Nature선정 2020년, 10대 눈여겨볼 과학 이벤트
드론을 탑재한 화성탐사선 발사, 쥐를 활용한 인간 장기 배양, 초거대 블랙홀 동영상 공개 등 국제학술지 '네이처'가 선정한 '2020년 눈여겨볼 과학 이벤트 10선'들을 소개한다.
1. 화성침공(Mars attack)
2020년, 여러 대의 우주선들(3대의 착륙선 포함)이 '붉은 행성'을 향해 진격함으로써, 인류는 진정한 화성침공을 목도하게 될 것이다. 첫째, 미 항공우주국(NASA)은 「마스 2020 로버(Mars 2020 rover; 」를 발사할 예정이다. 그것은 작은 암석 샘플을 안전한 곳에 넣어 뒀다가 미래의 임무를 수행할 때 지구로 귀환할 예정이며, 작은 분리형 헬리콥터 드론을 탑재하고 있다는 것이 특징이다. 둘째, 중국은 최초의 착륙선(lander)인 「훠싱 1호(火星1号)」를 화성에 보낼 예정인데, 그것은 소형 탐사선(rover)을 사용하게 될 것이다. 셋째, 러시아의 한 우주선은ㅡ착륙용 낙하산 문제가 해결된다면ㅡ유럽우주국(ESA)의 로버를 붉은 행성으로 보낼 예정이다. 마지막으로, 아랍에미리트연합(UAE)은 한 아랍 국가의 최초 화성탐사 임무에 편승하여 궤도선(orbiter)을 보낼 예정이다.
지구와 좀 더 가까운 곳에서는, 중국이 샘플 회수선(sample-return mission)인 창어 5호(嫦娥5号)를 달에 보낼 예정이다. 그리고 태양계의 다른 곳에서는, 일본의 하야부사 2호(はやぶさ 2)가 소행성 류구(リュウグウ)의 샘플을 지구로 가져올 예정이며, NASA의 오시리스렉스(OSIRIS-REx)가 자신의 소행성 베누(Bennu)를 한 입 베어물 예정이다.
2. 빅 스카이, 빅 데이터
2019년 메시어 87(Messier 87) 은하의 중심에서 초질량 블랙홀의 이미지를 포착함으로써 전세계의 언론을 휘저은 데 이어 이벤트 호라이즌 망원경(Event Horizon Telescope) 공동연구팀은 '은하수 중심부의 블랙홀'에 대한 새로운 결과를 발표할 것으로 기대된다. 이번 프로젝트에는 여러 장의 이미지가 포함되어 있으며, 어쩌면 사기타리우스 A*(Sagittarius A*)라는 베헤모스(초거대 블랙홀) 주변에서 소용돌이 치는 가스의 동영상이 포함될지도 모른다.
2020년 후반에는 ESA의 가이아(Gaia) 관측위성이 은하수의 3D 지도를 업데이트할 예정인데, 기존의 지도는 우리은하의 구조와 진화에 대한 과학자들의 이해를 현저히 바꾼 바 있다. 그리고 중력파 천문학자들은 2019년에 관측한 (시공간의 물결을 만들었다는) 우주충돌의 증거들을 수집할 예정이다. 그중에는 많은 블랙홀 합병들이 포함되어 있지만, 기존에 볼 수 없었던 블랙홀과 별의 충돌이 포함되어 있다.
3. 거대 강입자충돌기(mega-collider)의 꿈
유럽입자물리연구소(CERN)의 희망사항은, 2020년에 미래의 거대강입자충돌기 건설을 위한 기금을 확보하는 것이다. 스위스 제네바 근처에 있는 CERN은 내년 5월 헝가리 부다페스트에서 특별한 모임을 갖고, 「유럽 입자물리학 전략(European Strategy for Particle Physics) 업데이트」의 일환으로 '거대강입자충돌기 건설 기금 마련'을 결의할 예정이다. CERN의 제안서에는 거대강입자충돌기의 옵션들이 적힌 메뉴가 포함되어 있다. CERN이 희망하는 100km짜리 기계는 기존의 대형강입자충돌기(Large Hadron Collider)보다 여섯 배 강력하며, 자그마치 210억 유로(미화 234억 달러)의 비용이 든다.
