미 항공우주국(NASA) 및 유럽우주국(ESA)의 태양 탐사선 데이터를 활용, 태양 경계를 매핑하는 시도가 처음 성공했다. 학계는 코로나가 태양풍으로 바뀌는 경계, 즉 알프벤 면(Alfven surface)을 연구하는 데 도움이 될 것으로 기대했다.
미국 하버드 스미스소니언 천체물리학센터(CfA)는 24일 공식 채널을 통해 파커 솔라 프로브와 솔라 오비터 등 태양 탐사선들이 지금껏 축적한 관측 정보를 이용, 태양 경계 매핑을 완료했다고 전했다.
알프벤 면은 항성의 코로나와 외기권을 구분하는 경계다. 지구의 주성인 태양의 경우 알프벤 파(Alfven wave)가 태양풍으로 전환되는 지점이다. 태양은 고온의 플라즈마, 즉 코로나를 내뿜는데, 이에 의해 태양 자력이 작용하지 않게 되면서 태양풍으로 바뀌는 경계가 존재한다.
NASA의 태양 탐사선 파커 솔라 프로브는 2021년 처음 태양 대기의 외층인 코로나에 도달한 이래 반복적으로 태양에 접근해 귀중한 과학 데이터를 지구에 전송해 왔다. NASA와 ESA가 운용하는 솔라 오비터 2020년 발사돼 스윙바이 방식으로 태양을 관측 중이다. 지난 3월 약 5100만㎞까지 접근해 태양 남극을 촬영했다.
CfA 천체물리학자 샘 배드먼 박사는 “알프벤 면의 깊숙한 곳까지 파악한 관측 데이터들은 태양 코로나가 왜 그렇게 뜨거운지 기존 의문을 푸는 데 도움이 될 수 있다”며 “이러한 질문에 대답하려면 먼저 태양의 경계가 어디에 있는지 정확하게 알아야 한다”고 전제했다.
이어 “천체물리학적으로 천체의 경계는 그 영역의 거동을 지배하는 물리학이 변화하는 지점”이라며 “알프벤 면의 경우 태양 자기의 영향이 약해져 유출되는 플라즈마가 태양과 자기적으로 연결되지 않는 지점이다. 이 구간을 넘으면 플라즈마 같은 물질은 태양으로 돌아갈 수 없다”고 설명했다.
아래 사진은 각 탐사선의 태양 접근 시 정보를 토대로 알프벤 면을 이차원적으로 표시했다. 검은색과 파란색, 빨간색은 각각 라그랑주 점 L1에서 활동하는 태양 탐사선과 솔라 오비터, 파커 솔라 프로브의 수집 데이터로 추정한 알프벤 면의 형상이다. 최근 태양 활동이 활발해짐에 따라, 알프벤 면의 중앙값 높이가 약 30%나 확대된 사실이 확인됐다.
태양의 알프벤 면이 어떻게 팽창·수축하는지 아는 것은 지구나 다른 행성과 상호작용을 이해하고 통신기술이나 전력망에 태양풍이 미치는 영향을 예측하는 데 중요하다. 때문에 CfA는 파커 솔라 프로브, 솔라 오비터 등 서로 다른 위치에서 활동하는 태양 탐사선들의 데이터를 비교 분석했다.
샘 배드먼 박사는 “태양 활동 극대기에 알프벤 면이 높아져 평소보다 뾰족한 형상으로 변한 점은 놀랍다”며 “이는 천문학계가 이전부터 예측한 점인데, 직접 실증한 것은 처음이라 이번 매핑은 특히 의미가 있다”고 평가했다.
정이안 기자 anglee@sputnik.kr
