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천문연-NASA, 세계 최초로 태양 외부 ‘코로나’ 영역 온도·속도 동시 측정
한국천문연구원은 미항공우주국(NASA)과 공동으로 개발한 태양 코로나그래프(coronagraph)의 관측 결과를 분석해 태양 코로나 영역에 존재하는 전자의 온도와 속도를 2차원 영상으로 구현했다./ⓒ천문연구원

[ATN뉴스=이기종 기자] 한국천문연구원은 미국 항공우주국(NASA)과 공동으로 개발한 태양 코로나그래프(coronagraph)의 관측 결과를 분석해 태양 코로나 영역에 존재하는 전자의 온도와 속도를 2차원 영상으로 구현했다고 18일 밝혔다.

태양 코로나는 태양 대기의 가장 바깥 영역으로 태양 표면인 광구에 비해 밝기는 어두운 반면 온도는 훨씬 높다.

태양의 표면 온도는 6000도 정도지만 대기층인 코로나의 온도는 100만~500만도이다.

이 태양 코로나 영역은 태양풍이라 부르는 빠른 속도의 플라스마 방출을 통해 태양계 전체로 확장되는데 이 같은 코로나의 높은 온도와 빠른 태양풍의 가속 기작은 아직까지 밝혀지지 않은 과학적 난제이다.

이번 천문연-NASA 공동연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 지난 2019년 9월 18일 태양 코로나그래프를 대형 과학용 풍선기구에 탑재해 고도 약 40km 성층권 상공에서 태양 외부 코로나 관측을 하고 있다.

코로나그래프는 인공적으로 태양면을 가리고 코로나를 관측하는 장비이다.

그동안 관측 자료를 토대로 천문연은 NASA와 공동으로 분석해 외부 코로나 구조물이 약 일백만도의 온도와 초속 260km의 속도를 갖는다는 것을 발표했다.

이는 태양 코로나 영역 전자의 온도와 속도를 세계 최초로 동시에 측정한 것으로 차세대 코로나그래프의 핵심 기술을 성공적으로 검증했음을 의미한다.

일반적인 코로나그래프는 편광 관측을 통해 K-코로나 영역의 전자 밀도 측정만 가능하다.

그러나 천문연과 NASA가 공동으로 개발한 코로나그래프는 편광 관측은 물론, K-코로나 전자의 온도와 속도 변화에 민감하게 반응하는 네 개 파장의 필터를 장착해 온도와 속도 값을 동시에 영상으로 구현할 수 있도록 고안된 최초의 코로나그래프이다.

코로나는 빛이 나오는 방식에 따라 K-코로나, F-코로나, E-코로나로 구분한다.

여기에서 K는 연속이라는 뜻을 갖는 독일어 ‘kontinuierlich’의 첫 글자이며 K-코로나에서는 태양 광구에서 나온 빛이 자유 전자들에 의해 산란되어 매끈한 연속 스펙트럼으로 나온다.

이번에 검증한 코로나그래프의 핵심기술을 바탕으로 향후 NASA와 차세대 코로나그래프를 개발해 오는 2023년경 국제우주정거장(ISS, International Space Station)에 설치할 예정이다.

국제우주정거장용 코로나그래프는 소호(SOHO, Solar and Heliospheric Observatory), 파커(Parker Solar Probe)와 같은 기존 태양 탐사선에 비해 훨씬 적은 비용으로 우주 공간에서 지구 대기의 간섭 없이 장기간 연속적인 태양 코로나 관측이 가능하다.

이번 연구의 NASA 측 책임자인 나치무트 고팔스와미(Natchimuthuk Gopalswamy) 박사는 “태양 연구는 인류의 생활 전반에 영향을 미치는 중요한 연구이므로 NASA도 끊임없이 태양 탐사를 시도해왔다”며 “이번 성과는 NASA와 천문연이 지난 10년간 태양물리 분야에서 꾸준히 교류해온 협력 연구의 실질적인 성과”라고 설명했다.

이어 천문연 김연한 책임연구원은 “이번 국제우주정거장용 코로나 그래프 개발은 저비용 고효율의 태양 탐사 연구에 대한 독자적 활로를 개척함과 동시에 태양 연구의 난제인 코로나 가열과 태양풍 가속 비밀의 실마리를 푸는 데 큰 기여를 할 것”이라고 말했다.

태양 코로나의 온도와 속도 분포를 동시에 측정한 연구 결과는 태양물리저널(Solar Physics)에 1월 12일자에 게재됐다.

에이티엔뉴스 이기종 기자  dair0411@gmail.com

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