한국형 달 궤도선(KPLO) ‘다누리’가 9월 15일 촬영한 지구 전면 사진. 과학기술정보통신부 제공

과학기술정보통신부와 한국항공우주연구원은 밝은 보름달이 뜨는 민족 명절 추석을 맞이해 한국의 달 궤도선 ‘다누리’가 달에서 촬영한 사진을 26일 공개했다.

먼저 다누리가 15일 달 임무궤도 상에서 지구를 향해 촬영한 지구 전면 사진이 공개됐다. 당시 달과 지구가 서로 바라보고 있어 달에서 지구의 전면을 촬영할 수 있었다. 호주대륙이 영상의 중앙부에서 관측되며 한반도는 당일 짙은 구름으로 가려져 있다.

다누리가 3월 30일 촬영한 아폴로 17호 착륙지. 과학기술정보통신부 제공

다누리가 상공 100km 임무궤도에서 고해상도카메라로 아폴로 17호와 11호의 착륙지를 촬영한 이미지도 있다. 각각 올해 3월 30일과 5월 10일 촬영했다. 아폴로 11호는 인류가 처음으로 달에 착륙한 유인 우주선이며 아폴로 17호는 달에 착륙한 마지막 유인 우주선이다.

아폴로 17호 착륙지를 촬영한 사진은 태양이 사진 오른쪽의 높은 고도에 위치하고 있어 약간의 충돌분화구 음영이 보인다. 달 착륙선 착륙시 엔진 분사로 밝게 관측되는 월면 표토의 특징도 나타났다.

다누리가 5월 10일 촬영한 아폴로 11호 착륙지. 과학기술정보통신부 제공

아폴로 11호의 착륙지를 포착한 사진은 달의 자전으로 착륙지의 낮과 밤이 바뀌는 시각에 촬영됐다. 사진 왼쪽에 위치한 태양은 지평선에 가까운 매우 낮은 고도에 위치해 있다. 이 때문에 충돌분화구 내부 대부분에서 음영지역 발생한 모습이다. 아폴로 11호 선체가 음영속에서 밝게 보이며 동시에 매우 긴 그림자를 확인할 수 있다.

다누리는 고해상도카메라를 사용해 착륙선 주변에 설치된 레이저반사경 (LRRR)에 의한 매우 밝은 반사광을 촬영했다. 과기정통부는 이 사진에 담긴 밝은 점이 고해상도카메라 분해능의 한계로 LRRR 주변에 설치된 수동지진실험계(PSEP)로부터 기인한 것일 수 있다고 덧붙였다.

항우연은 다누리 홈페이지(www.kari.re.kr/kplo)를 통해 다누리가 관측한 자료를 지속적으로 공개하고 있다. 이번 추석부터는 모바일 환경에서도 달 궤도를 돌고 있는 다누리의 실시간 위치를 확인할 수 있도록 서비스를 개선하기도 했다.

한편 과기정통부는 인스타그램 계정을 통해 25~30일 ‘보름달 찍기 챌린지’ 이벤트를 진행한다. 추석 명절에도 달을 공전하며 성실하게 임무를 수행하고 있을 다누리를 응원한다는 취지다. 다누리 이미지가 담긴 증강현실(AR) 필터로 보름달 사진을 촬영한 참가자 중 추첨을 통해 소정의 경품도 증정한다.

독일 바이에른주 가르힝에 위치한 막스플랑크 플라스마물리연구소(IPP)의 전경. 가르힝=박건희 기자

독일의 지성’이라고도 불리는 막스플랑크연구소는 독일 전역에 총 85개 주제별 연구소를 두고 있다. 그중 독일 남부 바이에른주 뮌헨 근처에 위치한 막스플랑크 플라즈마물리연구소(MPIPP)는 유럽 핵융합의 미래를 이끌고 있다고 해도 과언이 아니다. 세계 최대 스텔라레이터 핵융합기 ‘벤델슈타인-7X(W-7x)’가 이곳에서 탄생했다. 플라즈마물리연구소(IPP)가 개발한 ‘아스덱스-업그레이드(ASDEX-Upgrade)’는 프랑스 남부에 건설 중인 국제핵융합실험로(ITER)와 ITER의 뒤를 이을 차세대 유럽 핵융합기 DEMO의 이론적 바탕이 됐다.

