|
[과학] 달을 알려주마 - 달이 지니는 가치
2011. 1. 26. 수요일
이상
1.
달은 고대인들에게 많은 신화적 상상력에 영감을 불어 넣어 줬어. 그런 고대인들의 상상력의 결과로 방아 찧는 토끼(난 사실 이게 대체 어디서 텨나왔는지 되게 궁금해 누구 혹시 아는 사람있나? 방아라는 걸 육두스럽게 받아들어야 되나 아니면 진짜 방아를 말하나? 근데 왜 방아를 찧나?), 늑대인간, 달의 여신, 달거리(응?) 등 현재에서도 인간들의 상상력을 자극하는 존재들이 탄생했어.
그런데 실제 우리 현대인이 봐야하는 달의 가치는 뭘까? 과학이 발전하고 달에도 가봤지만 달을 보는 우리의 관점을 그다지 변한것 같지 않다는 생각이 들지않아? 우리는 달에 대해 대체 얼마나 알고 있을까? 달이 우리 생활에 어떤 변화를 줄까? 달이 현대인에게 가지는 가치를 제대로 이해한다면 달은 우리에게 완전히 새로운 존재로 다가오게 될꺼야.
지금부터 달의 가치에 대해서 썰을 풀어볼까해.
달이 가지는 가치 중 첫번째는 학문적 가치야. 달은 대기가 없기 때문에 변화가 거의없어. 달의 표면을 보면 구멍이 숭숭나있지? 지구에 만약 그런 구멍이 생겼다면 풍화작용이나 다른 생물들에 의해 변화되어 그 원래 형태를 파악하기 어려울 거야. 달의 경우는 그 완전한 형태를 거의 볼 수 있지.
또한 지구는 현재 전파로 가득차 있어. 휴대폰, TV 등등. 전파망원경에 있어 지구는 마치 나이트클럽의 시끄러운 음악 중심에 있는 것과 같아. 하지만 지구에서 보이지 않는 달의 반대편이라면? 전파의 방해가 없기 때문에 우주에 대한 관측이 정말 쉬워질 거란 말이지.
따라서 달은 우주에서 일어나는 활동을 보다 정확하게 관측할 수 있는 학문적인 가치를 가지고 있어. 그런데 이런 학문적인 가치로는 자본주의의 수장격인 미국이 해마다 퍼붓는 천문학적인 예산을 설명할 수가 없어. 올해는 경제가 안좋은 관계로 예산이 부결되었지만 보통 나사에서 쓰는 예산은 해마다 20조원을 넘어. 미국은 알다시피 돈이 되는 일이라면 전쟁도 불사하지만 돈이 안되는 일에는 눈도 꿈쩍안하는 나란데 대체 왜 우주에 이렇게 많은 돈을 퍼부을까?
나사의 계획을 보면 달탐사 계획 중에 아주 흥미로운 부분이 있어. 바로 달에다가 연구기지를 짓는다는 계획이야. 연구기지에는 연구원들이 상주하게되고 달에 대한 탐사를 해서 지속적으로 인간이 상주할 환경을 만들어 낸다는게 이 계획의 기본 골자야. 왜 인간이 달에 상주해야 할까?
맞았어 바로 거기에 공장이 들어서야 하기때문이야.
얼마전에 달에서 물이 발견됬다는 뉴스를 접한 사람들이 있을꺼야. 물이 발견됬다는 게 큰 뉴스가 된건 바로 사람이 상주하는데 가장 필요한 요소인 물이 해결될 수 있다는 거지. 로켓으로 맨날 마실 물을 실어다 줄 수는 없는 노릇이잖아. 물이 발견되었다는 건 막대한 예산을 줄일 수 있다는 거지.
그럼 인간이 거기 상주하면서 발굴해내야 하는 자원이 뭘까? 월면석의 가격은 상상을 초월해. 주먹만한 돌의 가격이 10억을 호가하지. 단순히 달에 가기 힘들기 때문에 비쌀까?
