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2025-07-14 (월)

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[우주의 속삭임(127)] NASA, 태양 대기에서 '헬리시티 장벽' 첫 발견

미국 항공우주국(NASA)의 태양탐사선 '파커 솔라 프로브(Parker Solar Probe)'가 태양 외곽 대기인 코로나(corona)에서 '헬리시티 장벽(helicity barrier)'으로 불리는 새로운 물리적 구조의 증거를 포착했다. 이는 1939년 이후 물리학계가 85년 동안 풀지 못했던 태양 대기 고온 현상, 이른바 '코로나 가열 문제(coronal heating problem)'의 해명을 향한 중대한 진전을 의미한다고 과학 전문매체 IFL사이언스가 지난 10일(현지시간) 보도했다. 태양탐사선 파커 솔라 프로브는 2018년 발사돼 지금까지 24차례에 걸쳐 태양에 근접 비행을 수행했으며, 지난 6월에는 인류가 제작한 물체 중 최고 속도인 시속 69만2000km(430,000마일)를 기록하며 태양 대기 깊숙이 접근했다. 이 탐사선은 태양의 대기 구조, 태양풍 가속 원인, 플라스마 거동 등 태양물리학의 핵심 난제를 규명하기 위한 목적으로 운용되고 있다. 태양은 중심부에서 수소를 헬륨으로 융합시키며 약 1,500만℃의 온도를 발산하지만, 외부 대기인 코로나는 표면 온도(약 5,500℃)보다 훨씬 높은 200만℃ 이상으로 측정된다. 고온의 중심에서 멀어질수록 오히려 온도가 높아지는 이 현상은 기존 열역학 법칙으로 설명하기 어렵다는 점에서 오랫동안 과학자들의 의문을 자아냈다. 기존 이론은 코로나 내 난류 또는 이온 사이클로트론 파(ion cyclotron wave) 같은 자기파에 의한 에너지 전달을 가열 원인으로 제시해왔지만, 각 이론은 전자와 이온의 온도 차이 또는 파의 생성량 부족 등 결정적인 설명력을 확보하지 못했다. 이번 연구에서 제안된 '헬리시티 장벽' 이론은 이러한 기존 가설들의 결점을 상호 보완해주는 개념이다. 연구진은 이를 물이 산을 따라 흐르다 댐에 가로막혀 에너지가 특정 방식으로 전환되는 현상에 비유했다. 즉, 헬리시티 장벽은 전자의 직접 가열을 차단하고 에너지를 이온 사이클로트론 파로 우회시켜 이온 가열을 유도하는 작용을 한다는 것이다. 논문 공동저자인 로망 메이랑 박사(영국 퀸메리 런던대)는 "헬리시티 장벽이 존재하면 난류 소산 구조가 변화하며, 플라스마 가열 방식 자체가 달라진다"고 설명했다. 연구진은 파커 탐사선이 수집한 태양풍 자기장 데이터를 바탕으로, 열에너지 대비 자기에너지가 높은 조건에서 장벽 형성이 가능함을 이론적으로 예측하고, 실제로 해당 조건에서 자기장 요동이 예측대로 변화함을 관측했다. 이 조건은 태양 근접 환경에서 자주 나타나는 것으로 확인됐다. 논문은 '피지컬 리뷰 X(Physical Review X)' 최신호에 게재됐으며, 논문 저자이자 퀸메리 런던대 우주플라스마물리학 리더인 크리스토퍼 첸 박사는 "이번 연구는 난류 소산의 근본 물리와 태양풍 가속 메커니즘에 대한 이해를 확장시켰으며, 향후 우주 기상(space weather) 예측의 정밀도를 높이는 데에도 기여할 것"이라고 평가했다. 연구진은 이번 결과가 우리 태양뿐 아니라, 자기적 구조와 고온 플라스마가 공존하는 외부 우주 환경에서도 유사하게 적용될 수 있다고 밝혔다. 제1저자인 잭 맥킨타이어 박사과정 연구원은 "헬리시티 장벽 개념은 코로나 내 수소 이온이 전자보다 항상 뜨거운 이유를 설명하며, 우주 플라스마의 보편적 난류 특성 이해에 중요한 시사점을 제공한다"고 덧붙였다.
