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우주에서는 맥주 먹어도 트림 안 한다...우주의 신기한 물리현상 7가지
2014-08-14 06:00 CBS노컷뉴스 감일근 기자 

향이 다른 꽃, 공모양의 불꽃, 더 치명적인 박테리아, 흐르지 않는 땀

지상에서의 촛불(좌)은 중력의 영향으로 길쭉해지는 반면 우주에서는(우) 공 모양을 하게 된다. (출처=NASA)

물을 데울 때 물속에서 수많은 기포가 발생하면 끓는다는 사실을 경험적으로 알고 있다. 그러나 우주에서는 끓는 모양이 지구와는 전혀 다르다고 한다. 

지상에서는 탄산음료를 마시면 트림을 하게 되지만 우주에서는 그렇지 않다. 같은 꽃도 우주에서 자라면 향이 다르다. 

이처럼 중력이 거의 없는 우주는 지구와 물리적 환경이 다르고, 따라서 지구에서 일상적으로 경험하는 물리적 현상도 전혀 다른 형태로 나타난다. 

일상생활에서 항상 접하는 물리 현상 가운데 우주에서 가장 이상한 형태로 나타나는 7가지 현상을 정리했다. 

1. 같은 꽃도 향이 다르다 

같은 꽃도 우주에서 자라면 지상에서와는 상당히 다른 향기를 낸다. 향기를 내는 화합물에 변화가 오기 때문이다. 식물의 향기를 내는 휘발성 물질이 중력, 습도 등의 환경 요소에 크게 영향을 받기 때문이다. 

1998년 우주왕복선 디스커버리는 우주에서 다양한 장미들로부터 향을 추출했고, 후에 일본의 화장품 회사 시세이도는 이를 분석해 젠이라는 향수를 만들었다. 

2. 물이 끓을 때 큰 거품 하나만 발생 

지구에서 끓는 물은 수 천개의 작은 기포들을 발생시킨다. 하지만 우주에서는 하나의 큰 거품이 파동할 뿐이다. 유체역학은 매우 복잡해서 물리학자들도 1992년 우주선에서 실제 실험을 해볼 때까지 저중력 상태에서 물을 끓이면 어떤 현상이 나타날지 확실히 알지 못했다. 

끓는 물의 모양이 우주에서 하나의 큰 기포로 단순해지는 것은 중력으로 만들어지는 대류와 부력이 없기 때문으로 분석된다. 

이 실험 결과는 물리 측면에서 많은 응용이 가능하다. NASA(미항공우주국)는 우주선의 열을 보다 효율적으로 식힐 수 있는 시스템 개발에 적용할 수 있을 것으로 보고 있다. 

또 언젠가 우주정거장에서 태양열을 이용, 액체를 끓인 뒤 여기서 발생하는 기포로 터빈을 돌려 전기를 얻는 발전기를 만드는데 이용할 수도 있다. 

3. 둥근 공 모양의 불꽃 

지구에서 촛불을 켜면 불꽃이 위를 향하면서 길다란 모양이 된다. 그러나 우주에서 불꽃은 시발점으로부터 모든 방향으로 동일하게 뻣어나가면서 공 모양을 만들게 된다. 

지구 표면에 가까울수록 공기입자들이 많다. 중력이 공기입자들을 지표면으로 당기고 있기 때문이다. 반대로 지표면에서 멀어져 대기가 적어질수록 압력이 점차 약해진다. 이런 공기압의 차이가 촛불의 모양을 변화시킨다. 

이를 좀 더 구체적으로 설명하면 높은 곳과 낮은 곳의 공기압 차이는 공기의 순환으로 이어져 대류 현상이 발생한다. 촛불 주위의 공기는 불로 데워지면서 팽창하게 되고 그것을 둘러싸고 있는 찬 공기보다 밀도가 떨어지게 된다. 데워진 공기입자는 밖으로 팽창하는 반면 주위의 찬 공기입자는 이를 억누르는 역할을 한다. 

촛불의 아래쪽은 뜨거워진 입자를 누르는 찬 공기 입자들이 더 많은 반면 촛불의 위쪽은 상대적으로 저항이 적어진다. 이것이 바로 촛불을 위쪽으로 향하게 만드는 이유이다. 

반면 중력이 없는 상태에서는 촛불에 데워진 공기가 팽창하면서 모든 방향에서 똑 같은 저항을 받게 돼 촛불이 공 모양을 하게 되는 것이다. 