월면석을 분석해 보면 다음과 같아. (위키 페이지 참조)
보면 알겠지만 타이타늄을 빼고는 그다지 비싼 광물이 보이지도 않는데 왜 이렇게 비싼걸까? 실리콘 가져다가 뽕만들라고?
게다가 광물 분석표도 이미 나와있어서 특별히 분석할만한 가치도 없을텐데 말이야.
미국이 이라크를 침공한 이유는 뭘까? 바로 에너지 자원때문이지. 에너지는 현대 사회를 지배하는데 없어서는 안될 존재야. 일찌감치 록펠러는 이런 사실을 알고 석유시장을 독점해서 막대한 부를 챙길 수 있었지. 현대 사회는 더더욱이나 에너지의 의존도가 높아서 에너지 없이는 단 하루도 사회가 유지될 수 없어. 그래서 각 나라들마다 석유자원이나 다른 에너지원을 비상시를 대비해 미리 비축을 해놓고 있잖아.
그런데 현대 에너지의 중심인 석유는 그 효용성을 다하고 있어. 그래서 차세대 에너지원 개발에 박차를 가하고 있지. 뜬끔없이 왜 에너지 얘기냐고?
대충 예상했겠지만 미국은 지금 달에서 차세대 에너지원을 찾아내려고 하는거야.
2.
파토횽이 제기한 미스테리를 한번 보자고.
4.달 표면에는 5천도의 고온에서만 생성 가능한 티타늄과 지르코늄이 흔하게 널려 있는데 이유는 알려져 있지 않다. 한편 구 소련의 탐사선이 실어온 달의 철은 수십 년이 지나도록 일체의 미세한 산화 작용도 보이지 않고 있다.
5.아폴로 12호와 14호가 달에서 채집해온 샘플에서는 우라늄 236이 발견되었다. 이는 실험실에서 동위원소를 인위적으로 삽입해 만들어야 하는 특수한 물질이다. 이외에도 달 표면에는 방사성 물질이 비정상적으로 많으며 방사능 수치 자체도 높은 것으로 알려져 있다.
6.달 표면에는 상당한 규모의 결정화된 모래 지역이 존재하는데 이런 현상은 수백만 도에 달하는 극초고열을 통해서만 발생 가능하다. 유사한 모래 입자는 지구상의 뉴멕시코나 네바다 사막 일원에서도 찾을 수 있다. 핵실험 지역에서만
우라늄 236*이라는게 있어. 보통 원자력 발전에 쓰이는 건데 우라늄 235에
중성자를 인위적으로 더해서 불안정한 상태를 만들어 핵연쇄반응을 일으키도록 하는거지. 이건 자연상태에 존재하기 어려워 생성된다해도 존재 시간이 수억분의 1초에 불과하거든. 그 후에 바륨과 크립톤으로 붕괴하면서 중성자 2~3개를 배출하면서 안정화 돼.
그럼 질문 5번에서 제기한 우라늄236은? 우라늄 236은 비교적 안정적인 상태의 우라늄으로 보통 원자력 발전에 쓰이고 남은 연료에서 검출되고 반감기는 대략 2천3백42만년정도 돼. 원자력 발전이란 게 결국은 핵폭발을 인위적으로 통제한 상태를 말하는데 자연계에서 이런 일이 일어날려면 어떤 일이 있어야 할까?
달의 표면을 자세히보면 구멍이 곳곳에 나있지? 그건 소행성과의 충돌이나 운석과의 충돌을 의미해.
지구는 대기로 둘러싸여 있기 때문에 운석이나 소행성이 온다해도 대기에
진입하면서 타버리거나 공중폭발하는 게 대부분이지. 퉁구스카 폭발도 공중 폭발이지 지표면에 직접적인 충돌은 아니었지. 달처럼 대기가 없다면? 그대로 맨땅에 헤딩하는거지.
결국 운석이 달에 부딪힐 때 핵폭발에 버금가는 위력의 충돌이 생기고(크기에 따라)이로인해 자연적으로 우라늄 236이 존재하게 되는 거야. 바꿔 말해서 지구에 소행성이 대기에서 타버리지 않고 충돌했다면 당연히 거기서도 우라늄 236이 발견돼. 다만 충돌이 2천 3백만년 전이라야해.
