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[박종진의 과학 이야기] 지구 자기장

우리가 발붙이고 사는 지구는 하나의 큰 자석이다. 지구에 자성이 생긴 이유는 아직 확실하게 밝혀지지는 않았지만, 지구 내부에 존재하는 액체 상태의 철이 움직이기 때문이라고 추측한다. 지구 자기장은 지구를 중심으로 먼 우주까지 뻗어있는데 중요한 것은 태양에서 오는 해로운 우주선으로부터 인간을 비롯한 지구 생명체를 보호해 준다.   태양은 거대한 수소 핵융합 원자로다. 물론 생명에 필요한 열과 빛을 주는 일도 하지만 수소폭탄이 터질 때 생기는 막대한 방사성 물질이 함께 나오므로 아무런 보호 장비 없이 우주 공간으로 나갔다가는 방사선 피폭을 당한다. 다행히 우리 눈에는 보이지 않는 지구 자기장이 그런 해로운 방사성 물질을 막아주는 역할을 한다.     갈릴레이가 활동하던 시절 영국 출신 의사였던 윌리엄 길버트는 자기학의 아버지라고 불렸지만, 전기와 자기는 서로 관계가 없는 독립된 현상이라고 생각했는데 19세기에 이르러 이 두 학문은 불가분의 관계에 있는 전자기학으로 합쳐졌다. 그는 지구 자체가 큰 자석이라고 생각하여 당시 항해할 때 사용하던 나침반의 원리를 설명했다.   우주의 겉모습만 보면 지구에 생명체가 살 수 있는 이유는 공기와 물이 있고 온도가 적당해서라고 쉽게 생각할지 모른다. 하지만 결정적인 이유는 지구를 둘러싼 자기장 덕분이다. 별은 수소 가스가 핵융합하며 빛과 열을 내는 천체다. 그런 별 주위를 공전하는 행성에 생명이 발원하여 살려면 당연히 물과 공기가 필요하고 너무 덥지도 춥지도 않아야 한다.     하지만 핵융합에서 생기는 방사성 물질은 생명체에게 치명적인 해가 된다. 태양과 같은 별이 핵융합하여 만들어 내는 방사성 물질은 태양계의 모든 행성에 쏟아진다. 다행히 우리 지구를 둘러싸고 있는 자기장이 그런 해로운 방사성 물질을 막아 줄 뿐만 아니라 생명체에 해로운 자외선까지 걸러준다. 미래의 지구 식민지가 될 화성에는 자기장이 거의 없어서 화성의 지구화 과정에 큰 걸림돌이 될 것이라고 한다.   자기장의 단위는 현재 널리 통용되는 국제단위계에서 테슬라(T)를 자기장의 단위로 사용하는데 미국으로 귀화한 물리학자 테슬라의 이름을 따른 단위이며 현재 전기 자동차 업계 선두를 달리는 회사도 그 이름이다.     오로라는 태양에서 방출되는 입자들이 지구 자기장과 부딪혀 빛을 내는 현상이다. 보통 고위도 극지방에서 발생한다. 약하기는 하지만 태양계 다른 행성의 극지방에서도 보인다.   지구 자기장 내부에 밴 앨렌대라고 하는 고에너지 방사성 물질이 모인 곳이 있다. 태양에서 무차별적으로 쏟아져 들어오는 방사성 물질이 지구의 자기장에 붙잡힌 곳이다.   지구의 자성은 약 50만 년을 주기로 뒤집히고 있다. 지리적 위치가 바뀐다는 말이 아니라 자성이 변하기 때문에 그럴 때는 나침반을 거꾸로 읽어야 한다. 지구 내부에 액체 상태의 철이 흐르는 방향이 바뀌어서 그런 일이 생긴다고 추측한다. 지금 상태가 벌써 50만 년이 되어가고 있으니 이제 바뀔 때가 되었다. 그렇게 되면 먼 거리를 이동하는 어류나 철새에 문제가 생겨서 지구 생태계가 교란될 것이고, 현재 우리가 사용하는 과학 기재의 방향을 모두 조정해야 하는데 이를 지자기역전이라고 한다. (작가)     박종진박종진의 과학 이야기 자기장 지구 지구 자기장과 지구 생명체 지구화 과정

