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자신을 안다는 것은 어디서부터 어떻게 시작해야 될지 알기 어려운 거대한 과제처럼 느껴질 때가 많다. 하지만 조금 다르게 생각하면 나를 안다는 것은 퍼즐을 맞추는 것과 비슷한 면이 있다.

1000피스 이상의 큰 퍼즐을 맞추다 보면 어디서부터 맞춰야 할지, 지금 내가 손에 들고 있는 조각이 그림의 어떤 부분에 속하기는 하는지, 작은 조각들을 맞춘다고 해서 과연 큰 그림이 완성이 될지 같은 의문들이 밀려온다. 하지만 이 아무것도 아닌 것 같은 조각들을 조금씩 맞추다 보면 어느새 꽃이 피고 강이 흐르는 아름다운 그림이 완성된다.

자신을 아는 과정도 마찬가지다. 기억과 경험들을 통해 자신에 대한 사실을 하나씩 조각조각 맞춰가다 보면 어느새 어떤 그림이 만들어지곤 한다. 이런 과정을 통해 자기 안에는 특정 모습이 자리잡고 있고 이 모습이 또 다른 모습과 연결이 되어서 더 큰 나를 형성한다는 사실을 알게 된다.

물론 말이 쉽지 실제로 자신에 대한 조각 맞추기를 하는 과정은 수년에서 평생 걸릴 수도 있는 장기 프로젝트다. 그래도 분명한 사실은 자신을 형성하는 조각들을 발견하고, 수집하고, 맞추는 행위는 나를 알기 위한 중요한 첫걸음이라는 점이다. 이런 점에서 자신의 생각이나 감정, 기억의 조각들을 기록해두는 행위는 생각보다 우리에게 많은 유익을 가져다 준다.

● 삶의 조각 기록하기

일례로 많은 사람들이 사소한 것이라도 자신과 관련된 정보들을 모으는 것에서 큰 기쁨을 느낀다. 심리 과학(Psychological Science)에 실린 한 연구에서는 사람들에게 타임 캡슐을 만들도록 했다.

자신과 관련된 사소한 정보들을 담도록 했다. 예컨대 최근 친구들과 나눴던 대화, 친구를 알게 된 계기, 최근 들었던 노래, 친구들끼리 흔히 하는 농담들, 최근 페이스북에 올린 포스팅 등 평범한 일상을 기록했다. 이후 타임 캡슐을 열 때 이 내용들이 얼마나 궁금하고 놀랍고 의미있게 느껴질 것인지에 대해 물었다. 타임 캡슐이라지만 별 볼일 없어 보이는 평범한 내용들이 담겼으므로 시큰둥한 반응을 보이는 사람들이 많았다.

하지만 3개월 뒤 실제 타임 캡슐을 열고 사람들의 반응을 살펴봤을 때 사람들은 자신이 예상했던 것보다 훨씬 자신의 삶에 대한 자질구레한 정보들에 큰 흥미를 보였다. 발렌타인데이 때의 데이트 같은 특별한 추억과 비교했을 때에도 3개월 전에 먹은 음식, 친구랑 나눈 대화 같은 정보들이 비슷하거나 혹은 더 큰 기쁨을 가져다 주는 것으로 나타났다. 내 삶에 대한 정보라면 어떤 자질구레한 정보라도 다 중요한 퍼즐 조각이 된다는 것이다.

여기에서 ‘기록’의 중요성이 드러난다. 내 삶에 대한 기록이라면 단편적인 것들도 다 자신에 대해 중요한 정보를 주기 때문이다. 맛있게 먹었던 음식 사진 같은 사소한 것도 나중에 보면 단순히 무엇을 먹었다는 사실에 더해 이 때 자신이 어떤 기분이었는지, 특별히 축하하거나 위로할 일이 있었는지, 누구랑 먹었는지, 어떤 대화를 나누었는지 등에 대한 다양한 정보를 준다.