같은 이유로 달의 표면에 왜 티타늄 지르코늄등이 발견되고 결정화된 모래지역이 존재하는지도 설명이 돼. 운석이 충돌할 때 생기는 고온과 핵폭발에 못지 않은 충격때문에 생성되는 결과물이란 거지.
지구에 충돌하는 운석은 일년에 대략 84000개 정도 된다고해. 10그램 이상의 크기만을 측정한 결과물이야. 물론 달은 중력이 지구보다 훨씬 작으니까 이보단 적은 충돌이 있겠지. 그러나 대기가 없으니까 하나하나의 충돌이 지구보다 직접적이게 되고 게다가 달은 거의 전체가 고체 상태이므로 훨씬 충격량이 커지게 돼. 이 부분은 나중에 지진파가 빨라지는 이유를 설명하면서 다시 자세히 다루도록 할께.
달에서 방사능이 높은 또다른 이유 중 하나는 이런 운석과의 충돌뿐 아니라 대기가 없기 때문에 태양에서 오는 태양광을 직접 맞아야 하기 때문이야. 따라서 지금 나사에서는 기지를 설립할때 이 방서선에서 연구원들을 보호할 기지를 연구하고 있어. 우주복과 같은 재질의 천막으로 가져갈 때는 접어서 공간을 적게 차지하고 가서 펴지는 방식의 기지인데 여기를 물로 외벽을 채우고 달의 흙으로 덮어서 방사선으로부터 우주인들을 보호하려고해.
물론 우주인들이 기지 중앙에 있는 한 방에 옹기종기 모여있어야해. 이런 방사선의 축적이 바로 미국이 현재 찾고 있는 차세대 에너지원을 만들어 냈지. 바로 헬륨3지.
3.
달에는 어떤 자원이 있을까? 현재까지 알려진 바로는 달에는 희토류 등 희귀금속들이 많이 발견되고 있어. 금과 백금 다이아몬드도 상당량 매장된 걸로 추정이 되고 있지. 어허 어허 여성 동지들 테이킷 이지~ 대략 추정되는 금액은 1조 달러정도고.
그런데 이런 희귀 금속들과 다이아몬드를 제치는 최고의 자원은 따로 있어. 바로 헬륨3야.
헬륨3의 매장량은 대략 백만톤에서 6억 톤으로 추정되는데 대략 60g의 헬륨3가 가지는 에너지량은 석탄 20톤과 맞먹고 반감기도 12년에 불과해서 청정에너지로 각광받고 있지.
헬륨3는 양성자 2개와 중성자1개로 만들어져서 중수소와 반응해서 핵융합을 일으켜 전기에너지를 얻어낼 수 있어.
현재 미국이 한해 소모하는 전기는 대략 15 조원 정도야. 물론 전체적인 에너지에 쓰는 예산은 대략 300조원을 넘어. 미국 행성지질학연구소의 로런스 테일러 소장이 언급한 내용을 보면 보통 로켓이 한번 달에서 실어올 수 있는 자원의 양이 대략 25t 정도되는데 이 정도 양이면 미국의 일년 동안 쓸 전기 에너지를 공급하는데 충분하다는거야. 그리고 로켓을 한번 쏘아 올리는 비용은 대략 3조원 안팎이지.
물론 전기 자동차라든지 기타 동력 장치들을 좀더 전기 에너지를 쓰도록 만들면 더 많은 비용을 아낄 수 있지. 그러면 이거야 완전히 노나는 장사지 안그래? 물론 핵융합로라든지 다른 연구 개발 비용은 훨씬 더 들겠지만 말야.
달 전체에 매장된 헬륨3의 양은 증가분을 고려해도 인류가 대략 500년 정도 쓸 정도야.
그것도 가장 적게 잡은 100만톤의 매장량을 고려했을 때지. 그러니 이 자원을 갖고 피튀기는 전쟁이 나겠어 안나겠어.
