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아바타 할렐루야 섬 처럼 둥둥뜰 수 있을까




영화 아바타에 나오는 떠 있는 섬 ‘할렐루야 아일랜드‘. 중력은 약하고 자기장에 의해서 섬이 공중에 뜰 수 있는 것으로 그려졌다.


거대 구조물이 공중에 뜨려면… 어떤 조건이 필요하나
“장소를 옮겨야겠어.”
“어디로 가나요.”
“하늘에 떠있는 섬. 그리로 가는 것이지.”
“와, 할렐루야 섬 말인가요?”
“그래, 거기에도 기지가 있어.”

영화 ‘아바타’에서 연구팀이 호전적인 마일즈 쿼츠 대령을 피해서 아바타와 싱크하는 장소를 옮길 때 나오는 대사다. 이들은 지상의 기지를 버리고 헬기를 타고 하늘로 올라가고 하늘에 있는 기지에서 아바타와 접속하고 나비족과 소통을 한다.

사람들은 영화를 보면서 ‘천공의 성 라퓨타’와 유사하다면서 “저렇게 큰 물체가 어떻게 공중에 뜰 수 있지”라고 한마디씩 말한다.

결론부터 말하자면 과학자들은 공중 부양이 이론적으로는 가능하지만 획기적인 에너지원이 발견되지 않는다면 영화 내용은 상상일 뿐이라고 말한다.




●실제로 물체가 뜨려면?


과학자들은 이미 오래전부터 물체를 공중에 띠우는 방법을 연구했다. 초전도체 등을 이용하기도 했고, 강한 자기장이나 정전기장 등을 이용하기도 했다. 일부에서는 반중력이론도 제시하고 있다. 중력을 반대로 만들기 위한 힘이 물리적으로 존재할 거라는 이론이다. 하지만 아직 가설일 뿐으로 어떤 근거있는 실험결과도 제시되지 않고 있다.

물체가 뜨려면 해당 지역의 중력을 능가할 수 있는 힘이 필요하다. 어떠한 형태의 힘이 되었든 밀어 올릴 수 있는 충분한 힘이 존재해야 한다.

또 영화에서 처럼 공중의 섬이 어떤 한 위치에 안정적으로 떠 있기 위해서는 ‘포텐셜 미니멈’(potential minimum)이 있어야 한다. 물질실험에 사용되는 소형 공중부양장치를 제작한 적이 있는 한국표준과학연구원 이근우 박사는 “자석의 같은 극은 서로 밀어내기는 것과 마찬가지”라면서 “물체를 고정된 위치에 잡아두려면 여러 개의 자석을 배치해 서로 미는 힘들 사이에서 최고가 되는 위치를 포텐셜 미니멈 이라고 한다”고 설명했다.

이렇게 물질을 띄우기 위해선 엄청난 에너지가 필요하다. 금속이 아닌 유기체가 공중에서 뜨기 위해서는 정전기장을 이용한다. 이 박사는 “금속을 띄우는 경우, 높이에 따라 다르지만 보통 1Kg을 띄우는 데 수백~수천 KW가 소모된다”며 “현재까지 존재하는 에너지와 기술로는 영화처럼 섬이나 산을 들어올리는 것은 불가능하다”고 분석했다.




●띄운다 해도 생명체 생존 어려워


하지만 이렇게 무생물인 섬이나 산을 공중에 띄우더라도 다른 문제가 발생한다. 그 위에서 생명체가 살 수 있겠냐는 점이다.

정전기장을 이용해 1Kg를 띄우는데도 수백~수천KW가 필요한데, 작은 도시를 띄우게 되면 엄청난 에너지가 필요하다. 이렇게 되면 공중에 뜨는 물체는 대량의 에너지를 받아 엄청나게 뜨겁게 된다. 더구나 공기중에서는 플라스마 방전 현상이 일어난다.

이 박사는 “대기가 있는 상태에서 정전기장을 이용해 물체를 띄우게 되면 수시로 벼락이 쏟아져 내릴 것”으로 예상했다. 따라서 공중에 뜬 구조물에 방전 장치 등을 하고 살아야하는 상황이 발생한다.

그렇다면 정전기장을 사용하지 않는 방법은 없을까. ‘자기장’을 사용하면 방전현상 없이 살아있는 생명체를 공중에 띄울 수는 있다. 생명체는 수분을 포함하고 있어 반 자성체 형태이기 때문이다. 하지만 무생물을 띄우는 것은 불가능하다.





2009년 9월 9일(현지시간) 미국 항공우주국(NASA) 연구팀이 포유류인 쥐를 공중에 띄웠다. 개구리나 메뚜기 등을 부양한 사례는 있었지만 인간과 생물학적으로 유사한 쥐를 이용한 것은 처음이다. 쥐의 무게는 10g이었다. 연구팀은 중력의 수준을 조정할 수 있는 장치를 개발했다. 생물체 내의 물을 들어올릴 수 있을 정도의 자기장을 발생하는 장치다. 온도는 실온이었고 6.6cm 정도 면적에서 쥐를 공중 부양했다.

NASA의 발표에는 얼마나 많은 에너지가 사용되었는지는 나와 있지 않다. 보통 병원의 자기공명촬영장치 등이 1~2테슬라(T·자기장의 단위) 정도를 사용한다. 대형 댐에서 수력발전을 위해 사용하는 자석의 자기장 세기가 30~35T 정도다.

과거 10g도 안되는 개구리를 드는데 16T(테슬라) 정도의 자기장이 필요했다. 따라서 쥐를 띠우는 데는 더 많은 에너지가 들어갔을 것으로 추정된다.




●할렐루야 섬을 위한 캐머런 감독의 영화 속 장치


그렇다면 영화 아바타에 나오는 공중부양 섬 ‘할렐루야’는 완전한 허구일까. 제임스 캐머런 감독은 ‘저렇게 큰 땅덩어리가 어떻게 떠있냐’는 질문이 나올까봐 영화에서 나름대로 근거를 댔다.

우선 판도라 행성은 중력이 지구에 비해 가볍다. 영화 처음 부분에 “중력이 낮아서 근력운동을 해야 해”라고 하는 대사가 나온다. 지구 보다 얼마나 중력이 작은지에 대한 구체적인 설명은 없지만 물질이 지구보다 훨씬 가볍다면 작은 정전기장으로 물질을 띄울 수 있다.

두 번째 근거는 영화에만 나오는 ‘언옵타늄’이라는 물질이다. 지구의 에너지를 대체할 수 있다는 이 광물은 스스로 강한 힘(정전기장)을 갖고 있다. 영화에서는 이 물질이 거대한 산들을 밀어 올릴 수 있을 만큼 충분한 에너지를 가지고 있는 것으로 설정돼 있다.

세 번째는 하늘에 떠 있는 위성들이다. 지구의 달에 해당하는 위성이 몇 개 보인다. 이 위성 역시 강한 정전기장을 낸다면 언옵타늄에서 나온 자기장과 맞물려 공중 부양이 가능할 수도 있다. 또 위성의 위치가 절묘하게 맞아 떨어진다면 포텐셜 미니멈도 형성돼 안정적으로 부양 될 수 있다.

 

 

 



김규태 동아사이언스 기자 kyoutae@donga.com



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