여행을 다녀와도 결국 남는 것은 사진이라는 말처럼 사진 한 장만 봐도 이를 촉매로 우리가 인출할 수 있는 정보들은 무한대다. 결국 아무리 작은 정보라도 이를 기록하는 행위는 내 삶의 조각을 보관하는 행위에 가깝다는 것이다. 인생은 곧 시간이어서 아무도 삶을 붙잡아 둘 수는 없다. 오직 기록하는 행위만이 지나가버린 삶의 조각들을 모아서 맞춰 볼 수 있게 도와준다.

● 기록하는 글 쓰기

삶의 조각 맞추기는 우리 삶에 의미를 부여해줄 뿐 아니라 더 나은 미래를 설계하기 위한 나침반이 되기도 한다. 역사를 배우는 이유에 대해 사람들은 흔히 과거의 잘못을 반성하고 더 나은 미래로 나아가기 위함이라고들 이야기한다.

따라서 우리는 역사를 배울 때 단순히 사건을 나열하기보다 어떤 사건이 어떤 결과를 초래했는지 다른 방향의 해결책은 없었는지 같은 논리적 흐름과 인과관계에 더 집중한다. 나 자신의 역사를 일목요연하게 정리하는 것 역시 비슷한 효과를 가져온다.

노스캐롤라이나 주립대의 심리학자 키티 클레인은 대학생들에게 2주 동안 하루에 20분씩 요즘 가장 고민인 것들을 적어보도록 했다. 단순히 사건을 나열하는 것이 아니라 그 일이 ‘왜’ 발생했는지, 원인과 결과가 무엇인지, 어떻게 풀어나갈 수 있을지에 대해 인과관계를 서술하도록 했다. 또 다른 학생들에게는 단순히 일어난 사건을 나열하도록 했다. 그러고 나서 이후 이 두 그룹이 어떤 차이를 보이는지 했다.

그 결과 자신에게 일어난 일을 논리적으로 정리해본 학생들은 그렇지 않은 학생들에 비해 우선 스트레스가 감소한 모습을 보였다. 이들의 작업 기억력(working memory: 컴퓨터의 RAM과 같이 여러 테스크를 한꺼번에 처리할 수 있는 능력을 말한다. 작업기억 용량이 적으면 일이 조금만 많아져도 버벅거리게 되는 등 능률이 떨어진다.) 또한 증가한 것으로 나타났다.

해보기도 전에 실패할까 걱정하는 탓에 에너지 소모만 많고 정작 아무것도 하지 않는 비효율도 줄어들었다. 결과적으로 생각을 정리해본 학생들은 그렇지 않은 학생들에 비해 더 높은 학점을 받은 것으로 나타났다.

마음이 복잡할 때 글쓰기 등을 통해 내게 무슨 일이 일어나고 있는지 정리해 보는 것만으로 우리는 걱정을 내려 놓고 나에게 정말 중요한 것이 무엇인지 내가 지금 할 수 있는 것이 무엇이고 어떤 방향으로 나아가야 하는지에 대한 해답을 얻을 수 있다는 것이다.

● 감정을 해소하는 글쓰기

괴로운 감정들에 휩싸여 있을 때도 생각을 정리하는 글쓰기가 큰 도움이 된다. 충격적인 사건이나 큰 스트레스가 발생했을 때는 감정을 잘 해소하고 넘어가는 것이 중요하다. 해소되지 않은 감정은 때로 곱씹기 형태로 나타나 기억 속에서 머물며 계속해서 튀어나오는 성질을 가지고 있기 때문이다.

하지만 감정을 이해한다는 것이 쉬운 일은 아니다. 깊이 생각하지 않으면 진짜 원인을 찾는 것이 어려울 때가 많기 때문이다. 텍사스대의 심리학자 제임스 페니베이커의 연구에 의하면 이렇게 복잡한 감정 상태를 이해할 때에도 내가 왜 어떤 감정을 느끼고 있는지 분석하며 글을 써내려가는 행위가 감정을 이해하는 데 큰 도움이 된다.

