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태양풍을 시각화하면…




태양계 중심에 존재하는 태양은 열과 빛, 전파나 방사선 등을 비롯해 태양풍(Solar wind)이라는 물질을 대량 방출하고 있다. 이런 태양풍이 어떻게 태양 표면 대기층인 코로나에서 태어나는지 구조나 실제 모습은 오랫동안 수수께끼였다. 그런데 미 항공우주국 나사(NASA)의 탐사선이 이런 모습을 시각화하는 데 성공했다고 한다.

태양풍은 평균 초속 450km에 이르는 속도로 태양계 주위를 향해 부는 바람이다. 태양풍은 고온에 의해 플러스와 마이너스 이온화된 플라즈마 입자로 밀도는 1cm2당 5개 정도로 상당히 희박한 바람이다.

태양풍은 태양계 전체를 감싸는 것으로 외부 우주에서 온 우주선을 방지하는 역할 외에도 지구 극지방에서 발생하는 오로라 역시 태양풍에 의한 현상이다. 태양이 발사한 태양풍은 긴 시간을 거쳐 우주 공간으로 퍼지지만 결국 그 압력을 잃고 감속한다. 그리고 결국 성간 공간에 떠도는 가스 압력이 있는 곳에서 태양풍의 흐름은 끊어진다.

태양풍이 도착하는 범위는 태양권, 헬리오스피어(heliospere)라고 부른다. 지난 2012년에는 탐사선 보이저1호가 태양권을 벗어났다. 당시 인류가 만든 물체가 처음으로 태양권을 탈출해 화제를 모으기도 했다.

이렇게 태양이 방출해 태양계 행성을 덮어 버릴 만큼 범위에 입자를 퍼트리지만 태양풍의 구조는 수수께끼로 남아 있었다. 태양풍은 태양의 가장 표면에 있는 얇고 초고온인 대기층 코로나의 성분이 방출되는 건 알려져 있었다. 하지만 도대체 왜 밀도가 높은 코로나가 우주로 튀어나가 태양풍에 변화를 주는지 경계는 어디인지 오랫동안 밝혀지지 않은 것. 과학자들은 이 원인을 태양 주위를 둘러싼 자력선에 의한 것이라는 가설을 세워왔다.





코로나를 구성하는 100만 도에 달하는 고온 플라즈마 입자는 각각 플러스와 마니어스 전하를 띠고 있다. 이에 따라 태양 자력선에 입자가 갇히면서 코로나가 형성된다. 하지만 태양의 강한 중력에 높은 압력이 걸린 코로나는 가끔씩 강한 폭발을 일으킨다. 이 폭발이 발생할 때 발생하는 힘이 태양의 자력선 힘을 넘어서면 입자가 우주를 향해 방출된다는 게 태양풍의 발생 구조라는 것이다.

이 가설을 입증하기 위해 나사는 탐사선 2대를 이용해 태양을 조사하는 프로젝트인 STEREO(Solar TErrestrial RElations Observatory)를 진행했다. 스테레오에 사용되는 탐사선 2대는 지구와 같은 공전 궤도에 투입, 태양을 180도 각도로 사이에 두고 주로 코로나의 모습을 태양의 모든 각도에서 관찰할 수 있게 됐다.





탐사선에는 카메라가 탑재되어 있다. 태양을 둘러싼 코로나의 모습과 여기에서 태양풍이 탄생하는 모습을 담는 것. 카메라가 파악한 건 물론 무수한 별과 태양의 강한 빛, 흐릿한 가스 같은 정도다. 이를 나사가 독자 알고리즘을 개발해 노이즈를 제거해 태양풍을 분출하는 영상을 만든 것이다. 재생 속도를 빠르게 해서 보면 스프레이로 분사한 것처럼 입자 가스가 분출되는 모습을 볼 수 있다. 이를 통해 코로나를 형성하던 입자가 태양 자력선의 힘을 벗어나 태양풍이 되는 모습을 관찰할 수 있게 된 것이다.

나사 측은 태양풍이 만들어지는 구조의 전체 모습을 알게 됐다면서 이를 통해 우주 환경이 어떻게 형성되어 있는지 이해도를 더 높이게 될 것이라고 밝히고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

https://www.youtube.com/watch?v=QYM2_ytkjQo

이석원 기자  lswcap@techholic.co.kr

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