소소하지만 과학이야

가을 산이 노랗고 빨갛게 물드는 걸 보면 "누가 나뭇잎에 물감을 칠했나?" 싶죠. 그런데 같은 나무인데 은행잎은 노랗고, 단풍나무 잎은 빨갛고, 어떤 잎은 갈색으로 시들기도 합니다. 나뭇잎은 가을이 되면 어떻게 색을 바꾸는 걸까요? 한 줄 정답: 노란색은 여름 내내 잎 속에 숨어 있다가 초록이 사라지면서 드러나는 색이고, 빨간색은 가을에 잎이 새로 만들어 내는 색소 때문입니다. 여름에 잎이 초록색인 이유 잎이 초록색인 건 엽록소(잎 속에서 햇빛을 받아 양분을 만드는 초록 색소) 덕분입니다. 엽록소는 빛을 받아 영양분을 만드는 '태양광 발전기' 같은 역할을 해요. 여름에는 엽록소가 아주 많아서, 잎 속에 다른 색소가 있어도 초록에 가려 보이지 않습니다. 노란 단풍: 숨어 있던 색이 나타난다 가을이 되어 낮이 짧아지고 기온이 내려가면, 나무는 겨울 준비를 시작합니다. 잎에서 양분 만들기를 멈추고 엽록소를 분해해서 줄기와 뿌리로 아끼며 옮겨 가요. 초록이 점점 옅어지면 그동안 가려져 있던 카로티노이드(당근이나 호박의 주황·노랑을 내는 색소) 가 드러납니다. 비유하자면 초록색 도화지 아래에 노란 그림이 숨어 있었는데, 초록 도화지를 걷어내자 그림이 나타나는 거예요. 은행나무나 자작나무 잎이 노랗게 변하는 것이 대표적인 예입니다. 노란색은 새로 만든 게 아니라 원래 있던 색이에요. 빨간 단풍: 가을에 새로 만든 색 빨간 단풍은 사정이 다릅니다. 단풍나무 같은 나무는 가을에 잎 속에서 안토시아닌 이라는 붉은 색소를 새로 만들어요. 안토시아닌은 블루베리나 적양배추의 보라·붉은색을 내는 색소와 같은 종류입니다. 이 색소는 잎에 남은 당분(설탕 같은 양분)으로 만들어집니다. 그래서 날씨가 중요해요. 맑은 낮: 햇빛을 받아 양분(당분)이 충분히 만들어집니다. 쌀쌀한 밤: 기온이 내려가면 잎에서 줄기로 가는 길이 좁아져서, 당분이 잎에 갇혀 쌓입니다. 낮에는 맑고 밤에는 서늘하되 얼지는 않는 날씨...

추운 아침, 등굣길이나 출근길에 "하~" 하고 숨을 내쉬면 하얀 김이 모락모락 올라옵니다. 손을 호호 불며 "나 용 됐다!" 하고 장난쳐 본 적도 있을 거예요. 그런데 같은 숨을 여름에 내쉬면 아무것도 안 보입니다. 숨은 똑같은데 왜 겨울에만 보일까요? 한 줄 정답: 입김은 연기도 가스도 아닌, 날숨 속 수증기가 찬 공기를 만나 만들어진 아주 작은 물방울 입니다. 우리 눈에 보이는 건 수증기가 아니라 이 물방울이에요. 입김의 정체: 수증기가 아니라 물방울 우리 몸속은 따뜻하고 촉촉합니다. 폐와 기도의 표면은 늘 젖어 있어서, 숨이 몸 밖으로 나올 때쯤이면 공기가 체온(약 35~37도)에 가깝게 데워지고 수증기를 가득 머금은 상태가 됩니다. 우리가 내쉰 숨은 사실 '따뜻하고 눅눅한 공기'인 셈이에요. 여기서 헷갈리기 쉬운 점이 있습니다. 수증기(물이 기체가 된 것)는 눈에 보이지 않습니다. 