[어쩔과학2_3편]

‘밥 배’와 ‘간식 배’는 정말 따로 있을까?
세상물정에 관심 많은 과학자가 들려주는 과학이야기.
안녕하세요, 어쩔과학2 김범준입니다.

첫 번째 질문입니다. 우리나라에서도 과연 오로라를 볼 수 있을까요? 오로라는 어떻게 발생하는 것일까요? 오로라를 만들어내는 근원은 바로 태양입니다. 태양은 핵융합 반응을 통해서 외부로 많은 에너지와 입자들을 방출하게 됩니다. 이런 입자들이 지구로 날아와서 지구의 북극과 남극처럼 자기장이 강한 위치를 만나게 되면 그곳에 있는 대기의 산소와 질소 분자와 반응하면서 거기서 빛이 나오는 것이 오로라입니다. 오로라는 대개는 초록색인데요, 아주 운이 좋을 때는 가끔은 붉은색 오로라를 볼 수도 있다는 이야기도 들었습니다. 사실 제가 스웨덴이라는 나라에서 한 5년 정도 살았던 적이 있습니다. 이 스웨덴에선 오로라를 진짜 많이 봤어요. 그래서 제가 찍은 사진도 있는데요. 이 사진은 제가 그냥 집에 부엌에 있다가 창밖에 오로라가 보이길래 부엌 창문으로 찍은 오로라 사진도 있습니다. 오로라를 직접보면 정말 장관이에요. 세상에는 두 종류의 사람이 있다는 얘기 혹시 아시나요? 오로라를 맨눈으로 본 사람과 오로라를 못 본 사람으로 나뉘는데요. 저는 첫 번째 그룹, 오로라를 맨 눈으로 본 사람인 거죠.

직접 보면 오로라가 이렇게 멈춰 있지 않거든요. 그래서 커튼처럼 이렇게 살짝 움직입니다. 오로라는 지구의 북극 그리고 남극 지역에서 자주 볼 수 있습니다. 특히 북극에 가까운 곳에 가시면 여러분이 오로라를 눈으로 볼 수 있을 때가 많이 있는데요. 사실 우리나라에서도 오로라는 관찰이 가능합니다. 어떨 때 그러면 오로라를 볼 수 있을까요? 당연히 태양에서 지구를 향해서 보내준 태양풍이 강할 때입니다. 즉 태양의 활동성이 굉장히 강할 때, 그때는 우리나라처럼 위도가 높지 않은 곳에서도 오로라를 볼 수 있는 것이 가능합니다. 실제로 우리나라의 고려사, 조선왕조실록 같은 오래된 기록을 보면 오로라를 우리나라에서 봤다는 그런 기록이 남아있기도 합니다.

태양의 활동성을 우리가 살펴보면 특정 주기가 있다는 것이 알려져 있는데요. 보통 11년의 주기로 태양 흑점의 숫자가 변화하고요. 태양에 흑점이 많을 때가 태양이 더 활동적으로 행동할 때입니다. 그런데 딱 올해가 2025년이 11년 주기로 생각했을 때 태양 활동이 극대기인 때입니다. 특히 올해 7월이 태양 활동 극대기라는 이야기를 들었는데요. 어쩌면 올해 7월에 우리나라에서도 오로라를 볼 수 있을까? 한번 기대해 보셔도 좋을 것 같습니다. 요즘은 오로라 예측해 주는 사이트가 있습니다. 여러분 검색해 보시면 쉽게 찾을 수 있는데요. 오로라를 과연 우리가 사는 곳에서 볼 수 있을지를 이런 예측 사이트를 방문해서 여러분이 살펴보셔도 좋습니다. 여러분이 예를 들어 위도가 높은 캐나다 북쪽이라든가 노르웨이나 스웨덴 같은 곳을 방문할 때가 있다면 이 예측 사이트를 활용해 보시는 것도 좋은 방법일 것 같습니다.

다음 질문입니다. 여러분 사우나에 가시면 방의 온도가 80도까지도 이럴 때가 있습니다. 그런데 그렇게 뜨거운데 어떻게 우리가 사우나의 그 높은 온도를 견딜 수 있을까요? 가능합니다. 가능한 이유가 있는데요. 사우나에 들어가서 아주 높은 곳에 있다고 하더라도 한번 생각해 보세요. 여러분 몸의 체온도 그러면 그 방의 온도인 80도까지 오를까요? 당연히 그렇지 않습니다. 기온은 80도라고 하더라도 우리 몸은 보통 상태에서의 체온인 36도, 37도, 38도 정도를 어느 정도는 일정하게 유지할 수 있습니다. 그런데 물리학을 생각해 보시면 온도가 다른 두 물체가 있다면 항상 높은 쪽 물체는 온도가 내려가고 온도가 낮았던 물체는 온도가 올라가면서 결국 평형상태에 도달하게 된다라는 것이 물리학의 열역학이 알려주는 지식이죠.

