이미지 출처: NASA 손끝을 찌릿하게 울리는 골프채의 떨림, 어떻게 잡을까요? 골프 연습장에서 드라이버를 힘차게 휘두른 뒤 공이 빗맞아 손목과 팔꿈치가 찌릿했던 경험이 다들 한 번쯤 있으실 거예요. 공이 클럽 헤드에 부딪히는 순간 발생하는 엄청난 충격은 긴 막대를 타고 고스란히 골퍼의 몸으로 전해지곤 하거든요. 뻣뻣한 막대기를 잡고 단단한 물체를 힘껏 내리치는 것과 다름없으니 손끝이 저릿저릿 울리는 것도 당연해요. 운동선수나 주말 골퍼 모두에게 이 잔여 진동은 꽤나 골치 아픈 문제를 일으켜요. 손목 관절에 피로를 누적시켜 부상을 부르기도 하고, 불필요한 떨림 때문에 스윙 궤도가 흐트러져 비거리가 줄어들기도 하니까요. 튼튼하면서도 진동을 깔끔하게 흡수해 주는 든든한 골프채를 만들 수는 없는 걸까요? 단단하게 버티는 성질과 부드럽게 충격을 가라앉히는 능력은 원래 서로 반대되는 특성처럼 느껴져요. 딱딱한 쇠막대는 부러지지 않지만 진동이 오래 머물고, 푹신한 고무는 충격을 잘 흡수하지만 형태를 유지하기 어렵잖아요. 그런데 이 모순 같은 고민을 해결한 실마리가 뜻밖에도 저 멀리 우주 기술에서 시작되었어요. 단단한 땅이 없는 우주에서 무기를 어떻게 쏠까요? 1980년대 후반 NASA 제트추진연구소의 벤저민 돌긴(Benjamin Dolgin) 박사는 전략방위구상을 위해 고감쇠 흑연/점탄성 소재 개념을 개발했어요. 당시 미국은 우주 공간에 방어용 플랫폼을 띄우는 계획을 추진하고 있었는데요. 지상과는 전혀 다른 우주 환경 때문에 새로운 형태의 소재가 절실히 필요했던 상황이었어요. 돌긴 박사는 구조물을 단단히 지지해 줄 단단한 지면이 없는 우주 공간에서 무기 발사대를 안정화하려는 목적으로 이 개념을 고안했어요. 지구에서는 튼튼한 콘크리트 바닥이나 대기가 흔들림을 억제해 주지만 우주에는 발을 딛고 설 땅이 전혀 없잖아요. 작은 반동이라도 한번 발생하면 지지해 줄 토대가 없어서 장비 전체가 계속해서 요동치게 돼요. 공기가 전혀 없는 진공 속에서는 마찰에 의해 흔들...

이미지 출처: NASA 운동 후 뭉친 어깨에 올리는 팩 속에는 무엇이 들었을까요? 주말에 무리해서 운동을 하거나 종일 모니터를 보며 일하다 보면 목과 어깨가 뻐근해지곤 해요. 그럴 때 서랍 속에서 자연스럽게 찜질팩을 꺼내 전자레인지에 몇 분간 돌리거나 냉동실에 넣어두게 되지 않나요? 따뜻해진 팩을 목덜미에 얹으면 뭉친 곳이 스르르 풀리는 기분이 들어요. 그런데 문득 신기하다는 생각이 스치기도 해요. 물이나 일반 젤을 넣은 팩은 금방 식어버리기 마련인데, 어떤 제품들은 한참 동안이나 묵직한 온기를 품고 있거든요. 겉으로 보기에는 평범한 천 주머니처럼 보여도 그 안에는 특별한 물질이 숨어 있어요. 우리가 일상에서 무심코 얹어 두는 이 온냉 찜질 도구의 뿌리를 거슬러 올라가면 머나먼 우주 탐사의 역사를 마주하게 돼요. 차가움과 뜨거움을 오랜 시간 가두는 비결이 과연 어디서 출발했을지 궁금해지지 않나요? NASA 엔지니어가 마이크로파 기술을 만나다 1960년대 미국 항공우주국 NASA의 공무원이었던 톰 휴즈는 마셜 우주비행센터의 품질 관리 연구소에서 시스템 엔지니어로 근무했어요. 거대한 로켓과 복잡한 우주 장비의 품질을 점검하고 보증하는 중요한 임무를 맡고 있었지요. 당시 우주 탐사선과 발사체에 쓰일 각종 전자 장비와 첨단 부품들을 다루는 자리였어요. 톰 휴즈는 NASA에서 근무하는 동안 마이크로파 기술에 대한 깊이 있는 전문 지식을 차곡차곡 쌓았어요. 마이크로파는 레이더나 무선 통신뿐만 아니라 물질 내부의 분자를 직접 자극해 에너지를 전달하는 독특한 성질을 가지고 있어요. 그는 전자기파 에너지가 물질과 어떻게 상호작용하는지 깊이 연구할 수 있었지요. 우주 개발 현장에서 익힌 전자기파 제어 기술은 훗날 아주 색다른 발명으로 이어지게 돼요. 첨단 우주 연구실에서 다루던 고도의 전자파 기술이 우리 피부에 직접 닿는 따뜻한 흙 소재로 변신하는 계기가 된 셈이에요. 뚝배기처럼 열을 머금는 세라믹의 과학 원리 우리가 흔히 식당에서 만나는 뚝배기를 떠올려보...

