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- 2022년 성탄절에 태양풍이 멈춘 것 관찰
- 화성의 전리층과 자기권이 수천 킬로미터 확장 돼
- 하루 뒤인 2022년 12월 27일, 화성 환경의 태양풍과, 화성 대기도 점차 정상으로 돌아와
- 1990년 지구도 그러한 태양의 “바람 구멍”을 마지막으로 경험했다.

태양풍이 멈춘 날
지난해 크리스마스 날 화성(Mars)에 보기 드문 '바람 구멍'이 발생했다.

지난 크리스마스, 우리 이웃 행성 화성은 놀라운 현상을 경험했다. 평소에는 꾸준하게 불던 태양풍이 갑자기 멈췄다. 태양의 입자 충격이 사라졌다. 이 극히 드문 사건은 NASA의 화성 탐사선 MAVEN에 의해 ​​목격되었으며, 이 갑작스러운 "바람 구멍"의 극적인 결과도 기록됐다. 화성의 전리층과 자기권이 수천 킬로미터 확장되었다. 그런데 이 하루 태양풍이 멈추는 원인은 무엇이었을까? 

▲ 일반적으로 화성은 지구와 마찬가지로 태양풍의 입자 흐름을 맞는다. 그런데 2022년 12월 25일에 갑자기 상황이 바뀌었다. © NASA 고다드

화성, 지구 또는 태양계의 다른 모든 행성이든 상관없이 우리 행성계 전체는 태양과 자기장의 입자 흐름에 의해 형성된다. 우리 별에서 지속적으로 발산되는 에너지가 넘치고 전하를 띤 입자는 명왕성 궤도보다 우주로 약 두 배 더 멀리 뻗어나가는 거대한 자기 및 플라즈마 거품을 생성한다. 이 태양권은 고에너지 성간 입자 흐름과 일부 우주 방사선으로부터 우리를 보호한다.

지속적인 태양풍의 결과로 지구와 그 이웃 지역의 대기와 자기장이 변형된다. 태양 쪽에서는 편평하고 압축되는 반면, 태양에서 멀어지는 쪽에서는 종종 플라즈마 꼬리로 확장된다. 지구의 자기 꼬리는 달까지 뻗어 있다.

▲ NASA의 MAVEN 우주 탐사선은 화성 궤도를 돌고 있으므로 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 "앞자리"를 가지고 있다. © NASA GODDARD

"바람 구멍"과 그 결과

지금까지는 그렇게 알려져 있었다. 그러나 2022년 12월 25일, 예상치 못한 일이 일어났다. 그날 화성 궤도를 돌고 있는 NASA의 MAVEN 탐사선은 갑자기 입자 밀도의 급격한 감소를 감지했다. 일반적으로 태양 방향에서 도달하는 태양풍이 갑자기 약해져서 정상 밀도의 1/100 미만이었다. 아이오와 대학의 Jasper Halekas는 “처음 이 데이터를 봤을 때 믿을 수가 없었다”고 말했다.

MAVEN 데이터를 면밀히 분석한 결과 화성도 이 갑작스러운 "바람 구멍"에 반응한 것으로 나타났다. 화성의 전리층과 자기권은 일반적으로 태양풍에 의해 변형되고 "활파(뱃머리에 부딪치는 파도)"를 형성하며 수천 킬로미터만큼 부풀어 오르고 정상도가 증가했다. 3배 이상으로 확장됐다. 동시에, 일반적으로 충전된 태양풍과의 지속적인 접촉으로 인해 자기적으로 충전되었던 전리층은 자화를 잃었다.

화성의 전자기 환경 전체가 바뀌었다. Halekas는 “그날은 정말 놀라운 일들로 가득 차 있었다”고 회상한다. 불과 하루 뒤인 2022년 12월 27일, 화성 환경의 태양풍이 정상으로 돌아왔고, 화성 대기도 점차 정상 압축 상태로 돌아왔다.

태양풍의 "추월 작전“

도대체 무슨 일이 일어난 걸까? 천문학자들이 발견한 바와 같이, 태양풍의 일종의 추월 기동이 갑작스런 "바람 구멍"의 원인이었다. 태양 활동이 증가하는 단계에서 태양 폭발은 우주를 통해 특히 빠르게 경주하는 플라즈마 흐름의 폭발을 방출할 수 있다. 그런 다음 이것들은 돌풍처럼 느리지만 꾸준한 태양풍을 휩쓸고 압축한다.

<태양풍이 멈춘 날 © NASA/고다드>

이로 인해 2022년 12월 25일 화성 주변 지역에 태양풍 격차가 발생했다. 더 빠른 입자 흐름이 느린 입자를 끌어당겨 그 뒤에 거의 빈 영역을 만들었다. 이것은 너무 커서 좋은 하루 동안 화성에서 태양풍의 정상적인 입자 흐름을 방해했다. 연구자들이 설명하는 것처럼 그러한 사건은 상대적으로 드물다. 지구가 그러한 태양의 “바람 구멍”을 마지막으로 경험한 것은 1999년이었다. 그 당시 태양풍의 입자 밀도는 98% 감소했고, 이로 인해 지구의 자기권은 평소 크기의 5배로 확장되었다.

이러한 사건은 태양풍과 행성 대기의 상호 작용에 대한 귀중한 정보를 제공하기 때문에 행성 연구자들에게 특히 흥미롭다. Halekas는 “우리는 태양풍이 없다면 화성이 어떻게 반응할지 볼 수 있었다”고 설명했다. 이를 통해 태양보다 바람이 덜 부는 별 주위를 공전하는 외계 행성에 대한 결론을 내릴 수도 있다.
(American Geophysical Union Fall Meeting 2023)
출처: NASA Goddard Space Flight Center

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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