The Science Times

8월 22일, 미항공 우주국(NASA)은 새로운 목성의 이미지를 공개했다. 위 이미지에는 목성뿐 아니라, 목성의 위성들, 목성 고리, 그리고 목성의 오로라, 심지어는 배경의 은하들까지 매우 상세하게 촬영되어 탄성을 자아내고 있다.

거대한 중력을 방패 삼아 우리를 보호해주고 있는 목성

공룡은 6,600만 년 전 대략 지름 10km짜리 거대 소행성이 지구에 충돌하며 멸종했다고 알려져 있다. 현재는 평온해 보이는 지구이지만, 6,600만 년 전의 그때처럼 언제 어디에서 거대 소행성이 지구를 향해서 돌진할지 모른다. 대략 몇 km만 되어도 인류의 모든 문명뿐 아니라 지구 자체도 위험해질 것을 생각해보면, 절묘한 위치에서 거대한 중력을 방패 삼아 우리를 보호해주고 있는 목성은 우리에게 매우 고마운 존재이다.

목성은 이처럼 지구를 보호해주고 있는 태양계의 거대 행성이지만, 그 자체로도 이미 매우 복잡한 행성이다. 거대한 폭풍, 강력한 바람, 오로라, 극한의 차가운 온도 그리고 압력 조건 등 목성 안에서 일어나고 있는 수많은 천체현상은 자세히 밝혀지지 않았으며 이 때문에 인류의 많은 탐사선은 목성을 향하고 있다.

현재까지 성공적으로 목성을 탐사한 탐사선들은 최초로 목성 궤도에 진입한 탐사선 갈릴레이를 비롯하여 현재도 목성을 탐사하고 있는 인류 역사상 가장 성공적인 목성 탐사선 주노를 들 수 있다. (관련기사 바로 가기 – ‘주노는 아직도 살아 있다’)

그리고 유럽에서는 목성 얼음 위성 탐사선(JUICE: JUpiter ICy moon Explorer, 목성의 위성을 위주로 탐사)을 준비하고 있으며, 인도와 중국에서도 목성 탐사선의 발사를 계획하고 있다.

목성 얼음 위성 탐사선의 상상도 © Juice/ESA.

여전히 미스테리한 목성 –  목성 탐사의 의의는?

인류의 기술력은 목성에 매우 가까이에 갈 수 있을 정도로 발전해가고 있지만, 목성을 보다 자세히 관측하려면 거대 행성의 중력을 이길 수 있어야 하기에 연료 소모량이 많이 들고 목성 주변의 높은 방사선 수치로 인해서 현실적으로 많은 어려움이 따른다. 따라서 초고해상도의 망원경으로 목성을 관측하는 것은 목성 연구에 또 다른 기회를 제공해줄 수 있다. 또한, 목성의 외부에서 일어나는 여러 천문학적 현상들은 수치해석 코드를 이용하여 예측된 여러 현상과 비교하며 목성에 관해서 한층 더 알아갈 수 있는 기회를 얻을 수 있다.

거대 행성을 탐구하는 일은 행성 자체로도 큰 의미를 지니지만, 아직까지 베일에 싸여있는 태양계의 형성 및 초기 태양계의 진화 과정에 관한 궁금증도 해결해 줄 수도 있다.

제임스 웹, 목성을 자세히 관측하다

태양계의 거대 행성 목성을 관측하기 위해서 제임스 웹 우주망원경이 나섰다. 캘리포니아 대학교(University of California, Berkeley)의 명예 교수이자 행성 과학자인 임케 드 페이터 교수(Prof. Imke de Pater)는 Early Release Science 프로그램의 일환으로 파리 천문대(Paris Observatory)의 티에리 포우체(Prof. Thierry Fouchet)과 함께 목성을 관측하기 시작했다. 드 페이터 교수는 제임스 웹 우주망원경이 이 정도로 좋은 성능을 보여줄 것이라고 예상하지 못했다고 설명하며 목성의 고리, 작은 위성, 그리고 배경의 은하들과 함께 목성을 이렇게 자세히 볼 수 있다는 것에 대해 놀라움을 표현했다.

세개의 적외선 필터를 통해서 촬영된 목성의 이미지 © NASA, ESA, CSA, Jupiter ERS Team, 이미지 처리 Judy Schmidt

두 이미지는 모두 근적외선 카메라(NIRCam)를 통해서 촬영하였으며, 행성의 세부 사항을 보다 자세히 촬영하기 위하여 여러 개의 특수 적외선 필터(F360M – 빨간색, F212N – 황록색 혹은 주황색, F150W2 – 청록색, 그리고 F335M – 시안색 등)를 이용했다. 눈에 보이지 않는 근적외선 파장을 가시광선 색상으로 변환하여 보여주고 있으며, 일반적으로 가장 긴 파장은 더 붉게 나타나고 짧은 파장은 더 파란색으로 나타난다.