전에 월면석 가격이 엄청나게 높은걸 봤지? 그 이유가 바로 이 헬륨3 때문인거야.
아직도 핵융합 기술을 완성시키는 데에는 난관이 많이 있어. 핵융합은 수소폭탄의 원리인데 쉽게 말해서 두 개의 원자핵이 이 같이 모여서 하나의 무거운 원자핵을 형성하는 현상을 말해. 바꿔 말하면 수소가 두개 모여서 헬륨이 되는 현상과 같은거지.
이런 현상을 유지하려면 일단 1억도 이상의 인공 태양을 만들어서 플라즈마 상태를 유지해야 하는데 이게 기술적으로 대단히 어려워. 녹는점이 가장 높은 금속인 텅스텐도 3410도만 넘으면 녹아버리기 때문에 핵융합로를 만드는데 어려움이 많지. 다행인건 플라즈마는 자성을 띄기 때문에 전자기장으로 묶어 놓을 수 있기 때문에 여기에 착안해서 1968년 소련의 아시모비치 박사팀에 의해 토카막이란 도넛 모양의 핵융합로가 개발되었어.
세계 3대 핵융합 실험장치로 불리는 미국의 TFTR, 유럽연합의 JET, 일본의 JT-60U 토카막 등이 모두 토카막 핵융합 로고 한국의 KSTAR 역시 토카막 핵융합로지. 이런걸 자기 가둠형식이라고해.
이것 말고도 중력가둠과 관성가둠 형식이 있는데 중력 가둠은 그 과정에서 필요한 질량이 너무 큰 관계로 항성급의 질량에서만 구현될 수 있어서 달정도 크기나 되야 기본적인 실험이 가능해. 관성 가둠 방식은 바로 수소폭탄에 쓰이는건데 지속적으로 빠른 에너지 펄스를 주입해서 동시 다발적인 폭발을 유도하는 방식이야. 기타 지금 연구되는 가둠 방식들은 뮤온 촉매 핵융합, 관성 정전기 가둠, 거품 융합 가둠이 있어.
이런 초고온의 온도를 낮춰서 실제 반응을 유도하는 데에는 양자 터널링과 평균 운동 에너지 방식이란게 있는데 운동 에너지 방식은 반응할때 속도 분포에서 실제로 고에너지쪽에 있는 분포한 원자핵이 분열하기 때문에 불균형한 고에너지 상태를 만들어 주면 실제로 필요한 온도보다 낮은 온도에서 반응을 일으킬 수 있어.
양자 터널링은 원자핵이 쿨롱 장벽을 넘는 완전한 에너지를 가지지 않는다하더라도 터널링 효과를 이용해 넘도록 유도할 수 있어. 마치 자석은 대충 가까이만 가면 찰싹 달라붙는 것처럼 터널만 형성해주면 반응이 이뤄진다는거지. 이런 방식들은 지금 모두 연구 중에 있는 부분들이야.
여기서 잠깐 KSTAR를 좀 살펴보면 이게 정말 물건이야. 세계에서 유일하게 초전도체를 사용한 핵융합로로 2008년 6월 세계최초로 중수소 핵융합 반응에 성공하고 플라즈마 상태를 6초 정도 유지하는데 성공했어.
2019년께 프랑스에서 완공될 국제 핵융합 실험로 ‘이터’(ITER)의 축소판이기도 해. 그만큼 세계적으로 주목받고 있는 자랑할만한 기술이지. 미국도 ITER를 탈퇴하면서 자기가 독자개발한다고 큰소리쳤다가 지금 그냥 포기하고 다시 ITER로 겨들어와서 한국,미국, 일본, 중국, EU, 인도, 러시아로 다시 팀을 짜서 연구하고 있어.
그만큼 어려운 기술이지. 미국이 두손 들정도면 대체 얼마나 어려운 기술력이겠어. 처음엔 한국도 ITER 가입에 퇴짜를 맞았는데 KSTAR를 개발한 이후에 얘네들이 오히려 초청해서 가입했어. 게다가 후발 주자인 인도는 엄청난 분담금을 내고 가입했지. 그래도 인도는 여기에 가입하게 된것만해도 지금 완전히 니나노 상태야.
