지구 북극지역에 나타나는 오로라와 유사한 현상은 화성에서는 일반적인 현상이라고 마스 글로벌 서베이어(Mars Global Surveyer)호의 6년치에 해당하는 자료를 분석한 미국 캘리포니아 주립대학 버클리의 물리학자는 주장했다. 증발에 의한 것이 아니라 화성에 존재하는 표면의 자기장을 나타내는 것으로 이것은 태양풍으로부터 표면을 보호하는 것이라고 할 수 있다.
지난 6년 동안 수백 가지의 오로라를 발견한 것은 놀라운 일이다. 그 이유는 화성에는 전 행성에 걸쳐 지구와 같은 자기장이 존재하지 않으며 자기장은 북극광과 남극의 오로라의 근원이기 때문이다. 물리학자들에 따르면, 화성의 오로라는 행성을 둘러싸고 있는 자기장에 의해 발생하는 것이라기 보다는 남반구에 집중되어 있는 지각의 강력한 자기장 때문이다. 화성의 오로라는 색깔이 아름답지는 않을 것이라고 연구자들은 말하고 있다. 에너지가 많은 전자들은 대기의 입자들과 상호작용을 일으켜 자외선으로 이루어진 것으로 추정되는 밝은 빛을 발한다. 이 빛은 지구에서처럼 적색, 녹색 그리고 청색으로 이루어진 것은 아니다. 최근에 'Geophysical Research Letters'에 논문을 제출한 저자인 버클리의 물리학자인 데이비드 브래인(David A. Brain)은 "우리가 지구에서 볼 수 있는 것처럼 화성에서 오로라를 볼 수 있는 것은 놀라운 일이다. 화성에서 오로라의 발견은 목성이나 토성, 천왕성과 해왕성과 같은 태양계의 다른 행성에서 어떻게 발생하는가를 이해할 수 있게 한다"고 말했다.
브래인과 야스퍼 헤일캐스(Jasper S Halekas)는 모두 버클리의 우주과학연구소(Space Sciences Laboratory) 소속으로 미시건 대학의 연구자들, 나사의 고다드 우주항공센터 그리고 프랑스 툴르즈 대학의 연구자들과 함께 이번 발견을 10월 9일에 샌프란시스코에서 있었던 'American Geophysical Union'의 학회에서 발표했다. 지난해 유럽의 탐사선인 마스 익스프레스(Mars Express)호는 화성의 밤 하늘에 빛나는 자외선을 발견했으며 국제 천문학자들은 2005년 6월 9일자 '네이처'에 오로라 빛을 소개했다. 이번 발견을 발표하면서 버클리의 연구자들은 마스 글로벌 서베이어호에 적재된 자기계-전자 반사계(magnetometer-electron reflectometer)를 이용하여 오로라의 증거를 발견했다. 이 탐사선은 화성의 궤도를 1997년 9월부터 돌고 있으며 1999년부터 400킬로미터의 고도에서 화성의 표면과 화성의 자기장에 대한 지도를 작성하고 있다. 이 탐사선은 극지역의 궤도를 돌면서 화성의 밤 시간인 2시에 극지를 돌고 있다. 데이터를 수신하면서 한 시간 안에 브래인과 헤일캐스는 오로라 빛의 증거를 발견했으며 그 전기에너지의 피크가 지구의 대기에서 발생하는 오로라와 일치했다. 그 이후로 그들은 600만 개의 반사계의 자료와 오로라로 생각되는 전기 피크에 대한 13,000개의 자료를 분석했다. 브래인에 따르면, 이러한 것들은 아마도 마스 익스프레스호가 관측한 화성의 밤하늘의 수백 개의 오로라를 나타내는 것으로 생각된다. 이 두 명의 물리학자들이 각 관측점을 찾아내면서 오로라는 화성표면의 자기화되는 곳의 가장자리와 일치했다.
나사의 고다드 우주비행센터의 마리오 아쿠나(Mario H Acuna)와 버클리대학의 물리학교수이며 우주과학연구소의 소장인 로버트 린(Robert Lin)과 함께 연구팀은 마스 글로벌 서베이어에 적재된 자기계와 반사계자료를 이용하여 표면의 자기장 지도를 작성했다. 지구의 오로라가 북극과 남극의 자기장 경계에서 지표면으로 오로라가 발생하는 것처럼 화성의 오로라는 지각에서 자기장지역의 주변에서 발생했다.
지금까지 13,000개의 오로라가 관측됐으며, 가장 큰 오로라는 태양풍활동의 증가와 일치했다. 헤일캐스는 "마스 익스프레스호가 관측한 섬광은 에너지의 밝은 지역을 보여준다. 지구에서처럼 우주의 날씨와 태양폭풍은 오로라를 더 밝고 강하게 한다"고 말했다. 지구의 오로라는 태양에서 지구로 부딪히는 전하를 띤 입자가 지구를 보호하는 자기장과 충돌하여 지상으로 떨어지지 않고 극지역의 경계지역에서 빛을 발하게 된다. 이곳에서 각 극지역 주변에서 대기에서 전자가 쏟아져 들어와 충돌하면서 빛을 일으킨다. 화성에서 오로라 발생과정도 지구와 유사할 것이라고 린은 주장했다.
태양풍의 입자들은 화성의 밤지역을 돌다가 지표면의 지각자기장과 상호작용을 일으킨다. 자외선은 입자가 이산화탄소 입자와 충돌하면서 빛을 만들어낸다. 그는 "관측에서 가속도과정은 지구와 비슷하다. 전자을 얻으면서 이러한 과정이 시작된다"고 말했다. 이러한 과정에서 무엇이 전자를 얻는가는 아직 알려지지 않고 있지만, 린과 버클리의 연구자들은 자기장이 태양풍입자와 함께 이동하여 지각의 자기장과 다시 연결되는 '자기장 재연결(magnetic reconnection)'으로 생각하고 있다. 표면의 자기장은 화성의 1,000킬로미터 넓이에 10킬로미터 깊이의 지역에서 발생하는 매우 자기화된 암석에 의해 발생한다고 브래인은 주장했다. 이러한 지역은 화성이 전체적인 자기장이 줄어들면서 남겨진 자성을 유지하는 것으로 생각된다. 화성의 전체적인 자기장은 10억 년 전에 사라졌으며 태양풍은 이 대기를 날려보내기에 충분했다. 오직 강력한 지각 자기장은 이 부분을 보호하고 있다.
린은 표면 위 1,300 킬로미터까지 자기장이 존재하고 있다고 주장하면서 "우리는 이것을 미니-자기장 (mini-magnetosphere)이라고 부른다. 왜냐하면 이것은 태양풍으로부터 보호할 수 있는 능력이 있기 때문"이라고 설명했다. 그럼에도 불구하고 강력한 화성의 자기장은 지구의 표면에 있는 자기장보다 50배 정도 약했다. 어떻게 약한 자기장이 태양풍을 효과적으로 집중하고 가속하여 오로라를 발생할 수 있게 하는지는 설명하기 힘들다.
브래인, 해일캐스, 린 그리고 그들의 동료들은 마스 글로벌 서베이어의 자료를 분석하여 유럽의 마스 익스프레스호의 연구팀과 협동으로 이 오로라의 기원을 연구했다. 린은 "마스 글로벌 서베이어호는 685일 동안 작동하도록 제작됐다. 하지만 6년째 작동하고 있으며 놀라운 결과를 가져오고 있다"고 말했다.
출처 : 해외과학기술동향 |