스페이스 클럽 솔라 오비터(Solar Orbiter)가 사상 최초로 태양의 남극을 관측하고 지저분한 자기장을 드러냅니다.

[스페이스클럽]

지난 2월 금성을 지나가며 태양 주위의 궤도 기울기를 높이는 데 성공한 후, 유럽우주국(European Space Agency)의 솔라 오비터(Solar Orbiter)는 최근 처음으로 태양의 극지방을 촬영했습니다. 이 이미지는 태양의 거대한 자기장이 극에서 어떻게 상호 작용하는지 보여주는 최초의 이미지이며, 태양 주기와 태양 날씨에 대한 과학자들의 이해를 향상시킬 것입니다.

이 이미지는 지금까지 촬영된 태양 기둥 중 첫 번째이지만 마지막은 아닙니다. 향후 5년 동안 솔라 오비터의 궤도는 계속 증가할 것이며, 과학자들은 태양의 북극과 남극에 대한 비할 데 없는 전망을 제공할 것입니다.

지구와 태양의 황도면에 있는 다른 행성들의 위치를 감안할 때, 태양을 촬영한 모든 사진은 태양의 적도를 직접 향하여 촬영됩니다. 솔라 오비터(Solar Orbiter)는 태양 중심 궤도의 기울기를 황평면 너머로 크게 변화시킨 최초의 우주선입니다. 이 기울기의 변화(정확히는 17도)는 카메라가 처음으로 태양의 남극을 볼 수 있게 해주었습니다.

https://youtu.be/TU4DcDgaMM0

"태양은 우리에게 가장 가까운 별이고, 생명을 주며, 현대 우주 및 지상 동력 시스템의 잠재적 파괴자이기 때문에 태양이 어떻게 작동하는지 이해하고 태양의 행동을 예측하는 방법을 배우는 것이 필수적입니다. 우리의 솔라 오비터 미션에서 얻은 이러한 새롭고 독특한 관점은 태양 과학의 새로운 시대의 시작입니다"라고 유럽우주국(ESA)의 과학 책임자인 캐롤 먼델(Carole Mundell) 교수는 말했습니다.

참고 항목

• 솔라 오비터 업데이트
• 우주 과학 보도
• NSF 샵
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솔라 오비터(Solar Orbiter)는 3월 16일 남극이 태양 적도보다 15도 아래에 있을 때 처음으로 남극을 엿볼 수 있었다. 다음 날 내내 탐사선은 임무의 첫 번째 고각 관측 캠페인의 일환으로 다양한 필터를 통해 남극을 이미지화했으며, 이는 솔라 오비터가 최대 궤도 경사도인 17도에 도달할 때까지 계속되었습니다.

우주선은 이미지와 측정값을 캡처하기 위해 세 가지 장비를 사용했습니다. PHI(Polarimetric and Helioseismic Imager)는 태양 광구의 벡터 자기장에 대한 고해상도 및 전체 디스크 측정을 제공합니다. Extreme Violet Imager(EUI)는 광구의 대기층 또는 빛이 방출되는 별의 외부 대기층에 대한 이미지를 제공합니다. 마지막으로, SPICE(Spectral Imaging of the Coronal Environment) 기기는 태양 코로나의 플라즈마 특성에 대한 극한의 자외선 이미지와 분광 측정을 수집합니다.

"우리는 이 첫 번째 관측에서 정확히 무엇을 기대해야 할지 몰랐습니다 - 태양의 극은 말 그대로 테라 인코그니타(terra incognita)입니다." 독일 막스 플랑크 태양계 연구소(Max Planck Institute for Solar System Research)의 PHI 기기 팀 책임자인 사미 솔란키(Sami Solanki) 교수의 말입니다.

Solar Orbiter의 장비 제품군을 보여주는 다이어그램. (제공: ESA)

최초의 고각 관측 프로그램을 위해 PHI는 가시광선에서 태양을 이미지화하고 표면 자기장을 매핑했고, EUI는 자외선과 코로나로 태양을 이미지화했으며, SPICE는 태양 표면 위의 다양한 온도의 하전 가스에서 방출되는 빛을 이미지화했습니다.

세 기기가 수행한 관측은 물질이 태양의 바깥층 내에서 어떻게 움직이는지를 강조하고 토성의 극에서 볼 수 있는 것과 유사한 극 소용돌이를 드러낼 수 있습니다. 또한 태양의 극지방을 관찰하면 태양의 강렬한 자기장과 11년마다 뒤집히는 이유에 대해 더 많이 알 수 있습니다. 태양 활동은 일반적으로 이 자기장이 뒤집힐 때 최고조에 달하지만 현재 모델은 태양이 가장 활동적인 상태에 도달하는 시기와 그 정점이 얼마나 강력할지 정확히 예측하는 데 어려움을 겪고 있습니다.

태양의 자기장과 관련하여 이루어진 그러한 발견 중 하나는 태양의 남극에서 태양의 자기장이 상당히 엉망이라는 것입니다. PHI의 측정은 북극과 남극 자기장이 모두 남극에 존재한다는 것을 보여주었습니다. 일반적으로 행성 극은 두 극성 중 하나를 특징으로 하지만 둘 다 특징은 아닙니다.

