태양의 자기장 극히 미약해

과학기술

태양의 자기장 극히 미약해
태양궤도선 ‘솔로’ 첫 번째 데이터 전송

2020.02.20 10:09 이강봉 객원기자

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지난 2월10일 유럽우주국(ESA)에서 제작한 태양 궤도선 ‘솔로(SolO·Solar Orbiter)’가 미 플로리다주 케이프 커네버럴 공군기지에서 발사됐다.

그리고 지금 지구와 금성의 중력을 이용해 태양 적도 부근의 황도면에서 벗어난 뒤 수성 안쪽에서 비스듬하게 태양 적도를 향해 날아오르며 그동안 몰랐던 사실을 관측하고 있는 중이다.

지난 10일 발사한 태양 궤도선 ‘솔로’가 태양의 자기장이 지구에서 측정할 수 있는 자기장과 비교해 수천 배 작은 자기장을 일으키고 있다는 내용의 첫 번째 데이터를 보내왔다. ⓒESA/ATG media lab

전기선보다 더 작은 자기장 일으켜

18일 ‘인디펜던트’ 지는 ‘솔로’가 보내온 첫 번째 데이터 내용이 자기장에 관한 내용이라고 보도했다.

자력계(magnetometer)를 담당하고 있는 임페리얼칼리지런던의 팀 호버리(Tim Horbury) 교수의 말을 인용, 태양 근처에서 측정한 자기장이 지구에서 측정되고 있는 자기장과 비교해 수천 배 작은 크기의 자기장을 일으키고 있었다고 설명했다.

자기장이란 자석의 주위나 전류가 통하고 있는 쇠줄 주위에 자기력이 작용하는 공간을 말한다.

‘자장(磁場)’ 혹은 ‘자계(磁界)’라고도 하는데 위치, 속도, 힘 등과 같이 크기와 방향성을 갖는 물리량이 작용하는 벡터장의 영역이다.

호버러 교수는 태양 극지로부터 발생하는 자기장을 정확히 관측하기 위해 우주선 내의 센서들을 모든 전기적 활동(electrical activity)으로부터 격리시켰다고 말했다.

아울러 호버러 교수는 “자력계가 측정한 데이터를 분석한 결과 태양에서 발산하고 있는 자기장의 크기가 지구에서 측정한 자기장보다 수천 배 작다는 사실을 확인할 수 있었다.”고 말했다.

ESA는 ‘솔로’를 태양에서 약 4200만㎞ 떨어진 위치까지 접근시킬 예정이다. 지금처럼 태양을 타원궤도로 돌다가 2021년 말부터 본격적으로 탐사를 시작한다는 계획이다.

처음에는 태양 적도 기준으로 17도 기울기로 통과한 뒤 최종적으로 33도로 고도를 높여 더 높은 곳에서 극지방을 관측한다는 것.

‘솔로’가 최종적으로 탐험할 태양 극지는 매우 빠른 태양풍의 발원지이자 태양의 흑점 활동과 주기를 이해하는데 열쇠가 되는 곳이다. 과학자들은 극지로부터 태양의 대기와 태양풍, 자기장 등에 대한 데이터를 수집, 우주 기상에 대한 대처 능력을 높여나갈 수 있을 것으로 기대하고 있다.

태양풍 비밀 알아낼 수 있는 증거

이번에 데이터를 보내온 ‘솔로’에는 총 10대의 측정 장비가 실려 있다.

태양 궤도를 돌면서 우주선 주변의 고에너지 입자와 자기장 등을 측정할 수 있는 장비 4대, X선과 적외선 등 다양한 빛의 파장으로 태양을 관측하는 원격 이미저 6대 등을 장착하고 있다.

이 장비들은 최고 600도의 열을 견딜 수 있는 티타늄 열 방패로 보호되고 있는데, 38㎝ 두께로 티타늄 포일을 겹쳐 만들었으며, 동물 뼈를 태워 만든 물질로 코팅이 돼 있다. 크기는 3 × 2.4ｍ.

방패 안에서 보호되고 있는 원격 이미저 등은 개폐식 작은 구멍을 통해 잠깐씩 태양을 관측할 수 있도록 하고 있다.

이번에 데이터를 보내온 장비는 자력계로 자기장의 크기와 방향 등을 측정할 수 있는 장비다. 우주국은 이 장비를 통해 태양의 자기장을 측정해 태양 폭발현상인 플레어 등을 연구하는데 활용하려 하고 있다.

태양 표면 위의 거대한 폭발현상인 플레어는 지구 자연현상과 밀접한 관계를 갖고 있다.

플레어가 발생할 때 종종 태양 물질들이 우주공간으로 같이 뿜어져 나오는데, 이를 코로나 물질 분출이라고 한다.

이 물질이 대량 분출되면 다량의 고에너지 방사능 입자들을 우주공간으로 뿌리기 때문에 매우 위험한 현상이 발생한다. 특히 지구에 이러한 지자기 폭풍이 발생하면 지구 대기권 외부에 강한 전류를 전달시켜 인공위성이나 지상의 발전소를 무용지물로 만들 수 있다.

이 태양 플레어를 관측하기 위해서는 자기장을 파악해야 한다.

플레어는 태양흑점 근처에서, 보통 반대로 유도되어 있는 자기장 사이를 나누는 선을 따라 발생하는데 이 자기력선을 파악할 경우 태양 플레어가 어떻게 발생하고 있으며 이로 인해 지구에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 등 다양한 예측이 가능하다.

자기장과 관련해 데이터를 축적하기 시작한 ‘솔로’는 2018년 8월 NASA가 발사한 태양 탐사선 ‘파커 솔라 프로브(PSP)’와 협력해 태양 표면과 대기, 고에너지 입자 분포, 자기장 등을 입체적으로 관측할 예정이다.