이미지 출처: NASA 수영장에 다녀오면 왜 눈과 피부가 따가울까요? 더운 날 시원한 물에 뛰어들어 신나게 물놀이를 즐기다 보면 어느새 눈가가 붉어지고 살결이 뻑뻑해지는 기분이 들곤 해요. 물 밖으로 나왔을 때 코끝을 찌르는 특유의 냄새를 맡으며 서둘러 샤워실로 향했던 기억도 다들 한 번쯤 있으실 거예요. 물을 맑게 관리하려고 섞어 넣은 독한 물질 때문에 즐거웠던 물놀이 뒤끝이 개운하지 못할 때가 많지요. 공공시설에서 여러 사람이 함께 쓰는 물은 미생물이 번식하기 쉽기 때문에 위생 관리가 무엇보다 중요해요. 세균 번식을 막기 위해 흔히 사용하는 방법은 소독제를 물에 넉넉하게 풀어두는 것이 일반적이에요. 하지만 이런 약품은 유해 물질을 없애는 데 도움을 주면서도 이용자의 연약한 살갗에 불편함을 남기기도 하지요. 그래서 많은 시설 관리자들은 약품 냄새를 풍기지 않으면서도 수질을 깨끗하게 유지할 수 있는 깨끗한 방식을 끊임없이 고민해 왔어요. 매번 통을 들고 다니며 자극적인 용액을 붓지 않고도 수질을 맑게 다스릴 방법은 없을지 궁금증이 생기기 마련이지요. 눈이 시리지 않고 숨쉬기 편안한 물을 만날 수 있다면 얼마나 좋을까요? 아폴로 우주선은 어떻게 물을 깨끗하게 유지했을까요? 지구에서는 수도꼭지만 돌려도 시원한 물이 쏟아져 나오지만 우주 공간에서는 상황이 완전히 달라져요. 끝없는 어둠 속을 비행하는 우주선 안에는 실을 수 있는 짐의 무게와 부피가 매우 엄격하게 정해져 있지요. 한정된 자원만 싣고 떠나야 하므로 우주비행사가 마시고 씻을 물을 넉넉하게 챙겨가는 일은 무척 까다로워요. 이 기술은 원래 아폴로 우주선에서 물을 정화하기 위해 개발되었어요. 무거운 소독용 약품 통을 잔뜩 싣고 날아가는 대신, 작은 장치로 물을 안전하게 관리하는 방법이 절실했던 것이지요. 우주선이라는 밀폐된 공간에서 우주비행사들의 건강을 지키려면 작은 위험 요소도 철저하게 걸러내야 했어요. 우주에서는 물 한 방울도 헛되이 버릴 수 없기에 사용한 수분을 걸러서 다시 마실 수 있는 ...

이미지 출처: NASA 추운 날씨에 두꺼운 겉옷만 입어야 할까요? 한겨울 칼바람이 불어오면 누구나 옷장 깊숙한 곳에서 가장 두툼한 외투를 꺼내 입게 돼요. 여러 겹 껴입은 옷 때문에 몸이 둔해져서 지하철 계단을 오르내릴 때조차 굼뜨게 움직인 기억이 다들 있으실 거예요. 따뜻함을 지키기 위해서 활동성을 포기하는 상황이 매번 아쉽게 느껴지곤 해요. 추위를 막으려면 정말 솜이나 깃털을 가득 채운 옷만이 유일한 정답일까요? 가볍고 얇으면서도 살을 에는 듯한 바람을 완벽하게 막아주는 옷이 있다면 겨울철 야외 활동이 훨씬 자유로워질 것 같아요. 차가운 공기를 차단하는 기술이 조금만 더 발전한다면 우리의 옷차림도 전혀 다른 모습으로 바뀔 수 있어요. 실제로 눈 덮인 산을 오르며 이런 갑갑함을 깊이 고민했던 사람이 있었어요. 스위스 산 여행 후 오로스(Oros)의 공동 창립자 마이클 마케스베리는 더 얇고 가벼운 겉옷을 만들고 싶어 했어요. 무거운 방한복 대신 가벼운 첨단 소재를 일상에 적용할 방법이 없을지 찾아 나선 셈이에요. 공기를 가두어 열을 막는 에어로젤의 원리는 무엇일까요? 물질이 열을 전달하는 방식은 크게 전도, 대류, 복사라는 세 가지 경로로 이루어져요. 우리가 입는 일반적인 방한 외투는 섬유 사이에 공기층을 가두어 전도와 대류를 줄이는 방식으로 체온을 유지해요. 하지만 섬유 사이의 틈이 크면 기체 분자들이 여전히 움직이면서 온기를 외부로 빼앗기기 쉬워요. 에어로젤은 내부 부피의 대부분이 나노 크기의 미세한 구멍으로 이루어진 특별한 다공성 구조를 지니고 있어요. 기체 분자의 이동 경로보다 작은 수많은 미세 방들이 빽빽하게 갇혀 있는 형태라고 생각하면 이해하기 쉬워요. 기체 분자가 자유롭게 부딪치며 열을 전달하지 못하므로 대류와 전도를 획기적으로 억제하게 돼요. 고체 구조를 통해 전달되는 열의 양도 극히 적어서 고체 단열재 중에서도 손꼽히는 성능을 자랑해요. 손바닥 위에 이 특수 소재를 올려두고 아래에서 토치로 직접 불을 붙여도 위쪽 손바닥에는 열기...

