칠레의 뼈대만 남은 아타카마 사막의 높은 산 위에서 유럽 남방 천문대(ESO)는 현재 세계에서 가장 큰 광학 망원경을 제작하고 있습니다.
이름을 고르는 데 시간을 낭비하지 않았습니다. 이 망원경의 이름은 초대형 망원경, 즉 ELT가 될 것입니다.
대신, 2028년에 이미지 수집을 시작할 예정이며 우주에 대한 우리의 이해를 확장할 가능성이 매우 높은 "세계에서 가장 큰 하늘의 눈"을 설계하고 건설하는 데 막대한 에너지가 투자되었습니다.
이 모든 것은 역사상 가장 진보된 거울이 없었다면 불가능했을 것입니다.
엘리스 베르네 박사는 ESO의 적응 광학 전문가로, 망원경의 측정 장비에 빛을 모아 전달하는 5개의 거대 거울의 개발을 감독해 왔습니다.
ELT의 맞춤형 거울은 각각 광학 설계의 뛰어난 성과입니다.
베르네 박사는 14피트(4.25m) 볼록한 M2 거울을 "예술 작품"이라고 묘사했습니다.
하지만 아마도 M1과 M4 거울이 필요한 복잡성과 정밀성 수준을 가장 잘 표현하고 있을 것입니다.
주경인 M1은 광학 망원경용으로 만들어진 거울 중 가장 큰 거울이다.
Vernet 박사는 "직경이 39m[128피트]이고 [798]개의 육각형 거울 부분으로 구성되어 완벽한 일체형 거울처럼 작동하도록 정렬되어 있습니다."라고 말했습니다.
M1은 인간의 눈보다 1억 배 더 많은 빛을 수집하고, 인간의 머리카락보다 10,000배 더 가느다란 정밀도로 위치와 모양을 유지할 수 있어야 합니다.
M4는 지금까지 만들어진 변형 가능한 거울 중 가장 큰 거울로, 초당 1,000번 모양을 바꿔 대기 난류와 망원경 자체의 진동을 교정할 수 있으며, 이로 인해 이미지가 왜곡되는 현상을 방지합니다.
유연한 표면은 두께가 2mm(0.075인치) 미만인 유리 세라믹 소재의 꽃잎 6개로 이루어져 있습니다.
꽃잎은 독일 마인츠에 있는 쇼트에서 제작한 다음 파리 바로 외곽에 있는 엔지니어링 회사인 사프란 레오스크(Safran Reosc)로 보내져 광택을 내고 조립하여 완전한 거울로 완성되었습니다.
5개의 거울은 모두 완성에 가까워지고 있으며, 곧 칠레로 운반되어 설치될 예정입니다.
이 거대한 거울은 우주의 빛을 포착하는 데 사용되는 반면, ESO의 이웃인 가르힝에 있는 막스 플랑크 양자광학 연구소에서는 상상할 수 있는 가장 작은 규모에서 작동하는 양자 거울을 만들어냈습니다.
2020년, 한 연구팀은 200개의 정렬된 원자로 이루어진 단일 층을 만들어서 집단적으로 빛을 반사하게 했고, 맨눈으로는 볼 수 없을 만큼 작은 거울을 효과적으로 만들어냈습니다.
2023년에는 배열의 중심에 미세하게 제어되는 단일 원자를 배치하여 원자가 투명하거나 반사되는지를 제어하는 데 사용할 수 있는 "양자 스위치"를 만드는 데 성공했습니다.
"이론가들이 예측했고 우리가 실험적으로 관찰한 바에 따르면, 이러한 정렬된 구조에서 광자를 흡수하고 다시 방출되면 실제로 [예측 가능한] 방향으로 방출되고 이것이 거울을 만드는 것입니다." 연구소의 박사후 연구원인 파스칼 웨케서 박사의 말입니다.
원자에서 반사되는 빛의 방향을 제어하는 이러한 능력은 향후 정보를 저장하고 전송하기 위한 해킹 방지 양자 네트워크와 같은 여러 양자 기술에 응용될 수 있습니다.
슈투트가르트 근처 오버코헨의 북서쪽에서는 차이스가 또 다른 극단적인 특성을 지닌 거울을 만들고 있습니다.
광학 회사는 수년간 초평평 거울을 개발했는데, 이 거울은 극자외선 리소그래피 기계, 즉 EUV라고 불리는 컴퓨터 칩을 인쇄하는 기계의 핵심 구성 요소가 되었습니다.
