태양 주기는 해왕성 기후에도 영향 끼쳐
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-08-21 12:39:26
3'20" 읽기
- 1994- 2022년까지 허블 우주 망원경과 하와이 WM 켁 천문대 망원경 촬영 이미지 평가
- 해왕성 기후는 태양주기 11년을 따른다.
- 복사는 지구 복사량의 약 0.1%에 해당. 43억 킬로미터 떨어진 날씨 연구
- 해왕성에서 태양은 보름달 크기의 1/30 정도의 작은 빛의 점
멀리 떨어져 있는 얼음 거인 해왕성은 몇 가지 측면에서 이례적이다. 메탄 대기로 인해 푸르스름하게 빛나는 이 행성은 혼란스러운 4극 자기장을 가지고 있다. 내부에 이국적인 분자를 품고 있을 수 있으며 전체 태양계에서 가장 빠른 폭풍이 이 행성에 몰아칠 수 있다. 흐린 폭풍 띠와 허리케인은 행성의 반짝이는 푸르스름한 대기에서 밝거나 어두운 점으로 보인다.
신비한 변동
그러나 Neptune이 보여주는 구름 패치의 수는 우연이 아닌 것 같다. 그 수와 면적은 비교적 규칙적인 파동으로 변동한다. 이것은 1994년부터 2022년까지 허블 우주 망원경과 하와이 WM 켁 천문대의 망원경으로 촬영한 해왕성 이미지를 평가하던 중 버클리 캘리포니아 대학의 에란디 차베스와 함께 천문학자들이 발견한 사실이다.
2002년과 2015년에는 해왕성에서 특히 많은 수의 밝은 구름을 볼 수 있었고 상대적으로 밝게 보였지만 2007년과 2020년에는 구름 조각의 수와 크기가 최소로 떨어졌다. 이는 2019/2020년에 특히 두드러졌다. "해왕성의 이전 낮은 구름 활동 기간은 거의 극적이고 길지 않았다. 4년이 지난 지금도 구름은 아직 이전 값을 회복하지 못했다"고 Chavez는 말했다.
태양 주기에 맞춰
하지만 왜? 해왕성의 계절과의 연관성은 명백할 것이다. 그러나 그들 이전의 천문학자들처럼 연구자들은 구름의 양과 해왕성 계절의 40년 주기 사이에 어떤 연관성도 찾을 수 없었다. 다른 상관관계가 발견되었다. 해왕성의 대기는 더 많은 자외선 햇빛이 표면에 닿을 때 항상 특히 흐린 것처럼 보인다.
해왕성은 태양으로부터 소위 라이먼 알파 복사를 더 많이 받으면서 해왕성의 구름이 증가하기 시작한다. 2년 후 클라우드 최대값이 있다. 태양 자외선 복사는 태양 활동의 11년 주기를 따르며 해왕성 구름도 비슷한 주기를 가지고 있지만 2년씩 이동한다. Chavez와 그녀의 팀은 "두 주기 모두 비슷한 주기 패턴을 보여주고 관찰 기간에 두 개의 최고점과 두 개의 최저점이 특징이다"고 말했다.
광화학 반응으로?
놀라운 것은 해왕성이 궤도 위치에 따라 다르지만, 지구보다 태양에서 30~50배 더 멀다는 것이다. 따라서 그에게서 볼 때 태양은 보름달 크기의 1/30 정도의 작은 빛의 점으로만 나타난다. 그에 상응하는 적은 양의 태양 복사가 여전히 멀리 떨어진 얼음 거인에 도달하는 것이다. 복사는 지구에 닿는 복사량의 약 0.1%에 해당한다. 결과적으로 태양 활동과 관련된 UV 복사의 변동은 훨씬 더 작다.
