(This is a reconstructed view of Jupiter's northern lights through the filters of the Juno Ultraviolet Imaging Spectrograph instrument on Dec. 11, 2016, as the Juno spacecraft approached Jupiter, passed over its poles, and plunged towards the equator. Credit: NASA/JPL-Caltech/Bertrand Bonfond)
(Juno global auroral image (Image 1) combined with electron measurements showing the discovery at Jupiter of the so-called discrete auroral acceleration process indicated by the “inverted V’s”, in the upper right panel (keV is short for kilo-electron-volts). This signature indicates the presence of powerful magnetic field-aligned electric potentials (lower right) that accelerate electrons towards the atmosphere to energies that are more than an order of magnitude greater than any observed at Earth. Credit: G. Randy Gladstone)
목성은 태양계에서 가장 강력한 자기장을 가진 행성입니다. 정확한 이유는 알지 못하지만, 지구와 마찬가지로 다이나모 이론으로 이를 설명하는데, 목성의 큰 금속핵이 이런 강력한 자기장을 발생시키는 발전기의 역할을 하는 것으로 생각됩니다.
현재 목성의 주위를 공전하는 주노 탐사선은 목성에 매우 근접해서 목성 주변의 자기장에 대한 상세한 정보를 지구로 전송하고 있습니다. 존스 홉킨스 응용 물리학 연구소의 배리 마우크(Barry Mauk of the Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)가 이끄는 연구팀은 이를 분석해서 강력한 오로라를 만드는 극지역의 자기장을 분석했습니다.
이에 따르면 목성 대기권으로 진입하는 가속 전자 (accelerate electron)에너지는 40만 전자 볼트 (eV)에 달합니다. 이는 지구에서 발생하는 가장 큰 오로라에서 볼 수 있는 것보다 10-30배 정도 강력한 것입니다. 수천 전자볼트의 입자로도 강력한 오로라를 만들 수 있다는 점을 감안하면 목성에 지구보다 더 큰 오로라가 형성되는 이유를 쉽게 이해할 수 있습니다.
하지만 주노의 자외선 이미징 분광기 (Ultraviolet Imaging Spectrograph) 데이터를 분석한 과학자들은 예상하지 못했던 결과도 발견했습니다. 전자의 에너지가 갑자기 중간에 상승하는 inverted V 현상이 관찰되었던 것입니다.
연구팀은 왜 이런 현상이 일어나는지 설명하지는 못했지만, 아마도 목성 주변 자기장과 입자의 상호 작용이 생각보다 복잡하다는 것을 보여주는 증거입니다. 목성의 자기장은 단순히 지구의 자기장을 크기만 키워놓은 구조가 아니며 더 복잡한 세부 구조가 있음이 분명합니다.
그것과는 별개로 목성의 거대한 오로라를 보여주는 사진 (가장 첫 번째 사진) 역시 꽤 독특해 보입니다. 주노가 극궤도를 돌면서 촬영했기 때문에 움직이는 것인데, 가운데 구멍에는 지구가 들어갈만큼 공간이 있고 주변에는 지구에서는 상상하기 힘든 강력한 자기장과 오로라가 소용돌이치고 있습니다. 주노가 없었다면 보기 힘들었던 장면일 것입니다.
참고
B. H. Mauk et al. Discrete and broadband electron acceleration in Jupiter's powerful aurora, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature23648
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