네덜란드 회사 ASML은 세계 최대의 EUV 제조사이며, Zeiss 미러는 이 회사의 필수 구성 요소입니다.
Zeiss의 EUV 미러는 매우 작은 파장에서 빛을 반사할 수 있어 아주 작은 규모에서도 이미지 선명도를 구현할 수 있으며, 이로 인해 실리콘 웨이퍼의 동일한 영역에 점점 더 많은 트랜지스터를 인쇄할 수 있습니다.
거울이 얼마나 평평한지 설명하기 위해, Zeiss의 반도체 제조 광학 부문 사장인 프랭크 로문트 박사는 지형적 비유를 사용합니다.
"가정용 거울을 가져다가 독일 크기로 확대하면 가장 높은 고도 지점은 5m가 됩니다. 우주 거울[제임스 웹 우주 망원경]에서는 2cm[0.75인치]가 됩니다. EUV 거울에서는 0.1mm가 됩니다."라고 그는 설명합니다.
이 매우 매끄러운 거울 표면은 역시 Zeiss가 만든 거울의 위치를 제어하는 시스템과 결합되어 지구 표면에서 EUV 거울에 빛을 반사시키고 달에서 골프공을 골라내는 것과 동일한 수준의 정확도를 제공합니다.
이러한 거울 자체가 이미 극단적으로 들릴지 모르지만, Zeiss는 훨씬 더 강력한 컴퓨터 칩을 만들기 위해 개선을 계획하고 있습니다.
"우리는 EUV를 더욱 발전시키는 방법에 대한 아이디어가 있습니다. 2030년까지 목표는 1조 개의 트랜지스터가 있는 마이크로칩을 만드는 것입니다. 오늘날 우리는 아마도 1,000억 개에 도달했습니다."
그 목표는 Zeiss의 최신 기술로 더욱 가까워졌습니다. 이 기술을 사용하면 현재 세대의 칩 제조 기계보다 동일한 면적에 약 3배 더 많은 구조를 인쇄할 수 있습니다.
"반도체 산업은 솔루션에 기여하는 모든 플레이어에게 드럼비트를 제공하는 지배적인 강력한 로드맵을 가지고 있습니다. 이를 통해 우리는 오늘날 10년 전만 해도 상상할 수 없었던 인공 지능과 같은 것을 가능하게 하는 마이크로칩 제조 측면에서 진전을 제공할 수 있습니다."라고 Rohmund 박사는 말합니다.
10년 후에 인류가 무엇을 이해하고 무엇을 할 수 있을지는 아직 알 수 없지만, 거울은 의심할 여지 없이 우리를 그곳으로 데려다줄 기술의 핵심이 될 것입니다.
태양은 활발한 활동을 하고 있지만, 14,000년 전 지구에 충돌한 거대한 태양 사건에 비하면 아무것도 아닙니다. 만약 오늘 그런 일이 일어난다면 지구에 미치는 영향은 파괴적일 수 있습니다.
지구상에서 가장 오래된 나무는 무려 5,000년 전으로 거슬러 올라가며 온갖 사건을 겪으며 살아왔습니다. 그들은 로마 제국의 흥망성쇠, 기독교의 탄생, 유럽인의 아메리카 발견, 최초의 달 착륙을 겪으며 살아왔습니다. 나무는 심지어 지하 토양에서 화석화될 수도 있어서 지난 30,000년과 연결될 수 있습니다.
언뜻 보기에 이 장수한 표본들은 그저 정적인 관찰자처럼 보일 수 있지만 그렇지 않습니다. 그들은 성장하면서 놀라운 일을 하고 있습니다. 태양의 활동을 기록하는 것입니다.
나무는 일년 내내 광합성을 하기 때문에 계절에 따라 색상이 바뀌며, 봄에는 더 밝아지고 가을에는 더 어두워집니다. 그 결과 나무의 성장 "고리"에 포함된 연간 기록이 생깁니다. 미국 애리조나 대학교 연륜 연구실의 연륜 연대학자인 샬럿 피어슨은 "이것은 우리에게 정말 귀중한 시간 캡슐의 보관소를 제공합니다."라고 말합니다.