IPP 입구(왼쪽)와 초대 소장을 지낸 물리학자 베르너 하이젠베르크의 흉상. 가르힝=박건희 기자

MPIPP는 1960년에 문을 열었다. 양자역학의 기본 원리 중 하나인 ‘불확정성원리’를 세운 이론물리학자 베르너 하이젠베르크가 이곳 바이에른주 가르힝에 막스플랑크 물리연구소를 세우는 데 주축이 됐고 초대 소장을 지냈다. 이후 MPIPP에서는 1991년 토카막 형식의 핵융합 ‘ASDEX 업그레이드’가 첫 가동됐다. ASDEX 업그레이드의 목표는 토카막 내부에 가둬둔 플라즈마의 온도·압력 등 성질을 정확히 측정하고 이해하는 것이었다. 실험을 통해 얻은 수치는 세계 최대 규모의 프로젝트 ITER를 건설하는 발판이 됐다.

W-7X 건설 현장 당시. MPIPP 제공

● 토로이드 구조 단점 보완해 플라즈마 안정성 높인 ‘스텔라레이터’

1994년엔 스텔라레이터 형식의 핵융합기 ‘W-7X’를 실험하기 위한 MPIPP 두 번째 지부가 독일 북동쪽 끝자락에 위치한 도시 그라이프스발트에 세워졌다. W-7X는 높이 3.5m로, 2023년 기준 세계 최대 스텔라레이터(stellarator)다.

스텔라레이터는 핵융합에너지를 발생시키는 자기장 방식의 하나다. 1951년 라이만 스피처 미국 프린스턴대 교수가 처음 고안했다. 핵융합로 개발 초기 플라즈마 입자가 바깥으로 새어나가지 않게 하기 위한 여러가지 방법이 제시됐는데, 그중 하나가 플라즈마를 원통 용기 안에 가두고 원통 용기의 시작과 끝을 연결한 도넛 모양의 ‘토로이드(toroid)’ 구조였다.

토로이드 구조 주변에 강력한 자기장을 형성해 플라즈마가 도넛 모양 용기 내부에서 흐르도록 한 것이 토카막이다. 플라즈마를 가장 효과적으로 내부에 가둬둘 수 있기 때문에 ITER, 한국형초전도핵융합연구장치(KSTAR), 미국 매사추세츠공대(MIT)의 스파크(SPARC) 등이 채택한 방식이기도 하다.

그러나 토카막 방식엔 도넛 모양의 안쪽에 비해 바깥쪽 부분에 미치는 자기장의 영향력이 약하다는 한계가 있었다. 자기장이 약한 바깥쪽 부분으로 플라즈마 입자가 빠져나가면 플라즈마의 흐름이 불안정해진다.

스텔라레이터는 이와 같은 불안정성을 극복하기 위해 제안된 형태다. 자기장을 꽈배기처럼 살짝 꼬아주면 플라즈마 입자가 토로이드 구조의 바깥쪽과 안쪽을 오가면서 움직이기 때문에 도넛 모양에서의 비대칭적인 움직임을 보완할 수 있다는 것이다. W-7X는 모듈식으로 구성된 자기 코일 50개가 자기장과 플라즈마를 감싸는 ‘헬리아스’식 스텔라레이터다. 슈퍼컴퓨터를 이용해 모듈식으로 하나 하나 제작한 자기코일은 고장나거나 수명이 다한 코일만 단독으로 떼어내 수리할 수 있어 효율성을 높였다.

연구소 내에 전시돼 있는 개발 초기 스텔라레이터. 자기 코일이 통째로 이어져 있어 고장 시 수리가 어렵다(왼쪽).각각의 모듈화된 자기코일이 적용된 W-7X의 새로운 설계 방식(오른쪽). 가르힝=박건희 기자

연구소 내에 전시된 벤델슈타인 7-X의 축소 모형(왼쪽)과 자기 코일 모형(오른쪽). 가르힝=박건희 기자

● 핵융합에너지 상용화 필수 조건은 ‘내벽 재료’ 연구…한국 연구원 핵심 역할

스텔라레이터와 토카막 중 어떤 형식의 핵융합로를 선택할 것인가라는 질문의 핵심은 결국 플라즈마를 얼마나 오래, 효과적으로 가둬둘 수 있느냐다. 1억도의 플라즈마를 최대한 오래 유지할 수 있을 정도로 성능이 뛰어나야만 기기의 생산력과 수명을 담보하고, 실질적인 핵융합 발전까지 이를 수 있기 때문이다.