복잡한 마음 상태에 대한 기록은 때론 ‘표출’의 역할을 하며 감정의 해방구가 되기도 한다. 일례로 윌프리드 로리어대의 심리학자 민디 포스터는 연구 결과 트위터를 통해 자신이 겪은 성차별에 대해 털어 놓은 여성들은 그렇지 않은 여성들에 비해 행복도가 상승했다고 밝혔다. 청자가 낯선 사람들이기에 더 쉽게 털어 놓을 수 있는 이야기들이 있는 법이다.

미투 운동처럼 새로운 플랫폼을 통해 하지 못했던 이야기를 털어 놓는 행위는 집단적인 공감과 분노, 나아가 사회 변혁의 씨앗이 되기도 한다. 펜은 칼보다 강하다고 작은 기록 또는 표현이 개인의 삶, 나아가 사회를 바꾸기도 하는 것이다. 작은 표현의 효과가 이렇게나 크기 때문에 학자들은 생각이 담긴 글쓰기를 자주 하도록 권한다. 특히 내 삶이 어디로 가고 있는지 모르겠다면 차분히 앉아 사진을 정리해보거나 일기를 적어보는 것이 작은 등불이 되어 가야할 길을 비춰줄 수도 있다.

● 해보기

평소 자신에 대해서 알고 싶었던 부분이나 최근 마음 속을 어지럽혔던 사건들에 대해서 생각해보고 하나를 골라서 적어보도록 하자. 자신의 어떤 부분인지 또는 어떤 사건인지 2-3줄 정도로 적어보자.

① 그 당시 어떤 생각이 들었는가? 어떤 감정들을 느꼈는가.
② 지금 다시 떠올리면 어떤 생각이 드는가.
③ 인정하고 싶지 않은 사실이 있다면 그것들은 어떤 사실인가.
④ 억누르고 싶은 감정들이 있다면 그것들은 어떤 감정인가.

위에 적은 내용들을 찬찬히 읽어보도록 하자. 쭉 읽어보고 어떤 생각이 드는지 다시 적어보도록 하자. 새로운 깨달음이나 이전에는 보지 못했던 결론을 도출할 수 있다면 적어보도록 하자. 결론을 도출하지 못했다고 해도 괜찮다. 며칠 후 다시 들여다보고 비슷한 작업을 해보도록 하자. 한 해를 마무리하는 시점에서 아직 정리되지 않은 감정이나 생각들이 있다면 글쓰기로 풀어 보는 것도 좋을 것 같다.

Pennebaker, J. W. (2004). Writing to heal: A guided journal for recovering from trauma and emotional upheaval. New Harbinger Publisher.

※필자소개
박진영. 《나, 지금 이대로 괜찮은 사람》, 《나를 사랑하지 않는 나에게》를 썼다. 삶에 도움이 되는 심리학 연구를 알기 쉽고 공감 가도록 풀어낸 책을 통해 독자와 꾸준히 소통하고 있다. 온라인에서 ‘지뇽뇽’이라는 필명으로 활동하고 있다. 현재 미국 듀크대에서 사회심리학 박사 과정을 밟고 있다

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.

스마트폰에서 눈을 떼지 못하는 사람들. 저자는 ‘잠깐이라도 스마트폰이 없는 상태가 되는 것이 꺼려지는지’ 등 15개 항목으로 구성된 ‘스마트폰 강박 테스트’ 표를 담았다. 체크한 항목이 8개가 넘으면 전문가 상담이 필요하다. 게티이미지코리아

2시간 19분. 3일 하루 동안 기자가 스마트폰을 통해 소셜네트워크서비스(SNS)에 접속한 시간이다. 주간으로 보면 일평균 1시간 49분을 SNS에 썼다. 잠들기 2시간가량 SNS 화면을 들여다보는 일이 습관처럼 굳어졌다. 기자만 겪는 문제는 아닐 것이다. 2014년 기준 페이스북 사용자들이 한 해 동안 페이스북에 쏟아부은 시간은 총 3만9757년. 페이스북에 눈길을 쏟느라 가족이나 친구, 자신에게 쓰지 않은 시간이 4만 시간 가까이 된다는 얘기다.

