[3강 다양한 상태의 물질] 플라즈마에 대하여

1. 플라즈마의 성질과 특징은?

 기체에 충분한 열을 가하면, 원자 간의 충돌 에너지가 커져서 기체가 이온화된다. 즉, 핵이 전자를 잃게 되면서 에너지가 아주 높은 전하를 띤 입자들의 집한체인 플라즈마가 생긴다. 플라즈마의 예는 로켓 배기가스, 분젠버너, 아크용접기 등이 있는데, 이들의 특징은 전기전도성을 가진다는 것이다. 플라즈마의 또 다른 특징은 백열성이다. 백열성이란 불꽃 없이 타는 성질로, 고전압에 의해 만들어지는 플라즈마의 특징이라 볼 수 있다. 네온사인, 나트륨등, 형광등이 그 예이다. 평면 플라즈마 디스플레이는 네온이나 제논 기체가 들어 있는 미세한 셀들이 바둑판식으로 배열되어 있다. 셀에 색을 내기 위하여 고전압을 가하면 기체가 플라즈마 상태로 변하게 된다. 이어 플라즈마가 빛을 방출하면 이 빛에 의해 차례로 형광 물질들이 들뜬 상태가 되면서 화면에 색이 나타난다.

 충돌이나 이온화가 일어날 때, 전자는 바닥 상태 에너지보다 높은 에너지의 오비탈에 있게 된다. 전자가 에너지가 낮은 오비탈로 다시 내려갈 때, 에너지는 빛의 형태로 방출된다.

 

 

2. 플라즈마는 흔한가?

 플라즈마는 번개에서 방출된 열과 같은 극단적인 상황이나, 물질의 일부가 이온화된 불꽃처럼 일반적인 상황에서 자연적으로 발생할 수도 있지만 지구상에서 하게 볼 수 있는 물질의 상태는 아니다. 하지만 우주에서는 물질이 기본적으로 대부분 플라즈마 상태로 존재한다. 예를 들어 별은 대부분 플라즈마로 구성되어 있고 성운도 실상 별과 별 사이에 있는 기체와 플라즈마 구름이다.

 플라즈마가 자연적으로 발생하는 또 다른 경우는 태양으로부터 플라즈마가 방출되는 현상인 태양풍이다. 그 증거는 태양풍의 입자들이 대기권에서 이온화 현상을 일으켜 생기는 북극광(오로라)에서 찾을 수 있다. 지구 자기장은 이렇게 에너지가 높은 입자들이 지구로 들어오는 것을 자연적으로 차단한다. 전기장과 자기장은 상호작용하는데, 움직이는 전기장은 전기장에 수직인 자기장을 만들어내고, 움직이는 자기장은 전기장을 휘어지게 만든다. 태양으로부터 방출된 플라즈마는 지구의 휘어진 자기장, 즉 기권을 따라 움직이면서 지구에 직접적인 영향을 미치지 않게 된다. 이런 보호 장치가 없다면 지구의 모든 생명체는 태양풍으로 인해 순식간에 전멸하게 될 것이다.

저 아름다운 현상이 태양풍과 자기장의 마찰로 나오는 빛이란 이야기!

3. 다른 행성으로의 이주는 가능할까?

 지구의 생태학적 건강에 대한 논의가 이루어지고 있다. 심상찮은 기후변화가 일어나면서 인간이 이 병든 지구에서 얼마나 생존할 수 있는가에 대한 논의도 마찬가지이다. 어떤 사람들은 다른 은하계의 행성을 지구화하여 이주하는 것이 해결방법이라고 주장한다. (영화 인터스텔라가 떠오른다.) 하지만 지구만한 행성은 찾기가 매우 힘들다. 그 조건에 대해 이야기해보자면,

 

1. 적절한 온도가 유지되어야 한다.

2. 식물이 살 수 있는 토양이 있어야 한다.

3. 식물이 광합성을 통해 만든 대기를 잡고 있을 만큼 충분히 강한 중력장이 있어야 한다.

4. 이주민들을 태양풍으로부터 보호할 수 있는 자기권이 있어야 한다.

 

 이러한 문제들을 해결하기 위해 들일 시간과 노력을, 병든 지구를 살리는 데에 쓰는 것이 훨씬 나은 선택이라 보는 것이과학자들의 생각이다.

영화 인터스텔라 마지막에 나오는 쿠퍼 스테이션. 우주 식민지는 꿈일까?