[보이저 45년②] '행성 탐사 위한 여정, 계속된다'에서 계속
미 항공우주국(NASA)의 쌍둥이 행성 탐사선 ‘보이저’가 도달한 성간 우주(interstellar space)란 무엇일까.
지난 2019년 11월 4일 국제 학술지 ‘네이처 애스트로노미(Nature Astronomy)’에는 ‘보이저 2호’의 관측 데이터를 활용한 논문이 게재됐다. 여기서는 ‘보이저 1호’에 이어 두 번째로 성간 우주(성간 공간)에 도달한 인공물 ‘보이저 2호’의 데이터를 통해 알아낸 태양권(헬리오스피어, heliosphere)과 성간 우주의 경계에 대해 다뤘다.
성간 우주란 단순히 항성과 항성 사이의 공간을 의미하지만 태양계를 중심으로 보면 태양풍 및 자기력선이 미치는 공간, 즉 태양권 바깥쪽 천체와 천체 사이의 우주 공간을 가리킨다. 수치상 태양에서 대략 190억㎞ 떨어진 영역이다.
태양에서 매일 방출되는 태양풍(플라즈마)은 행성 궤도를 넘어 바깥쪽으로 퍼지다 성간물질(천체 사이의 성간 공간에 존재하는 가스나 먼지)과 충돌해 속도가 줄어든다. 다만 태양풍은 감속하면서도 서서히 퍼져나가 마침내 성간물질과 섞이는 경계면에 도달한다.
태양풍이 성간물질과 충돌, 속도가 떨어지기 시작하는 지점은 말단 충격파면(Termination Shock)이라고 한다. 태양풍과 성간물질이 섞이는 경계면은 태양권 계면(헬리오포즈, heliopause), 안쪽 말단 충격파면에서 바깥쪽 헬리오포즈 사이의 영역은 태양권 덮개(헬리오시스, heliosheath)라고 칭한다.
NASA에 따르면 ‘보이저 1호’와 ‘보이저 2호’가 태양권 계면을 넘어선 것은 각각 2012년과 2018년으로 6년 차이가 난다. ‘보이저 1호’는 태양에서 121.6천문단위(약 182억㎞) 지점에서 헬리오포즈를 통과했지만 ‘보이저 2호’는 다소 가까운 119천문단위(약 179억㎞)에서 지났다.
11년을 주기로 변화하는 태양 활동에 맞춰 헬리오포즈도 늘었다 줄어드는 것으로 여겨진다. 쌍둥이 행성 탐사선이 이를 각각 통과할 때 거리 차이 역시 태양 활동 변화에 따른 팽창·수축이 6년 시간차에 의해 실제 관측된 결과로 보인다.
시간 차이 때문에 각 탐사선이 비행하는 방향도 다르다. 태양권을 배에 비유하면 ‘보이저 1호’는 뱃머리, 즉 앞쪽을, ‘보이저 2호’는 약간 옆면을 향해 통과했기 때문에 시간차에 더해 장소에 따라 다른 헬리오포즈가 포착됐다.
NASA는 “‘보이저 2호’의 관측 데이터에 따르면 헬리오포즈를 통과한 뒤 태양권 내부에서 성간 우주를 향해 흘러나오는 입자가 확인됐다”며 “이러한 입자 누출은 ‘보이저 1호’에서는 관측되지 않았다”고 설명했다.
이어 “‘보이저 1호’에서는 헬리오포즈를 넘기 직전 입자 속도가 거의 제로가 되는 영역을 통과했다”며 “‘보이저 2호’는 이런 영역이 관측되지 않은 대신 헬리오포즈에 가까운 헬리오시스 내부에 복수의 경계가 존재하는 것이 확인돼 헬리오포즈가 생각보다 복잡하다는 것을 시사했다”고 덧붙였다. <끝>
정이안 기자 anglee@sputnik.kr
