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- NASA 탐사선 파커(Parker) 태양 탐사선은 1300만km까지 태양에 접근
- 탐사선이 일식 동안 볼 수 있는 태양 코로나의 연장선 중 하나인 이른바 슈도스트리머(pseudostreamer)를 통과했다고 여겨
- 코로나 깊숙이 파고들어 태양에서 이전에 거의 탐색되지 않은 부분 고유한 데이터 수집

태양 코로나를 통과한 첫 비행
Parker Solar Probe는 태양 대기의 경계를 넘는 최초의 우주 탐사선이다.

태양 연구의 이정표:
처음으로 우주 탐사선이 태양 코로나의 경계, 즉 태양의 상층 대기를 비행했다.
NASA 탐사선 파커(Parker) 태양 탐사선은 1300만km까지 태양에 접근해 처음으로 코로나 경계의 정확한 위치와 모양을 파악할 수 있었다. 이 데이터는 최근에 발견된 태양풍의 "스위치백(switchback)"이 어디에서 발생했는지에 대한 초기 단서를 제공할 수 있다. 

▲ NASA 우주 탐사선 파커 솔라 탐사선이 처음으로 태양 코로나 경계를 통과했다. © NASA / GSFC

수백만 도의 고온, 고에너지 복사로 가득 차 있고 극도로 가속된 입자 흐름의 시작점인 태양의 외부 대기, 코로나는 불가사의할 정도로 극한의 환경이다.
열을 어디서 얻는지, 어떻게 구조화되고 어떤 과정이 일어나는지 부분적으로만 밝혀졌기 때문이다. 2018년에 발사된 NASA의 Parker Solar Probe 우주 탐사선은 해답을 제공할 것이며, 이전에는 어떤 기구도 이렇게 가까이 다가간 적이 없었다.

▲ 2018년에 발사된 NASA의 Parker Solar Probe 우주 탐사선

태양 대기의 경계

태양 탐사선이 최근 이정표에 도달했다.
최초의 우주 탐사선으로서 태양 코로나의 경계에 도달해 통과했다.
NASA 과학국의 Thomas Zurbuchen은 "이것은 태양열 연구에 있어 기념비적인 순간이자 정말 놀라운 성과다"고 말했다. 처음으로 프로브의 측정 기기는 코로나 내부의 전형적인 환경 데이터를 기록했다.

▲ Parker 프로브의 카메라 이미지는 태양 코로나의 일반적인 입자 흐름을 보여준다. © NASA / Johns Hopkins APL / Naval Research Laboratory

태양 코로나의 경계는, 태양의 자기장이 태양 코로나에서 방출되는 고에너지 입자 흐름을 더 유지할 만큼 충분히 강하지 않은 지점으로 정의된다. 이 코로나 경계는 태양풍이 소위 Alfvén-속도를 초과한다는 사실을 특징으로 한다. 즉, 에너지와 그에 따른 입자의 속도는 태양 자기장의 결합 에너지를 초과한다.

코로나 내부의 데이터

지금까지 태양 연구자들은 이 Alfvén-표면과 태양 코로나의 외부 경계가 정확히 어디에 있는지 추정할 수 있었다. 이에 따르면 태양 표면에서 약 10~20 태양 반경 떨어져 있어야 한다. 그러나 그들의 거리는 또한 태양이 현재 11년 주기의 활동 주기에 있는 위치에 따라 변동한다. 따라서 Parker Solar Probe는 태양을 도는 동안 이 잠재적인 경계 지역을 계속 관통해야 한다.

2021년 4월 28일, 프로브 데이터의 평가가 이제 보여주듯, Parker Solar Probe는 태양 표면에서 약 1300만 킬로미터 떨어진 18.8 태양 반경에서 코로나 경계에 도달했다. Johns Hopkins Applied Physics Laboratory의 Nour Raouafi는 "우리는 자기장, 태양풍 및 카메라 이미지의 광학 데이터에 대한 측정 데이터에서 이에 대한 증거를 본다"고 말했다. "우리는 우주 탐사선이 개기일식 동안에만 볼 수 있는 코로나 구조를 통해 어떻게 날아가는지 직접 볼 수 있다."

통과와 담금

측정 데이터에서도 우주 탐사선이 코로나 경계를 여러 번 통과한 것으로 나타났다.
탐사선은 5시간 동안 한 번, 총 세 번 코로나 내부에 몸을 담갔다. 이 변화는 코로나의 Alvén 표면이 균일하고 매끄럽지 않고 국부적인 봉우리와 골이 있음을 확인시켜준다. 이것은 또한 Parker Solar Probe가 궤도의 가장 낮은 지점에서 코로나에 진입하지 않았지만, 훨씬 더 일찍 진입했다는 사실에 의해 뒷받침된다.

따라서 미시간 대학의 Justin Kasper가 이끄는 평가팀은 탐사선이 일식 동안 볼 수 있는 태양 코로나의 연장선 중 하나인 이른바 슈도스트리머(pseudostreamer)를 통과했다고 가정한다. 연구원들에 따르면 태양 대기에서 이러한 방사상 돌기는 파커 태양 탐사선(Parker Solar Probe)에 의해 측정된 바와 같이 제한된 공간에서 자기장의 강한 변화다.

"우리는 조만간 우주 탐사선이 코로나를 잠시나마 통과할 것으로 예상했다"고 Kasper는 설명한다. "하지만 우리가 이미 이 지점에 도달했다는 것은 매우 흥미로운 일이다.“

코로나를 통과하는 추가 비행이 이어진다.

연구원들은 Parker Solar Probe가 2021년 11월 현재 비행 중에 태양 코로나를 통해 다시 날아갔다고 여긴다. 그러나 우주 탐사선은 태양으로부터 멀어져야만 데이터를 지구로 보낼 수 있고 주 안테나를 안전하게 확장할 수 있어서 이 데이터는 12월 말이 되어야 수신된다.

따라서 과학자들은 이 비행과 다른 비행이 어떤 결과를 가져올지 기대하고 있다.
Kasper는 "모든 종류의 물리적 프로세스가 시작되는 정말 중요한 영역이다. 이제 우리가 이 지역에 도달해 이러한 과정과 현상의 일부를 관찰할 수 있다는 것이 더욱 흥미진진하다.”

데이터가 답할 수 있는 질문 중 하나는 "스위치백"이 발생하는 방법과 위치다.
즉, 태양풍에서 입자 흐름의 갑작스럽고 짧은 U턴이다. 이 현상은 Parker Solar Probe의 측정 데이터를 기반으로 2019년에야 발견되었다. 2022년 1월에 가장 가까이 접근할 때 Parker Solar Probe는 태양 표면에서 8.8 태양 반경 거리에 있을 것이다. 그런 다음 코로나 깊숙이 파고들어 우리 별에서 이전에 거의 탐색되지 않은 부분에서 고유한 데이터를 수집해야 한다.
(Physical Review Letters, 2021; doi: 10.1103 / PhysRevLett.127.255101)
출처: NASA, 미국 물리학회(APS)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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