실험실에 비치된 다이버터 모형을 보여주며 연구 내용을 설명하는 볼프강 야콥 박사. 가르힝=박건희 기자

플라즈마 물리학자들은 핵융합로에서도 ‘다이버터(Divertor)’를 핵심 내부 구조물로 꼽는다. 다이버터는 연료에 섞인 반응생성물(헬륨)과 불순물을 운전 중에 연속적으로 제거해 핵융합 반응이 안정적으로 유지되도록 하는 역할이다. 중성자에 직접 노출돼 있어 초내열 성능이 필수적이다.

MPIPP에서 핵융합로의 내벽재료 표면과 플라즈마 경계면 사이의 물리적 상호작용을 연구하는 볼프강 야콥 박사는 “당구공을 떠올려 보라”고 말했다. 핵융합 반응에서 나온 중성입자가 토카막 내에서 이리저리 튀는 모습이 마치 당구대로 당구공을 탁 쳤을 때 사방팔방으로 튀듯이 흩어지는 공과 비슷하다는 의미다. 중성자가 내벽에 부딪히다가 내벽 사이에 생긴 아주 좁은 틈으로 스며들어가기라도 한다면 핵융합로에 심각한 손상을 입힌다. 야콥 박사는 “핵융합기기를 안정적으로 운영하기 위해선 내벽 재료에 대한 보완 연구가 필수”라고 설명했다.

유정하 MPIPP 책임연구원도 20년이 넘는 기간 동안 MPIPP에서 연구를 해 온 플라즈마 물리 분야에서 손에 꼽는 전문가다. 유럽 내 협력 기구인 유로퓨전(Eurofusion) 컨소시엄에서 다이버터의 설계와 개발 책임을 맡고 있는 그는 올해 국내·외 한인 석학으로 구성된 글로벌 R&D 혁신자문위의 민간위원으로 선정되기도 했다.

유 책임연구원은 연구소에서의 대부분의 시간을 ‘GLADIS’와 함께 보낸다. 가르힝=박건희 기자

유 책임연구원는 ‘글라디스(GLADIS)’라는 2메가와트(MW)의 고출력 중성자빔 장치가 설치된 실험실로 안내했다. 그가 “가장 고마운 장비”라고 부르는 GLADIS는 평방미터당 40MW에 이르는 높은 에너지 밀도의 수소원자를 다이버터 구조물 모형의 표면에 입사시키는 장치다. 이를 통해 실제 핵융합로와 가까운 열부하 조건에서 다이버터의 열적·기계적 성능을 시험하고 주재료인 텅스텐에서 일어나는 미세한 변화와 안정성을 관찰한다.

전자현미경을 통해 수소원자를 맞은 다이버터 모델의 단면을 관찰하면, 마치 골다공증에 걸린 뼈처럼 내부가 부식돼 있음을 확인할 수 있다. 유 책임연구원은 “GLADIS가 지난 20년간 유럽에서 진행된 다이버터 또는 핵융합로 1차 내벽의 시험 및 개발에서 중추적인 역할을 맡고 있으며 해외 연구기관들이 의뢰한 수탁 과제도 활발히 수행하고 있다”고 설명했다.

이어 유 책임연구원은 “현재 기술 수준은 플라즈마의 불안정성 문제와 상용화에 필요한 경제성을 충분히 충족하지 못하고 있기 때문에 지속적인 연구가 필요하다”고 덧붙였다.

실험실 곳곳 글라디스를 활용한 연구 결과가 게시돼 있다.전자현미경으로 관찰하 텅스텐의 단면(왼쪽)과 그 내부 형태(오른쪽). 가르힝=박건희 기자

24일(현지시간) 지구에 착륙한 소행성 베누의 시료가 든 캡슐의 모습. NASA 제공

소행성 탐사선 오시리스-렉스(OSIRIS-REx)가 수집한 소행성 베누(Bennu)의 시료 캡슐이 24일(현지시간) 오전 10시 52분 지구에 무사히 도착했다.

미국항공우주국(NASA)은 오시리스-렉스가 지구 상공 약 6만 3000km에서 미 동부시간 기준 24일(현지시간) 오전 6시 42분 낙하시킨 시료 캡슐이 약 4시간 후인 24일 오전 10시 52분 미국 유타주 사막의 미 국방부 유타 시험훈련장에 착륙했다고 밝혔다.