이미지 출처: NASA 꽁꽁 언 출근길과 땀나는 지하철 사이 한겨울 아침에 두꺼운 패딩을 꽁꽁 싸매고 집을 나섰던 기억이 다들 있으실 거예요. 살을 에는 칼바람을 피해 겨우 만원 지하철이나 버스 안으로 들어서면 숨이 턱 막히는 더위가 찾아오지요. 겉옷을 벗기에는 실내가 너무 복잡하고, 그대로 입고 있자니 등줄기에서 땀이 송골송골 배어나오기 시작해요. 이럴 때마다 옷이 날씨와 체온에 맞춰서 알아서 시원해지거나 따뜻해지면 얼마나 좋을까 상상하곤 해요. 밖에서는 찬바람을 막아주다가도 실내에 들어서면 열기를 밖으로 쓱 내보내는 마법 같은 옷 말이에요. 상상 속에서나 가능할 것 같은 이런 아이디어가 실제로 매일 입는 일상복에 쓰이고 있어요. 우리가 무심코 걸치는 재킷이나 운동복 속에 아주 특별한 연구 결과가 숨어 있거든요. 바로 사람이 살 수 없는 극한의 환경에서 일하는 사람들을 지키기 위해 탄생한 기술이에요. 그 출발점은 다름 아닌 머나먼 우주 공간이었어요. 우주비행사의 장갑 속에 숨겨진 비밀 우주 공간은 우리가 상상하기 힘들 정도로 가혹하고 극단적인 온도 변화를 보여줘요. 태양 빛이 정면으로 내리쬐는 곳은 프라이팬처럼 뜨겁게 달아오르고, 그늘이 드리우는 순간 얼음장보다 차갑게 식어버리거든요. 이런 극과 극의 환경에서 일하는 사람의 몸을 지켜내는 일은 생명과 직결된 문제였어요. 비행사의 우주복과 장갑에는 바깥의 혹독한 추위와 뜨거운 열기로부터 보호하기 위한 적응형 상변화 물질이 적용되었어요. 얇은 장갑 하나만 끼고도 엄청난 온도 차이를 견뎌내야 했기에 특별한 기술이 필요했던 셈이지요. 손가락 끝이 얼어붙거나 화상을 입지 않도록 주변 환경에 맞춰 반응하는 재료가 쓰였어요. 외부 기온이 요동치더라도 사람의 손과 몸은 언제나 일정한 온도를 유지해야 안전하니까요. 미세한 온도 차이에도 민감하게 반응하면서 스스로 균형을 맞추는 소재가 연구되었던 것이지요. 그렇게 우주복 안쪽에 은밀하게 자리 잡았던 첨단 소재는 지상으로 내려올 채비를 마쳤어요. 이미지 출처:...