한편 미국에서는, 일리노이주 시카고 근처에 있는 페르미 국립가속기연구소(Fermi National Accelerator Laboratory)가 오랫동안 기다려 왔던 「뮤온 g-2(Muon g–2)」의 결과를 발표할 예정이다. 「뮤온 g-2」란 '뮤온(전자의 '무거운 형제')이 자기장에서 행동하는 방식'을 측정한, 고정밀 입자물리학 실험을 말한다. 물리학자들은, 미세한 변칙으로 인해 지금껏 알려지지 않은 소립자가 드러나기를 바라고 있다.
4. 합성 효모
'빵효모(Saccharomyces cerevisiae)를 재구축한다'는 합성생물학자들의 야심찬 노력이 2020년에 결실을 맺을 예정이다. 선행연구자들은 그보다 훨씬 간단한 생물ㅡ예를 들면, 미코플라스마 미코이데스(Mycoplasma mycoides)라는 세균ㅡ의 유전자 코드를 완전히 대체했지만, 복잡한 생물인 S. cerevisiae의 세포에서 그런 일을 한다는 것은 훨씬 더 까다롭다. 이름하여 「합성 효모 2.0(Synthetic Yeast 2.0)」라는 프로젝트는, 4개 대륙에서 활동하는 15개 연구소들의 협동연구다. 그들은 S. cerevisiae의 16개 염색체를 '합성버전'으로 조금씩 야금야금 대체해 왔다. 또한 그들은 S. cerevisiae가 '진화한 과정'과 '변이에 대처한 과정'을 이해하기 위해, 유전체를 실험적으로 재구성하거나 편집하거나 부분적으로 삭제해 왔다. 연구자들의 바람은, 합성 효모를 통해 (바이오연료에서부터 의약품에 이르기까지) 많은 제품을을 더욱 효율적이고 유연하게 만드는 방법을 알아내는 것이다.
5. 기후변화 숙제, 마감기한 임박
2020년 8월, UN 환경계획(United Nations Environment Programme)은 '지구공학(geoengineering)의 과학적·기술적 측면'에 대한 중대 보고서를 발표함으로써, 기후변화와 싸우는 데 사용할 접근방법을 제시할 예정이다. 보고서의 내용에는 '대기에서 이산화탄소를 추출하는 방법'과 '햇빛을 차단하는 방법'이 포함될 것이다. 한편 2020년, 국제해저기구(International Seabed Authority)는 오랫동안 기다려왔던 (해저 채굴을 가능케 하는) 규제조치를 발표할 것이다. 과학자들은 정보가 불충분하다는 점을 들어, 그런 관행이 해양생태계를 손상시킴으로써 그렇잖아도 스트레스를 받은 환경에 악영향을 미칠까 봐 염려하고 있다.
그러나 기후변화의 빅 이벤트는 11월에 벌어진다. 그때 UN 기후총회(COP26)가 개최하는 기후변화 회의ㅡ파리협정(Paris agreement)의 결정적 순간ㅡ가 영국 글래스고에서 개막된다. 각국은 2015년의 합의에 따라, 지구온난화를 2 °C 미만으로 제한하기 위한 '업데이트된 온실가스 배출 저감 목표'를 제시해야 한다. 그러나 대부분의 나라들이 기한을 지키지 않는 데다, 협정 자체의 미래도 불투명하다. 왜냐하면 미국이 11월 모임에 공시적으로 불참할 것으로 예상되기 때문이다.
6. 미국 선거의 클라이맥스
2020년 11월, 미국의 백악관과 의회를 어느 쪽이 차지할까? 그 결과는 과학, 특히 기후변화에 영향을 미칠 수 있다. 만약 트럼프가 재선에 성공한다면, 전임자의 기후변화 정책 흐트러뜨리기를 계속할것이며, 선거 다음날 파리협정 탈퇴를 공식화할 것이 확실시된다. 민주당은 백악관을 제압하거나 상하원 모두에서 주도권을 잡음으로써 그런 노력을 무력화할 수 있을 것이다. 하원의 435석 모두, 상원의 100석 중 35석에 대한 선거가 실시된다.
