독서에 진심인 문과생들을 위한 천문학
안녕하세요 독서 칼럼 쓰는 타르코프스키입니다.
함께 천문학 지식을 키워봅시다. 생각보다 어렵지 않습니다.
나라면 어떻게 오답 선지를 만들어 보는지 꼭 생각해보세요.
(연습문제 1)
Morbidelli, A. (2018, July 30). Accretion Processes. Oxford Research Encyclopedia of Planetary Science.
천체 물리학적 현상의 복잡성과 다양성을 아우르는 행성계의 형성 과정은 페블 축적이라는 근본적 메커니즘을 중심으로 전개된다. 이 과정에서 거대 행성, 지구형 행성, 슈퍼지구 또는 해왕성형 행성(SEN)과 같은 상이한 유형의 천체들이 출현하며, 각각은 고유한 물리적 특성과 진화 경로를 보인다. 거대 가스 행성의 경우, 페블의 효율적 포집으로 인한 질량 증가가 주변 원반으로부터의 가스 유입을 촉진하나, 초기에는 열에너지 방출로 인해 가스 포획이 제한된다. 약 20 지구 질량에 도달하면 중력장의 변화로 인해 고체 축적이 중단되고, 이는 런어웨이 가스 축적의 시작점이 된다. 이 과정은 원반 내 가스 유입률과 광증발 현상에 의해 최종적으로 제어된다. 동시에 행성-원반 상호작용은 복잡한 이주 현상을 유발하여 행성의 최종 궤도 위치에 결정적 영향을 미친다. 타입-I 이주와 타입-II 이주의 메커니즘 차이는 행성의 질량과 원반 내 틈의 형성 여부에 기인하며, 이는 외계 거대 행성의 관측된 분포와 우리 태양계 거대 행성의 위치를 설명하는 데 중요한 역할을 한다. 지구형 행성은 원시 행성들의 장기간에 걸친 충돌과 병합을 통해 형성되며, 그 과정에서 원시 대기의 포획이나 유의미한 이주는 거의 일어나지 않는다. SEN은 가스 원반 소산 이전에 주요 질량을 획득하여 중간 규모의 대기를 보유하면서도 상당한 이주를 겪는 독특한 범주를 형성한다. 행성계의 다양성을 이해하기 위해서는 축적 과정, 이주 메커니즘, 초기 원반 조건 간의 복잡한 상호작용을 고려해야 하며, 이를 위해 관측 데이터, 이론적 모델, 첨단 분석 기법의 통합적 접근이 필수적이다. |
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(연습문제 2)
Marboe, I. (2019, June 25). Agreement on the Rescue and Return of Astronauts and Objects Launched into Outer Space. Oxford Research Encyclopedia of Planetary Science.
우주 비행사의 구조 및 송환과 우주로 발사된 물체의 반환에 관한 협정(ARRA)은 1968년에 제정되어 우주 활동의 법적 기반을 마련하였다. 이 협정은 "우주선의 승무원(personnel of a spacecraft)"으로 정의된 우주 비행사에 대한 국가의 지원 의무와 우주 물체의 반환 절차를 명시하고 있다. 1967년 우주 조약(OST)과 연계하여 작동하는 ARRA는 냉전 시대의 긴박성을 반영하며, 인도주의적 의무와 미소 양국의 정치적, 안보적 이해관계를 조율하고자 하였다. 유엔 평화적 우주 이용 위원회(UNCOPUOS)와 그 법률 소위원회의 주도 하에 진행된 협상 과정에서는 군사 우주선의 포함 여부, 국제 정부간 기구의 참여, 분쟁 해결 메커니즘의 부재, 그리고 우주 물체로 인한 손해 배상 책임 등이 주요 쟁점으로 부각되었다. 신속한 채택 과정은 주요 우주 강국의 이해관계를 우선시했다는 비판을 받기도 하였다. ARRA는 우주선 승무원에 대한 무조건적 지원과 신속한 송환을 규정하는 한편, 우주 물체의 회수와 반환은 발사 주체의 명시적 요청에 따라 이루어지도록 하여 해당 물체의 잔존 가치를 고려하고 있다. 주목할 만한 점은 ARRA가 우주 물체의 회수와 반환 사례에서는 적용되었으나, 우주 비행사 구조 작업에서는 아직 발동된 바가 없다는 것이다. "우주 비행사"에서 "우주선의 승무원"으로의 용어 변경은 비전문 우주 여행자의 포함 여부에 대한 법적 해석의 여지를 남겼다. 우주 활동의 상업화, 민영화, 그리고 우주 관광의 부상은 ARRA의 적용 범위에 관한 새로운 법적 과제를 제시하고 있다. 특히 비정부 행위자와 준궤도 비행(suborbital flights)에 대한 적용 가능성, 구조 및 반환 작업의 비용 분담 문제 등이 주요 쟁점으로 떠오르고 있다. 기술 발전에 따른 우주 활동의 변화는 ARRA의 진보적 해석이나 새로운 법적 체계의 필요성을 제기하고 있으며, 이는 협정의 조항, 맥락, 목적을 재검토해야 함을 시사한다. 민간 부문의 참여 확대로 인해 우주 물체에 대한 소유권, 통제권, 관할권 문제가 더욱 복잡해지고 있으며, 구조 및 반환 작업의 비용 분담에 관한 명확한 규정의 부재는 시급히 해결해야 할 법적 공백으로 지적된다. 해양법 분야의 유엔 해양법 협약(UNCLOS)과 해상 구조에 관한 국제 협약(Salvage Convention)은 유사한 문제에 대한 규제 모델을 제시하고 있어 참고할 만하다. ARRA는 여전히 우주법의 핵심적인 법적 제도로 기능하고 있으나, 그 실효성은 우주 활동의 진화하는 특성에 얼마나 잘 적응할 수 있는가에 달려 있다. |
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(연습문제 3)
McMahon, S. (2021, May 26). Astrobiology (Overview). Oxford Research Encyclopedia of Planetary Science.
