괄목할만한 독일의 빅사이언스

독일 함부르크에 위치한 독일전자가속기연구소(DESY)는 세계의 대표적인 입자가속 연구 기관 중 하나다.
독일 함부르크에 위치한 독일전자가속기연구소(DESY)는 세계의 대표적인 입자가속 연구 기관 중 하나다. Daniel Bockwoldt/dpa
독일은 고성능컴퓨터에서 입자가속기에 이르기까지 각종 대형장비 기반 연구를 할 수 있는 우수한 인프라를 갖추고 있다. 또한 독일의 연구진들은 수많은 국제적 빅사이언스 프로젝트에 활발히 참여하고 있다.

대형장비 기반 연구는 독일 과학기술 분야에 있어서 중요한 위치를 차지하고 있다. 대형장비 기반 연구는 기초과학 연구와 혁신적 아이디어의 실현을 위한 근간이기 때문이다. 고성능컴퓨터나 입자가속기 등의 고도의 장비로 각종 소재의 미세구조 연구가 가능해지며, 세계의 기후, 환경, 대체 에너지 문제를 위한 솔루션도 찾을 수 있다. 독일 최대 과학기술 연구기관이자 정부출연 연구기관인 헬름홀츠 협회(Helmholtz-Gemeinschaft)가 빅사이언스 기관들을 운영하고 있다.

 

글로벌 과학자들에게 문호를 활짝 열어 놓은 연구기관들

 

헬름홀츠 협회의 연구센터들은 대학 및 막스 플랑크 협회(Max-Planck-Gesellschaft), 프라운호퍼 협회(Fraunhofer-Gesellschaft), 라이프니츠 협회(Leibniz-Gemeinschaft) 등 대학 외 연구기관들 및 산업부문과 긴밀히 협력한다. 대표적인 예로 헬름홀츠 협회와 연계된 막스 플랑크 플라스마물리학 연구소가 운영하고 있는 핵융합기술실험소 벤델스타인 7X(Wendelstein 7-X)가 있다. 국내외 박사과정 학생들 및 과학자들은 헬름홀츠 협회의 연구센터들이 운영하는 세계적 수준의 시설 이용을 신청할 수 있다. 이렇듯 대형장비들은 기초 및 응용과학 분야의 발전과 더 나아가 과학부문 교류에도 기여하고 있다. 매년 글로벌 과학자 7천 명 이상이 헬름홀츠 협회의 연구센터에서 연구활동을 펼치고 있다.

 

헬름홀츠 협회 연구 분야는 크게 6개 부문으로 구분되며, 협회 산하 연구기관들 역시 다양하다. 지구∙환경 분야의 연구기관으로 전세계 최신식 해양탐사선 “존네”를 포함한 해양탐사선대가 있다. 해양탐사선대는 무엇보다 기후변화와 해양생태계의 보호와 관련된 연구를 한다. 남극기지인 노이마이어 III 기지나 독일 포츠담 소재의 독일지구연구센터(GFZ)의 모듈지구과학인프라스트럭쳐(MESI) 등의 측정 및 실험 기지들에서는 지구 체계의 복합성에 관한 연구를 수행하고 있다. 연구원들은 기후 및 지질의 변화를 조사하여 지진이나 쓰나미 예방을 위한 정책을 수립한다.

 

우주 마이크로우주 분야

 

항공∙우주∙교통 분야를 선도하는 독일 쾰른 소재의 독일항공우주센터(DLR)에는 산하 연구소 33개가 있다. 독일항공우주센터(DLR)는 유럽우주기구(ESA)의 “로제타 미션”에서 막중한 역할을 담당하고 있다. 독일항공우주센터는 탐사 로봇 “필래” 제작과 2014년 첫 혜성착륙을 감독한 통제센터의 건설을 맡았다. 독일항공우주센터는 다양한 인프라를 보유하고 있는데, 실제와 동일한 환경에서 항공기모델을 테스트하는 풍동기와 대기 탐사용 고공광역탐사항공기 등의 탐사항공기들이 대표적이다.

 

입자가속기 기반 연구분야에서 세계에서 가장 우수한 기관 중 하나인 독일 함부르크 소재의 독일전자가속기연구소(DESY)는 마이크로우주의 다양성을 연구한다. 독일전자가속기연구소(DESY)는 대형장비들을 이용하여 초미세입자의 변화와 신나노물질의 특성을 연구한다. 독일전자가속기연구소(DESY)의 캠퍼스에 있는 입자가속기 “페트라 III”는 세계 최고의 저장링-X선 광원으로 꼽힌다. 2017년에는 유럽의 X선자유전자레이저(XFEL)가 역사상 최고도의 X선 섬광을 만들어낼 예정이다.

