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- 태양계에서 가자 크고 질량 무거운 행성
- 목성의 대류권 온도 처음으로 40년 이상 분석돼
- 날씨를 결정하는 층의 온도는 주기적으로 몇 도씩 오르락내리락
- 일부는 7~9년 지속되고 다른 주기는 10~14년 지속

목성의 "기후 시소"
목성 대류권의 온도는 이전에는 설명할 수 없었던 변동을 보여준다.

예상치 못한 변동:
천문학자들이 목성의 대기에서 예상치 못한 온도 변동을 발견했다. 거대 가스 행성의 대류권은 10년에서 14년마다 규칙적으로 몇 도씩 더워지고 차가워진다. 이상한 것은 목성에는 실제 계절이 없지만 이러한 기복으로 북반구와 남반구가 번갈아 나타난다는 것이다. 지금까지 천문학자들은 무엇이 이 행성의 "기후 시소"를 유발하는지 설명할 수 없었다. 

▲ 목성의 적외선 이미지. 파란색 영역은 서늘한 영역에 해당하고 빨간색 영역은 더 따뜻하고 덜 흐리다. © ESO / L.N. 플레처

목성은 최상급의 행성이다. 태양계의 다른 어떤 행성보다 목성의 크기와 질량은 크고 무겁다. 그 어떤 것도 그렇게 빨리 회전하거나 그렇게 격렬한 폭풍을 일으키지 않는다. 또한 이 가스 거인은 놀라울 정도로 비대칭인 중력장과 내부 깊은 곳에서 어떤 종류의 "고체 액체"를 가지고 있으며 이는 Juno 우주선에 의해 밝혀졌다. 그러나 모든 기록과 데이터에도 불구하고 목성은 계속해서 행성 연구자들에게 몇 가지 수수께끼를 제시하고 있다. 목성에 대한 새로운 특이점이 계속 발견되고 있다.

목성 대류권의 "발열 측정“

NASA 제트 추진 연구소의 Glenn Orton이 이끄는 연구원들은 이제 가스 거인의 예상치 못한 특이성을 발견했다. 목성의 대기 온도에 대한 데이터는 이전에는 짧은 기간만 조사되었지만 가스 거인의 대류권 온도는 처음으로 40년 이상 분석되었다. 그들은 다양한 대형 망원경의 적외선 이미지를 사용해 수십 년 동안 행성의 온도 프로파일을 만들 수 있었다.

처음으로 3년 반에 걸친 목성의 기후 사진이 등장했다. 가스 거인이 태양 주위를 한 바퀴 도는 데 11.9년이 필요하기 때문에 목성의 1년은 지구에서 11.9년 지속된다. Orton과 그의 팀은 "이를 통해 계절적 변동과 비계절 변동을 구분할 수 있다"고 설명했다. 목성의 자전축은 태양쪽으로 약 3도 기울어져 있기 때문에 목성에는 계절이 거의 없다는 것은 이미 알려져 있다. 지구에서는 23.5도이다.

놀라운 주기성

그러나 놀라운 것은 계절이 없음에도 불구하고 목성의 대류권은 뚜렷한 주기적인 변동을 보인다는 것이다. 날씨를 결정하는 층의 온도는 주기적으로 몇 도씩 오르락내리락한다. 이러한 주기 중 일부는 7~9년 지속되고 다른 주기는 10~14년 지속된다. "이러한 변동은 여러 위도에 영향을 미치며 태양열 복사의 계절적 변화와 무관한 것으로 보인다"고 과학자들은 보고했다.

멀리 떨어져 있는 지역의 결합이 있는 것처럼 보이는 것도 놀랍다. 목성 적도에서 북쪽으로 16°, 22° 또는 30° 지역의 온도가 상승하면 적도 남쪽의 동일한 지역이 식고 그 반대의 경우도 마찬가지다. Orton은 "그게 가장 놀라운 일이었다"고 말했다. 분명히 그사이의 영역에 측정 가능한 영향을 미치지 않으면서 이러한 멀리 떨어진 영역 사이에 일종의 장거리 연결이 있다.

▲ 거대한 폭풍이 목성에 발생한다. 그러나 기후의 특징은 부분적으로만 밝혀졌다. © NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

아직 알려지지 않은 원인

그 뒤에 무엇이 숨어 있을까? "10~14년 주기의 기후 변동성은 목성의 공전 주기인 11.9년에 가깝지만 약한 계절을 감안할 때 일사량 변화의 직접적인 결과일 가능성은 낮다"고 Orton과 그의 동료들은 설명했다. 그들의 모델에서 태양 복사의 그러한 변화는 1도 미만의 변동만을 생성할 수 있었다. 이는 새로 발견된 "기후 시소"를 설명하기에는 충분하지 않다.

연구원들은 여전히 ​​미스터리에 직면해 있다. 목성 위에 있는 성층권의 온도에 대한 데이터에서 그들은 동시적이지만 반대되는 변동의 첫 징후를 발견했다. 한 지역의 대류권 온도가 떨어지면 성층권 온도가 상승한다. 이것은 또한 대기의 상층부에서 방아쇠를 나타낼 수 있지만 무엇이 그곳에서 이러한 요동을 유발하는지 명확하지 않다. 목성 기후에 대한 추가 장기 연구가 이제 여기에서 필요하다.

외계 행성에도 중요

"우리는 목성의 대기가 이러한 주기를 보여줌으로써 퍼즐의 일부를 풀었다"고 Leicester 대학의 공동 저자인 Leigh Fletcher는 말했다. "그러나 이러한 패턴을 유발하는 요소와 이러한 패턴이 정확하게 이러한 간격으로 발생하는 이유를 이해하려면 클라우드 계층 위와 아래도 살펴봐야 한다.“

이러한 발견과 미래의 발견은 목성의 기후와 주기적인 변동을 이해하는 데 중요할 뿐만 아니라 외계 행성 연구에도 매우 중요하다. 많은 외계 행성이 비슷한 대기 및 기후 특성을 가질 수 있는 목성과 같은 가스 거인이기 때문이다.
(Nature Astronomy, 2022; doi: 10.1038/s41550-022-01839-0)
출처: NASA/ 제트 추진 연구소

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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