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태양계 행성 생성의 비밀, 소행성으로 밝힌다 목록

조회 : 1091 | 2012-05-17

 

 

이번 주 사이언스 표지는 지구와 화성 사이에 있는 소행성대에 있는 ‘베스타’의 표면을 소행성탐사선 ‘던(Dawn)’이 촬영한 사진이 차지했다. 베스타는 지구에서부터 약 1억8800만㎞ 떨어진 곳에서 태양 주변을 돌고 있는 천체로, 소행성대에 있는 소행성 중에서 세레스에 이어 두 번째로 무겁다.

미국 로스앤젤러스 소재 캘리포니아주립대 크리스토퍼 러셀 교수가 이끄는 미항공우주국 국제 공동연구팀은 베스타가 행성으로 진화되지 못한 상태로 머물러 있다는 연구 결과를 사이언스 11일자에 발표했다.

연구진은 돈 호에서 보내온 가시광선, 적외선 스펙트럼 영상을 분석했다. 스펙트럼 영상은 빛을 파장에 따라 분해해 배열한 것으로 물질에 따라 서로 다른 모양이 나온다. 따라서 스펙트럼 영상을 분석하면 어떤 광물이 포함되어 있는지도 알 수 있다.

분석 결과 베스타의 표면은 휘석이나 자소휘석처럼 철 성분이 적은 휘석 계열 광물이 많은 것이 드러났다. 운석 충돌로 생긴 틈새 깊은 곳에서는 화산활동으로 인해 생긴 것으로 보이는 분출물 흔적이 보이기도 했다.

연구진은 “표면 성분과 분출물 흔적, 천체의 질량 등으로 미루어 볼 때 베스타 내부에는 철로 된 핵이 있을 것”이라며 “베스타는 행성으로 진화하는 초기 단계를 보여주는 만큼 태양계 행성이 만들어지는 과정을 밝히는데 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다. 암석형 행성은 생성 초기에 내부가 녹아 마그마로 변했다가 겉부분부터 굳어지면서 철처럼 밀도가 큰 성분이 안 쪽으로 몰려 층을 이룬다. 베스타도 표면과 내부의 구성물질이 다른 층을 이루고 있기 때문에 행성으로 진화하는 단계를 거쳤다는 것이다.

한편 지구로 떨어졌던 운석 종류 중 하나인 HED 운석 또한 베스타로부터 왔다는 사실도 드러났다. HED 운석의 성분과 베스타 표면 성분이 완전히 일치했기 때문이다. HED 운석은 철질 운석이라고 불릴 정도로 철이 많이 포함되는 일반 운석과 달리 철 성분이 매우 적게 들어있는 석질 운석의 일종이다.

 

 

이번 주 ‘네이처’ 표지는 순수 한국 연구팀이 쓴 논문으로 선정됐다. 남구현 이화여대 교수와 고승환 KAIST 교수가 주도한 ‘균열’에 관한 연구다. 연구팀은 물질의 갈라진 틈새인 균열을 완벽하게 조절해 실리콘 소재 위에 3가지 종류의 무늬를 자유롭게 만들었다. 균열에 숨은 과학적 원리를 첨단 나노공정에 활용할 수 있음을 보여준 첫 사례로 평가된다.

지금까지 균열은 피해야 할 대상으로 생각됐다. 지진으로 땅이 갈라지거나 건물이 무너질 때, 빙하가 깨지는 것처럼 어떤 물질에 생기는 균열은 재료를 파괴하는 원인이 되기 때문이다. 또 무질서하게 일어나는 균열을 마음대로 조절할 수도 없었다. 그러나 남구현 교수는 균열 현상을 조절하면 기술적으로 이용할 수 있다고 생각했다. 정교하고 복잡한 무늬를 가지는 균열로 2차원 및 3차원의 나노구조물을 만들고, 자연계에서 가장 미세한 원자규모 패터닝(Atomic-scale patterning)도 가능하다는 것이다.

연구팀은 얇은 실리콘 웨이퍼 위에 뾰족하게 튀어나온 바늘 모양의 구조물(노치)를 만들고, 그 위에 실리콘나이트라이드(질화규소) 박막을 만들었다. 그러자 웨이퍼 내에 생긴 응력(외부에서 작용한 힘에 저항하려는 내부의 힘)이 노치에 집중돼 물결무늬의 균열이 시작됐다. 또 웨이퍼와 실리콘나이트라이드 사이에 실리콘다이옥사이드 층을 넣자 균열이 직선무늬로 만들어졌고, 웨이퍼에 계단 모양의 구조물을 만들자 균열이 멈췄다. 지금까지 조절할 수 없다고 믿었던 균열을 만들거나 방향을 바꾸고 중단할 수 있게 된 것이다.

실리콘에 폭 10나노미터(㎚), 높이 수 마이크로미터(㎛) 나노채널을 만들고, 글씨를 쓰는 데도 성공했다. 연구팀은 KAIST, EHWA, IU(가수 이름) 등의 글자를 새겨 보였다. 앞으로 이 기술은 반도체 회로선폭의 한계를 극복하거나 초소형 바이오칩을 개발하는 등 나노패턴이 쓰이는 모든 분야에 응용될 것으로 기대를 모으고 있다.

남 교수는 “이번에 개발된 균열을 이용한 나노 패터닝 공정기술은 지금까지 할 수 없었던 넓은 면적에 고정밀도 나노공정을 구현할 수 있는 획기적인 것”이라며 “나노기술 상용화에 중요한 핵심 원천기술이 될 것”이라고 말했다.

 



오가희 기자 solea@donga.com
박태진 기자 tmt1984@donga.com

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