20세기 대부분 동안 연륜 연대학자들은 10년 이상의 역사의 광범위한 부분에 걸친 변화를 조사하기 위해 주로 연륜을 사용했습니다. 그러나 특정 시점에서 그들이 기록한 변화는 더 갑작스럽고 격변적이었습니다. 그들이 증거를 찾고 있는 것은 우리 태양계 중심부에 있는 별의 격동적인 최근 과거에 대한 불안한 통찰력을 드러내는 거대한 태양 사건입니다.
"아무도 짧은 사건이 나타날 것이라고는 예상하지 못했습니다." 파리 콜레주 드 프랑스의 기후학자 에두아르 바르가 말했습니다. 하지만 2012년 당시 박사과정 학생이었던 후사 미야케는 현재 일본 나고야 대학의 우주선 물리학자로 놀라운 발견을 했습니다. 그녀는 일본 삼나무를 연구하던 중 거의 800년 전인 서기 774년에 단 한 해 동안 탄소-14라는 탄소의 종류가 엄청나게 증가한 것을 발견했습니다 . "정말 흥분했습니다." 미야케가 말했습니다.
처음에 데이터를 의심했지만, 미야케와 그녀의 동료들은 곧 불안한 결론에 도달했습니다. 탄소-14의 급증은 대기에 엄청난 수의 입자를 주입한 무언가에서 비롯되었을 것입니다. 이 방사성 탄소 동위 원소는 고에너지 입자가 대기의 질소에 충돌할 때 생성되기 때문입니다. 초신성과 같은 우주적 사건 과 관련이 있었을 수도 있지만 , 그 이후로 연구에서는 또 다른 가능한 원인, 즉 태양에서 튀어나온 엄청난 입자 폭발을 제안했습니다 . 이는 현대에 본 어떤 것보다 훨씬 더 큰 슈퍼플레어에 의해 생성되었을 것입니다.
영국 레딩 대학교의 우주 물리학자 매튜 오웬스는 "그들은 우리가 관찰한 어떤 것보다 최소 10배 더 큰 사건이 필요합니다."라고 말합니다. 기록 된 최초의 태양 플레어 목격은 19 세기 중반으로 거슬러 올라가며 , 1859년의 거대한 지자기 폭풍과 관련이 있는데, 이 폭풍은 이를 관찰한 천문학자 중 한 명인 리처드 캐링턴의 이름을 따서 캐링턴 사건 으로 알려졌습니다 .
미야케의 발견은 남극과 그린란드와 같은 곳에서 수집한 코어의 나무 고리에 대한 다른 연구와 고대 얼음 분석을 통해 확인되었습니다. 후자는 탄소-14와 유사한 대기 과정에서 생성되는 베릴륨-10과 염소-36의 상관 관계가 있는 시그니처를 포함하고 있습니다. 그 이후로 이러한 거대한 우주 방사선과 입자 폭발이 현재 알려진 것처럼 더 많은 미야케 사건이 발굴되었습니다. 지난 15,000년 동안 총 7개의 잘 연구된 사건이 발생한 것으로 알려져 있지만 , 아직 미야케 사건으로 확인되지 않은 탄소-14의 다른 스파이크가 여러 개 있습니다.
가장 강력한 것으로 알려진 미야케 사건은 2023년에야 발견되었는데, 바드와 그의 동료들이 14,300년 전으로 거슬러 올라가는 남부 프랑스의 화석화된 소나무에서 탄소-14 스파이크를 발견했다고 발표했을 때였습니다 . 그들이 본 스파이크는 이전에 본 미야케 사건보다 두 배나 강력했으며, 이미 의심되는 이 괴물 사건은 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 클 수 있음을 시사합니다.
북극광의 원인은 무엇일까?
오로라는 태양에서 온 대전된 입자가 지구 자기장에 의해 극지방으로 몰려들 때 발생합니다. 여기서 그들은 대기 중의 가스와 충돌하여 충돌이 발생하면서 다양한 색상을 생성합니다. 태양 활동이 강할수록 오로라는 더 커질 수 있습니다. 지구 자기장은 또한 태양 활동의 증가로 영향을 받아 지자기 폭풍을 일으킬 수 있습니다.
우주에서 이 슈퍼스톰을 발견한 팀은 프랑스 남부 알프스에서 화석 나무를 수색했고, 강에 노출된 나무도 몇 개 발견했습니다. 사슬톱을 사용하여 샘플을 채취하여 실험실로 다시 가져가 조사한 결과, 엄청난 탄소-14 스파이크의 증거를 발견했습니다. 프랑스 엑스마르세유 대학교의 연륜 연대학자이자 이 연구의 공동 저자인 세실 미라몽은 "우리는 새로운 미야케 사건을 찾는 꿈을 꾸었고, 이를 발견하게 되어 매우, 매우 기뻤습니다."라고 말합니다.