이 KSTAR프로젝트는 노무현 대통령의 숙원사업으로 밀고 있던 프로젝트였어. 이걸 우리의 가카께서 코드 인사라는 명목으로 후임자도 정하지 않고 신재인 전 소장을 퇴임시켜서 프로젝트는 한동안 표류했었고 그런 상황에서 느닷없이 일본인 과학자를 갑자기 3명을 팀에다가 집어넣었지.
보통 이런 국가 기밀 프로젝트에는 외국인들을 아예 넣지 않던가 넣더라도 굉장히 신중해야 하거든? 근데 가카는 그냥 확 밀어부치신거야. 그런데 더 골때리는건 거기에 대한 지원도 턱없이 부족해서 지금도 인력이 부족해서 실험조차 제대로 안되고 있는 상황이야. 지 업적에 집어넣을려면 지원이라도 팍팍주지 도대체가 무슨 생각으로 그랬는지 몰라.
너무나 어처구니가 없지 않아? 이렇게 세계적인 업적을 보고 너무나 부러운 나머지 그냥 자신의 업적에 이걸 넣고 싶어서 이런 말도 안되는 짓거리를 하시는 분이 있다는 게. 그리고 그게 우리 지도자라는 게.
노무현 대통령에 무슨 열등감이 있는지(있는게 정상이고 지가 못난 줄 아니까 다행이긴 해) 잘되는 사업은 족족 자기 업적에 들어갈 수 있도록 편법을 쓰거나 잘되는 꼴보기 싫어서 훼방놓는거 난 아무리 생각해도 제정신 박히고는 못할 것 같아.
지난번 일본총리가 한국 방문할때 가장 먼저 간데가 어딘지 알어? 바로 KSTAR였어. 그만큼 세계가 관심을 가지고 부러워하는 기술력 우리 가카께서는 본인의 조국인 일본에 아무런 조건없이 가르쳐주고 싶으셨던거야.
헬륨3를 이용한 핵융합은 중성자를 방출하지 않고 양성자가 바로 튀어나와서 터빈을 돌릴 필요가 없고 중성자가 튀어나오면서 융합로 외벽에 충돌해서 외벽을 5년 주기로 교체해 줄 필요도 없기 때문에 정말 꿈의 에너지원인거야.
아직까지 핵융합 기술은 연구단계에 있어서 실용화가 되려면 30~40년 정도는 더 기다려야해. 또 여기에 들어갈 예산만 해도 10조원이 넘어.
하지만 나사는 이미 LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter) 계획까지 발표해논 상태고 중국과 일본도 이미 헬륨3 채취를 위한 계획을 수립 중에 있어. 중국이 달이 유인 왕복선을 보낼려고 애를 썼던 중요한 이유중 하나지. 러시아는 아예 국영 우주개발 회사인 에너지아에서 대놓고 헬륨3을 캐와서 연료로 쓰겠다고 발표까지 해논 상태고.
가장 최고의 기술을 가지고 있었으면서도 지금은 계속 표류하고 있는 한국의 핵융합 기술을 보면 참 기가 막히고 배가 아픈 노릇이기도 해.
그럼 달의 에너지는 이 헬륨3로 끝? 천만의 말씀 달은 대기가 없기 때문에 엄청난 양의 태양풍을 받아서 헬륨3가 축적된다고 했지? 그럼 그 엄청난 양의 태양풍을 직접 쓸 수 없을까? 물론 있지요.
바로 태양 집광판을 이용한 반사 형식의 마이크로파 송출이 그 답이지. 다음 시간엔 그 내용과 나머지 미스테리를 전부 다 풀어볼꺼야.
- 강촌 곤지암 대명 무주 베어스 웰리힐리 스타힐 알프스 양지 오크밸리 용평 에덴밸리 지산 하이원 휘닉스 O2(서학)
ㄷㄷㄷㄷ 다음시간에....