목성에서 나타난 새로운 형태 오로라

오로라는 태양풍에 의해 옮겨지는 입자가 행성 대기와 부딪혀 발광하는 현상으로 커튼 모양이나 방사형으로 퍼지는 것 등 모습도 다양하다. 이런 빛 스펙터클을 목성에서도 볼 수 있다는 건 이미 알려져 있지만 이번에는 완전히 새로운 유형 오로라가 관측됐다고 한다.

미 항공우주국 나사(NASA) 목성 탐사선 주노가 자외선 분광기를 사용해 관측한 데이터를 통해 오로라 고리가 북극에서 엄청난 속도로 확산되는 모습이 확인된 것. 지구물리학 연구 저널: 우주 물리학(Journal of Geophysical Research: Space Physics) 에 게재된 논문에 따르면 목성 북극에 나타난 고리 모양 오로라는 3.3∼7.7km/sec 속도로 연기 고리처럼 퍼져 나가 직경이 최대 2,000km에 도달했다는 것이다. 연구팀은 이를 링 모양으로 펼쳐지는 자외선 발광이라고 부르고 있다.

링 모양으로 펼쳐지는 자외선 발광 위치는 목성 자전축과 자기장 축이 10도 기울어져 있기 때문에 북극에서 조금 어긋나 있다. 새로 발견된 이 희미한 자외선 발광은 목성 표면에서 수만 km 떨어진 아마도 목성 자기권이 태양풍과 부딪치는 곳에서 발생되는 것으로 보인다. 태양풍은 태양에서 초음속으로 나오는 전입자 흐름이다. 목성에 도달한 태양풍은 목성 자기장과 어떤 상호작용을 일으킨다는 사실을 알려져 있지만 아직 구체적으로 해명된 건 아니다.

지구 오로라 역시 자기권과 태양풍이 부딪치는 곳에서 발생한다. 지구의 경우 먼저 지자기에 부딪친 태양풍은 자력선을 따라 지구 측으로 흘러간다. 지구 측에 자기장이 약햐진 부분이 있고 태양풍이 여기에 흘러오기 때문에 입자가 점점 쌓이고 이 영역은 플라즈마시트라고 한다.

플라즈마시트에 쌓인 입자는 자력선을 따라 지구 극지방으로 흘러간다. 따라서 대기와 충돌할 때 입자가 발광해 오로라가 빛나는 것이다.

목성에서도 지구와 유사한 일이 벌어지고 있는 것지만 자기장 강도 자릿수 차이다. 목성은 태양계 행성 중 가장 강력한 자기장을 갖고 있으며 표면 힘은 지구 10배로 알려져 있다. 또 목성 자전주기는 10시간. 태양계 행성 중 가장 빨리 돌기 때문에 자기권 입자 움직임에도 영향을 준다고 보여진다.

이번에 확인된 것처럼 링 모양 오로라는 공식적으로 켈빈ㆍ헬름홀츠(Kelvin-Helmholtz) 불안정성이라는 현상. 이런 게 형성되려면 상당한 속도가 필수적으로 이 특수 오로라 형성에는 목성의 거대한 자기장과 자전 속도가 플라즈마시트 내 입자에 미치는 영향에 의한 것으로 여겨진다. 다만 자세한 분석 내용은 아직 이뤄지지 않았다.

목성 탐사선 주노는 2016년 이후 계속 목성 궤도를 돌면서 목성 자기장과 오로라를 계속 관측하고 있으며 허블우주망원경보다 자세한 데이터를 지구로 계속 보내오고 있다. 이번에 주노에 탑재한 자외선 분광기 덕에 아직까지 관측된 적 없는 새로운 오로라 발견에 이른 것이다. 아마 지구상에선 절대로 볼 수 없는 희귀한 오로라의 모습은 유사 현상도 행성 환경에 따라 나타나는 방법이 달라진다는 점에서 상당히 흥미롭다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.