이 책은 작정의 새해, 집중력을 떨어뜨리는 스마트폰 중독과 ‘헤어질 결심’을 한 이들에게 추천하고 싶은 실용서다. 미국 뉴욕타임스(NYT) 등에서 프리랜서 기자로 활동한 저자는 스마트폰이 우리 뇌에 끼치는 영향을 분석하고, 스마트폰과 이별할 수 있는 구체적인 방법을 담았다.

시간뿐일까. 스마트폰은 기억도 좀먹는다. 인간이 한 번에 기억할 수 있는 정보의 양은 4, 5가지로 한정돼 있다. 이보다 많은 정보 조각은 ‘인지 부하’로 머릿속에 기억되지 못한다.

문제는 스마트폰 화면에 인지 부하를 일으키는 무수히 많은 정보가 담겨 있다는 것. 저자는 “스마트폰은 앱, 이메일, 뉴스 피드, 헤드라인, 심지어 홈 화면 자체까지 정보의 눈사태나 다름없다”며 “그 결과 단기적으로 정신적 피로를 느끼고 집중하기 어려워진다”고 말한다.

그렇다면 스마트폰 탓에 도둑맞은 집중력을 되찾을 방법은 무얼까. 저자는 112∼113쪽에 ‘도둑맞은 내 시간을 되찾는 30일 계획표’를 담았다. 4주간 총 4단계로 스마트폰 중독과 작별하는 법을 구체적으로 정리했다.

첫 주의 과제는 얼마나 자주 스마트폰을 사용하는지 측정하는 ‘시간 트래킹 앱’을 이용해 중독의 실태부터 파악하는 것이다. 지난 24시간 동안 언제, 왜 스마트폰을 사용했는지 분석한 데이터를 바탕으로 자신에게 실질적으로 필요한 앱과 그렇지 않은 걸 구분할 수 있다.

이 작업을 거치면 SNS에 필요 이상의 시간을 빼앗기고 있다는 사실을 깨닫게 될 가능성이 높다. 그다음 단계로 ‘SNS 앱 삭제’를 권하는 이유다. 소셜미디어와 아예 작별하라는 얘기는 아니다.

저자는 “소셜미디어로 발송된 메일과 초청장을 놓칠까 걱정된다면 하루 한두 번 정도 컴퓨터로 확인하는 시간을 정해 자기만의 ‘과속 방지턱’을 만들라”고 말한다. 밤새 스마트폰을 들여다보는 중증 중독자들은 충전 장소를 바꾸는 걸 추천한다. 침실 대신 다른 공간에서 스마트폰을 충전하는 변화만으로 충분한 수면 시간을 확보할 수 있다.

총 3주간 각 단계를 차근차근 거친 이들에게 저자는 끝으로 ‘스마트폰 단식’을 권한다. 금요일 밤에 잠들 때 스마트폰 전원을 껐다가 주말 내내 스마트폰 없이 하이킹, 여행, 독서 등 자기만의 취미를 즐기라는 것. 이를 주변으로 확장해 “친구 또는 가족과 함께 한 달에 한 번씩 스마트폰 없는 파티를 열어보라”는 권유도 덧붙였다.

저자의 조언대로 30일 계획표를 완수한 이의 후기는 ‘지금 여기’에 집중하는 이의 충만함이 느껴진다. “마침내 그 일을 마친 순간, 전반적인 스트레스 수준이 현저히 낮아졌고 상황을 스스로 주도한다는 성취감이 놀라울 정도로 컸어요.”

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.

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.

인터넷 게임 중독은 뇌 기능을 감퇴시키는 것으로 나타났다. IM3_vs1/게티이미지뱅크 제공.

아시안게임에 e스포츠가 정식 종목으로 채택됐고 리그오브레전드 대회는 세계적인 관심을 모으고 있다. 한국 콘텐츠 수출액의 70%는 게임이 차지하고 있을 정도로 게임은 거대한 문화 산업의 한축이다.

하지만 게임에 대한 부정적인 시각도 공존한다. 세계보건기구(WHO)는 2019년 ‘게임이용장애’에 정식 질병코드를 부여했다. 국내에도 2025년까지 질병코드 도입 여부가 결정될 예정이다.

