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- 지상 태양 망원경은 더 크고 해상도가 높지만 지구 대기의 난류로 인해 이미지 품질이 떨어져
- 태양 가장자리 이미지에도 적용 가능한 적응 광학을 최초로 개발
- 적응 광학은 수소 스펙트럼선에서 태양의 자외선을 특별히 걸러내 특수 센서로 전달
- 기이하고 미세한 구조를 가지며 빠르게 진화하는 플라즈마 현상을 목격
- 코로나 적응 광학은 태양 물리학의 새로운 시대의 시작을 알려
- 향후 수년,수십 년 동안 많은 새로운 발

태양 가장자리의 숨겨진 구조 밝혀져
새로운 적응 광학 기술, 태양 코로나에서 이전에는 볼 수 없었던 플라스마 실과 물방울 발견

환상적인 이미지:
천문학자들은 태양 가장자리에서 이전에는 볼 수 없었던 미세한 구조들을 최초로 시각화했다. 여기에는 개별 물방울과 태양 플라스마 가닥도 포함된다. 새로운 적응 광학 시스템 덕분에 태양 코로나에서 이전에는 알려지지 않았던 현상도 밝혀졌다. 이 시스템을 통해 지상 망원경은 65km 크기의 태양 가장자리 구조를 이전보다 10배 더 높은 해상도로 최초로 관측할 수 있게 되었다. 연구팀은 "Nature Astronomy"에 이를 보고했으며, 이는 태양 코로나의 미스터리를 푸는 데에도 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다. 

▲ 이 스냅샷은 태양 코로나의 플라스마 비를 전에 없던 해상도로 보여준다. © Schmidt et al./NJIT/NSO/AURA/NSF

태양은 지구에서 가장 가까운 별이지만, 여전히 수많은 미스터리를 안고 있다. 예를 들어, 태양 대기인 태양 코로나가 표면보다 수백만 도나 더 뜨거운 이유는 아직 밝혀지지 않았다. 태양 플레어의 원인 또한 부분적으로만 이해되고 있다.

코로나의 세부적인 내용은 여전히 ​​베일에 싸여 있다.

문제:
태양 탐사선의 이미지는 망원경의 한계로 인해 고해상도가 부족한 경우가 많다. 반면, 지상 태양 망원경은 더 크고 해상도가 높지만 지구 대기의 난류로 인해 이미지 품질이 떨어진다. 기존의 적응 광학은 태양 표면의 플라스마 셀과 같은 태양 원반의 구조에 대해서만 이러한 왜곡을 효과적으로 보정할 수 있었다.

▲ 적응 광학으로 분해한 플레어 후 코로나 루프 시스템의 꼬인 플라스모이드. a, 코로나 적응 광학을 사용하여 GST로 촬영한 Hα의 고해상도 이미지. 5,000~30,000K의 플라즈마를 보여준다. 플라스모이드(1.07 R⊙, 81.34°)는 점선 사각형으로 강조 표시되어 있으며, 그림 3에서 확대되어 있다. b, 30.4nm에서 SDO/AIA로 촬영한 맥락 이미지. 50,000K의 플라즈마와 폭발로 인해 손상된 분출 물질을 보여준다. b와 c의 사각형은 a 이미지의 영역. c, 9.4nm에서 SDO/AIA로 촬영한 맥락 이미지. 600만 켈빈에서의 붕괴 위상 플레어 방출을 보여줍니다. d, 19.3nm 파장에서 SDO/AIA로 촬영한 꼬인 플라스모이드의 확대 사진. AIA의 분해능은 1.5초각. 이 이미지는 적응 광학 장치가 없을 때, 양호한 시감(r0 = 9cm)에서 Hα 이미지가 어떻게 보이는지 보여준다. 파면 센서의 시야는 a에 표시되어 있습니다. 이 센서에서 보이는 구조는 장치의 더 넓은 Hα 대역 통과 때문에 약간 다르다. 이미지는 2023년 7월 18일 18시 51분 47초에서 18시 51분 53초 사이에 촬영되었다. 인공 채색이 사용되었으며, a에서 어두운 색상일수록 더 밝은 강도를 나타낸다. (출처: Published: 27 May 2025 / Observations of fine coronal structures with high-order solar adaptive optics / nature astronomy)

"현재 시스템은 태양 코로나 내부의 물체에는 제대로 작동하지 않는다. 결과적으로 코로나 역학의 근본적인 측면이 가려져 있다"고 콜로라도에 있는 미국 국립 태양 관측소의 디르크 슈미트와 그의 동료들은 설명했다. 지금까지 적응 광학은 약 1,000km보다 작은 태양 가장자리의 구조를 분해하지 못했다. 결과적으로 플라스마 루프, 태양 폭발, 또는 코로나 플라스마 비와 같은 중요한 미세 구조가 보이지 않는다.

▲ 태양 망원경의 새로운 적응 광학 시스템. 이동식 거울이 중앙에 있다. © Dirk Schmidt

태양 가장자리를 위한 최초의 적응 광학

이제 상황이 바뀌었다. 슈미트 연구팀은 태양 가장자리 이미지에도 적용 가능한 적응 광학을 최초로 개발했다. 이들은 이미 세계에서 두 번째로 큰 지상 기반 태양 망원경인 캘리포니아의 굿 태양 망원경에서 이 새로운 시스템을 시험했다. 적응 광학은 수소 스펙트럼선에서 태양의 자외선을 특별히 걸러내 특수 센서로 전달한다.