주전자에서 나오는 하얀 김도 주전자 입구 바로 위에서는 투명하고, 조금 떨어진 곳에서야 하얗게 보이죠. 그 하얀 것은 수증기가 식으면서 만들어진 물방울입니다. 입김도 똑같아요. 왜 추우면 물방울이 생길까? 공기는 '수증기 가방'이 있다 공기를 수증기를 담는 가방이라고 상상해 보세요. 이 가방은 따뜻할수록 커지고, 차가울수록 작아집니다. 예를 들어 공기 1세제곱미터(m³)가 최대로 품을 수 있는 수증기는 대략 이렇습니다. 35도: 약 40g 20도: 약 17g 0도: 약 5g (수치는 기상학에서 쓰는 포화 수증기량의 대략적인 값이에요.) 35도의 날숨은 가방이 커서 수증기를 가득 담고 나옵니다. 그런데 0도 근처의 찬 공기와 섞이면 가방이 확 쪼그라들어요. 담을 곳이 없어진 수증기는 어디로 갈까요? 서로 뭉쳐서 작은 물방울이 됩니다. 이 과정을 응결(기체가 액체로 변하는 현상) 이라고 합니다. 여름에는 바깥 공기가 따뜻해서 가방이 충분히 큽니다. 날숨의 수증기가 ...

중요한 회의 중에, 조용한 도서관에서, 혹은 소개팅 자리에서 갑자기 "딸꾹!" 소리가 터져 나온 적 있으신가요? 멈추려고 애쓸수록 더 나는 것 같고, 한 번 시작하면 몇 분씩 이어져서 난감하죠. 도대체 딸꾹질은 왜 나는 걸까요? 한 줄로 먼저 답하면 딸꾹질은 숨 쉬는 데 쓰는 근육인 '횡격막'이 갑자기 움찔 수축하고, 바로 그 순간 목 안쪽의 성대 틈(성문)이 탁 닫히면서 공기가 막혀 '딸꾹' 소리가 나는 현상입니다. 딸꾹질이 나는 원리: 횡격막이 보내는 급발진 우리 가슴과 배 사이에는 '횡격막'이라는 넓고 얇은 근육이 있어요. 숨을 들이쉴 때 이 근육이 아래로 내려가며 폐를 부풀리고, 내쉴 때 다시 올라가요. 평소에는 이 움직임이 부드럽고 규칙적이라 우리가 신경 쓰지 않아도 알아서 돌아가요. 그런데 어떤 자극 때문에 횡격막과 그 주변 신경이 '삑사리'를 내면, 횡격막이 갑자기 경련하듯 확 수축해요. 공기가 훅 빨려 들어오려는 순간, 목 안쪽 성대 사이의 문(성문)이 반사적으로 탁 닫혀요. 이 닫힌 문에 공기가 부딪히면서 나는 소리가 바로 "딸꾹"이에요. 수도꼭지가 갑자기 열렸다 잠기는 것과 비슷해요 수도관(기도)에 물(공기)이 확 쏟아져 들어오려는데, 입구 밸브(성문)가 순간적으로 잠기는 모습을 떠올려 보세요. "쿵" 하고 부딪히는 충격이 딸꾹 소리예요. 이 모든 과정은 우리가 의식하지 못하는 사이에 일어나는 반사 작용이라, 마음먹는다고 바로 멈추기 어려워요. 딸꾹질이 잘 나는 상황 급하게 먹거나 과식했을 때 : 위가 갑자기 부풀어 올라 바로 위에 있는 횡격막을 자극해요. 탄산음료나 술을 마셨을 때 : 위장에 가스가 차면서 횡격막을 눌러요. 뜨겁거나 차가운 음식을 갑자기 먹었을 때 : 급격한 온도 변화가 신경을 건드려요. 많이 웃거나 흥분했을 때 : 호흡 리듬이 흐트러지면서 횡격막이 영향을 받아요. 재미있는 건 ...