캡슐은 승용차 타이어만한 크기로, 초속 12km가 넘는 속도로 굉음을 내며 대기권으로 진입했다. 이어 캡슐에 부착된 열 차단막과 낙하산이 하강 속도를 늦췄고 지면에 무사히 착륙했다. 당초 착륙 예정시간은 10시 55분이었으나 3분 앞선 52분에 착륙했다.

2016년 9월 소행성 탐사를 위해 오시리스-렉스를 발사한 지 7년 만에 얻은 성과다. 오시리스-렉스는 2018년 지구에서 약 1억3000만km 떨어진 소행성 베누의 상공에 도착한 뒤 흙과 자갈 등 시료를 채취하는 임무를 수행했다.

이번에 소행성 베누에서 채취된 시료는 약 250g으로, 지금까지 인류가 소행성에서 채취한 양 중 가장 많은 것으로 알려졌다. 시료에는 탄소가 풍부하게 함유돼 있어 약 45억 년 전 태양계 생성 초기에 우주를 형성했던 유기물질을 분석할 수 있을 것으로 보인다.

아일린 스탠스베리 NASA 존슨우주센터 수석과학자는 “이미 10마이크론(µ·100만분의 1미터) 크기의 입자를 12조각으로 잘라 나노 단위로 나열하는 방법을 알고 있다”며 “250g은 엄청나게 많은 양”이라고 영국 BBC와의 인터뷰에서 설명했다.

NASA는 시료에 대한 첫 번째 분석 결과를 내달 11일 기자 회견을 통해 발표할 계획이다. 시료의 일부는 일본, 캐나다 등 전 세계 관련 연구팀에게 배포한다. 나머지 75%는 후대 연구를 위해 NASA 존슨우주센터에 보관한다고 밝혔다.

사이언스 제공

국제학술지 ‘사이언스’는 이번주 표지로 빨간색과 파란색의 블록으로 이뤄진 인간의 모습을 묘사한 그래픽을 실었다. 표지 왼편에는 ‘병을 일으키는 성질을 예측한다’는 문구가 적혀 있다.

인간이 가진 유전자는 약 2만개다. 수만 개의 유전자에서 발생하는 변이와, 변이로 인한 질병의 발생 가능성을 규명하는 것은 과학자들의 주된 과제다.

구글의 인공지능(AI) 기업 딥마인드는 AI프로그램인 ‘알파미스센스’가 7100만개에 달하는 인간 유전자 변이가 질병을 유발할 가능성을 평가하는 데 성공했다는 연구 결과를 19일(현지시간) 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

DNA는 아데닌(A), 시토신(C), 구아닌(G), 티민(T)의 4가지 염기로 구성됐다. 염기 중 하나가 빠지거나 순서가 바뀌는 변이가 발생하면 세포 조직이 제대로 형성되지 않아 질병이 발생할 수 있다. 이러한 염기의 잘못된 변화를 ‘미스센스 돌연변이’라고 한다. 알파미스센스는 DNA가 정상적인 형태를 유지할지 예측하는 방식으로 질병 발생 가능성을 평가한다.

알파미스센스는 구글 딥마인드가 앞서 개발한 단백질 구조 예측 모델 ‘알파폴드’를 토대로 개발됐다. 2020년 개발된 알파폴드는 당시 인간이 가진 단백질 중 약 2억 개의 구조를 파악했으며 2021년에는 36만5000개 이상 단백질의 3D 구조를 예측해냈다.

알파미스센스는 프로그램의 정밀도를 90%로 설정했을 때 분석 대상 유전자 변이 중 57%는 무해하고 32%는 질병을 일으킬 가능성이 있는 것으로 평가했다. 나머지는 영향을 확실하게 파악하지 못했다.

연구팀은 “알파미스센스의 해독법은 인간의 언어와 비슷하다”며 “영어 문장에서 어떤 단어가 다른 단어로 대체됐을 때, 영어에 능숙한 사람이 대체된 단어가 문장의 의미를 어떻게 바꿀지 여부를 알 수 있는 것과 비슷하다”고 설명했다.

한국표준과학원(KRISS)이 개발 중인 50큐비트 초전도 양자컴퓨터 모형. KRISS 제공.

