[데일리포스트=정태섭 기자] 와인이 담긴 잔을 가볍게 흔든 다음 그대로 두면, 와인이 마치 눈물처럼 아래로 흘러내리는 모습을 관찰할 수 있다.
‘와인의 눈물(Tears of wine)’이라고 불리는 이 현상에 대해 미국 UCLA의 안드레아 베르도치(Andrea Bertozzi) 교수가 미국 물리학회의 ‘2019 연례 물리학 회의’에서 “와인의 눈물 형성에 특수한 충격파( shock waves)가 중요한 역할을 할 수 있다”는 기존 정설을 뒤집는 흥미로운 발표를 했다.
와인의 눈물이 어떤 현상인지는 영상을 통해 확인할 수 있다. 와인을 마시기전 잔을 돌리면 잔 안쪽 표면을 타고 올라간 와인이 점액처럼 서서히 맺히다 중력에 따라 흘러내린다. 잔을 옆에서 보면 와인이 마치 눈물처럼 흐르는 현상을 볼 수 있다.
와인의 눈물에 관한 연구는 오래전부터 존재해 왔는데 1855년 영국 물리학자인 제임스 톰슨(James Thomson)이 와인의 눈물 현상을 처음 주목한 과학자로 알려져 있다.
많은 물리학자가 "왜 와인의 눈물 현상이 생기는가"라는 질문에 150년 이상 도전한 결과 “와인의 눈물은 ‘마랑고니(Marangoni) 대류’라는 물리적 현상이 원인”이라는 것이 지금까지의 정설이었다.
마랑고리 대류란 온도 차이 등으로 액체 표면장력이 변해 발생하는 현상이다. 일반적으로 온도가 높은 곳에서는 표면장력은 작아지고 온도가 낮은 곳에서는 표면장력이 커진다. 이 때문에 표면장력의 균형이 무너져 ‘온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 액체가 흐르는’ 현상이 발생한다.
우리주변에서 볼 수 있는 대표적 현상이 ‘커피링 효과’다. 이는 '커피 얼룩이 균일하지 않고 중심은 상대적으로 연한 반면 테두리는 색이 짙어지는' 현상을 의미한다.
마랑고니 대류에 의해 물방울의 중심에서 바깥쪽으로 흐름이 발생하고 가장자리의 물은 증발하고 커피 알갱이들만 쌓이는 것.
와인은 기본적으로 물과 알코올로 구성된다. 모세관현상(capillary phenomenon)으로 와인은 글라스 표면에 형성된 와인을 따라 위로 상승한다.
알코올은 증기압이 물보다 높기 때문에 잔 안쪽 표면에 형성된 와인과 잔에 담긴 와인의 농도에 차이가 생겨 마랑고니 유동에 의해 와인이 잔의 내부 표면을 따라 위로 올라가는 흐름이 발생한다. 그리고 일정량을 초과하면 잔을 타고 흐르는 것이 와인의 눈물이라는 설명이다.
하지만 최근 연구에 의해 마랑고니 효과만으로는 와인의 눈물에서 나타나는 모든 물리적 현상을 설명할 수 없다는 사실이 밝혀졌다.
가령 2015년 조사에서는 중력과 실내온도, 알코올 증발에 의한 기화열도 와인의 눈물 형성에 크게 영향을 미친다는 것이 판명, 마랑고니 효과만으로는 와인이 중력의 영향을 거슬러 잔 내벽을 타고 올라가는 현상을 설명하기에 불충분하다는 지적이 있었다.
UCLA 베르도치 교수 연구팀은 유리판(Glass plate)에 실리콘 오일을 떨어뜨려 가열시의 모습을 관찰했다. 가열된 오일의 윗면은 차갑고 밑면은 따뜻해지는데 이 때 유리판 위 오일에 작은 파동(波動)이 발생하는 모습을 확인했다.
베르토치 교수는 이 현상을 ‘하향압축 충격(undercompressive shocks)’으로 정의하고 이것이 와인의 눈물을 형성하는 중요한 요소라고 주장했다.
연구팀은 이 충격파는 표면장력의 기울기(gradient)에 의해 발생한다고 설명한다. 가설을 검증하기 위해 연구팀은 마티니 잔(Martini Glass)에 포트와인을 부어 65도 경사각 상태에서 관찰했다.
그 결과 유리판의 실리콘 오일과 같은 파동이 잔 내부의 와인으로 전해지는 모습을 확인했으며 최종적으로 와인의 눈물 현상도 확인했다.
베르도치 교수는 “우리는 중력을 거슬러 플레이트(plate) 위를 이동하는 비정상적인 파동을 관찰했다. 와인의 눈물 현상은 이러한 충격파가 큰 영향을 미치기 때문이라고 우리 연구팀은 생각하고 있다"고 말한다.
그는 와인의 눈물에서 나타나는 복잡한 역학 관계를 알아보기 위해 추가 실험을 지속할 예정이라고 밝혔다.