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[아하! 우주] 표면 온도의 200배...‘태양 코로나’ 비밀 풀렸다

작성 2015.04.29 22:51 ㅣ 수정 2015.05.04 10:45
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▲ 인디애나의 과학자들이 태양 코로나의 비밀에 대한 새로운 학설을 발표했다. 나노플레어(nanoflares)라 불리는 50메가톤의 수소폭탄 위력의 미니 폭발이 초당 수백만 번이나 일어나 태양 대기를 가열해 태양 표면보다 200배나 높은 온도로 끌어올린다는 것이다.
사진=NASA


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▲ 한 나노플레어가 폭발하면 부근의 태양 대기가 무려 섭씨 1100만 도까지 가열된다. 이 초고온의 플라스마가 바로 태양 코로나의 ‘스모킹 건(증거물)’이다. 사진은 나노플레어의 폭발과정을 잡은 이미지.
사진=NASA


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▲ 나사의 태양활동관측위성(SDO) 상상도. 가장 강력한 증거는 태양활동관측위성이 확보한 것이었다. 이 작은 로켓은 15분의 짧은 여행을 위해 태양 대기 속으로 투입되었다.
자료=NASA


-표면은 6000 도...대기는 100만~200만 도 '신비'

태양 대기의 상층부, 곧 코로나의 온도가 태양 표면보다 200배나 높은 이유에 대해 여러 해 동안 과학자들은 골머리를 앓아왔다. 이제 과학자들은 태양 대기 속에서 일어나는 초당 수백 번의 작은 폭발을 발견한 후 그 유력한 원인을 찾아냈다고 믿고 있다.

과학자들은 나노플레어(nanoflares)라 불리는 작은 폭발들이 코로나 속의 플라스마를 가열시켜 태양 표면보다 훨씬 높은 고온을 만들어낸다는 증거를 확보했다. 태양 크기에 비하면 아주 작지만 지구에 비하면 큰 편인 이러한 폭발로 인해 태양 코로나가 100만 도 이상의 고온으로 가열된다는 것을 4개의 관련 연구가 규명해냈다.

-"1초에 수백만번 '나노플레어'가 원인"

​미항공우주국(NASA) 고다드 우주항공센터의 짐 클림척 박사에 의하면, 이러한 폭발은 각각 50메가톤 수소폭탄의 위력을 갖는 것으로, 이는 지구상에서 폭발한 어떤 폭탄보다 강력한 것이다.

​태양 표면에서 일어나는 여느 태양 플레어의 폭발에 비하면 이 나노플레어는 비교적 작은 것으로, 10억분에 1에 지나지 않는다. 그러나 초당 수백만 번이나 지속적으로 일어나므로 그 같은 고온에 도달할 수 있는 것이라고 클림척 박사는 설명한다.

이 연구는 나노플레어의 존재를 증명하는 첫번째 증거를 제시하고 있다. 이것을 찾는 데는 각종 망원경들이 동원되었는데, 나사(NASA)의 태양활동관측위성(SDO·Solar Dynamics Observatory)을 비롯해, 누스타( NuStar) 망원경, 우주 은하의 블랙홀 관측용 망원경 등이었다.

-한개의 나노플레어, 50메가톤 수소폭탄의 위력

한 나노플레어가 폭발하면 부근의 태양 대기가 무려 섭씨 1100만 도까지 가열된다. 이 초고온의 플라스마가 바로 태양 코로나의 '스모킹 건(증거물)'인 것이다. 그 결과로 생기는 고온의 섬광은 주변 대기의 온도를 극적으로 치솟게 하며, 1초에도 몇백만 번씩 일어나는 이러한 연속적인 폭발로 인해 태양 코로나는 그처럼 높은 온도에 도달하게 되는 것이다.

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▲ 태양 플레어의 폭발. 지구보다 더 크다. 하나의 미스터리는 여전히 풀리지 않고 있는데, 무엇이 나노플레어 현상을 촉발하는지에 대해서 과학자들은 아직까지 확신을 하지 못하고 있다. 다만, 연쇄적인 폭발이 태양 자기장의 파열에서 오는 것이라는 추정을 하고 있을 뿐이다.
사진=NASA


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▲ 태양 코로나를 관측하기 가장 좋은 때는 개기일식 때이다. 달이 태양 광구를 완전히 가림으로써 태양 대기 속에서 빛나는 코로나의 존재를 확연히 볼 수 있다. 사진은 1999년의 개기일식.
사진=위키미디어


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▲ 태양 표면의 온도는 섭씨 약 6000 도로 알려져 있다. 그러나 코로나는 200만 도나 된다.
사진=NASA


하지만 하나의 미스터리는 여전히 풀리지 않고 있는데, 무엇이 나노플레어 현상을 촉발하는지에 대해서 과학자들은 아직까지 확신을 하지 못하고 있다. 다만, 연쇄적인 폭발이 태양 자기장의 파열에서 오는 것이라는 추정을 하고 있을 뿐이다.

태양 자기장이 크게 뒤틀리고 헝클어지면 나노플레어 현상이 일어난다고 과학자들은 생각하고 있다.

-태양활동관측위성 '15분의 여행'서 증거 확보

가장 강력한 증거는 태양활동관측위성(SDO·Solar Dynamics Observatory)이 확보한 것이었다. 이 작은 로켓은 15분의 짧은 여행을 위해 우주 공간으로 투입되었다.

광구, 곧 태양 표면의 온도는 섭씨 약 6000 도로 알려져 있다. 그러나 코로나는 어떤 이유에선지 100만 도나 되며, 곳에 따라서는 200만 도에 달하는 지역도 있다.


​이에 관한 기존의 학설은 태양의 자력이 초고온의 가스와 결합하여 강력한 자기장을 형성하고, 이것이 코로나로 막대한 에너지를 주입함으로써 그 같은 고온 상태를 만들어낸다는 것이었다. 그러나 이 가설은 증명되지는 않았다.

​그런데 이번의 연구로 태양 자기장의 파열로 인한 나노플레어의 연속 폭발로 코로나가 그처럼 높은 온도에 이르게 되는 것으로 밝혀진 것이다.

이광식 통신원 joand999@naver.com 

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