이미지 출처: NASA 충전기에 꽂아둔 스마트폰이 뜨거워질 때 불안하지 않으셨나요? 퇴근길에 스마트폰을 들여다보거나 전동 킥보드를 타다 보면 문득 기기가 손에 쥐기 힘들 만큼 달아오르는 순간이 있어요. 손바닥에 전해지는 묵직한 열기를 느끼며 혹시 터지지 않을까 가슴을 졸여본 기억이 한 번쯤은 있으실 거예요. 현대의 에너지 밀도가 높은 배터리가 과열되거나 때로는 폭발하는 것을 막는 일은 매우 중요한 과제예요. 요즘 우리가 매일 들고 다니는 전자제품이나 타고 다니는 이동 수단에는 수많은 에너지가 작은 통 안에 꽉 들어차 있어요. 전력을 오래 유지하려면 좁은 부피 안에 최대한 많은 힘을 밀어 넣어야 하기 때문이에요. 하지만 에너지가 빽빽하게 모여 있는 만큼, 열이 조금만 갇혀도 주변으로 퍼져 나가면서 위험한 상황을 부를 수 있어요. 그래서 많은 연구자와 기술진은 이 위험한 열기를 어떻게 다스려야 할지 끊임없이 고민해 왔어요. 캘리포니아주 캠벨에 위치한 KULR 테크놀로지는 배터리 과열 방지 분야를 전문으로 하는 곳이에요. 작은 공간에 갇힌 뜨거운 기운을 순식간에 빼내는 기술이 우리 일상의 불안을 덜어주는 열쇠가 되고 있어요. 도미노처럼 번지는 열폭주는 어떻게 일어날까요? 배터리 안쪽은 눈에 보이지 않지만 수많은 화학 물질이 빽빽하게 들어찬 작은 방들과 같아요. 정상적인 상태라면 전기가 흐르면서 생기는 미열이 바깥으로 천천히 빠져나가며 일정한 온도를 유지해요. 그런데 내부 분리막이 찢어지거나 충격을 받으면 찰나의 순간에 합선이 일어나며 온도가 무섭게 치솟기 시작해요. 열이 급격히 올라가면 옆에 붙어 있던 다른 방들까지 그 뜨거운 열기에 휩싸여 차례차례 망가지게 돼요. 마치 촘촘하게 세워둔 도미노 블록 중 하나가 쓰러지면서 전체를 와르르 무너뜨리는 장면과 매우 닮았어요. 한 번 시작된 연쇄 반응은 사람의 힘으로 쉽게 멈추기 힘들어서 순식간에 불꽃이나 거센 연기로 번져요. 이런 끔찍한 연쇄 작용을 막으려면 열이 발생한 바로 그 자리에서 온도를 빠르게 가로...

