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  1. 2015.08.17 2030년에 미니 빙하기가 온다고?
  2. 2008.08.15 명품 스트라디바리우스의 비밀

2030년에 미니 빙하기가 온다고?


“연주회장이 아무리 넓어도 끝없이 퍼져나가는 천상의 아름다운 소리를 지니고 있다.” 미국의 거장 바이올리니스트 아이작 스턴이 바이올린 중 가장 아름다운 소리를 내는 스트라디바리우스를 두고 한 말이다. 

바이올린 소리는 현에서 나온 음파가 몸체에서 얼마나 아름다운 공명을 만들어내느냐에 의해 결정된다. 스트라디바리우스를 분해해 진동을 조사한 결과, 놀랍게도 공명 주파수가 서양 음계의 음 간격과 정확히 일치하는 것으로 밝혀졌다. 또한 현대 바이올린은 주파수에 따라 소리가 변하지만, 스트라디바리우스는 일정한 음을 유지하는 것으로 밝혀졌다. 

이 신비한 소리의 비밀을 찾기 위해 그동안 많은 과학자들이 노력해왔다. 안토니오 스트라디바리(Antonio Stradivari, 1644~1737)가 거주한 지역의 온도 및 습도가 바이올린을 구성하는 70여 개의 부품에 적합하다는 연구결과에서부터 당시 사용한 특별한 바니시(광칠) 때문이라는 주장이 거론돼 왔다. 

그중 목재재료학과와 기상학과의 융합 연구팀이 흥미로운 연구결과를 내놓은 적이 있다. 스트라디바리우스의 비밀이 1645년부터 1715년까지의 소빙하기에 있다는 주장이 바로 그것. 이 시기에는 긴 겨울과 시원한 여름으로 인해 장기간 성장이 감소함으로써 밀도가 높은 매우 특이한 목재가 생산됐으며, 그로 인해 악기가 풍부한 음색을 지니게 됐다는 것이다. 

스트라디바리는 소빙하기가 시작되기 1년 전에 태어났으며, 소빙하기가 끝날 무렵 그는 가장 좋은 현악기를 만들었다. 공교롭게도 스트라디바리우스와 어깨를 견주는 구아르네리, 아마티와 같은 명품 바이올린이 모두 비슷한 시기에 같은 지방에서 만들어졌다는 공통점을 지닌다. 

실제로 그 시기에는 뉴욕 맨해튼에서 스태튼 섬까지 얼어붙어 그 위로 걸어 다닌 적도 있었으며, 잘 얼지 않던 영국의 템스 강이 발틱해처럼 자주 얼어붙어 빙상축제를 열기도 했다. 서늘한 여름과 혹독한 겨울로 인해 유럽인들은 대기근에 시달렸으며, 조선왕조실록의 기록에 의하면 우리나라에서도 우박이나 철 아닌 눈과 서리 등을 비롯한 자연재해가 잦았다고 한다. 약 1만8000년 전의 마지막 빙하기 이후로 유럽 및 아시아의 일부분, 북미, 심지어 에티오피아의 고산지대까지 빙하가 확장된 적은 이때밖에 없었다. 

소빙하기는 태양 흑점 활동과 연관이 깊다. 보통 4만~5만 개의 흑점이 관측되지만, 17세기의 소빙하기에 관측된 흑점은 50개에 불과하다. 태양이 지구에 쏟아내는 에너지는 흑점 개수와 관계없이 거의 일정하지만, 태양 흑점이 지구의 기온에 영향을 미친다고 보는 의견이 많다. 즉, 태양 활동이 줄어들어 흑점이 없을 때는 지구 기온이 내려가고, 태양 활동이 왕성해 흑점이 많을 때는 지구도 따뜻해진다는 설이다. 

