[어쩔과학2_7편]

또 새벽에 깼다... 나이 들수록 잠이 적어지는 이유?

세상 물정에 관심 많은 과학자가 들려주는 과학 이야기

Q. 화성 비즈니스 시작?! 정말 화성으로 이주할 수 있을까?

화성으로 이주하는 것이 정말 가능한지를 생각하려면 화성이 우리 인간이 살 수 있는 그런 거주 환경을 가질 수 있는지를 고민해야 합니다. 화성을 지구처럼 만드는 것 그런 것을 '화성 테라포밍'이라고 부릅니다. 화성 테라포밍을 하려면 먼저 화성이 가지고 있는 여러 특성에 대해서 생각해 봐야 합니다. 그리고 생명이 화성에서 존재하기 위한 어떤 물리적인 특성으로 어떤 특성이 요구되는지도 우리가 알아야겠죠. 많은 과학자는 생명이 존재하려면 액체 상태의 물이 꼭 필요하다고 생각합니다. 그런데 왜 하필이면 액체 상태라고 생각할까요? 만약 온도가 아주 높아서 물이 기체 상태로 존재하게 되면 화학반응이 일어나는 속도가 굉장히 빠르게 됩니다. 그 이야기는 어떤 화학 물질이 만들어진다고 하더라도 시간이 지나면서 안정적으로 유지될 수 없게 됩니다. 한편, 물이 꽁꽁 얼어서 고체 상태인 얼음으로 있다면 그러면 얼음은 그 안에 들어있는 물 분자들이 거의 움직이지 않잖아요. 따라서 고체 상태인 물의 경우에는 화학 반응이 일어나는 속도가 아주 느리거나 혹은 일어날 수 없게 되겠죠. 결국 고체도 아니고 기체도 아닌 액체 상태의 물이 생명이 꼭 필요한 화학 반응이 가능하려면 우리가 꼭 요구해야 될 그런 조건이라고 할 수 있습니다. 물은 이거 말고도 다른 특성이 있는데요. 물은 일단 '만능 용매'라고 과학자들이 생각합니다. 굉장히 많은 화학 물질을 녹일 수 있어서 물에서는 상당히 다양한 화학 반응이 일어날 수 있고 따라서 이런 특성으로 인해서 생명이 출연하고 유지될 때 굉장히 중요한 물질이 액체 상태의 물이라고 할 수 있죠.

물은 굉장히 비열이 큰 물질인데요. '비열이 크다'는 뜻은 외부의 온도가 큰 폭으로 변해도 물을 많이 포함하고 있는 물질의 경우엔 내부의 온도가 그리 많이 변하지 않는다는 그런 특성이라고 생각하셔도 됩니다. 지구에 있는 많은 생명은 몸 안에 굉장히 많은 물을 갖고 있죠. 그게 생명이 가지고 있어야 할 항상성이라는 특성에 분명히 도움이 됩니다. 자 이처럼 액체 상태의 물이 있어야 한다는 것으로 쉽게 생각해 볼 수 있는 게, 그 외계에서 중심 별이 있고 중심 별로부터 어느 정도 거리를 두고 행성이 존재할 텐데 별과 행성 사이의 거리가 너무 멀면 그러면 물이 고체 상태로 존재해서 생명이 만들어지기 어렵고 너무 가까우면 또 물이 기체 상태로 존재해서 생명이 또 만들어지기는 어렵겠죠. 적절한 거리가 필요합니다. 이런 영역을 천문학자들이 ‘골디락스존’이라고 부르기도 하죠.