AURA (Association of Universities for Research in Astronomy)의 천문학자 하이디 하멜 박사(Dr. Heidi Hammel)에 따르면 위 이미지에서 밝은 반점 부분(대적점: Great Red Spot, 목성 대기 중 남위 22도에 위치한 고기압성 폭풍 지대)은 높은 고도를 나타낸다고 한다. 대적점은 적도 부근과 마찬가지로 높은 고도의 안개를 가지고 있기 때문이다. 하멜 박사는 이어서 수많은 밝은 흰색 반점과 줄무늬는 응축된 대류 폭풍의 매우 높은 고도에 존재하는 구름의 최상층일 것이라고 설명했다. 이와 반대로 적도 북쪽의 어두운 부분에는 구름이 거의 존재하지 않는다.

오로라 및 대적점, 그리고 목성의 고리까지도 선명히 드러났다. © NASA, ESA, CSA, Jupiter ERS Team, 이미지 처리 Judy Schmidt

제임스 웹의 여러 이미지를 합성하여 만든 목성의 최종 사진엔 목성의 북극과 남극 모두에서 많은 고도에 걸쳐서 오로라가 보인다. 오로라는 더 붉은색으로 매핑된 필터에서 빛을 발하며, 노란색과 녹색으로 매핑된 다른 필터는 북극과 남극 주위에 소용돌이치는 안개를 보여주고 있다. 파란색으로 매핑된 필터를 통해서 더 깊은 구름에서 반사되는 빛을 볼 수 있다. 또한, 지구를 삼킬 수 있을 만큼 큰 폭풍으로 유명한 대적점은 많은 햇빛을 반사하기 때문에 다른 구름과 마찬가지로 흰색으로 보인다.

또한 목성보다 훨씬 더 희미한 고리와 목성의 위성인 Amalthea(Jupiter V라고도 불림)와 Adrastea(Jupiter XV라고도 불림)등을 확인할 수 있다. 아래에는 수많은 은하가 어렴풋이 보이는 것을 확인할 수 있다. 포우체 교수는 위 이미지에서 목성, 고리, 그리고 위성까지 관측할 수 있기에 목성계에 관한 과학을 한눈에 볼 수 있다고 설명했다. 실제로 과학자들은 벌써 위 데이터를 분석하기 시작했다.

위 프로젝트에는 시민 과학자가 참여했다

위 프로젝트에는 시민 과학자가 참여했는데, Modesto California의 쥬디 슈미트(Judy Schmidt)와 스페인 바스크 지방 대학의 행성 대기 과학자 히까르도 후에소 박사(Dr. Ricardo Hueso)는 협력하여 제임스 웹 데이터를 이미지로 변환하는 데 성공했다. 슈미트에 따르면 목성이 매우 빨리 회전하기 때문에 (평균 12.6km/s, 목성은 대부분 기체로 이루어져 있기에 태양처럼 차등 자전을 함; 즉, 적도에서 가장 빠르고 극지방에서는 상대적으로 느린 자전) 실제로 작업하기가 매우 어려웠다고 한다.

본 이미지의 처리를 담당한 시민 과학자 쥬디 슈미트 © NASA, Judy Schmidt

특히 슈미트는 천문학에 대한 배경지식 없이도 10년 전부터 이미 유럽우주국(ESA)에서 개최한 허블의 숨겨진 보물찾기 대회(이미지 처리 대회)에서 3위로 입상하며 천문학에 대한 열정을 쌓은 것으로 알려졌다. 위 대회 이후로도 그녀는 취미로 허블 이미지를 통한 성운, 구상 성단, 별의 탄생 지점 등의 천체 이미지 처리 작업을 즐기고 있으며, 지금도 위 일을 매우 즐기고 있다고 밝혔다. 그녀는 눈에 보이지 않더라도 자연스럽게 보이도록 노력하는 것이 그녀만의 독특한 철학이라고 밝혔다.

또한, 앞으로도 슈미트는 제임스웹 우주망원경이 보내온 데이터를 통해서 이미지 처리 작업을 계속할 것이라고 밝혔다. 특히 그녀는 별 형성 지역이나 Herbig-Haro 천체(HH object)라 불리는 작은 성운에서 강력한 제트를 생성하는 젊은 별에 매료되어 있다고 밝히며 독특하고 멋진 아기 별들이 성운에 구멍을 내고 있는 모습을 보고 싶다고 밝혔다.

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