우주생물학(Astrobiology)은 생물학을 행성과학, 천문학, 우주론 및 기타 물리과학과 융합한 학제간 분야로, 우주에서의 생명의 기원, 진화, 분포 및 미래에 관한 근본적 의문을 해명하고자 한다. 이 분야의 핵심 탐구 대상(key research questions)은 지구 생명의 발생 시기, 장소, 방식과 외계 생명의 존재 여부, 생명의 발생과 유지에 필요한 물리화학적 조건, 그리고 이러한 조건들이 시공간에 걸쳐 우주적 과정에 의해 어떻게 형성되는지에 대한 문제들이다. "n = 1 문제"(n = 1 problem), 즉 지구 생물권이라는 유일한 생명 사례만을 가지고 있다는 한계에도 불구하고, 우주생물학은 외계 생명의 잠재적 특성과 그 탐지를 위한 최적의 전략을 모색한다. 이 학문은 천문학적, 우주적 맥락에서 지구 생명을 연구하며, 다른 천체에서 관측 가능한 생명이 부재한 상황에서 과학적 설명과 검증 가능한 가설의 필요성을 인식한다. 20세기 후반에 태동한 우주생물학은 ALH84001 운석에서 발견된 화성 나노화석의 논란을 계기로 큰 발전을 이루었는데, 이 발견이 대체로 신뢰를 잃었음에도 불구하고 NASA 우주생물학 연구소 설립과 같은 제도적 지원을 촉발하며 관심을 재점화시켰다. 우주생물학의 주요 난제 중 하나는 "생명"의 정의로, 모든 유기체를 포괄하면서 동시에 비생명 체계를 배제하는 보편적으로 만족스러운 정의는 아직 확립되지 않았다. 그러나 생명(life)은 일반적으로 에너지를 활용하여 복잡하고 질서 있는 구조를 구축하고 유지하며, 선택적 투과성 경계를 통해 항상성을 유지하고, 자연선택에 의해 진화하는 유전 암호에 따라 자기 복제를 수행하는 속성으로 특징지어진다. 이 분야는 또한 "우리가 알지 못하는 형태의 생명"과 같은 대안적 생화학(alternative biochemistries)의 가능성을 탐구하여, 비탄소 기반 생명체나 물 이외의 용매를 사용하는 생명 형태의 존재 여부를 고찰한다. 그러나 우주에서 CHNOPS 원소(CHNOPS elements: 탄소, 수소, 질소, 산소, 인, 황)와 물이 보편적으로 존재한다는 사실은 이들이 생명 체계에서 근본적 역할을 담당함을 시사한다. 생명의 잠재적 분포를 이해하는 데 핵심적인 개념은 "거주가능성"(habitability)으로, 이는 한 환경이 최소한 하나의 알려진 유기체의 활동을 지원할 수 있는 능력을 의미하며, 액체 상태의 물, 생물학적으로 이용 가능한 영양소, 에너지원, 그리고 알려진 생리학적 한계 내의 환경적 매개변수와 같은 조건을 필요로 한다. 극한환경생물(extremophiles)은 거주가능성의 경계를 확장하고 생명의 물리화학적 한계를 조명함으로써 잠재적 외계 생명체에 대한 통찰을 제공한다. 예를 들어, 초고온생물은 100°C를 초과하는 온도에서 열안정성 생체분자를 생성하여 생존하고, 저온생물은 유연하고 불안정한 단백질과 부동단백질을 활용하여 영하의 온도에서 기능하며, 호염성생물은 이온 조절을 통해 내부 삼투압을 균형화하여 고염도 환경을 견디고, 호건성생물은 강력한 항산화제를 생산하고 건조 시 유리화되는 세포내 분자를 안정화하여 극도로 건조한 환경에서 존속한다. 각 생물종은 그들의 서식지에서 직면하는 스트레스에 대응하기 위해 분자 및 세포 수준에서 독특한 적응 기작을 활용한다. 극한생물 연구는 일부 유기체가 다중 극한 조건을 동시에 견디는 다극한생물(polyextremophiles)임을 밝히고, 다양한 생명체 전반에 걸쳐 보호적 열쇼크 단백질의 신속한 생산과 고도의 스트레스 저항성을 지닌 강인한 휴면 포자나 포낭의 형성과 같은 공통의 스트레스 반응 메커니즘을 강조함으로써 생명의 회복력과 적응능력을 부각시킨다. 이러한 연구들은 지구상의 생명의 강인성에 대한 우리의 이해를 심화시킬 뿐만 아니라, 극한 환경이 지배적인 화성, 유로파, 엔셀라두스와 같은 천체에서의 우주생물학적 탐사 전략을 안내함으로써 지구 외 생명 탐색에 중요한 정보를 제공한다. |
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