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태양계 끝 경계면을 찾았다?

By 이웃집과학자
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이웃집과학자 작성일자2018.08.28. | 4,447 읽음

뉴허라이즌스호 그림.

출처 : NASA

2006년 1월, NASA는 행성에서 이제는 소행성이 돼버린 명왕성과 그 주변 카이퍼 벨트 탐사를 목적으로 '뉴허라이즌스호(New Horizons)'를 발사했습니다. 뉴허라이즌스호는 2015년 최초로 명왕성을 관측했습니다. 그런데 최근, 뉴허라이즌스호가 보내온 신호를 분석한 결과, 태양계 경계에 거대한 수소벽(hydrogen wall)이 있다는 점을 알아냈다고 합니다.  

카이퍼 벨트.

출처 : 한국천문연구원

카이퍼 벨트는 태양계의 해왕성 궤도보다 바깥쪽에 있는 지역입니다. 소행성과 같은 천체가 밀집해 있는 도넛 모양의 영역을 말합니다. 지구로 오는 혜성 중 주기가 200년 정도인 혜성들은 일반적으로 이곳에서 지구로 날아옵니다.


뉴허라이즌스호에는 Alice UV 분광계가 있는데, 이곳에 수집된 자외선을 분석한 결과, 태양계와 성간 사이의 경계에 고밀도의 수소로 이뤄진 '수소벽'이 존재한다는 점을 알아냈습니다.

우주공간에는 매우 낮지만 압력이 존재합니다. 태양풍은 외부적 압력을 가하고 있습니다. 그런데, 어느 지점에서부터는 더 이상 이 태양풍이 성간 공간으로 나아갈 만큼 강하게 작용하지 않게 됩니다. 그 경계는 '태양권의 경계(heliopause)'라고 하는데요. 이는 공식적으로 태양계 시스템의 가장자리를 의미합니다.


참고로 태양풍이 뭘까요. 태양에서는 지금 이 순간에도 중심에서 수소 융합으로 만들어진 엄청난 에너지가 발전하고 폭팔합니다. 폭발의 부산물로 수많은 입자들이 태양 외부로 방출됩니다. 이걸 태양풍(Solar wind)이라고 합니다. 주로 전자와 양성자 등으로 구성됐습니다. 에너지는 보통 1.5~10keV 입니다.

이론적으로 태양권의 경계에서 성간 공간으로 향하는 중성수소원자(neutral hydrogen atoms)는 그 경계에 도달하면 점차 느려져 마치 교통체증이 발생하는 것처럼 된다고 합니다. 이 때문에 태양권의 경계에는 수소벽이 만들어 진다는 설명입니다.

Lyman-alpha선.

출처 : Wikimedia Commons

2007년부터 2017년까지 뉴허라이즌스호는 라이먼-알파(Lyman-alpha)선이라고 불리는 특유한 자외선 방출선을 수집해왔습니다.


그런데, 뉴허라이즌스호에 잡힌 미스터리한 신호(signal)는 훨씬 더 멀리에서 왔습니다. 이는 30년 전 보이저(Voyager)호에서도 잡힌 신호였는데, 두 신호를 분석해봤을 때 가장 가능성 있는 설명은 바로 '수소벽'의 존재입니다. 즉, 먼 곳으로부터 온 이 신호는 태양풍이 수소벽을 만나서 발생한 신호일 수 있다는 것입니다. 물론, 이 신호는 더 멀리 떨어진 우주에서 왔을 수 있기 때문에 향후 더 연구를 해야 한다고 과학자들은 이야기합니다.

Voyager 1호, Voyager 2호의 탐사 경로.

출처 : NASA

한편, 연구를 위한 데이터는 걱정 없을 것으로 보입니다. 보이저 1호는 이미 태양계를 떠나 성간 공간으로 진입했고, 2013년 태양권의 경계를 벗어났습니다. 보이저 1호가 무한한 우주공간으로 멀어지고 있지만 보이저 1호가 보내는 신호들은 여전히 지구로 되돌아오고 있습니다.


또한 보이저 2호 역시 태양계가 성간 가스에 의해 감속되는 태양계 경계에 도달할 것으로 보이며 2030년 이전에는 태양계의 경계를 지날 것으로 보입니다. 



뉴허라이즌스호는 태양권의 경계에 도달하지는 않을 것으로 보이지만, 고장 나지 않는 한 계속해서 관측된 자료를 보낼 거라고 합니다.

이밖에도 뉴허라이즌스호는 2019년 1월 'Ultima Thule'라 불리는 카이퍼 벨트 속 작은 행성에 대한 탐사를 진행할 예정이라고 합니다. 태양계 끝에서 사투를 벌이고 있는 우주탐사선들 덕분에 앞으로 밝혀질 우주의 신비가 더욱 기대됩니다. 이 연구는 <Geophysical Research Letters> 에 게재됐습니다. 

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