소빙하기 때 흑점 수가 매우 적은 것을 두고 당시 관측기술이 미흡해서 비롯된 것으로 여기는 과학자들이 많아 한동안 별 관심을 끌지 못했다. 하지만 미국의 천문학자 J. 에디가 소빙하기 때의 오로라 출현 횟수를 조사한 결과, 그 시기에는 오로라의 빈도도 현저히 낮았다는 사실을 밝혀냈다. 흑점의 출현과 오로라가 관련이 있음을 염두에 둔 연구였다. 

1976년 ‘사이언스지’에 발표된 이 논문은 학계에 비상한 관심을 불러일으켰으며, J. 에디는 그 시기를 ‘마운더 극소기(maunder minimum)’라고 명명했다. 그 같은 현상을 기록한 19세기 영국인 천문학자 E. W. 마운더의 이름을 딴 작명이었다. 

그런데 지난 7월 영국 노섬브리어대학 연구팀은 2030년부터 2040년 사이에 ‘마운더 극소기’에 버금가는 ‘미니 빙하기’가 닥칠 것이라는 주장을 제기해 주목을 끌었다. 연구를 주도한 발렌티나 쟈코바 교수팀이 그 같은 주장을 한 근거 역시 태양 활동에 대한 분석 결과였다. 

태양 활동은 약 11년마다 일정한 강약 주기를 보이는 것으로 파악됐는데, 그 같은 주기의 발생 원인이 태양 내부의 대류 순환유체에 의해 발생하는 힘 때문이라고만 추정돼 왔다. 따라서 지금까지 어떤 모델도 태양의 변화 주기를 정확히 파악해내지 못했다. 

그러나 쟈코바 교수팀은 자신들이 새로 개발한 모델을 사용해 태양 내부에서 2개 층으로 된 힘의 파동 위상이 일치할 때는 태양 활동이 활발한 극대기가 되며, 위상이 불일치할 때는 태양 활동이 극소기에 이른다는 사실을 밝혀냈다. 즉, 태양 활동 주기에 영향을 미치는 또 하나의 힘이 태양 표면에 존재한다는 사실을 알아내면서 태양 주기를 정확히 파악할 수 있게 되었다고 주장한 것이다. 

연구팀은 새 모델을 이용해 기존의 태양 흑점 주기 데이터와 비교한 결과 2020~2030년 사이에 97%의 정확도로 태양 흑점이 사라지게 된다고 예측했다. 따라서 2030년 무렵에 태양 활동이 60% 감소해 2040년까지 10년 동안 지구의 평균 기온이 약 1.5℃ 낮아지는 미니 빙하기가 찾아올 것이라고 주장했다. 

이 주장이 사실이라면 스트라디바리우스 같은 명품 악기가 재탄생하고, 템스강에서 빙상축제가 다시 열릴 수도 있다. 하지만 과학계에서는 쟈코바 교수팀의 주장에 대해 회의적인 의견이 많다. 

태양의 활동 주기를 정확히 예측하는 것은 거의 불가능하며, 그들이 만든 새 모델도 검증된 것이 아니라는 이유에서다. 또한 태양 활동이 실제로 지구 기후에 큰 영향력을 유발하는지의 여부에 대해서도 명확히 밝혀진 게 없다. 근래 들어 태양 활동이 줄어들고 있는데도 지구 온도는 상승하고 있다는 사실이 그 증거다. 또한 이산화탄소 등의 온실가스가 급격히 많아지면서 지구온난화가 진행되고 있기 때문에 태양 활동의 감소가 과거처럼 지구 기온을 떨어뜨리지 못한다는 의견도 있다. 

영국 기상청 산하 기후예측기관인 해들리 센터를 포함한 국제공동연구팀이 지난 6월 ‘네이처커뮤니케이션즈’지에 발표한 논문에 의하면, 마운더 극소기가 2050년~2099년 사이 재현되더라도 지구 평균 기온은 겨우 0.1℃ 낮아질 것으로 예측됐다. 연구팀이 이 시기에 마운더 극소기의 재현을 가정한 이유는 영국 기상청의 연구결과 이때 소빙하기가 올 것이라는 예측이 제기됐기 때문이다. 

