과학자들은 마침내 물의 새로운 형태를 발견했습니다.

 

※ 본 내용은 유튜브 채널 '책밖과학'에서 제공하며, 타 블로그 및 유튜브 채널에서의 사용을 절대 금지합니다.

 

물은 조건에 따라서 다양한 형태로 변할 수 있습니다.

 

영하의 온도에서는 얼음의 형태로, 상온에서는 액체의 형태로, 그리고 고온에서는 증기로 변할 수 있죠.

 

하지만 어쩌면 물에는 우리가 생각치도 못했던 완전히 새로운 형태가 존재할 수도 있습니다.

 

이 새로운 물의 상태는 액체와 고체의 특성을 모두 가지고 있을 것으로 오래전 부터 추정되어 왔는데요.

 

해왕성과 천왕성 내부에 많이 존재하고 있을 것으로 추정되고 있는 이 물질의 정체는 무엇일까요?

 

수십년 동안의 노력 끝에 과학자들은 마침내 이 물질을 만들어내는데 성공했습니다.

 

 

 

물이 가질 수 있는 완전히 새로운 형태.

이 형태는 바로 "초이온 얼음(Superionic Ice)"입니다.

 

정말 오래전부터 과학자들의 상상속에서만 존재해왔던 아주 특이한 물의 형태입니다.

 

 

이 초이온 얼음은, 물을 이루는 수소와 산소가 떨어져 서로 다른 형태가 되면서 만들어질 수 있는데요.

 

물 안에서 수소 원자는 액체의 형태를, 산소 원자는 고체의 형태로 변해야 초이온 얼음이 될 수 있습니다.

 

그런데 수소 원자와 산소 원자를 이렇게 만들려면 아주 높은 압력과 온도가 필요합니다.

 

일반적인 방법으로는 수소와 산소를 이러한 상태로 만드는 것이 애당초 불가능하죠.

 

이것이 바로 수십 년 동안 과학자들이 초이온 얼음을 만드는데 실패했던 이유이기도 합니다.

 

그래서 이번에 과학자들은 초이온 얼음을 만들어내기 위해 입자 가속기를 이용하기로 결정했는데요.

 

과학자들은 입자가속기 안에 두 개의 다이아몬드를 설치한 뒤 그 사이에 소량의 물을 위치시켰습니다.

 

그리고 입자가속기 내에서 20기가파스칼(GPa, 지구 대기압의 약 20만배)의 압력을 발생시켜 물을 얼음으로 만들었죠.

 

이와 동시에 고출력의 레이저를 발사하여 얼음을 약 6000도 까지 순간적으로 가열시켰습니다.

 

 

또한 과학자들은 이순간의 구조 변화를 확인하기 위해, 전자를 광속에 가깝게 가속시켰는데요.

 

광속에 가깝게 가속된 전자는 X선을 발생시켰고, 이 X선은 얼음을 통과하면서 내부의 원자구조를 매핑했습니다.

 

X선 매핑을 통해 살펴본 수소와 산소 원자는 아주 이상한 형태와 구조를 이루고 있었습니다.

일단 산소 원자는 마치 고체처럼 격자의 형태를 이루어 정렬되어 있었습니다.

 

그리고 수소 원자는 산소 원자들 사이를 흐물거리며 자유롭게 움직이고 있었죠.

 

이러한 모습은 마치 수소 원자의 바다 속에, 산소 원자들이 격자의 형태로 떠 있는 것처럼 보이기도 했습니다.

 

이러한 구조 변화로 인해 얼음은 마치 액체와 고체를 하나로 합친 것과 같은 기이한 형태로 변했습니다.

 

또한 이 얼음의 색은 아주 검은 색으로 변해있었는데요.

 

그 이유는 흐물거리며 움직이고 있는 수소 원자들이 가시광선의 통과를 대부분 막고 있었기 때문입니다.

 

 

이렇게 그동안 이론상으로만 존재해 왔던 초이온 얼음을 만드는데 성공하게 되었습니다.

 

하지만 이 얼음의 특성이나 만들어지는 정확한 온도와 압력은 완전히 밝혀지지 않았는데요.

 

그동안 과학자들은 초이온 얼음이 만들어 지려면 최소한 50기가파스칼(대략 대기압의 50만배)의 압력이 필요할 것으로 생각해 왔습니다.

 

하지만 실제로 초이온 얼음을 만드는데는 20기가파스칼 밖에 필요하지 않았죠.

즉 아직도 모르고 있는 특성이 많이 남아 있다는 겁니다.

 

암튼, 이 초이온 얼음의 특성을 모두 파악할 수만 있다면, 우주의 생명 탐사에도 아주 큰 도움이 될 수 있을 것으로 기대가 되고 있는데요.

 

이 초이온 얼음의 수소 원자들은 주변 전자기장에 영향을 미쳐 자기장을 만들어낼 수도 있기 때문입니다.

 

여러분들도 아시다시피 자기장은 생명이 거주하는데 있어서 아주 중요한 요소라고 할 수 있습니다.

 

행성에 자기장이 존재한다면, 중심별에서 쏟아지는 유해한 방사선들을 막아줄 수 있기 때문입니다.

 

 

이제 과학자들은 초이온 얼음에 대해서 조금씩 배워가기 시작했습니다.

 

만약 우리가 이 초이온 얼음의 형성 조건을 모두 밝혀낸다면, 생명이 존재하는 행성을 찾는데 아주 큰 도움이 될 수 있을 겁니다.

 

이렇게 과학은 또 한걸음 앞으로 나아가게 되었습니다.

 

https://youtu.be/Hy4XgPaU4IE?si=ACgcwuA6ktU1K2qt

 

 

 

 

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