그럼에도 얼음 거인의 대기는 이에 반응하는 듯하다. Chavez와 그녀의 동료들은 이것이 해왕성 대기의 광화학 반응과 관련이 있다고 의심한다. "145nm 미만의 파장을 가진 UV 광선에 많이 노출되면 메탄가스의 붕괴 속도가 증가하고 높은 고도에서 탄화수소 형성이 촉진된다"며 "이 탄화수소가 응결 온도보다 낮은 대기층으로 가라앉으면 응축되어 안개와 구름을 형성한다"고 연구자들은 설명했다.
태양 주기에서 2년 차이가 난 것은 이러한 광화학 반응이 천천히 일어나고 그 결과 구름이 서서히 성장하고 상승한다는 사실로 설명할 수 있다.
43억 킬로미터 떨어진 날씨 연구
이 모든 것은 먼 해왕성의 날씨조차 태양 활동의 영향을 받는다고 천문학자들이 믿고 있음을 암시한다. Keck Observatory의 공동 저자인 Carlos Alvarez는 "지상 망원경을 사용하여 43억 킬로미터 이상 떨어져 있는 세계의 기후를 연구할 수 있다는 것은 매력적이다"고 말했다.
연구원들은 이제 막 얼음 거인의 변덕스러운 날씨를 설명하기 시작했을 뿐이다. 태양 복사 외에도 다른 내부 요인도 해왕성의 구름과 폭풍 형성에 영향을 미친다. 행성의 푸르스름한 가스 덮개 아래에서 일어나는 일은 부분적으로만 조사되었다.
(Icarus, 2023; doi: 10.1016/j.icarus.2023.115667)
출처: W.M. Keck Observatory, Space Telescope Science Institute
- 1994- 2022년까지 허블 우주 망원경과 하와이 WM 켁 천문대 망원경 촬영 이미지 평가
- 해왕성 기후는 태양주기 11년을 따른다.
- 복사는 지구 복사량의 약 0.1%에 해당. 43억 킬로미터 떨어진 날씨 연구
- 해왕성에서 태양은 보름달 크기의 1/30 정도의 작은 빛의 점
태양 주기가 해왕성의 구름을 형성한다.
가장 바깥쪽 행성의 폭풍우 구름은 태양 활동의 리듬을 따른다.
놀라운 효과:
천문학자들이 발견한 것처럼 먼 행성인 해왕성에서도 날씨는 태양 활동의 주기적인 변동에 의해 형성된다. 따라서 얼음 거인에 있는 폭풍 구름의 양과 크기는 약 2년의 지연이 있지만 11년 태양 주기를 따른다. 해왕성과 태양 사이의 엄청난 거리에도 불구하고 태양 복사의 작은 변동은 광화학적 과정을 통해 구름 형성에 영향을 미치기에 충분하다.
 |
| ▲ 해왕성의 구름 밀도는 태양의 활동 주기에 따라 약 11년 주기로 변동한다. © NASA/ESA, Erandi Chavez(UC 버클리), Imke de Pater(UC 버클리) |
멀리 떨어져 있는 얼음 거인 해왕성은 몇 가지 측면에서 이례적이다. 메탄 대기로 인해 푸르스름하게 빛나는 이 행성은 혼란스러운 4극 자기장을 가지고 있다. 내부에 이국적인 분자를 품고 있을 수 있으며 전체 태양계에서 가장 빠른 폭풍이 이 행성에 몰아칠 수 있다. 흐린 폭풍 띠와 허리케인은 행성의 반짝이는 푸르스름한 대기에서 밝거나 어두운 점으로 보인다.
신비한 변동
그러나 Neptune이 보여주는 구름 패치의 수는 우연이 아닌 것 같다. 그 수와 면적은 비교적 규칙적인 파동으로 변동한다. 이것은 1994년부터 2022년까지 허블 우주 망원경과 하와이 WM 켁 천문대의 망원경으로 촬영한 해왕성 이미지를 평가하던 중 버클리 캘리포니아 대학의 에란디 차베스와 함께 천문학자들이 발견한 사실이다.
