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  • 태양 속으로 날다…NASA 파커 탐사선 세번째 플라이바이 성공

    태양 속으로 날다…NASA 파커 탐사선 세번째 플라이바이 성공

    미 항공우주국(NASA)의 태양 탐사선 ‘파커 솔라 프로브’(Parker Solar Probe)가 세 번째 태양 근접 플라이바이(flyby)를 성공적으로 마무리한 후 태양으로부터 멀어져가고 있는 것으로 알려졌다. NASA 관계자는 파커 탐사선이 지난 1일(현지시간), 세 번째 근일점 비행을 완료했으며, 태양에 가장 가까이 접근한 거리는 2400만㎞ 이내였다고 밝혔다. 이는 1976년 헬리오스 2호가 세운 4320만㎞ 기록을 넘어서는 것이며, 수성의 근일점 거리 4600만㎞에 비해 반 남짓한 거리이다. 그처럼 태양에 근접한 거리를 통과했지만 파커 탐사선의 상태는 양호하다고 관계자는 밝혔다. 세 번째 근일점 통과시 탐사선의 속도는 시속 34만 3100㎞, 초속으로는 95㎞를 찍었는데, 이는 2초 만에 서울-대전 간을 주파하는 속도이다. 예상대로 파커 탐사선이 태양 근일점 통과를 전후한 며칠 동안 지구와의 교신은 단절된다. 이는 파커 탐사선이 송신기를 지구 쪽으로 향하게 하는 것보다 열차폐 시스템(Thermal Protection System)이라 불리는 열 방패를 태양 쪽으로 유지하는 것을 우선적으로 하기 위함이다.메릴랜드 주 로렐에 있는 존스홉킨스 응용물리연구소 관계자는 근일점 통과 직후 "우주선으로부터 녹색 ‘A’ 신호를 받았는데, 이는 모든 시스템이 설계된 대로 제 성능을 발휘하고 상태도 양호함을 의미한다”고 밝혔다. 총 15억 달러가 투입된 파커 탐사선은 태양 코로나와 태양풍에 얽힌 수수께끼들을 풀기 위해 지난해 8월 발사되었다. NASA의 계획에 따르면, 7년 동안 총 24차례의 태양 근접 플라이바이를 실시하며, 플라이바이 횟수가 진행될수록 태양에 점점 더 근접하여 2025년 최종적으로는 태양에 616만㎞까지 시속 69만㎞로 접근하게 된다. 이는 지구-태양 간 거리 약 1억 5000만㎞의 4%에 해당할 만큼 가까운 거리다. 파커 탐사선에는 4개의 관측장비가 탑재되어 있는데, 이들 장비는 태양의 내부 활동과 태양풍의 고속 원인, 그리고 최종적으로는 태양 표면 온도보다 수백 배나 높은 태양 코로나의 비정상적인 고온 미스터리를 풀기 위해 최대한의 데이터를 수집한다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 
  • [김초엽 작가의 과학을 펼치다] 구름 위 일기예보…우주를 살아가는 우리 이야기

    [김초엽 작가의 과학을 펼치다] 구름 위 일기예보…우주를 살아가는 우리 이야기

    매일 집을 나서기 전 일기예보를 확인한다. 소나기가 내릴 예정이면 미리 창문을 닫고 폭염주의보에는 물과 모자를 챙겨야 한다. 날씨가 우리의 일상에 큰 영향을 미치기 때문에 우리가 나누는 첫 인사도 늘 날씨가 소재다. 그런데 ‘우주날씨 이야기’는 날씨의 영역을 구름 위쪽, 지구 주변과 태양까지 과감하게 확장한다. 이 땅 위에 발 딛고 살아가는 우리가 왜 저 먼 우주의 날씨를 알아야 할까. 한국에서 우주환경을 연구해 온 황정아 박사는 우주날씨를 바로 우리의 일상으로 여길 수 있도록 흥미로운 이야기를 들려준다. 우주날씨의 시작은 태양이다. 태양은 지구의 33만배에 달하는 질량을 가진 뜨거운 가스 덩어리로 지구에 늘 크고 작은 영향을 미친다. 이 태양의 변화로 생겨나는 현상이 바로 우주환경이자 우주날씨다. 태양에서 거대한 플레어 폭발이 일어나면 지구도 큰 피해를 입고, 태양으로부터 끊임없이 흘러오는 태양풍은 지구의 자기권을 변화시켜 전력시설들을 고장 낸다. 태양은 지구 모든 생명의 원천이지만 동시에 지구를 위협하는 거대한 별이기도 하다. 다행히 지구는 태양으로부터 자신을 지키는 방어벽을 가지고 있다. 이 지구 자기장이 태양에서 오는 태양풍, 고에너지 입자, 우주로부터 오는 우주선을 막아 주지 않는다면 지구의 생물들은 모두 멸종하고 말 것이다. 지구 자기권은 여러 구역을 가지고 있는데, 저자의 연구 주제이기도 한 밴앨런대는 특히 흥미로우면서도 중요하다. 밴앨런대는 고에너지 양성자와 전자들로 구성되기 때문에 지구에 영향을 미치는 우주날씨와 가장 관련이 깊다. 한국의 연구 현장을 들여다보는 것은 ‘우주날씨 이야기’를 읽는 또 다른 즐거움이다. 밴앨런대를 관측하는 밴앨런 프루브 위성의 지상국은 세계에 딱 두 군데 있는데 그중 하나가 한국천문연구원이다. 우주날씨를 분석하는 한국천문연구원 우주환경감시실의 회의 풍경은 다급하고 생생하다. 저자는 인공위성 제작 과정에 대해서도 상세하게 이야기해 주는데, 설계 과정부터 험난한 우주환경을 고려해 만들어지는 인공위성은 발사 순간에도, 우주에 홀로 떠 있을 때도 우주날씨의 영향을 받는다. 우주날씨는 지구의 모든 곳에 영향을 미친다. 우주방사선과 우주쓰레기로 인한 피해는 한 국가만의 문제가 아니기에, 지구 곳곳의 사람들이 협력해서 우주날씨를 연구한다. 우리는 지구에 살고 있지만 동시에 우주에 살고 있기도 하다. 우주날씨를 생각하는 일은 우리의 시야를 이곳 땅 위에서 저 위의 태양, 그리고 태양 너머의 우주까지 밀어 넓힌다.
  • [아하! 우주] 파커 태양탐사선, 500년 묵은 태양 미스터리 해결하나?

    [아하! 우주] 파커 태양탐사선, 500년 묵은 태양 미스터리 해결하나?

    미 항공우주국(NASA)의 태양탐사선 '파커 솔라 프로브'(Parker Solar Probe)가 태양의 500년 묵은 미스터리를 마침내 해결할 것으로 전망되고 있다. 미스터리는 태양의 표면온도가 6000도인데, 태양 대기의 온도는 그 몇백 배가 되는 수백만 도에 이른다는 사실이다. 모닥불의 바로 옆보다 멀리 떨어진 곳의 온도는 그보다 훨씬 낮은 것이 정상이다. 그런데 태양에서는 이와는 반대되는 현상이 나타나고 있는 것이다. 그 이유는 과연 뭘까? 과학자들이 오랜 연구에도 불구하고 아직까지 그 명확한 이유를 밝혀내지 못하고 있는 실정이다. ​이에 대한 하나의 가설은 태양 외기의 엄청난 초고온은 태양 표면과 대기 사이를 오가며 움직이는 작은 자기장에 의한 것이라는 이론이다. 그밖에, 태양 대기 속에서 일어나는 초당 수백 번의 나노플레어(nanoflares)라 불리는 작은 폭발들이 코로나 속의 플라스마를 가열시켜 태양 표면보다 훨씬 높은 고온을 만들어낸다는 이론도 있다. 물론 증명된 이론들은 아니다. 어쨌든 태양 대기의 초고온을 설명하는 해답을 찾는 것이 파커 탐사선의 중요한 미션 중 하나이다. 현재 파커 탐사선은 세 번째의 근일점 통과를 눈앞에 두고 있다. 논문의 대표저자이자 파커에 탑재된 태양풍 관측장비 SWEAP의 책임 연구원인 캐스퍼 교수는 “2년 후면 파커 탐사선이 마침내 그 미스터리의 답을 알려줄 것”이라고 기대한다. 지금까지 이 초고온 현상에 대해 과학자들이 알고 있는 것은 기묘한 과정에 관한 것뿐이다. 어떤 화학원소들는 서로 다른 온도에서 가열되며, 일부 중원소의 대전된 이온은 태양 중심보다 더 뜨겁다. 이러한 모든 가열은 태양 표면 위에 있는 코로나(corona)라고 불리는 태양 대기를 만든다. 달이 태양을 완전히 가기는 개기일식 때 밝게 빛나는 코로나가 뚜렷이 관측된다. 또한 초고온 영역에 숨어 있는 현상은 자기장 내의 플라스마 같은 전기 전도성 유체에서 작은 자기파인 알펜파(Alfvén waves) 현상이다. 이 초고온 구역의 가장자리에서 태양풍(태양으로부터 방출되는 하전된 입자의 흐름)이 알펜파를 피할 만큼 충분히 빠르게 움직인다. 그러나 그 아래에서는 태양풍 입자들이 모든 방향에서 두드려대는 알펜파로 인해 핑퐁 운동을 하면서 가속된다. 과학자들이 정말로 알고 싶은 것은 초고온 코로나가 태양 표면으로부터 얼마나 멀리까지 뻗쳐 있는가 하는 점이다. 파커 탐사선은 아직 충분히 태양에 근접해 있지는 않지만, 1994년에 발사된 NASA의 WIND 우주선은 수십 년간의 태양풍 관측을 통해 이를 조사했다. 특히 과학자들은 태양의 주성분인 헬륨 관측에 집중했다. 태양 위의 다른 고도에서 헬륨의 온도를 추적한 결과, 헬륨의 온도 상승률은 태양풍의 이온들이 서로 충돌함에 따라 감소한다는 사실과 함께, 초고온 구역이 태양 표면 위 10~50 태양 반경에서 끝나는 것을 발견했다.그러나 더 자세한 분석은 코로나의 바깥쪽 가장자리가 태양풍 입자가 태양을 빠져나가는 경계인 알펜 포인터와 연결되었을 것으로 나타났다. 이전 연구에 따르면 알펜 포인트는 태양 활동이 증감에 따라 상승하거나 하강할 수 있다. 따라서 캐스퍼와 공동저자들은 WIND의 데이터를 해마다 검사했다. 그들은 초고온 지역과 알펜 포인터의 바깥 경계가 완전히 독립적인 연산에 따르는 것임에도 불구하고 완전히 예측 가능한 방식으로 밀접하게 연동한다는 놀라운 사실을 발견했다고 캐스퍼 교수가 밝혔다. 파커 탐사선이 태양에 더 가까이 다가갈 때 이 두 라인은 계속 움직일 것이므로 연구원은 우주선이 경계선과 교차할 시각도 계산한다. 탐사선이 이 핵심적인 지역의 데이터를 전송해줄 그 시간은 2021년이 될 것이다. 과학자들에게 우리 태양을 완전히 새로운 시각으로 볼 수 있게 할 역사적인 사건이 우리를 기다리고 있다. 파커 탐사선은 오는 9월 1일 세번째 근일점 통과를 예정하고 있으며, 금성의 중력을 이용한 플라이바이를 통해 태양에 더욱 근접하는 궤도를 만든다. 7년 동안의 미션 기간에 파커는 모두 24차례 근일점 통과를 수행함으로써 태양의 표면에 더욱 가까이 접근할 것이며, 또한 태양의 비밀에 보다 다가서게 될 것으로 예측된다. 이 연구논문은 6월 4일(현지시간) ‘아스트로피지컬 저널 레터’에 발표되었다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 
  • [우주를 보다] 유성우와 혜성 그리고 북두칠성이 담긴 환상적인 밤하늘