[편집자주] 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19) 사태가 어느 정도 진정세를 보이고 있지만 우리 사회는 일본 후쿠시마 오염수, 기상 재해 등 과학기술과 관련된 이슈가 지속적으로 불거지고 있습니다. 우주개발, 양자컴퓨팅, 챗GPT 등 첨단 과학기술도 어느새 피부로 체감할 정도로 성큼 다가오고 있습니다. 정부는 국가전략기술을 선정하고 과학기술 중심의 패권 경쟁을 선도하겠다고 의지를 보이고 있습니다. 이 과정에서 알려지는 다양한 전문용어는 국민들이 편하게 받아들이기에는 너무 어렵습니다. 동아사이언스는 국어문화원연합회와 수년째 과학기술, 의학 용어에 대한 국민들의 이해를 높이는 방안을 찾는 기획을 진행했습니다. 올해는 정부가 의지를 보이고 있는 국가전략기술 관련 용어들을 들여다보고 국민들의 세금이 투입되는 국가전략기술에 대한 이해를 높이는 기획을 진행합니다.

정부는 범부처 민관합동으로 ‘12대 국가전략기술’ 육성 프로젝트를 준비하고 있지만, 국민들은 첨단 과학기술 용어를 어렵게 느끼고 있다.(관련기사: “처음 들어봐요”…난해한 전략기술 용어, 육성 걸림돌 우려)

양자는 12대 국가전략기술 중 하나다. ‘양자컴퓨팅’, ‘양자통신’, ‘양자센싱’ 등의 세부 중점기술이 있다. 비전문가들에게 익숙하지 않은 용어로 과학기술 육성에 대한 국민 참여도를 높이기 위해선 해당 용어들에 대한 이해가 필요하다는 지적이 나온다.

양자는 물리량이 취할 수 있는 최소량을 의미한다. 물리학에선 상호작용을 할 수 있는 모든 물리적 독립체의 최소단위를 양자라 표현한다. 양자의 다양한 특성은 기존 기술의 한계를 뛰어넘는 양자 기술로 이어진다. 양자 기술의 대표적인 특성으론 원자보다 작은 두 개 이상의 입자가 거리에 무관하게 공동의 통일된 양자상태로 연결되는 현상인 ‘양자 얽힘’, 두 개 이상의 양자 상태가 합쳐진 ‘양자 중첩’ 등이 대표적이다.

● 양자컴퓨팅

양자컴퓨터는 물리적으로 매우 작은 원자나 광자 등에서 나타나는 양자 현상을 정보처리에 직접 이용하는 미래형 컴퓨터다. 현재 디지털컴퓨터는 정보 기본단위를 0과 1로 표현하는 비트(bit)를 쓰는 반면 양자컴퓨터는 양자중첩 현상을 활용해 0과 1이 동시에 처리되는 큐비트(qubit)를 기본 단위로 사용한다. 이를 통해 대량의 병렬연산을 수행해 기존 컴퓨터가 해결할 수 없거나 시간이 오래 걸리는 문제들을 빠르게 해결할 수 있는 성능을 가질 수 있다. 양자컴퓨팅은 양자컴퓨터를 활용한 연산을 말한다.

● 양자통신

양자통신은 빛의 양자 현상을 이용한 통신 기술이다. 기존의 통신 방법과는 달리 정보를 양자 상태의 빛에 입력해 실어 보내며, 양자 물리학 법칙으로 정보가 해킹당하는 것을 원리적으로 차단해 보안이 뛰어나다는 장점이 있다. 암호통신을 위한 암호키를 생성하고 주고받거나, 양자컴퓨터 등의 양자정보처리 장치를 연결하기 위해 사용된다.

● 양자센싱

양자 시스템을 이용해 대상체의 물리적 성질을 분석하거나 감지하고 계측하는 기술이다. 기존 센서가 감지할 수 없는 미세 신호를 양자역학적인 성질을 활용해 더 정확하게 측정할 수 있다. 센서 이미징의 정밀도를 획기적으로 개선한 초정밀 양자센서, 이미징 기술이 개발되면 의료, 국방, 정보통신(IT) 기술 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

이승우 한국과학기술연구원(KIST) 양자정보연구단 책임연구원은 “”미래 핵심기술로 주목받는 양자정보처리 분야는 연구개발 단계를 넘고 산업 생태계 조성이 필요한 단계에 접어들었다”며 “산업 초기에는 기술 장점에 대한 과도한 부풀림, 유사기술의 침투, 검증되지 않은 기술의 홍보 등 다양한 문제가 발생할 수 있기 때문에 기술의 정확한 용어, 가능성, 한계 등에 대한 대중 인식의 확산이 필요한 시점이다”라고 말했다.

