한·미 연구진, 태양 외부 코로나 온도·속도 세계 첫 동시 측정

[이데일리 강민구 기자] 한국과 미국 공동 연구진이 인공적으로 태양면을 가리고 코로나를 관측하는 장비를 개발했다. 이어 세계에서 처음 태양 외부 코로나 온도와 속도를 동시에 측정한 관측 결과를 공개했다.

한국천문연구원은 미항공우주국(NASA)과 개발한 태양 코로나그래프의 관측 결과를 분석해 태양 코로나 영역에 존재하는 전자의 온도와 속도를 동시에 얻었다고 밝혔다.

앞서 연구팀은 2019년 9월 18일에 태양 코로나그래프를 대형 과학용 풍선기구에 탑재해 고도 약 40km 성층권 상공에서 태양 외부 코로나를 관측했다. 천문연은 관측 자료를 NASA와 함께 분석해 외부 코로나 구조물이 약 100만도의 온도와 초속 260km의 속도를 갖는다는 것을 발표했다.

2019년 9월 18일 과학용 풍선기구에 실려 성층권에서 관측 중인 코로나그래프.(자료=한국천문연구원)

태양 코로나는 태양 대기의 가장 바깥 영역으로 태양 표면인 광구에 비해 밝기는 어둡고, 온도는 높다. 태양 코로나 영역은 태양풍이라 부르는 빠른 속도의 플라스마 방출을 통해 태양계 전체로 퍼지는데 이 같은 코로나의 높은 온도와 빠른 태양풍의 가속 기작은 밝혀지지 않았다.

일반적인 코로나그래프는 편광 관측을 통해 K-코로나 영역의 전자 밀도만 측정할 수 있다. 코로나는 빛이 나오는 방식에 따라 K-코로나, F-코로나, E-코로나로 구분한다. K는 연속이라는 뜻을 갖는 독일어 ‘kontinuierlich’의 첫 글자에서 유래한 것으로 태양 광구에서 나온 빛이 자유 전자들로 퍼져 매끈한 연속 스펙트럼으로 나온다.

연구팀은 코로나그래프를 편광 관측에 활용하고, K-코로나 전자의 온도와 속도 변화에 민감하게 반응하는 4개 파장의 필터를 장착해 온도와 속도 값을 동시에 2차원 영상으로 만들었다.

연구팀은 차세대 코로나그래프를 개발해 오는 2023년께 국제우주정거장(ISS)에 설치할 예정이다. 국제우주정거장용 코로나그래프는 소호, 파커와 같은 기존 태양 탐사선에 비해 적은 비용으로 우주 공간에서 지구 대기의 간섭 없이 장기간 연속적인 태양 코로나를 관측할 수 있다.

NASA 측 책임자인 나치무트 고팔스와미(Natchimuthuk Gopalswamy) 박사는 “태양 연구는 인류의 생활 전반에 영향을 미치기 때문에 NASA도 끊임없이 태양 탐사를 시도해 왔다”며 “NASA와 천문연이 지난 10년간 태양물리 분야에서 교류해온 협력 연구의 실질적 성과”라고 했다.

한국 측 책임자인 김연한 천문연 책임연구원은 “이번 ISS용 코로나 그래프 개발은 저비용 고효율의 태양 탐사 연구에 대한 활로를 개척하고, 태양 연구의 난제인 코로나 가열과 태양풍 가속 비밀의 실마리를 푸는데 기여할 것”이라고 했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘태양물리저널(Solar Physics)’에 지난 12일자에 게재됐다.