    [우주를 보다] 유성우와 혜성 그리고 북두칠성이 담긴 환상적인 밤하늘

    부채살처럼 퍼지는 유성우와 그 가운데 찍혀 있는 혜성, 그리고 단아한 북두칠성이 한 하늘에 모여 빚어낸 환상적인 밤하늘 풍경이 미 항공우주국(NASA)의 ‘오늘의 천문사진(APOD)’ 23일 자(현지시간)에 게재되어 우주 마니아들을 황홀하게 하고 있다. 유성우는 혜성이 흘리고 간 먼지 알갱이들이 무리지어 있는 속을, 태양을 공전하는 지구가 지나갈 때 지구 대기권으로 끌려들어 불타는 별똥별 무리를 말한다. 크기는 먼지보다 좀 크거나 왕모래알만 하며, 주로 먼지와 얼음 덩어리로 이루어져 있다. 기다란 타원 궤도를 그리며 태양을 공전하는 혜성이 태양에 가까워지면 얼음과 먼지 등이 태양열로 녹기 시작하고, 방출된 가스와 먼지들이 태양의 복사압력과 태양풍에 의해 태양 반대방향으로 밀려나면서 혜성의 꼬리를 만든다. 그래서 혜성이 지나는 궤도에는 보통 혜성으로부터 유출된 많은 물질이 남게 된다. 이 길이 지구 공전궤도와 맞닿는 곳에서 유성우 현상이 발생하는 것이다. 지구 하늘에서 보이는 유성의 궤적은 나란하지만, 기찻길 같은 원근감의 효과로 위 사진에서 보듯 한 점에서 방사되는 것처럼 보인다. 그 한 점을 유성우 복사점이라 하고, 복사점이 있는 별자리를 따서 유성우 이름이 지어졌다. 지구에서 볼 수 있는 유성우는 모혜성의 종류에 따라 1년에 총 8개 가량이 있다. 즉, 1월에 사분의자리 유성우, 4월에 거문고자리 유성우, 5월에 물병자리-에타 유성우, 7월에 물병자리-델타-남족 유성우, 8월에 페르세우스자리 유성우, 10월에 오리온자리 유성우, 11월에 사자자리 유성우, 12월에 쌍둥이자리 유성우 등이다. 위의 사진은 지난 1월 스페인의 카나리아 제도에 딸린 라 팔마섬에서 아프리카 북서쪽 해안을 바라보며 사분의자리 유성우(지금의 용자리)를 담은 장면이다. 유성우의 복사점은 북두칠성 손잡이 아래에 자리한다. 그 부근에 있는 녹색 빛줄기는 오랜만에 찾아온 밝은 혜성 비르탄넨이다. 위 사진에서 북두칠성의 국자 부분 두 끝 별을 잇는 선분을 5배쯤 연장한 곳에 밝은 별 하나가 반짝이고 있다. 바로 북극성이다. 지구의 자전축이 향하고 있는 천구의 북극에 자리한 별로, 저 별을 올려본 각이 바로 그 지점의 위도를 가리킨다. 라 팔마는 북위 28도 부근의 섬이라 북위 38도 부근인 서울에서 보는 각도보다 많이 낮음을 확인할 수 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 
  • [아하! 우주] 태양에는 플라스마가 비처럼 내린다…지구 수십 배 규모

    [아하! 우주] 태양에는 플라스마가 비처럼 내린다…지구 수십 배 규모

    우주전문 사이트 스페이스닷컴이 ‘금주의 놀라운 우주사진’으로 선정한 태양의 플라스마 사진이 우주 마니아들의 관심을 끌고 있다. 지구 수십 배 규모의 거대한 태양 자기장 고리를 타고 용솟음치는 플라스마가 마치 비처럼 태양 표면으로 쏟아지는 광경은 천체 사진 중 가장 압도적인 장면으로 선정되기에 모자람이 없다. 자기장 고리를 타고 플라스마가 팽창할 때 태양 외층에서 만들어지는 플라스마 비는 열원에서 멀어지면 냉각되어 중력에 의해 다시 태양 표면 쪽으로 내려간다. 이러한 플라스마의 움직임이 태양 대기인 코로나에서 만들어내는 크고 밝은 불기둥을 태양홍염(太陽紅焰) 또는 프로미넌스(prominence)라고 한다. 코로나가 플라스마라는 극도로 뜨거운 이온 가스로 구성되어 있는 반면, 태양홍염은 채층의 구성과 비슷한 상대적으로 훨씬 차가운 플라스마로 이루어져 있다. 태양홍염은 하루 정도에 구성되며, 코로나 내부에서 몇 주간 지속된다. 천문학자들은 이 ‘플라스마 비’가 태양 표면보다 태양 코로나가 수백 배나 더 뜨거운 이유를 알려줄지도 모른다는 생각을 하고 있다. 미 항공우주국(NASA)의 설명에 따르면, 최근 관측에서 이전에는 간과되었던 작은 자기장 고리에서 내리는 코로나 비가 발견되었다. 이 비는 태양의 외부 대기(코로나)에서 태양 표면으로 떨어지는 뜨거운 플라스마 방울로 구성된 것이다. NASA의 태양활동관측위성인 SDO(Solar Dynamics Observatory)에 장착된 고해상도 망원경을 사용하여 수집된 이 새로운 데이터는 코로나 비가 지구상의 비와 비슷한 움직임을 보여주는 것으로 나타났다. 물론 지구상의 비와는 달리 태양의 플라스마 비는 온도가 수백만 도에 달한다. 또한 하전된 가스인 플라스마는 지구상에 물처럼 한곳에 모이지 않는다. 그 대신 플라스마는 태양 표면으로부터 분출되는 자기장 선이나 고리를 따라 움직인다. 또한 연구진은 자기장 고리가 태양 표면에서 분출되는 부분에 플라스마가 과열되어 섭씨 100만 도를 넘는다는 사실을 발견했다. 이 극고온의 플라스마는 고리를 확장하고 고리의 최고점에 모인다. 그리고 냉각과 응축 과정을 거친 후 중력에 의해 코로나 비가 되어 태양 표면으로 떨어지는 것이다. 연구원들은 태양 표면으로부터 수백만 마일 규모로 뻗은 거대한 고리형 플라스마(helmet streamers로 불린다)에서 코로나 비의 흔적을 이전부터 찾고 있었다. 연구자들은 헬멧 스트리머가 플라스마와 입자의 흐름인 느린 태양풍의 근원 중 하나일 것으로 여겨 집중적인 관측과 연구를 해왔다. “이 고리들은 우리가 찾고 있던 것보다 훨씬 작았다”라고 밝힌 새 연구의 공동저자 스피로 안티오코스 NASA 고다드 우주비행센터의 물리학자는 “코로나의 가열은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 좁게 국지화되어 있다”라고 덧붙였다. 따라서 ‘천체물리학저널 레터스’ 4월 5일자에 발표된 새 연구결과는 코로나의 가열 과정뿐 아니라 느린 태양풍의 원인을 밝히는 데 한 줄기 빛을 던져주고 있다. “루프에 코로나 비가 있는 경우, 그 바닥에서 10% 이하가 코로나 가열이 일어나는 부분”이라고 공동저자이자 미국 가톨릭 대학의 대학원생 에밀리 메이슨이 성명서를 통해 밝혔다.연구진은 높이 약 4만8000km의 플라스마 고리에서 내리는 코로나 비를 발견했다.이는 연구진이 찾던 헬멧 스트리머 높이의 2%에 불과한 것이었다. 메이슨은 “우리는 여전히 코로나가 가열되는 메커니즘을 정확히 알지 못하지만, 가열과정이 이 층에서 발생한다는 것만은 확신하고 있다”고 말했다. 새 연구결과는 또한 작은 자기장 고리와 느린 태양풍 사이의 가능한 상관관계를 확인하는 전과를 올렸다. 연구진이 생각해온 바와 같이 닫힌 자기장 고리뿐 아니라 열린 자기장 선에서도 코로나 비가 발생할 수 있다는 견론을 얻었다. 열린 자기장 선의 한쪽 끝은 공간으로 뻗어나가 플라스마가 태양풍 속으로 빠져나갈 수 있다는 것이다. 연구진은 NASA의 파커 태양탐사선을 이용해 더 작은 자기장 고리 구조를 연구할 계획이다. 파커 탐사선은 2018년에 발사되어 이전의 어떤 우주선보다 태양에 가까이 접근하고 있는 중으로, 지난 4월 4일 두 번째로 근일점을 통과했다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 
  • [아하! 우주] 돌격! 태양 앞으로…美 탐사선, 두번째 근일점 통과 성공