딥 임팩트
하지만 오늘날 그런 사건이 다시 일어난다면 그 영향은 전례가 없을 것입니다. "수천 년 전에 살았던 사람들은 아마도 오로라를 보았을 것이고, 하늘에서 빛을 보았을 것입니다." 피어슨이 말합니다. "그들은 그것에 경탄했을지도 모릅니다. 하지만 그 이상으로는 그들에게 전혀 영향을 미치지 않았을 것입니다. 우리는 지구상에서 이런 사건을 목격하고 이로 인해 극도로 취약하고 엄청난 영향을 받는 최초의 사회입니다."
이러한 폭풍은 지구에 혼란을 일으킬 수 있습니다. 지자기 폭풍은 대기를 부풀려 위성에 대한 대기 저항을 증가시킬 수 있습니다(예를 들어 허블 망원경은 2024년 5월 지자기 폭풍 동안 하루에 40~80m(141~262피트) 씩 떨어졌습니다 ). 또한 전력망에 엄청난 피해를 입혀 제때 꺼지지 않은 전력망에 전력을 공급할 수 있는데, 이는 1989년 퀘벡에서 전력망 중 하나가 9시간 동안 중단 되어 캐나다 인구의 4분의 1인 600만 명이 전력 공급을 받지 못한 사건에서 드러났습니다.
문제는, 그들이 정말 훨씬 더 나쁠 수 있을까? – Raimund Muscheler
최근 역사상 가장 강력한 태양 폭풍인 1859년 캐링턴 사건은 지구 반구와 반구에서 강렬한 오로라 쇼를 일으켰고 전 세계의 전신선을 끊는 전기 서지를 일으켰습니다. 오늘날 캐링턴 수준의 사건의 영향은 재앙적일 것입니다. 최악의 경우 위성이 제자리에서 밀려나거나 섬세한 전자 장치가 손상되어 GPS(Global Positioning System)가 고장날 수 있으며, 지구의 여러 전력망과 인터넷도 고장날 수 있습니다. 2013년 한 보고서는 캐링턴 수준의 사건으로 인한 미국의 경제적 손실이 0.6조~2.6조 달러 (0.4조~2조 파운드)에 이를 수 있다고 추정했습니다.
그러나 미야케 사건은 다른 괴물입니다. 캐링턴 사건보다 최소 10배 더 큰 입자 폭발을 일으킵니다. 사실, 캐링턴 사건은 비교적 작아서 발생한 탄소-14의 급증은 나무 고리에 거의 나타나지 않습니다. 3월에 실시된 연구에서 캐링턴 사건에서 탄소-14의 매우 미묘한 힌트가 발견되었지만 , 미야케 사건과 비교할 수는 없습니다. 피어슨은 "나타나지 않습니다."라고 말합니다. "[뭔가 다른 일이 일어나고 있다는 것을] 의미하거나 [미야케 사건이] 캐링턴 사건보다 훨씬 더 큰 규모라는 것을 의미합니다. 극적인 측면이 있는 부분이 바로 여기입니다. 캐링턴 사건과 비슷하지만 규모가 더 큰 사건이라면 가능한 한 빨리 심각한 완화 전략이 필요합니다."
14,300년 전 지구를 휩쓴 것과 같은 규모의 사건이 일어난다면 우리 삶에 의존하고 있는 현대 기술에 엄청난 피해를 입힐 수 있다는 것은 상상하기 어렵습니다.
스웨덴 룬드 대학의 태양 과학자 라이문트 무셸러는 "캐링턴 사건은 최악의 시나리오로 추정된다"고 말한다. "그러니 문제는, 정말 훨씬 더 나쁠 수 있을까?"
고에너지 입자는 태양흑점 , 태양 표면의 일부를 식히고 활동을 주도하는 뒤틀린 자기장 에서도 흘러나올 수 있지만 , 모두가 큰 분출을 일으키는 것은 아닙니다. 일부 연구자들은 미야케 사건과 태양흑점 사이에 상관관계가 없는 것으로 보인다고 말합니다 . 대신 그들은 1년 이상 지속되는 훨씬 더 장기적인 폭풍과 태양 활동 폭발 때문일 수 있다고 말합니다.
