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자성 플라즈마 필라멘트의 짜여진 웹은 느린 태양풍의 엔진

태양 코로나에서 발견된 새로운 구조
자성 플라즈마 필라멘트의 짜여진 웹은 느린 태양풍의 엔진이 될 수 있다.

흥미진진한 발견:
천문학자들은 우리 태양의 코로나에서 전에는 본 적이 없는 구조, 즉 짜여진 플라즈마 필라멘트의 역동적인 웹을 발견했다. 자외선에서만 볼 수 있는 이 구조는 태양 대기의 중간층에 있으며 느린 태양풍의 기원에 대한 중요한 단서를 제공한다. 그들에 따르면, 이 플라즈마 네트워크의 상호 작용은 태양풍 입자를 가속시키는 자기 에너지를 방출한다. 

▲ 천문학자들은 태양의 중앙 코로나에서 이전에는 인식할 수 없었던 네트워크 구조를 발견했다. © Chitta et al./Nature Astronomy, CC-by 4.0

태양풍은 전체 태양계를 형성한다. 전체 대기를 우주 공간으로 찢고 행성 표면을 화학적으로 변경하고 자기장을 변형시킬 수 있다. 동시에 태양 자기장과 함께 하전 입자의 꾸준한 바람은 우리 태양계 주변에 보호용 태양권을 형성한다. 그러나 태양풍이 우리 우주 조상에 중요한 데그 기원은 명확하지 않다.

최근의 측정과 모델에 따르면, 태양풍의 빠르고 특히 높은 에너지 부분은 채층의 특히 뜨겁고 자기화된 영역, 즉 태양 대기 아래에서 발생하는 것으로 보인다. 이 구역에서 태양 코로나는 UV 광선에서 더 어둡게 나타난다. 그러나 태양풍의 더 느리고 꾸준한 부분이 어디에서 오는지는 이전에는 불분명했다.

▲ a, 2018-08-10 14:00 UT에 지구의 관점에서 스쿼싱 계수(Q)의 3D 볼륨 렌더링. 시야는 ±1.4 R☉이다 b, 2018-08-17 02:00 UT의 지구의 관점에 대한 3D Q 볼륨 렌더링. 시야는 X에서 0–6 R☉, Y에서 ±3 R☉ c, b에서와 동일한 시야 및 시야에 대한 전방 모델링 AIA 193Å(갈색) 및 편광 밝기(빨간색) 언샤프 마스크 필터링 합성. 노란색과 자홍색 화살표는 북동쪽과 남서쪽 깃발을 가리킨다. 녹색 화살표는 닫힌 코로나 루프의 상단 또는 첨단을 가리킨다. 출처: 관련논문 Fig 3 Direct observations of a complex coronal web driving highly structured slow solar wind / nature astronomy)

중간 코로나 먼저 봐

이제 태양 코로나의 발견은 느리게 움직이는 태양풍의 기원에 대한 첫 번째 단서를 제공하고 있다. 이는 괴팅겐에 있는 막스 플랑크 태양계 연구 연구소(MPS)의 프래딥 치타(Pradeep Chitta)가 이끄는 연구원들이 처음으로 자외선으로 중간 코로나 전체를 이미지화하고 검사할 수 있었기 때문에 가능했다.

태양 표면 위 약 35만km에서 시작되는 이 층은 우주 탐사선과 태양 관측소가 더 낮거나 더 높은 층만 볼 수 있기 때문에 지금까지 사각지대였다.

US GOES 시스템의 새로운 기상 위성 3개만이 이제 처음으로 평균 태양 코로나를 자세히 관찰할 수 있게 되었다. 그들은 또한 우주의 날씨를 예측하기 위해 태양을 겨냥한 UV 카메라를 탑재하고 있기 때문이다. Chitta와 그의 팀은 이제 특별 측정 캠페인 중에 이러한 기기로 수집한 데이터를 평가했다.