    [아하! 우주] 돌격! 태양 앞으로…美 탐사선, 두번째 근일점 통과 성공

    미 항공우주국(NASA)의 태양탐사선 파커 솔라 프로브가 지난 4일(이하 미국동부표준시) 두번째 근일점 통과를 마쳐 또 다시 새로운 기록을 세웠다. 지난해 11월 5일 첫번째 근일점 통과 후 딱 5개월 만에 이루어진 이번 근일점 통과는 4일 오후 6시 40분에 이루어졌으며, 태양 표면에 약 2400만㎞까지 접근한 것으로, 첫번째 근일점 통과 때와 거의 같은 고도이다. 이 두 기록은 1976년 헬리오스 2호가 세운 종전 최고 기록(4300만㎞)을 깨뜨린 것으로, 미션이 진행되면서 계속 기록 갱신을 거듭하여 마침내 태양 표면으로부터 600만㎞ 거리까지 접근하게 된다. 파커 탐사선의 비행속도 역시 이 같은 지속적인 기록 갱신을 이룩하게 되는데, 두 차례의 근일점 통과 속도는 초속 95㎞를 찍어 가장 빠른 우주선 속도기록도 아울러 세웠다. 앞으로 점차 속도를 높여가 2025년 후반에 잡힌 마지막 플라이바이에서 파커는 초속 190㎞까지 찍게 된다. 이는 서울에서 대전까지를 단 1초에 주파하는 속도다. 파커 탐사선이 근일점을 통과하는 기간에는 며칠 간 지구와의 통신이 불가능하기 때문에 담당 과학자와 엔지니어들에게는 불안한 시기이기도 하다. 태양 대기인 코로나의 엄청난 열기 속을 통과하는만큼 안테나 등 통신장비를 두터운 열차폐막 뒤에 안전하게 감추어야 하기 때문이다.통신이 재개되는 것은 우주선이 다시 태양으로부터 안전 거리 밖으로 멀어졌을 때이며, 근일점 통과 시 수집된 데이터들은 이때부터 목빠지게 기다리고 있는 과학자들에게 전송되기 시작한다. 연구자들은 이 데이터로 수백만 도나 되는 코로나의 미스터리를 풀 수 있기를 기대하고 있다. 이 코로나의 높은 온도는 태양 표면 온도에 비해 무려 수백 배는 되는 엄청난 것으로, 과학자들의 머리를 싸메게 하고 있다. 코로나는 태양풍의 원천으로 태양과 태양계를 쉼없이 가로지르는 하전된 입자의 흐름이다. 지구 주위의 궤도에서 태양풍이 강해지면 통신이나 항행위성에 장애를 줄 수 있기 때문에 과학자들은 파커 탐사선 데이터로 태양풍의 근원과 작용에 대해 더 잘 이해할 수 있기를 희망하고 있다. 파커 탐사선은 9월 1일 세번째 근일점 통과를 예정하고 있으며, 금성의 중력을 이용한 플라이바이를 통해 태양에 더욱 근접하는 궤도를 만든다. 7년 동안의 미션 기간에 파커는 모두 24차례 근일점 통과를 수행함으로써 태양의 표면에 더욱 가까이 접근할 것이며, 또한 태양의 비밀에 보다 다가서게 될 것으로 예측된다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com  
  • [알쏭달쏭+] 북극과 남극의 오로라는 왜 모양과 색이 다를까?

    [알쏭달쏭+] 북극과 남극의 오로라는 왜 모양과 색이 다를까?

    지구의 극지방에서 볼 수 있는 오로라는 초록이나 붉은빛의 띠가 하늘에 펼쳐지는 환상적인 우주쇼로, 오래전부터 많은 사람을 매료해 왔다. 이런 천문 현상은 북극권과 남극권에서 비슷한 발광 패턴을 갖지만 관측되는 빛에는 차이가 있어 연구자들은 ‘북극과 남극의 오로라는 왜 모양과 색이 다를까?’라는 의문을 갖고 수수께끼를 풀기 위해 조사하고 있다.지구에는 이른바 지자기로 불리는 자기장이 존재해 자석의 N극은 S극에 해당하는 북극을 가리킨다. 반대로 자석의 S극은 N극에 해당하는 남극을 향하는 것이다. 특히 지자기에서 발생하는 자력선은 남극권에서 북극권으로 지구의 대기를 뚫고 호를 그리며 존재한다. 지구의 자기장이 작용하는 범위를 지구 자기권이라고 하는데 일반적으로 지구 중심에서 지구 반지름의 10배 정도(고도 약 6만 ㎞)다. 이런 지구 자기권에는 태양에서 뿜어져 나오는 태양풍의 플라스마가 맞닿아 떨어지는 데 플라스마는 자기권을 쉽게 통과하지 못하고 자력선을 따라 이동한다. 플라스마는 자력선이 대기와 교차하는 극지방을 향해 가속하면서 나아가며 자력선을 따라가 마침내 지구의 대기에 부딪힌다. 그러면 플라스마가 대기의 원자와 분자에 충돌해 환상적인 빛의 띠를 생성한다. 바로 이것이 오로라의 원리로 여겨진다. 지구 자기권과 태양풍 플라스마의 관계를 나타낸 그림은 아래와 같다. 붉은 선은 지구 자력선이며 이 자력선을 따라 플라스마가 하강해 북극이나 남극 근처에서 대기와 충돌한다. 지구의 자력선은 외부에서 힘이 있어야 대조적인 모양을 갖지만 실제로는 태양이 지닌 강력한 자기장에 의해 자력선이 뒤틀리므로 태양 측(지구의 낮 쪽)이 짓눌린 타원 모양으로 태양과 반대 측(지구의 밤 쪽)이 오래 지연되고 있다.오로라는 똑같은 자력선을 따라 하강한 플라스마가 남북에서 동시에 대기와 충돌하므로 북극권과 남극권에서 비슷한 색과 모양으로 나타나야 한다. 이렇게 같은 자력선으로 연결돼 있는 남북의 지점을 켤레점이라고 부르지만 켤레점이어도 어떤 이유에 의해 완전히 똑같은 모양의 오로라를 관측할 수는 없다.연구자들은 남북의 오로라가 일치하지 않는 이유에 대해 지구 자기권에 있어서의 자기 재결합이 원인이 아닐까 생각하고 있었다. 지구 자기권의 자기 재결합은 변동하는 태양풍이 지구의 밤 쪽에 해당하는 자력선의 꼬리를 흔들어 지연시켜 자력선을 원래의 켤레점보다 지구에 가까운 곳에서 재결합시키는 것이다. 자기 재결합에 의해 자기권 꼬리에 쌓인 플라스마가 단번에 지구 측에 방출됨으로써 남북으로 비대칭한 위치에 색상과 모양도 다른 오로라가 만들어지는 모델이 기존의 것이었다. 그런데 노르웨이 베르겐대 연구팀은 이 자기 재결합에 의한 오로라의 변동 모델이 잘못된 것임을 발견했다.‘지구물리학 연구 저널: 우주 물리학’(Journal of Geophysical Research: Space Physics) 최근호에 실린 연구논문에 따르면, 연구팀은 2001년부터 2005년까지 북반구와 남반구에서 동시에 관측된 오로라에 대해 우주에서 촬영한 사진을 분석했다. 이 관측 결과를 지구 자기권의 꼬리 부분에서 발생한 활동에 비춰보면 자기 재결합에 의해 오로라의 상태가 남북으로 변화하는 것이 아니라 오히려 자기 재결합의 발생과 함께 오로라의 대칭성이 더 커지는 것을 알 수 있었다고 한다. 연구를 이끈 니콜라이 외스트고르 베르겐대 교수는 “지구 자기권에서 자기 재결합은 사람들이 생각하고 있던 것과 반대의 효과를 가져온다”고 말했다. 그 대신 연구팀은 태양의 자기장이 지구 자기장을 남북에서 불균일하게 압박하고 남북에서 자력선의 왜곡이 발생함으로써 남북에서 오로라의 색상과 모양, 발생하는 위치가 변화하는 것을 발견했다. 자기 재결합은 이 왜곡(비대칭성)을 감소하는 효과를 가지고 있었다. 이에 대해 이번 연구에 참여하지는 않았지만 연구논문을 살핀 영국 임페리얼칼리지런던(ICL)의 행성과학자인 인고 뮐러-보다그 박사는 외스트고르 교수팀의 발견에 대해 기존 모델과 전혀 다른 점에서 “놀랍다”고 밝혔다. 사진=오로라(CC BY-SA 1.0) 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr
  • [아하! 우주] 수성 궤도에서 ‘먼지 고리’ 발견했다