아니 그런데 80도나 되는 높은 온도의 사우나방에 들어갔는데 우리 몸은 도대체 어떻게 낮은 온도를 계속 일정하게 유지할까요? 그 방법이 바로 다들 아시는 거죠. 사우나 방에 들어가면 땀이 무지막지하게 흐르게 됩니다. 우리 몸이 땀을 흘리게 되면 피부 표면에 액체 상태의 물이 있게 됩니다. 그리고 실내 기온이 높은 사우나 방 안에선 우리 몸 표면에 있는 이 액체 상태의 물이 기화해서 수증기로 변하게 되겠죠. 그런데 물이 액체 상태에서 기체 상태로 변하는 과정이 진행되려면 엄청나게 많은 에너지가 투입되게 됩니다. 이것을 물리학에서는 숨은열 혹은 잠열이라고 부르는데요. 따라서 우리 몸은 외부에서 우리 몸으로 전달되는 에너지의 상당한 부분을 물을 수증기로 바꾸는 과정에서 소비하고 체온을 그렇게 높은 온도가 되지 않도록 일정하게 유지하는 것이 가능한 거죠. 여름에 길이 너무 뜨거우면 가끔 이렇게 물 뿌리잖아요. 그럼 시원해지잖아요. 그거와 사실 같은 원리입니다. 하지만 너무 오래 사우나 방에 있게 되면 문제가 당연히 발생하게 돼요. 우리 몸이 가지고 있던 수분을 우리 몸이 땀으로 계속 방출하게 되면 그러면 우리 몸이 수분 부족 상태에 있게 될 수 있습니다. 그래서 너무 오랜 시간 사우나에 있지는 마시고요. 잠깐잠깐 있으면서 땀을 뻘뻘 흘리면서 사우나를 즐기시는 건 사실 크게 걱정하실 필요는 전혀 없습니다.

다음 질문인데요. 얼음은 왜 물에 뜰까요? 이거 진짜 어려운 질문입니다. 왜 어려운 질문이냐면 이걸 이해하는 것이 그렇게 쉽지는 않아요. 얼음은 다른 물질과 비교해서 아주 독특한 특성이 있어요. 다른 모든 대부분의 물질들은 액체 상태에서 고체 상태로 되면 부피가 줄어듭니다. 하지만 물은 액체 상태인 물이 고체 상태인 얼음으로 바뀔 때 부피가 줄어들지 않고 늘어나게 됩니다. 물은 H2O라는 물 분자로 이루어져 있는데요. 물 분자가 인접한 다른 물 분자와 영향을 주고받을 때 이걸 물리학자들은 수소 결합이라고 부릅니다. 물 분자들 사이에 수소 결합 때문에 결국 물은 액체가 고체로 변할 때 부피가 늘어나는 것이 가능하다는 것이 과학에서 알려져 있습니다. 어떤 방식이냐면 여러분도 눈 결정 같은 모습 떠올리시잖아요. 이게 육각형 모양이죠. 얼음이 되면 물 분자들이 육각형의 구조를 따라서 놓이게 되는데요. 육각형을 보시면 가운데 텅 비어 있잖아요. 그런데 육각형 결정구조로 갖고 있던 얼음이 녹게 되면 물 분자들이 움직이면서 고체일 때 비어있던 중간 부분에도 물 분자가 놓일 수 있는 것이 가능하게 되는 거죠. 그래서 물은 액체로 변하면서 오히려 부피가 줄어들고 액체였다가 고체인 얼음으로 변할 때는 부피가 늘어나는 것이 가능한 아주 독특한 그런 물질입니다.

우리는 이렇게 물이 얼면서 가벼워져서 액체인 물 위로 얼음이 뜬다라는 것을 알고 있는데, 이게 굉장히 중요한 특성입니다. 한번 생각해 보셔도 돼요. 겨울에 호수가 있습니다. 호수가 얼기 시작해요. 그러면 호수 물 안쪽에서 얼음 결정이 만들어졌는데 얼음 결정이 만약 뜨지 않고 가라앉는다면 어떻게 될까요? 호수 물이 점점 더 많은 얼음으로 바뀌게 되면 그리고 얼음이 물보다 더 무겁다면 호수가 위부터 얼지 않고 아래부터 얼게 됩니다. 그러면 어떻게 될까요? 당연히 호수 안에서 겨울을 버텨야 하는 물고기 같은 그런 생명체들이 겨울에 살아갈 수가 없게 되겠죠. 물은 얼음이 되면서 가벼워지고 얼음 결정은 만들어지자마자 호수 물의 윗부분으로 뜨게 되는 거죠. 그래서 물은 위부터 얼고 꽁꽁 언 강물과 호수 물아래에서도 생명체들이 겨울을 버틸 수 있는 것. 바로 그게 물이 갖고 있는 이 독특한 특성 덕분입니다.

