1년전 태양계 넘어 성간우주로 간 보이저 2호, 태양계 밖 정보 잔뜩 쏟아내

2019.11.05 11:48
미국 우주탐사선 ′보이저 2호′가 태양계 바깥으로 나아간 지 1주년이 됐다. 2012년 보이저 1호가 태양계 밖으로 나간 이후 2번째다. 미국항공우주국(NASA) 제공
미국 우주탐사선 '보이저 2호'가 태양계 바깥으로 나아간 지 1주년이 됐다. 2012년 보이저 1호가 태양계 밖으로 나간 이후 2번째다. 미국항공우주국(NASA) 제공

이달 5일은 미국의 우주탐사선 ‘보이저 2호’가 인류가 만든 물체 중 두 번째로 태양의 영향을 받지 않는 머나먼 심우주로 탈출한 지 꼭 1년이 되는 날이다. 1977년 8월 20일 미국항공우주국(NASA)가 발사한 보이저 2호는 발사한 지 41년 만인 지난해 11월 5일 태양으로부터 119 천문단위(AU, 태양과 지구 간 거리로 1억 4960만 ㎞), 약 178억 ㎞ 떨어진 거리에 도달했다. 이곳에서 보이저 2호는 플라즈마 측정 장비(PLS)를 통해 태양풍의 영향이 급격히 감소하고 대신 심우주에서 날아오는 우주선의 양이 늘어난 것을 확인했다. 항성의 영향을 받지 않는 ‘성간우주’와 태양계 사이 경계인 ‘태양권 계면’에 도달한 것이다.

 

보이저 2호는 쌍둥이 우주선인 ‘보이저 1호’보다 보름 일찍 발사됐으나 성간우주에는 6년 늦게 도달했다. 해왕성과 천왕성을 관찰하기 위해 보이저 1호보다 더 먼 거리를 항해했기 때문이다. 보이저 1호는 2012년 8월 심우주에 진입한 것으로 추정된다. PLS가 고장이 나 대신 강력한 태양 흑점 폭발로 인한 코로나질량방출이 진동 장비에 기록된 것으로 심우주에 있다는 증거를 확보했다. 하지만 PLS 고장으로 태양권 계면의 다양한 물리적 특성을 파악하는 데는 큰 도움이 되지 못했다.

 

국제학술지 ‘네이처 천문학’은 이달 5일 보이저 2호의 태양계 탈출 1주년을 기념해 보이저 2호가 보내온 데이터를 분석해 태양권과 성간 우주의 경계에 관한 연구한 5편의 논문을 동시에 공개했다.

 

돈 거넷 미국 아이오와대 물리천문학부 명예교수 연구팀은 보이저 2호의 플라즈마 관측값을 분석해 보이저 2호가 태양권계면을 넘어갔음이 확실하다는 분석을 내놨다. 태양권의 끝자락인 ‘태양권덮개’에서는 세제곱센티미터(㎤)당 0.002의 플라즈마 값이 관측된다. 보이저 2호는 119.7 AU에 도달한 한 올해 1월 30일 ㎤당 0.039의 플라즈마 값을 관측했다. 20배에 가까운 ‘플라즈마 점프’가 있었던 것으로 태양풍의 보호 없이 우주선을 그대로 받는 상황에 놓인 것이다.

 

태양권 계면에서는 태양에서 오는 저에너지 입자의 양은 줄어들었고 우주에서 오는 고에너지 우주선의 양은 늘었다. 스타마티오스 크리미기스 미국 존스홉킨스대 응용물리연구소 교수 연구팀은 “경계를 통과하며 28킬로전자볼트(keV)의 태양입자는 줄어든 반면 213메가전자볼트(MeV)의 우주선 입자량은 늘어났다”며 “보이저 1호의 관측에서 예측했던 것이 실제로 입증된 것”이라고 밝혔다.

 

태양권계면과 성간우주의 물리적 특성을 밝힌 다양한 연구결과도 나왔다. 존 리차드슨 미국 매사추세츠공대(MIT) 물리학부 교수 연구팀은 태양권계면에 맞닿은 ‘극국소성간매질(VLISM)’의 온도가 예상보다 뜨겁다고 밝혔다. 기존 추측에서는 1만 5000~3만 K로 추정됐는데 보이저 2호가 보내온 값에 의하면 3만~5만 K로 밝혀졌다.

 

에드워드 스톤 미국 캘리포니아공대 물리학과 교수팀은 태양경계면 너머에 태양풍과 성간풍이 상호작용하는 층이 있음을 발견했다. 흘러가는 유체는 정지한 표면과 맞닿을 때 속도가 급격하게 줄어드는 경계층이 생긴다. 이번에 발견한 층에서도 성간풍으로 인한 플라즈마 값이 급격히 감소하는 지점이 존재했다. 리어나도 버라가 NASA 고다드 비행센터 연구원팀은 태양권계면 안쪽에 ‘자성 보호막’ 역할을 하는 자기장 층이 있음을 밝혀냈다.

 

전문가들은 이번 관측으로 성간 우주의 다양한 성질을 발견했으나 여전히 갈 길이 멀다고 입을 모은다. 해답은 다시 보이저 2호가 제시할 전망이다. 두 토이 스트라우스 남아프리카공화국 노스웨스트대 교수는 “연구자들의 이 토론은 보이저 2호가 우주로 나아가 새로운 지역을 탐색해 독특한 데이터를 보낼 때만 해결될 것”이라고 말했다.

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