특별한 모양의 탄소결정을 <채랴빈스크 운석>에서 발견

특별한 모양의 탄소결정을 <채랴빈스크 운석>에서 발견

 

 

wkfy : wikipedia

 

2013년 2월 15일 러시아 채랴빈스크주 상공을 운석이 통과하였다. 운석은 주간임에도 불구하고 태양보다도 밝고 공중분해에 의하여 발생한 충격파에 의하여 수 천 동의 건물 창에서 유리가 깨져서 1500명 가까운 사람들이 부상을 당하였다. 운석은 그 후 지면에까지 낙하하여 현재로는 <채랴빈스크 운석>이라는 이름이 붙게 되었다.

채랴빈스크 운석이 가져온 재앙은 처음으로 확실한 기록이 남겨진 대규모의 운석재해로서 이름을 남겼다.(엄밀하게는 운석은 지면에 낙하한 천체의 파편만을 가리키는 용어이고 낙하 중의 천체는 운석이라고는 부르지 않는다. 여기서는 알기 쉬운 점을 우선하여 <운석>이라고 표기한다.)

그런데 지상에서는 채랴빈스크 운석의 크고 작은 조작들이 발견되고 있는데 달리도 독특한 물질이 채집되고 있다.

 

초고속으로 대기권에 돌입한 채랴빈스크 운석은 대기의 압축이나 마찰에 의한 고온고압을 받는다. 그로부터 운석 표면은 증발하여 그 후 급랭하여서 1mm보다 훨씬 작은 규격의 먼지가 된다. 먼지는 얼마 동안 대기 중에 떠돌고 얼마 동안은 운석 구름으로서 관찰되었다. 이 운석구름을 만든 먼지는 서서히 지면에 낙하한다.

채랴빈스크 운석의 낙하에서는 이 먼지가 대량으로 채집되고 있다. 이것은 매우 진기한 일로 채랴빈스크 운석에서 발생한 먼지의 양이 팽대했었다는 것과 현지 계절이 겨울로 신선한 구름이 쌓였을 뿐이라는 것이 다행이었다.

운석 구름은 매우 진기한 환경에 내쳐져서 주목도가 높은 물질이다. 운석의 표면이나 대기 중의 물질은 고온고압에 내비쳐져서 무엇인가의 화학적 반응이나 촉매활성을 나타낼는지 모르지만 먼지의 발생 원인이 되는 고온고압의 조건은 실험실에서도 설정하는 것이 어려운 환경이다.

 

사람의 손으로는 재현하기 어려운 조건을 만들어내는 운석의 낙하는 소위 고온물리학의 실험장이고 채랴빈스크 운석의 먼지는 그것을 확인할 수 있는 매우 진기한 기회라 할 수 있다.

채랴빈스크대학의 세르게이 타스카에프(Sergey Taskaev) 씨 등의 연구팀은 이러한 귀중한 기회가 된 채랴빈스크 운석의 먼지에 대해서 관찰을 행한다. 내려 쌓인 눈과 눈 사이에서 층상으로 보존된 먼지를 채집하여 광학현미경으로 입자의 관찰을 행한바 탄소의 미세한 결정이 몇 개나 발견되었다. 크기는 어느 것이나 수µm(마이크로미터)정도이다.(1µm=1000분의 1mm).

자세히 관찰을 하기 위하여 주사형전자현미경(走査型電子顯微鏡)으로 촬영하면 탄소의 결정은 구체에 가까운 다면체나 육각형의 막대 등 특징적인 형상을 하고 있음을 알 수 있다. 라만분광법（Raman Spectroscopy）이나 X선결정구조해석에 의하여 이것들은 흑연의 결정이라고 판명하였다.

 

흑연은 연필 심 등 일상생활에 자주 보이는 탄소 동위체이다. 그러나 그 결정은 육각주(六角柱)의 판상이 되기 쉽고 긴 봉상결정이나 구체와 같은 다면체결정이 되는 일은 없다.

그러면 이처럼 특이한 형상은 무엇이 형성 원인이 되어 있는 것일까. Taskaev 씨 등은 탄소원자가 어떻게 맺어져서 결정이 어떻게 조합되어 성장하면 먼지로 발견된 것 같은 탄소의 결정이 되는지를 시뮤레이션했다.(보다 정확하게 말하면 이산 후리에변환( discrete Fourier transform、DFT）과 고전 및 양자분자동력학법을 구사하여 폐각(閉殻)한 다중탄소쌍정성잔 메커니즘을 시뮤레이션했다.)

그 결과 발견된 탄소의 결정을 만드는 <핵>이 되는 물질의 유력한 후보가 2개로 좁혀졌다. 하나는 <바크민스타풀렌스（Buckminsterfullerene）>, 또 하나는 <포리헤키사시크로오쿠타데칸>이다. 그들 분자의 둘레에 흑연의 결정이 성장하여 결정끼리가 잘 짜임으로써 먼지로 발견된 것 같은 긴 봉상결정이나 구체와 같은 다면체결정이 된다고 생각되고 있다.

몇 억년이나 지층에 묻힌 석탄처럼 탄소는 조건만 맞으면 상당히 오랜 기간 지중에 보존될 가능성이 있다. Taskaev 씨 등은 이번 발견을 바탕으로 특이한 형상의 탄소결정을 발견함으로써 과거의 운석낙하의 시기 등을 추정하는 단서가 되는 것이 아닐까 하고 추정하고 있다.*

 

일본어원문=変わった形の炭素結晶を「チェリャビンスク隕石」から発見

츨처=https://news.yahoo.co.jp › articles