플라즈마 필라멘트로 짜여진 네트워크

이 이미지는 태양 코로나의 중간층에서 복잡하고 역동적인 구조를 처음으로 드러냈다. 필라멘트 모양의 얽힌 플라즈마 구조는 어두운 코로나 구멍이 높은 자기 활동 영역과 경계를 이루는 영역 위의 코로나에서 드러났다. 연구팀은 "우리는 이 코로나 웹(Web)에서 지속적인 상호 작용과 지속적인 리모델링을 관찰했을 뿐만 아니라 고도로 구조화되고 가변적인 느리게 움직이는 태양풍이 정상에서 형성되는 것을 관찰했다"고 밝혔다.

▲ a, 빨간색(파란색) 음영 영역은 외부(내부) 방향 자기장을 나타낸다. 화살표는 눈에 띄는 S-웹 기능을 가리킨다. 수직선을 따라 있는 4개의 다른 기호(서쪽 가장자리에 Carrington 경도를 표시함)는 b 및 c로 레이블이 지정된 S-네트워크 기능을 식별한다. b, 패널 a의 라인 b를 따른 태양 서지 지도. 중첩된 빨간색(파란색) 곡선은 해당 위치에서 외부(내부) 자기 구조를 나타내며 하늘 평면에서 헬멧 스트리머(H-S) 및 의사스트리머(P-S)의 자기 토폴로지를 나타낸다. c, b와 동일한 스타일로 a에서 선 c를 따라 태양 서지 지도. d, HS 및 P-S 기능의 조감도 그림. 닫힌 자기장(검은색 실선), 극성 반전 선(노란색 실선 및 점선 곡선) 및 눈에 띄는 슈도스트리머 아크(빨간색 및 파란색 실선 및 점선 곡선)가 표시. 관찰된 코로나 네트워크는 이러한 토폴로지 구조로 둘러싸여 있다. 회색 태양 표면의 밝고 어두운 음영 영역은 자기 극성을 나타낸다.(출처: 관련논문 Fig 2)

NASA의 태양 관측소 SOHO 및 SDO(Solar Dynamics Observatory)의 데이터와 결합된 이러한 관측은 또한 이 코로나 웹의 플라즈마 필라멘트가 자기장 라인을 따르는 것처럼 보이며 이들이 지속적으로 서로 교차하고 상호 작용한다는 것을 밝혔다.

Chitta와 그의 동료들은 "처음에는 열려 있는 것처럼 보이는 자기 구조가 서로 접근한 다음 닫힌 루프를 형성한다"고 보고했다. 이러한 자기 재연결은 모델이 이전에 보여준 것처럼 에너지를 방출한다.

느린 태양풍 모터 발견?

천문학자들은 느린 태양풍의 중요한 엔진을 발견할 수 있었다. 그들의 관찰은 새로 발견된 코로나 네트워크가 태양풍의 하전 입자를 가속시키는 데 도움이 된다는 것을 암시하기 때문이다. "우리는 자기장의 구조가 느리게 움직이는 태양풍으로 이어지고 태양풍 입자를 우주로 가속시키는 데 중요한 역할을 한다고 가정한다"고 Chitta는 말했다.

평균 태양 코로나에서 코로나 네트워크과 자기(磁氣) 재연결의 발견은 최근에야 처음으로 태양풍의 자기 스위치백을 관찰한 Parker Solar Probe 및 Solar Orbiter 탐사선의 데이터와 일치한다. 코로나 자기장 라인의 이러한 과도 스위치백은 코로나 네트워크의 동적 재구성으로 인해 발생할 수도 있다.

"우리의 결과는 재연결 기반의 느린 태양풍 모델을 지원한다"고 Chitta와 그의 팀은 썼다. 연구원들은 현재 활동 중인 태양 탐사선의 추가 데이터뿐만 아니라 미래 임무에서도 중간 태양 코로나의 프로세스에 대한 자세한 통찰력을 얻기를 희망한다. 계획된 프로브 중 일부에는 중간 코로나를 특별히 대상으로 하는 기기가 내장되어 있어야 하기 때문이다.
(Nature Astronomy, 2022; doi: 10.1038/s41550-022-01834-5)
출처: Nature Astronomy, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung(막스 플랑크 태양계 연구소)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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