- 포커스온
2025-07-13 17:38:00
[퓨처 Eyes(2)] 인도, 태양 탐사선 '아디트야-L1' 발사 성공

인도가 달 정복에 이어 태양의 비밀 벗기기에 도전하고 있다. 인도 달 탐사 우주선 찬드라얀 3호가 달 남극에 착륙한 지 불과 10일 만에 첫 태양 탐사선 아디트야-L1(Aditya-L1)이 태양을 향해 성공적으로 발사됐다. 무게가 약 1480kg(3264 파운드)로 초경량급 우주선인 '아디트야-L1'은 지난 9월 2일 오전 11시 50분(GMT 06시 20분)에 인도 남부 스리하리코타에 있는 사티시 다완 우주센터에서 44.4미터 높이의 극지 위성 발사체(PSLV-XL)를 이용해 태양을 향해 장대한 여행을 시작했다. 이 우주선은 '라그랑주 5'점 중 하나를 중심으로 후광 궤도를 돌며 지구에서 150만km를 비행할 예정이다. 이는 지구-태양 거리의 1%에 해당한다. 인도 우주국은 태양 탐사선이 이 거리를 여행하는 데 4개월(약 125일)이 걸릴 것이라고 밝혔다. 태양계에서 가장 큰 천체를 연구하기 위한 인도 최초의 우주 기반 태양 관측 임무는 '아디티야'라고도 알려진 힌두교의 태양신 수리아의 이름을 따서 명명됐다. BBC에 따르면 우주선 '아디티야-L1'에서 'L1'은 '라그랑주점 1'의 약자로, 인도 우주선이 향하고 있는 태양과 지구 사이의 정확한 지점을 의미한다. 유럽우주국에 따르면 라그랑주 지점은 태양과 지구와 같은 두 개의 큰 물체의 중력이 서로 상쇄되어 우주선이 '호버링(hovering, 정지 비행)'할 수 있는 지점을 말한다. 태양 활동·우주 날씨 실시간 관측 미국 기술 전문매체 테크 크런치에 따르면 인도의 우주 기관인 인도우주연구기구(ISRO)는 아디트야-L1 우주선에 원격 감지용 4개와 현장 실험용 3개 등 총 7개의 과학장비(페이로드, payload)를 설치했다. 탑재된 장비에는데이터를 수집하고 관측을 하기 위해 가시 방출선 코로나그래프, 태양 자외선 영상 망원경, X-선 분광기, 태양풍 입자 분석기, 플라즈마 분석기 패키지, 3축 고해상도 디지털 자력계 등이 장착되어 있다. ISRO는 이 우주선에 태양 코로나(가장 바깥층), 광권(태양 표면 또는 지구에서 보이는 부분), 염색권(광권과 코로나 사이에 있는 얇은 플라즈마 층)을 관찰하고 연구할 7가지 페이로드를 탑재했다고 밝혔다. 코드명 'PSLV-C57'인 이 우주선 임무의 전반적인 목적은 태양 활동과 그것이 우주 날씨에 미치는 영향을 실시간으로 관측하는 것이다. 이륙 한 시간여 만에 아디트야-L1 우주선은 146×12,117마일의 타원형 궤도에 진입시켰다. 인도가 발사체 상단이 두 번의 연소 과정을 거쳐 의도했던 궤도에 우주선을 진입시킨 것은 이번이 처음이다. ISRO의 S. 소마나스 회장은 우주국의 임무 통제 센터에서 참석자들에게 "이제 아디트야-L1은 몇 가지 지구 기동을 거친 후 여정을 시작할 것"이라면서 "아디트야 우주선이 긴 여정을 마치고 L1의 후광 궤도에 진입할 수 있도록 최선을 다하길 기원한다"라고 말했다. 