December 15,2019

10년간 가장 중요한 5대 성과는?

힉스, 중력파, 유전자 편집 등 선정

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이제 며칠이 지나면, 2020년으로 넘어간다. 지난 10년 간을 되돌아본다면 가장 중요한 과학적 업적은 어떤 것이 있었을까?

사람마다 평가가 다르겠지만, 과학기술 전문 뉴 아틀라스(New Atlas)신문은 최근 지난 10년간 가장 큰 변화를 가져온 과학적 발견 5가지를 선정해서 소개했다. 소립자 힉스 보손의 발견, 중력파 검출, 크리스퍼 유전자 편집, 외행성 발견, 기후위기 진단 등이다.

힉스 보손(Higgs Boson) 

2012년 유럽 입자물리 연구소(CERN)에서 새로운 소립자가 발견됐다. 이 소립자는 보통 입자물리 뉴스를 접하지 못하는 사람들에게도 주목을 끌었다.

힉스 보손(Higgs Boson)은 그냥 평범한 입자가 아니기도 했지만, 이 소립자가 유명해진 것은 ‘신의 입자’(The God particle)라는 별명이 대중의 상상력을 자극했기 때문이다.

CERN의 LHC 시설 ⓒ 위키피디아

CERN의 LHC 시설 ⓒ 위키피디아

1960년대 이전에 입자의 기본 모델(Standard Model)은 약간의 문제가 있었다. 과학자들의 예측에 따르면, 보손이라고 불리는 기초 입자는 질량이 없어야 한다. 그러나 관측 결과 보손은 질량이 있는 것으로 나타났다.

1964년 세 팀의 과학자들이 독립적으로 그들이 어떻게 질량을 얻는지에 대한 유사한 메커니즘을 고안했다. 통념에 따르면, 양자장은 우주 곳곳을 차지하고 있다. 보손이 양자장을 느끼는 과정에서 속도가 늦춰지면서 질량이 생긴다.

이 소립자는 처음 제안한 피터 힉스(Peter Higgs)의 이름을 따서 명칭도 정해졌다. 그리고 마침내 2012년에 CERN의 LHC(Large Hadron Collider) 가속기는 힉스 보손 입자를 발견했다.

힉스와 프랑수아 잉글러트(Francois Englert)는 이듬해 노벨 물리학상을 받았다. 입자물리학의 성배(聖盃)에 대한 반세기 동안의 사냥을 마감하는 힉스 보손은 가장 중요한 과학적 업적 중 하나이다.

크리스퍼(CRISPR) 유전자 편집

살아 있는 인간이나 다른 유기체의 유전자를 편집하는 것은 수십 년 동안 공상과학소설의 주제였다가 마침내 지난 10년 사이에 실현됐다. 크리스퍼 유전자 편집 시스템은 암이나 HIV와 같은 큰 유전자와 싸우는 데 도움을 줄 것으로 기대된다.

최근 몇 년 동안 과학자들은 크리스퍼와 가이드 RNA 염기서열 및 Cas9 효소를 결합함으로써 기능을 훨씬 강화시켰다. 세포나 살아있는 유기체에 사용될 때, 가이드 RNA는 도구를 DNA에서 원하는 부분으로 향하게 하고, Cas9 효소는 그것을 깔끔하게 잘라낸다.

지금까지 이 기술은 암, HIV, 근육위축증, 협착증, 그리고 유전적인 형태의 맹목과 심장질환과 같은 많은 다른 질병들과 싸우는 데 있어서 가능성을 보여주었다.

CRISPR의 잠재력은 식물을 편집하여 수확량이나 영양이 더 좋은 작물을 만들거나, 곤충이 질병을 퍼뜨리는 것을 막거나, 이식용 인간 장기를 기르기 위해 돼지를 편집할 수 있다.

물론 CRISPR처럼 유망한 툴은 여전히 해결 과정에 있는 윤리적 문제를 제기한다. 연구에 따르면 CRISPR는 유전체 전체에 의도하지 않은 돌연변이를 야기할 수 있다.

중력파(Gravitational waves) 

2015년에 물리학자들은 10억 광년 이상을 여행한 후 지구 위를 스쳐가는 시공간의 잔물결을 발견하였다. 중력파는 알버트 아인슈타인이 1세기 전에 한 예측을 확인시켜 주었다.

아인슈타인이 1916년에 제시한 일반 상대성 이론은 거대한 질량을 가진 물체와 관련된 사건들이 시공간에서 충격파를 발생시킬 것이라는 것을 암시하고 있다.

비록 중력파는 우주에서 가장 활력 넘치는 사건들에 의해 만들어지지만, 중력파가 지구에 도달할 때쯤이면 원자 핵보다 더 작다. 기술적으로 100년 동안 중력파를 탐지하는 것은 불가능했다.

‘레이저 간섭계 중력파 관측소’ (LIGO, Laser Interferometer Gravitude-Wave Observatory)는 미국 루이지애나와 워싱턴에 자리 잡고 있다. 이 쌍둥이 탐지기들은 각각 L자 모양의 4km 길이의 터널 2개로 구성된다. 초정밀 계기들은 이 터널을 따라 레이저가 흘러내려가는 것을 감시하면서 중력파를 감지한다.

