태양 표면의 작은 소용돌이, 이미 충분히 혼란스러운데 또 드라마가 필요했나 봐

천체의 과시 경쟁에서 놀라운 업적을 세운 과학자들이 태양 표면을 휘젓는 이전에 발견되지 않은 플라즈마 소용돌이를 발견했습니다. 거대한 불덩어리가 이미 충분히 복잡하지 않았다는 듯이 말이죠.

이 발견은 미국 국립과학재단 국립태양관측소(NSF NSO), 독일 막스 플랑크 태양계 연구소(MPS), 미국 고고도 관측소(HAO)의 연구진이 세계 최대 망원경인 NSF 다니엘 K. 이노우에 태양 망원경을 사용하여 이루어졌습니다. 하와이에 자리 잡은 이 망원경은 이전에는 보이지 않았던 플라즈마 움직임을 드러낼 만큼 상세한 이미지를 포착했는데, 이는 연구할 거리가 떨어져 가던 태양 물리학자들에게 안도감을 주었습니다.

"소용돌이를 감지하려면 태양 표면에서 약 20킬로미터 크기의 구조를 분해해야 했습니다,"라고 연구 공동 저자인 MPS 과학자 미히엘 판 노르트가 말했습니다. "이는 180킬로미터 떨어진 곳에서 1유로 동전을 찾는 것과 같지만, 동전 작동식 쌍안경 대신 망원경을 사용하는 셈이죠." 연구팀은 MPS가 제공한 광대역 이미징 카메라를 사용하여 이 위업을 달성했습니다.

이 소용돌이는 태양의 끓는 거품 같은 표면 특징인 과립(granule)의 경계를 따라 나타나며, 그 크기는 500~2,000킬로미터에 이릅니다. 뜨거운 플라즈마가 상승하고 냉각되어 가라앉으면서 끓는 액체와 같은 패턴을 만듭니다. 이제 처음으로 과학자들은 과립 가장자리를 따라 해안가에 부서지는 파도와 유사한 소용돌이 운동을 하는 프린지(fringe) 구조를 분해했습니다. 이 프린지 중 일부는 폭이 20킬로미터가 조금 넘는데, 이는 작은 마을 크기와 비슷하지만 태양에서는 미시적입니다.

연구진은 이 소용돌이가 유체 역학에서 두 유체가 서로 다른 속도로 움직일 때 전단력이 발생하여 파도와 소용돌이를 생성하는 현상인 켈빈-헬름홀츠 불안정성일 것으로 추정합니다. 이와 동일한 과정이 지구의 호수, 구름, 심지어 목성과 토성의 대기에서도 발생하므로 태양도 이제 그 대열에 합류한 것입니다. 과립 경계에서는 인접한 플라즈마 층이 서로 다른 속도로 이동하여 이러한 불안정성에 완벽한 조건을 제공합니다.

하지만 왜 우리가 작은 태양 소용돌이에 신경을 써야 할까요? 그것은 태양이 자기 에너지를 저장하고 방출하는 방식, 특히 나노플레어를 통해 설명할 수 있기 때문입니다. 현재 이론에 따르면 자기 에너지는 자기장 선이 코일 스프링처럼 꼬이면서 축적되고, 결국 자기 재연결을 통해 에너지를 방출합니다. 핵심 질문은 무엇이 그 자기장 선을 처음에 꼬이게 하는가였습니다. 자기장이 강한 곳에서 지속적으로 나타나는 이 소용돌이는 우주 파스타 메이커처럼 자기장 선을 꼬아대는 범인일 수 있습니다.

게다가 미니 소용돌이는 자기화된 플라즈마와 비자기화된 플라즈마를 혼합하는 데 매우 효과적이어서 자기장이 표면에서 대기로 이동하는 데 도움을 줍니다. 이는 현재 모델로는 설명하기 어려운 태양의 빠른 11년 자기 주기를 설명할 수 있습니다. 소용돌이는 우리가 분해할 수 있는 한계에서 일어나는 미세한 과정이 우리 별의 본질을 크게 결정한다는 것을 보여주는 퍼즐의 빠진 조각일 수 있습니다.

"새로 발견된 플라즈마 소용돌이는 우리가 사용 가능한 모든 기술로 분해할 수 있는 한계에서 일어나는 미세한 과정이 우리 별의 본질을 크게 결정한다는 것을 인상적으로 보여줍니다,"라고 MPS 소장이자 공동 저자인 사미 K. 솔란키가 말했습니다. 그러니 다음에 욕조에서 소용돌이를 볼 때, 태양에도 그런 것이 있고 그것이 단지 욕조 물을 소용돌이치게 하는 것보다 훨씬 더 많은 일을 하고 있다는 것을 기억하세요.