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[우주의 속삭임(91)] 아마추어 천문학자, 목성 얼음층의 숨겨진 비밀 포착
- 아마추어와 프로 천문학자들이 협력해 연구한 결과, 목성의 구름이 지금까지 정설처럼 인식됐던 ‘암모니아 얼음으로 인해 형성’된 것이 아니라 안개성 스모그와 혼합된 황화수소암모늄으로 구성됐을 가능성이 높은 것으로 나타났다. 이는 옥스퍼드 대학교를 비롯한 연구진에 의해 수행됐으며, 지구물리학 연구 저널(Journal of Geophysical Research: Planets)에 게재됐다. 보고서의 요약 글은 옥스퍼드 대학교 홈페이지에 실렸다. 새로운 발견은 미국 콜로라도의 아마추어 천문학자 스티븐 힐 박사에 의해 시작됐다. 그는 우주 관측용 일반 망원경 및 특수 색상 필터를 사용해 목성 대기의 풍부한 암모니아와 구름 꼭대기 압력을 매핑(지도화)하는 데 성공했다. 힐 박사의 성과는 아마추어 천문학자가 목성 대기의 암모니아 풍부함을 지도화할 수 있음을 보여주었을 뿐만 아니라, 구름이 목성의 따뜻한 대기 속에 너무 깊이 자리 잡고 있어 암모니아 얼음이라고 볼 수 없다는 것을 보여주었다. 연구에서 옥스포드 대학 물리학과의 패트릭 어윈 교수는 칠레에 있는 유럽 남방 천문대 초대형 망원경(VLT)의 다중 유닛 분광 탐사기(MUSE)로 힐 박사의 분석 방법을 적용해 목성을 관찰했다. MUSE는 분광학을 이용해 목성의 가스가 다양한 파장의 가시광선에서 뚜렷한 지문을 만들어 가스 행성인 목성 대기의 암모니아와 구름 높이를 지도화했다. 어윈 교수 팀은 컴퓨터 모델에서 빛이 가스 및 구름과 어떻게 상호 작용하는지 시뮬레이션함으로써 목성의 주요 구름이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 깊고 압력과 온도가 더 높은 영역에 있어야 한다는 것을 발견했다. 사실 암모니아가 응축되기에는 너무 따뜻했다. 구름은 암모니아 대신 황화수소암모늄으로 만들어져야 했다. MUSE 관찰에 대한 이전 분석에서도 비슷한 결과가 나왔다. 그러나 이런 분석은 전 세계적으로 소수의 그룹에서만 수행할 수 있는 정교하고 매우 복잡한 방법이기 때문에 그 결과를 입증하기 어려웠다. 새로운 연구에서 어윈 교수 팀은 인접한 좁은 색상 필터의 밝기를 비교하는 힐 박사의 방법론이 동일한 결과를 도출한다는 사실을 발견했다. 그리고 이 새로운 방법은 훨씬 빠르고 간단하기 때문에 검증하기가 매우 쉽다. 따라서 연구팀은 목성의 구름은 실제로 700mb로 예상되는 암모니아 구름보다 더 깊은 압력을 갖고 있으며, 따라서 순수한 암모니아 얼음으로 구성될 수 없다는 결론을 내렸다. 어윈 교수는 "일반 천체 망원경과 특수 필터를 사용하는 아마추어 학자가 목성 대기에 대한 새로운 창을 열고, 목성의 오랫동안 신비로웠던 구름의 본질 및 대기가 어떻게 순환하는지를 이해하는 데 기여할 수 있음을 보여주었다"라고 말했다. 이는 시민 과학자들이 목성 대기의 특징, 목성의 띠, 작은 폭풍, 대적반과 같은 큰 소용돌이를 포함해 암모니아와 구름 압력 변화를 추적할 수 있음을 의미한다. 그렇다면 목성 구름이 암모니아가 응축돼 만들어지지 않은 이유는 무엇일까. 연구팀은 광화학(햇빛에 의해 유도되는 화학 반응)이 목성 대기에서 매우 활발하며, 습하고 암모니아가 풍부한 공기가 위로 올라가면서 암모니아가 파괴되거나, 암모니아 얼음이 형성되기도 전에 빠르게 광화학 생성물과 혼합됐기 때문이라고 추정했다. 따라서 목성의 주요 구름은 실제로 황화수소암모늄과 광화학, 스모그 생성물이 섞인 것으로, 이는 목성 이미지에서 볼 수 있는 붉은색과 갈색 색상을 생성한다는 것이다. 연구팀은 또 토성에 대한 VLT/MUSE 관측에도 이 방법을 적용했다. 그 결과 만들어진 암모니아 지도에서도 제임스웹 우주 망원경 관측에서 나온 것을 포함해 여러 연구와 유사하게 일치한다는 것을 발견했다. 이는 토성 대기에서도 유사한 광화학적 과정이 발생하고 있음을 시사한다.