차에서 내려 문을 닫으려는데 "딱!" 하고 손끝이 따끔했던 경험, 겨울이면 누구나 한 번쯤 있으실 거예요. 엘리베이터 버튼, 현관 문고리, 심지어 반려동물을 쓰다듬다가도 찌릿하죠. 여름엔 거의 없던 일인데, 왜 겨울만 되면 이렇게 자주 따끔할까요? 한 줄로 먼저 답하면 정전기는 여름에도 생기지만, 겨울에는 공기가 건조해서 몸에 쌓인 전기가 빠져나가지 못하고 한꺼번에 모였다가 문고리 같은 금속에 닿는 순간 '딱!' 하고 방전되기 때문입니다. 정전기는 어떻게 생길까요? 모든 물질은 눈에 보이지 않는 아주 작은 전기 알갱이(전자)를 가지고 있어요. 서로 다른 두 물체가 맞닿았다가 떨어지면, 이 전자가 한쪽으로 옮겨가는 일이 생겨요. 풍선을 머리카락에 문지르면 머리카락이 풍선에 달라붙는 것도 같은 원리예요. 한쪽은 전자를 잃어 '플러스'가 되고, 다른 쪽은 전자를 얻어 '마이너스'가 되는 거죠. 겨울에는 두꺼운 옷을 껴입고, 자동차 시트나 소파에서 일어나고, 카펫 위를 걷는 일이 많아요. 이럴 때마다 옷과 의자, 신발과 바닥이 서로 문질러지면서 우리 몸에 전기가 조금씩 쌓여요. 이렇게 한곳에 멈춰서 쌓인 전기라서 '정전기(靜電氣, 움직이지 않는 전기)'라고 부릅니다. 겨울에 유독 심한 진짜 이유는 '습도' 핵심은 공기 속 수증기예요. 습한 여름에는 우리 몸과 옷, 물건 표면에 눈에 보이지 않는 얇은 물막이 항상 덮여 있어요. 물은 전기를 어느 정도 통하게 하기 때문에, 몸에 전기가 조금 쌓여도 이 물막을 타고 슬금슬금 공기 중으로 빠져나가요. 마치 욕조에 물을 받는데 배수구가 조금씩 열려 있는 상태와 비슷해요. 그런데 겨울에는 찬 공기가 수증기를 적게 머금고, 난방까지 켜면 실내가 더 건조해져요. 물막이 사라지면 전기가 빠져나갈 길이 막혀서, 배수구를 꽉 막은 욕조처럼 전기가 계속 쌓이기만 해요. 그러다 금속 문고리처럼 전기가 잘 통하는 물체를 만나면, 쌓...

어릴 적 맑은 날, 손거울로 햇빛을 받아 벽이나 친구 얼굴에 반짝이는 빛을 쏘아본 적 있으신가요? 거울 각도를 살짝만 움직여도 그 빛이 저 멀리까지 휙휙 움직이는 게 신기했을 거예요. 그런데 이 단순한 원리가, 최근에는 우주에 떠 있는 거대한 인공위성 거울로까지 확장되고 있다는 걸 알고 계셨나요? 밤에도 원하는 지역에 햇빛을 반사해서 보내준다는, SF 영화 같은 이야기예요. 한 줄로 먼저 답하면 빛은 거울 표면에 부딪힌 각도와 똑같은 각도로 튕겨 나갑니다(반사의 법칙). 거울이 평평하고 클수록, 조준이 정확할수록 빛은 거의 퍼지지 않고 아주 먼 거리까지 도달할 수 있어요. 최근에는 이 원리를 우주 궤도 규모로 키운 '우주 거울' 프로젝트까지 등장했습니다. 손거울 반사, 원리는 생각보다 간단해요 빛이 거울 같은 매끈한 표면에 부딪히면, 들어온 각도(입사각)와 똑같은 각도로 반대쪽으로 튕겨 나가요. 이걸 '반사의 법칙'이라고 불러요. 