2002년과 2015년에는 해왕성에서 특히 많은 수의 밝은 구름을 볼 수 있었고 상대적으로 밝게 보였지만 2007년과 2020년에는 구름 조각의 수와 크기가 최소로 떨어졌다. 이는 2019/2020년에 특히 두드러졌다. "해왕성의 이전 낮은 구름 활동 기간은 거의 극적이고 길지 않았다. 4년이 지난 지금도 구름은 아직 이전 값을 회복하지 못했다"고 Chavez는 말했다.
 |
| ▲ 2002년부터 2023년까지 해왕성의 구름 개발. 행성은 2019년 이후 구름이 거의 없다. © Imke de Pater, Erandi Chavez, Erin Redwing(UC Berkeley)/ W.M. Keck 천문대 |
태양 주기에 맞춰
하지만 왜? 해왕성의 계절과의 연관성은 명백할 것이다. 그러나 그들 이전의 천문학자들처럼 연구자들은 구름의 양과 해왕성 계절의 40년 주기 사이에 어떤 연관성도 찾을 수 없었다. 다른 상관관계가 발견되었다. 해왕성의 대기는 더 많은 자외선 햇빛이 표면에 닿을 때 항상 특히 흐린 것처럼 보인다.
해왕성은 태양으로부터 소위 라이먼 알파 복사를 더 많이 받으면서 해왕성의 구름이 증가하기 시작한다. 2년 후 클라우드 최대값이 있다. 태양 자외선 복사는 태양 활동의 11년 주기를 따르며 해왕성 구름도 비슷한 주기를 가지고 있지만 2년씩 이동한다. Chavez와 그녀의 팀은 "두 주기 모두 비슷한 주기 패턴을 보여주고 관찰 기간에 두 개의 최고점과 두 개의 최저점이 특징이다"고 말했다.
광화학 반응으로?
놀라운 것은 해왕성이 궤도 위치에 따라 다르지만, 지구보다 태양에서 30~50배 더 멀다는 것이다. 따라서 그에게서 볼 때 태양은 보름달 크기의 1/30 정도의 작은 빛의 점으로만 나타난다. 그에 상응하는 적은 양의 태양 복사가 여전히 멀리 떨어진 얼음 거인에 도달하는 것이다. 복사는 지구에 닿는 복사량의 약 0.1%에 해당한다. 결과적으로 태양 활동과 관련된 UV 복사의 변동은 훨씬 더 작다.
그럼에도 얼음 거인의 대기는 이에 반응하는 듯하다. Chavez와 그녀의 동료들은 이것이 해왕성 대기의 광화학 반응과 관련이 있다고 의심한다. "145nm 미만의 파장을 가진 UV 광선에 많이 노출되면 메탄가스의 붕괴 속도가 증가하고 높은 고도에서 탄화수소 형성이 촉진된다"며 "이 탄화수소가 응결 온도보다 낮은 대기층으로 가라앉으면 응축되어 안개와 구름을 형성한다"고 연구자들은 설명했다.
태양 주기에서 2년 차이가 난 것은 이러한 광화학 반응이 천천히 일어나고 그 결과 구름이 서서히 성장하고 상승한다는 사실로 설명할 수 있다.
43억 킬로미터 떨어진 날씨 연구
이 모든 것은 먼 해왕성의 날씨조차 태양 활동의 영향을 받는다고 천문학자들이 믿고 있음을 암시한다. Keck Observatory의 공동 저자인 Carlos Alvarez는 "지상 망원경을 사용하여 43억 킬로미터 이상 떨어져 있는 세계의 기후를 연구할 수 있다는 것은 매력적이다"고 말했다.
연구원들은 이제 막 얼음 거인의 변덕스러운 날씨를 설명하기 시작했을 뿐이다. 태양 복사 외에도 다른 내부 요인도 해왕성의 구름과 폭풍 형성에 영향을 미친다. 행성의 푸르스름한 가스 덮개 아래에서 일어나는 일은 부분적으로만 조사되었다.
(Icarus, 2023; doi: 10.1016/j.icarus.2023.115667)
출처: W.M. Keck Observatory, Space Telescope Science Institute
[더사이언스플러스=문광주 기자]
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
