태양 탐사는 왜 어려울까?

태양 탐사는 우주 미션 중 매우 어려운 탐사에 속한다. 가장 큰 이유로 태양의 강한 중력을 버텨야 하며, 태양의 뜨거운 온도에도 관측 장비가 망가지지 않아야 하기 때문이다. 현재 인류는 두 가지 태양탐사선을 매우 성공적으로 운영 중인데, 이들은 미 항공 우주국(NASA)의 파커 솔라 프로브 (Solar Probe) 탐사선과 유럽 우주국(ESA)의 솔라 오비터(Solar Orbiter) 탐사선이다. 두 탐사선은 비슷하면서도 다르기에 서로 보완하며 태양을 함께 연구하고 있다.

중앙유럽 표준시(CET: Central European Time)로 2022년 5월 18일, 유럽 우주국(ESA)은 태양 탐사선 솔라 오비터가 촬영한 새로운 사진과 데이터를 공개했다.

Solar Orbiter, 우리 별에서 불과 4,800만km 떨어진 거리에서 도달하다

2020년 2월에 지구를 출발하여 태양을 향해 먼 여행을 떠난 솔라 오비터는 태양의 뜨거운 외부 대기인 코로나를 전례 없이 자세히 보여주고 있다. 특히 이번에 공개된 사진들에 따르면, 솔라 오비터는 고해상도 코로나 루프와 광선과 같은 모양의 플라스마 흐름으로 둘러싸인 태양과 태양의 극지방을 보여주고 있다.

솔라 오비터는 지금으로부터 대략 한 달 반전인 3월 26일(중앙유럽 표준시 기준), 태양 주위 궤도 중 가장 가까운 지점(대략 태양으로부터 4,800만km의 거리)을 통과하였다. 이는 지구와 태양 사이 거리의 불과 1/3도 안 되는 거리이다. 인류 역사상 단 3개의 탐사선만이 태양 가까이에 접근했지만, 현재까지 어떤 탐사선도 우리 태양을 이토록 자세히 관측하지 못했다. 솔라 오비터는 6개의 과학 장비를 이용하여 태양의 표면과 대기 그리고 주변 환경을 자세히 관측했으며 4개의 과학 장비를 이용하여 탐사선 주위를 흐르는 입자와 전자기장을 측정했다. 독일의 막스 플랑크 태양계 연구 연구소(MPS)에 따르면 솔라 오비터는 코로나 질량 방출과 태양 플레어를 이미 여러 번 목격했다고 한다.

그중 가장 흥미로운 관측은 뜨거운 플라스마가 강한 자기장에 의해 갇힌 태양의 코로나를 보여주고 있는 사진을 들 수 있다. 솔라 오비터의 3가지 과학 장비는 격렬한 입자 폭발과 방사선이 방출되고 있는 장면을 그대로 촬영했고 그 중 코로나그래프 메티스 기기는 태양 빛 일부를 차단하여 코로나의 외부 영역을 촬영했다. 또한, 코로나 환경 스펙트럼 이미지 처리 장비인 SPICE는 코로나 빛을 분석하여 어떠한 물질들이 주변에 있는지 분석했다.

특히, 3개의 반사 망원경을 사용하여 극단파장 자외선으로 코로나를 이미지화하는 EUI(Extreme Ultraviolet Imager) 장비 역시 코로나 촬영에 이용되었는데, MPS 연구소장 사미 솔랑키 교수에 따르면 Prof.Sami K. Solanki)는 EUI가 역대 최고의 해상도로 코로나를 보여주고 있다고 한다. 위 초고해상도 이미지는 아직 베일에 둘러싸인 코로나에 관해서 연구하는 데 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

‘태양 고슴도치’ 현상 관측

3월 30일에 촬영된 이미지를 살펴보면 뜨거운 플라스마가 광선과 같은 방식으로 여러 방향으로 흐르고 있음을 알 수 있다. 태양의 활동이 마치 고슴도치 모양으로 활발하게 변화하고 있기 때문에 ‘태양 고슴도치’라는 별명이 붙은 이 활동은 대략 직경은 대략 25,000km인 것으로 밝혀졌다.

MPS의 하디 피터 교수 (Prof. Hardi Peter)에 따르면 이와 같은 뜨겁고 차가운 가스 스파이크 현상은 이전에 촬영된 적이 없기에 정확히 무슨 일이 일어나고 있는지 알기 힘들다고 밝혔다. 또한 이러한 구조가 어떻게 형성되는지도 불분명하다.

Solar Orbiter는 SPICE 장비와 함께 자기장이 대기 중으로 상승하며 루프를 방출하는 태양 활동도 촬영했다. 가스는 루프 주위를 이동하고 냉각되어 태양 표면에 '코로나 비'를 만들고 있으며 관측팀은 밝은 가스가 태양에 레이스 패턴을 만들며 '코로나 이끼'를 만들고 있다고 밝혔다. SPICE장비는 MPS에서 개발한 과학 장비이며, 태양 표면에서의 자기장 극성을 시각화해서 보여줄 수 있는 기계이다. MPS의 과학자 요아힘 보크 박사(Dr.Joachim Woch)에 따르면, 위 결과를 통해서 코로나 루프의 물리적 기원이 이해되길 기대되고 있다고 한다.

과학자들은 이번 관측 때 솔라 오비터가 촬영한 마치 불꽃놀이 같은 태양의 활동에 관해서도 면밀히 연구 중이다. 촬영 기간 동안 한 번의 에너지 입자 폭발과 세 번의 태양 플레어가 포착되었으며 관측팀에 따르면 이번 태양 플레어는 태양 활동이 매우 활발한 기간에도 발생하지 않았던 플레어들이라고 한다.

솔라 오비터의 태양 극지방 촬영 의의 

솔라 오비터가 촬영한 태양 남극은 지구에서 직접 관측할 수 없는 부분이기에 솔라 오비터와 같은 태양 전문 탐사선이 연구할 수 있는 영역이다. 솔라 오비터는 위 촬영을 위하여 황도면으로부터 4도 정도 내려가서 태양을 관측했으며, 임무가 끝날 때까지 대략 33도 정도까지 내려갈 계획이다.

솔라 오비터, 앞으로의 관측이 더욱 기대된다

솔라 오비터는 6개월마다 태양에 근접할 예정이며 올해 10월에는 태양에 더욱 가깝게 (대략 4,200만km의 거리) 접근할 전망이다.

한편, 솔라 오비터는 지구보다는 태양에 더 가까운 거리에서 비행하고 있기에 이미 지구에서 매우 먼 거리에서 태양을 돌고 있다. 때문에 솔라 오비터의 데이터 전송 속도는 다소 느린 편이다. 2022년 5월 현재, 솔라 오비터가 보낸 데이터의 일부만이 지구에 도착했으며 현재 공개된 사진과 데이터들은 지난 몇 주 동안 솔라 오비터 관측 팀에서 분석한 결과이다. 자료는 계속 전송될 전망이므로 앞으로의 관측과 분석이 더 기대되는 솔라 오비터이다.

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