게임을 질병으로 볼 수 있을지 판단하기 위한 연구도 이뤄지고 있다. 삼성서울병원은 최정석 정신건강의학과 교수 연구팀이 인터넷 게임을 많이 하면 뇌 인지기능과 감정처리 능력에 부정적인 영향을 미친다는 점을 확인했다고 4일 밝혔다.

기능적 MRI 검사 결과 인터넷 게임 중독군은 정상 대조군보다 두정엽과 전두엽 부위에서 뇌 활성이 증가했다.(왼쪽) 청각 자극에 대한 뇌파 신호의 진폭은 인터넷 게임 중독군이 대조군보다 감소했다. 삼성서울병원 제공.

연구팀은 하루 4시간 이상, 주 30시간 이상 게임을 하는 18~39세 26명과 대조군 25명을 대상으로 ‘휴지기 기능적 MRI’와 ‘사건관련전위 뇌파검사’를 시행했다. 기능적 MRI로 뇌 영역의 활동성을 관찰해 기능 장애 여부를 판단했다. 시간에 따라 변화하는 뇌 영역 기능 조사에는 뇌파검사를 활용했다.

검사 결과 게임군은 대조군 대비 기능적 MRI 검사에서 전두엽과 두정엽 활성이 증가했고 청각 자극에 대한 뇌파 신호 진폭은 감소했다. 우측 하측두회와 우측 안와회, 일부 후두부에서는 기능적 MRI와 뇌파검사 반응이 모두 유의미한 양의 상관관계를 보였다. 반면 좌측 해마와 우측 편도체에서는 유의미한 음의 상관관계가 확인됐다.

측두엽, 후두엽 등 여러 뇌 영역의 피질에서 뇌 활성의 변화가 관찰되고 기능적 MRI와 뇌파검사 반응이 상호작용을 보인 것은 인지 처리 능력이 비효율적인 상태를 보인다는 의미다. 이는 뇌 기능이 저하됐음을 의미한다.

최 교수는 “이번 연구를 통해 게임을 많이 하면 실제로 뇌 인지기능과 감정 처리 능력이 저하된다는 것을 확인했다”며 “게임에 과도하게 빠져들지 말고 건강한 취미생활로 활용하길 바란다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘행위중독저널’ 최근호에 실렸다.

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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.

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●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.

인스타그램 ‘valeriominato’

[헤럴드경제= 박영훈 기자] “다들 포토샵인 줄 알았다”

“천체 사진 중에 가장 아름답다”

“소름 돋는다”

“귀신 나올것 같다”

천체 과학자들도 놀랐다. 경이로운 ‘천체 사진’이 공개됐다. ‘초승달+대성당+산봉우리’ 가 삼중 정렬로 겹친 역대급 천체 사진이다. 사진 작가는 이 모습을 찍으려 한자리서 6년을 기다렸다.

미 항공우주국(NASA)은 초승달과 성당 주변 풍경을 담은 놀라운 ‘이 사진’을 올해 가장 뛰어난 ‘천체 사진’ 중 하나로 선정했다. 이 사진은 이탈리아 사진작가 ‘바레리오 미나토’가 찍은 것이다.

인스타그램 ‘valeriominato’

바레리오 미나토는 지난 15일 오후 6시 52분께 이탈리아 피에몬테에서 역대급 천체 사진을 찍는 데 성공했다. 그가 찍은 사진에는 수 페르가 대성당과 몬비소 산, 그리고 지고 있는 초승달이 삼중 정렬을 이룬 모습이 담겼다.

이 경이로운 순간은 바레리오 미나토가 6년의 긴 세월을 기다린 끝에 포착해 냈다. 바레리오 미나토는 오랜 시도 끝에 이 사진을 찍었다고 한다. 정확한 시간과 완벽한 날씨를 만나 역대급 천체 사진을 촬영할수 있었다.

인스타그램 ‘valeriominato’

바레리오 미나토는 자신의 인스타그램 계정에 해당 사진을 찍기까지의 과정을 영상으로 공유했다.