소빙하기가 올 것이라는 예측에 모두가 동의할 수 있는 명확한 증거는 없으나, 어쩌면 15년 뒤 인천 앞바다가 얼어붙어 있는 모습을 다시 볼지도 모르겠다. 

글 : 이성규 과학칼럼니스트

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바이올린 ‘스트라디바리우스’는 바이올리니스트라면 누구나 꿈꾸는 명기(明器)다. 스트라디바리우스는 18세기에 이탈리아의 바이올린 마스터 안토니오 스트라디바리(1644~1737)와 그 일가가 만든 바이올린을 뜻한다. 현재 전 세계적으로 6~700여 대가 남아 있다고 하는데, 보존 상태가 좋은 스트라디바리우스 바이올린은 몇십 억 원이 넘는 고가에 팔리기도 한다. 2006년 크리스티 경매에서는 스트라디바리우스 한 대가 354만 달러에 거래되었다.

17~18세기에는 스트라디바리우스 외에도 과르네리, 아마티, 과다니니 등 유명한 바이올린이 많이 제작된 시기다. 이중 특히 과르네리와 스트라디바리우스는 명품악기의 대명사로 손꼽힌다. 남성적이고 볼륨있는 소리를 내기로 유명한 과르네리의 경우, 가장 뛰어난 품질의 악기는 ‘예수’라는 뜻인 ‘델 제수’가 붙어서 ‘과르네리 델 제수’라고 불린다. 반면, 스트라디바리는 과르네리에 비해 여성적이고 섬세한 소리를 낸다고 한다. 아이작 스턴, 이자크 펄만, 정경화 등이 과르네리를 애용하는 데 비해 메뉴인은 스트라디바리우스의 정수를 보여준 연주자로 알려져 있다.

그런데 이런 명품 바이올린은 어떻게 만들어지는 것일까? 왜 현대의 첨단기술로 만든 바이올린이 300년 전 수제 바이올린의 음색을 따라가지 못하는 것일까? 이 문제는 악기 제작자는 물론이고 과학자들로도 끊임없이 도전해 온 의문이다. 때문에 스트라디바리우스의 신비에 대한 과학적인 연구결과들도 적지 않게 나왔다.

예를 들면, 미국 테네시 대학의 학자들은 스트라디바리우스가 제작된 당시의 기후가 이 명기를 탄생시킨 열쇠라고 주장했다. 즉, 유난히 추웠던 18세기 당시의 날씨 때문에 악기 제작에 쓰인 나무의 나이테가 촘촘하고 나뭇결의 밀도가 높아졌고, 이 덕분에 소리의 스펙트럼이 균일하고 음정 변화가 거의 없는 명기가 제작되었다는 것이다.

텍사스 A&M 대학교의 생화학자인 조셉 네지바리 교수의 주장도 흥미진진하다. 스트라디바리와 그 제자들은 북이탈리아의 숲 속에 널리 서식하는 벌레로부터 바이올린을 보호하기 위해 바이올린 위에 일종의 화학물질인 도료를 발랐다. 네지바리 교수는 이때 사용된 도료들이 잡음을 제거하는 효과를 주어 스트라디바리우스 특유의 음색을 만들었다고 주장한다.

과학향기링크네지바리 교수는 2006년 ‘네이처’지에 이 같은 주장을 담은 논문을 발표해서 화제를 불러일으켰다. 그의 연구팀은 3대의 명품 악기(1717년산 스트라디바리우스 바이올린, 1731년산 스트라디바리우스 첼로, 1741년산 과르네리 델 제수 바이올린)와 1840년산 그랑 베르나델 바이올린, 1769년산 헨리 제이 비올라에서 나무 샘플을 채취하였다. 비교를 위해 최근에 악기 제작용으로 사용되는 보스니아와 중부 유럽의 단풍나무에서도 샘플을 채취하였다. 연구팀은 이 샘플들을 고체 핵자기 공명장치(13C Solid-state NMR)와 푸리어 변환 적외선 분광장치(FTIR)로 정밀하게 분석해 보았다.

