태양의 신비: 코로나 가열의 해답에 한 걸음 더 가까워지다

태양은 지구에 생명을 불어넣는 핵융합 반응로입니다. 그러나 태양의 표면 온도는 약 10,000도인 반면, 태양 대기의 가장 바깥층인 코로나는 무려 200만 도에 이릅니다. 이러한 이상 현상은 1939년 처음 발견된 이래로 과학자들을 괴롭혀 왔습니다.

미국 에너지부 산하 프린스턴 플라즈마 물리 연구소(PPPL)의 연구원인 사야크 보스가 이끄는 연구팀이 이 수수께끼를 풀기 위한 중요한 단서를 발견했습니다. 연구팀은 태양 코로나의 저밀도 영역인 코로나 구멍의 가열 원인이 반사된 플라즈마 파동이라는 것을 밝혀냈습니다. 이는 태양의 가장 근본적인 미스터리 중 하나를 푸는 데 큰 진전입니다.

보스는 "과학자들은 코로나 구멍이 높은 온도를 가지고 있다는 사실을 알고 있었지만, 그 원인은 잘 알려지지 않았다"며, "우리의 연구 결과는 알펜 파동의 반사가 그 원인이 될 수 있음을 보여준다. 이는 코로나 구멍과 관련된 조건에서 알펜 파동이 반사된다는 것을 실험적으로 증명한 첫 사례다"라고 말했습니다.

스웨덴의 물리학자이자 노벨상 수상자인 한네스 알펜이 처음 예측한 알펜 파동은 기타줄의 진동과 비슷합니다. 다만, 이 경우 플라즈마 파동은 자기장의 요동에 의해 발생합니다.

 

 

태양의 신비: 실험으로 확인된 알펜 파동의 역할

보스와 연구팀은 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 캠퍼스(UCLA)의 대형 플라즈마 장치(LAPD)를 사용하여 코로나 구멍 주변에서 발생하는 조건을 모방한 환경에서 알펜 파동을 유발했습니다. 실험 결과, 알펜 파동이 코로나 구멍 주변의 태양 대기에서처럼 플라즈마 밀도와 자기장 강도가 변하는 영역을 만나면 반사되어 원래의 출발점으로 되돌아갈 수 있음을 보여주었습니다. 외향파와 반사파의 충돌로 인해 난류가 발생하고, 이 난류가 열을 발생시킵니다.

태양의 코로나 구멍 가열의 원인으로 알펜 파동의 반사가 오랫동안 제시되어 왔지만, 실험실에서 검증하거나 직접 측정하는 것은 불가능했습니다. 그러나 프린스턴 플라즈마 물리 연구소(PPPL)의 방문 연구원인 제이슨 텐바지가 이끄는 연구팀이 이러한 오랜 의문에 해답을 제공했습니다.

연구팀은 실험을 통해 알펜 파동이 코로나 구멍과 유사한 조건에서 반사될 뿐만 아니라, 반사된 에너지의 양이 코로나 구멍을 가열하기에 충분하다는 사실을 처음으로 실험적으로 검증했습니다.

실험과 함께 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 코로나 구멍과 유사한 조건에서 알펜 파동의 반사를 확인했습니다. 보스는 "우리는 관측 결과의 정확성을 보장하기 위해 여러 가지 검증을 실시하고 있으며, 시뮬레이션은 그러한 단계 중 하나였다. 알펜 파동의 반사 물리는 매우 흥미롭고 복잡하다! 기본적인 물리 실험과 시뮬레이션이 태양과 같은 자연 시스템에 대한 우리의 이해를 크게 향상시킬 수 있다는 것은 놀라운 일이다"라고 말했습니다.