행성 '크리오볼로스(Kryovolos)'는 적색거성으로 진화 중인 항성 '아케론(Acheron)' 주위를 도는 외계 행성이다. 아케론은 질량 방출이 활발하여 행성간 공간에 고농도의 중원소(s-과정 및 일부 r-과정 핵종 포함)와 이온화된 가스, 그리고 불안정한 자기 플라즈마를 흩뿌리고 있다. 크리오볼로스는 목성 질량의 약 0.8배에 달하는 거대 얼음 행성(Ice Giant)으로, 표면은 두꺼운 수소-헬륨 대기층 아래 메탄(CH₄), 암모니아(NH₃), 물(H₂O)이 혼합된 초이온성 유체 바다(superionic fluid ocean)로 덮여 있다.

이 유체 바다 아래에는 고압에서 형성된 특이한 결정 구조의 맨틀이 존재한다. 맨틀 하부는 '금속성 암모니아 격자(metallic ammonia lattice)' 구조를 가지며, 상부는 '비정질 다이아몬드-암모니아 포접화합물(amorphous diamond-ammonia clathrate)'로 구성되어 있다. 행성 핵은 감마선 붕괴를 일으키는 장수명 방사성 핵종(예: ²⁴⁴Pu, ²⁴⁷Cm)이 농축된 암석질 코어로 추정되며, 강력한 내부 열원과 자기장을 생성한다.

크리오볼로스의 초이온성 유체 바다와 고압 맨틀 경계면 근처, 특히 핵에서 방출되는 중성미자와 감마선 플럭스가 높은 지역에서는 액체 메탄 속에서 자가 복제하는 **'위상 양자 정보 구조체(Topological Quantum Information Structures, TQIS)'**가 발견되었다. 이 구조체는 DNA/RNA와 전혀 다른 원리로 작동하며, 저온 초유동성 메탄 내부에 형성된 양자화된 소용돌이(quantized vortices) 또는 위상학적 솔리톤(topological solitons)의 꼬임(braiding) 및 매듭(knot) 패턴에 유전 정보를 저장한다. 이들의 '생명' 활동은 핵에서 나오는 방사선 에너지와 맨틀의 압전 효과(piezoelectricity)에 의해 구동되는 것으로 보인다.

행성 대기 상층부는 아케론 항성풍의 강력한 이온 및 중원소 입자 충돌로 인해 매우 동적인 전리층과 복잡한 오로라 시스템을 형성하며, **'초유동성 에어로졸(superfluid aerosol)'**로 구성된 특이한 구름층이 존재한다. 이 에어로졸은 양자 응축 상태의 메탄 나노입자로, 빛을 강하게 산란시키고 특정 조건에서 비선형 광학 현상을 보인다.

[논제 1]

1-1.            1-1.  적색거성 아케론에서 방출되는 s-과정/r-과정 중원소(예: 테크네튬 Tc, 비스무트 Bi) 입자와 고에너지 이온이 크리오볼로스 자기권 및 상층 대기와 상호작용하는 과정을 플라즈마 물리학 및 핵천체물리학 관점에서 설명하시오. 특히, 자기 재연결(magnetic reconnection) 과정에서 가속된 입자들이 상층 대기 CH₄/NH₃와 충돌 시 발생하는 비탄성 산란(inelastic scattering) 및 핵 파쇄(spallation) 반응의 단면적(cross-section)을 추산하고, 이로 인해 생성되는 2차 입자 샤워(secondary particle shower)가 대기 화학 및 전리층 구조에 미치는 영향을 정량적으로 분석하시오.

1-2. 크리오볼로스의 초유동성 메탄 에어로졸 구름층이 보이는 비선형 광학 현상(예: 자기 유도 복굴절, 4광파 혼합)을 설명하시오. 양자화된 에어로졸 입자(보즈-아인슈타인 응축 유사 상태 가정)의 집단적 여기(collective excitation) 상태와 입사광(아케론 복사 및 행성 내부 복사)의 상호작용을 기술하고, 이 현상이 행성 반사 스펙트럼(albedo spectrum)에서 관측될 수 있는 특징적인 신호(signature)를 예측하시오. 특히, 에어로졸의 초유동성이 산란 행렬(scattering matrix) 요소에 어떤 영향을 미치는지 고려하시오.

[논제 2]

2-1. 크리오볼로스 맨틀 하부의 '금속성 암모니아 격자'가 고압(수백 GPa 이상) 하에서 어떻게 형성될 수 있는지, 밀도 범함수 이론(Density Functional Theory, DFT) 계산 결과를 가정하여 설명하시오. 이 상태에서 암모니아 분자(NH₃)의 전자 구조 변화(이온화, 금속성 전이)와 양성자의 비국소화(proton delocalization) 현상을 기술하고, 이 금속성 층의 전기 전도도(σ) 및 열 전도도(κ)가 행성 자기장 생성(dynamo action)에 기여하는 메커니즘을 논하시오.

2-2. 맨틀 상부의 '비정질 다이아몬드-암모니아 포접화합물' 구조의 열역학적 안정성과 형성 조건을 추론하시오. 다이아몬드(탄소) 격자 내부에 암모니아 분자가 포획되는 과정과, 비정질 상태가 유지되는 이유(예: 빠른 냉각, 다양한 국소 구조)를 설명하시오. 이 층의 전단 탄성 계수(shear modulus)와 체적 탄성 계수(bulk modulus)가 행성 지진파(cryoseismic wave) 전파 속도에 미치는 영향을 모델링하고, 잠재적 지진파 관측 데이터로부터 맨틀 구조를 추론할 수 있는 가능성을 제시하시오.