    [아하! 우주] 수성 궤도에서 ‘먼지 고리’ 발견했다

    두 개의 먼지 고리가 발견됨으로써 태양계 내행성계에 대한 우리의 인식이 큰 변화를 맞을 것 같다고 12일(현지시간) 우주전문 사이트 스페이스닷컴이 보도했다. 최근 연구에 따르면, 수성은 그 궤도상을 떠도는 거대한 먼지 고리와 궤도를 공유하는 것으로 드러났으며, 또 다른 연구는 아직 발견되지 않은 소행성 무리는 금성 근처에서 헤일로(halo)와 비슷한 현상을 일으킬 가능성이 있다는 결론을 내렸다. 금성 논문의 공동저자인 마크 쿠크너와 NASA 고다드 우주비행센터의 천체물리학자들은 성명서에서 “매일 태양계 내에서 새로운 것을 발견하게 되는 것은 아니다”라고 말하면서 “이것이 바로 우리 이웃들의 모습”이라고 밝혔다. 지구와 금성은 둘 다 그 궤도상에 먼지들을 모아서 고리를 형성하고 있다. 행성이 강력한 중력이 우주 먼지들을 끌어당겨 같이 궤도를 돌고 있는 것이다. 그러나 이제껏 수성의 궤도에는 그러한 현상이 없는 것으로 여겨져왔다. “지구나 금성과는 달리 수성은 너무나 덩치가 작을 뿐 아니라 태양에 근접해 있기 때문에 그러한 먼지 고리를 찾아내기란 아주 어려운 일이었기 때문”이라고 연구자들은 밝혔다. 게다가 태양으로부터 불어오는 태양풍과 자기력이 수성 궤도에 떠도는 먼지들을 날려버렸을 거라고 예측되었던 것도 그 이유 중의 하나다. 그러나 이 같은 예측은 이번 연구로 깨어지게 되었다. 연구진은 2006년 태양 궤도에 진입하여 태양 측면과 후면을 관측하는 NASA의 STEREO(Solar and Terrestrial Relations Observatory) 쌍둥이 탐사위성 중 하나가 포착한 이미지를 분석했다. 연구자들은 NASA가 최근에 발사한 파커 태양 탐사선을 비롯해 STEREO 등에서 수집한 데이터를 이용해 극히 포착하기 어려운 먼지 모델을 생성해내는 데 성공했다. STEREO 이미지에 이 모델을 적용했을 때 먼지 고리의 존재가 드러났는데, 먼지는 예상보다 훨씬 많은 양이었다. 연구팀은 먼지 고리가 약 1500만km 정도의 크기라는 계산서를 뽑아냈다. 연구결과는 지난 11월 천체물리학 저널에 발표되었다. 금성 궤도를 공유하는 헤일로는 수성 궤도의 먼지 고리보다 약간 규모가 크다. 금성의 헤일로는 1000만km 크기이지만, 바닥에서 꼭대기까지는 무려 2600만km 정도로 뻗어 있다. 그러나 이 먼지 고리는 극단적으로 확산되어 있어 밀도가 아주 낮다. 예컨대, 금성 궤도를 도는 헤일로는 주변 우주공간보다 겨우 10% 밀도가 더 높을 뿐이라고 NASA 관계자는 밝혔다. 만약 당신이 그 고리 먼지를 모두 한 덩어리로 뭉친다면 겨우 3.2km 지름의 소행성이 될 것이다. 두 번째 논문에서 쿠크너와 동료 고다드 천체물리학자인 페트르 포코르니는 금성의 궤도 먼지가 어디에서 왔는지 알아냈다. 과학자들은 잠재적인 먼지의 원천이라고 예상되는 화성과 목성 사이의 주요 소행성대(지구 공전 궤도 먼지 고리의 주요 원천), 오르트 구름 혜성, 목성 가족 혜성 등을 검토했다. 그러나 그 어떤 것도 이들 먼지고리와의 직접적인 연결 관계가 발견되지 않았다. 연구진은 다른 용의자를 찾아나선 끝에 시뮬레이션으로 금성 궤도를 타고 태양 주위를 돌고 있는 미지의 소행성 집단을 발견한 데 이어, 45억 년 태양계 역사를 통해 1만 개의 가상 금성 궤도 소행성을 추적하는 또 다른 모델을 만들었다. 시뮬레이션에서 약 800개의 우주 암석이 오늘날까지 생존해 금성 궤도에 실제로 존재할 수 있음을 보여주었다. 이 작은 소행성 무리가 여태 발견되지 않고 있다는 사실은 그리 놀라운 일은 아니다. 무엇보다 이제껏 아무도 그러한 바위를 실제로 발견한 사람이 없었다. 게다가 지구 궤도에 있는 소행성을 발견하기란 정말 어려운 일이다. 눈부신 태양빛 속에서 먼지 한 톨 같은 우주 암석은 쉽게 묻혀버리고 말기 때문이다. 그래도 금성 근처의 소행성 무리가 존재한다면 “우리는 그것을 발견할 수 있어야 한다”고 포코르니는 힘주어 말하면서 “NASA의 허블 우주 망원경은 그 일을 할 수 있을 것”이라고 덧붙였다. 포코르니와 쿠크너는 3월 12일(현지시간) ‘천체물리학 저널 레터’에 온라인으로 연구결과를 발표했다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com
  • [우주를 보다] 포효하는 드래곤 닮은 오로라 포착 (NASA)

    [우주를 보다] 포효하는 드래곤 닮은 오로라 포착 (NASA)

    미국항공우주국(NASA)이 마치 포효하는 드래곤을 연상케 하는 신비로운 오로라의 모습을 공개했다. 아이슬란드 하늘에서 포착한 이 오로라는 날카로운 이빨뿐만 아니라 몸통 양옆에 솟은 날개까지 가진 드래곤의 모습과 놀랄 정도로 닮아있다. NASA는 해당 이미지를 공개하며 “하늘에 떠 있는 드래곤을 본 적이 있나요? 비록 실제로 하늘을 나는 드래곤은 존재하지 않지만, 거대한 드래곤의 모습을 한 오로라가 이달 초 아이슬란드의 하늘에 나타났습니다”라고 전했다. 오로라는 태양에서 방출된 플라스마 일부가 지구 자기장에 이끌려 대기로 진입하면서 공기분자와 반응해 빛을 내는 현상이다. 이번에 공개된 ‘드래곤 오로라’가 더욱 특별한 것은 태양의 흑점 활동(Sunspot activity)이 활발하지 않은 시기에 포착됐다는 사실이다. 일반적으로 태양 표면에서 고에너지 입자가 방출되는 흑점 활동이 활발할수록 오로라를 볼 수 있는 확률이 높아진다. 흑점 활동이 적다는 것은 평상시보다 플라즈마나 태양풍이 덜 방출된다는 것을 의미한다. 하지만 NASA에 따르면 2월 한 달 동안 태양의 흑점 활동은 거의 관찰되지 않았다. NASA는 “태양 활동이 적은 이번 달에 며칠 동안 그림같은 오로라의 모습을 볼 수 있다는 사실이 매우 놀랍다”고 전했다. 한편 일반적으로 오로라는 매우 고요한 하늘에 모습을 드러낸다고 알려져 있지만, 작게 ‘펑’하는 소리 또는 백색소음과 같은 소리를 들었다는 보고도 있다. 전문가들은 오로라가 만드는 소리가 있긴 하지만, 지구 표면에서 약 70m 떨어진 곳에서 주로 들을 수 있다고 설명한다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr
  • [핵잼 사이언스] 파커 태양탐사선 두 번째 궤도비행 시작 - 4월 4일 근일점 접근

    [핵잼 사이언스] 파커 태양탐사선 두 번째 궤도비행 시작 - 4월 4일 근일점 접근

    미 항공우주국(NASA)의 태양탐사선 파커 솔라 프로브가 첫번째 태양 궤도 비행을 완벽하게 마무리하고 건강한 상태로 계획된 24개 궤도 중 두번째 궤도비행을 시작했다. 지난해 8월 12일에 발사된 파커 탐사선은 11월 5일 태양의 첫 접근비행에서 2400만㎞ 이내까지 플라이바이한 후에도 거뜬하게 살아남았다. 탐사선은 지난 19일 기준, 오는 4월 4일 두 번째 플라이바이에 도전하기 전에 태양으로부터의 가장 먼 거리인 원일점에 도착했다. 파커는 이미 첫 번째 궤도에서 17기가바이트의 과학 데이터를 전송했으며, NASA 관계자는 성명서에서 4월까지 관측 데이터를 모두 보내올 것이라고 밝혔다. “첫 궤도는 참으로 매혹적이었다”이라고 밝히는 파커 프로젝트 매니저 앤디 드리스먼 존스홉킨스대 응용물리학 실험실 연구원은 “우리는 탐사선이 태양 환경에서 어떻게 작동하고 반응하는지에 대해 많은 것을 배웠으며, 팀의 예측이 매우 정확한 것에 대해 자랑스럽게 생각한다”고 덧붙였다.파커로부터 온 데이터에는 이전에 보지 못했던 새롭고 잠재적인 발견들이 대량 포함돼 있는 것으로 알려져 태양 미스터리를 푸는 데 크게 기여할 것으로 과학자들은 기대하고 있다. ​이번 파커의 첫 번째 플라이바이는 거리 기록을 깨뜨렸다. 이제까지 역사상 태양에 가장 근접한 기록을 세웠던 1976년 헬리오스-2의 기록(4300만㎞)을 2400만㎞로 깬 데 이어, 첫번째 근일점 통과에서 파커는 초속 95㎞로 근일점을 통과함으로써 가장 빠른 우주선 속도 기록도 아울러 세웠다. 탐사선은 두 번째 통과에선 비슷한 거리에서 날아갈 것이지만, 앞으로는 태양에 더 가까워지면서 자신의 기록을 깨뜨릴 것이다. 2025년 후반에 잡힌 마지막 플라이바이에서 파커는 태양에 616만㎞까지 접근할 예정이며, 태양 중력에 의해 속도는 초속 190㎞까지 찍게 된다. 이는 서울에서 대전까지를 단 1초에 주파하는 속도다. 현재 두 번째 태양 플라이바이를 준비하면서 엔지니어들은 이미 지구로 전송된 탐사선의 데이터를 원격으로 비우는 작업에 착수했다. NASA 관계자는 성명서에서 업데이트된 위치 정보와 네비게이션 정보, 약 한 달 분량의 명령을 탐사선에 전달했다고 밝혔다. 총 24개의 플라이바이를 실시하는 파커 태양 탐사선에는 4개의 관측장비가 탑재되어 있는데, 이들 장비는 태양의 내부 활동과 태양풍의 고속 원인, 그리고 태양 표면 온도보다 수백 배나 높은 태양 코로나의 비정상적인 고온 미스터리를 풀기 위해 최대한의 데이터를 수집할 예정이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 
  • [아하! 우주] 인터스텔라로 간 보이저호…300년 후 혜성 고향 도착