이 비교 연구를 통해 네지바리 연구팀은 악기를 가공할 당시의 화학처리, 즉 산화와 가수분해에 사용되었던 화학물질들이 나무의 성질에 변화를 주었다는 결론을 내렸다. 사실 그전에도 스트라디바리우스에 사용된 도료가 비밀의 열쇠라는 주장은 여러 번 제기되었다. 그러나 체계적으로 도료의 성질을 연구하고, 저명한 학술지에 논문으로 발표한 연구는 네지바리 교수팀이 처음이다.

재미있게도, 화학계는 네지바리 교수의 연구에 대해 대체로 긍정적인 반응을 보인 반면, 악기제조업자들은 이를 별로 믿지 않는 눈치다. 즉, 스트라디바리우스만이 낼 수 있는 ‘천상의 음색’은 한두 가지 이유에 의해 만들어진 것이 아니라 수십, 수백 가지 요소들이 복합적으로 작용한 결과라는 것이다. 악기제작자들은 ‘네이처’지에 발표된 연구 결과에 대해 “이 정도로 스트라디바리우스의 모든 비밀이 밝혀졌다고 생각하지 않는다. 스트라디바리는 진정한 천재였다. 과학이 어떤 질문에 대해서는 답을 줄 수도 있지만, 과학과 예술이 항상 같은 결론을 낼 수 있는 것은 아니다.”라고 말했다. 또 네지바리 교수가 과학자인 동시에 직접 바이올린 제작사를 운영하고 있다는 사실도 그의 연구에 대해 ‘무언가 사업적 동기가 있을 것’이라는 의혹을 불러일으켰다.

정말로 네지바리는 자신의 회사에서 제작한 바이올린이 스트라디바리우스나 과르네리에 버금가는 음색을 내고 있다고 주장하고 있다. 실제로 그가 운영하는 바이올린 회사의 홈페이지(http://www.nagyvaryviolins.com/)에는 자신들의 연구결과를 보도한 ABC 뉴스, 크리스티안 사이언스 모니터, 디스커버 지, 디스커버리 채널, 사이언티픽 어메리칸의 보도 내용이 링크되어 있다.

그의 주장에 따르면, 2003년에 독일의 한 다큐멘터리 제작사가 600명의 청중을 대상으로 일종의 ‘블라인드 테스트’를 실시했다고 한다. 스트라디바리우스와 네지바리의 회사에서 제작한 두 대의 악기로 실시한 이 블라인드 테스트의 결과, 600명의 청중 중에서 오직 57명만이 스트라디바리우스를 제대로 맞추었다고 전해진다. 이 정도면 두 악기의 성능이 거의 대동소이하다는 것이 네지바리의 주장이다. 한 인터뷰에서 그는 “안토니오 스트라디바리는 70, 80대에 그의 최고작품을 만들어냈다. 나는 이제 겨우 69세에 불과하다.”면서 화학연구를 통해 바이올린의 음색을 개선하는 일에 계속 정진하겠다는 뜻을 밝혔다.

아무튼 화학 연구를 통해 음악의 재창조에 기여할 수 있다면 그 역시 과학자로서는 보람된 연구가 아닐까 생각된다. 실제로 화학은 다양한 방식으로 음악과 악기 연주에 기여하는 과학이다. 또, 러시아 민족주의 작곡가 ‘5인조’ 중 한 사람이었던 보로딘은 원래 화학자였고, 일요일에 시간이 날 때마다 작곡을 했었다고 한다. 화학은 그 어떤 과학보다 음악과 밀접한 관계가 있는지도 모르겠다.

글 : 이식 박사(한국과학기술정보연구원 책임연구원)

ndsl링크 <출처 : 한국과학기술정보연구원 >

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