한편, 생명은 물이 꼭 있어야 된다는 특성과 더불어서 생명은 굉장히 다양한 생화학 물질을 이용해서 생명 활동을 이어갑니다. 그때 생명이 이용하고 있는 원소가 바로 탄소입니다. 탄소가 6번이죠. 그래서 2개의 전자는 탄소 원자핵의 가까운 쪽에 꼭 묶여 있고요. 바깥쪽에 4개의 전자가 있는데요. 4개 중의 2개는 옆에 있는 탄소 원자랑 이렇게 양팔을 뻗쳐서 마치 뭐라고 할까요? 강강술래 하듯이 서로 연결하는 용도로 2개를 쓰고요. 남는 2개의 바깥쪽 전자를 다른 탄소가 아닌 얼마든지 다양한 여러 원소, 원자들과 결합할 수 있는 용으로 사용하기 때문에 4개의 전자를 이용해서 화학 물질을 만들어 낼 수 있는 탄소가 생명이 만들어지려면 꼭 필요한 그런 원자라고 생각하는 거죠. 이런 이유로 많은 과학자들이 액체 상태의 물 그리고 탄소를 우주 어디에서라도 생명이 존재하려면 꼭 중요한 물질적인 근원이 이 두 가지는 있어야 한다고 많은 과학자가 생각하는 거죠.

화성은 어떨까요? 화성은 현재는 액체 상태의 물이 표면에 없는 것으로 보입니다. 하지만 과거에는 액체 상태의 물이 흘렀다는 명확한 증거가 있습니다. 그래서 많은 과학자들이 액체 상태의 물이 있었을 당시에 화성에서 생명이 출연하는 건 가능했을 것으로 봅니다. 그런데 이후에는 물이 거의 사라졌잖아요. 하지만 여전히 지하 깊숙한 곳 같은 그런 곳에는 ‘과거에 만들어졌던 생명이 일부라도 현재도 존재할 가능성이 있지 않을까?’라고 생각하고 있죠. 자 어쨌든 액체 상태의 물이 현재는 없다는 것이 화성의 테라포밍을 어렵게 하는 한 가지 이유입니다. 또 다른 이유도 있는데요. 화성은 일단 대기가 굉장히 희박합니다. 따라서 화성에서 지금 지구처럼 충분한 양의 산소를 지금 현재는 갖고 있지 못하죠. 근데 만약 하나라도 미래에 화성의 대기에 산소를 충분히 어떤 방식으로라도 공급할 수 있다면 어떤 일이 가능할까요? 그러면 물론 인간이 살 수도 있을 것 같다는 생각도 하시겠지만 또 다른 문제가 있습니다. 화성은 지구의 중력의 40% 정도밖에 안 되거든요. 중력이 작으면 어떤 문제가 있냐 하면 대기 중에 있는 기체 분자들이 막 움직이거든요, 열운동을 해요. 그러다가 확률이 작긴 하지만 대기를 구성하고 있는 기체 분자들이 어쩌다가 그 행성이 만들어내는 탈출 속도보다 더 빠른 속도를 갖는 것이 가능하다면 화성의 대기에서 기체 분자들이 계속 우주로 날아가서 유출되게 됩니다. 따라서 화성의 중력이 약하다는 것 때문에 산성을 충분히 머금은 대기를 만들어낸다고 하더라도 그 대기가 안정적으로 유지될 수는 없습니다.

또 화성의 이것보다도 어쩌면 더 큰 문제일 수 있는 것이 화성은 자기장이 약합니다. 태양이 핵융합을 하면서 우주로 엄청나게 많은 입자를 방출합니다. 이런 걸 태양풍이라고 부르죠. 태양풍이 지구를 향해서 불어오면 지구의 자기장이 태양풍을 가둡니다. 그래서 지구 표면에 태양풍 입자가 도달하는 것을 막아주는 역할을 지구 자기장이 하고 있죠. 그런데 화성은 자기장이 약합니다. 그래서 결국 화성을 테라포밍한다고 하더라도 화성의 표면에 태양풍이 거의 직접적으로 도달할 가능성이 크고 태양풍은 굉장히 큰 고에너지 입자를 포함하고 있기 때문에 생명이 안정적으로 유지되는 것은 어렵지 않을까라는 것이 많은 과학자들의 추정입니다.