이미지 출처: NASA 바람을 타고 허공을 가르는 날개는 어디서 왔을까요 주말에 패러글라이딩 명소나 탁 트인 언덕을 지나가다 보면 알록달록한 날개를 펼치고 활공하는 비행인들을 마주하곤 해요. 앙상해 보이는 뼈대에 커다란 천 한 장을 둘렀을 뿐인데, 거센 바람 속을 부드럽게 유영하는 모습이 마냥 신기하게 느껴져요. 저 가벼운 구조물이 어떻게 사람의 몸무게를 버텨내며 하늘을 자유롭게 떠다니는지 문득 궁금해지기도 하고요. 흔히 주말 레포츠로 즐기는 이 활공 날개 속에는 사실 차가운 우주 공간을 뚫고 지구로 돌아오려던 기술이 스며들어 있어요. 단단한 금속 날개를 지닌 일반 여객기와 달리, 접었다 펼 수 있는 부드러운 날개는 매우 특별한 배경에서 태어났거든요. 얼핏 단순한 스포츠 용품처럼 보여도 그 뿌리를 따라가 보면 까마득한 상공에서 펼쳐졌던 치열한 연구를 만나게 돼요. 지상에서 즐기는 취미 활동이 우주 탐사의 발자취와 맞닿아 있다는 사실은 생각보다 큰 울림을 주곤 해요. 허공에 몸을 맡긴 채 바람의 길을 읽는 비행 장비 뒤편에는 어떤 과정이 숨어 있었을까요. 무거운 기계를 띄우는 대신 바람의 힘을 유연하게 이용하고자 했던 사람들의 독창적인 발상을 따라가 볼게요. 팽팽한 천 한 장이 공중에 뜨는 비행 원리 공기가 날개 표면을 스쳐 지나갈 때 위쪽과 아래쪽에는 서로 다른 속도가 형성되면서 뚜렷한 압력 차이가 발생해요. 날개 윗면을 타고 넘어가는 공기가 더 빠르게 흐르면 압력이 낮아지고, 상대적으로 압력이 높은 아랫면이 날개를 공중으로 밀어 올리게 돼요. 이렇게 중력을 거슬러 물체를 허공에 떠받치는 힘을 바로 양력이라고 불러요. 금속판처럼 단단한 외피가 아니더라도, 얇고 부드러운 천에 바람이 가득 차오르면 둥그스름한 곡면이 자연스럽게 만들어져요. 바람을 맞으며 불룩하게 부풀어 오른 천 조각은 그 자체로 단단한 날개 못지않은 훌륭한 공기역학적 곡면을 완성해요. 우리가 어릴 적 넓은 들판에서 날리던 방패연이나 가오리연이 공중으로 솟구치는 것도 이와 완전히 동일...

이미지 출처: NASA 차가운 샌드위치를 데우다 답답했던 적 있나요? 냉동 피자나 식어버린 샌드위치를 데우려고 전자레인지나 일반 조리기를 켰다가 아쉬웠던 경험이 누구에게나 한 번쯤 있어요. 겉면은 축축하게 눅어버리고 가운데는 차가운 기운이 그대로 남아 입맛을 잃기 일쑤예요. 빵의 바삭한 결을 살리면서 속까지 골고루 따뜻하게 만드는 일은 생각보다 까다로워요. 기존 조리 기구는 보통 내부의 빈 공기를 천천히 데우는 방식을 사용해요. 공기가 전체적으로 뜨거워질 때까지 기다려야 하니 시간도 꽤 걸려요. 배가 고파 얼른 따뜻한 한 끼를 먹고 싶을 때는 그 몇 분의 기다림마저 유난히 길게 느껴져요. 밀폐된 통 속 공기를 한참 동안 덥히는 방식은 식재료의 겉과 속을 고르게 익히는 데도 한계가 있어요. 바깥쪽만 바싹 말라 질겨지거나 안쪽은 미지근하게 남아 맛의 균형이 깨지기 십상이에요. 바쁜 일상에서 빠르면서도 갓 만든 요리의 온기와 결을 되찾아주는 조리기구를 바라는 마음은 누구나 비슷해요. 그런데 내부 공간 전체를 데우지 않고 음식 자체에 뜨거운 바람을 곧바로 쏘아주는 기술이 있어요. 바람을 집중적으로 쏘아 조리 시간을 크게 줄이고 갓 구운 듯한 식감을 살려내요. 식탁 위에서 만나는 이 편리한 열풍 조리 방식의 바탕에는 우주 탐사를 위한 연구가 있었어요. 바람으로 차가운 공기층을 걷어내는 원리 차가운 음식 주변에는 얇은 공기층이 마치 얇은 외투처럼 둘러싸고 있어요. 이 경계층은 열이 음식 속으로 파고드는 것을 방해하는 역할을 해요. 일반적인 가열 방식에서는 이 미세한 보호막 때문에 열이 천천히 전달될 수밖에 없어요. 추운 겨울날 두꺼운 솜옷을 입고 서 있으면 찬바람이 피부에 바로 닿지 않는 것과 비슷한 이치예요. 음식 주변에 달라붙어 있는 이 정체된 층은 열이 스며드는 것을 막는 단열재 역할을 톡톡히 해요. 잔잔한 열기로는 이 장벽을 뚫고 지나가는 데 오랜 시간이 걸릴 수밖에 없어요. 이때 강한 속도로 뿜어져 나오는 뜨거운 공기 기류가 음식 표면에 부딪히...