기술에 의존하는 우리 세상에 있어서 이는 매우 우려스러운 일입니다.
그렇게 많은 고에너지 입자와 방사선에 직면하게 되면, 가장 잘 보호된 장비를 제외한 모든 장비가 취약해질 수 있습니다.
"위성은 파괴될 수도 있습니다."라고 무셸러는 말했습니다.
우리는 지구상에서 이런 사건을 목격할 수 있는 최초의 사회이며 극도로 취약할 것입니다. – 샬럿 피어슨
지구의 인프라도 위험에 처할 것입니다. 오웬은 "칩을 윙윙거리며 지나가는 입자가 비트 하나를 1에서 0으로 바꿉니다."라고 말합니다. 이는 정상적인 조건에서도 가끔 발생하는 일로 , 당혹스럽고 예상치 못한 컴퓨터 오류를 유발합니다. 하지만 미야케 사건은 너무 많은 오류를 유발하여 전자 시스템을 사용할 수 없게 되거나 심지어 섬세한 회로를 파괴할 가능성이 큽니다. ( 우주에서 발생한 컴퓨터 오류에 대해 자세히 읽어보세요 .)
"원자력 발전소에 연료를 넣고 빼는 것을 제어하는 것에서, 당신은 정말로 그런 것에 대해 걱정합니다." 오웬스가 말했다. "우주 날씨에서 우리는 100년에 한 번 일어나는 사건에 대해 이야기하는 경향이 있지만, 핵 산업은 종종 1,000년에 한 번 일어나는 사건, 정말 큰 일에 대해 걱정합니다."
태양 입자의 폭발은 항공에도 큰 피해를 입힐 수 있으며, 승객이 잠재적으로 해로운 수준의 방사선 에 노출되는 것을 막기 위해 지구 자기장에 의해 유입되는 입자가 모이는 극지방에서 비행기가 다른 곳으로 이동하게 됩니다 . 하지만 이러한 입자가 태양에서 지구까지 빛의 속도에 가까운 속도로 이동한다는 점을 감안하면, 단 8분 만에 준비할 시간이 거의 없을 것입니다. 오웬스는 "사건이 실제로 예측할 수 있는 것보다 더 많이 진행 중이라는 것을 아는 경향이 있습니다."라고 말합니다.
태양의 크기를 측정하다
물론, 나무 고리는 미야케 사건이 발생한 1년 전체에 대한 스냅샷만 제공하므로, 그 사건이 단 한 번의 치명적인 태양 폭발의 결과인지, 아니면 1년 동안 여러 차례 활동이 증가한 기간인지는 여전히 불분명합니다. 오웬스는 "그것이 단 한 번의 하루 동안의 단일 사건인지, 슈퍼플레어 가설인지, 아니면 그 해에 비정상적으로 많은 수의 매우 큰 입자 폭풍이 우연히 발생했는지는 알 수 없습니다."라고 말합니다. 그러나 그러한 폭풍은 여전히 크고 잠재적으로 위험할 것입니다.
더 많은 미야케 사건을 찾기 위한 연륜과 얼음 코어의 추가 분석은 더 많은 답을 제공하기를 바라며 진행 중입니다. "더 많은 사건이 숨겨져 있다고 생각합니다." 미야케가 말했습니다. 스위스의 공립 연구 대학인 ETH 취리히의 태양 과학자 니콜라스 브렘은 지난 5,000년 동안의 연륜 데이터의 약 95%가 연구되었다고 추정하며, 이는 최근 역사에서 더 많은 미야케 사건이 발견될 가능성은 낮다는 것을 의미합니다. 그 이상은 보존된 목재에서 약 30,000년 분의 데이터로 제한되지만, 그 분석은 어렵습니다. "이 기간의 좋은 자료를 얻는 것은 어렵습니다." 브렘이 말했습니다.
그럼에도 불구하고, 더 많은 미야케 사건을 찾는 사냥은 계속됩니다. 6월에 바드는 더 많이 노출된 화석 나무 샘플을 수집하기 위해 프랑스 알프스로 돌아갔습니다. 이제 샘플을 끌고 가면서 그는 몇 달 동안 나무 고리를 연구하는 "지루한 작업"을 시작할 것이라고 말합니다. 어쩌면 언젠가 14,300년 전보다 더 큰 사건이 발견될지도 모릅니다.
물론 다시 일어날 가능성도 여전히 있습니다. 우리는 그것에 대비하기를 바라는 게 낫습니다.