천문연·NASA ‘과학적 난제’ 태양풍 가속 실마리 얻어

2017년 8월 미국에서 개기일식 동안 지상서 관측한 태양 코로나[사진 = 천문연구원]

한국천문연구원과 미항공우주국(이하 NASA) 공동연구진이 태양 코로나 영역에 존재하는 전자의 온도와 속도를 알아냈다. 태양 코로나는 태양 대기의 가장 바깥층을 구성하는 부분으로, 아직 명확한 원인이 밝혀지지 않은 많은 현상이 관측되는 부분이다.

천문연구원과 NASA 공동연구진은 2019년 9월 태양 코로나그래프를 대형 과학용 풍선기구에 탑재해 고도 약 40km 성층권 상공에서 태양 외부 코로나 관측을 성공리에 수행했다고 18일 밝혔다.

천문연구원은 이 관측 자료를 NASA와 공동으로 분석해 외부 코로나 구조물이 약 100만도의 온도와 초속 260km의 속도를 갖는다고 발표했다.

이는 태양 코로나 영역 전자의 온도와 속도를 세계 최초로 동시에 측정한 것으로 차세대 코로나그래프의 핵심 기술을 성공적으로 검증했음을 의미한다.

태양 코로나는 태양 대기의 가장 바깥 영역으로 태양 표면인 광구에 비해 밝기는 어두운 반면 온도는 훨씬 높다.

태양 코로나 영역은 태양풍이라 부르는 빠른 속도의 플라스마 방출을 통해 태양계 전체로 확장되는데, 이 같은 코로나의 높은 온도와 빠른 태양풍의 가속 기작은 아직까지 밝혀지지 않은 과학적 난제이다.

태양의 내외부 구조. 중심에서부터 바깥쪽으로 핵, 복사층, 대류층, 광구, 채층, 코로나 등이 있다. 태양 중심에서 광구로 나아가며 온도는 낮아지지만 대기층인 코로나에서는 수백만 도까지 가열된다. 이러한 코로나 가열현상의 원인은 아직 알 수 없으며, 공동연구진은 이번 연구를 통해 그 실마리를 찾을 것으로 기대하고 있다. 코로나에서 가속된 전자는 지구 주변 환경에 직접적인 영향을 미치기도 한다.[사진 = 천문연구원]

천문연구원과 NASA가 공동으로 개발한 코로나그래프는 편광 관측은 물론, K-코로나 전자의 온도와 속도 변화에 민감하게 반응하는 네 개 파장의 필터를 장착해 온도와 속도 값을 동시에 2차원 영상으로 구현할 수 있도록 고안된 최초의 코로나그래프이다.

천문연구원은 이번에 검증한 코로나그래프의 핵심기술을 바탕으로 향후 NASA와 차세대 코로나그래프를 개발해 2023년께 국제우주정거장(ISS, International Space Station)에 설치할 예정이다.

이번 연구의 NASA 측 책임자인 나치무트 고팔스와미(Natchimuthuk Gopalswamy) 박사는 “태양 연구는 인류의 생활 전반에 영향을 미치는 중요한 연구이므로 NASA도 끊임없이 태양 탐사를 시도해왔다”며 “이번 성과는 NASA와 천문연이 지난 10년간 태양물리 분야에서 꾸준히 교류해온 협력 연구의 실질적인 성과”라고 밝혔다.

한국측 연구책임자인 천문연구원 김연한 책임연구원은 “이번 국제우주정거장용 코로나 그래프 개발은 저비용 고효율의 태양 탐사 연구에 대한 독자적 활로를 개척함과 동시에 태양 연구의 난제인 코로나 가열과 태양풍 가속 비밀의 실마리를 푸는 데 큰 기여를 할 것”이라고 밝혔다.

태양 코로나의 온도와 속도 분포를 동시에 측정한 이번 연구 결과는 태양물리저널(Solar Physics) 2021년 1월 12일자에 게재됐다.