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[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 어두운 밤 허공에서 나타나는 도깨비불 전설은 동서양을 막론하고 오랜 옛날부터 구전돼왔다. 우리나라를 비롯한 동양에 도깨비불이 있다면 서양에는 이른바 잭-오-랜턴,윌-오-더-위스프 등으로 불리는 도깨비불과 흡사한 유령의 전설이 존재한다.
학계에서는 이같은 도깨비불의 원리를 처음으로 과학적으로 규명해냈다. 아무것도 없는 허공에서 불꽃이 튀는 신비한 현상이 늪지대 등의 작은 기포 사이에서 발생하는 ‘미세 번개(microlightning)’에 의해 나타난다는 것이다.
10일 학계에 따르면 스탠퍼드대학교 연구팀은 도깨비불 현상이 단순한 메탄가스 연소가 아닌, 미세 기포 사이에서 발생하는 미세 번개에 의해 불이 붙는 것이라는 연구 결과를 발표했다. 국제학술지 사이언스(Science)를 통해 소개된 이 연구는 단순히 도깨비불의 원리 만이 아니라 생명 탄생의 필수 분자가 어떻게 형성됐는지에 대한 새로운 가설까지 제시하기도 했다.
도깨비불은 동서고금을 막론하고 전 세계의 신화와 민속에 등장하는 기이한 현상이다. 과학자들은 오랫동안 유기물 부패 과정에서 발생하는 가연성 메탄가스가 이 현상의 원인일 것이라 추정해왔다. 하지만 이 가스가 어떻게 스스로 발화해서 불꽃을 피울 수 있는 지에 대해서는 명확한 설명이 부족했다.
스탠퍼드대의 리처드 자레 교수 연구팀은 이 오랜 수수께끼를 해결할 실마리를 찾아냈다. 그 해답은 물과 공기의 경계면에서 흔히 형성되는 나노미터에서 마이크로미터 크기의 아주 작은 기포에 숨어 있었다.
연구팀은 이러한 미세 기포들이 크기에 따라 표면에 전하가 분리된다는 사실에 주목했다. 작은 기포에는 음전하가, 큰 기포에는 양전하가 축적되면서 기포들 사이에 강력한 전기장이 형성된다. 이로 인해 전하가 균형을 맞추려 할 때, 짧은 순간 미세 번개와 같은 전기적인 폭발이 터져 나온다는 것이다.
연구팀은 이 미세 번개가 도깨비불을 설명할 수 있는지 확인하기 위해, 물속에 잠긴 노즐을 통해 메탄과 공기의 미세 기포를 분사하는 실험 장치를 설계했다. 초고속 카메라로 포착한 결과 기포들이 충돌할 때 실제로 아주 작은 빛의 섬광이 발생하는 것이 확인됐다.
연구팀을 이끈 자레 교수는 특히 공기만 주입했을 때도 섬광이 관찰되었다는 점을 강조했다. 이는 섬광이 메탄 자체의 자발적인 발화가 아니라 기포 표면의 전하 분리로 인해 발생하는 미세 번개 현상임을 시사한다.
하지만 메탄 기포가 함께 존재했을 때는 빛의 양이 증가하고 내부 온도가 상승하는 변화가 나타났다. 추가 관찰을 통해 연구팀은 메탄 연소 시 생성되는 포름알데하이드의 형광과 일치하는 자외선도 감지했다. 이러한 결과는 미세 번개가 메탄가스에 불을 붙여 도깨비불 현상을 촉발시킬 수 있음을 뒷받침한다.
이번 연구는 단순히 전설 속 현상의 비밀을 푸는 것을 넘어 생명 과학 분야에도 중요한 단서를 제시한다.
하버드대학교의 화학자 제임스 앤더슨(James Anderson) 박사는 이번 연구에 대해 “화학 반응이 시작될 수 있는 새로운 메커니즘을 보여준다”며 “미세 기포가 반응을 촉발하는 힘은 생명 탄생 이전에 필수적인 ‘생체 분자’가 어떻게 형성됐는지 설명하는 데도 도움이 될 수 있다”고 평가했다.
실제로 많은 연구진들은 미세 기포 유도 반응이 생명의 필수 구성 요소인 아미노산을 결합시켜 펩타이드를 만들고, 핵산을 결합시켜 폴리뉴클레오타이드를 생성할 수 있음을 입증한 바 있다.
이번 스탠퍼드대 연구팀의 연구는 초기 지구에 미세 기포가 어디에나 퍼져있었을 수 있으며, 이 기포들이 생명에 필요한 생체 분자를 탄생시키는 ‘불꽃’을 제공했을 가능성이 있음을 암시했다. 이는 ‘밀러-유리’ 생명 기원 실험에서 생명체의 탄생을 위해 상정했던 대기 번개 없이도 생명 기원 물질이 형성될 수 있다는 새로운 가설을 제안하는 것이다.
이번 미세 번개 연구를 계기로 여러 연구진이 이 실험 방식을 변형해 수천개의 화학반응을 일으키고, 새로운 화합물 합성 경로를 모색할 전망이다.
이같은 기대에 대해 연구팀은 미세 번개가 도깨비불 현상의 발화 메커니즘을 설명할 수 있음은 입증했지만, 초기 지구 생명 기원설과의 연결 고리는 아직 불확실한 수준이라고 신중한 모습을 보였다.