7. 휴마이스(Humice)가 온다
'윤리적으로 우려되는 기법'이 발달함으로써, 다른 동물에서 '인간의 장기를 대체할 장기'를 배양한다는 꿈이 현실화되고 있다. 도쿄 대학교의 줄기세포 과학자인 나카우치 히로미쓰(中內啓光)는 생쥐와 시궁쥐의 배아에서 '인간의 세포로 구성된 조직'을 배양할 계획이다. 그런 다음, 그는 그런 하이브리드 배아(hybrid embryo)를 대리모 동물에게 이식할 계획인데, 이 계획은 지난 3월 일본에서 새로운 법이 제정될 때까지 허용되지 않았었다. 또한, 나카우치와 동료들은 돼지배아를 이용해 유사한 실험을 하겠다는 신청서를 제출했다. 그런 연구의 최종 목표는, (궁극적으로 인간에게 이식될 수 있는) 장기를 가진 동물을 만드는 것이다. 그러나 일부 연구자들은, 실험실에서 오가노이드(organoid)를 배양하는 게 더 안전하고 효율적이라고 생각하고 있다.
8. 코너에 몰린 모기
인도네시아의 요기아카르타라는 도시에서 실시되고 있는 '뎅기열의 확산을 막을 수 있는 기법'에 대한 중대 실험의 결론이 2020년에 나올 예정이다. 연구자들은 볼바키아(Wolbachia)라는 세균—볼바키아는 뎅기열·치쿤구니아·지카를 초래하는 모기매개바이러스(mosquito-borne virus)의 복제를 억제한다—을 보유한 모기들을 방출함으로써, 야생형 개체군에서 볼바키아가 전염되도록 해 왔다. 인도네시아, 베트람, 브라질에서 실시된 소규모 실험에서는, 애타게 하는 가능성이 엿보인 바 있다.
한편, 적도기니의 비오코섬(island of Bioko)에서 실시되고 있는 유망한 말라리아 백신의 임상시험 결과도 2020년에 나온다. 또한 세계보건기구(WHO)는, 공중보건 문제인 아프리카수면병(African trypanosomiasis)이 2020년에 사라지기를 바라고 있다. 그 악명높은 질병은 체체파리(Glossina spp.)에 의해 전염된다.
9. 성과의 압박
물리학자들은 '실온에서 아무런 저항 없이 전기를 전도하는 재료를 창조한다'는 꿈이 실현되기를 바라고 있다. 그러나 지금 당장, 그런 초전도재료(superconducting material)는 수백만 킬로파스칼의 압력에서만 작동한다. 2018년, 란타넘 슈퍼수소화물(lanthanum superhydrides)이라는 화합물이 성공하면서 초전도성의 모든 온도기록을 모두 경신하자, 연구자들은 53 °C에서 초전도성을 갖는 이트륨 슈퍼수소화물(yttrium superhydrides)을 합성할 수 있기를 바라고 있다.
10. 고체에너지
대기업이든 중소기업이든, 모든 기업들은 페로브스카이트(perovskite)를 사용하는 태양전지를 앞다퉈 판매할 계획이다. 페로브스카이트는 (전통적인 태양전지판에 사용되는) 실리콘 결정보다 저렵하고 손쉬운 재료로 각광받고 있다. 다중접합전지(tandem cell)에서 실리콘과 짝을 이룰 경우, 페로브스카이트는 가장 효율적인 태양전지판을 시장에 공급할 수 있다.
2020년 7월 열리는 도쿄 올림픽 기간 동안, 에너지 분야에서 또 다른 이정표가 세워질 것으로 보인다. 토요타(トヨタ)는 그때, '고체상태의 리튬이온 배터리'에 의해 구동되는 승용차의 원형(prototype)을 최초로 공개할 것으로 기대되기 때문이다. 이 배터리는 (전지 내부에서 전극과 고체재료를 분리하는) 액체를 대체함으로써, 저장되는 에너지의 양을 늘릴 수 있다. 고체-전해질 배터리(solid-electrolyte battery)는 오래 지속되지만, 더욱 천천히 충전되는 경향이 있다.