히읗

우주는 왜 까만 걸까 밝게 빛나는 태양이 있는데

뇌를 채워줄 은덩어리 지식들 은근한 잡다한 지식입니다

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우리가 사는 세상이 매일 아침마다 밝아지는 이유는
태양이 있기 때문입니다

지구가 자전해 태양이 가려지는 밤이 되면
온 세상이 어두워지죠

태양은 언제나 우주에서 밝게 빛나고 있습니다

그런데 생각해 보면 이상합니다

태양 때문에 밝은 세상을 볼 수 있는 것이라면
언제나 밝게 빛나는 태양이 있는 우주는
언제나 밝아야 하는데

실제로는 밤처럼 깜깜하기만 합니다
마치 태양이 없는 것처럼 말이죠

태양이 있는데도 우주가 까만 이유는 무엇일까요

https://youtu.be/Z3BCse0Z2Dc

태양처럼 스스로 빛을 내는 별을 항성이라고 합니다
우주에는 수많은 항성이 있고
그중 우리 은하에만 5000억 개 이상의 항성이 있을 것으로
추측하고 있습니다

스스로 빛을 내지 못하는 별을 행성이라고 합니다
행성은 스스로 빛을 내지 못하지만
항성에서 나온 빛을 반사해 빛을 냅니다

우리가 무언가를 보기 위해선
그 무언가에서 반사된 빛이 우리의 눈으로 들어와야 합니다

빛이 들어오지 못하면 아무것도 볼 수 없죠

달은 행성이기 때문에 스스로 빛을 내지 못하지만
태양에서 나온 빛을 반사하기 때문에
그 빛이 우리의 눈으로 들어와 우리는 빛나는 달을 볼 수 있습니다

우리 은하에는 1000억 개의 행성이 있을 것으로 추측하고 있습니다

항성은 스스로 빛을 내고 행성은 항성이 낸 빛을 반사하니
우주가 아무리 넓다 해도
이렇게 많은 항성과 행성이 빛을 내고 있으면

밝은 공간이어야 할 텐데 사실은 그렇지 않죠

물체에서 나오는 파장은
나와의 거리가 어떻게 되느냐에 따라 다르게 적용됩니다

소리의 파장은 짧으면 높은 음으로 길면 낮은 음으로 들립니다

소방차를 운전하는 운전자는 언제나 일정한 거리에서
소리를 듣기 때문에 사이렌 소리가 항상 같은 음으로 들립니다

하지만 내가 가만히 있을 때 소방차가 멀리서 다가오고 있다면
파장이 점점 짧아지기 때문에
내 쪽으로 가까워지면서 사이렌 소리가 점점 높은 음으로 들리고

멀어지면 파장이 점점 길어지기 때문에
사이렌 소리는 점점 낮은 음으로 들리게 됩니다

이렇게 움직임에 따라 파장이 바뀌는 현상을
도플러 효과라고 합니다

도플러 효과는 빛에도 적용되는 현상입니다
빛은 파장이 짧으면 파란색으로
파장이 길면 빨간색으로 보입니다

우주에 있는 항성이 우리에게 가까워진다면
파장이 짧아지니 파란색으로 보일 것이고
멀어진다면 파장이 길어지니 빨간색으로 보일 것입니다

우주에 있는 수많은 항성은 제각각 다르게 움직일 테니
어떤 항성은 파란색으로 어떤 항성은 빨간색으로 보일 것이라 생각했지만
실제로 관측해 본 결과 모든 항성이 빨간색으로 보였습니다

이것을 적색편이라고 하죠

모든 항성이 빨간색으로 보인다는 건
우리로부터 멀어지고 있다는 뜻
우주가 팽창하고 있다는 뜻입니다

우리가 볼 수 있는 빛을 가시광선이라고 합니다
가시광선보다 파장이 짧아지면 자외선
가시광선보다 파장이 길어지면 적외선으로 분류하고
우리는 이것을 볼 수 없습니다

즉 무언가에서 빛이 반사된다 해도
그 빛이 자외선이나 적외선이라면
우리는 그 무언가를 볼 수 없다는 것이죠

우주는 팽창하기 때문에 항성이나 행성에서 나온 빛은
우리에게 도달되는 동안 파장이 점점 늘어나
결국 적외선이 혹은 더 늘어나 전파가 되어버립니다

마치 소방차가 멀어지면서 소리의 파장이 늘어나는 것처럼 말이죠

그래서 이들이 밝게 빛나도 우리는 이 빛을 볼 수 없고
빛을 볼 수 없으니 우주가 까맣게 보이는 것입니다

빛의 속도는 299,792,458m/s라고 합니다
그런데 우주는 이것보다 훨씬 더 빠른 속도로(73km/s/Mpc)
팽창하고 있습니다
심지어 그 속도가 점점 더 빨라지고 있습니다

