니면서 전기가 통하게 한다. 밴드갭이 없으면 항상 전기가 통하는 전도체가 되고 밴드갭이 너무 크면 전기가 통하지 않는 부도체가 된다. 전기가 어떨 때는 통하고 어떨 때는 통하지 않는 반도체가 되기 위해선 적당한 밴드갭이 필요하다.

연구팀은 특수하게 제작된 반도체 웨이퍼 가열 장비를 사용해 탄화규소(실리콘 카바이드) 웨이퍼 표면에 에피택셜 그래핀을 성장시켰다. 에피택셜 그래핀은 탄화규소 상에서 2~10층의 그래핀을 올린 것을 의미한다.

이렇게 제작된 그래핀 기반 반도체가 실제로 기능할 수 있는지 알아보기 위해 연구팀은 실험을 진행했다. 그래핀 위에 전기를 전달하는 원자를 올려 양질의 전도체인지 확인했다. 그 결과 기존 실리콘 반도체보다 10배 이상 높은 전자 이동도가 확인됐다. 전자에 가해지는 저항이 낮아 반도체 작동 속도가 훨씬 빨라질 수 있다는 설명이다. 또 0.6전자볼트(eV)의 밴드갭이 관찰됐다. 이는 지금까지 그래핀에서 관찰된 밴드갭 중 가장 큰 값이다.

연구팀은 이번 연구에서 개발한 그래핀 반도체에 대해 “현재 나노 전자공학에서 사용되는 데 필요한 모든 특성을 갖춘 유일한 2차원 반도체”라고 말했다.

일부 전문가들은 이번 연구가 매우 제한적인 조건에서 이뤄졌기 때문에 실제 범용 반도체 개발로 이어질지는 미지수라고 말했다. 이번에 연구에선 실리콘 카바이드 웨이퍼 위에 그래핀을 올렸는데 이러한 구조에선 안정성과 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다는 설명이다.

이병훈 포스텍 반도체공학과 교수는 “실리콘 카바이드 위에 그래핀을 올리면 일종의 접착면이 생기게 되는데 이렇게 되면 구조에 산란이 발생하며 전체 성능이 떨어질 수 밖에 없다”고 설명했다.

밴드갭이 관찰된 시점의 그래핀이 열처리 과정을 거치면서 굉장히 열화된 상태인 점도 꼬집었다. 이 교수는 “쉽게 말해 그래핀이 ‘조각조각 찢겨나간 상태’로 정상적인 양질의 상태가 아니다”라고 짚었다. 그는 “지금까지 중 가장 높은 밴드갭 값이 관찰된 것은 과학적으로 매우 흥미롭지만 당장 효용성을 가진 반도체 개발의 단서라고 보기에는 어렵다”고 이번 연구를 평가했다.

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31 12월 2023

[천체물리 – 우주(과학)] [주말N수학] 우주선 위치·우주 쓰레기 탐지 센서 기술 뜬다

[천체물리 – 우주(과학)] [주말N수학] 우주선 위치·우주 쓰레기 탐지 센서 기술 뜬다

[주말N수학] 우주선 위치·우주 쓰레기 탐지 센서 기술 뜬다

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게티이미지뱅크 제공

기술과 산업의 발전 덕분에 온도, 움직임, 소리 등 다양한 물리량을 측정하는 센서가 우리의 일상에 깊게 뿌리를 내렸다. 휴대전화 안에도 기능 자체를 관리하기 위한 온도 센서는 물론이고 카메라, GPS, 소리, 움직임 등 여러 앱의 형태로 다양한 센서가 사용되고 있다.

아주 단순한 나침반도 센서의 한 종류다. 나침반은 주변의 금속이나 자성체의 영향을 받을 수 있지만 동서남북을 알아내기 위한 도구로 쓰이기 때문이다. 사람을 기계와 비교한다면 우리에겐 다섯 가지 센서가 있다. 시각, 청각, 촉각, 후각, 미각을 각각 감지하는 눈, 귀, 피부(주로 손), 코, 혀라는 센서다.

일상에서 사용하는 센서 중에서 규모가 가장 큰 시스템은 GPS다. GPS는 지구 위치결정 시스템(Global Positioning System)의 약자로 미국 국방성에서 운영하는 서비스 이름이다. 더 포괄적인 용어로는 ‘범지구 위성 항법 시스템(Global Navigation Satellite System)’, GNSS라고 한다. 우리는 GPS를 일반 명사처럼 사용하지만 유럽연합, 러시아, 중국 등 여러 나라에서는 GNSS라는 이름이 붙은 서비스를 운영하고 있다.

GNSS의 원리는 이렇다. 다수의 인공위성을 쏘아 올린 뒤 지구 어디에서나 4개 이상의 위성에서 신호를 동시에 받아 위성에서 수신기까지 전파 도달 시간을 잰다. 이를 토대로 3차원 위치 좌푯값을 알아낸다.

