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2013년 6월 29일 토요일

태양계 이야기 153 - 마침내 성간 우주 (interstellar space) 로 진입하는 보이저 1 호




 2012 년 말 태양풍이 미치는 거의 마지막 공간이라고 생각되는 지점에 도달한 보이저 1 호는 지금은 완전히 별과 별 사이의 공간인 성간 우주 (interstellar space) 에 도달하고 있는 것으로 생각됩니다. 최근 이를 시사하는 연구 결과가 잇따라 발표되었습니다. 


 이전 포스트 보기 

 태양계의 모험자들 (보이저 1호) : http://blog.naver.com/jjy0501/100100991877 
 태양계의 끝을 향해가는 보이저 1호 :  http://blog.naver.com/jjy0501/100145420674 
 보이저 1 호 35 주년 기념 포스트 : http://blog.naver.com/jjy0501/100166642485
 미지의 영역으로 다가선 보이저 1 호 : http://blog.naver.com/jjy0501/100173213553


 이전 '미지의 영역으로 다가선 보이저 1호' 포스트에서 언급했듯이 보이저 1 호는 태양 자기장 (sun's magnetic field lines ) 과 성간 자기장 (interstellar magnetic field lines ) 이 연결되는 태양계의 외곽지역인 마그네틱 하이웨이 (Magnetic Highway)를 지나고 있습니다. 이 지점을 지나면 이제 태양에서 나오는 입자의 흐름인 태양풍의 영향은 사실상 거의 사라지고 성간 물질의 흐름이 지배하는 곳으로 진입하게 됩니다. 물론 그 밀도는 극도로 희박해서 사실 우리가 느끼기에는 진공이긴 하지만 별과 별 사이의 공간도 완전한 진공이 아니라 아주 희박한 원자들이 존재하는 공간입니다. 


 성간 공간의 평균 입자의 밀도는 대략 입방 미터당 100 만개 정도로 생각되는데 이러면 많은 것 같지만 사실은 진공 상태와 크게 다를 바가 없습니다. 1 ㎤ 당 원자 한개 있을까 말까한 수준이니까요. 그 원자의 대부분은 우주에서 가장 흔한 물질인 수소입니다. 태양풍은 이보다 더 밀도가 높아서 5 ~ 10 양성자 (수소원자핵) / ㎤ 의 밀도를 가지고 있습니다. 따라서 태양계 안쪽은 밀도가 높은 태양풍이 성간 물질의 흐름을 차단하고 태양권을 유지하고 있습니다. 



(현재 보이저 1,2 호의 위치. 보이저 1 호는 태양권의 가장 밖인 Heliosheath 의 가장 자리를 통과하는 것으로 보임. This artist's concept shows how NASA's Voyager 1 spacecraft is bathed in solar wind from the southern hemisphere flowing northward. Image credit: NASA/JPL-Calt )


 현재 보이저의 위치는 지구에서 124.66 AU (1.865×1010 km, 2013 년 6월 28일 기준)   정도 입니다. 물론 태양계의 끝에 '여기서부터는 성간 우주입니다' 라는 표시판 같은 건 없기 때문에 36 년째 작동을 하고 있는 보이저 1 호의 관측 기기들의 분석을 이용해 성간 우주로 진입 여부를 알 수 있습니다. 작년에 발표된 연구 결과는 보이저 1 호가 태양에서 나오는 입자의 밀도는 점점 낮게 측정하는 대신 태양계 외부 물질을 점점 더 밀도가 높게 측정하고 있다는 것을 시사합니다. 그렇다면 태양풍의 영향에서 벗어나 성간 매질 (interstellar medium) 속으로 점점 들어가고 있다고 할 수 있습니다.


 가장 최근에 Science 에 기재된 3 편의 논문은 더 구체적으로 보이저 1 호의 성간 우주 진입을 시사하고 있습니다. 이에 의하면 보이저 1 호가 성간 우주에 진입했다는 사실을 알려줄 3 가지 징후 중 2가지가 포착되었습니다. 첫번째는 태양에서 나오던 입자 (charged particle from sun) 가 이제 거의 검출되지 않습니다. 두번째는 우주선 (Cosmic Ray) 이 점차 강해지고 있다는 것입니다. 이 두가지 징후는 발견되었습니다. 세번째 징후는 성간 자기장 (interstellar magnetic field) 속으로 보이저 1 호가 들어감에 따라 자기장의 방향이 바뀌는 것인데 아직 이는 검증되지 않았습니다. 지금은 그 전이 지대인 마그네틱 하이웨이를 지나는 중입니다. 


 과연 보이저 1 호가 언제 완전히 성간 자기장과 성간 물질이 지배하는 공간으로 들어가 태양풍과 태양 자기장의 영향에서 벗어나는지는 아직 모릅니다. 마지막 전이 지대라고 해도 사실 수억 에서 수십억 km 정도 크기일 수 있기 때문입니다. 보이저 1 호는 인류 역사상 가장 빠른 우주선 가운데 하나 (17060 m/s 혹은 시속 61400 km) 이지만 이 지역을 완전히 벗어나는데 수개월에서 수년이 걸릴 수도 있습니다.



(현재 태양권의 마지막에 진입한 보이저 1 호. 언제 완전히 빠져나가게 될지 과학자들의 관심이 집중되어 있음. Image credit: NASA/JPL-Caltech )


 하지만 이제 지구에서 186 억 km 이상 떨어진 보이저 1 호는 우리가 성간 매질이라는 공간으로 진입하는 중 인게 확실합니다. 물질이라는 관점에서 보면 이제 태양계를 떠난 첫번째 우주선이 되는 셈입니다. 다만 태양 중력에 영향을 받는 천체들인 오르트 구름을 태양계의 외각으로 정한다면 아직도 갈길이 한참 멀었다고 할 수 있겠죠. 124 AU 라는 먼 거리까지 간 보이저 1 호지만 아직 오르트 구름의 안쪽에도 도달하지 못한 상태이기 때문입니다.


 그럼에도 불구하고 180 억 km 이상이라는 아득한 긴 거리를 여행한 우주 여행자 보이저 1 호에 대해서 우리 인간이 특별한 감정을 가지는 건 어쩌면 당연한 일이겠죠. 


 참고   
  

     
Journal References:

1. L. F. Burlaga, N. F. Ness, E. C. Stone. Magnetic Field Observations as Voyager 1 Entered the Heliosheath Depletion RegionScience, 2013; DOI: 10.1126/science.1235451

2. S. M. Krimigis, R. B. Decker, E. C. Roelof, M. E. Hill, T. P. Armstrong, G. Gloeckler, D. C. Hamilton, L. J. Lanzerotti. Search for the Exit: Voyager 1 at Heliosphere’s Border with the GalaxyScience, 2013; DOI: 10.1126/science.1235721

3. E. C. Stone, A. C. Cummings, F. B. Mcdonald,†, B. C. Heikkila, N. Lal, W. R. Webber. Voyager 1 Observes Low-Energy Galactic Cosmic Rays in a Region Depleted of Heliospheric IonsScience, 2013; DOI: 10.1126/science.1236408







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