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혜성서 맨눈으론 안 보이는 원자외선 오로라 포착

송고시간2020-09-22 11:34

태양풍 전자 '혜성 67P' 둘러싼 가스와 충돌해 형성

혜성 67P가 태양에 접근하면서 가스와 먼지가 일어나는 장면
혜성 67P가 태양에 접근하면서 가스와 먼지가 일어나는 장면

[ESA/Rosetta/NAVCAM 제공/ 재판매 및 DB 금지]

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 태양이 태양풍에 실어 보내는 전기를 띤 하전입자는 지구자기장의 자기력선을 따라 극지의 대기권 상층부로 유입돼 산소 원자나 분자와 충돌하면서 고위도 지역의 밤하늘에 아름다운 빛을 만들어낸다.

오로라 또는 극광(極光)으로도 불리는 이런 현상은 지구에서만 일어나는 것은 아니다. 형태는 조금씩 달라도 태양계에서는 수성을 제외한 모든 행성이 오로라를 갖고있으며 목성의 위성(달)인 가니메데와 유로파에서도 오로라 현상이 관측됐다.

하지만 혜성에서는 오로라가 포착되지 않았는데, 약 6.45년을 주기로 태양을 도는 '혜성 67P/추류모프-게라시멘코'(이하 혜성 67P)에서 맨눈으로는 보이지 않지만 원자외선(far-ultraviolet) 오로라가 처음으로 포착돼 학계에 보고됐다.

미국 사우스웨스트연구소(SwRI)와 과학전문 매체 사이언스얼러트(Sciencealert) 등에 따르면 영국 '임페리얼 칼리지 런던'의 대기물리학자 마리나 갈란드 박사가 이끄는 연구팀은 혜성 67P에서 오로라 현상을 관측한 결과를 과학 저널 '네이처 천문학'(Nature Astronomy)에 발표했다.

갈란드 박사는 혜성 67P를 2년간 가까이서 관측한 유럽우주국(ESA)의 '로제타' 탐사선에 장착된 '앨리스 원자외선(FUV) 분광기'와 '이온·전자 센서'(IES) 등을 활용했다.

연구팀은 "태양풍을 타고 혜성에 도달한 태양의 하전입자인 전자가 혜성의 얼음과 먼지로 된 핵을 둘러싼 가스와 상호작용하며 오로라를 만들어 냈다"면서 "IES를 이용해 오로라를 유발한 전자를 포착했다"고 설명했다.

혜성 67P를 둘러싼 가스, 이른바 코마가 전자와 충돌하며 여기(勵起·excite)돼 원자외선을 내는 것은 앨리스 분광기로 잡아냈다. 원자외선은 근자외선과 극자외선 사이의 300~200㎚ 파장을 갖는다.

연구팀은 처음에는 원자외선이 태양의 광자가 가스와 작용하며 일으킨 '주간 대기광'(dayglow)일 것으로 여겼으나 광자가 아닌 전자가 혜성 주변에서 가속하며 코마 내 물 분자 등과 충돌해 이를 수소와 산소로 분해해 독특한 빛을 낸 것을 확인했다.

혜성 67P 원자외선 오로라 형성 과정

[ESA (spacecraft: ESA/ATG medialab) 제공]

지구에서는 자기장이 태양풍을 타고 온 하전입자를 극지 대기권 상층부로 보내 독특한 빛을 형성하지만 혜성 67P는 이런 역할을 하는 자기장이 없어 오로라가 혜성을 둘러싸고 분산된 형태를 보이는 것으로 나타났다.

연구팀은 앨리스 분광기와 IES 등 로제타 탐사선에 탑재된 장비로 수집한 자료를 복합적으로 활용해 혜성 67P가 맨눈으로는 보이지 않지만 지구에서와 같은 메커니즘으로 오로라를 형성한다는 점을 분명하게 입증했다고 밝혔다.

논문 공동저자인 SwRI의 짐 버치 박사는 "지구 오로라를 50년간 연구해 왔다"면서 "자기장이 없는 혜성 67P 주변에서 오로라를 발견한 것은 놀랍고 대단히 흥미로운 것"이라고 했다.

갈란드 박사는 다양한 거리에서 포착되는 혜성의 오로라가 태양풍 내 전자의 변화를 연구하는데 이용될 수 있을 것이라면서 이는 지구에 대규모 정전을 일으키고 위성 장애를 유발할 수 있는 우주기상을 예측하는 데 도움을 줄 수 있다고 했다.

eomns@yna.co.kr

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