인류는 GNSS라는 기술이 나오기 훨씬 전부터 지구를 항해하고 탐험했다. 지구 위의 어느 위치든 위도와 경도 좌표로 나타낼 수 있기 때문이다. 위도를 파악하는 방법은 북극성 덕분에 오래전부터 알았다. 밤하늘의 북극성이 지표면 가까이 보일수록 북극에서 멀어져 적도 쪽으로 가는 것이다.

하지만 정확한 경도를 파악하는 방법은 찾아내기까지 상당한 시간이 걸렸다. 이는 정밀한 시계 기술의 등장과 함께 해결됐다. 현재 위치에서 태양이 정남에 도달하는 순간을 정오로 정하거나 혹은 천체의 고도를 측정하는 도구인 ‘육분의’로 정오에 태양의 고도를 측정하면 출발 지점의 시계와 비교해 경도를 파악할 수 있다. 예를 들어 현재 위치에서 태양이 정남에 있는데 출발 지점의 시계가 자정을 가리킨다면 그 위치는 경도지점에 해당한다.

게티이미지뱅크 제공

●우주선 자세 알아내는 별 추적기로 우주 쓰레기 탐지

위성은 약 2만 km 고도에서 운영되고 있어 이 고도 이하의 우주 공간에서만 GNSS의 도움을 받을 수 있다. 그렇다면 이보다 더 깊은 우주로 가는 우주선은 어떻게 자신의 위치를 알아낼까.

지금까지 우주선의 위치는 지구를 중심으로 지상과의 통신이나 탐지 거리를 기반으로 파악해왔다. 하지만 최근 센서 기술의 발전으로 고속으로 회전하는 중성자별이 내보내는 전자기파인 펄서를 GNSS 위성과 같은 방식으로 활용하는 기술도 연구 중이다. 자전 주기가 일정한 중성자별의 펄서들은 GPS 위성이 보내는 전파 역할을 한다.

만약 누군가 GNSS를 사용하지 않고, 지금까지 알려진 방법을 쓰지 않고 현재 위치를 정확히 파악하는 방법을 개발한다면 그것은 엄청난 경제적 이익을 가져올 것이다. 특히 군사 분야에서의 활용성이 높다.

우주 항법에서는 단순히 위치만이 아니라 자세 파악도 중요하다. 같은 위치에 있더라도 어떠한 방향과 각도로 위치하는지 알아내는 것은 여러 관측과 항법에서 큰 의미를 지닌다. 자동차나 비행기는 지구의 중력과 나침반을 활용해 자세를 파악하지만 우주선이나 위성은 그렇게 할 수 없어 다른 방법을 쓴다. 바로 ‘별 추적기(star tracker)’다. 별의 위치를 감지하는 카메라와 같은 장치인데, 알려진 별들의 위치를 통해 우주선의 자세를 알 수 있다.

기기가 더 정밀해지고 소형화되다 보면 때때로 예상하지 못한 기능을 발휘하기도 한다. 별 추적기는 원래는 위성의 자세를 파악하기 위해 개발됐으나, 영상 센서와 컴퓨팅 기술의 발전으로 우주 쓰레기를 탐지할 수 있게 됐다. 카메라의 기본 원리를 이용한 것이다 보니 별뿐만 아니라 다른 물체도 감지할 수 있게 된 것이다. 물론 이를 위해서는 소프트웨어의 수정 및 추가 전력 소모가 필요하다.

벨기에의 별 추적기 전문업체 ‘아크시컨트(Arcsec)’와 포르투갈의 우주 교통관제 전문업체 ‘네우라스페이스(Neuraspace)’는 두 기업의 역량을 모아 별 추적기를 활용한 우주 쓰레기 탐지 기술을 개발 중이다. 현재 우주 쓰레기의 탐지와 추적은 우주 상황 인식 분야에서 큰 관심을 받고 있다.

아크시컨트에서 만든 별 추적기. 최근 아크시컨트는 인공위성용 AI 기반충돌 방지 시스템을 만드는 네우라스페이. ARCSEC SPACE 제공

현재 별 추적기를 구매한 위성 업체들은 우주 쓰레기 탐지 같은 추가적인 역할에 자원을 쓸 필요성을 느끼지 않고 있다. 하지만 다양한 위성에서 얻은 우주 쓰레기 정보를 취합해 빅데이터로 관리하고, 이를 통해 내 위성뿐만 아니라 다른 위성 운용자에게도 유용한 정보로 판매할 수 있다면 위성 사업자의 관점은 바뀔 수 있다.

[출처] https://n.news.naver.com/article/584/0000025455?cds=news_media_pc

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