사실 이 화성의 테라포밍을 추진하겠다는 얘기를 들을 때마다 저는 좀 많이 안타까워요. 화성을 정말로 지구와 비슷한 환경으로 바꾸기 위해 우리 인류가 투자해야 되는 예산이라면 지금 현재 지구가 겪고 있는 기후 위기 같은 문제들을 우리가 얼마든지 해결하고도 남습니다. 멀리 떨어져 있고 가기도 힘들고 지구처럼 바꾸자니 돈도 많이 드는 화성을 테라포밍할 그런 생각을 하지 마시고 지구를 우리 후손들이 더 살기 좋은 환경으로 바꾸어 가도록 우리가 지금 이곳에서 노력하는 것이 훨씬 더 합리적인 방식, 방법이라고 생각하고 있습니다.

Q. 또 새벽에 깼다... 나이 들수록 잠이 적어지는 이유는?

사실 나이가 들면서 잠이 줄어드는 이유는 안타까운 생물학적인 진실인데요. 사실 생물학과 진화의 입장에서 보면 아이를 낳아서 자신의 유전자를 남겨준 개체라면 사실은 더 오래 살 이유가 유전자의 입장에선 많지 않습니다. 나이가 들면서 우리가 갖게 되는 수면의 패턴이 변합니다. 젊어서는 이 깊은 숙면 단계, 그 세 번째 단계 수면에 보내는 시간이 긴데요. 나이가 들면서 그 부분이 줄어들어요. 이 3단계의 수면 단계에서는 우리 몸을 회복하는 그런 역할을 많이 하게 되죠. 그런데 나이가 들면 아이도 낳고 나이가 고령이 되면 사실은 유전자의 입장에서는 몸을 고치는 것보다 이미 가지고 있는 아이의 성장에 개체가 갖고 있는 에너지를 투입하는 것이 더 유리한 그런 상황이 될 수 있죠.

그래서 사실 모든 생명체는 나이가 들면서 둘 중 하나를 고민하게 되는 겁니다. 이제 자기의 몸을 건강하게 할지 아니면 자기가 낳은 아이의 건강에 자신이 갖고 있는 에너지를 더 많이 소비할지. 나이가 들면서 잠을 자지 못하고 숙면도 잘 못 하게 되는 이유는 본인보다는 아이에게 자기가 가지고 있는 에너지를 더 쓰기 때문이다고 생각할 수도 있지 않을까? 그런 생각을 해 봤습니다.

Q. 음악을 들으며 일하면 업무능력이 오를까?

이것도 좀 흥미로운 질문인데요. 사실 이게 그 연구 결과가 있다고 해요. 여러 다양한 업무를 맡기면서 복잡한 업무도 있고 단순한 업무도 있고 사람의 성향도 굉장히 쉽게 지루함을 느끼는 사람도 있고 쉽게 지루함을 느끼지 않는 사람도 있고 이런 여러 그룹으로 사람들을 나누고 업무의 종류도 바꿔가면서 실험한 결과에 따르면 사실 이게 명확한 답은 없다고 해요. 예를 들어 외부 자극을 계속 반복적으로 접하는 것에 선호도를 가지고 있는 사람이라면 음악으로 이제 들려주면 두뇌가 활성화가 더 빨리 되고 이런 경우엔 음악을 들으면 능률이 올라가는 사람도 있습니다. 방금 말씀드린 건 조금 단순한 작업의 경우고요. 복잡한 작업을 수행하는 경우에는 사람 중에 외부 자극을 선호하는 그런 선호도가 강한 사람이라고 하더라도 음악을 들으면 그때는 일의 능률이 떨어진다는 결과도 있습니다. 정리하자면 쉬운 작업을 할 때는 음악을 들어도 괜찮고요. 복잡한 작업을 할 때는 음악을 들을 경우엔 정신이 산만해져서 집중하지 못하는 그런 일이 벌어진다고 할 수 있겠습니다.

사실 저도 일할 때 음악을 자주 듣는데요. 방법을 이렇게 떠올려 보니까 보면, 음악에 집중을 잘 안 하는 것 같아요. 커피숍에서 일하고 그럴 때 괜히 일이 잘 된다고 느낄 때 있잖아요. 그때 외부에 분명히 음악은 존재하지만 우리 뇌가 그 음악 자체의 정보를 프로세싱하지는 않습니다. 그걸 마치 배경 소음처럼 생각하면서 우리가 지금 하고 있는 업무에 더 집중하는 그런 집중력을 높이는 데에는 외부의 적절한 소음이 도움이 되는 것 같습니다.