다음 질문은 저도 굉장히 궁금했던 질문이에요. ‘밥 배’와 ‘간식 배’는 따로 있을까? 저는 밥 배와 간식 배라고 이야기하지만, 밥이냐 간식이냐를 나누는 기준은 사실 명확하지는 않을 것 같아요. 하지만 보통 우리가 간식이라고 하면 달달한 음식, 즉 당도가 높은 음식을 떠올릴 수 있죠. 사실 이걸 어떤 실험을 한 적이 있다고 해요. 한 방송 프로그램에서 위장 조영 검사를 통해서 정말 간식 배가 따로 있는지 본 적이 있었는데요.

그러면 왜 우리는 밥을 먹은 다음에도 달달한 디저트를 먹을 수 있을까요? 사실 우리 선조들이 살았던 오래전 환경을 생각해 보십시오. 그런 오래전 우리 선조들에게는 당도가 높은 음식들, 즉 예를 들어 과당이라든가 과일이라든가 그런 것들은 아주 소중한 음식입니다. 우리 몸은 예를 들어 쌀, 밀 같은 곡식에 들어있는 전분이 들어오면 일단 우리 몸의 소화 요소가 이런 전분들을 잘게 잘게 나눠서 당류로 바꿉니다. 단당류로 바뀌는 과정을 거친 다음에야 우리 몸이 그걸 에너지원으로 소비할 수 있어요. 그런데 우리 혀의 단맛을 느끼는 물질들은 이런 분해 과정이 필요 없죠. 당분이 직접 우리 몸에 들어온다면 배고픔에 늘 허덕였던 우리 인류의 선조들은 이런 당도가 높은 음식물들을 아주 소중하게 생각했을 것이 분명합니다. 그러면 어땠을지 한번 생각해 보세요. 우리 선조가 배가 엄청 불렀어요. 그런데 숲을 거닐다가 아주 달달한 과일을 보게 됩니다. 그럼 그때, 그 과일을 배가 부른다고 안 먹은 선조들이 우리 선조일까요? 아니면 배가 불렀지만 달달하고 소중한 당분이니까 일단 먹는 사람이 우리 선조일까요? 당연히 배가 불러도 먹는 사람이 우리 선조가 됐을 것이 분명하죠. 그래서 당도가 높은 음식물은 아마도 우리 몸이 배가 충분히 부른 상태에서도 그런 음식을 갈구하도록 하는 그런 습성이 만들어졌을 가능성이 저는 크다라고 생각해 볼 수 있었습니다.

사실 이런 당도가 높은 음식을 우리 몸이 갈구하다 보니까 현대에선 이게 너무 우리 선조들은 겪지 못했던 반대의 문제가 발생하는 것 같아요. 저만 해도 그 문제가 심각한데요. 자꾸 단 것을 제 몸이 필요한 양보다 더 많은 당분을 섭취하려고 하는 그런 성향이 있게 됩니다. 사실 이것도 우리 선조들은 당연히 그렇게 했을 겁니다. 왜냐하면 일단 굉장히 당도가 높은 어떤 음식을 만났다면 일단은 먹어서 몸에 에너지를 축적한 그런 선조들이 훨씬 더 생존에 유리했겠죠. 하지만 현대를 살아가고 있는 우리 대부분에겐 과다한 당을 몸에 섭취해서 에너지를 축적하는 것이 사실은 요즘은 오히려 건강에 해를 끼치는 그런 행동이 될 수도 있는 것 같아요. 그래서 저도 물론 단 음식을 정말 좋아하는데요. 오늘 여러분과 이 얘기를 나눈 것을 계기로 해서 좀 참아보아야겠다라는 생각도 해보게 됐습니다.

이렇게 당분은 중독될 수 있습니다. 그래서 여러분이 너무 달달한 음식을 자꾸 습관적으로 계속 많이 섭취하는 것은 꼭 피하시고요. 하지만 중독돼도 괜찮은 것도 많이 있습니다. 저는 그중에 가장 대표적인 것이 바로 과학 중독이라고 생각합니다.

오늘 준비한 얘기는 여기까지입니다. 고맙습니다.