이미지 출처: NASA 사탕이 녹아내리지 않으려면 얼마나 까다로울까요? 여름철에 주머니 속에 넣어둔 막대사탕이나 젤리가 끈적하게 녹아서 껍질에 달라붙었던 경험, 다들 한 번쯤 겪어보셨을 거예요. 손에 묻어나면 씻어내기도 번거롭고 먹기도 참 난감해지곤 하지요. 우리가 무심코 사 먹는 달콤한 간식들은 생각보다 온도와 주변 공기에 무척 예민하게 반응해요. 특히 대량으로 간식을 만드는 공장에서는 이런 보관 환경이 제품의 운명을 좌우하는 가장 중요한 조건이 돼요. 밥스 캔디스(Bobs Candies, Inc.)는 연간 약 2,400만 파운드의 사탕을 생산하며, 그중 상당수는 크리스마스 사탕이에요. 연말 축제 시즌에 전 세계 아이들에게 전해질 지팡이 사탕을 만들기 위해 일 년 내내 쉼 없이 기계를 돌려야 하거든요. 이렇게 만들어진 수많은 상품을 안전하게 지키는 일은 상상보다 훨씬 까다롭고 어려운 작업이었어요. 사탕은 온도에 매우 민감하여 두 곳의 거대한 창고는 화씨 78~80도의 온도와 38~42%의 상대 습도를 유지해야 했어요. 조금만 방심해도 달콤한 설탕 덩어리들이 서로 들러붙어 하나의 거대한 시럽 덩어리로 변해버릴 위험이 늘 도사리고 있었던 셈이지요. 찌는 듯한 창고와 눈덩이처럼 불어나는 전기 요금 습도가 높은 무더운 계절에 실내 공기를 쾌적하게 유지해 보신 분들은 잘 아실 거예요. 단순히 차가운 바람을 불어넣는다고 해서 공기 중의 눅눅한 습기까지 깔끔하게 사라지는 건 아니잖아요. 넓은 축구장만 한 물류 창고 안을 일정한 온습도로 빈틈없이 맞추는 일은 그야말로 거대한 전기를 집어삼키는 하마와 같았어요. 보통 에어컨으로 습기를 제거하려면 공기를 이슬점 이하로 차갑게 식혀 수분을 짜낸 뒤, 지나치게 차가워진 공기를 다시 사람이 활동하기 좋은 온도로 데워야 해요. 냉각 코일로 열을 잔뜩 뺏은 다음에 다시 히터로 열을 가하는 방식이니 전력이 이중으로 낭비될 수밖에 없지요. 게다가 남부의 뜨거운 태양이 내리쬐는 지역에서는 이런 냉난방 순환 과정이 하루도 쉬지 ...

카페 시럽 펌프 앞에서 잠깐 망설여 본 적 있으시죠? 달콤한 음료는 당기는데 칼로리와 혈당이 마음에 걸리니까요. 그런데 타가토스라는 당은 화성 착륙선에 실을 실험에서 출발한 이야기를 갖고 있어요. 그 사연을 지금부터 천천히 풀어볼게요. 이미지 출처: NASA 자연에도 있다는 설탕, 타가토스는 어떤 당일까요? 타가토스는 자연에 소량 존재하는 설탕이에요. 저칼로리이면서 일반 설탕과 인공 감미료의 천연 대체제로 소개돼요. 이름이 낯설어도 괜찮아요. 이 글이 끝날 즈음이면 꽤 익숙해질 거예요. 마트 음료 뒷면의 성분표를 유심히 읽어 본 적 있으세요? 감미료 이름이 한 줄로 길게 이어져 있으면 괜히 눈이 멈추곤 해요. 단맛을 내는 방법이 그만큼 다양하다는 뜻이기도 해요. 그중에서 '천연'이라는 말이 붙으면 더 눈길이 가기 마련이에요. 설탕이라고 하면 보통 하얀 가루 한 가지를 떠올리지만, 단맛을 내는 당은 여러 종류가 있어요. 과일에는 과일대로, 우유에는 우유대로 저마다 다른 당이 들어 있거든요. 같은 단맛이라도 태어난 곳이 다르다고 생각하면 편해요. 그런데 이 당이 시장에 나오기까지의 길은 꽤 특이해요. 출발점은 NASA의 화성 바이킹 1호와 2호 착륙선에 실을 실험이었어요. 설탕 이야기에 갑자기 화성이 튀어나와서 당황스러우셨죠? 차근차근 이어 가 볼게요. 화성 흙에서 생명체를 찾겠다던 실험이 있었어요 레빈 박사는 NASA의 화성 바이킹 1호와 2호 착륙선에 탑재할 생명체 탐지 실험을 발명했어요. 화성이라는 낯선 땅에서 생명의 흔적을 찾는다니, 상상만 해도 아득해요. 흙 한 줌을 앞에 두고 '여기 누가 살고 있나요?' 하고 묻는 장면을 떠올려 보세요. 실험은 방사선이 첨가된 영양소를 사용했어요. 그 영양소로 화성 토양 샘플 속에 미생물 생명체가 있는지 판별하는 방식이었어요. 쉽게 비유하면 흙에 먹이를 놓아두고 누가 반응하는지 지켜보는 셈이에요. 생명체를 찾을 때 가장 막막한 점은 상대가 어떻게 생겼는지 모른다는 거예...