이른바 샤크-하트만 센서는 여러 개의 소형 렌즈를 사용하여 광학적 왜곡을 분석한 다음, 소프트웨어를 사용하여 망원경의 변형 가능한 거울을 제어한다. 357개의 소형 모터는 거울 표면의 곡률과 기울기를 초당 최대 2,200회까지 변경하여 공기의 왜곡된 난류에 맞춰 조정할 수 있다. 빅 베어 태양 관측소(Big Bear Solar Observatory)의 니콜라 고르세(Nicolas Gorceix)는 "적응 광학은 스마트폰의 자동 초점 및 이미지 안정화 기능과 유사하다"고 설명했다. "하지만 손떨림이 아닌 대기로 인한 왜곡을 보정한다."

코로나 플라스마 비(雨)의 "폭포“

천문학자들은 새로운 적응 광학으로 촬영한 최초의 이미지를 공개했으며, 그 이미지는 매우 장관이다. 이 이미지는 태양 코로나에 있는 65km 두께의 미세한 플라스마 비의 실과 물방울을 처음으로 보여준다. 높이 솟은 플라스마 호에서 태양 표면으로 떨어지는 이 플라스마 흐름은 따라서 이전에 추정했던 것보다 훨씬 미세하다. 현재 관측된 일부 실과 물방울의 두께는 새로운 해상도 한계보다 훨씬 낮다. 연구팀은 "이것은 이 실의 지름이 약 10km 이하임을 시사할 수 있다"고 말했다.

▲ a–h, 모든 SDO/AIA 극자외선 대역 통과 이미지는 h에 표시된 GST VIS Hα 데이터에서 보고된 꼬인 플라즈마 구조 바로 위 영역을 확대한 것이다. 대각선 사각형 상자로 표시된 영역. 패널 c에서 화살표로 표시된 것과 같은 플라스모이드 또는 방울 모양의 유사한 특징에 주목하십시오. (출처: Published: 27 May 2025 / Observations of fine coronal structures with high-order solar adaptive optics / nature astronomy)

이 미세한 빛나는 플라스마 "폭포"가 방출된 호에서 태양 표면으로 떨어지는 모습을 영상으로 명확하게 보여준다. 슈미트와 그의 연구팀은 "이러한 코로나 비 관측은 태양 코로나의 근본적인 과정과 코로나 가열의 원동력에 대해 더 많은 것을 알려줄 수 있다"고 설명했다.

새롭고 뒤틀린 플라즈마 구조 발견

더욱 흥미로운 것은 적응 광학을 통해 이전에 알려지지 않았던 구조가 발견되었다는 것이다. 천문학자들은 "우리는 기이하고 미세한 구조를 가지며 빠르게 진화하는 플라즈마 현상을 목격하고 놀랐다"고 보고했다. 미량의 방사선 폭발 이후, 태양 표면 위로 뻗어 있는 플라즈마 고리 중 하나에서 얇은 플라즈마 흐름이 형성되었다. 이 흐름은 태양으로 떨어지면서 곡선 운동을 했다.

"이 플라즈마 흐름의 뒤틀린 형태는 명확하게 보이며 배경 플라즈마 비의 구조와 구별된다"고 연구팀은 기술했다. 이처럼 미세한 플라즈마 흐름의 뒤틀린 움직임은 태양에서 이전에는 관찰된 적이 없다. "이 이미지들은 지금까지 촬영된 것 중 가장 상세할 뿐만 아니라 이전에는 관찰되지 않았던 현상을 보여준다"고 빅 베어 태양 관측소의 공동 저자인 바실 유르치신(Vasyl Yurchshyn)은 말했다. "이것들이 무엇인지는 아직 불분명하다.“

▲ 비정상적으로 휘어지고 뒤틀린 태양 플라스마 필라멘트의 스냅샷. © Schmidt et al./NJIT/NSO/AURA/NSF

"태양 연구의 새로운 시대"

천문학자들에 따르면, 이 첫 번째 시험 이미지는 이미 새로운 적응 광학의 잠재력을 보여주고 있다. 슈미트(Schmidt)는 "이 기술적 진보는 판도를 바꿀 것이다"고 말하며, "10배 향상된 해상도로 우리는 많은 새로운 것을 발견할 수 있다"고 덧붙였다. 동시에 이 방법은 다른 망원경에도 사용할 수 있을 만큼 간단하고 저렴하다. 연구팀은 이미 세계 최대 규모의 태양 망원경인 하와이 이노우에 태양 망원경에 적응 광학을 설치하는 작업을 진행 중이다.

빅 베어 태양 관측소의 선임 저자인 필립 굿(Philip Goode)은 "이 혁신적인 기술은 지구 기반 태양 천문학을 혁신할 수 있다"고 말했다. "코로나 적응 광학은 태양 물리학의 새로운 시대의 시작을 알리며 향후 수년, 수십 년 동안 많은 새로운 발견을 약속한다."
(Nature Astronomy, 2025; doi: 10.1038/s41550-025-02564-0)
출처: 미국 국립 태양 관측소, Nature Astronomy

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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