2024-09-27

[박종진의 과학 이야기] 화성의 지구화

Terraforming이란 우리말로는 지구화라고 하는데 행성 개조를 뜻한다. 지구가 아닌 다른 행성이나 위성에 지구와 같은 온도와 대기를 만들어 인간이 이주해서 살 수 있도록 하는 것이다. 꼭 공상과학 소설 같은 황당한 얘기라고 생각할지 모르지만, 현재 과학기술로 재원만 넉넉하면 거의 가능한 수준이라고 한다.     천체물리학자 미치오 카쿠 박사는 화성으로의 이주는 우리의 선택이 아니라 미래라고 단정했다. 그뿐만 아니라 많은 과학자가 가까운 미래에 인구 폭발, 환경적 재앙, 그리고 자원 부족 등으로 지구 밖 다른 곳에 터전을 잡아야 할지 모른다고 경고했다.   지금부터 500년쯤 전 신대륙이 발견되자 유럽 사람들은 여러 이유로 신대륙으로 이주했다. 범선을 타고 꼬박 두 달 항해를 해야 하는데 쉽지 않은 여행이었다. 어렵게 항해를 끝낸다고 해도 낯선 환경과 질병, 원주민들의 저항에 부딪혀 많은 사람이 죽었다. 그리고 오늘날 우리는 또다시 이주를 계획하고 있다. 이번에는 지구를 떠나 화성이란 새로운 식민지다.   화성은 현재 우리 인류가 지구를 떠나 살 수 있는 0순위다. 그러므로 지구화란 화성의 행성 개조를 뜻한다. 화성은 24시간이 조금 넘는 자전주기를 갖고 있으며, 지축도 23.5도 기울어진 지구에 비해 25도 기울어 있어서 거의 같은 계절을 갖는다.     그런데 문제가 있다. 달까지는 3일이면 가지만 화성은 현재 첨단 로켓을 타고 가도 편도 당 7달이나 걸린다. 아직은 함부로 찝쩍거릴 거리가 아니라는 말이다.     1960년 구소련의 화성탐사선 스푸트니크호를 시작으로 인류의 화성 탐사 역사는 시작됐다. 1976년 미국이 바이킹호를 화성에 착륙시켰고, 21세기 직전부터 탐사 로버를 보냈고 최근에는 탐사차 퍼서비어런스에 드론 헬리콥터를 딸려 보내 성공적인 운용을 했다. 후발주자인 중국도 탐사차 주룽을 성공적으로 착륙시켰다.   지구화의 첫 단계는 화성 표면의 온도를 높이는 일이다. 온실효과를 이용해서 온도를 빙점 이상으로 올리게 되면 드라이아이스와 얼음이 녹아 액체 상태의 물이 존재하게 된다. 물은 생명 현상에 절대적으로 필요한 요소이기 때문이다.     그 다음이 대기를 바꾸는 일이다. 녹조류 같은 식물을 이용하여 광합성으로 대기에 산소를 늘린다. 그런데 문제는 화성에는 자기장이 없어서 태양으로부터 나오는 방사능에 그대로 노출된다. 현재 태양과 화성 사이에 자기발생장치를 설치하는 방법이 연구 중이다.     또 다른 문제는 지구의 40%밖에 되지 않은 약한 중력이다. 중력이 약하면 인간의 신체 구조가 변하게 된다. 큰 무게를 지탱할 필요가 없는 근육과 뼈가 약해지게 되고 세대를 거치면서 인간의 모습이 변할 것이다. 결론적으로 화성으로의 이주는 아직 공상과학 수준이다.   영국의 요크와 햄프셔 지방에서 살던 사람들이 미국으로 와서 만든 도시가 뉴욕, 뉴햄프셔다. 우리 시카고에 사는 사람들이 앞으로 화성으로 이주하여 만들 도시에 ‘뉴시카고’라는 이름을 생각해 본다. 쥘 베른의 소설 ‘지구에서 달까지’에서 거대한 대포를 이용해서 달에 간다는 황당한 얘기가 나온 지 백 년도 채 안 돼서 우리는 로켓을 타고 가서 달에 첫발을 디뎠다. (작가)     박종진박종진의 과학 이야기 지구화 화성 화성탐사선 스푸트니크호 화성 탐사 화성 표면

2022-11-04

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