화성 탐사·블랙홀과 중력파·6배 큰 메가 LHC

2020년 과학 분야는 화성 우주선, 블랙홀과 중력파, 차세대 메가 LHC, 인공 합성 효모, 모기 박테리아와 말라리아 치료제, 기후변화 대응 등 주요 연구들이 예정됐다. 관련 과학 이벤트는 네이처 저널이 선정했다.

화성

2020년에는 착륙선 3개를 포함한 여러 우주선이 화성으로 향할 계획이다,

2020년 NASA는 ‘Mars 2020’ 로버를 발사 할 예정이다. 이 탐사선은 향후 미션에서 지구로 작은 암석 샘플을 구해오는 것이다. 소형의 분리 가능한 헬리콥터 드론도 미션 중 하나다.

JPL 우주선 조립 시설.
Credits: NASA/JPL-Caltech

중국은 첫 번째 착륙선(Huoxing-1)을 화성에 보내 소형 로버를 배치 할 예정이다. 착륙 낙하산 문제가 해결 될 수 있다면 러시아 우주선이 유럽 우주국(ESA) 로버를 화성으로 운반할 것이다. 아랍에미리트연합(UAE)은 아랍 국가의 첫 번째 화성 임무에서 궤도선을 보낼 것이다.

중국은 샘플 반환 임무를 위해 창어-5(Chang’e-5)를 달에 보낼 계획이다. 태양계의 다른 곳에서 진행중인 일본 하야부사2 임무는 소행성 류구(Ryugu)의 샘플을 지구로 반환하는 것이다. NASA ‘OSIRIS-REx’는 자체 소행성 벤누(Bennu)에서 같은 임무를 수행할 것이다.

블랙홀

2019년 처녀자리의 은하 ‘Messier 87’ 중심에 있는 초대질량 블랙홀의 사진 이미지가 최초로 공개되며 큰 관심을 모았다. 2020년에는 ETH(Event Horizon Telescope) 협력 과학자들은 이번에 은하수 중심 블랙홀에 관한 새로운 결과를 발표할 예정이다. 여기에는 여러 개의 블랙홀 이미지와 궁수자리 A별(Sagittarius A*)로 불리는 거대 블랙홀 주변에서 소용돌이 치는 가스 움직임이 포함될 수 있다.

초대질량 블랙홀과 파괴되는 별 이미지. credit;NASA/JPL-Caltech

올해 연말, ESA 가이아(Gaia) 미션은 은하계의 3D 맵을 업데이트해 과학자들이 은하의 구조와 진화를 이해하는 방식을 크게 영향을 미쳤다. 중력파 천문학자들은 우주-시간(space-time) 물결을 일으킨 2019년에 관측한 우주 충돌의 여파를 밝힐 것이다. 여기에는 많은 블랙홀 합병과 이전에는 목격한 바 없는 블랙홀과 별의 충돌도 포함됐다.

거대 콜라이더

CERN은 2020년에 미래의 메가 콜라이더를위한 자금을 확보하기를 희망하고 있다. 스위스 제네바 근처의 유럽 입자물리연구소는 5월 부다페스트에서 특별 회의를 개최할 예정입니다. 실험실의 입자 물리학을 위한 유럽 전략(European Strategy) 업데이트를 결정하게 된다. CERN 제안에는 향후 충돌기를 위한 옵션 메뉴가 포함돼 있다. 이 연구소는 LHC(Large Hadron Collider)보다 최대 6배 더 강력하고 최대 210억 유로 (US $233 억)에 달하는 100km 규모의 기계를 만들려고 한다.

Credit: Julien Ordan/CERN.

미국의 일리노이 주 시카고 인근 페르미 국립가속기 연구소(Fermi National Accelerator Laboratory)는 ‘Muon g–2’ 결과를 발표할 예정이다. 전자와 모든 면에서 유사하지만 질량은 200배 가까이 큰 뮤온(Muon)이 자기장에서 어떻게 행동하는 지에 대한 고정밀 측정값이다. 물리학자들은 약간의 이상이 이전에 알려지지 않은 원소 입자를 드러낼 수 있기를 희망한다.

휴마이스(Humice)

연구자들이 윤리적으로 혼란스러운 기술을 개발함에 따라 다른 동물을 활용, 인간을 위한 대체 장기 배양에 다가서고 있다. 도쿄대 줄기세포 과학자 나카우치 히로미츠(Hiromitsu Nakauchi)는 생쥐와 쥐 배아에서 인간 세포로 만들어진 조직을 성장시킬 계획이다. 그는 하이브리드 배아를 대리 동물에게 이식할 것이다. 지난 3월 일본의 새로운 법이 발효될 때까지 허용되지 않는 단계였다. 나카우치(Nakauchi)와 협력 연구자들은 또한 돼지 배아를 사용하는 유사한 실험도 시도했다. 이러한 연구의 궁극적 목표는 결국 사람에게 이식할 수 있는 장기를 가진 동물을 생산하는 것이다. 그러나 일부 연구자들은 실험실에서 ‘유기류(organoids)’를 키우는 것이 더 안전하고 효과적이라고 생각한다.

합성 효모

합성 생물학자들이 베이커 효모(Saccharomyces cerevisiae)를 재건하기위한 야심찬 노력은 2020년에 완성될 예정이다. 연구원들은 앞서 박테리아 (Mycoplasma mycoides)와 같이 훨씬 더 간단한 유기체의 유전자 코드를 완전히 대체했지만 효모 세포는 복잡성으로 인해 훨씬 더 어렵다. 합성 효모 2.0(Synthetic Yeast 2.0)은 4개 대륙 15개 실험실 간의 협력 연구다. 팀은 ‘S. cerevisiae’ 16개 염색체 각각의 DNA를 합성 버전으로 대체했다. 그들은 또한 유기체가 어떻게 진화하고 돌연변이에 어떻게 대처하는지 이해하기 위해 게놈을 재구성하고 편집하거나 그 덩어리를 삭제하는 실험을 해왔다. 연구원들은 조작된 효모 세포가 바이오 연료부터 의약품에 이르기까지 다양한 제품을 제조할 수 있는 보다 효율적이고 유연한 방법을 개발하기를 희망한다.

페로브스카이트와 고체 리튬이온베터리

크고 작은 페로브스카이트(perovskites)를 사용하는 태양 전지는기존 태양 전지판에 사용되는 실리콘 결정보다 저렴하고 생산하기 쉽다. 텐뎀(tandem) 셀에서 실리콘과 쌍을 이루면 페로브스카이트는 시장에서 가장 효율적인 태양 전지판을 생산할 수 있다.

에너지 부문은 7월 도쿄 올림픽에서 도요타가 ‘고체(solid-state)’리튬-이온 배터리로 구동되는 자동차의 첫 번째 프로토타입을 공개 할 것으로 예상되는 또 다른 이정표를 달성할 수 있다. 이것들은 배터리 내부의 전극을 분리하는 액체를 고체 물질로 대체, 저장 에너지 양을 증가시킨다. 고체 전해질 배터리는 더 오래 지속되지만 더 느리게 충전되는 경향이 있다.

이밖에 네이처는 8월 UN환경프로그램의 기후변화 대응을 위한 과학적 기술적 보고서와 11월 영국 글래스고에서 열리는 COP26 기후 컨퍼런스, 미국 대선과 기후변화 대응을 주목했다. 댕기열 막는 모기 박테리아와 말라리아 백신, 란타늄(lanthanum)’슈퍼하이브리드(superhydrides)’ 상온 초전도체 개발도 2020 과학 이벤트( The science events to watch for in 2020)에 소개됐다.