지구의 대기 표면에 도착하는 태양에너지는 태양이 방출하는 총 복사에너지의 22억 분의 1 정도뿐이다. 그중에서도 약 30%는 우주로 반사되는데 매년 지구의 대기, 바다, 육지가 받아들이는 태양에너지의 양은 3850제타줄(ZJ)이다.
2005년 기준으로 전 세계의 전기 소비량이 약 0.0567제타줄이라고 하니 태양에너지의 엄청난 규모를 미루어 짐작할 수 있다. 1초에 내뿜는 태양에너지만 해도 전 인류의 연간 에너지 소비량보다 7000배나 많다.
이탈리아의 보렉시노 검출기에서 연구하는 과학자들이 태양의 핵융합 과정 동안에 생성되는 CNO 중성미자를 직접 검출하는 데 성공했다. 사진은 보렉시노 검출기와 태양의 합성 이미지. ©Borexino Collaboration/Maxim Gromov
그럼 태양은 어떻게 이같이 엄청난 에너지를 생성하는 걸까? 태양은 거대한 핵융합로로서, 수소를 지속적으로 헬륨으로 변환한다. 이 과정은 ‘수소 연소’라고도 하는데, 여기에는 기본적으로 두 가지 유형의 프로세스가 있다.
양성자끼리 융합하는 과정에서 수소를 헬륨으로 변환하는 ‘양성자-양성자 연쇄반응(P-P 연쇄반응)’과 수소가 탄소(C)와 질소(N), 산소(O)를 이용해 헬륨으로 융합되는 ‘CNO 순환 반응’이 바로 그것이다. CNO 순환은 1930년대에 독일의 물리학자 한스 베테와 카를 폰 바이츠제커가 이론적으로 예측해 ‘베테-바이츠제커 순환 반응’이라고도 한다.
1%만 생성되는 희귀한 중성미자
P-P 연쇄반응은 태양처럼 비교적 작은 질량을 가진 항성에서 주로 일어나는 핵융합 방식인데 비해, CNO 순환 반응은 태양 질량의 1.5배가 넘는 무거운 항성에서 주로 일어나는 핵융합 방식이다.
과학자들은 태양의 경우 P-P 연쇄반응이 태양에너지의 99%를 만들고 나머지 1%가 CNO 순환 반응에 의해 생성되고 있을 것으로 추정한다.
태양에서 일어나는 모든 핵융합 과정은 엄청난 양의 에너지 외에 수많은 중성미자를 발생시킨다. 지구 표면 1㎠에 쏟아지는 태양 중성미자가 초당 최고 650억 개일만큼 많다. 하지만 이 유령입자는 다른 어떤 입자와도 상호작용을 거의 하지 않기 때문에 그 정체를 알아내기란 건초 더미에서 바늘을 찾는 것만큼 어렵다.
그럼에도 P-P 연쇄반응에서 만들어진 중성미자는 이미 감지해서 연구하고 있지만, CNO 순환 반응에서 만들어지는 중성미자는 지금까지 한 번도 검출된 적이 없다. 즉, CNO 중성미자는 가설의 영역에서만 존재하는 입자인 셈이었다.
그런데 최근 이탈리아의 보렉시노 검출기에서 연구하는 과학자들이 태양의 핵융합 과정 동안에 생성되는 이 독특한 중성미자를 직접 검출하는 데 성공했다. 또한 연구진은 지구에 도달하는 CNO 중성미자의 총 흐름을 추정해 지구 표면 1㎠에 매초 7억 개의 CNO 중성미자가 쏟아진다고 발표했다.
이는 태양의 CNO 순환 반응이 총 생산 에너지의 약 1%를 담당할 것이라는 기존 추정과도 일치한다. 독일 마인츠대학의 마이클 부름 교수와 다니엘레 구판티 박사 등의 ‘보렉시노 컬래버레이션’ 멤버들이 발표한 이 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처’ 최신호에 게재됐다.
핵융합 발전의 새로운 이정표 기대
연구진이 사용한 그란사소 연구소의 보렉시노 검출기는 태양 중성미자의 전체 스펙트럼을 한 번에 관찰할 수 있는 유일한 검출기다. 18미터 높이의 탱크에 2000톤의 순수한 물이 담긴 이 장치에는 방사선이 부딪히면 섬광을 발하는 특수 유기 용액 280톤과 2200개의 센서가 있어 CNO 중성미자와 같이 아주 희귀한 신호도 감지할 수 있는 것으로 알려졌다.
하지만 탐지된 신호가 실제로 중성미자인지 확실히 하기 위해서는 데이터 분석 중 다른 잠재적 신호원을 끄거나 필터링해야 한다. 여기에 우주 방사선에 의한 자연 배경 방사능이나 뮤온과 관련된 간섭이 포함될 수 있기 때문이다.