즉 지구와 멀리 있는 항성이나 행성에서 나오는 빛은
팽창 속도를 따라잡지 못해 영원히 지구까지 오지 못한다는 것입니다

이들이 내는 빛을 보지 못하니
우리는 보는 우주는 까말 수밖에 없는 것입니다

즉 태양뿐만 아니라 굉장히 많은 항성이 있음에도
우주가 까만 이유는 우주가 팽창하고 있기 때문입니다

핫팩을 그냥 흔들기만 했는데 어떻게 따뜻해지는 걸까

뇌를 채워줄 은덩어리 지식들 은근한 잡다한 지식입니다

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겨울철 필수 아이템 중 하나인 핫팩

가벼워서 휴대하기 편하고
살짝만 흔들면 따뜻해지는 특징 때문에

오랜 시간 밖에 있어야 할 때
야외에서 일하는 사람들이
그리고 군인들이 유용하게 사용하는 아이템입니다

핫팩을 뜯어보면 이렇게 안에 까만 가루가 있는데
이것은 철가루입니다

그리고 눈에는 잘 보이지 않지만
약간의 수분과 나트륨, 활성탄 같은 것들이 들어 있습니다

https://youtu.be/Y4zmjf7DQNw

핫팩을 꺼내서 흔들면 금방 따뜻해집니다
하지만 꺼내지 않고 흔들면 아무리 흔들어도 따뜻해지지 않습니다

핫팩은 산소와 만나야 따뜻해지기 때문입니다

철은 물과 산소를 만나면 부식되기 시작합니다
이것을 산화 반응이라고 하죠

우리는 흔히 녹슨다고 표현합니다

철이 녹스는 과정에서 열이 만들어지는데
핫팩은 바로 이런 원리를 이용한 것입니다

핫팩을 뜯지 않으면 산소를 만날 수 없으니 따뜻해지지 않습니다
핫팩을 뜯어 흔들면 핫팩 안의 철가루와 수분
그리고 공기 중의 산소가 만나 철가루가 녹슬기 시작하고

열이 만들어집니다

철의 산화는 굉장히 천천히 이루어지기 때문에
일반적인 상황이라면 녹슬 때 만들어지는 열은 느낄 수 없지만

핫팩에 있는 나트륨과 활성탄이
산화 반응이 빠르게 일어나도록 만들어줘
우리가 열을 느낄 수 있는 것입니다

사실 핫팩은 흔들지 않아도 따뜻해집니다
뜯는 순간 철가루가 산소와 만나 산화 반응이 일어나기 때문입니다

물론 흔들면 철가루가 산소와 더 빨리 만나게 되니
더 빠르게 따뜻해지게 됩니다

핫팩은 1회용이기 때문에 한번 뜯으면
더 이상 사용하고 싶지 않아도 쓸 수밖에 없다고 생각할 수 있지만

결국 산소와 만나야 작동하는 것이기 때문에
지퍼백이나 밀폐 용기에 보관해 산소를 차단 시키면
핫팩의 수명을 늘릴 수 있습니다

산소를 차단시키는 건 핫팩의 전원을 끄는 것이라고 할 수 있죠

그리고 원하는 타이밍에 핫팩을 꺼내
산소를 만나게 하면 핫팩이 다시 따뜻해지게 됩니다

당연히 수명이 다해 차게 식어버린 핫팩은 해당되지 않는 사항입니다

요즘에는 잘 사용하지 않는 것 같지만
똑딱이를 이용한 재활용이 가능한 핫팩도 있습니다

똑딱이 핫팩은 투명한 액체와 금속 물질이 들어있는데
금속 물질을 똑딱하고 구부리면
액체가 고체로 변하면서 열이 발생해 핫팩이 따뜻해지게 됩니다

그리고 핫팩을 끓는 물에 넣으면 고체가 액체로 변해
다시 사용할 수 있는 핫팩으로 바뀌게 됩니다

소금은 물에 녹습니다
그런데 어느 정도 녹이다 보면 더이상 소금이 녹지 않게 되죠
이런 상태를 포화 용액이라고 합니다

이때 물의 온도를 높이면 더 많은 소금을 녹일 수 있게 됩니다
그리고 천천히 물을 식히면
같은 온도라도 더 많은 소금이 녹아있는 상태가 됩니다
이런 상태를 과포화 용액이라고 하죠

똑딱이 핫팩의 투명한 액체는 아세트산 나트륨 과포화 용액입니다
과포화 용액은 굉장히 불안정한 상태라
조금만 충격을 줘도 상태가 변해 액체가 고체로 바뀌게 되는데
이때 충격을 주는 물질이 바로 이 똑딱이입니다