고기를 구운 프라이팬 바닥에 까맣게 눌어붙은 자국, 한 번쯤 박박 문질러 보셨죠? 프라이팬이야 수세미로 닦으면 그만이지만, 불길을 겪은 그림이라면 이야기가 완전히 달라져요. 잘못 문지르는 순간 그을음과 함께 물감까지 묻어날 테니까요. 이미지 출처: NASA 불에 그을린 그림, 손대지 않고 되살릴 수 있을까요? 불이 난 건물에서 간신히 건져 낸 그림 한 점을 떠올려 보세요. 불꽃은 피했더라도 표면에는 검은 막이 내려앉았어요. 물로 닦자니 번질 것 같고, 약품을 쓰자니 색이 변할 것 같아서 선뜻 손을 대기가 겁나요. 그럼 어떻게 해야 할까요? 원자상 산소라는 기체는 화재로 손상된 미술품에서 탄소 함량이 높은 유기 화합물, 주로 그을음을 제거할 수 있어요. 게다가 그 과정에서 물감의 색상 변화를 일으키지 않아요. 색이 변하지 않는다는 한 줄이 복원가에게 얼마나 큰 의미일지 상상해 보면, 이 기술이 왜 반가운 소식인지 짐작이 가요. 이 기술은 미술품 복원뿐 아니라 문서 위조 감정, 수술용 이식재의 세균 오염물 제거에도 적용되어 왔어요. 하나의 기체가 그림과 서류와 의료 현장을 오가다니, 신기하지 않나요? 우주선 코팅재 연구가 어떻게 미술관까지 왔을까요? 이 기술의 출발점은 미술관이 아니라 우주였어요. 글렌 연구센터의 전자기학 부서는 우주용 장기 코팅재의 부식 연구를 바탕으로 이 기술을 개발했어요. 코팅재는 쉽게 말해 장비 겉면에 입히는 보호막이에요. 베란다 난간의 페인트가 몇 해 지나면 들뜨고 벗겨지는 모습, 본 적 있을 거예요. 지구에서도 이런데, 쉽게 고치러 갈 수 없는 우주에서는 보호막이 오래 버텨 주는 일이 훨씬 중요해요. 그래서 보호막이 어떻게 닳아 가는지 정밀하게 따져 보는 연구가 꼭 필요해요. 닳는 방식을 속속들이 아는 사람은 닳음을 다루는 법도 알게 될지 몰라요. 녹이 어떻게 스는지 아는 사람이 녹슨 자전거를 가장 잘 닦아 내는 것처럼요. 부식을 이해하려던 연구가 그림을 살리는 일로 이어졌다니, 참 멀리 돌아온 길이에요....

스포츠용품 매장에서 배트나 자전거 부품을 들어 보고 '어, 생각보다 가볍네' 하고 중얼거린 적 있지 않나요? 가벼우면서도 튼튼해야 한다는 조건은 운동 장비만의 숙제가 아니에요. 로켓이나 위성을 만드는 사람들에게는 훨씬 더 절박한 숙제예요. 이 글은 눈에 보이지 않을 만큼 작은 탄소 소재 이야기예요. 연구실에서 출발한 소재가 어떻게 손에 쥐는 물건 가까이까지 왔는지 차근차근 따라가 볼게요. 이미지 출처: NASA 2001년 텍사스에서는 무슨 일이 있었을까요? 시작은 2001년이에요. 텍사스주 리차드슨에 있는 자이벡스 코퍼레이션이 탄소 나노튜브의 화학을 바꾸는 방법을 개발했어요. 핵심은 나노튜브의 뛰어난 특성을 만들어 내는 분자 구조를 손상시키지 않는다는 점이었어요. 일상에 빗대 볼게요. 새 옷을 입혀 보려다 사람의 체형까지 바뀌어 버린다면 곤란하겠죠? 겉만 바꾸고 속은 그대로 두는 일은 생각보다 훨씬 까다로워요. 성질을 바꾸되 뼈대는 건드리지 않아야 한다는 조건이 이 기술의 핵심 난관이었던 셈이에요. 왜 뼈대를 그렇게 조심스럽게 다뤄야 하는지는 다음 소제목에서 이어져요. 먼저 탄소 나노튜브가 어떻게 생겼는지부터 볼게요. 탄소 나노튜브는 왜 가볍고 단단할까요? 탄소 나노튜브는 이름 그대로 탄소 원자들이 이어져 만들어진 아주 가느다란 관이에요. 탄소 원자가 육각형 벌집 모양으로 이어진 얇은 판을 돌돌 말아 놓은 모습을 떠올리면 쉬워요. 굵기는 머리카락보다 수천 배 이상 가늘어서 눈으로는 볼 수 없어요. 종이 한 장은 손으로 쉽게 구겨지지만, 돌돌 말아 기둥으로 세우면 훨씬 큰 힘을 버텨요. 원자 수준에서도 비슷한 일이 벌어져요. 탄소끼리 맺은 육각형 결합이 워낙 단단한 데다 관 모양이 힘을 고루 나눠 받아서, 무게에 비해 아주 튼튼한 재료가 돼요. 그런데 이 가느다란 관들에게는 서로 끌어당겨 한데 뭉치는 성질이 있어요. 삶은 스파게티 면이 한 덩어리로 엉겨 붙은 모습을 떠올려 보세요. 엉킨 덩어리 상태에서는 낱개가 가진 장점이 ...