목성 대청점에서 "자기장 변화 활발"
목성 대청점에서 "자기장 변화 활발"
  • 함예솔
  • 승인 2019.05.29 12:45
  • 조회수 2746
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지구랑 공통점 하나 더 추가요~ 출처: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill
지구랑 공통점 하나 더 추가요~ 출처: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

목성은 가스로 이뤄져 있기 때문에 암석으로 이뤄진 지구와는 공통점이 적지 않을까 싶은데요. NASA의 목성 탐사선 주노(Juno)가 지구와 목성의 공통점을 하나 더 찾은 것 같습니다. 최근 <Nature Astronomy>에 게재된 연구에 따르면 목성의 자기장은 1970년대부터 변하고 있었다고 하는데요. 물리학자들이 이를 증명했습니다.

40년치 데이터를 비교

 

자기장이 주기적으로 변화하는 영년 변화(secular variation)를 결정하는 게 뭘까요. 이걸 알아내는 일은 행성의 자기장 발생 동력원을 이해하는 열쇠이기도 합니다. 하지만 행성의 자기장 특징을 파악하기 위해서는 행성에 근접해 측정한 데이터가 필요한데요. NASA의 주노 연구진들은 NASA에서 실시됐던 목성의 과거 탐사임무에 대한 데이터를 이용했습니다.

 

1973년 목성에 도달한 파이오니어(Pioneer) 10호, 1974년 목성에 도달한 파이오니어(Pioneer) 11호, 1979년 목성에 도달한 보이저 1호와 1992년 목성에 도달한 율리시스(Ulysses) 호를 통해 얻은 데이터를 목성 자기장의 새로운 모델인 JRM09와 비교했습니다.

 

주노에는 자기장의 상세한 3차원 지도를 만들 수 있는 자기 탐지기(magnetometer)가 탑재돼 있었는데요. 2016년 목성의 궤도에 근접해 극에서 극으로 이동하며 수집한 목성의 상세한 중력과 자기장 데이터를 기반으로 JRM09 모델을 개발했습니다. 

주노 우주선과 목성의 상상도. 주노 호는 목성의 극지방을 탐사하기 위해 만들어졌습니다. 출처: NASA/JPL-Caltech
주노 우주선과 목성의 상상도. 주노는 목성의 극지방을 탐사하기 위해 만들어졌다. 출처: NASA/JPL-Caltech

연구진은 최초로 목성 자기장 데이터인 파이오니어 호의 데이터와 주노가 제공해준 최신 데이터를 비교해 목성의 자기장에서는 작지만, 뚜렷한 변화가 발생한다는 점을 밝혀냈습니다. 하버드대학교의 주노 연구진인 Kimee Moore은 "목성의 자기장처럼 거대한 무언가에서 미세한 변화를 찾아내는 것은 어려운 일이었다"며 "40년 동안 목성을 가까이에서 관찰해 얻은 비교치는 목성의 자기장이 실제로 시간이 변하면서 변화하고 있다는 것을 확인할 수 있도록 충분한 데이터를 제공했다"고 밝혔습니다.  

목성 자기장이 변하고 있다. 출처: NASA/JPL-Caltech/Harvard/Moore et al
목성 자기장이 변하고 있다. 출처: NASA/JPL-Caltech/Harvard/Moore et al

자기장 변화, 어떻게 발생하나

 

주노 연구진은 우선 목성의 자기장에서 영년 변화(secular variation)가 일어난다는 것을 증명하고 난 후 어떻게 이러한 변화가 일어날 수 있었는지 설명하기 위해 이론을 세웠습니다.  

 

연구진은 이전의 근접 비행에서 받은 자료들을 분석해 목성의 자기장이 기존에 생각했던 것보다 더 복잡하다는 점과 목성의 자기권이 목성 특유의 독특한 겉모습을 만들어냈다는 점도 발견했습니다.

 

또한 밝은 오로라를 만들어낸 고에너지 입자를 관측한 결과, 목성의 전류 체계에 목성의 위성 이오(Io)의 화산에서 튀어 오른 물질이 포함돼 있다는 것도 발견할 수 있었습니다. 이 물질은 목성의 자기장에 영향을 준 것으로 보입니다. 이에 연구진은 이와 관련한 데이터를 제외하고 목성 내부의 다이나모(internal dynamo)에 관한 데이터만 남겨뒀습니다. 

목성의 격동적인 구름을 포착한 놀라운 이미지는 2018년 10월 29일 주노캠이 수집한 데이터를 시민 과학자인 제럴드 아이히슈타트와 션 도란이 재가공하여 만들었습니다. 그들은 목성의 대기에 있는 폭풍이 격렬해지면서 형성되는 복잡한 패턴을 보여주기 위해 색상을 향상시켰습니다.
목성의 격동적인 구름을 포착한 놀라운 이미지는 2018년 10월 29일 주노캠이 수집한 데이터를 시민 과학자인 제럴드 아이히슈타트와 션 도란이 재가공해 만들었다. 그들은 목성의 대기에 있는 폭풍이 격렬해지면서 형성되는 복잡한 패턴을 보여주기 위해 색상을 향상시켰다.

이후 몇 가지 가설을 시험하던 연구진은 목성 내부 자기장의 영년 변화를 가장 잘 설명해 주는 것이 목성 대기의 '바람'라는 사실을 알아냅니다. 이 바람은 대상풍(zonal wind)으로 위도에 평행하게 부는 바람을 말합니다. 대상풍은 목성 표면에서부터 깊이 3,000km가 넘는 구간까지 연장돼 있는데요. 이 깊이는 행성 내부에서 가스가 전도성 높은 액체 금속으로 바뀌기 시작하는 곳이라고 합니다. 물론 연구진들은 실제로 목성의 깊숙한 곳까지 볼 수 없기 때문에 이 깊이는 불확실합니다. 하지만 최대한 정확성을 기한 추정치라는 설명입니다.

 

연구진은 이곳에서 자기장이 변형되고 연장되며 행성 주위로 이동시킨다고 생각합니다. 특히 목성의 적도 부근의 자기장이 강렬한 지점인 대청점(Great Blue Spot)에서 그 영년 변화가 가장 컸는데요. 대청점은 목성의 적도 근처에 있는 강한 자기장 지점 중 한 곳 입니다. 이 부근의 강한 자기장과 목성 내부 자기장의 영년 변화를 일으키는 강한 대상풍(zonal wind)이 합쳐지며 목성에서 가장 큰 영년 변화를 일으켰습니다.

 

참고로 대청점(Great Blue Spot)은 대적점(Great Red Spot)과 다른 지점입니다. 대청점의 북쪽과 남쪽 부근은 목성에서 동쪽으로 이동하고 있고 중심 부분은 서쪽으로 이동하며 목성의 자기장에 변화를 일으키고 있습니다. 

 

Kimee Moore은 "좁은 자기장 핫 스팟 지점인 대청점이 거의 대부분의 목성 자기장의 영년 변화에 대한 원인일 수 있다는 점이 놀랍다"고 전했습니다. 이번 연구에 적용된 방법들은 아직도 풀어야 할 미스터리가 많이 남아있는 지구의 자기장을 연구하는 작업에도 도움이 될 것으로 전망됩니다. 



##참고자료##

 



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