[태양] 태양의 신비

[공감]

▶ 코로나 가열과정

태양의 코로나의 비이상적으로 높은 온도는 신비에 쌓여있다. 태양의 외부대기(코로나)는 약 1,000,000°C로 표면온도인 약 6000°C 보다 훨씬 높다. 이런 높은 온도를 유지하며 코로나를 가열하는 과정의 근원은 태양풍의 가속과 더불어 태양의 커다란 신비 중의 하나이다. 보통 온도는 열원으로부터 멀리 이동함에 따라 낮아진다. 그리고 이것은 태양의 내부에서 가시표면으로 올라옴에 따라 적용될 것이다. 그러나 채층을 지나 코로나가 존재하는 고도에 도달하면 온도는 갑작스럽게 올라간다. 이러한 이유에 대하여 몇 가지의 메커니즘이 제시되었지만 실제적으로 인정되는 것은 아직 없다.

▶ 태양플레어의 성질

태양 플레어는 태양표면 위의 거대한 폭발현상을 말하는 것으로 단 몇 분의 과정으로 그것들은 수백만도로 물질을 가열하고 10억 메가톤 이상의 에너지를 방출한다. 특히 커다란 태양플레어가 발생할 경우 백색광에서도 관측되는 일이 있으며 이것을 ‘백색광 플레어’라고 한다. 태양의 활동이 활발할 때, 태양흑점 부근에서 발생하는 일이 많고 이러한 영역을 태양활동영역이라고 한다.

플레어의 규모는 엑스선의 강도에 의해 분류 되는데 X, M, C, B, A 등급이 있으며 X가 가장 강하다. 플레어의 발생메커니즘은 태양활동영역 안에서 축적된 자기에너지가 자기재결합에 의해 열에너지나 운동에너지로 변환함에 기인한다는 설이 유력하다.

플레어가 발생하면 대량의 엑스선, 감마선, 고 에너지 하전입자가 발생한다. 또한 플레어와 동반하여 태양 코로나 물질이 행성간 공간에 방출되는(Coronal mass ejection、CME)일이 많다. 고 에너지 하전입자가 지구에 도달하면 델린저 현상, 자기폭풍, 오로라발생의 요인이 된다. 2003년은 대규모 플레어가 빈번히 발생, 델린저 현상에 의해 지구상의 위성, 무선통신에 많은 악영향을 미쳤다. 지구자기권 밖에서는 플레어 시에 엑스선, 감마선 방출량이 인간의 치사량을 넘는 일도 있다.

그렇기 때문에 플레어 발생 그 자체와 플레어 발생시 고에너지 하전입자가 지구에 도달하는 것을 예보하는 일은 매우 중요하다.

▶ 태양흑점 주기의 기원

태양흑점 주기의 기원을 알아내는 것은 앞으로의 우주 생활에 중요한 역할을 할 것이다. 태양표면에서 보이는 흑점들의 수는 약 11년 동안 거의 0에서 100개가 넘게 증가하며 다시 다음 주기가 시작되면서 거의 0에 가깝게 감소하는데, 태양흑점 주기의 근원 또한 태양 천문학의 커다란 신비의 하나로 여겨진다. 이 신비를 푼다면 우주날씨에 대해 더욱 정확한 예보를 할 수 있을 것이다.

흑점이 생성되는 원인으로는 태양자기장에 의해 발생한다고 추정되고 있다. 태양이 회전함에 따라 태양내부에는 수십억 암페어의 전류가 발생한다. 이것에 의해 1가우스정도의 강력한 자력선이 남북방향으로 발생한다. 태양의 회전은 고위도지대보다 저위도지대쪽이 빠르고, 적도부가 빠르기 때문에 남북방향의 자력선도 동서적도부로 휘감기듯 어긋난다. 위도에 따라 다른 회전으로 생기는 차이는 반년 후에는 적도부에서 일주하고, 3년 후에는 자력선도 6바퀴정도 휘감기게 된다. 이렇게 몇 년 동안 동서 적도부를 중심으로 늘어지고 좁은 범위에서 평행하게 밀도를 늘린 자력선은 서로 반발하여 부분적으로 광구면에서 떠올라 코리올리 힘을 받아 비틀어진다. 흑점의 자장은 수천 가우스나 된다.

동서방향으로 나란히 나타나는 흑점은 태양자장이 광구면에서 방출된 후에 돌아가는 길에 생긴다고 생각된다. 강한 자력선에 의해 플라즈마가스의 대류가 방해받아 표면온도가 내려가서 생긴다는 설이다.

그러나 우리는 여전히 기본적인 물리법칙들을 이용해 믿을 만한 미래의 흑점숫자를 예상할 수 있는 모델은 만들어 낼 수 없다. 이 문제는 앞으로의 숙제로 남겨질 것이다.

▶ 뉴트리노

뉴트리노(neutrino)란 중성미자를 말하며, 태양과 같은 항성의 내부에서 핵반응을 통해 생기고, 매우 작은 질량을 가지고 있는 입자이다.

뉴트리노를 발견하는 것은 어려운 작업으로 현재 몇몇의 독립적인 실험들의 결과는 우리가 예상하는 수의 약 1/3만이 지구에서 발견된다고 밝혀냈다. 태양 천문학자들은 그들의 태양모델과 지난 45억년 동안 더 적은 뉴트리노를 발생시키는 태양의 모델을 만드는 태양의 진화를 바꾸려고 노력했지만, 이러한 시도들은 성공적이지 못하였다. 이것이 바로 물리학 몇 가지 기본을 흔드는 마지막 신비이다.

자료출처: 천문우주지식정보