    [아하! 우주] 인터스텔라로 간 보이저호…300년 후 혜성 고향 도착

    40여 년간 태양계를 누비며 영웅적인 탐사활동을 전개했던 보이저 2호가 이제 막 태양계를 벗어나 성간공간으로 진출했지만, 그 여정과 미션은 아직 끝나지 않았다. 지난 10일(현지시간) 미국 지구물리학회에서 열린 기자회견에서 과학자들과 엔지니어들은 보이저 2호의 성간공간 진입에 한껏 고무되어 흥분했지만, 불혹을 넘어선 이들 쌍둥이 탐사선의 여생은 아직 많이 남아 있는 편이다. 그들의 계속되는 탐사 여정은 태양으로부터 흘러나오는 입자들이 성간공간의 항성풍과 어떻게 충돌하는지를 밝혀내는 데 크게 기여할 것으로 과학자들은 기대하고 있다. 이들 쌍둥이 보이저 탐사선은 인류가 헬리오포스(heliopause·태양권계면)라고 불리는 태양계 울타리로 내보낸 최초의 우주선들이다. 미 항공우주국(NASA)의 태양과학팀장인 니키 폭스는 기자회견에서 “보이저는 그야말로 전인미답의 경지로 나아갔다. 스스로의 힘으로 정말 그 지역을 여행하고 있는 것”이라고 표현했다. 이 여행은 모든 것이 잘 진행된다면 앞으로 몇 년 동안 지속될 수 있다. 보이저 성간 미션 프로젝트 매니저인 수잔 도드는 “두 우주선은 현재 노인 치고는 아주 건강하다”고 밝혔다. 우주선 운용의 핵심 과제는 점점 떨어지고 있는 열과 전력 손실에 어떻게 대처하느냐 하는 문제다. 보이저 2호는 현재 섭씨 3.6도의 온도에서 작동하고 있으며, 우주선의 전력 생산량이 매년 4와트씩 떨어지고 있는 중이다. 이는 곧, 지상 관제소가 보이저의 전력이 더 떨어져 가동이 중단되기 전에 기기들의 작동을 멈추어야 됨을 뜻한다. ​ 현재 미션팀은 두 탐사선이 보내오는 과학 데이터가 점차 감소하는 비율에 비추어 적어도 5년, 길면 10년 정도 우주선이 작동할 수 있을 것으로 추정한다. 도드 팀장은 "1977년 우주선을 발사 한 이래 50주년이 되는 2027년까지 운용하는 것을 목표로 삼고 있다"고 말하면서 "그렇게만 된다면 정말 환상적일 것"이라고 기대를 표한다.맨처음 헬리오포스를 넘은 것은 보이저 1호이지만, 보이저 2호는 1호와는 달리 몇 가지 새로운 기회를 제공해줄 것으로 보인다. 1호는 태양풍 관측에 이용하는 PLS(plasma science)가 2017년 작동을 멈추었지만, 보이저 2호는 현재의 태양 주기에 맞물려 태양풍이 만드는 거품이 우리 주변으로 확장하는 시기에 다시 헬리오포스를 넘었기 때문이다. 물론 보이저 2호는 헬리오포스를 이미 뒤에 두고 있지만, 항성풍이 헬리오포스에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 헬리오포스를 감싸고 있는 거품이 어떤 상태인지에 대해 충분히 탐사할 수 있다. 또한 믿을 수 없을 정도로 광범한 고에너지 원자들이 거의 빛의 속도로 우주를 가로지르는 광경을 탐사할 것이다. 이는 우리 인류가 처음 겪어보는 광경일 것이다. 보이저 2호 앞에 남은 긴 여정은 우주와 우리 이웃 은하들에 대한 지식의 지평을 크게 넓혀줄 것이며, 거기서 얻는 통찰은 외계 행성에 대한 우리의 이해 방법을 새로이 해줄 수도 있다. 보이저의 장비가 영원히 작동하지는 않겠지만, 그와는 상관없이 두 우주선은 총알 속도의 17배인 초속 17㎞로 성간공간을 쉼없이 항해할 것이다. 그리하여 약 300년 후에는 우리 태양계를 둘러싸고있는 혜성들의 고향 오르트 구름 언저리에 이를 것이며, 그 구름을 헤치고 나가는 데만도 3만 년은 너끈히 걸릴 것이다. 그 다음은 어디로 갈까? 우리 태양계를 완전히 떠나게 되면 인류의 우주 척후병인 두 보이저는 수십억 년은 아니라도 수억 년은 우리은하 중심을 둘러싼 긴 궤도를 떠돌 것이다. 보이저 선체에 붙여진 인류의 소식을 담은 황금 레코드판은 아마 영원히 목소리를 내지 못하고, 그렇게 영원히 떠돌지도 모른다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 
  • 보이저 2호 태양권 경계 넘어 성간우주 진입…인류 물체 중 두번째

    보이저 2호 태양권 경계 넘어 성간우주 진입…인류 물체 중 두번째

    보이저 2호가 인류가 만든 물체로서 사상 두번째로 태양권 경계를 넘어 성간우주에 도달했다. 지난 1977년 8월 20일 발사된 이후 41년간 297억 7200만㎞를 여행한 끝에 고향 항성계의 경계에 닿았다. 미국항공우주국(NASA)은 10일 낮(현지시간) 워싱턴에서 열린 미국지구물리학회 회의에서 기자회견을 갖고 보이저 2호의 성간우주 진입 사실을 공개했다. 보이저 2호 담당 과학자들은 탐사선이 지난달 5일 성간매질(interstellar medium)의 압력과 태양풍의 압력이 균형을 이루는 태양권 계면(헬리오포즈·Heliopause)을 넘어선 것으로 판단하고 있다. 태양권 계면은 태양풍의 영향이 없어지는 경계 부분을 가리킨다. 쌍둥이 탐사선인 보이저 1호는 보이저 2호보다 16일 뒤에 발사됐지만 훨씬 짧은 궤도로 더 빠른 속도로 여행해 지난 2012년 먼저 성간우주에 진입했다. 보이저 2호는 현재 지구에서 약 180억㎞ 떨어진 곳을 비행 중이지만 여전히 통신이 가능한 상태다. 보이저 2호가 전송한 신호는 빛의 속도로 심우주네트워크(DSN)를 통해 지구에 도착하기까지 16.5시간이 걸린다. 보이저 2호는 PLS라는 플라스마 측정 장비가 실려 있어 태양권 계면을 넘어 성간우주로 진입한 것을 확인할 수 있었다.탐사선이 태양권(헬리오스피어·Heliosphere)에 있는 동안에는 태양에서 흘려보낸 플라스마, 이른바 태양풍에 휩싸여 있었다. PLS는 플라스마의 전류를 측정해 태양풍의 속도와 농도, 온도, 압력 등을 측정하는데 11월 5일 태양풍 입자의 속도가 급격히 떨어진 것이 관측되고, 그 이후에는 탐사선 주변에서 태양풍이 측정되지 않고 있다. 성간우주에 먼저 진입했던 보이저 1호도 PLS를 장착하고 떠났지만 1980년 고장이 나면서 이를 통한 측정 임무는 수행하지 못했다. 다만 플라스마 자료 외에 탐사선에 실린 자력계 등 다른 과학 장비를 통해 성간우주 진입을 입증할 수 있었다. 보이저 프로젝트 팀은 보이저 2호가 측정한 과학 자료를 토대로 태양계 끝의 우주 환경을 더 자세히 들여다볼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 보이저호 시리즈는 당초 목성과 토성을 연구할 목적으로 개발됐다. 그런데 보이저가 발사될 시기에 해왕성과 천왕성까지 한번에 탐사할 수 있는 위치에 놓이는 기회가 찾아올 것이 예측되면서 보이저 2호는 목성과 토성에 이어 다른 외행성 탐사 임무까지 수행할 수 있었다. 심지어 원래 임무를 성공적으로 마친 뒤에도 원격 프로그램 조정을 통해 심우주를 향한 비행을 계속 이어나간 끝에 결국 성간우주에도 진입하게 됐다. 특히 보이저 2호는 설계 수명이 5년에 불과했지만 41년째 정상 가동되면서 NASA의 최장수 프로젝트 반열에 올랐다. 보이저호는 플루토늄을 원료로 전기를 얻어 가동되고 있다. 이 연료가 떨어지면 지구와 연결이 끊기게 된다. 보이저 프로젝트 책임자인 수전 도드는 BBC 방송과의 회견에서 보이저호가 2027년까지 가동되는 것을 보고 싶다면서 “탐사선을 50년 동안 가동한다는 것은 극히 흥미로운 것이 될 것”이라고 했다. 보이저 1,2호가 태양권 계면을 벗어난 것은 확실하지만 태양계의 영향력에서 완전히 벗어난 것은 아니다. 소규모 천체들이 모여 태양계를 껍질처럼 둘러싸고 있는 오르트 구름(Oort Cloud)이 태양의 중력 영향을 받아 넓은 의미의 태양계로 간주하고 있기 때문이다. 이 오르트 구름의 폭이 얼마나 되는지 확실하지 않지만, 태양에서 1000AU(천문단위 1AU=태양-지구 거리)부터 10만AU에 달하는 것으로 추정되고 있다. 신진호 기자 sayho@seoul.co.kr
  • [아하! 우주] 보이저 2호, 41년 만에 태양계 탈출 - 성간우주 진입

