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해왕성은 왜 그렇게 파랄까? 해왕성은 태양계 가장 바깥 행성인데 사진으로 보면 깊은 바다처럼 짙은 파란색이다. 바로 안쪽의 천왕성이 옅은 청록색인 것과 비교하면 해왕성의 파랑은 더 진하고 선명하다. 바다가 있어서가 아니다. 해왕성 표면은 보이지 않고 우리가 보는 것은 두꺼운 대기의 꼭대기인데, 그 대기 속 메탄이 색을 만든다. 해왕성 대기는 대부분 수소와 헬륨이고 메탄이 1.5%에서 2% 정도 섞여 있다. 메탄은 붉은빛을 잘 흡수한다. 태양빛이 대기로 들어가면 빨강과 주황 파장이 메탄 분자에 잡히고, 남은 파란빛이 구름과 대기 입자에 부딪혀 밖으로 튀어나온다. 하늘이 파란 것은 공기가 파란빛을 더 많이 흩뿌리기 때문인데, 해왕성은 거기에 붉은빛을 메탄이 빼앗아 가는 효과가 더해져 색이 훨씬 짙어진다. 그런데 천왕성도 메탄이 비슷하게.. 더보기
우리는 왜 잠을 자야 할까? 사람이 잠을 자야 하는 이유는 깨어 있는 동안 뇌에 쌓인 노폐물을 치우고 그날 배운 것을 기억으로 굳히는 일이 잠자는 동안에만 이루어지기 때문이다. 뇌는 몸무게의 2%지만 에너지의 20%를 쓰고 그만큼 찌꺼기가 많이 나오는데, 잠이 들면 뇌세포 사이 틈이 60% 넓어지며 뇌척수액이 흘러들어 찌꺼기를 씻어 낸다. 이 청소는 깨어 있을 때는 거의 일어나지 않아 하루만 밤을 새워도 머리가 무겁고 멍해진다. 기억은 잠의 두 번째 일이다. 낮에 겪은 일은 해마라는 임시 저장소에 들어가 있다가 깊은 잠에서 대뇌피질로 옮겨져 오래 남는 기억이 되고, 꿈을 꾸는 렘수면에서는 감정이 섞인 기억을 정리하고 여러 기억을 연결한다. 그래서 공부한 뒤 바로 자면 밤새 공부한 것보다 다음 날 더 잘 기억하고, 잠을 못 자면 새 .. 더보기
기린의 목은 왜 그렇게 길까? 기린의 목이 2m 가까이 긴 것은 다른 동물이 닿지 못하는 높은 나뭇잎을 먹기 위해서라는 설명이 오래 통했지만, 요즘은 수컷끼리 목을 휘둘러 싸우는 경쟁이 목을 길게 만들었다는 설명이 함께 쓰인다. 기린 수컷은 암컷을 두고 긴 목을 채찍처럼 휘둘러 머리의 뿔로 상대를 때리는데, 목이 길고 무거울수록 세게 때릴 수 있어 목 긴 수컷이 더 많은 새끼를 남겼다는 것이다. 실제로 수컷의 목은 암컷보다 더 길고 무겁다. 먹이 설명이 흔들린 것은 기린의 식사 습관 때문이다. 관찰해 보면 기린은 목을 최대한 뻗어 가장 높은 가지를 먹는 시간이 생각보다 적고, 어깨 높이나 그 아래 가지를 먹는 때가 많다. 가뭄으로 먹이가 부족할 때도 높은 곳 잎을 더 먹지 않았다. 다만 2m 아래의 잎을 두고 영양이나 얼룩말과 경쟁하.. 더보기
홍학은 왜 분홍색일까? 홍학은 긴 다리와 굽은 부리에 온몸이 분홍빛이라 멀리서도 한눈에 띈다. 그런데 갓 태어난 홍학 새끼는 회색이고, 동물원에서 먹이를 잘못 주면 어른 홍학도 하얗게 바랜다. 홍학이 분홍색인 것은 먹이 속 붉은 색소가 깃털에 쌓이기 때문이다. 홍학이 먹는 작은 새우와 조류에 든 카로티노이드가 몸에 들어와 깃털과 피부, 부리까지 물들인다. 카로티노이드는 당근을 주황색으로, 토마토를 붉게 만드는 색소다. 홍학이 사는 소금 호수에는 이 색소를 잔뜩 품은 남조류와 그것을 먹고 사는 작은 새우가 많다. 홍학은 머리를 거꾸로 물에 넣고 부리로 물을 걸러 이 작은 먹이를 하루 종일 먹는데, 간에서 색소를 분해해 피를 타고 깃털이 자라는 자리로 보내면 새 깃털이 분홍으로 난다. 먹이를 많이 먹을수록 색이 진해진다. 새끼가 .. 더보기
