태양 표면보다 더 뜨거운 코로나, 도대체 왜 그런것일까? 2탄.

Posted by comfycow
2018.03.03 17:31 우주

코로나가 태양의 표면보다 더 뜨겁게 가열이 되는데에 주요 두 가지 이론이 있다. 그것은, 바로 파동가열 이론과 자기 재결합 이론이다. 이름만 들어서는 도대체 어떤 이론인지 가늠이 가지 않지만, 알아본다.


태양 표면보다 더 뜨거운 코로나, 도대체 왜 그런것일까? 2탄.


태양은 플라즈마로 이루어져 있다. 플라즈마란 무엇인가? 플라즈마는 흔히 <제4의 물질 상태>라고 부른다. 고체에 에너지를 가하면 액체, 기체로 되고 다시 이 기체 상태에 높은 에너지를 가하면 수만도에서 기체는 전자와 원자핵으로 분리되어 플라즈마 상태가 되기 때문이다. 그야말로 정말 엄청난 에너지 덩어리 그 자체라고 보면 된다.


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그럼 먼저, 파동가열 이론이 무엇인지 보면 파동가열 이론은 파가 태양 내부에서 태양 채층이나 코로나로 에너지를 전달한다고 설명한다. 태양은 일반적인 기체가 아닌 플라즈마로 이루어져 있고 이것이 여러 종류의 파를 전달한다는 것이다. 여기서 코로나를 가열하는 파로써 두가지 파가 나오는데, 바로 자기음향파와 알페인파가 바로 그 둘이다.


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자기 음향파는 자기장에 의해 변형된 음파이며 알페인파는 플라스마 내부의 매질과의 상호작용에 의해 변형된 라디오파와 유사한 파이다. 두 파 모두 태양광구의 쌀알 조직이나 초대형 쌀알조직의 난류에 의해 발생할 수 있으며, 두 파 모두 충격파로 변해서 에너지를 열로 소모하기 전에 태양 대기를 통과해 일정 거리 너머로 에너지를 전달 할 수 있다는 것이 파동가열 이론이다.


요컨대, 단순히 말하면 파동으로 코로나에 에너지를 전달한다는 내용이다. 엄청난 파동을 통해 태양 내부에서 코로나로 뜨거운 열 에너지가 전달됨으로써 코로나는 표면보다 더 뜨거운 에너지를 갖게 된다는 것이다. 이는 줄의 한쪽 끝을 잡고 위 아래로 흔들어주면 파동이 생겨나 줄을 따라 에너지가 반대쪽 끝으로 전달되는 것과 같은 원리라고 볼 수 있을 것이다.



다음은, '자기 재결합' 이론이다. 자기 재결합 이론은 태양 자기장이 태양 고로나 속에서 전류를 유도한다는 것이다. 이렇게 유도된 전류가 갑작스럽게 사라지며, 전기 에너지는 코로나의 열 및 파 에너지로 전환된다. 이러한 과정은 '재결합'으로 불리는데, 이는 플라스마 속에서의 자기장의 고유한 특징때문이다.


자기 재결합은 태양계에서 가장 큰 폭발인 태양플레어의 발생 이유로 알려져 있는데, 결과적으로 재결합에 의해 발생하는 에너지는 코로나 가열의 원인이라는 것이다. 하지만 문제는 태양 관측 위성이 관측한 결과 코로나를 가열하기에 마이크로 플레어의 수가 너무 부족한 개수라는 것이다. 그렇다면 도대체 코로나의 온도는 어떻게 설명이 가능하단 말인가? 이에 나사가 나름의 해답을 내놓았다. 사실 코로나를 제대로 이해하려면 코로나 가까이 가는 게 최선의 방법이겠다. 하지만 그건 쉬운 일이 아니었다. 태양 가까이 접근해 연구한다는 생각은 이미 1958년에 나왔다. 하지만 코로나의 뜨거운 열기를 실제로 이겨내기란 쉽지 않았다. 그 일이 이제야 추진되고 있을 정도니 말이다. 



NASA가 2018년까지 추진 중인 솔라 프로브 플러스 계획이다. 우주선이 실제로 코로나 안으로 진입 한다는 내용의 계획이다. 투입된 예산만 1억 8000만 달러로 천문학적인 비용이 들어갔다.


‘솔라 프로브 플러스’는 태양 주변 640만㎞ 부근까지 접근한다는 계획으로, 지구에서 보는 것보다 태양이 23배 더 크게 보이는 거리로 사실상 태양 코로나 내부로 진입하는 것으로 볼 수 있다. 태양이 뿜어내는 고온과 강력한 방사능을 견딜 수 있는 탄소복합 재료로 만든 열 차단막이 필요한데 NASA는 지난 2008년 금성 부근까지 여행했던 무인탐사선에 사용했던 내열기술을 개선한다는 복안을 가지고 있다. 원형의 열 방패막은 지름이 2.7미터이고 두께가 15센티미터로 탄소로 만들어진다. 관측 장비는 모두 열 방패막 뒤쪽에 숨어 있게 된다. 계획이 성공해서, 하루 빨리 코로나에 관한 진실을 알고 싶다.