인공눈은 어디서 올까?

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스키장에 있는 하얀 눈, 정체를 아시나요? 코로나로 인해 발길이 잦아들었던 국내 스키장이 다시 활기를 되찾았어요. 하얀 눈으로 덮인 스키장의 풍경은 마치 영화 속 겨울왕국을 상상하게 만들죠. 그런데, 이런 영화 같은 설원을 만든 주인공이 '인공 눈'이라고 합니다. 스키장에선 자연 눈이 충분히 쌓여 있어도 꾸준히 인공눈을 뿌려준다고 하는데요. 그 이유를 알아볼까요?

자연 눈과 인공 눈의 차이점 

자연 눈과 인공 눈의 차이점에 대해 궁금하시죠? 자연 눈은 하늘에서 수증기가 서서히 얼어서 만들어진 결정체입니다. 반면 인공 눈은 말 그대로 사람이 만든 가짜눈이에요. 자연 눈과 인공 눈을 확대해보면 결정체 모양이 다른 것을 확인할 수 있는데요. 자연 눈의 결정체는 잔가지들이 여섯 방향으로 뻗은 모양으로, 육각형의 기본 구조를 가지고 있지만, 인공 눈 결정체는 상대적으로 정교한 구조 없이 단순하게 생겼답니다. 자연 눈은 하늘에서 천천히 떨어지면서 결정체가 만들어지는 반면, 인공 눈은 짧은 시간에 빠르게 얼어서 결정 모양이 생길 시간이 부족하기 때문입니다.

성질은 어떻게 다를까?

자연 눈과 인공 눈은 다른 성질을 갖고 있는데요. 자연 눈은 결정체 모양에서 알 수 있듯 입자 사이의 공간이 많아 밟을 때 '뽀드득'하는 소리가 나고, 잘 미끄러지지 않습니다. 공기량과 습도에 따라 성질도 달라지고요. 반면 인공 눈은 입자가 딱딱하고 뾰족해서 잘 뭉쳐지지 않고 잘 미끄러집니다. 이러한 특성 때문에 스키장에서는 상대적으로 더 미끄러지는 인공 눈을 선호하죠. 오히려 눈이 많이 오면 소금을 뿌려 눈을 녹이거나 중장비로 눈을 치우기도 한답니다.

그럼 인공 눈은 어떻게 만들까?

인공 눈은 '제설기'라는 기계에서 탄생됩니다. 아주 작은 입자로 된 물을 공중에 뿌리고, 그 물이 땅에 닿기 전에 수증기를 순식간에 얼려서 인공 눈을 만들어내죠. 이때 적정 기온은 영하 3℃ 이하, 습도는 70% 이하여야 하는데요. 습도가 이보다 높을 때에는 눈의 형태가 잘 만들어지지 않기 때문입니다. 제설기가 분사한 수증기가 눈으로 변하는 현상은 '단열 팽창'의 원리로 설명할 수 있어요. 단열 팽창이란 이부와 열 교환이 일어나지 않는 상태에서 부피가 팽창할 때 기온이 내려가는 현상을 말해요. 그렇다면 부피가 늘어날 때 온도는 왜 낮아질까요? 공기 중의 기체 분자들은 움직이지 못할 정도로 좁은 공간에 있으면 꼼짝하지 않고 가만히 있어요. 그러다가 부피가 팽창해 기체 분자들이 움직일 수 있는 공간이 넓어지면 힘차게 움직이죠. 이때 기체 분자들이 움직이면서 자체 에너지를 소모하고, 주변의 열에너지를 가져가기 때문에 주변의 온도가 낮아지게 되는 겁니다. 정리해서 제설기 속 좁은 노즐에서 압축 공기가 빠져나오면서 기계 주변 온도를 떨어뜨리면, 다른 노즐에서 분사된 수증기가 급속도로 얼어서 인공 눈이 만들어진답니다.

'미생물'로도 인공눈을 만들 수 있다?

미생물을 이용하면 기온과 습도 조건이 충족되지 않는 날씨에도 인공 눈을 만들 수 있다고 해요. 과학자들이 제설기로 인공 눈을 만드는 것보다 저렴하고, 조건도 필요 없는 방법을 찾아냈답니다. '슈도모나스 시린자이' 라는 세균은 기온이 내려가면 자신이 붙어 살고 있는 식물의 세포를 깨뜨려 영양분을 얻는 과정에서 냉해를 유발한답니다. 보통 영하 5도까지는 얼음이 얼지 않기 때문에 농작물이 냉해를 입지 않아요. 그런데 이 세균이 식물에 살고 있으면 영하 2-3도만 돼도 농작물에 얼음이 생겨 피해가 발생하곤 합니다. 그 이유는 '슈도모나스 시린자이'의 세포벽 외부에 있는 '빙핵활성단백질'때문인데요. 이 단백질은 얼음을 쉽게 만드는 데 필요한 빙핵을 제공해 상대적으로 높은 온도에서도 물을 얼게 만든답니다. 스키장에서는 '슈도모나스 시린자이'의 건조 분말을 물에 섞어 공기 중에 뿌리는 방법으로 인공 눈을 만들고 있는데요. 분말을 사용하지 않았을 때보다 40% 더 잘 만들어질 뿐 아니라 눈의 질도 좋아져서 만족도가 굉장히 좋다고 합니다.

[출처] 톡톡_글 한승은 기자

눈이 내리지 않아도 만들 수 있는 겨울 왕국

눈이 내리지 않아도 스키와 썰매 등 겨울 스포츠를 즐길 수 있게 해준 과학의 변화가 참 고맙네요. 레드포인트에는 인공 눈 교구가 있어요. 신비한 인공 눈의 원리에 대해 공부하며 학교나 가정에서 겨울 왕국을 만들어 볼까요?