NASA의 파커 태양 탐사선, 태양풍의 단서를 발견하다

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Parker Solar Probe는 NASA 연구자들에게 태양이 입자를 시간당 백만 마일까지 가속시키는 방법에 대한 통찰력을 제공하고 있습니다.

케네스 장

과학자들은 수요일에 샤워 헤드에서 나오는 물처럼 고속 입자가 태양에서 뿜어져 나온다고 보고했습니다.

2018년에 발사되어 현재 태양의 외부 대기, 즉 코로나에 대한 판독값을 수집하기 위해 급습하고 있는 NASA 우주선인 파커 우주 탐사선의 데이터는 태양이 어떻게 태양풍(매속 백만 마일)을 생성하는지에 대한 단서를 제공하고 있습니다. 태양계 바깥쪽으로 돌진하는 전자, 양성자 및 기타 하전 입자의 시간 흐름입니다.

태양풍 연구는 오랫동안 과학자들을 당황하게 했던 미스터리와 관련되어 있습니다. 온도가 수백만도까지 치솟는 코로나가 상대적으로 차가운 화씨 10,000도인 태양 표면보다 훨씬 더 뜨거운 이유는 무엇입니까?

파커 탐사선의 이름은 1958년 처음으로 태양풍의 존재를 예측한 시카고 대학의 천체 물리학자인 유진 N. 파커(Eugene N. Parker)의 이름을 따서 명명되었습니다.

태양에는 중력에 의해 아래쪽으로 끌려가는 희박한 가스 대기가 있으며, 태양 내부의 핵융합 반응으로 생성된 압력은 위쪽으로 밀려납니다.

전반적으로, 힘은 태양이 붕괴되거나 부서지지 않도록 균형을 이룹니다. 그러나 힘은 모든 곳에서 완벽하게 상쇄되지 않으며 파커 박사의 계산은 태양이 어떻게 새는 풍선처럼 작용할 수 있는지를 보여줍니다.

캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 물리학자인 스튜어트 베일(Stuart Bale)은 "시스템에 충분한 압력을 가하면 대기가 빠져나갈 수 있습니다. 그리고 대기가 빠져나가면서 에너지를 얻게 됩니다"라고 말했습니다.

수요일 네이처(Nature) 저널에 발표된 논문에서 태양풍의 전기장과 자기장을 측정하는 파커 태양탐사선(Parker Solar Probe)의 장비를 이끌고 있는 베일 박사와 그의 동료들은 태양풍의 흐름이 뜨거운 가스의 패턴과 일치한다고 보고했습니다. 태양 내에서 상승하고 더 차가운 가스가 떨어지는 것입니다. 본질적으로 뇌우에서 발생하는 것과 동일한 이 대류 현상은 태양 내에서 수소의 상하 흐름을 생성하며, 서로 옆에 밀집된 뇌우와 같은 흐름 패턴을 초과립화라고 합니다.

하전 입자의 대류는 끊어졌다가 다시 연결될 때까지 늘어나는 이동 자기장을 생성하여 코로나 가열에 기여하는 에너지를 방출합니다. 이러한 재연결은 태양풍 입자를 가속화하는 것으로 보입니다.

태양에 대한 초기 관측에서는 이미 태양풍이 코로나 구멍(coronal holes)으로 알려진 곳, 즉 자기장이 태양의 다른 지점을 둘러싸서 다시 내려오는 대신 우주 바깥쪽으로 계속 멀리 뻗어나가는 지역임을 지적했습니다.

지구를 둘러싸고 있는 것과 비슷한 모양의 자기장을 생성하는 간단한 막대 자석을 상상해 보십시오. 극에서는 자기장이 수직으로 위아래로 움직입니다. 그게 바로 코로나 구멍이에요.

태양의 조용한 기간(태양 활동은 상대적으로 조용한 시기부터 과잉 활동적인 시기까지 11년 주기로 다양함) 동안 태양의 자기장은 이러한 막대 자석 구성을 갖습니다. 파커 우주선이 발사되었을 때 태양은 최저치에 가까웠습니다.

그러나 태양이 주기의 최대치에 가까워짐에 따라 자기장이 역방향으로 격렬해질 때 자기장의 구조는 더욱 복잡해지고 더 많은 코로나 구멍이 나타납니다.

파커 우주선의 장비는 태양풍이 코로나 구멍 위에서 균일하지 않다는 것을 감지했습니다. 대신, 입자는 샤워 헤드에서 나오는 제트와 같은 "마이크로 스트림"으로 나타났습니다.

메릴랜드 대학교 물리학 교수이자 네이처 논문의 또 다른 저자인 제임스 드레이크는 우주 탐사선의 센서가 "태양풍이 엄청난 양의 구조를 가지고 있다는 것을 인식하기 시작했다"고 말했습니다.

마이크로스트림의 주기적인 패턴은 초과립의 패턴과 일치했으며, 이는 태양 표면 근처의 자기 재결합이 입자 가속에 중요한 역할을 한다는 것을 암시합니다.

드레이크 박사는 “나는 재연결의 모든 특징을 알아낼 수 있었다”고 말했다. "난방이 얼마나 진행되고 있는지 알 수 있었어요. 그리고 난방이 얼마나 되는지 알아낸 후에는 풍력에 전력을 공급하기에 충분하다는 걸 알게 됐죠."