재충전과 집중 회복을 위해 휴식 시간에 음악을 듣는 건 괜찮을 것 같습니다. 하지만 너무 복잡하고 어려운 일을 할 때 정보량이 많은 음악을 들으시는 건 어쩌면 여러분이 하시는 업무에 손해가 될 수도 있을 것도 같습니다.

Q. 맥주는 왜 거품이 나지?

사실 맥주에 거품이 나는 이유는 간단합니다. 맥주에는 탄산, 이산화탄소가 함유돼 있잖아요. 그 맥주 안에 있던 탄산이 외부로 방출되는데 맥주가 가지고 있는 물질들, 그중에서도 어떤 단백질도 있고요. 그리고 폴리페놀이라는 그런 성분이 이 탄산이 밖으로 방출되는 걸 얇은 막을 통해서 막고 있는 것이 거품입니다.

맥주의 거품이 존재하는 건 당연히 가능한데요. 사람들이 아마 관심 있게 생각하는 건 “맥주의 거품을 어떻게 하면 줄일 수 있을까?”라는 것에 관심이 있는 것 같아요. ‘나의 아저씨’ 드라마에서 아이유가 이렇게 맥주를 마시는 장면을 저도 본 적이 있는데 거기에 보면 맥주 양은 이거밖에 안 되고 다 거품이에요. 친구분하고 맥주를 함께 마실 때 나는 맥주를 많이 마시고 싶다. 그럴 때 친구가 맥주잔을 따를 때 어떻게 잔을 하시나요? 다 눕히시죠. 잔을 눕히면 거품을 적게 하고 맥주의 액체 부분 성분을 더 늘리는 것이 가능합니다. 사실 이건 왜 그렇게 하면 이게 도움이 되는지는 거품이 왜 나는지를 생각해 보셔도 이해할 수 있습니다.

맥주 안에 이산화탄소 탄산가스가 굉장히 많이 있는데 그 기체 분자들이 그 맥주 안에서 속도가 다 다릅니다. 빠른 기체 분자도 있고 느린 기체 분자도 있죠. 그러면 맥주에서 바깥으로 뛰쳐나가는 기체 분자는 빠른 애가 나가겠어요? 느린 애가 나가겠어요? 당연히 빠른 애가 나갑니다. 그러면 어떻게 하면 그 빠른 애를 늘릴 수 있을까요? 당연히 충격을 강하게 주면 됩니다. 어떻게? 갑자기 높은 곳에서 맥주를 따르거나 아니면 젓가락을 놓고 이렇게 때려도 됩니다. 그러면 거기서도 거품이 나는 거 보시는 분들 많을 거예요. 그 이유가 이런 외부의 자극으로 이 맥주 안에 들어 있는 분자들의 속도를 늘리고 분자의 속도가 늘어나면 이 기체 분자가 바깥으로 탈출하는 것을 더 늘릴 수 있기 때문인 거죠. 그럼 거꾸로 하면 그 거품이 안 나게 할 수 있어요. 어떻게 하면? 맥주에 가하는 외부의 자극을 가능하면 줄이면 됩니다. 맥주잔의 표면을 따라서 천천히 맥주를 따르게 되면 당연히 도움이 되고요. 한편, 높은 곳에서 맥주 면을 향해서 맥주를 직접 떨어뜨리면 당연히 더 많은 탄산 기체가 나오면서 거품이 더 많아지는 거겠죠.

앞으로 여러분 맥주 마실 때 거품 말고 맥주 양 자체를 어떻게 하면 늘려서 여러분의 맥주잔에 받을 수 있을까 고민이 될 때 오늘 우리 함께 나눈 얘기를 꼭 돌이켜서 기억해 보시기를 바랍니다.

오늘 준비한 이야기 여기까지입니다. 고맙습니다.