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태양 안쪽에서 주기적인 플라즈마 전류의 순환 흐름

태양 활동 11년 주기 원인 발견
“태양 대류 영역에서 플라즈마 전류의 흐름에 따라”

주기적인 전류 흐름 :
천문학자들은 11년 태양주기의 모터를 발견했을 것이다.
태양 내부에는 두 개의 큰 순환 전류가 있으며 완료하는 데 약 22년이 걸린다.
이는 두 개의 자기적으로 동일한 태양 최대 사이의 간격(Intervall)과 정확히 일치한다.
동시에, 두 개의 큰 북-남 전류는 주기 동안 태양 흑점의 위치가 변하는 이유를 설명한다.
연구자들이 과학 저널 사이언스 (Science)에 보고한 내용이다.

▲ 태양의 활동은 약 11 년의 주기로 변동한다. 이 태양주기의 속도는 얼마일까? © NASA

태양의 활동은 비교적 규칙적인 리듬으로 변동한다.
태양 흑점과 태양 폭발은 11년마다 최대에 도달하며 태양 폭풍도 증가한다.
동시에, 태양 자기장은 이 사이클의 피크에서 역전되어 동일한 극성을 가진 두 최대치 사이에 22년이 걸린다. 각 최대 값 후에 활동이 다시 진정되고 태양은 다소 조용한 단계를 겪는다.

사이클 엔진의 수수께끼

이 11년 주기는 무엇일까?
천문학 자들은 이주기의 원동력이 태양 내부의 전류에 있다고 오랫동안 생각했지만, 많은 것들이 있다. 예를 들어, 소위 알파 발전기인 표면 근처의 난류 플라즈마가 태양 자기장의 일부를 담당하는 것으로 보인다. 가설에 따르면, 그들의 행동은 행성 결합의 영향을 받을 수 있다.

또한, 대류층에는 20만km 깊이까지 확장되는 두 번째로 더 큰 흐름 영역이 있다.
온도 차에 의해 대규모의 전류가 형성돼 지리적 위도와 깊이에 따라 다른 속도와 방향으로 움직인다. 이러한 태양 전류가 실제로 어떻게 진행되고 있으며 현재까지 어느 정도 속도인지는 지금까지 가설로만 알려져 있다.

태양 흔들림은 현재 패턴을 드러낸다.

최근 괴팅겐(Göttingen)에 있는 막스 플랑크(Max Planck) 태양계 연구소의 로렌트 기존(Laurent Gizon)과 그의 팀은 처음으로 태양 내부에서 남북 흐름의 과정을 결정했다.
이것은 helioseismology의 방법으로 가능했다. 이 과정에서 천문학자들은 태양을 통과하는 미묘한 흔들림을 관찰하고 런타임에 내부 전류에 의해 영향을 받다.
이러한 태양 지진은 플라즈마의 표면 움직임을 변화시키기 때문에 지구 기반의 태양 망원경과 태양 관측소를 사용하여 우주에서 추적 할 수 있다.

그러나 내부의 대류 전류에 대한 정보를 얻으려면 오랜 시간 동안, 바람직하게는 여러 계측기를 사용하여 이러한 지진을 따라야 한다. 이것이 바로 지금 달성된 것이다.
연구진은 SOHO 및 SDO(Solar Dynamics Observatory) 위성의 장기 측정 시리즈와 6개의 지구 기반 태양 망원경으로 구성된 국제 네트워크의 데이터를 평가했다.

두 개의 큰 순환주기

결과 :
태양 내부의 대류 전류는 놀랍도록 간단한 기하학을 따른다.
별의 모든 반구에는 큰 순환 전류가 있다. 그것은 적도에서 멀리 대류층의 바닥에서 적도로 플라즈마의 표면을 운반한다. 결과적으로 Gizon과 그의 동료들이 보고한 것처럼 모든 태양의 반구에는 거의 닫힌 플라즈마 주기가 있다.

대류 구역의 바닥에 있는 플라즈마 흐름은 보행 속도로만 움직인다.
측정 결과와 같이 시간당 15km의 적도 방향으로 흐른다. 다른 한편으로, 플라즈마가 극으로 먼 길을 이동해야하는 표면에서는 시간당 약 50킬로미터로 흐른다.

▲ 태양 플라즈마는 표면에서 극쪽으로 비교적 빠르게 이동하고 깊은 곳에서 적도쪽으로 천천히 이동한다. 화살표 위쪽은 북쪽(Norden) © MPS / Z.-C. Liang

1주기는 2년주기에 해당

흥미로운 점 :
플라즈마 이동 속도로 인해 순환하는 데 22년이 걸리는 흐름 회로가 만들어진다.
이것은 태양주기에서 동일한 극성을 가진 두 극성 사이의 거리에 정확히 일치하므로 태양 활동의 이‘주기’에 대한 물리적 설명을 제공 할 수 있다.
Gizon은 “태양주기 과정에서 남북 방향으로 흐르는 플라즈마는 자기장을 쓸어내려 주기를 결정하는 컨베이어 벨트와 같은 역할을 한다”고 설명했다.

그리고 다른 어떤 것도 플라즈마 순환 흐름을 설명 할 수 있다 :
태양주기 동안, 흑점은 중위도에서 적도쪽으로 점점 더 많이 이동한다.
연구원들이 관찰한 바와 같이, 이 이동은 남북 전류에 의해 이끌려질 때 표면 자기장의 움직임에 해당한다. 기존의 동료 로버트 카메론(Robert Cameron)은 “우리의 연구는 남북 방향으로 흐르는 전류가 흑점의 근원을 적도로 이동 시킨다는 생각을 갖게한다”고 설명했다.

이것은 11년 태양주기의 추진력에 대한 수수께끼에 적어도 부분적으로 답할 수 있다.
그러나 과학자들은 여전히 ​​두 개의 주요 순환 전류가 왜 혁명을 완료하는 데 22년이 걸리고 이것이 태양에만 해당되는지 알아 내야 한다.

(Science, 2020; doi: 10.1126/science.aaz7119)
출처: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung

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