이미지 출처: NASA 추운 겨울날 꽁꽁 얼어붙은 보일러를 마주했을 때 기온이 영하로 뚝 떨어지는 겨울 아침마다 온수가 제대로 나오지 않아 당황했던 적 있으신가요? 차가운 바람이 불어오면 외부에 노출된 수도관이나 보일러 배관이 얼어붙을까 봐 헌 옷으로 감싸며 밤을 지새우기도 해요. 따뜻한 샤워 한 번 하려고 틀어둔 수도꼭지에서 얼음장 같은 냉수만 쏟아질 때의 곤혹스러움은 누구나 공감할 거예요. 게다가 매달 날아오는 난방비 고지서를 볼 때마다 깊은 한숨이 절로 나오곤 하잖아요. 물을 데우는 데 들어가는 에너지는 생각보다 우리 일상의 가계부에 묵직한 부담을 주곤 해요. 만약 햇볕만으로 아무런 기계 고장 없이 매일 따뜻한 물을 펑펑 쓸 수 있다면 얼마나 편리할까요? 그런데 신기하게도 복잡한 모터나 전기 펌프 하나 없이 스스로 물을 위로 쏘아 올리며 데우는 방법이 있어요. 자연의 신비로운 힘을 그대로 담아내어 고장 걱정까지 덜어낸 기발한 기술이 우리 곁에 찾아왔답니다. 전기를 쓰지 않으면서도 지붕 위에서 온수를 만들어내는 재미난 장치의 바탕에는 어떤 과학이 숨어 있을까요? 부글부글 끓어오르는 거품이 물을 밀어 올리는 원리 주전자 속에 물을 가득 담고 가스 불 위에 올려 팔팔 끓이던 순간을 한번 떠올려보세요. 온도가 급격히 올라가면 바닥에서 수많은 기포가 솟구쳐 오르면서 물이 주전자 주둥이 밖으로 확 넘쳐흐르잖아요. 액체가 열을 받아 기체로 변하는 순간 부피가 갑자기 팽창하면서 주변의 액체를 힘차게 밀어내기 때문이에요. 지하 깊은 곳에서 뜨겁게 달궈진 물이 하늘 높이 솟구치는 자연의 온천 분출도 이와 똑같은 현상이에요. 좁은 통로 아래쪽에 갇힌 물이 뜨겁게 데워지면 증기 방울이 생겨나고, 이 방울들이 위로 탈출하려는 부력으로 거대한 물기둥을 공중으로 쏘아 올려요. 기계적인 동력을 억지로 쓰지 않아도 열기 하나만으로 물을 높은 곳까지 스스로 밀어 올리는 셈이지요. 좁고 긴 관 속에 액체를 채우고 한쪽 끝에만 뜨거운 열기를 가해주면 관 안에서 연속적인 상승...

여름철 야외 수영장에 발을 담글 때 코를 찌르는 특유의 소독약 냄새를 맡아보신 적이 있으신가요? 맑고 투명한 물을 유지하려면 관리가 필수적이지만, 독한 화학 약품은 늘 신경이 쓰이기 마련이에요. 물놀이를 즐기면서도 눈이 맵거나 피부가 가려웠던 경험은 누구나 한 번쯤 겪어보셨을 텐데요. 화학 물질을 마구 쏟아붓지 않고도 수질을 맑게 관리하는 방법은 없을까 고민하게 돼요. 지구에서도 이렇게 까다로운 물 관리가 만약 공기가 없는 우주 공간이라면 어떨까요? 먼 우주로 떠나는 비행사들에게 물은 생명 그 자체이자 가장 귀한 자원이에요. 지구에서 물을 매번 넉넉히 실어 보낼 수 없기에, 우주에서는 사용한 물을 완벽하게 걸러내어 다시 마실 수 있는 기술이 절실했어요. 놀랍게도 우주선의 생존을 위해 개발되었던 정수 아이디어가 우리 일상 속 물 관리에도 쓰이고 있어요. 물속 미생물을 잡고 수질을 지키는 첨단 기술이 어떻게 지구로 내려왔는지 차근차근 들려드릴게요. 이미지 출처: NASA 우주선 안에서는 왜 금속 이온을 쓸까요? 우주선은 실을 수 있는 짐의 무게가 철저히 제한되어 있어요. 사람이 마실 물을 무한정 싣고 갈 수 없기 때문에, 우주 공간에서는 한 방울의 수분도 버리지 않고 끊임없이 정화해서 재사용해야 하죠. 게다가 장거리 비행 중에는 지구에서 소독용 화학 약품을 계속해서 보충받는 일도 불가능에 가까워요. 그래서 과학자들은 보관이 까다로운 액체 약품 대신 전기를 이용하는 물리적 방식에 주목했어요. 전기가 통할 때 금속에서 방출되는 미세한 입자들을 활용하면 지속해서 물을 깨끗하게 관리할 수 있거든요. 부피를 적게 차지하면서도 시스템을 안전하게 통제할 수 있다는 점이 우주 환경에 안성맞춤이었어요. 이렇게 우주 환경의 한계를 극복하기 위해 다듬어진 이온화 기술과 우주선의 핵심 동력인 태양광 발전은 지구의 정수 장치로 이어졌어요. Floatron 정수기는 수질 정화를 위한 이온화와 태양광 발전이라는 두 가지 우주 기술을 결합해요. 거대한 우주 비행체를 지켜주던 두...