한편 정부는 양자 분야와 관련해 향후 5년 내 50큐비트급 양자컴퓨터를 구축한다는 계획이다. 반도체 등 첨단산업연계를 통해 초정밀 양자센서 개발에 나선다. 중장기적으론 상용 확장이 용이한 한국형 양자컴퓨팅시스템을 개발한다. 양자정보 전송을 위한 양자중계기와 양자인터넷 기술 개발에도 나선다.

SPARC의 모체인 알케이터 C-Mode의 내부. PSFC 제공

소형 핵융합 장치 ‘스파크(SPARC)’를 내세워 핵융합 에너지 산업에 뛰어든 미국 스타트업 커먼웰스 퓨전 시스템(Commonwealth Fusion System·CFS)의 뒤에는 매사추세츠공대(MIT) 플라즈마 과학·융합 센터(PSFC)가 있다. 8월 말 방문한 PSFC는 MIT 신입생 맞이에 한창이었다. 신입생들은 PSFC 건물동 중 하나에 위치한 각종 실험 기기 작업 현장을 호기심 가득한 눈으로 둘러보고 있었다. 이 현장에 SPARC의 이론적 모델이 된 ‘알카토 C-모드(Alcator C-Mode)’도 있었다.

● SPARC의 탄생 이끈 MIT 플라즈마 센터… 1960년부터 연구 시작한 결과

MIT 캠퍼스 내에 위치한 PSFC 건물 중 하나. 보스턴=박건희 기자 wissen@donga.com

PSFC로 견학 온 MIT 가을학기 신입생들이 연구원의 설명을 듣고 있다. 보스턴=박건희 기자 wissen@donga.com

알케이터 C-모드는 현재 CFS에서 상업용으로 개발중인 SPARC의 모체격이다. 높은 자기장을 이용해 플라즈마를 실제로 생성할 수 있는지 확인하기 위한 실험용 토카막으로 30년 전인 1993년 첫 가동을 시작했고 2016년 임무를 마치고 ‘은퇴’했다. 토카막은 핵융합 반응을 이끌어내기 위한 핵융합 장치로 세계 최대 규모의 국제핵융합실험로(ITER)와 같은 방식이다.

당시 알카토 C-모드 장비의 일부는 MIT 박물관으로 옮겨져 보관되고 있지만, 몸체는 여전히 센터에서 확인할 수 있다. 도넛 모양 토카막 알카토 C-모드는 국제핵융합실험로(ITER) 토카막의 800분의 1 크기로 매우 작은 편이다. 토카막 내부 중심에서 토카막 경계면까지의 길이가 약 22cm일 정도로 매우 좁다.

크기가 작음에도 8테슬라(T)의 강한 자기장을 생성할 수 있었던 건 고온 초전도자석을 사용했기 때문이다. 실험 결과 알카토 C-모드에서는 8000만도에 이르는 고온의 플라즈마를 만든 뒤 안정된 상태로 토카막 안에 가둬둘 수 있었다. 플라즈마는 높은 자기장에 의해 ‘공중부양’된 상태로 토카막 내벽에 닿지 않고 토카막 안을 회전한다.

알카토 C-모드는 PSFC가 만든 일련의 토카막 시리즈의 세 번째 버전이다. 1960년 프란시스 비터 교수가 ‘국립 자석 연구소’를 설립한 뒤 고자기장 자석을 연구하기 시작한 이래, 1976년 첫 토카막인 ‘알카토 A’가 처음으로 로손 조건(Lawson Creteria)을 만족했다. 로손 조건은 토카막이 자기점화(투입 전력보다 생산 전력이 많은 것)를 달성하기 위해 요구되는 플라즈마의 밀도, 온도, 플라즈마가 에너지를 잃지 않고 유지되는 시간(가둠 시간) 등을 말한다.

이후 1983년 개발된 알카토 C, 1991년 개발된 알카토 C-모드는 로손 조건 만족에 필요한 요건을 골고루 증가시키며 발전해왔다. 2025년 초 첫 플라즈마 생성을 목전에 둔 CFS의 소형 토카막 SPARC는 이처럼 반백년이 넘는 오랜 시간에 걸쳐 물리학자들이 이론을 정립하고 실험을 거듭해 온 결과물이다.

알카토 C-모드 플라즈마 실험 당시 촬영한 실제 플라즈마의 움직임. PSFC 제공

● 한국인 물리학자가 해결한 ‘토카막의 딜레마’

백승규 연구원이 알카토 C-모드 앞에서 활짝 웃고 있다. 보스턴=박건희 기자 wissen@donga.com

2014년 MIT 원자력공학부에서 박사 학위를 취득한 후 PSFC에서 계속해서 플라즈마물리학 연구에 몰두하고 있는 백승규 연구원은 2018년 ‘토카막의 딜레마’를 해결해 학계와 언론의 주목을 받았다.