당구공이 벽에 부딪힐 때 들어간 각도 그대로 튕겨 나오는 것과 비슷한 원리예요. 손거울로 햇빛을 반사할 때, 거울을 아주 살짝만 기울여도 반사된 빛이 먼 곳에서는 몇 미터씩 크게 움직이는 걸 경험해 보셨을 거예요. 거울과 목표 지점 사이의 거리가 멀수록, 아주 작은 각도 차이도 크게 증폭되기 때문이에요. 거울이 크고 평평할수록 빛은 안 퍼져요 또 하나 중요한 건 거울의 크기와 평평함이에요. 거울 표면이 울퉁불퉁하면 반사된 빛도 사방으로 흩어져서 흐릿해지지만, 표면이 매끈하고 넓을수록 빛은 하나로 뭉쳐진 채 멀리까지 밝기를 유지하며 날아갈 수 있어요. 이 원리를 우주 규모로 키우면? 미국의 '리플렉트 오비탈(Reflect Orbital)'이라는 회사는 바로 이 원리를, 손거울이 아니라 가로세로 18m짜리 거대한 반사판을 단 인공위성으로 확장하고 있어요. 이 위성은 지구 상공 600~650km 궤도를 돌면서, 태양빛을 받아 지상의 특정 지점으로 반사해 보내는 방식이에...

겨울철 아이슬란드나 노르웨이 여행 사진에서, 밤하늘을 초록빛으로 물들이는 오로라를 본 적 있으신가요? 신비롭긴 한데, 정작 "왜 하필 그 색으로, 그 모양으로 빛나는 걸까?"라고 물으면 쉽게 답하기 어렵죠. 그런데 최근 이 오로라와 관련된 아주 흥미로운 소식이 전해졌습니다. 과학자들이 태양계 밖, 무려 63광년이나 떨어진 외계행성에서 오로라의 흔적으로 보이는 전파 신호를 처음으로 직접 포착했다는 거예요. 한 줄로 먼저 답하면 오로라는 태양에서 날아온 전기를 띤 입자가 행성의 '자기장'에 끌려와 대기와 부딪히며 빛을 내는 현상입니다. 최근 과학자들은 63광년 떨어진 외계행성 '베타 픽토리스 b'에서, 이 오로라가 함께 내뿜는 특정 전파 신호를 처음으로 직접 잡아냈습니다. 오로라는 왜 생길까요? 지구를 보이지 않는 거대한 우산이 감싸고 있다고 상상해보세요. 이 우산이 바로 지구의 '자기장'이에요. 태양에서는 전기를 띤 아주 작은 입자들이 끊임없이 쏟아져 나오는데(이를 '태양풍'이라고 불러요), 이 입자들이 지구에 그대로 쏟아지면 큰일이겠죠. 다행히 자기장이라는 우산이 대부분을 막아주는데, 우산 손잡이에 해당하는 북극·남극 쪽으로는 입자들이 빨려 들어가요. 이렇게 들어온 입자들이 대기 중 산소·질소 분자와 부딪히면, 마치 네온사인처럼 에너지를 빛으로 내뿜어요. 이게 바로 오로라예요. 그리고 이 과정에서 눈에 보이는 빛만 나오는 게 아니라, 특정한 성질을 가진 전파(원형으로 꼬여서 나오는 전파)도 함께 방출돼요. 이 전파가 바로 오로라를 '멀리서도' 알아챌 수 있는 중요한 단서가 됩니다. 63광년 밖에서 잡아낸 신호 이번에 연구팀이 관측한 행성은 '베타 픽토리스 b'라는 가스 행성이에요. 질량이 목성의 약 10배나 되는 큰 행성인데, 지구에서 63광년(빛의 속도로 63년을 가야 하는 거리) 떨어져 있어요. 연구팀은 남아프리카공화국에 있는 ...