 

고성능컴퓨터를 이용한 시뮬레이션은 다양한 연구에서 중추적 역할을 담당하고 있다. 연구영역을 확장시키는 슈퍼컴퓨터의 대표적인 예로 율리히 연구센터의 “주퀸(JUQUEEN)”이 있다. 유럽 최초의 고성능컴퓨터 주퀸은 최대 5.9 페타플롭스의 성능을 자랑한다. 이는 초당 약 6천 조의 연산작업 규모에 해당하는 성능이다. 주퀸은 “인간 뇌 프로젝트”에 사용되기도 한다. 유럽연합의 야심만만한 인간 뇌 프로젝트는 인간의 뇌에 대한 모든 지식을 정리하고 시뮬레이션을 통해 뇌의 현상을 재현한다. 국가연구기관인 율리히 연구센터는 독일 최고의 기초과학연구기관이자 유럽 최대의 연구센터 중 하나로 꼽힌다. 연구원 5,800 여 명은 물리학 및 전산정보학 분야뿐만 아니라, 보건, “정보와 뇌” 및 “에너지와 환경”과 관련된 학제간 연구도 수행하고 있다.

 

국제적 협력

 

독일은 다양한 국제 빅사이언스 프로젝트에 참여하고 있다. 독일은 스위스 제네바에 위치한 유럽원자핵공동연구소(CERN) 재정의 약 20%를 지원하여 예산충당에서 가장 큰 비중을 담당하고 있다. CERN는 둘레가 27 Km에 달하는 최대 규모의 입자가속기를 운영하고 있다. CERN의 프로젝트에 독일 과학자 천 명 이상이 참여하고 있다.

 

그르노블에 위치한 두 대형연구시설, 최고선속 원자로를 갖춘 라우에-랑주뱅연구소(ILL)와 유럽싱크로트론방사선연구소(ESRF)에도 수많은 독일 연구원들이 참여하고 있다. 라우에-랑주뱅연구소(ILL) 및 유럽싱크로트론방사선연구소(ESRF)는 각각 세계 최고의 중성자 연구소와 세계 최고의 X선방사설비로 손꼽힌다.

 

유럽의 대표적인 천문연구기관 중 하나인 유럽남방천문대(ESO)에도 독일은 15개국과 공동 참여하고 있다. 유럽남방천문대는 칠레 아타카마 사막의 세 곳에 설치된 관측기구들을 통해 먼 우주에 있는 물체들을 연구한다.

 

이 외에도 독일은 국제우주정거장(ISS)의 핵심적인 유럽 파트너국가다. 독일은 국제우주정거장(ISS) 운영을 위한 유럽우주기구(ESA) 프로그램의 재정 중 약 40%를 담당하는 최대 회원국으로서 우주정거장의 과학적 사용에 크게 기여하고 있다. 독일항공우주센터(DLR)가 국제우주정거장(ISS)에 대한 독일 측 지원을 관할하고 있다. 유럽우주기구(ESA) 회원국인 독일은 “엑소마르스” 프로젝트에도 참여하고 있다. 유럽과 러시아가 공동으로 추진하는 엑소마르스 프로젝트의 첫 미션은 2016년 3월 탐사위성과 착륙선모델이 화성으로 발사되면서 시작되었다. 2018년에는 탐사로버가 발사될 계획이다. 이 프로젝트의 목적은 화성 표면의 생명체 흔적을 조사하는 것이다.

 

전망

 

2016년 말 요르단에서 중동싱크로트론연구소(SESAME)가 가동될 예정이다. 제3세대 싱크로트론광원을 이용한 연구는 원자에 대한 연구와 비가시적 구조들을 발견할 전망이다. 독일은 2007년 전자저장링을 무료로 지원하여 유네스코가 추진한 이 연구소 건립의 초석을 제공하였다.

 

2009년부터 독일 함부르크에서 제작 중인 유럽 X선자유전자레이저(XFEL)는 2017년에 가동에 들어갈 예정이다. 유럽 X선자유전자레이저(XFEL)의 초단 레이저섬광은 세계적으로 과학계의 연구영역을 확장시킬 전망이다. X선섬광을 이용한 연구를 통해 무엇보다 바이러스 및 세포의 원자정보에 대한 연구와 나노세계의 3차원 촬영이 가능해질 전망이다. 독일은 글로벌 프로젝트를 이끌어 가는 주축으로 장비의 건설과 운영을 담당하고 있다.

 

현재 독일 다름슈타트에 건립 중인 국제가속기센터(FAIR)는 2022년에 가동될 예정이다. 국제가속기센터(FAIR)는 10개국이 참여하는 대규모 물리학 기초연구 프로젝트이다. 고도의 반양성자 및 이온 방사를 이용한 이 연구 프로젝트는 물질의 구성과 우주의 생성에 대한 심도 있는 연구를 목적으로 하며, 약 3천 명의 세계 과학자들이 참여하게 된다.