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- IT/바이오
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[우주의 속삭임(91)] 아마추어 천문학자, 목성 얼음층의 숨겨진 비밀 포착
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[우주의 속삭임(32)] 태양계 최대 소용돌이 '목성 대적반', 크기가 점점 줄어드는 이유는?
- 태양계에서 가장 큰 소용돌이 폭풍인 목성의 대적반(Great Red Spot: 대적점이라고도 함)의 크기는 지속적으로 줄어들고 있다. 그런데 이번에 대적반에 대한 연구와 함께 대적반이 줄어드는 이유에 대한 설득력 있는 주장이 나왔다고 PHYS가 전했다. 목성 대적반은 목성 표면의 적갈색 소용돌이로, 6일 동안 1회의 비율로 반시계방향으로 회전한다. 목성의 남반구에 위치한 대적반은 폭이 1만 6000km가 넘는 고압의 붉은 오렌지색 타원형 소용돌이다. 시계 반대 방향으로 시속 320km 이상으로 불고 있다. 기술적으로는 안티사이클론이라고 부른다. 지구의 북반구에서 사이클론은 반시계방향으로 불고 남반구에서는 시계방향으로 회전하는데 목성 대적반은 반대로 돌기 때문이다. 목성 대적반은 과거 한 세기 동안, 특히 지난 50년 동안 지속적으로 줄어들었다. 나사(NASA)의 주노 궤도 우주선 측정 결과, 위도는 상대적으로 일정하게 유지됐지만 경도는 19세기 후반 40도에서 2016년 14도로 축소됐다. 연구는 예일대, 노스캐롤라이나 주립대 등 연합팀이 수행했으며, '이카루스(Icarus)' 저널에 실렸다. 재미있는 것은 이번 연구팀원의 다수는 전문 천문학자가 아니고 예술 등 다양한 분야였다는 사실이다. 대적반에 대한 연구는 광범위하게 진행됐지만, 여전히 핵심 미스터리는 풀리지 않았다. 천문학자들은 대적반이 언제 형성되었는지, 어떻게 형성되었는지, 왜 붉은색을 띄는지, 그 이유를 정확히 파악하지 못했다. 연구팀원인 예일대 칼렙 캐벤니 박사, 노스캐롤라이나 대학 개리 랙크만 박사, 루이빌 대학 티모시 다우링 박사 등은 빈번하게 발생하며 일시적인 작은 폭풍들이 대적반에 미치는 영향에 초점을 맞췄다. 팀은 다우링이 1990년대에 개발한 행성 대기 모델(EPIC)을 사용해 대적반에 대한 일련의 3D 시뮬레이션을 수행했다. 대적반과 다양한 작은 폭풍 사이의 상호 작용에 대한 시뮬레이션 비교 결과, 다른 다양한 폭풍의 존재가 대적반의 크기에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 캐벤니 박사는 "연구팀은 수치 시뮬레이션을 통해 목성에서 발생하는 작은 폭풍이 대적반에 직접적인 영향을 미치면서 크기를 조절할 수 있다는 것을 발견했다"라고 말했다. 연구팀은 부분적으로, 지구 대기권에서 도심지에서 발생하는 '열돔(히트돔)' 현상도 모델링했다. 열돔은 5~7km 상공의 대기권에서 발달한 고기압이 정체해 뜨거운 공기를 지면에 가둬 더위가 극심해지는 현상을 말한다. 열돔 시스템은 지구 중위도를 순환하는 서쪽 제트기류에서 정기적으로 발생해 폭염 및 가뭄과 같은 극심한 기상 현상을 일으키는 중요한 요인이 된다. 이런 열돔 현상은 목성의 대적반과도 밀접한 관련이 있다. 고압 소용돌이 및 고기압의 기상 메커니즘과의 상호 작용 때문이다. 캐벤니 박사는 "지구에서 인근 기상 시스템과의 상호 작용은 열돔을 유지하거나 증폭시키는 것으로 나타났는데, 이는 목성의 유사한 상호 작용이 대적반의 유지에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다"고 지적했다. 연구팀은 향후 대적반에 대한 추가 모델링을 통해 새로운 정보를 축적하고 대적반이 초기에 형성된 과정을 밝힐 수 있을 것이라고 기대했다.
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[우주의 속삭임(32)] 태양계 최대 소용돌이 '목성 대적반', 크기가 점점 줄어드는 이유는?
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