아디트야-L1은 L1을 향해 발사되기 전에 지구를 여러 번 돌게 된다. 그리고 일식 동안 태양이 숨겨져 있더라도 지속적으로 태양을 관찰하고 과학적 연구를 수행할 수 있다. 이번 연구는 과학자들이 태양풍과 태양 플레어와 같은 태양 활동과 그것이 지구와 우주 날씨에 미치는 영향을 실시간으로 이해하는 데 도움이 될 것이다. 태양 탐사 비용 4600만달러 이번 태양 탐사선의 비용이 얼마인지 밝히지 않았지만, 인도 언론의 보도에 따르면 37억 8000만 루피(4600만 달러, 약 615억 원)가 소요될 것으로 예상된다. 아디트야-L1 미션의 프로젝트 책임자인 니가르 샤지는 "아디트야-L1 팀에게는 꿈이 실현된 것"이라고 말했다. 샤지는 "아디트 [임무]가 시운전되면 이 나라의 헬리오피직스는 물론 전 세계 과학계의 자산이 될 것"이라고 기대했다. 과거에는 미국, 유럽, 중국이 태양을 연구하기 위해 우주에서 태양 관측소 임무를 수행했다. 지금까지 지상 망원경을 이용한 태양 관측에 주력해 온 인도가 이 분야에 뛰어든 것은 이번이 처음이다. 아디트야-L1이 성공하면 인도는 이미 태양을 연구하고 있는 일부 극소수 국가 그룹에 합류하게 된다. 일본은 1981년 태양 플레어를 연구하기 위해 최초로 탐사선을 발사했다. 미국 우주국 나사(NASA)와 유럽우주국(ESA)은 1990년대부터 태양을 관찰해 왔다. 나사와 ESA는 2020년 2월, 공동으로 태양 궤도선을 발사해 가까운 거리에서 태양을 연구하고 있다. 과학자들은 태양의 역동적인 행동을 이해하는 데 도움이 될 데이터를 수집하고 있다고 밝혔다. 아울러 나사의 최신 우주선인 파커 태양 탐사선은 최초로 2021년 태양의 외기권인 코로나를 통과해 새로운 역사를 썼다. 유엔 우주국(UNOOSA)에 따르면 지구 궤도에는 약 1만290개의 위성이 남아 있으며, 그 중 약 7800개의 위성이 현재 작동 중이다. 한편, 인도의 태양 탐사선은 지난 8월 말 세계 최초로 달 남극 근처에 탐사선을 성공적으로 착륙시킨 것에 연이은 쾌거다. 이로써 인도는 미국, 구소련, 중국에 이어 세계에서 네 번째로 달에 연착륙한 국가가 되었다. 달 남극에는 인류 생존의 필수 자원인 물이 존재하고 있는 것으로 알려졌다. 나사에 따르면 달에서 물을 최초로 발견한 것은 인도 탐사선이다. 2008년 인도 탐사선 찬드라얀 1호가 달 표면에 퍼져 있고 극지방에 집중된 수산기 분자를 감지한 것이 물 발견에 결정적으로 기여했다. 현재 인도는 우주에 50개 이상의 위성을 보유하고 있으며 통신 링크, 날씨 데이터, 해충 침입, 가뭄 및 임박한 재난 예측 등 여러 가지 중요한 서비스를 제공한다. ISRO는 아디트야-L1과 함께 2025년으로 예정된 인간 우주 비행 임무인 가가냥(Gaganyaan) 발사를 오랫동안 준비해 오고 있다. 또 인도 우주국은 금성을 향한 무인 탐사선 발사도 계획하고 있다.
- 포커스온
2023-09-07 09:51:00