4. 더 빨리 증식하고, 더 치명적으로 변하는 박테리아 

30년간의 실험에서 박테리아 군체는 우주에서 훨씬 빨리 성장했다. 대장균인 E. coli의 경우 지구에서보다 2배 빨리 성장했다. 더구나 일부 박테리아는 더욱 치명적으로 변했다. 

2007년 실시된 우주선 실험에서 살모넬라균은 일부 유전자의 발현이 변하는 것으로 나타났다. 또, 우주선 실험 후 이들 균을 지상의 쥐에 주입한 결과 병을 유발하는 확률이 지상에서 성장한 균에 비해 3배 이상 높았다. 

박테리아가 우주에서 성장이 더 빠른 이유에 대해서는 몇 가지 가정이 있다. 그중 하나가 비교 대상이었던 지구의 박테리아보다 성장할 수 있는 공간이 더 넓었기 때문이란 분석이 설득력을 얻고 있다. 우주선 실험 당시 비교 대상이었던 지구의 균들은 중력의 영향으로 배양접시 아래 쪽에 몰려 군락을 이루고 있었기 때문이다. 

유전자 표현의 변화와 관련해서는 유전자 표현에 관여하는 Hfg 단백질이 스트레스에 반응한 결과로 보고 있다. 저 중력 상태가 세포 속 액체의 움직임을 변화시킴으로써 박테리아에 기능적인 스트레스를 주었을 것이란 분석이다. 

Hfq는 스트레스를 받을 경우 생존모드를 작동하는데 이는 세포들을 더욱 치명적인 상태로 만드는 성질이 있다. 

살모넬라균이 우주에서 보인 반응은 지구에서 유용하게 응용할 수 있다. 일례로, 살모넬라균이 사람의 면역체계에 의해 비슷한 공격을 받게 되면 동일한 반응을 보일 확률이 높기 때문이다. 

5. 맥주를 마셔도 트림을 하지 않는다 

무중력 상태는 부력이 존재하지 않기 때문에 가스 거품을 탄산음료로 부터 끌어내 밀어 올릴 힘이 없다. 이는 맥주나 음료수가 우주인의 위에 들어가더라도 이산화탄소가 여전히 음료 속에 정체돼 있도록 만든다. 

따라서 가스를 트림으로 배출할 수 없으며 이로 인해 우주에서 탄산음료를 마실 경우 속이 매우 불편하게 된다. 

호주의 한 회사는 우주인을 위해 향은 풍부하면서 탄산을 거의 포함하지 않은 ‘보스톡 4 파인 스타우트’라는 우주 맥주를 개발했다. 한 비영리 우주연구 기관은 이 맥주가 향후 상업용 우주선을 타고 우주 여행을 할 사람들이 안전하게 먹을 수 있는지 시험하고 있다고 한다. 

6. 흐르지 않고 피부에 쌓이는 땀 

촛불의 경우와 같이 무중력 상태에서는 자연 대류도 존재하지 않는다. 이는 몸의 열기가 피부 밖으로 나오지 못한다는 이야기다. 따라서 우주에서 인체는 자신의 몸을 식히기 위해 끊임없이 땀을 흘리게 된다. 

문제는 땀은 끊임없이 나오지만 흐르거나 증발하지 않고 계속 쌓이게 된다. 그만큼 인체는 불쾌감을 느끼게 된다. 

7. 평평하게 변하는 눈동자 

무중력 상태에서 우주인의 눈은 뒷부분이 납작해진다. 또 지상에 돌아와서는 높아진 중력으로 인해 머리에서 비정상적으로 높은 압력이 발생, 시신경이 붓기도 한다. 

무중력 상태에서는 아래로 당기는 중력이 없기 때문에 신체 내 각종 액체가 지상에서보다 더 높이 상승하고, 그 결과 두개골 내에 압력이 증가하면서 눈을 압박하게 된다. 

이 경우 대부분의 사람은 시력이 약해지지만 근시를 가진 사람은 눈동자가 평평해지는 효과에 의해 시력이 좋아지기도 한다. 시신경이 부어오를 경우 적절한 처치가 없으면 시력을 잃게될 수도 있다.

따라서 이 문제는 향후 화성을 비롯해 인류가 얼마나 더 멀리 우주여행을 할 수 있는지를 결정하는 주요 변수가 될 수 있다.



 
Posted by civ2

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