    [아하! 우주] 보이저 2호, 41년 만에 태양계 탈출 - 성간우주 진입

    우리 시대의 가장 위대한 탐험가와 작별인사를 고할 시간이 다가왔다. 보이저 2호가 마침내 태양계를 넘어 성간공간에 도달했다고 10일(현지시간) 미 항공우주국(NASA)이 발표했다. 1977년에 지구를 떠난 이래 40년 넘게 우리 태양계를 누비며 탐사를 수행한 보이저 2호는 눈부신 업적들을 쌓았는데, 그중 가장 빛나는 것은 인간이 만든 피조물로는 유일하게 해왕성과 천왕성을 방문해 탐사작업을 수행했다는 사실이다. 이처럼 인류에게 태양계에 관한 새로운 통찰을 선사한 보이저 2호도 이제 전임자인 보이저 1호를 따라 비록 반대 방향이지만 태양계를 넘어서 성간공간으로 진입하기에 이른 것이다. 그런데 보이저 2호가 넘어선 태양계의 울타리가 어디쯤인지 과학자들이 확실히 예측할 수는 없었지만, 흥미로운 것은 인류가 두 번째 넘어선 태양계 경계에서 얻은 데이터가 첫 번째 여행에서 얻은 데이터와 정확하게 일치하지는 않는다는 사실이다. 캘리포니아 공과대학의 물리학자이자 보이저 프로젝트 과학자인 에드 스톤은 올해 미국지구물리학회의 모임에서 보이저 2호의 성간공간 진입에 대해 “보이저 1호와는 다른 시간, 다른 장소이긴 하지만 특성은 아주 비슷하다”고 밝히면서 “앞으로 한 달 뒤면 모든 상황이 확실히 드러날 것으로 보인다”고 예측했다. ​ 보이저 2호는 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 등 네 개의 거대 가스 행성을 모두 방문한 유일한 우주선으로, 해왕성의 신비한 대암점과 목성의 위성 유로파의 얼음 표층 균열 같은 현상을 비롯해 16개에 이르는 위성들을 새로 발견했을 뿐만 아니라, 각 행성들에서 새로운 고리들을 발견해내는 성과들을 올렸다. 과학자들은 8월 하순부터 보이저 2호의 성간공간 진입을 주의 깊게 지켜보았다. 탐사선이 보내온 데이터는 헬리오포스(태양권계면), 곧 하전입자의 흐름인 태양풍이 만든 거품의 가장자리에 접근했다는 것을 알려주었다. 이 헬리오포스는 과학자들이 태양계와 성간공간의 경계로 삼고 있는 개념이다.그 거품을 넘어 우주선이 성간공간으로 진입하면 더 많은 고에너지 입자의 우주선(宇宙線)을 쬐며 항해해야 한다. 보이저 2호에 탑재된 두 대의 계측기가 우주선과 충돌할 때 이 입자를 추적한다. 탐지되는 입자들이 저에너지 입자에서 한동안 아무것도 탐지되지 않다가 갑자기 고에너지 입자가 다량 탐지되면 우주선이 헬리오포스를 넘어 성간공간으로 진입했다는 징표가 된다. 보이저 1호가 성간공간으로 진출할 때도 이 같은 현상이 체크되었다. 인간이 만든 피조물로 두번째로 태양의 영향으로부터 영원히 벗어난 보이저 2호는 우리가 느끼는 흥분과는 무관하게 앞으로도 캄캄한 성간공간을 항해하며 에너지를 공급해주는 프로토늄 핵 발전기가 멈추어지는 2025년까지 지구로 계속 데이터를 보내줄 것이다. 진정한 이별은 그때 이루어질 것이다. 현재 보이저 2호가 있는 위치는 지구로부터 178억km, 지구-태양 간 거리의 120배(120AU) 지점에 있으며, 앞으로 29만 6천 년 후에는 지구로부터 8.6광년 떨어진, 밤하늘에서 가장 밝은 별인 큰개자리의 시리우스에 도착할 예정이다. 또한 그 후로도 보이저는 ‘항해자’라는 그 이름에 걸맞게 영원히 우리은하를 떠돌며 항해를 계속할 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com  
  • [아하! 우주] 지구 ‘탄생의 비밀’이 밝혀졌다

    [아하! 우주] 지구 ‘탄생의 비밀’이 밝혀졌다

    태양풍과 목성 중력의 원투 펀치가 지구를 만들었다새로운 연구에 의해 지구 탄생의 비밀이 마침내 밝혀진 것으로 보인다고 데일리메일이 6일(현지시간) 보도했다.​새 연구에 따르면, 46억 년 전 지구 탄생의 비밀 키워드는 태양풍과 목성으로, 태양계 형성의 초기 태양에 가까운 우주공간을 떠돌던 암석과 미행성들이 태양풍과 목성의 중력이라는 원-투 펀치를 맞은 결과 지구로 뭉쳐졌다고 주장한다. 보통 우주 먼지, 혹은 파편들이 대부분의 별 주위에서 발견되지만, 희한하게도 태양 주위에는 이런 우주 먼지들이 거의 발견되지 않고 있다. 천문학자들은 이제 그 수수께끼를 풀었는데, 그 이유는 바로 태양풍과 목성 중력이 작용해 우주 암석들을 서로 뭉쳐지게 했으며, 그 결과 수성과 금성, 지구가 형성됐다고 생각한다. ​미국 예일대학의 한 연구원은 목성의 거대한 중력이 우주 바위들을 휩쓸고 태양풍이 이 파편들을 휘젖는, 이른바 원-투 펀치의 합동 작업에 의해 이들 내행성들이 탄생하게 됐다고 밝혔다. 예일대학의 크리스토퍼 스펄딩 연구원은 원시 태양계 초기를 컴퓨터로 모의실험한 결과, 원시 태양의 자전 속도와 활동이 지금보다 빠르고 강력해 태양풍이 현재보다 더 강했다고 전한다. 태양풍으로 알려진 하전입자들은 놀라운 속도로 전 태양계를 향해 방출되는데, 1년에 약 40조t이나 되는 질량이 방출되는 것으로 알려졌다. 스펄딩 연구원은 지름 100m 이하인 암석들이 태양풍에 의해 태양으로부터 멀리 밀려나 몸집을 불려나가고 있는 중인 행성에 보태어졌을 거라고 주장한다. 목성이 태양계 내에서 이동한 것으로 여겨지는 초기 태양계의 우주 파편들은 행성들을 둘러싼 파편들보다 미세했을 거라는 사실은 이미 널리 알려져 있다. 거대한 목성의 이주와 막강한 그 중력은 우주 암석의 배열에 커다란 영향을 미쳤다.​지구의 표면은 희귀한 금속의 비율이 비정상적으로 높다. 중원소인 금속류는 무겁기 때문에 대개 지구의 중심 근처로 가라앉을 것이라는 예상을 반하는 현상으로 놀라운 일이다. 현재까지 이 현상에 대해 ‘후기 베니어’(Late Veneer) 이론으로 설명해왔다. 곧, 우주에서 온 이물질이 지구에 충돌하고 그 과정에서 귀금속이 지표 근처로 떠올라 퇴적됐다는 것이다. 도쿄 공업대학의 새로운 컴퓨터 시뮬레이션은 지구, 달, 화성의 금속 농도를 계산해냈으며, 거대한 충돌로 모든 귀금속을 한 번에 지구로 가져왔던 것으로 나타났다. 연구자들은 약 44억5000억 년 전 지구의 지각이 형성되기 전에 이 같은 사건이 일어난 것으로 믿고 있다. 지구의 역사는 이전에 생각했던 것보다 덜 폭력적이었음을 시사하는 것이라고 보고 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com
  • [아하! 우주] “상태 양호”…파커 태양탐사선, 첫 데이터 보내왔다

    [아하! 우주] “상태 양호”…파커 태양탐사선, 첫 데이터 보내왔다

    지난 16일(이하 현지시간) 첫번째 근일점을 통과한 파커 솔라 프로브가 탐사선의 모든 기기와 시스템이 정상 작동을 하고 있다는 데이터를 보내왔다. 16일 오후 6시경, 메릴랜드 주 로렐 소재 존스홉킨스 대학 응용물리실험실의 미션 관제사는 파커로부터 탐사선의 세부 성능과 상태에 관한 보고를 받았다. 이 보고에는 탐사선이 최초의 근일점 통과 때 4가지 측정기로 수집한 데이터도 포함되어 있다. 파커 태양 탐사선의 첫 번째 태양 근접 비행은 10월 31일부터 지난 11일까지 이루어졌으며, 지난 6일 1차 근일점 통과를 완수했다. 탐사선이 태양의 표면에서 가장 가까이 접근한 고도는 불과 2400만㎞였다. ​이 근일점 거리는 태양과 가장 가까운 행성인 수성-태양 사이 평균거리(5800만㎞)의 10분의 4 수준으로, 강력한 태양 복사선과 태양풍에 노출된 탐사선이 가혹한 첫 시험을 무사히 통과한 것이다.파커 탐사선의 모든 시스템은 설계한 대로 잘 작동하고 있으며, 탑재된 기록계는 계획대로 4기의 측정기가 수집한 상당량의 데이터를 확보했다. 이 데이터는 12월 7일부터 몇 주 동안 딥 스페이스 네트워크를 통해 지구로 다운로드될 예정이다. 1차 근일점 통과에서 얻은 이 데이터는 과학자들이 우리 별 태양의 물리학에 대한 근본적인 질문을 탐구하는 데 쓰일 뿐 아니라, 탐사선의 계기 담당 팀이 파커의 계기를 재조정하고 향후 관측을 계획하는 자료로 쓰인다. 파커 솔라 프로브의 미션 매니저인 APL의 닉 핀카인은 “팀은 근일점 통과 이후에 우주선 상태가 양호한 데 대해 크게 자랑스러워하고 있다 ”고 전하며, “이것은 큰 이정표이며, 우리는 몇 주 안에 놀라운 과학 데이터를 받을 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.​ 태양에 근접해 있는 11일 동안 탐사선은 자율 모멘텀 덤프(autonomous momentum dump) 하나만을 실행했는데, 이는 파커의 자세조정 리액션 휠의 속도를 조정하는 소형 분사기를 가동하는 절차다. 바퀴의 회전 속도를 조정함으로써 태양과 대한 우주선의 적정 방향을 유지하도록 하는 것이다. 7년 동안 24차례 근일점 통과 중 첫번째 관문을 통과한 파커 태양 탐사선은 꽃잎 모양을 한 궤도를 따라 우주 멀리 갔다가 태양으로 되돌아오는 선회비행을 계속하게 된다. 궤도를 돌 때마다 점점 태양에 가까이 접근해 최종적으로 2025년 6월 24차 근일점 통과 때는 초속 190km로 태양표면에서 620만km 거리까지 접근한다. ​ 파커 태양 탐사선의 다음 근일점 통과는 내년 4월 4일이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 
  • [아하! 우주] 보이저 2호, 태양계 탈출 임박…41년 동안 178억㎞ 비행