보렉시노 검출기는 태양 중성미자의 전체 스펙트럼을 한 번에 관찰할 수 있는 유일한 검출기다. ©Public Domain(wikipedia)
아펜니노산맥의 1400미터 두께 암석층 아래 탱크가 차폐되어 있음에도 우주를 구성하는 기본 입자인 뮤온의 일부는 그곳에 도달할 수 있으며, 방사능 붕괴의 경우 얼핏 보면 진짜 중성미자 신호와 구별할 수 없는 신호를 만들어낼 수도 있다.
연구진은 이러한 유사 신호들을 구별할 수 있는 정교한 분석 기법을 개발하여 CNO와 같이 희귀한 중성미자 신호를 안정적으로 파악할 수 있었다고 밝혔다.
이번 연구 결과는 우리의 태양뿐만 아니라 다른 거대한 항성들이 주로 에너지를 생성하는 핵융합 과정에 대한 이해를 넓힐 수 있다는 점에서 의미가 크다. 현재 국제적으로 시도되고 있는 핵융합 발전이 상용화되면 인류는 새로운 인공태양을 얻을 수 있게 된다.
또한 수소와 헬륨 외에 탄소와 질소, 산소처럼 무거운 원소들이 태양 플라스마에서 얼마나 자주 발견될 수 있는지에 관해 더 나은 통찰력을 얻을 수 있는 길도 열어주었다는 평가를 받고 있다.
(2909)
로그인후 이용 가능합니다.
대한민국의 내일을 바꿀 발명 기술 1위로 '인공지능'(AI) 이 선정됐다. 특허청은 발명의 날(5월 19일)을 앞두고 국민이 뽑은 '대한민국 내일을 바꿀 10대 발명 기술'을 18일 발표했다. 인공지능 기술에 이어 2위는 로봇, 3위는 미래차가 차지했으며 수소(4위), 에너지(5위) 등이 뒤를 이었다.
라오스 고대 동굴서 화석 인류인 데니소바인 소녀에게서 나온 것으로 추정되는 어금니가 발견돼 학계에 보고됐다. 네안데르탈인의 사촌 격인 데니소바인은 화석이 드문데다 동남아 열대 지역 거주가 확인된 것은 처음이다. 호주 플린더스대학과 외신 등에 따르면 코펜하겐대학 고인류학자 파브리세 데메테르 박사 등이 참여한 국제 연구팀은 라오스 북동부 안남산맥의 석회암 동굴 '탐 은구 하오(Tam Ngu Hao) 2'에서 발굴한 어금니 화석에 대한 연구 결과를 과학 저널 '네이처 커뮤니케이션'(Nature Communications)에 발표했다.
천식 치료제 알부테롤(albuterol)과 부데소니드(albuterol)를 병행 투여하면 천식 발작을 크게 줄일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 천식 발작은 천식이 악화해 호흡이 빠르고 숨을 내쉬기 힘들게 되는 상태로 응급실 이송이나 입원이 필요하게 된다. 심하면 사망할 수도 있다. 기관지 확장제인 알부테롤은 속효성(short-acting) 베타-2 항진제로 기도에 있는 베타 수용체와 결합, 평활근을 이완시켜 천식 발작을 억제한다.
12일 국제 '사건지평선망원경'(EHT) 협력단이 발표한 우리 은하 중심부에 있는 블랙홀의 실제 이미지 포착은 한국천문연구원 연구진도 참여해온 EHT 프로젝트를 통해 거둔 획기적인 성과다. 블랙홀이라고 하면 대부분 영어 단어 뜻 그대로 해석해 '검은 구멍'을 떠올리지만 블랙홀은 빛조차 흡수해 버리기 때문에 직접 볼 수 없다.
1형 당뇨병은 인슐린을 생성하는 췌장의 베타세포가 자가면역 반응으로 파괴되는 병이다. 이렇게 베타세포가 손상되면 인슐린 부족으로 혈당치가 급격히 치솟아 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 그래서 1형 당뇨병 환자는 매일 인슐린을 투여해야 한다.
아프리카나 중동에 주로 서식하는 열대·아열대성 곤충인 '푸른아시아실잠자리'가 북위 37.7도인 우리나라 파주시에도 사는 것이 확인됐다. 국립생물자원관은 '기후변화 생물지표종'인 푸른아시아실잠자리가 경기 파주시에서 관찰되기 시작했다고 17일 밝혔다.
북한은 평양 강동군 구석기 동굴에서 2만여 년 전의 것으로 추정되는 인류의 화석이 발견됐다고 주장했다. 11일 조선중앙통신에 따르면 김일성종합대학 역사학부 연구팀은 최근 강동군 임경노동자구 구석기 동굴을 탐사하던 중 2층 문화층에서 인류 화석 7점, 짐승 뼈 화석 9종에 300여점, 포분화석 274개를 발굴했다.