| 초록 |
1. 개요 현재 가장 중요한 사회적 이슈 중 하나인 지구온난화 현상은 전 지구적으로 기후변화를 일으키고 극한 날씨 현상을 발생시킨다[1]. 이러한 극한 날씨의 이해 및 예측을 위해서는 대기와 해양의 흐름을 분석하는 수치모사(Numerical Simulation)를 수행하여야 하는데, 현재 사용되는 여러 가지 수치모사 모델들의 코어가 되는 수식은 바로 유체역학방정식이다. 컴퓨터의 발전으로 우리는 대기 및 해양 역학에 대해 더욱 깊은 이해와 더 나은 예측을 하고 있지만, 아직까지도 이들의 유체 흐름을 얼마나 정밀하게 풀어내고, 모델링하기 힘든 현상들(예: 구름 물리, 대기-해양 상호작용, 아격자-규모 흐름)을 얼마나 잘 근사해서 구현할 수 있을지에 대한 과학자들의 고민은 멈추지 않는다. 지구를 벗어나 우주에서도 유체역학의 중요성은 쉽게 찾아볼 수 있다. 예를 들어 태양의 왕성한 활동은 태양 내부의 이온화된 기체의 흐름과 자기장의 영향이 복합적으로 작용되어 나타나며 태양풍(Solar Wind)으로 발전하여 지구의 자기권에 도달하고, 이는 인공위성과 각종 전자장비에 큰 영향을 끼친다. 이제 우리는 지구에서의 날씨뿐만이 아니라 우주 날씨(Space weather)에 대해서도 예측을 해야 하는 시대에 살게 되었으며, 이러한 우주 날씨를 이해하기 위해서는 태양물리학(Heliophysics) 및 자기유체역학(Magnetohydrodynamics)을 접목하여 연구를 진행하여야 한다. 뿐만 아니라, 별의 생성 과정을 이해하고 진화 과정을 예측하는 항성진화 모델(Stellar evolution model)에서도 유체역학방정식은 중요한 역할을 하게 된다. 지구물리 및 천체물리는 적용 대상이 달라서 물리적으로 다를 것이라고 생각되어왔지만, 사실 유체역학적인 부분에서 많은 유사성을 띠고 있다. 따라서 이 분야들에서 유체역학이 접목된 연구는 상당히 오래전부터 진행되어왔고, 그 유사성에 의해 상호 간에 많은 연구 교류가 이루어진다. 예를 들어 날씨와 기후를 지배하는 대기와 해양의 흐름과 태양, 별들 혹은 강착원반(Accretion disk)에서 보이는 가스나 플라즈마의 흐름은 유체의 성층(Stratification)과 회전 그리고 자기장에 영향을 받는다는 점에서 유사성을 공유한다. 따라서 이러한 주제들은 지구물리 및 천체물리 유체역학(Geophysical and Astrophysical Fluid Dynamics)이라는 하나의 학문 분야 아래에서 연구가 이루어진다. 1970년대까지는 지구/천체물리학자들의 이론적인 유체역학 연구가 아주 활발했지만 그 후 점점 컴퓨터 성능이 발전하며 수치모사를 통한 지구/천체물리학 연구가 등장하기 시작했다[2]. 현재는 더욱 컴퓨터 성능이 많이 향상되어 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)이 유체역학 연구의 중심축으로 자리 잡은 시기이며, 여러 가지 새로운 실험장치 및 기법들도 계속 발전하여 이제 큰 규모의 대기/해양 흐름 혹은 별 내부의 흐름들을 이해하기 위해 대형 수치모사(Large-scale numerical simulation) 해석 및 실험실 규모에서 직접 관찰한 실험 결과들이 늘어났다. 필자는 본 보고서를 통해 순수 유체역학에서 연구된 수치 및 실험, 그리고 새로운 이론적 결과들이 지구/천체물리 분야에서 어떻게 이해되고 적용되는지 그 내용을 다루는 지구/천체물리 유체역학 분야의 연구에 대해 소개하고자 한다. ** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 :-) |
