September 23,2019

오색 현란한 목성의 줄무늬 속을 들여다보다

美연구팀, 전파망원경 ALMA로 내부 폭풍 관측

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목성 남적도띠의 흰색 구름 2개(중앙)와 띠의 흐름이 방해받는 장면  ⓒ UC 버클리 I. 드 파테르 등

목성 남적도띠의 흰색 구름 2개(중앙)와 띠의 흐름이 방해받는 장면 ⓒ UC 버클리 I. 드 파테르 등

태양계 행성 중 가장 큰 목성의 대기는 독특한 줄무늬를 갖고 있다. 어두운 줄무늬는 ‘띠(belt)’, 밝은 줄무늬는 ‘대(zone)’로 부르는데 이런 띠와 대 10여개가 시루떡처럼 적도와 평행하게 번갈아서 목성 전체를 휘감고 있다.

이런 현란한 띠와 대가 목성 대기 깊숙한 곳에서 무슨 일이 벌어지는지를 가리고 있었지만 전파망원경 이미지를 통해 속살이 드러났다.

미국 버클리 캘리포니아대학(UC버클리)과 미국 국립전파천문대(NRAO)에 따르면 이 대학 천문학 명예교수 임케 드 파테르 박사가 이끄는 연구팀은 목성에서 관측된 밝은색 작은 구름이 띠와 대에 미치는 영향을 추적한 연구 결과를 미국천문학회(AAS) 학술지인 ‘천문학 저널(Astronomical Journal)’ 온라인판에 공개했다.

‘기둥(plume)’으로도 부르는 이 구름은 목성의 띠에서 주로 발생하는 폭풍이다. 목성 표면의 줄무늬에서는 밝은색 구름처럼 보이지만 천둥과 번개를 동반한 지구의 뇌우(雷雨)와 비슷한 것으로 번개를 일으키기도 한다.

이 구름이 ‘남적도띠(South Equatorial Belt)’에 생긴 것은 호주의 아마추어 천문가가 지난 2017년 1월에 처음 관측했으며, 며칠 뒤 칠레 북부 아타카마 사막에 있는 전파망원경 배열인 ‘아타카마 대형 밀리미터/서브밀리미터집합체(ALMA)’에도 포착됐다.

이후 이어진 관측에서 허블우주망원경은 이 구름 옆에 또 다른 구름이 생기고 띠의 흐름을 흔들어 놓는 이미지를 잡았다. 제2의 구름은 강한 바람과 상호작용으로 형성된 곳에서 동서로 흩어졌다.

이보다 3개월 전에는 북적도띠(North Equatorial Belt)의 윗부분에서 4개의 밝은 점이 관측된 뒤 띠가 북쪽으로 확대됐으며 북쪽 가장자리가 흰색에서 오렌지색 계열의 갈색으로 바뀐 것으로 나타났다.

연구팀은 이런 구름이 강력하고 지속해서 대류에 영향을 끼쳤다면 몇개월이 걸릴 수도 있지만, 띠와 대를 흔들어 놓을 수도 있었을 것이라고 했다.

목성은 가장 바깥 구름이 암모니아 얼음으로 돼 있으며 상층 구름마루에서 약 80㎞ 아래에 물방울 층이 있어 이런 구름 기둥을 형성한다는 이론이 제시돼 있는데, 이번 연구결과는 이를 뒷받침하는 것으로 받아들여지고 있다.

연구팀은 광학망원경으로는 암모니아 구름 밑을 보지 못함에 따라 ALMA와 미국 국립전파천문대가 뉴멕시코에서 운영 중인 ‘초대형배열(VLA)’ 관측 결과를 가시광선과 적외선 이미지와 비교하며 구름 아래에서 새로 형성되는 폭풍이 암모니아 구름마루를 뚫고 올라오르는 현상을 집중적으로 관측했다.

그 결과, 이 폭풍 구름이 대기 중 가장 온도가 낮은 성층권과의 경계면인 대류권 계면까지 올라와 지구에서 천둥과 번개를 일으키는 적란운(積亂雲)처럼 퍼져나가는 것으로 나타났다.

드 파테르 교수는 “ALMA를 통해 고농도의 암모니아 가스가 대기를 뚫고 올라오는 것을 처음으로 관측했다”면서 “대기 깊숙한 곳에 있는 물방울 층 구름에서 습한 대류가 강력한 구름 기둥을 촉발하고 이것이 암모니아 가스를 최상층의 암모니아 구름마루보다 더 높은 대기로 끌어올린다는 현재의 이론을 확인할 수 있었다”고 설명했다.

연구팀은 이번 연구결과가 목성 표면의 암적색 타원형 무늬인 대적점(Great Red Spot)과 오색의 다층 띠와 대 구조 등과 함께 태양계에서 가장 아름답고 변화무쌍한 가스행성을 만들고 있는 대기에 대한 이해를 넓히는 데 도움이 될 것이라고 했다.

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