태양 남극의 "지저분한" 자기장을 보여주는 PHI 데이터. 빨간색과 파란색 패치는 각각 다른 자기 극성을 나타냅니다. (제공: ESA/NASA/Solar Orbiter/PHI Team/J. Hirzberger (MPS))

그러나 흥미롭게도 이러한 "혼란"은 태양의 자기장이 뒤집혀 가장 활동적인 상태에 있는 태양 극대 동안에만 잠깐 동안 발생합니다. 태양이 2024년 10월에 가장 최근의 태양 최대치에 도달했고 9월이나 10월까지 계속 높은 활동을 유지할 것이라는 점을 감안할 때 관측은 예상치 못한 것이 아니었습니다. 자기장이 뒤집히고 태양의 활동이 줄어들기 시작하면 단일 극성이 형성되어 태양의 각 극을 장악합니다. 자기장은 5-6년 안에 태양이 태양의 최소점에 도달하는 가장 질서 정연한 상태에 도달할 것입니다.

솔란키는 "이러한 축적이 정확히 어떻게 발생하는지는 아직 완전히 이해되지 않았기 때문에 솔라 오비터는 독특하고 유리한 관점에서 전체 과정을 따라갈 수 있는 적절한 시기에 고위도에 도달했다"고 말했다.

PHI의 태양 자기장 관측 및 매핑은 태양 최대치에서 자기장의 복잡성을 더욱 강조했습니다. 가장 강한 자기장은 태양의 적도 양쪽에 있는 두 개의 큰 띠에서 확인되었습니다. 더욱이, PHI 데이터에서 여러 개의 "태양 흑점", 즉 자기장이 태양 표면에 심하게 집중되어 있는 영역이 관찰되었습니다.

태양의 자기장에 대한 PHI의 완전한지도. 빨간색이나 파란색의 음영이 어두울수록 자기장이 강합니다. (제공: ESA/NASA/Solar Orbiter/PHI Team/J. Hirzberger (MPS))

PHI가 태양의 자기장을 매핑하는 동안 SPICE는 태양 표면 내에서 수소, 탄소, 산소와 같은 화학 원소가 방출하는 스펙트럼 선을 측정하여 태양 표면 위의 다양한 대기층에서 무슨 일이 일어나는지 밝히느라 바빴습니다. 또한 SPICE 팀은 처음으로 이 기기로 "도플러 측정"을 성공적으로 수행했으며, 이 동안 SPICE는 스펙트럼 라인을 정밀하게 추적하여 태양 물질 덩어리의 속도를 측정했습니다.

연구팀은 첫 번째 고각 관측에서 여러 도플러 측정을 수행하여 태양 대기의 여러 층에서 태양 물질이 어떻게 움직이는지 보여주는 속도 지도를 만들었습니다.

이러한 측정은 코로나 질량 방출 및 기타 태양 사건 동안 태양 물질이 태양에서 어떻게 분출되는지 밝힐 수 있습니다. 당시 "태양풍"으로 알려진 분출된 태양 물질은 지구, 목성, 화성 및 기타 여러 행성에서 볼 수 있는 놀라운 오로라 빛의 쇼를 담당합니다. 태양풍의 기원을 조사하는 것은 솔라 오비터의 주요 과학 목표 중 하나이며, 최신 극지 관측은 태양풍과 태양풍이 어떻게 생성되는지에 대해 더 많은 것을 밝혀줄 많은 관측 중 첫 번째일 뿐입니다.

SPICE의 태양 남극 속도 지도. 빨간색과 파란색은 물질의 다양한 움직임을 나타내며, 빨간색은 물질이 Solar Orbiter에서 멀어지는 것을 강조합니다. (제공: ESA/NASA/Solar Orbiter/SPICE Team/M. Janvier (ESA)/J. Plowman (SwRI))

"현재와 과거의 우주 탐사에 의해 태양에서 출발하는 태양풍의 도플러 측정은 태양 기둥의 스쳐 지나가는 시야로 인해 방해를 받았습니다. 이제 Solar Orbiter로 가능한 고위도에서의 측정은 태양 물리학의 혁명이 될 것입니다"라고 프랑스 파리-사클레 대학의 SPICE 팀 리더인 Frédéric Auchère는 말합니다.

이 모든 발견은 솔라 오비터(Solar Orbiter)가 새롭게 기울어진 궤도를 처음 통과한 데서 비롯된 것이다. 궤도 경사가 계속 증가함에 따라 극점에 대한 우주선의 가시성과 연구 능력도 증가할 것입니다. 사실, 첫 번째 패스에서 수집된 데이터의 대부분은 아직 분석되지 않았습니다. 솔라 오비터(Solar Orbiter)는 이미 첫 번째 완전한 "극 대 극" 비행을 완료했지만, 이에 대한 완전한 데이터 세트는 10월에 도착할 것으로 예상됩니다.

"이것은 솔라 오비터의 '천국으로 가는 계단'의 첫 번째 단계일 뿐이며, 앞으로 몇 년 안에 우주선은 태양의 극지방을 더 잘 볼 수 있도록 황도면에서 더 멀리 올라갈 것입니다. 이러한 데이터는 태양의 자기장, 태양풍 및 태양 활동에 대한 우리의 이해를 변화시킬 것입니다"라고 Solar Orbiter 프로젝트 과학자 Daniel Müller는 말했습니다.

(리드 이미지: 태양의 남극을 촬영한 솔라 오비터(Solar Orbiter) 이미지. 출처: ESA/NASA/Solar Orbiter/EUI Team/D. Berghmans (ROB))

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