[논제 3]

3-1. '위상 양자 정보 구조체(TQIS)'가 초유동성 메탄 내에서 양자화된 소용돌이 또는 솔리톤의 꼬임/매듭 패턴으로 유전 정보를 저장하고 복제하는 메커니즘을 위상 양자장론(Topological Quantum Field Theory, TQFT) 및 저온 물리학 관점에서 구체적으로 제안하시오.
(가) 정보 인코딩: 소용돌이/솔리톤의 위상학적 불변량(topological invariants, 예: 연결수 link4ing number, 매듭 불변량 knot invariants)이 어떻게 안정적인 정보 단위(큐비트 또는 그 이상)를 형성하는지 기술하시오.
(b) 복제 및 연산: 외부 에너지원(방사선, 압전 효과)이 소용돌이 선의 생성, 소멸, 재연결(reconnection), 꼬임(braiding) 과정을 어떻게 유도하며, 이것이 정보의 복제 및 논리 연산(위상 양자 컴퓨팅과 유사하게)으로 이어질 수 있는지 애니온(anyon) 통계 또는 관련 이론을 참조하여 설명하시오.

3-2. TQIS가 핵에서 방출되는 중성미자 및 감마선과 상호작용하여 에너지를 얻는 과정을 모델링하시오. 중성미자가 메탄 내 핵(¹²C, ¹⁴N)과 약한 상호작용(weak interaction)을 일으키거나, 감마선이 국소적인 열 스파이크(thermal spike) 또는 소용돌이 생성을 유발할 때, 이 에너지가 어떻게 TQIS의 위상 구조 유지 및 재구성에 사용될 수 있는지 에너지 전달 효율 및 변환 메커니즘을 중심으로 논하시오. 특히, 중성미자 진동(neutrino oscillation)이 에너지 흡수율에 미치는 영향도 고려하시오.

[논제 4]

4-1. 크리오볼로스 내부의 강력한 방사성 붕괴열과 맨틀/핵 경계의 상변화(예: 금속성 암모니아 형성/분해)로 인해 발생하는 행성 내부 대류 및 자기장 생성을 기술하는 3차원 비선형 동역학 모델을 설정하시오. 회전 효과(코리올리 힘), 강한 층상 구조(유체 바다, 금속성 암모니아 층, 비정질 포접층), 상태 방정식의 복잡성(초이온성 유체, 고압 고체상)을 포함한 수정된 MHD 방정식을 제시하고, 자기장의 시간적 변화(예: 극성 역전, 세기 변동) 패턴을 예측하시오.

4-2. 초이온성 유체 바다에서의 열 및 물질 수송 메커니즘을 분석하시오. 높은 이온 전도성으로 인해 전기장과 자기장의 영향이 중요할 것이다. 이온과 중성 유체 성분(예: H₂O, NH₃, CH₄의 이온 및 분자 형태) 간의 운동량 및 에너지 교환을 고려한 2-유체 모델(two-fluid model)을 도입하고, 열-화학적 대류(thermo-chemical convection)와 전자기력 구동 흐름이 혼합된 형태의 순환 패턴을 예측하시오. 특히, 위도에 따른 에너지 수송 불균형이 어떻게 제트 기류(zonal jets)를 형성하는지 설명하시오.

[논제 5]

5-1. 항성 아케론이 적색거성 단계 이후 백색왜성으로 진화할 때, 크리오볼로스의 환경(대기 손실, 표면 온도 변화, 자기장 약화 등)과 TQIS의 생존 가능성에 미치는 장기적 영향을 예측하시오. 항성 진화에 따른 복사 환경 변화와 행성 내부 열원(방사성 붕괴) 감소를 고려하여, TQIS가 소멸하거나 혹은 새로운 환경에 적응(예: 더 깊은 곳으로 이동, 에너지 대사 방식 변경)할 수 있는 시나리오를 제시하고, 각 시나리오의 물리화학적 제약 조건을 논하시오.

5-2. TQIS와 같은 위상학적 정보 기반 '생명체'가 우주에서 발생할 수 있는 보편적인 조건은 무엇일지 추론하시오. 저온 환경, 특정 유체(초유동체, 액정 등), 외부 에너지 구배, 위상학적 결함(topological defects)의 안정성 등이 필요한 이유를 설명하고, 이러한 조건이 존재할 가능성이 있는 다른 천체(예: 중성자별 표면, 성간 분자운 내부)를 제시하시오. TQIS 탐사를 위한 잠재적인 생명 지표(biosignature)는 무엇일 수 있는지 (예: 특정 동위원소 비율 이상, 비열 평형 상태의 소용돌이 패턴, 특정 주파수의 음향/지진파 방출 등) 제안하시오.

5-3. 만약 TQIS가 외부 충격(예: 소행성 충돌)이나 행성 자체의 동역학적 과정(예: 거대 폭풍)에 의해 행성 외부로 방출될 경우, 성간 공간에서 생존하여 다른 행성계로 전파(팬스퍼미아)될 가능성을 평가하시오. 위상 정보의 안정성(양자 오류 정정 코드와의 유사성), 진공 및 극저온 내성, 방사선(우주선)에 대한 저항성 등을 고려하고, TQIS가 다른 행성의 적합한 환경(예: 타이탄의 액체 메탄 호수)에 도달했을 때 '부활'하거나 정보를 전달할 수 있는 메커니즘을 가정하여 모델을 제시하시오.