우주 전체의 99%를 차지하는 신비한 물질: 얼음, 물, 수증기를 넘어선 제4의 상태 '플라즈마'

서론: 기체에 미친 듯이 열을 가하면 무슨 일이 벌어질까?

물질의 상태 변화는 아주 단순합니다. 열(온도)을 올리면 변합니다.

• 딱딱한 얼음(고체)을 불로 지지면 흐르는 물(액체)이 됩니다.
• 물을 펄펄 끓이면 날아가는 수증기(기체)가 됩니다. 우리가 학교에서 배운 과학은 딱 여기까지입니다. 그런데 과학자들은 미친 호기심이 생겼습니다. "그럼 날아다니는 기체를 온도가 수만 도, 수백만 도가 되도록 미친 듯이 펄펄 끓이면 대체 어떻게 될까?"

기체를 수만 도로 끓여버리면 기체가 펑! 하고 터지면서 기체 속에 얌전하게 숨어있던 '전자(-)'들이 껍질을 깨고 밖으로 미친 듯이 뛰쳐나오게 됩니다. 원래는 중성이라 전기가 안 통하던 얌전한 기체가, 갑자기 (+)와 (-) 입자들이 뒤엉켜 광란의 파티를 벌이며 전기가 찌릿찌릿 통하는 미치광이 상태로 돌변합니다. 이 펄펄 끓어올라 번쩍이는 제4의 상태를 바로 **'플라즈마(Plasma)'**라고 부릅니다.

본론: 번개, 오로라, 그리고 태양의 진짜 정체

지구에서는 고체, 액체, 기체가 흔하지만, 우주 전체를 놓고 보면 사실 우주의 99.9%는 이 '플라즈마' 상태로 꽉 차 있습니다.

1. 태양은 거대한 플라즈마 불덩어리다

매일 우리를 비추는 둥근 태양은 딱딱한 땅바닥(고체)도 없고, 끓는 용암(액체) 바다도 아닙니다. 태양의 온도는 표면만 6,000도, 중심은 수천만 도에 달합니다. 이 어마어마한 온도 때문에 태양을 이루는 가스(기체)들이 모조리 껍질이 벗겨진 채 전기가 번쩍이는 '거대한 플라즈마 수프' 상태로 부글부글 끓고 있는 것입니다. 우주 밤하늘에 반짝이는 수조 개의 별들 역시 전부 이 플라즈마 덩어리입니다.

2. 번개와 네온사인의 비밀

우리가 지구에서 이 플라즈마를 직접 눈으로 볼 수 있는 가장 완벽한 순간이 바로 비 오는 날 하늘에서 떨어지는 **'번개'**입니다. 수억 볼트의 전기가 공기(기체)를 찢고 내려오면서, 공기들을 순식간에 수만 도의 플라즈마로 튀겨버립니다. 그때 뿜어져 나오는 눈부신 섬광이 번개입니다.

인간은 이 원리를 훔쳐와서 유리관 속에 가스를 채워 넣고 전기를 팍! 튀겨 인공 플라즈마를 만들었습니다. 그것이 바로 밤거리를 화려하게 수놓는 **'네온사인'**과, 얇은 TV를 가능하게 했던 **'PDP(플라즈마 디스플레이 패널) TV'**입니다.

3. 지구를 덮은 플라즈마 커튼, 오로라

극지방의 밤하늘을 수놓는 환상적인 초록빛 커튼, '오로라' 역시 플라즈마의 예술 작품입니다. 태양에서 미친 듯이 뿜어져 날아오는 맹독성 플라즈마 폭풍(태양풍)이 지구로 쏟아집니다. 지구의 자기장(방어막)이 이 플라즈마 폭풍을 튕겨내는데, 방어막이 약한 북극과 남극 쪽으로 찌꺼기 플라즈마들이 빨려 들어와 대기권의 공기들과 쾅쾅 부딪히며 타오르는 빛이 바로 오로라입니다.

결론: 신의 불꽃을 인간의 그릇에 담으려는 도전

플라즈마는 너무나 뜨겁고 거칠어서 인간이 통제하기가 불가능에 가깝습니다. 어떤 쇠통에 담아도 수천만 도의 온도 때문에 통이 엿가락처럼 녹아내려 버리니까요. 하지만 과학자들은 최근 공중에 떠 있는 엄청나게 쎈 자기장(자석) 방어막을 만들어, 허공에 1억 도짜리 플라즈마 불덩이를 둥둥 띄워 가두는 기괴한 기계 장치(토카막)를 발명해 냈습니다.

이것이 바로 현재 전 세계가 사활을 걸고 만들고 있는 **'인공 태양(핵융합 발전소)'**입니다. 1억 도로 끓어오르는 인공 플라즈마를 지구의 실험실에 안전하게 가둬둘 수만 있다면, 인류는 바닷물 한 컵만으로 서울시가 1년을 쓸 수 있는 전기를 무한대로 뽑아내는 에너지의 신이 될 것입니다. 제4의 물질 상태, 플라즈마를 지배하는 자가 미래의 우주를 지배할 것입니다.