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이웃집과학자

'태양 관측'으로 '우주 기후' 예측!?

By 이웃집과학자

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지구의 제트기류

출처NASA/GSFC
태양에서 로스비파 관측

지구 대기의 대규모 파동현상인 ‘로스비파(Rossby waves)’는 ‘제트기류(Jet stream)’를 만듭니다. 제트기류는 대류권 상부 또는 성층권 하부에 부는 강한 바람인데요. 지구의 대기가 잘 섞이게 하는 역할을 하죠. 그런데 이런 로스비파가 태양에서도 관측되었다고 합니다.

국립대기과학연구소(National Center for Atmospheric Research)의 태양물리학자이자 이번 연구를 진행한 Scott McIntosh는 “이론적으로 로스비파는 회전하는 어느 유체에서든지 형성될 수 있다”고 설명합니다.

지구 대기의 로스비파는 1930년대 후반에 발견되었습니다. 로스비파는 행성의 자전으로 인해 발생합니다. 지구뿐만 아니라 지금까지 다른 행성들의 대기에서도 관측되었습니다. 


McIntosh의 연구진은 태양의 로스비파의 존재를 확인하기 위해 오랫동안 연구해왔습니다. 태양 로스비파 연구가 성공한다면 과학자들이 태양 흑점의 형성과 태양 폭발 등을 예측하기가 수월해지기 때문이었죠.


연구진은 이 패턴을 ‘유사로스비파(Rossby-like wave)’로 명명했습니다. 그냥 로스비파라고 이름짓지 않은 이유는 이 패턴이 단순 유체의 움직임이 아니라 태양의 '플라즈마 자기 활동'과 관련돼 있기 때문이었습니다.

벨파스트 퀸스대학교의 천체물리학자 Mihalis Mathioudakis는 “McIntosh 연구진이 발견한 내용은 로스비파가 태양에 있다는 첫 증거이자 아주 강력한 증거”라고 언급했습니다.

태양상상도

출처포토리아
핵심이 된 ‘태양 관측위성’

과거에는 태양의 모습을 아주 한정적인 시각으로만 바라볼 수 있었기 때문에 천문학자들이 태양 대기의 움직임을 조사하는 게 쉽지 않았습니다. 지구에서 바라본 태양의 한 쪽 면밖에 보지 못했습니다.


이제는 NASA의 태양활동관측위성 SDO(Solar Dynamic Observatory)과 STEREO(Solar Terrestrial Relations Observatory) 덕분에 태양의 다양한 모습을 살펴볼 수 있게 되었습니다. 따라서 과학자들은 360도 태양의 모든 모습을 살펴보며 태양에 대해 심도있게 연구할 수 있습니다.

McIntosh의 연구진은 'brightpoint' 라고 불리는 태양의 뜨겁고 밝은 패턴에 집중했습니다. 패턴을 연구하면 대기 속 물질의 움직임을 추적이 가능하기 때문입니다. 2010년 6월부터 2013년 5월까지 수집된 자료를 사용해 brightpoint는 일반적으로 서쪽으로 이동하는 경향이 있음을 확인했습니다.

이동 속도는 태양의 북반구에서 약 3.25m/s, 남반구에서 약 2.65m/s로 측정됐습니다. McIntosh는 “대기가 서쪽으로 이동하는 속도가 북반구가 남반구보다 빠르다는 점은 로스비파의 전형적인 특징이다”고 설명했습니다.

McIntosh는 계속해서 “사실 태양에서 이런 파동을 찾아낸 것은 그다지 놀라운 일이 아니다”라며 “최근에야 태양의 모든 면을 확인할 수 있게 됐기 때문에 이번에 발견할 수 있었던 것”이라고 말했습니다.


NASA 고다드 우주비행센터(Goddard Space Flight Center) 천체물리학자 죠셉 그루만은 이번 연구에 대해 “아주 깔끔한 결과”라며 “태양 모든 면의 모습을 볼 수 있게 된 것은 우리가 이전까지 보지 못했던 부분에 대해 발견할 수 있는 기회”라고 말했습니다.

부글부글 끓고있는 태양의 대기

출처NASA/SOHO
우주 기후 예측 가능?!

아마 이번 연구결과의 의의는 ‘우주 기후 예측’ 가능성에 있지 않을까 싶습니다. 태양 대기의 brightpoint는 강해진 자기활동과 관련되어 있습니다. 그래서 brightpoint의 형성, 진화, 움직임에 대해 연구하면 태양 활동에 대한 더 정밀한 가설을 세울 수 있게 되는 것이죠. 즉, 이런 연구는 흑점의 발전 등 태양의 활동에 대해 예측할 수 있는 가능성을 심어줍니다.

코로나 질량 분출(Coronal Mass Ejections, CMEs)도 예측할 수 있습니다. 만약 강력한 CMEs가 지구에 영향을 미친다면 우리의 통신위성을 불구로 만들어버리고 광범위한 지역의 전력망이 끊겨버릴 겁니다. 일부 연구를 참고하면 CMEs같은 ‘우주 자연재해’로 인한 연간 피해량은 100억 달러, 한화 약 11조 원 정도 될 것으로 예상됩니다.

‘우주 기후 예측’에 대한 학자들의 의견

스탠포드대 태양물리학자 Todd Hoeksema는 “만약 연구진이 태양의 활동영역을 확인하고 활동영역이 어떻게 진화할 지 확신할 수 있다면 사람들에게 경고의 메시지를 보낼 수 있다”고 말했습니다.

노섬브리아대 태양물리학자 Richard Morton은 “우주의 기후를 예측하는 것은 지구에서 하는 예측과는 많이 다르다”고 말했습니다. 그는 “짧은 기간의 연구로 오랜 기간 유지된 태양의 기후를 예측하는 것은 쉽지 않다”고 주장했습니다. 그의 말대로 강력한 자기장의 복잡한 상호작용과 태양 대기의 유체 흐름 예측은 쉽지 않을 겁니다.

그럼에도 McIntosh 연구진은 희망을 가지고 있습니다. 계속해서 태양의 기후 패턴을 분석하고 태양의 기원을 연구하는 게 우주 기후 예측의 정확도를 높이는 일이라고 생각하기 때문입니다.

참조 :


Planet-sized 'waves' spotted in the Sun's atmosphere (http://www.nature.com)


NASA (http://www.nasa.gov)

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