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태양권


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1. 개요2. 말단 충격3. 태양권 덮개4. 태양권 계면5. 뱃머리 충격

1. 개요

太陽圈
Heliosphere (헬리오스피어)

미항공우주국(NASA) 태양권 설명 페이지 (영어)

파일:attachment/heliosphere.jpg
태양권에 대해 알기 쉽도록 그린 그림. 출처는 이곳. 가운데에 희미하게 그려진 동심원들이 바로 태양계 각 행성들의 궤도이다.

쉽게 설명하자면, 성간공간 내에서 태양의 영향력이 미치는 공간. 보이저 1호와 보이저 2호가 태양계 밖으로 진출해 나가면서 일반인들에게도 비로소 널리 알려졌다. 여길 벗어나야 비로소 태양계에서 벗어났다고 말할 수 있게 되는 셈.

주요 구성요소는 다음과 같다. 소개하는 순서는 태양으로부터의 거리 순.

2. 말단 충격

Termination Shock

태양으로부터 대략 75~90AU 정도의 거리에 위치. 참고로 카이퍼 벨트는 대략 30~50AU, 그 이상으로부터는 산란 분포대세드나족, 오르트 구름 천체들의 영역에 해당한다.

태양으로부터 뿜어져 나온 태양풍 입자는 태양으로부터 멀어질수록 점점 속도가 느려지게 된다. 이 입자들은 어느 정도까지는 초음속으로 날아가다가, 이곳에 다다르게 되면 성간매질의 방해로 인해 비로소 초음속에서 아음속으로 떨어지게 된다. 여기서 발생하게 되는 충격파를 말단 충격이라 한다. 어찌 보면 소닉붐 현상을 거꾸로 뒤집은 셈.

보이저 1호는 이 지역을 2004년 12월에 통과하였다.

3. 태양권 덮개

Heliosheath (헬리오시스)

태양으로부터 대략 100AU 이상의 거리에 위치. 태양권 계면과 말단 충격 사이의 영역이다. 그 규모는 대략 명왕성 궤도의 2.5배에 달한다.

성간매질의 밀도나 태양활동의 변화에 의해 계속 모양이 변하므로, 그림처럼 잘 빠진 혜성의 모습을 띠기보다는 상당히 불규칙한 모습을 가질 것으로 짐작된다. 이 공간 내에서 태양풍 입자들은 아음속으로 날아가며, 물론 태양과 멀어질수록 역시 계속해서 속도가 떨어진다.

이 태양권 덮개라는 것이 (태양 자체가 이미 우리 은하의 속을 공전하므로) 마치 보트가 수면 위를 나아가듯이 후방으로 넓게 퍼지며 혜성의 꼬리 모양을 형성한다고 보는 견해가 많으나, 간혹 태양권을 "비눗방울 모형"으로 설명하는 경우에는 둥그스름한 모습으로 묘사되기도 한다. 여하튼 아직 모르는 것이 많은 곳.

2006년에는 보이저 1호가, 2007년에는 보이저 2호가 이 지역에 도착하였다.

4. 태양권 계면

Heliopause (헬리오포즈)

태양으로부터의 거리는 일정하지 않으나 태양권 덮개의 최외곽 부분에 위치한다. 거리를 정확히 표기하기 어려운 이유는, 태양의 진행방향 쪽의 거리는 말단 충격과 상당히 근접해 있으나, 반대편 방향의 거리는 ("꼬리" 부분이므로) 지극히 멀 것으로 추측되기 때문이다.

이 지점에서 이제 태양풍은 너무 힘이 약해진 나머지 더이상 성간매질을 밀어내지 못하고 멈춰 버린다. 즉 태양풍의 압력과 성간매질의 압력이 평형을 이루게 된다. 또한 태양계의 자기권이 은하계의 전류와 만나는 지점이기도 하다. 사실상 여기까지를 태양권으로 상정하는 경우가 많다. 이 경계를 넘어가게 되면 더이상 태양은 뚜렷한 영향력을 발휘하지 못하며, 비로소 성간공간으로 진입하게 된다.

NASA2005년 발표 중에 언급된 지역이기도 하다. 또한 2012년 12월에는 보이저 1호가 태양권 계면 근처에서 "자기 고속도로"(Magnetic Highway)라 불리는 특이한 구간을 발견했다. 이 지역에서 태양계의 자기장선과 성간 자기장선이 만나게 되며, 입자들과 성간물질들을 서로 교환하게 된다고 한다. 미항공우주국 플래시 영상 벫똏?

2013년 6월 기준, 보이저 1호는 이미 35년째 정상 비행 중에 있지만, 정작 과학자들은 이 녀석이 지금쯤 태양권을 탈출했는지 아니면 아직 아닌지조차 추정하지 못하고 있다. 태양풍자기장을 단서로 그 여부가 판가름되는데, 태양풍은 거의 사라졌지만 태양 자기장의 영향에서 벗어났다는 징후를 찾지 못했기 때문.#

5. 뱃머리 충격

Bow Shock

은하 속에서 태양도 역시 공전한다. 이에 따라 태양권도 함께 하나의 거품처럼 우주를 여행하게 되는데, 우주가 텅텅 비어있는 게 아니라 성간매질로 가득차 있으므로, 자연히 태양권은 그 진행방향 쪽에서 정면으로 성간매질과 맞부딪치게 된다.[1] 최초 NASA에서 제시한 바에 따르면 뱃머리 충격은 태양으로부터 대략 230AU 정도의 거리에 위치해 있다고 추정되었다.

말단 충격의 경우, 태양으로부터 뿜어져 나온 태양풍의 속도가 초음속에서 아음속으로 내려갈 때 충격파가 발생하면서 형성된다. 반면, 뱃머리 충격은 성간매질 입자가 (어디까지나 상대속도로) 초음속으로 날아들다가 아음속으로 속도가 내려가는 지점에서 발생한다.

그런데 2008년 발사된 외우주 연구용 인공위성인 IBEX[2]에 따르면 태양권에는 뱃머리 충격은 존재하지 않는다. 천문학계를 충격에 빠뜨린 IBEX의 업적들 중 하나다. 이 위성의 다른 업적들로는 에너지 중성 원자(Energetic Neutral Atoms)와 관련된 각종 연구들을 한 것.

뱃머리 충격이 존재하지 않는다는 이유로는 성간물질이 생각보다 느린 속도로 태양권에 진입한다는 게 밝혀졌기 때문. 대략 23.2km/s 또는 83,520km/h 정도인데, 이는 이전의 수치(탐사선 율리시스의 관측치 26.3km/s 또는 94,680km/h)보다 약 11,160km/h 만큼 느린 것이다. 그 밖에도 입자들의 각도나 태양계가 있는 국부성간 지역의 자기장의 강도 등 여러 데이터들을 종합해 본 결과, 이런 조건이라면 뱃머리 충격(Bow Shock)이 아니라 뱃머리 파동(Bow Wave)이 될 거라는 결론이 나왔다. 초음속이 아닌 아음속에서 충격파가 발생하지 않는 것과 비슷한 이치.

단 태양계가 아닌 다른 항성계에서는 뱃머리 충격이 있는 곳도 있다고 한다. 대표적인 예가 오리온자리의 항성계쪽들에서는 뱃머리 충격이 흔하게 목격되는 편이라고 한다.

관련자료 1 (영어)
관련자료 2 (영어)


[1] 따라서 다른 방향에서는 뱃머리 충격이 발생하지 않는다.[2] 이건 진짜로 외우주까지 나간 건 아니고, 지구 궤도 위를 돌면서 외우주를 관찰하는 위성이다.

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