By DENISE GRADY

In Roald Dahl’s novel “The B.F.G.,” the title character, a big friendly giant, captures dreams in glass jars. At Pennsylvania State University, a professor of engineering has captured something less whimsical but no less ephemeral - a cough - on film.
The image, published online October 9 by The New England Journal of Medicine, was created by schlieren photography, which “takes an invisible phenomenon and turns it into a visible picture,” said the engineering professor, Gary Settles, who is the director of the university’s gas dynamics laboratory.
Schlieren is German for “streaks”; in this case it refers to regions of different densities in a gas or a liquid, which can be photographed as shadows using a special technique.
“In my lab we use this technique a lot,” Dr. Settles said. “Often it’s used for other things, like in supersonic wind tunnels, to show shock waves around high-speed aircraft.”
The process involves a small, bright light source, precisely placed lenses, a curved mirror, a razor blade that blocks part of the light beam and other tools that make it possible to see and photograph disturbances in the air.
In the world of gas dynamics, a cough is merely “a turbulent jet of air with density changes.” Though coughs spread tuberculosis, SARS, influenza and other diseases, surprisingly little is known about them. “We don’t have a good understanding of the air flow,” Dr. Settles said.
To map a cough, he teamed up with Dr. Julian Tang, a virus expert from Singapore. A healthy student provided the cough. The expelled air, traveling at 29 kilometers per hour, mixed with cooler surrounding air and produced “temperature differences that bend light rays by different amounts,” Dr. Settles said.
He went on: “The next thing is, you get a couple of people in front of the mirror talking, or one coughs on another, and you see how the air flow moves, how people infect one another. Or you look at how coughing can spread airborne infection in a hospital. This is really a suggestion for how we might study all that. The techniques used in wind tunnels can be used to study human diseases.”
Other schlieren images show the churning air and shock waves that emanate from a pistol’s firing; an Airedale sniffing a small flower; and the unseen, shimmering world around a candle burning in a breeze.
The final photograph, in a full-scale mock-up of an aircraft cabin, captures in microseconds the flash of an explosion under a mannequin in an airplane seat and the propagation of shock waves into the cabin. The blast was a re-creation of a terrorist’s attempt in 1994 to bring down a Philippine Airlines flight with a nitroglycerin bomb.
The plane did not crash, but the explosion did kill the passenger seated over the bomb. The simulation used a less intense explosion than the actual bombing.
“The simulation helps to understand how the energy of an onboard blast reverberates around the cabin,” Dr. Settles said, “and it is also useful to check the results of computer blast simulations.”

필름에 잡힌 신비의 기침

<데니스 그래이디 기자>

롤드 달의 소설 ‘더 비 에프 쥐’에서는 책 제목의 주인공인 크고 친근한 거인이 유리병에 꿈을 잡는다. 펜실베니아 주립대학에서 공학 교수가 덜 묘하지만 덧없기 마찬가지인 기침을 필름에 포착했다.

뉴잉글랜드 의학저널에 의해 10월9일 온라인에 발표된 영상은 슐리렌 사진술로 만든 것으로 “눈에 보이지 않는 현상을 보이는 사진으로 바꾼다”고 대학의 기체 역학연구소 소장인 개리 세틀스 공학 교수는 말했다.

슐리렌은 “줄무늬”를 뜻하는 독일어로 이 경우에는 기체 또는 액체에서 밀도가 다른 부분을 가리키는데 특별한 기술을 사용해 그늘로 촬영될 수 있다.

“제 실험실에서는 이 기술을 많이 사용합니다,” 세틀스 박사는 말했다. “흔히 다른 것을 위해 사용하는데 초음속 풍동에서 고속 항공기 주변의 충격파를 보여주기 위해서처럼 말입니다.”

그 과정에 작고 밝은 광원과 정밀하게 배열된 렌즈들, 만곡 거울, 광선의 부분을 차단하는 면도칼과 공기의 요란을 보고 촬영할 수 있게 하는 다른 도구들이 사용된다.

기체 역학의 세계에서 기침은 그저 “밀도가 변하는 공기의 난류 분출”에 불과하다. 기침은 결핵, 중증 급성호흡기증후군, 독감과 다른 질병들을 퍼지게 하지만 놀랍게도 이에 대해 알려진 것이 별로 없다. “우리는 기류에 대해 잘 이해하지 못하고 있습니다,” 세틀스 박사는 말했다.

기침의 지도를 만들기 위해 그는 싱가포르 출신 바이러스 전문가 줄리안 탕 박사와 협력했다. 건강한 학생이 기침을 제공했다. 토해낸 공기는 시속 29킬로미터로 이동하면서 더 차가운 주위 공기와 섞여 “광선이 서로 다른 양으로 굽어지도록 온도 차이를 일으켰다”고 세틀스 박사는 말했다.

그는 계속해서 말했다. “그 다음에는 여러 명의 사람들이 거울 앞에서 이야기하거나 한 사람이 다른 사람을 향해 기침을 하도록 한 후 기류가 어떻게 움직이는지, 다른 사람을 어떻게 감염시키는지 보는 것입니다. 아니면 기침이 병원에서 어떻게 공기 감염을 퍼지게 하는지 보는 것이지요. 이는 그저 우리가 그런 것을 모두 어떻게 연구할 것인지 제안하는 겁니다. 풍동에서 사용되는 기술이 인간의 질병을 연구하는데 사용될 수 있습니다.”

다른 슐리렌 영상은 권총 발사에서 방사되는 충격파와 휘젓는 공기, 작은 꽃을 냄새 맡는 에어데일 개, 그리고 산들바람 속에서 불타는 양초 주위에 보이지 않는 열이 가물거리는 세계를 보여준다.

마지막 사진은 항공기 선실의 실물 크기 모형에서 항공기 좌석에 앉은 마네킹 아래가 폭발하는 순간과 선실로 퍼지는 충격파를 마이크로초로 포착한다. 그 폭발은 1994년에 테러리스트들이 나이트로글리세린 폭탄으로 필리핀 항공사 항공편을 추락시키려고 시도한 것을 재현한 것이다.

항공기는 추락하지 않았으나 폭발은 폭탄 위에 앉아 있었던 승객을 죽게 했다. 모의실험은 실제 폭탄보다 덜 격렬한 폭발을 사용했다.

“모의실험은 기내 폭발의 에너지가 어떻게 선실 사방에 반향하는지 이해하는데 도움이 됩니다,” 세틀스 박사는 말했다. “그리고 컴퓨터 폭발 모의실험의 결과를 점검하는 것도 유용합니다.”

<어휘 해설>
whimsical - 변덕스러운, 묘한, 별난, 기발한
ephemeral - 명이 짧은, 순식간의, 덧없는
phenomenon - 현상, 사건, 이상한 물건, 천재,
disturbance - 소란, 불안, 교란, 방해, 동요, 요란
turbulent - 휘몰아치는, 사나운, 폭풍우의, 교란된
emanate - (빛, 향기 등이) 나다, 나오다, 발산하다, 퍼지다,
shimmer - 희미하게 반짝이다, 빛나다, 미광, (열파가) 흔들리다, 가물거리다
propagate - 번식시키다, 유전하다, 보급시키다, 선전하다, 전파하다,
simulation - 가장, 흉내, 의태, 시뮬레이션, 모의실험(훈련)
reverberate - 반향하다, 울려 퍼지다, 반사하다, 굴절하다