영상 공개를 통해 실제 사진임을 증명했다. 영상이 없었으면, 사진의 진짜 여부를 의심하는 사람들이 많았을 것이라는 주장이다.

과학자들은 “초 단위 정확한 시간과 완벽한 날씨가 만나 탄생한 역대급 천체 사진” 이라며 놀라움을 금치 못했다.

“평생 몇번 보지 못할 장면이다” “현장 영상 없었으면 포토샵인 줄 알았을 거다”, “내가 본 천체 사진 중에 가장 아름답다”, “영상으로 보니 더 소름 돋는다” “너무 멋있다” 등 찬사가 이어지고 있다.

사진=MPS/hormesdesign.de은하계에는 태양 같은 별이 무수히 많다. 그리고 별 주변을 공전하는 행성은 그보다 훨씬 많을 것으로 추정된다. 지금까지 발견한 외계 행성의 숫자는 5000개 정도에 불과하지만, 하나의 별이 태양계처럼 여러 개의 행성을 거느린 경우가 많이 확인됐기 때문이다. 현재 관측 기술로 포착이 어려울 뿐이지 지구 같은 외계 행성 역시 수없이 많을 것으로 예상된다.

당연한 이야기지만, 행성이 이렇게 많다면 위성은 그보다 더 많을 것으로 생각할 수 있다. 그러나 외계 위성 혹은 외계 달(exomoon)을 관측하는 일은 현재 기술로 거의 불가능에 가깝다. 별 앞으로 지나는 행성이 별빛을 약간 가리는 정도를 측정해 행성의 존재까지는 증명할 수 있는데, 이보다 훨씬 작은 위성이 행성 주변을 공전하면서 밝기가 복잡하게 변하는 것을 측정하기는 매우 어렵기 때문이다.

하지만 일부 과학자들은 이런 신호를 포착했다고 발표했다. 2018년 허블우주망원경은 외계 행성 케플러 1625b 주변에서 복잡한 밝기 변화를 포착했다. 이를 분석한 과학자들은 매우 큰 크기의 외계 달이 있을 가능성을 주장했다. 이후 케플러 1708b에서도 비슷한 밝기 변화가 관측되어 두 번째 외계 달의 신호로 추정됐다.

그러나 과학은 본래 믿음보다는 의심의 학문이다. 과학자들은 동료 과학자가 이미 연구한 내용이 맞는지 확인하기 위해 반복해서 관측과 실험을 계속한다. 독일 막스플랑크 태양계 연구소와 조넨베르크 천문대는 외계 달의 주장을 검증하기 위해 밝기 변화를 설명할 수 있는 여러 가지 모델을 만들었다. 이 연구 모델은 오픈 소스 형태로 공개되어 다른 과학자들도 쉽게 재현하거나 참조할 수 있도록 했다.

연구 결과 두 외계 행성에서 포착된 복잡한 밝기 변화는 외계 달 없이도 설명이 가능한 것으로 나타났다. 별 자체의 흑점 등에 의한 밝기 변화, 망원경 이미지 센서의 잡음, 기타 자연적인 요인이 마치 외계 외성이 있는 것 같은 밝기 변화를 만들었다는 것이다. (사진 참조)

물론 이것이 외계 달이 없다는 것을 의미하지는 않는다. 대다수 과학자가 별보다 행성이 많고 행성보다 위성이 많다는 데 동의한다. 다만 현재 기술 수준으로는 의심의 여지없는 증거를 확보하기 어렵다는 의미다.

연구팀은 2026년 발사를 목표로 제작에 들어간 차세대 외계 행성 망원경인 플라토(PLATO, PLAnetary Transits and Oscillations of stars)가 본격 가동에 들어가면 외계 달의 진짜 신호를 포착할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 본래 천문학의 발전은 망원경의 발전과 함께 이뤄졌다. 차세대 망원경으로 더 미세한 밝기 변화를 구분할 수 있다면 잡음인지 진짜 신호인지 자신 있게 말할 수 있을 것이다.