티타늄 별가루의 유래
물리학자들은 지구에서 티타늄 별가루를 만들어 주는 방법을 알아냈습니다. 오래 전, 인간 이전, 지구 이전, 심하게는 태양 이전에도 별가루가 있었어요. 시간이 지나면 태양계의 젊은 세계는 그 몸이 오늘날 우리가 알고 있는 태양, 행성 및 달로 부풀어 오르면서 그 먼지를 많이 먹어 치울 것이예요. 그렇지만 먼지 중 일부는 본시 형태로 고대 운석과 같은 장소에 고정되어 살아남았어요.
과학자들은 이것을 태양 이전에 발생되었기 때문에 태양 전 먼지라고 불러요. 태양 전 먼지의 일부 알갱이에는 다이아몬드나 흑연과 같은 아주 작은 탄소 조각이 내포되어 있어요. 다른 것들은 실리콘이나 티타늄과 같은 다른 원소들을 많이 함유하고 있다고 합니다. 하나 형태는 지구상의 공작 기계에 활용되는 티타늄 카바이드라고 하는 기괴하고 보통과 다르게단단한 재료를 포함하더라고요.
이제 물리학자와 엔지니어들은 특정 먼지 알갱이가 어떻게 구성되었는지에 대한 아이디어를 소지하고 있다고 생각하더라고요. 오늘 사이언스 어드밴스(Science Advances) 저널에 발표된 연구에서 연구원들은 그 지식을 동원하여 여기 지구에서 더 나은 재료를 제작할 수 있다고 믿습니다. 이 먼지 알갱이는 극진히 흔하지 않고 너무너무 사소하여 드물게 사람의 머리카락 굵기보다 작습니다. “그들은 태양계가 형성될 때 존재했고, 이 스탭에서 살아남았으며, 현재 운석과 같은 원시 태양계 물질에서 발견될 수 있다고 합니다.”라고 워싱턴 DC에 있는 카네기 과학 연구소의 천체 물리학자인 Jens Barosch 는 말하더라고요. 연구 저자들은 티타늄 카바이드(티타늄과 탄소)의 코어가 흑연 껍데기에 싸여 있는 다이아몬드만큼 탄탄한 내구성 있고 세라믹과 같은 재료로 통합된 특이한 부류의 먼지 알갱이를 들여다 보았어요. 때로는 수십 또는 수백 개의 이러한 탄소 코팅 코어가 더 큰 입자로 동반해 뭉쳐요.
티타늄 나노입자의 탄생
그렇지만 티타늄 카바이드 먼지 티끌은 처음에 어떻게 발생되었습니까? 여기까지 과학자들은 확연히 알지 못했어요. 지구에서 그것을 테스트해서는 어렵습니다. 먼지를 만들어 주는 사람들이 중력을 다루어야 하기 때문이라고 합니다 그리하나 과학자들은 이제 중력이 물체가 아닌 곳으로 갈 수 있어요.
2019년 6월 24일, 북극권 북쪽의 추운 스웨덴 마을 키루나에서 소리 나는 로켓이 발사되었어요. 이 로켓은 궤도에 도달하지 못했다고 합니다. 이전과 향후의 많은 로켓처럼 하늘을 가로지르는 원호를 그리며 약 150마일의 고도에서 정점을 찍은 후 다시 내려와요. 그럼에도 구애되지 않고 그 짧은 비행은 로켓의 구성 요소가 우주 비행사가 궤도에서 경험하는 미세 중력의 맛 이상을 얻기에 충분했어요. 그 구성 요소 중 1개는 과학자들이 먼지 알갱이를 배양하고 그 스탭을 기록 가능한 장치였어요. 6분 30초의 미세중력을 총괄해 발사 3시간 만에 로켓은 발사 지점에서 약 46마일 떨어진 곳에 착륙했답니다. Kimura와 그의 동료들은 분석을 위해 회수된 먼지 알갱이를 일본으로 다시 보냈습니다. Earthbound 연구소에서 이 샷과 후속 테스트를 통해 그룹은 티타늄 카바이드 먼지 알갱이에 대한 레시피를 모았어요.
그 레시피는 하단과 같을 것이고요. 미리감치 흑연 형상의 탄소 원자 코어로 시작하더라고요. 둘째, 두 부류의 원자가 혼합되어 티타늄 카바이드를 생성하기 시작할 때까지 탄소 코어에 티타늄을 뿌립니다. 셋째, 이러한 코어를 동반해 화합하고 합당한 크기의 입자를 얻을 때까지 흑연으로 덮습니다. 그러한 고대의 것들이 어떻게 구성되었는지 엿볼 수 있다는 것은 흥미롭지만, 천문학자들만이 집중을 갖는 것은 아니에요. Kimura와 그의 동료들은 또한 프로세스를 파악하면 엔지니어와 건축업자가 지구상에서 더 나은 재료를 생성하는 데 도움받을 있다고 믿습니다. 왜 그런고하니 우리는 이미 먼지 알갱이와 현저히 다를것 없는 입자를 만들고 있기 때문이고요.
이것들은 나노입자 라고 지칭되며 수십 년 동안 사용되어 왔어요. 과학자들은 플라스틱과 같은 폴리머에 주입하여 보강할 수 있다고 합니다. 도로 건설업자는 이를 이용하여 발 아래 아스팔트를 강화할 수 있다고 합니다. 의사는 이를 사람의 몸에 주입하여 약물을 보급하였거나 눈에 잘 띄지 않는 육체 부위를 이미지화하는 데 지원할 수 도 있고요.