    [아하! 우주] 보이저 2호, 태양계 탈출 임박…41년 동안 178억㎞ 비행

    41년 전 지구를 떠난 태양계 탐사선 보이저 2호가 머지않아 태양계를 벗어날 것이라고 미항공우주국(NASA)이 14일(현지시간) 발표했다. NASA 성명에 따르면, 보이저 2호가 보내온 위치 데이터를 분석한 결과 지난 10월 초에 태양계의 최전선에 접근하고 있음을 확인하게 되었다. NASA는 보이저 2호가 지난 8월 말부터 탐사선에 충돌하는 우주선(線·cosmic ray)의 양이 5%가량 늘어난 점을 근거로 태양권계면에 가까워진 것으로 추정한 바 있다. 1977년 지구를 떠난 보이저 2호는 1979년 7월에 목성을, 1981년 8월에 토성을, 1986년 1월에 천왕성, 1989년 2월에 해왕성을 각각 스쳐 지나면서 이들 행성과 위성들에 관한 많은 자료와 사진을 전송했다. 미션을 완료한 보이저 2호는 곧장 태양계 가장자리를 향해 맹렬히 질주한 끝에 태양계 탈출을 앞두게 된 것이다. 보이저로부터 온 새로운 데이터는 태양계의 특징인 저에너지 입자를 추적하는 저에너지 망원경에서 수집된 것이다. 2012년 보이저 1호가 태양계를 떠나는 작별인사 때 보내온 데이터에 비추어볼 때, 보이저 2호 역시 태양계를 벗어날 즈음에는 저에너지 입자와의 충돌이 거의 사라질 것으로 미션팀은 예측하고 있다. 미션팀은 11월 초, 탐사선에 충돌하는 입자 수가 급격히 감소했음을 발견했다. 그러나 거의 0으로 떨어지지는 않았다는 것은 과학자들이 보이저가 최종적으로 태양계의 벗어났다고 선언하기에는 때이르다는 사실을 말해준다. 보이저 1호도 지난 2012년 5월 지금의 보이저 2호처럼 우주선 측정량이 늘어난 지 3개월 뒤 태양권계면을 넘어 성간우주에 진입했다. 새로운 데이터에는 태양계를 벗어나 성간 공간으로 진출을 앞두고 있는 보이저 2호에 대한 첫번째 경고도 포함되어 있다. 이 경고는 고에너지 입자를 측정하는 탐사선의 고에너지 망원경에서 수집된 것으로, 그 입자들은 우주선이 태양계를 떠날 때 더욱 증가할 것이다.고에너지 입자의 급격한 증가는 우주선이 헬리오포즈(태양권계면)라고 불리는 태양계의 거품 보호막에서 점차 벗어나고 있음을 뜻한다. 그 거품은 태양풍에 의해 형성되는 것으로, 태양에서 방출된 하전 입자들의 일정한 흐름이 태양 대기에서 빠르게 가속된 다음 전 태양계를 가로지르는 것이다. 보이저 2호는 거대한 버블처럼 태양을 둘러싸고 있는 태양권(heliosphere)의 가장 바깥 언저리를 비행해왔으며, 보이저 미션팀은 탐사선이 성간 물질의 압력으로 태양풍이 더는 뻗어나가지 못하는 태양권계면 도달 시점을 주시해왔다. 이는 태양의 물질과 자기장이 미치는 영향이 끝나고 성간우주가 시작되는 지점이라 할 수 있다. 보이저 2호가 태양풍의 먼 가장자리를 조사하고 있을 때에도 NASA의 새로운 탐사선이 태양풍이 그렇게 빠른 속도로 가속되는 장소를 조사하기 시작했다. 그것은 코로나라고 불리는 태양의 외부 대기다. 8월에 발사된 NASA의 파커 솔라 프로브는 이달 초 태양을 중심으로 한 24차례의 궤도 비행 중 첫 근일점 통과를 성공했다. 지난 1977년 8월 20일 발사된 무게 722kg의 보이저 2호는 지금까지 약 178억㎞를 비행했다. 이는 태양-지구 거리를 기준으로 하는 천문단위(AU)로 환산할 때 120AU에 달하는 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 
  • [아하! 우주] 파커 태양탐사선, 근일점 통과 후 ‘정상작동’ 보고

    [아하! 우주] 파커 태양탐사선, 근일점 통과 후 ‘정상작동’ 보고

    -초속 95km로 근일점을 통과 후 정상작동 ​ ​지난 6일 낮 12시 반경(한국시간) 태양 표면에서 불과 2400만㎞ 떨어진 근일점을 통과한 파커 태양탐사선이 '건재'하다는 신호를 보내왔다고 파커 미션 관계자가 7일(현지시간) 발표했다. 이 근일점 거리는 태양과 가장 가까운 행성인 수성-태양 사이 평균거리(5800만㎞)의 10분의 4 수준으로, 강력한 태양 복사선과 태양풍에 노출된 탐사선이 가혹한 첫 시험을 무사히 통과했다는 뜻이다. 이로써 파커는 지난 10월 29일, 이제까지 역사상 태양에 가장 근접한 기록을 세웠던 1976년 헬리오스-2의 기록(4300만㎞)을 깬 데 이어 또 하나의 기록을 추가하게 되었다. 또한 첫번째 근일점 통과에서 파커는 초속 95㎞로 근일점을 통과함으로써 가장 빠른 우주선 속도 기록도 아울러 세웠다. "파커는 성공했다."고 선언한 NASA 과학임무위원회 토머스 주버컨 박사는 "파커는 지난 60년 동안 이룩한 과학발전의 절정으로, 이제 인류는 태양을 최초로 방문했을 뿐만 아니라 우주에 대한 깊은 이해에 다가섰음을 의미한다"고 밝혔다. 존스홉킨스 대학 응용물리연구소의 미션 관제사들은 이날 오후 4시 46분(미국동부시간)에 우주선의 상태 신호 'A'를 받았다. 이 신호는 네 가지 가능한 상태 신호 중에서 가장 좋은 신호로, 파커 탐사선이 실행 중인 모든 계측기와 함께 정상 작동하면서 과학 데이터를 수집하고 있으며, 사소한 문제가 있는 경우 우주선의 자율운행 기능으로 해결되었음을 의미한다. 7년 동안의 24차례 근일점 통과 중 첫번째 관문을 통과한 파커 탐사선은 꽃잎 모양을 한 궤도를 따라 우주 멀리 갔다가 태양으로 되돌아오는 선회비행을 계속하게 된다. 궤도를 돌 때마다 점점 태양에 가까이 접근해 최종적으로 2025년 6월 24차 근일점 통과 때는 초속 190㎞로 태양표면에서 620만㎞ 거리까지 접근한다. 헬리오스-2의 접근거리보다 7배나 가까운 것이다. 1차 근일점 통과 때 강렬한 햇빛은 태양을 정면으로 향한 탐사선의 열방패를 섭씨 440도까지 달구었다. 우주선이 태양에 가까이 다가감에 따라 2025년 마지막 근일점 통과 때 이 온도는 1,370도까지 상승한다. 그러나 세라믹 열방패와 탄소복합체 열갑옷으로 보호된 우주선의 실내 온도는 27도를 유지하도록 설계되었다. 파커 탐사선의 1차 태양 탐사 미션 기간은 10월 31일에서 11월 11일까지로, 이 기간 동안은 지구와 통신이 끊어지므로 과학 데이터 수집만 진행되고, 데이터가 지구로 다운 링크되기 시작하는 것은 몇 주 후가 된다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com
  • [아하! 우주] 파커, 첫 근일점 통과 성공 - 태양 2400만㎞까지 접근

