태양계 이야기 1073 - 여러 대의 우주선이 관측한 태양 폭발 고에너지 입자

 

(This diagram shows the positions of individual spacecraft, as well as Earth and Mars, during the solar outburst on April 17, 2021. The Sun is at the center. The black arrow shows the direction of the initial solar flare. Several spacecraft detected solar energetic particles (SEPs) over 210 degrees around the Sun (blue shaded area). Credit: Solar-MACH)

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현재 나사와 유럽 유주국(ESA), 일본 JAXA 등 여러 나라의 우주선들이 태양과 태양계 행성들을 탐사하기 위해 우주 공간에 나가 있습니다. 덕분에 과학자들은 태양에서 발생한 강력한 폭발을 여러 지점에서 측정할 수 있게 됐습니다.

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2021년 4월 17일 과학자들은 바로 그런 기회를 얻었습니다. 마침 여러 대의 우주선이 적당한 간격과 각도에 위치했을 때 강력한 태양 폭풍에서 발생한 태양 에너지 입자 (solar energetic particles (SEPs))가 주변으로 퍼져 나갔던 것입니다.

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태양에서 나온 고에너지 입자인 SEPs는 인공위성과 우주선에도 악영향을 줄 수 있기 때문에 이전부토 주요한 관심 대상이었지만, 과학자들은 보통 한 방향에서 이를 관측해 왔습니다. 하지만 이번엔 달랐습니다.

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우선 유럽 일본 합작 탐사선인 벱피콜롬보 (BepiColombo)가 이 SEPs 입자를 가장 강렬하게 맞았습니다. 나사의 태양 탐사선인 파커 솔라 프로브는 반대 방향에 있어 강한 에너지를 받지는 않았지만, 태양에서 거리가 가까워 이를 관측하기에 용이했습니다.

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이보다 더 먼 궤도에는 나사의 Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) 두 대가 다른 위치에서 이번 폭발을 감지했고 지구와 가까운 궤도에서는 나사 유럽 합작인 Solar and Heliospheric Observatory (SOHO)와 나사의 윈드 Wind 위성이 이를 감지했습니다. 마지막으로 화성 주위에 있는 나사의 메이븐 탐사선이 SEP를 측정했습니다.

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이렇게 다섯 곳에서 입체적으로 SEPs의 확산을 관측한 결과 아번 폭발의 입자는 210도라는 매우 넓은 범위로 퍼졌다는 사실을 알 수 있었습니다. (사진 참조)

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그리고 관측된 양성자와 전자의 특징에서 이들이 다른 장소에서 기원했다는 사실도 알아 냈습니다. 전자의 경우 태양면 폭발과 함께 바로 우주로 방출된 반면 양성자는 폭발의 충격파가 태양 주변 물질과 충돌하면서 나온 것으로 생각됩니다.

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나사와 유럽 우주국은 앞으로도 태양 및 태양계 내행성을 연구하기 위해 여러가지 우주선을 발사할 계획입니다. 따라서 앞으로 이렇게 입체적으로 태양 활동을 연구할 수 있을 것으로 기대됩니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-03-multiple-spacecraft-story-giant-solar.html

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N. Dresing et al, The 17 April 2021 widespread solar energetic particle event, Astronomy & Astrophysics (2023). DOI: 10.1051/0004-6361/202345938

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