시험&논문용 <태양의 신비와 자기장 지도> 태양의 개요, Alfven파(wave)추적, 자기장 지도 작성

태양의 신비와 자기장 지도에서는 먼저 태양의 개요를 살펴봅니다. 이어서 태양 대기의 바깥 부위 흐름에 대한 Alfven파(wave) 추적과 이를 토대로 자기장 지도 작성이 되는 연구결과를 알아봅니다.

 

태양의 신비와 자기장 지도의 태양의 개요

태양은 태양계의 중심에 존재하는 항성이며, 태양계의  모든 에너지의  원천입니다. 태양 때문에 생명체가 지구에 존재할 수 있습니다. 태양의 질량은 지구 질량의 약 33만 배이고 목성 질량의 약 1048배입니다. 태양은 태양계 전체 질량의 99.866%를 차지하며, 다른 천체들의 합은 0.134%에 불과합니다. 태양은 우리 은하의 중심을 기준으로 2억 2천5백만 년에서 2억 5천만 년 주기로 공전합니다. 태양의 공전 주기를 1 은하 년이라고 불립니다. 태양의 나이가 약 50억 년이기 때문에, 태양은 우리 은하의 중심을 향해 최소 20회 공전하고 있습니다. 태양의 핵에 의해 생성되는 에너지의 양은  부피당으로 보면 사람의 체온에 의해 생성되는 열보다 적습니다. 하지만 태양은 부피당 발열량이 높기 때문이 아니라 핵 자체가 엄청나게 크기 때문에 많은 에너지를 생산하는 것입니다. 태양에 의해 생성된 에너지는 1초에 6억 5천3백만 톤의 헬륨을 생성합니다. 하지만 태양은 에너지의 0.1% 미만만 소비합니다. 지구에 도달하는 열은 태양에 의해 생성되는 열의 약 22억 분의 1입니다. 태양의 핵융합으로 생성된 광자가 태양 표면에 도달하는 데는 약 10만 년이 걸립니다. 빛의 속도로 태양의 반지름을 통과하는 데는 2초밖에 걸리지 않지만, 태양 내부가 매우 불투명하기 때문에 흡수 재방출을 통해 탈출하는 데는 매우 오랜 시간이 걸립니다. 반면에, 똑같이 핵융합의 부산물인 중성미자는 물질에 의해 거의 간섭받지 않기 때문에 빛의 속도로 태양을 탈출합니다. 따라서 태양 중성미자를 검출함으로써 태양 중심부에서 핵융합이 여전히 활발하다는 것을 확인할 수 있습니다. 태양의 질량은 지구 질량의 약 33만 배이고 목성 질량의 약 1048배입니다. 태양은 수소를 태우면서 10억 년마다 밝기가 10%씩 증가합니다. 지구에서 육안으로 관측할 수 있는 천체 중에서는 다른 별과 비교할 수 없는 독보적인 밝은 천체입니다. 이것은 지구에서 본 보름달보다 45만 배 더 밝습니다. 59억 킬로미터 떨어진 명왕성에서 본 태양은 지구의 보름달보다 250배나 밝습니다. 태양의 표면 온도는 5778 켈빈으로, 흔히 노란색 별이라고 하지만 지구 대기의 산란으로 인해 크게 왜곡된 색입니다. 실제 별의 색은 흰색에 약간 푸른색이 섞여 있으며 사실 낮에 하늘 높이 솟아 있는 태양은 흰색에 가깝습니다. 코로나는 태양의 가장 바깥쪽에 위치한 얇은 대기입니다. 태양의 몸에 비해 그다지 밝지 않기 때문에 보통은 보이지 않지만, 개기일식이 일어날 때 관측할 수 있습니다. 태양의 표면 온도는 약 5,500℃이고, 태양 대기의 가장 바깥 부분인 코로나의 온도는 100만℃가 넘습니다. 이 온도 역전 현상은 태양의 신비 중 하나로 여겨집니다.

 

Alfven 파(wave)추적

코로나는 태양풍의 근원이기도 합니다. 이온화된 플라스마 상태의 태양풍은 자기장을 따라 이동합니다. 따라서 태양 자기장의 흐름을 파악함으로써 태양풍의 움직임을 정확하게 예측할 수 있습니다. 지난달 중국 베이징대와 국립대기연구센터(NCAR) 등 국제 연구팀이 세계 최초로 '태양 코로나 자기장 지도'를 작성해 사이언스에 발표했습니다. 이 지도가 우리가 이전에는 알지 못했던 태양의 신비를 벗겨줄 것으로 기대됩니다.  Alfven 파(wave) 흐름을 추적하여 태양대기 바깥부위인 코로나의 자기장을 매핑합니다. 코로나는 별빛을 가리고 주변 물체를 살필 수 있는 '코로나그래프'가 개발된 뒤 제대로 관측됐습니다. 국제 연구팀은 하와이에 설치된 코로나 다채널 편광계(CoMP)를 이용해 코로나의  Alfven 파(wave) 흐름을 추적했습니다.  Alfven 파(wave)는 자기장에서 플라스마와 같은 전기 전도성 유체에 의해 발생하는 작은 자기 파로, 자기장의 흐름을 결정하기 위해 추적할 수 있습니다. 이번 연구에 참여한 영국 노섬브리아 대학 연구원은 CoMP가 수집한 태양 코로나 데이 터는이  Alfven 파(wave)의 파동으로 가득 차 있습니다. 지진학자들이 지진파를 이용해 지구의 내부 구조를 밝히듯, 우리는  Alfven 파(wave) 파로 태양의 특성을 조사했다고 말했습니다. 때때로 태양은 자기 에너지를 폭발적으로 방출합니다. 이러한 폭발은 엄청난 양의 코로나 물질을 우주 공간으로 보냅니다.

자기장 지도 작성

자기장의 방향이 지구를 향하면 강한 태양풍이 불어 위성통신망이나 지상의 전력망에 혼란이 생길 수 있습니다. 베이징 대학의 연구원은 태양 자기장은 항상 변화하고 있습니다. 태양 자기장의 전체 분포를 지도화하기 위해  Alfven 파(wave)를 사용했지만, 그것은 단지 순간의 상태를 보여주는 것일 뿐이라며 태양 자기장을 지속적으로 관측하는 것이 태양 폭발을 예측하는 데 도움이 된다고 언급했습니다. Alfven 파(wave)의 이동 속도는 자기장의 강도에 따라 달라집니다. 즉, 파동이 얼마나 빨리 움직이는지 측정하여 자기장의 강도를 추정하는 것도 가능합니다. 측정에서 확인된 코로나의 자기장 강도는 대부분 1~4 가우스였습니다. 이것은 지구 표면의 자기장의 몇 배로, 냉장고에 부착된 자석의 강도와 비슷합니다. 연구에 사용된 CoMP 장치는 NCAR 연구원이 설계한 코로나 그래프의 한 유형입니다. 과학 이론가들은 수십 년 동안 자기장 강도가 코로나의 속도로 추론될 수 있다고 예측해 왔습니다. 하지만, 태양 전체를 측정하기 위한 연구는 지금까지 수행된 적이 없습니다. 실제 태양대기 바깥 부분 관측을 통해 자기장 지도를 만든 것은 이번이 처음입니다. 연구원들에 따르면, 원칙적으로, 동일한 기술이 항상 지구 자기장 지도를 얻는 데 사용될 수 있다고 합니다. 태양 활동으로 인한 지구 자기 측정 오차를 해결할 수 있고 태양 폭발과 흑점 주기를 이해할 수 있는 이론적 근거를 제공할 수 있다는 사실도 밝혔습니다.