알카토 C-모드는 플라즈마 내부에 마이크로파를 가해 플라즈마 전류를 한 방향으로 흐르게 하는 방식으로 토카막 내부에 가둬 놓는다. 이를 ‘낮은 하이브리드 전류 유도(LHCD)’라고 한다. 그러나 물리학계가 약 40년 간 풀지 못한 문제가 있었다. 플라즈마 밀도를 높이면 전류를 유도하는 성능이 떨어지는 것이다. 백 연구원은 “빵(전류)이 10조각, 플라즈마도 10개 있을 땐 빵 1조각 씩 나눠가지면 되는데 플라즈마만 100개로 늘면 플라즈마가 얻는 전력이 줄고, 그 결과 플라즈마의 운동량이 줄어드는 것”이라고 비유했다.

백 연구원의 연구팀은 2018년 토카막 경계면에서 발생하는 난류가 토카막 내부로 유입되는 마이크로파 전력에 영향을 줘서 마이크로파가 산란되거나 불안정성을 보인다는 사실을 발견했다. 마이크로파 전력의 손실을 막으려면 경계면 난류를 줄여야 하며, 장치 내의 총 전류를 증가시키는 방법으로 이를 해결할 수 있다는 결론에 이르렀다. 실제 연구 결과, 총 전류를 3배 가까이 높이자 플라즈마의 밀도를 높여도 플라즈마 전류가 효과적으로 생성됐다.

백 연구원은 “토카막에선 최소한의 에너지 투입으로 최대한의 에너지를 뽑아내는 효율성이 중요하다”며 “이론적 접근을 벗어나 실제 핵융합기를 운영할 때 얼마만큼의 효율을 낼 수 있고 어떤 환경적인 요인을 고려해야할지 실험적으로 확인했다는 데서 의의가 있다”고 말했다.

‘비(非)인간 존재’라 주장하며 12일(현지시간) 멕시코 의회 청문회에 등장한 미라. 연합뉴스 제공

미국 항공우주국(NASA)이 ‘미확인 비행 현상(UAP)’ 연구팀 조사 결과 미확인 비행 현상과 외계인 간 연관성을 찾지 못했다고 결론냈다.

NASA는 14일(현지시간) ‘UAP 독립 연구팀 보고서’를 공개하면서 “UAP가 외계에서 기원했다는 증거를 찾지 못했다”고 밝혔다. 그러면서 UAP 전담 연구팀을 꾸려 향후 과학적으로 엄격하고 투명하게 조사하겠다고 발표했다.

‘미확인 비행 물체(UFO)’라는 단어로 더 잘 알려진 UAP는 상공에서 목격됐지만 설명할 수 없는 현상을 지칭하는 공식 용어다. 수십 년간 곳곳에서 UAP를 목격했다는 진술이 잇따르면서 1940년대엔 미군이 나서 하늘에서 목격된 ‘비행접시’에 대한 조사 보고서를 작성하기도 했다. 당시 보고서의 결론은 NASA가 주도해 UAP 연구를 이끌어야 한다는 것이었다.

당국이 UAP에 대한 증거를 은폐하고 있다는 비판이 일면서 NASA는 2022년 6월 천체물리학자, 우주비행사 등 전문 연구 인력으로 구성된 UAP 독립 연구팀을 구성했다. 연구팀은 2022년 10월부터 1년 간 UAP와 외계인 사이의 관련성을 규명하기 위한 연구를 진행했다.

연구팀은 “지금까지 수집된 기록은 불완전할 뿐만 아니라 출처도 불확실하다”며 UAP의 존재를 입증하기엔 고품질의 관측 자료가 부족하다는 결론을 내렸다. 또 “UAP 관측이 과학적인 목적 하에 설계된 것이 아니라 우연히 이뤄진 경우가 많다”고 설명했다.

NASA는 독립 연구팀의 권고에 따라 UAP의 존재 여부를 연구할 수 있는 전담 연구팀을 꾸렸으며, 연구 책임자를 임명했다고 발표했다. 전문지식을 활용해 과학적으로 엄격한 방식으로 투명하게 데이터 수집을 하겠다는 방침이다. 인공지능(AI)을 활용한 데이터 분석 기법도 적용한다고 밝혔다. 다만 연구 책임자의 이름은 밝히지 않았다.

