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2012년 7월 7일 토요일

태양계 이야기 78 - 태양계 밖에서 들어오는 성간 물질 포착한 IBEX 탐사선



 
  지난 2008 년 나사는 IBEX (Interstellar Boundary Explorer) 탐사선을 발사해 태양계와 성간 우주 (Interstellar space : 태양계 밖의 항성과 항성 사이의 공간 ) 의 경계와 상호 작용을 측정했습니다. 이 우주선은 이전에도 소개드린 페가수스 XL 로켓  ( http://blog.naver.com/jjy0501/100095693067   참조) 로 발사되었고  그후 2년간 지구 주변을 돌변서 태양계 안쪽으로 들어오는 성간 물질 중 특히 Energetic neutral atom (ENA : 에너지 중성 원자) 측정해 태양풍과 이온화 된 성간 물질 사이의 반응 및 태양계 안쪽으로 들어오는 성간 물질을 조사했습니다. 





 (IBEX 위성의 실제 모습 (위) 와 우주에서 관측 중인 상상도  This file is in the public domain because it was created by NASA.  )    


 IBEX 탐사선은 110 kg 에 불과한 아주 가벼운 탐사선이지만 아주 멀리서 오는 입자들을 파악하는 일을 주 업무로 하고 있습니다. 아주 길쭉한 지구 주변 궤도를 공전하는데 8000 km 에서 30 만 km 까지 이심율이 꽤 큰 궤도를 돌면서 정보를 수집하고 있습니다.


 최근 나사의 연구진들은 이 IBEX 위성이 최초로 중성화된 다양한 원자들을 발견했으며 이것들이 태양계 밖에서 온 성간 물질임을 확인했습니다. 과거 비슷한 목적으로 발사된 율리시스 (Ulysses) 탐사선은 중성화된 헬륨을 최초로 포착했는데 이번에는 헬륨, 수소, 산소, 네온까지 확인할 수 있었습니다. 


 지구의 대기권에서 살아가는 우리의 관점에서는 거의 진공이나 다름없는 우주 공간이라도 실제로는 완전한 진공은 보기 힘들고 아주 극소량의 원자들이 존재하고 있습니다. 특히 거대한 항성과 항성 사이 공간도 성간 물질이 존재하고 있습니다. 하지만 이온화된 성간 물질들은 우리 태양에서 나오는 태양풍에 밀려서 태양계 안쪽으로는 들어올 수 없습니다. 


 태양에서 나오는 입자의 흐름인 태양풍은 사실 밀도로 봤을 때는 태양계 끝자락에서는 거의 진공이나 다를 바 없어도 엄연히 성간 물질 보다 밀도가 높기 때문에 성간 물질을 밖으로 밀어 내고 있으며 여기까지는 태양권으로 볼 수 있습니다. 



(Old and new views of the heliosheath. Red and blue spirals are the gracefully curving magnetic field lines of orthodox models. New data from Voyager add a magnetic froth (inset) to the mix. (Credit: NASA))


 그러나 이온화 되지 않은 중성 입자들은 태양풍과 상호작용하지 않고 태양계 내부로 들어올 수 있으며 이 역시 극도로 희박한 농도이긴 하지만 이를 관측하기 위해 특별히 제작된 IBEX 탐사선을 이를 관측해 그 농도와 속도를 측정하는 데 성공했습니다. IBEX 는 이전에 이와 비슷한 목적의 탐사를 했던 율리시즈 탐사선 (1990 년 발사) 보다 더 정확한 데이터를 보내와 이전의 관측 결과를 수정했습니다. 


 이에 의하면 우주의 성간 물질은 이전 관측보다 약 시속 1만 1천 km 느린 시속 8만 4천 km 의 속도로 태양계로 진입하는 것으로 보입니다. 그리고 이전에 관측했던 것과는 다소 각도가 차이가 난다는 점도 확인했습니다. 이 결과는 태양풍이 당초 생각보다 20% 적은 압력을 태양권에 가하고 있으며 자기력의 역활이 예상보다 크다는 증거로 받아들여지고 있습니다. 


 이보다 더 중요한 결과는 그 물질 구성입니다. 외부 성간풍 (interstellar wind) 의 물질에 네온 원자 20 개당 산소 원자가 74 개 꼴로 들어 있었는데 이는 태양권 내부에 비해 훨씬 적은 양 (태양권은 산소 원자 110개) 으로 밝혀졌습니다. 이는 태양의 기원이 지금보다 산소가 적은 영역에서 형성되었음을 시사할 수 있습니다. 


(Credit: NASA/Hubble/SwRI/Goddard Conceptual Image Lab)


 또 이번 IBEX 관측 결과로 보건대 이전 율리시즈 관측 결과에서 유추한 바와는 달리 태양계가 한동안 현재의 성간 구름에 그대로 존재할 것으로 예측되고 있습니다. 다만 그 시간은 태양의 나이에 비하면 아주 잠깐인 수십만년 정도일 것으로 보입니다. 이후에는 다른 성간 구름이나 성간 환경을 태양계가 지나게 될 것으로 보입니다. 현재 태양계는 국부 항성간 구름이라는 성간 구름을 통과하는 중입니다. 



(우리 태양계가 통과하는 국부 항성간 구름의 모식도  : This file is in the public domain because it was created by NASA.)

 IBEX 는 아주 작은 소형 탐사선 이지만 우리 태양계와 주변 성간풍의 관계를 밝히는 데 큰 기여를 한 것으로 보입니다. 


 출처 




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