블랙홀이 충돌하면서 중력파가 생기는 모습을 그린 상상도 ⓒ LIGO/T. Pyle

블랙홀이 충돌하면서 중력파가 생기는 모습을 그린 상상도 ⓒ LIGO/T. Pyle

2015년 9월 14일, 두 LIGO 탐지기가 중력파의 첫 신호를 포착했다. 이 중력파는 약 13억 광년 떨어진 두 개의 블랙홀 사이의 충돌에서 생성되었다.

LIGO와 2017년 발사된 이탈리아의 Virgo 시설에 의해 중력파가 포착된 이후 수십 개의 신호가 쏟아져 들어왔다. 대부분은 두 개의 블랙홀이 합쳐진 결과였지만, 중성자 별을 삼키는 블랙홀과 두 개의 중성자 별이 충돌하는 중력파도 포함한다.

가장 인상적인 불꽃쇼를 선사했던 것은 바로 후자이다. 2017년 중력파를 검출한 이후, 전 세계 관측소들은 같은 소스에서 광파, 감마선 폭발, X선, 전파 등 전자파 신호를 모두 감지했다.

1세기 동안 풀리지 않은 미스터리를 풀어낸 공로로 2017년 노벨 물리학상은 물리학자인 레이너 바이스(Rainer Weiss), 킵 손(Kip Thorne) 그리고 배리 배리시(Barry Barish)에게 돌아갔다.

외행성 붐(The exoplanet boom)

인류의 역사는 지구의 위치와 역할을 재정립하는 역사이기도 하다. 지금 과학자들의 관심은 태양계 안의 지구와 같은 위치를 가진 행성, 다시 말해 외행성을 찾는 일에 모아진다.

처음 몇 개의 외행성(태양 이외의 항성을 도는 행성)이 1990년대에 발견되었지만 2009년 케플러 우주 망원경이 발사되기 전까지는 상황이 별로 나아지지 않았다. 케플러 망원경은 15만 개의 별들을 동시에 관찰할 수 있도록 설계되었으며, 그들의 빛이 얼마나 자주 흐려지는지 감시하였다.

케플러는 9년 동안 2600개 이상의 외행성을 발견했다. HARPS, WASP, TESS와 같은 다른 우주 망원경의 도움으로, 그 숫자는 더 늘어났다.

이중에는 다양한 종류의 믿을 수 없는 외행성들이 발견됐다. 물 세계, 칠흑 같은 검은 행성, 별 보다 더 뜨거운 행성들이 있다. 거대한 다이아몬드와 루비와 사파이어로 만들어진 구름을 가진 행성이 있다.

그러나 아마도 가장 흥미로운 외행성은  2017년에 발견됐다.  TRAPPIST-1을 돌고 있는 지구 크기의 암석형 외행성 7개이다. 이 중에는 상당한 양의 물이 존재할 수 있다는 것을 보여주었다.  ‘우주에 우리만 존재하는가’라는 질문에 최종적으로 답할 수 있는 가장 좋은 후보들이다.

기후 위기(The climate crisis)

좋은 소식이 아닐지 모르지만, 지난 10년 동안 우리는 인류 역사상 다른 어떤 때 보다 더 많은 기후 기록을 깼다. 기후 위기가 대중들의 관심의 전면에 등장했으며, 해결하기 위한 계획이 추진되었다.

넘치는 증거들은 산업혁명이 일어난 1750년 이후 대기 중 이산화탄소 수치가 급격히 상승했음을 보여준다. 20세기 후반 급격한 상승이 일어나면서, 세계 표면 온도는 꾸준히 상승하고 있다.

남극의 녹고 있는 빙산 ⓒ NASA/Jane Peterson

남극의 녹고 있는 빙산 ⓒ NASA/Jane Peterson

가시적인 결과가 폭발하면서 기후 위기는 10년을 지배했다. NASA와 NOAA에 따르면 2016년은 1880년 기록이 시작된 이래 가장 더웠으며, 가장 더웠던 상위 5개년은 마지막 5개년이다.

과학자들은 이 과도한 열이 세상에 어떤 영향을 끼치고 있는지를 밝혀냈다. 2018년 기후 보고서는 허리케인, 홍수, 가뭄, 산불과 같은 극단적인 날씨 사건이 점점 더 격렬해지고 흔해지고 있음을 보여주었다. 빙하와 극지방 얼음이 줄어들고, 해수면은 상승한다.

2015년 대기 중 이산화탄소는 약 300만 년 만에 처음으로 400ppm을 넘어섰다. 이것은 또한 바다가 더 많은 가스를 흡수하고, 더 산성으로 변한다는 것을 의미한다. 기온은 올라가고 산성도 높은 물이 생기면서 2016년과 2017년 호주의 그레이트 배리어 리프가 하얗게 변하는 사건이 일어났다.

아직 희망은 있다. 2015년에는 거의 200개국이 파리기후협정에 서명하여 전 세계 기온이 산업화 이전 수준보다 2°C 상승하는 것을 막기 위해 온실가스 배출을 줄이겠다고 약속했다.

기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)의 보고에 따르면, 이러한 목표를 달성하기 위해서는 사회의 모든 면에서 전례 없는 변화가 필요하다.

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