빌 넬슨 NASA 국장은 이날 발표에서 연구팀 발족에 대해 “NASA가 UAP를 진지하게 조사하기 위해 구체적인 행동에 나선 건 이번이 처음”이라고 말했다.

NASA가 UAP와 외계인의 관련성을 부정하고 나선 가운데 지난 12일 멕시코 의회 청문회에서는 ‘비(非) 인간 존재’임을 주장하는 정체불명의 미라가 공개돼 주목을 받았다. 2017년 페루 나스카 인근 모래 해안에서 발견된 것으로 알려졌다. 해당 미라를 공개한 멕시코 언론인 하이메 마우산은 “외계인이라고 부를 순 없지만, 지구상에 존재하는 어떤 존재와도 관련없는 비 인간 존재”라고 주장했다.

지난 8일 모로코 마라케시 지역 CCTV에 찍힌 지진광의 모습. 하늘의 왼쪽 부분에 원인을 알 수 없는 푸른 빛이 발생하고 있다. 트위터 영상 게시물 캡처.

3000명에 가까운 사망자가 보고된 강진이 발생한 모로코 상공에서 지진이 발생한 시점에 원인을 알 수 없는 빛이 발생했다는 사실이 주목받고 있다. 전문가들조차 이 현상의 정확한 원인을 아직 설명하지 못하고 있다.

지난 8일 북아프리카 모로코의 마라케시 지역에서 규모 6.8의 지진이 발생했다. 120년 만에 6 이상의 강진이 발생하며 12일 기준 2862명의 사망자와 2562명의 부상자가 발생한 것으로 전해진다. 산악지대에 위치한 집들이 무너지면서 구조에 어려움을 겪고 있으며 앞으로 희생자 규모는 더욱 커질 전망이다.

지진 발생 당일인 8일 녹화된 마라케시 지역의 CCTV 영상에는 하늘에서 정체불명의 빛이 발생하는 모습이 담겼다. 이는 ‘지진광’으로 불리는 현상이다. 지진이 발생하는 장소의 상공에서 관찰되는 빛이다.

카렌 대니얼스 미국 노스캐롤라이나주립대 물리학과 교수는 뉴욕타임스를 통해 “많은 사람들이 계속 관심을 갖는 현상이지만 아직 원인이 밝혀지지 않은 미스터리 중 하나”라고 지진광을 설명했다.

존 E. 에벨 보스턴대 지구환경과학과 교수가 지진 역사에 대해 기록한 책을 보면 이러한 빛은 수 세기 전 기록에도 남아 있다. 18~20세기 유럽과 아메리카 대륙에서만 지진 관련 공중 발광 현상에 대한 보고가 65건에 달다.

해당 보고들에 의하면 지진광은 하늘 높이 나타나기도 하고, 수평선 가까운 곳에서 발생하기도 한다. 몇 분간 지속되거나, 번개처럼 번쩍이고 만다는 보고도 있다. 빛의 색깔도 다양하게 기록되고 있다. 단, 이는 모두 관찰자에 의한 관찰 보고이기 때문에 어떤 게 진실인지, 또 어떤 게 착각이거나 거짓인지는 알기 어렵다.

하지만 지진광 현상이 상상의 산물은 아니다. 오늘날에는 차량용 블랙박스, 스마트폰 등을 통해 영상 기록으로 증거가 남아 있기 때문이다.

이처럼 관측 증거가 있음에도 불구하고 지진광이 미스터리처럼 존재하는 것은 연구하기 힘든 대상이기 때문이다. 지진이 언제 발생할지 예측하기 어려운 만큼, 지진광 또한 발생 시점을 알 수 없어 연구를 진행하기 어렵다.

지진광의 발생 원인을 예측한 가설들은 존재한다. 지각판 사이의 마찰이 전기를 발생시키면서 발생한다는 설이 있다. 지진이 일어날 때 지각에 응력이 가해지는데 이때 발생한 공기 덩어리의 이온화로 플라즈마가 형성돼 빛이 발생한다는 설도 있다. 지진으로 송전선이 흔들리면서 전기 방전이 일어나 나타난 현상이라는 분석도 있다. 미국 지질조사국에 의하면 지진과 지진광은 서로 연관성이 없다고 보는 전문가들도 있어 아직까지는 불가사의한 현상으로 인지되고 있다.