블랙홀은 왜 검게 보일까? 블랙홀 사진이라고 공개된 영상을 보면 밝은 고리 가운데 검은 구멍이 뚫려 있다. 블랙홀이 검게 보이는 것은 중력이 너무 세서 빛조차 빠져나오지 못하는 경계 안쪽에서는 아무 빛도 밖으로 나올 수 없기 때문이다. 우리가 물체를 보는 것은 거기서 나오거나 반사된 빛이 눈에 닿기 때문인데, 블랙홀은 빛을 내보내지도 되돌려 보내지도 않으니 빛의 바다 한가운데 뚫린 구멍처럼 보인다. 어떤 천체를 벗어나려면 그 중력을 이길 속도가 필요하다. 지구에서는 초속 11킬로미터면 되고 태양은 초속 600킬로미터가 필요한데, 질량을 아주 작은 공간에 욱여넣으면 이 탈출 속도가 빛의 속도인 초속 30만 킬로미터를 넘어선다. 그 경계가 사건의 지평선이고, 이 안으로 들어간 것은 빛이든 물질이든 다시 나올 수 없다. 블랙홀의 검은 .. 더보기
화산은 왜 폭발할까? 화산이 폭발하면 산 하나가 날아가고 재가 수십 킬로미터 하늘로 치솟는다. 땅속 녹은 돌이 그렇게 격렬하게 터져 나오는 것은 마그마 속에 녹아 있던 물과 이산화탄소 같은 기체가 마그마가 지표 가까이 올라와 압력이 낮아지는 순간 한꺼번에 거품이 되어 부피가 수백 배로 불어나기 때문이다. 흔든 탄산음료 뚜껑을 열 때 거품이 솟구치는 것과 같은 일이 녹은 돌에서 벌어지는 것이다. 땅속 수십 킬로미터에서 암석이 녹으면 주변보다 가벼워져 위로 떠오른다. 이 마그마에는 땅속의 높은 압력 때문에 물과 가스가 녹아 있는데, 깊은 곳에서는 압력이 눌러 주어 얌전히 녹아 있는 상태다. 마그마는 지각 틈을 따라 올라오다 땅 아래 몇 킬로미터에 모여 마그마방을 이루고, 여기에 마그마가 계속 공급되면 압력이 쌓인다. 마그마가 위.. 더보기
물고기는 왜 물속에서 숨을 쉴 수 있을까? 사람은 물속에 몇 분만 있어도 숨이 막히는데 물고기는 평생 물속에서 숨을 쉰다. 물고기가 물속에서 숨 쉴 수 있는 것은 공기 대신 물에 녹아 있는 산소를 뽑아내는 아가미가 있기 때문이다. 물을 입으로 들이마셔 아가미 사이로 흘려보내면 아가미의 얇은 막을 통해 산소가 피로 들어오고 이산화탄소가 물로 빠져나간다. 폐가 공기에서 하는 일을 아가미가 물에서 하는 것이다. 물에는 산소가 녹아 있지만 양이 아주 적다. 공기 1리터에 든 산소가 200밀리리터가 넘는데 물 1리터에는 10밀리리터도 안 되고, 물은 공기보다 800배나 무거워 움직이는 데 힘이 많이 든다. 그래서 물고기는 적은 산소를 효율적으로 뽑아내야 하고, 아가미는 그 일에 맞게 표면적을 최대로 넓힌 구조다. 아가미 뚜껑을 열면 붉은 빗살 같은 것이 .. 더보기
엘리베이터를 타면 왜 몸이 무거워졌다 가벼워질까? 엘리베이터가 위로 출발하는 순간 몸이 바닥으로 눌리는 듯 무거워지고, 꼭대기 층에 다다라 멈출 때는 반대로 몸이 붕 뜨는 듯 가벼워진다. 체중이 변한 것은 아니고, 엘리베이터의 속도가 바뀌는 동안 몸이 원래 상태를 유지하려는 관성 때문에 바닥이 발을 미는 힘이 평소와 달라지는 것이다. 우리가 느끼는 무게는 체중 자체가 아니라 바닥이 나를 떠받치는 힘이다. 가만히 서 있을 때는 중력이 몸을 아래로 당기고 바닥이 똑같은 힘으로 받쳐 주어 균형이 맞는다. 그런데 엘리베이터가 위로 가속하면 바닥은 나를 중력에 맞서 받칠 뿐 아니라 위로 밀어 올리기까지 해야 하니 평소보다 더 센 힘으로 발을 민다. 이 더 센 힘을 몸은 무거워졌다고 느낀다. 저울 위에 서 있다면 바늘이 실제로 더 올라간다. 일정한 속도로 올라가는.. 더보기

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