태양계 이야기 840 - 목성에서 발견된 얕은 번개

 

(This illustration uses data obtained by NASA's Juno mission to depict high-altitude electrical storms on Jupiter. Juno's sensitive Stellar Reference Unit camera detected unusual lightning flashes on Jupiter's dark side during the spacecraft's close flybys of the planet.

Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Heidi N. Becker/Koji Kuramura)

(In the center of this JunoCam image, small, bright "pop-up" clouds seen rise above the surrounding features. Clouds like these are thought to be the tops of violent thunderstorms responsible for shallow lighting.

Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill © CC BY)

(This graphic depicts the evolutionary process of “shallow lightning” and "mushballs" on Jupiter.

Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/CNRS)

 태양계에서 가장 강력한 번개가 치는 행성은 아마도 목성일 것입니다. 목성의 강력한 번개는 보이저 탐사선에 의해서 처음 보고된 이후 목성을 탐사한 모든 탐사선에서 추가로 보고되었습니다. 목성의 거대한 크기와 강력한 가스 폭풍을 생각하면 목성 대기 깊숙한 곳에서 번쩍이는 거대한 번개를 상상하기 어렵지 않습니다. 천둥 번개를 동반한 목성의 구름은 표층 구름 아래 45-65km 지점에서 발생하는데 이 깊이에서는 온도가 섭씨 0도까지 상승해 뇌우를 동반한 물의 비구름이 형성될 수 있습니다. 

 현재 목성을 탐사 중인 주노 탐사선 역시 목성에서 강력한 번개를 발견했는데, 과거 탐사선이 관측한 것보다 더 얕은 위치에서 발생하는 번개가 존재했습니다. 나사 JPL의 헤이디 벡커 (Heidi Becker, Juno's Radiation Monitoring Investigation lead at NASA's Jet Propulsion Laboratory)와 그녀의 동료 과학자들은 이 얕은 번개 (shallow lightning)의 발생 원인과 구조를 알아냈습니다. 

 

 주노에 탐재된 마이크로웨이브 라디오미터 (Microwave Radiometer) 장치는 이 얕은 번개 구름에서 암모니아의 존재를 찾아냈습니다. 암모니아가 일종의 부동액 역할을 해서 더 높고 추운 고도에서도 액체가 얼지 않고 존재할 수 있었던 것입니다. 대략 2/3의 물과 1/3의 암모니아로 된 이 액체 방울은 거대한 표층 상승 기류 안에서 점점 커지면서 표면이 얼게 됩니다. 연구팀은 이를 머쉬볼 (mushball)이라고 명명했습니다. 머쉬볼은 지구의 물과 얼음처럼 구름 속에서 움직이면서 강력한 번개를 만들어냅니다. 그 깊이는 표층에서 25km 정도로 온도는 영하 88도 정도입니다. (개념도 참조 )

(This animation takes the viewer on a simulated journey into Jupiter’s exotic high-altitude electrical storms. Get an up-close view of Mission Juno’s newly discovered “shallow lighting” flashes and dive into the violent atmospheric jet of the Nautilus cloud.

Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill Music: Vangelis Animation: Koji Kuramura)

 이번 연구는 목성에서 새로운 종류의 번개 구름을 찾아냈다는 것 이외에도 지금까지 관측되지 않았던 사라진 암모니아를 관측했다는 데 중요한 의미가 있습니다. 그리고 목성의 거대한 구름이 거대한 크기만큼이나 복잡하고 다양한 구조를 지녔다는 사실 역시 보여주고 있습니다. 

 목성과는 비교도 되지 않을 만큼 작은 지구에서도 매우 다양한 기상 현상이 일어나는 점을 생각하면 목성의 복잡한 기상 현상에 대한 연구는 이제 막 시작이라고 할 수 있습니다. 앞으로 어떤 새로운 사실을 밝혀낼지 궁금합니다. 

 참고 

https://www.nasa.gov/feature/jpl/shallow-lightning-and-mushballs-reveal-ammonia-to-nasas-juno-scientists