액체는 고체로 될 때 열을 방출합니다
이것을 응고열이라고 하죠

즉 똑딱이 핫팩은 아세트산 나트륨 과포화 용액이
액체에서 고체로 될 때 발생하는 열을 이용한 핫팩입니다

핫팩의 온도는 평균 40도이고 최대 70도까지 올라간다고 합니다
한곳에 오래 사용할 경우 화상을 입을 수 있으니
이점은 주의해서 사용해야 합니다

만약 지구도 토성처럼 고리가 있었다면 어땠을까

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https://youtu.be/P6HsQkqp5OI

우주에 있는 여러 행성 중 토성은
커다란 고리를 가지고 있는 것으로 유명합니다

그냥 둥근 모양을 하고 있는 다른 행성과 비교해 보면
고리 덕분에 더 예쁜 모양이지 않나 하는 생각이 듭니다

우리가 사는 지구에는 아쉽지만 고리가 없습니다
하지만 아주 먼 옛날에는 지구도 고리를 가지고 있지 않았을까
하는 추측이 있습니다

지구 주위를 돌고 있는 달은 어떻게 만들어졌는지
아직까지 그 이유를 정확히 찾지 못했지만

약 45억 년 전 테이아라는 천체가
우연히 지구와 충돌하면서 만들어진 것이 아니냐
하는 가설이 가장 많은 지지를 받고 있습니다

테이아는 지구와 충돌하면서 완전히 박살 나게 되고
테이아의 잔해는 지구 중력에 의해 지구 주위를 돌게 되었습니다

그리고 시간이 흐르며 잔해들이 서서히 하나로 뭉쳐지게 되었고
이렇게 탄생한 것이 지금의 달이라는 것이죠

만약 이 가설이 맞다면 달이 만들어지지 않았을 때
즉 테이아의 잔해가 지구 주위를 돌고 있을 때
지구는 고리를 가지고 있었을 것입니다

토성의 고리는 얼음과 암석으로 이루어져 있습니다

토성은 태양으로부터 약 14억 km나 떨어져 있어
태양에 의해 얼음이 녹지 않기 때문에
토성의 고리는 계속 유지될 수 있습니다

하지만 지구와 태양의 거리는 약 1억 5천만 km
태양의 영향을 굉장히 많이 받기 때문에
지구의 고리가 얼음으로 이루어져 있다면
얼마 가지 않아 전부 녹아 사라져버릴 것입니다

그렇기 때문에 지구가 고리를 가지려면
고리가 암석으로만 이루어져 있어야 할 것입니다

그렇다면 암석 고리를 가지고 있다면 어떨까요

우주에서 본 지구는 이런 모습을 하고 있겠죠

그리고 우리가 보는 하늘의 모습도
많이 달라질 것입니다

달은 스스로 빛을 내지 못하지만
태양빛을 반사하기 때문에 낮에도 밤에도 볼 수 있는 것처럼

고리 역시 낮, 밤을 가리지 않고 언제나 보일 것입니다

그리고 어디서 보느냐에 따라
이런 모습으로
혹은 이런 모습으로
혹은 이런 모습으로 보이기도 하겠죠

고리의 모습에 따라 새로운 랜드마크가 만들어질 수도 있습니다

지구에 생명체가 있는 이유는
적절한 햇빛, 적절한 수분, 적절한 산소가 있기 때문입니다

지구에 암석으로 이루어진 고리가 있다면
고리가 있는 지역에는 암석이 햇빛을 가려 그림자가 생기게 될 것입니다
그리고 지구로 들어오는 햇빛의 양도 줄어들게 되겠죠

이렇게 지구의 환경이 변하면
생태계도 변하게 될 것입니다

일부는 이런 환경에 적응하지 못해 멸종할 것이고
일부는 이런 환경에 적응해 그동안 보지 못했던
새로운 생명체가 탄생하게 될 수도 있습니다

우주에 인공위성이 떠있는 덕분에
인터넷 통신을 할 수도 있고
TV로 해외 방송을 볼 수도 있고
날씨를 예측하거나 GPS를 이용한 길 찾기 같은 것들이 가능합니다

인공위성은 지구 주위를 돌고 있습니다

만약 지구에 고리가 있었다면
암석이 지구 주위를 돌고 있기 때문에
인공위성을 띄울 수 없었겠죠

인공위성이 없으면 이런 것들이 불가능하니
우리 생활 역시 많이 달라졌을 것입니다

어쩌면 인류의 문명은 지금처럼 발전하지 못했을지도 모릅니다
그리고 영원히 우주에 나갈 수 없었을 것입니다

이렇게 보니 지구에 고리가 없는 게 참 다행이라는 생각이 드는 것 같네요