    [아하! 우주] 파커, 첫 근일점 통과 성공 - 태양 2400만㎞까지 접근

    미 항공우주국(NASA)의 태양 탐사선 파커 솔라 프로브가 마침내 1차 근일점 통과를 성공적으로 끝냈다. 지난 6일 낮 12시 반경(한국시간) 태양 표면에서 불과 2400만㎞ 떨어진 거리까지 육박하는 가혹한 시험을 이겨낸 파커 탐사선은 이날 초속 95㎞로 근일점을 향해 날았다. 앞으로 7년 동안 24차례 있을 근일점 통과 중 첫번째 관문을 통과한 파커 탐사선은 꽃잎 모양을 한 궤도를 따라 우주 멀리 갔다가 태양으로 되돌아오는 선회비행을 계속하게 된다. 궤도를 돌 때마다 점점 태양에 가까이 접근해 최종적으로 2025년 6월 24차 근일점 통과 때는 초속 190㎞로 태양표면에서 620만㎞ 거리까지 접근한다. 이는 태양과 가장 가까운 행성인 수성-태양 사이 평균거리(5800만㎞)의 10분의 1 수준으로, 이전 탐사선의 접근거리보다 7배나 가까운 것이다. 태양과 지구 사이의 거리를 100m라 한다면 태양에 4m까지 바짝 접근하는 셈이다. 그러나 이 같은 대담한 접근을 통해서도 당분간 프로젝트 담당 과학자들은 파커로부터 얻어낼 것이 거의 없는데, 태양 근일점에서 강력한 태양의 라디오파로 인해 탐사선과의 통신이 두절되기 때문이다. 이 기간 동안 파커 탐사선은 스스로 자세 제어와 복사 차단을 실시하는 자율운행 우주선이 된다. 이런 점에서 파커는 ‘역사상 가장 자율적인 우주선’이라 할 수 있다.파커 탐사선 운용을 맡고 있는 존스홉킨스 대학 응용물리연구소의 성명에 따르면, 근일점 통과한 파커가 처음으로 지구로 보내는 보고는 '삐~' 하는 발신음으로, 네 가지 옵션의 레퍼토리를 가지고 있는데, 그 중 하나는 모든 것이 정상이라는 것을 의미한다. 일단 지상 관제소의 엔지니어가 첫 번째 발신음을 듣게 되면 12월 초 상세한 과학 데이터가 올 것을 기대할 수 있다는 뜻이다. ‘역사상 가장 뜨거운 우주 미션’을 수행하고 있는 파커 솔라 프로브는 수십 년에 걸친 과학자들의 치열한 토론과 제작 기간을 거친 끝에 마침내 지난 8월 12일 새벽 장도에 올랐다. 총 15억 달러(한화 1조7000억 원)가 투입된 파커 솔라 프로브는 가로 1m, 세로 3m, 높이 2.3m, 건조중량 555kg로, 경차 크기 정도며, 지구 중력을 뿌리치고 우주로 탈출하는 데 사용한 로켓은 강력한 델타 IV 헤비 로켓으로, 세 개의 부스터로 구성된 것이다. 파커 탐사선에는 전자기장과 플라스마, 고에너지 입자들을 관측할 수 있는 장비들과 태양풍의 모습을 3D 영상으로 담을 수 있는 카메라 등이 탑재되어 있다. 이 장비들로 태양의 대기 온도와 표면 온도, 태양풍, 방사선 등을 정밀 관측한다. 파커의 중요 미션은 태양의 2대 비밀, 태양 대기인 코로나가 태양 표면 온도보다 수십 배나 높은 이유, 그리고 태양풍의 엄청난 속도가 어디에서 연유하는가를 밝혀내는 것이다. 파커의 다음 근일점 통과는 약 5개월 뒤인 4월 초이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com 
  • [아하! 우주] 인류 피조물 파커, 역사상 태양에 가장 가깝게 접근하다

    [아하! 우주] 인류 피조물 파커, 역사상 태양에 가장 가깝게 접근하다

    미 항공우주국(NASA)의 태양 탐사선 ‘파커 솔라 프로브’(Parker Solar Probe·이하 PSP)가 인류의 피조물 중 가장 태양에 최근접하는 기록을 세웠다. 30일(이하 미 동부시간 기준) NASA는 PSP가 29일 오후 1시 4분 경 태양 표면 기준 4300만㎞ 안까지 접근해 기존 기록을 넘어섰다고 밝혔다. 지금까지 태양에 가장 최근접한 기록은 1976년 미국과 독일이 합작한 헬리오스 2 미션으로, 당시 태양과의 거리가 바로 4300만㎞였다. 지난 8월 12일 발사된 PSP는 앞으로 7년 동안 총 24차례 태양 근접비행을 수행하게 예정으로 미션 이름도 ‘태양을 터치하라!‘(Touch the Sun)이다. 특히 2025년에 잡혀 있는 마지막 태양 접근비행에서 PSP는 태양 표면으로부터 610만㎞ 거리까지 하강할 계획이다. 그러나 PSP가 태양의 가공할 중력을 버티며 태양 궤도를 선회하는 것은 쉬운 문제가 아니다. 이를 해결하기 위해 먼저 PSP 자체의 엄청난 속도가 필요한데 29일 PSP는 시속 24만 7000㎞를 넘어서 기존 헬리오스 2의 기록도 넘어섰다.또한 PSP가 태양을 돌기 위해서는 '우주의 도움'도 필요하다. 바로 중력도움으로 불리는 플라이바이(fly-by)인데 행성궤도를 근접통과하면서 행성의 중력을 훔쳐 가속을 얻는 방법이다. PSP가 중력도움을 얻을 대상 천체는 태양으로 가는 길목에 있는 금성으로, 지난 3일 PSP는 2400㎞까지 접근비행해 중력도움을 얻는데 성공했다. 앞으로 PSP는 태양에 보다 가까이 접근하기 위해 총 6차례 금성 플라이바이를 거칠 계획이다. PSP 프로젝트를 이끌고 있는 앤디 드리스먼 박사는 "PSP가 발사된 지 78일 만에 인류 역사상 태양에 가장 가까이 접근했다"면서 "가장 자랑스러운 순간이었다"고 자평했다.     한편 PSP는 그간 베일에 쌓여왔던 수많은 태양의 비밀을 풀어줄 것으로 기대를 모으고 있다. 대표적으로 태양 대기인 코로나가 태양 표면 온도보다 수백 배 더 높은 이유와 태양풍의 비밀이다. 태양은 '태양 플라스마'라 불리는 태양풍을 내뿜는데 당연히 지구를 포함한 태양계 천체는 이 영향을 받는다. 특히 태양풍은 어떨 때는 엄청난 에너지를 뿜어내는데 이 경우 GPS 등 통신 시설이 마비되는 등 지구에 커다란 영향을 미친다. 박종익 기자 pji@seoul.co.kr
  • [아하! 우주] 태양을 뿌리쳐라…수성탐사선 베피콜롬보의 무한도전

    [아하! 우주] 태양을 뿌리쳐라…수성탐사선 베피콜롬보의 무한도전

    다국적 탐사선 베피콜롬보(BepiColombo)가 태양에서 가장 가까운 수성으로 출발한다. 태양계의 가장 안쪽에 자리잡고 있는 수성으로의 여정은 생각처럼 간단치가 않다. 모두 9차례 행성 플라이바이(중력도움)를 거치는 복잡한 비행 경로를 따라 7년 동안 총 90억km를 날아가야 하는 노선으로, 유럽우주국(ESA)의 ESOC 미션 컨트롤 센터에서 지금까지 경험한 것 중 가장 까다로운 우주여행이 될 것으로 예상된다. 지구를 한 바퀴, 금성을 두 바퀴 돈 다음 다시 수성 주위를 6번 돌아 궤도에 안착하는 방식이다. 인류의 세번째 수성 탐사선으로 기록될 베피콜롬보는 일본항공우주연구개발기구(JAXA)와 ESA가 공동 개발한 탐사선으로, 오는 20일 프랑스령 기니 우주센터에서 아리안 로켓에 실려 발사될 예정이다. 베피콜롬보는 하나의 우주선으로 수성 궤도를 향해 7년 동안 날아간 뒤 수성 근처에서 두 개의 관측 위성으로 분리돼 3년 동안 각자 임무를 수행한다. 하나는 수성행성궤도선(MPO)으로 수성 상공 최대 1500km에서 표면을 관측하고, 일본의 수성자기권궤도선(MMO)은 최대 1만1800km 상공에서 수성의 자기장과 입자를 측정한다. 베피콜롬보는 오늘날 널리 쓰이는 우주 탐사선의 항법을 개발한 20세기 이탈리아 과학자 주세페 베피 콜롬보의 이름을 땄다. 중력도움으로 알려진 이 항법은 행성의 중력을 이용해 진로를 바꾸거나 속력을 얻는 ‘행성궤도접근통과(Fly-by)’ 기술이다. 베피콜롬보도 7년에 걸쳐 총 9번 이 기술을 이용해 천천히 수성에 접근해 수성 주변을 타원형으로 돌면서 1~2년에 걸쳐서 탐사한 뒤 서서히 고도를 낮춰 수성 표면에 충돌할 것으로 예상된다. 화성 등 태양계의 행성에 대해서는 탐사가 종종 이뤄졌지만, 수성은 미국에 의해 2차례 탐사가 이뤄진 것이 전부다. 탐사선이 태양의 고온에 노출되는데다 궤도 진입도 어렵기 때문이다. 태양 주위를 지나며 350도 넘는 고온과 방사선 등 극한의 환경을 거치게 되는데 이를 극복하기 위해 베피콜롬보에는 두 개의 이온 로켓이 추가로 달려 있다. 베피콜롬보 과학연구담당 엘리자베스 태스커 JAXA 태양계 과학부 교수는 “작은 행성에 어떻게 자기장이 존재하는지, 왜 남북극의 자기장에 차이가 나는지, 희박한 대기에 어떻게 소듐(나트륨) 같은 무거운 원소가 많은지 등 여러 천문학 난제를 풀 수 있을 것”이라고 자신했다. 오는 20일로 발사 일정이 잡힘에 따라 ESA의 미션팀은 태양계의 가장 작고 탐사가 덜된 암석 행성인 수성에 대한 탐사 임무에 나서기 위해 바쁜 일정을 보내고 있다. 먼저 미션팀은 베피콜롬보의 독특하고 복잡한 경로를 시뮬레이션하는 데 수 개월을 보냈다.그들은 12시간 교대로 우주선의 다양한 발사 및 초기 임무 프로세스와 기동을 실시간으로 연습해 가능한 모든 상황에 대비하고 있다. ESA에서 제작한 MTM(Mercury Transfer Module)은 태양전기 추진장치와 중력도움의 조합으로 인공위성을 수성까지 수송한다. 2025년 극한의 행성에 도착한 후에는 수성의 조성, 밀도, 자기장 및 대류권에 관한 데이터를 수집하고, 태양풍과의 상호작용을 탐색하는 궤도에서 적어도 1년을 보낸다. 유럽 과학자들은 베피콜롬보가 태양의 강력한 중력을 뿌리치고 수성에 도달해야 하는 이번 행성 프로젝트를 지금까지 우주선들이 수행한 미션 중 가장 야심찬 미션으로 꼽고 있다. 태양의 거대한 중력장은 엄청난 중력을 발휘하기 때문에 우주선이 수성 가까이 접근하면 가파른 중력의 우물 속으로 떨어지는 것을 의미하므로, 탐사선이 이 거대한 별의 중력 우물에 빠지지 않고 최종 목적지인 수성까지 가는 것은 엄청난 어려움을 극복하지 않으면 안된다. 과연 베피콜롬보가 이런 어려움들을 극복하고 수성의 비밀을 밝혀줄 것인지, 지구 행성인들의 관심이 집중되고 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com  ​
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