◎공감언론 뉴시스 hsyhs@newsis.com [서울=뉴시스]윤현성 기자 = 어두운 밤 허공에서 나타나는 도깨비불 전설은 동서양을 막론하고 오랜 옛날부터 구전돼왔다. 우리나라를 비롯한 동양에 도깨비불이 있다면 서양에는 이른바 잭-오-랜턴,윌-오-더-위스프 등으로 불리는 도깨비불과 흡사한 유령의 전설이 존재한다. 학계에서는 이같은 도깨비불의 원리를 처음으로 과학적으로 규명해냈다. 아무것도 없는 허공에서 불꽃이 튀는 신비한 현상이 늪지대 등의 작은 기포 사이에서 발생하는 ‘미세 번개(microlightning)’에 의해 나타난다는 것이다.10일 학계에 따르면 스탠퍼드대학교 연구팀은 도깨비불 현상이 단순한 메탄가스 연소가 아닌, 미세 기포 사이에서 발생하는 미세 번개에 의해 불이 붙는 것이라는 연구 결과를 발표했다. 국제학술지 사이언스(Science)를 통해 소개된 이 연구는 단순히 도깨비불의 원리 만이 아니라 생명 탄생의 필수 분자가 어떻게 형성됐는지에 대한 새로운 가설까지 제시하기도 했다.도깨비불은 동서고금을 막론하고 전 세계의 신화와 민속에 등장하는 기이한 현상이다. 과학자들은 오랫동안 유기물 부패 과정에서 발생하는 가연성 메탄가스가 이 현상의 원인일 것이라 추정해왔다. 하지만 이 가스가 어떻게 스스로 발화해서 불꽃을 피울 수 있는 지에 대해서는 명확한 설명이 부족했다.스탠퍼드대의 리처드 자레 교수 연구팀은 이 오랜 수수께끼를 해결할 실마리를 찾아냈다. 그 해답은 물과 공기의 경계면에서 흔히 형성되는 나노미터에서 마이크로미터 크기의 아주 작은 기포에 숨어 있었다.연구팀은 이러한 미세 기포들이 크기에 따라 표면에 전하가 분리된다는 사실에 주목했다. 작은 기포에는 음전하가, 큰 기포에는 양전하가 축적되면서 기포들 사이에 강력한 전기장이 형성된다. 이로 인해 전하가 균형을 맞추려 할 때, 짧은 순간 미세 번개와 같은 전기적인 폭발이 터져 나온다는 것이다.연구팀은 이 미세 번개가 도깨비불을 설명할 수 있는지 확인하기 위해, 물속에 잠긴 노즐을 통해 메탄과 공기의 미세 기포를 분사하는 실험 장치를 설계했다. 초고속 카메라로 포착한 결과 기포들이 충돌할 때 실제로 아주 작은 빛의 섬광이 발생하는 것이 확인됐다.연구팀을 이끈 자레 교수는 특히 공기만 주입했을 때도 섬광이 관찰되었다는 점을 강조했다. 이는 섬광이 메탄 자체의 자발적인 발화가 아니라 기포 표면의 전하 분리로 인해 발생하는 미세 번개 현상임을 시사한다.하지만 메탄 기포가 함께 존재했을 때는 빛의 양이 증가하고 내부 온도가 상승하는 변화가 나타났다. 추가 관찰을 통해 연구팀은 메탄 연소 시 생성되는 포름알데하이드의 형광과 일치하는 자외선도 감지했다. 이러한 결과는 미세 번개가 메탄가스에 불을 붙여 도깨비불 현상을 촉발시킬 수 있음을 뒷받침한다.이번 연구는 단순히 전설 속 현상의 비밀을 푸는 것을 넘어 생명 과학 분야에도 중요한 단서를 제시한다.하버드대학교의 화학자 제임스 앤더슨(James Anderson) 박사는 이번 연구에 대해 “화학 반응이 시작될 수 있는 새로운 메커니즘을 보여준다”며 “미세 기포가 반응을 촉발하는 힘은 생명 탄생 이전에 필수적인 ‘생체 분자’가 어떻게 형성됐는지 설명하는 데도 도움이 될 수 있다”고 평가했다.실제로 많은 연구진들은 미세 기포 유도 반응이 생명의 필수 구성 요소인 아미노산을 결합시켜 펩타이드를 만들고, 핵산을 결합시켜 폴리뉴클레오타이드를 생성할 수 있음을 입증한 바 있다.이번 스탠퍼드대 연구팀의 연구는 초기 지구에 미세 기포가 어디에나 퍼져있었을 수 있으며, 이 기포들이 생명에 필요한 생체 분자를 탄생시키는 ‘불꽃’을 제공했을 가능성이 있음을 암시했다. 이는 ‘밀러-유리’ 생명 기원 실험에서 생명체의 탄생을 위해 상정했던 대기 번개 없이도 생명 기원 물질이 형성될 수 있다는 새로운 가설을 제안하는 것이다.이번 미세 번개 연구를 계기로 여러 연구진이 이 실험 방식을 변형해 수천개의 화학반응을 일으키고, 새로운 화합물 합성 경로를 모색할 전망이다.이같은 기대에 대해 연구팀은 미세 번개가 도깨비불 현상의 발화 메커니즘을 설명할 수 있음은 입증했지만, 초기 지구 생명 기원설과의 연결 고리는 아직 불확실한 수준이라고 신중한 모습을 보였다.
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