천문연과 NASA가 함께 개발해 성층권에 띄운 코로나그래프로 관측한 태양 외부 코로나의 온도 속도 동시 측정 이미지. 코로나그래프로 얻은 태양 코로나 스트리머(좌우로 길쭉하게 뻗어 나온 구조물). 가운데 원이 태양이 가려진 부분이고 원 주변에 존재하는 외부 코로나를 확인할 수 있다. (a)는 편광밝기 영상이며 같은 영역의 온도(b)와 입자의 속도(c) 분포를 알 수 있다. [천문연 제공]

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[아이뉴스24 최상국 기자] 태양 코로나는 태양 대기의 가장 바깥층을 구성하고 있는 부분이다. 태양 표면보다 밝기는 어둡지만 온도는 훨씬 높다. 태양의 표면 온도는 6천도 정도지만 대기층인 코로나는 수 백만도에 이른다.

열은 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동하기 때문에 태양 내부 핵의 열이 순서대로 전달된다면 표면이 코로나보다 더 뜨거워야 한다. 하지만 태양 대기인 코로나의 온도가 월등히 높은 이유는 아직 밝혀지지 않고 있다.

또한 태양 코로나 영역은 태양풍이라 부르는 빠른 속도의 플라스마 방출을 통해 태양계 전체로 확장되는데 이같은 태양풍 가속 현상 역시 아직까지 밝혀지지 않은 과학적 난제다.

한국천문연구원은 미항공우주국(NASA)과 공동으로 성층권에서 태양 코로나를 관측할 수 있는 장비(코로나그래프)를 개발, 2019년 9월부터 코로나 관측을 해 왔다. 그 결과를 태양물리저널(Solar Physics) 1월 12일자에 발표했다.(논문명: The Balloon-born Investigation of Temperature and Speed of Electrons in the corona (BITSE): Mission Description and Preliminary Results)

코로나 관측을 위해 발사 중인 과학용 풍선기구. 천문연-NASA 공동연구진은 2019년 9월 18일 태양 코로나그래프를 대형 과학용 풍선기구에 탑재해 고도 약 40km 성층권 상공에서 태양 외부 코로나 관측을 수행했다. [천문연]

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연구진은 이번 관측을 통해 태양 코로나 영역에 존재하는 전자의 온도와 속도를 동시에 측정하는 데 성공했다고 밝혔다. 태양 코로나 영역 전자의 온도와 속도를 측정한 것은 세계 최초의 성과다. 연구진은 분석 결과 외부 코로나 구조물이 약 일백만도의 온도와 초속 260km의 속도를 갖는다고 발표했다.

천문연과 NASA가 공동으로 개발한 코로나그래프는 일반적인 코로나그래프가 편광 관측을 통해 전자 밀도 측정만 가능한 데 비해 편광 관측은 물론, 전자의 온도와 속도 변화에 민감하게 반응하는 네 개 파장의 필터를 장착해 온도와 속도 값을 동시에 2차원 영상으로 구현할 수 있도록 고안된 최초의 코로나그래프이다

천문연은 "이번 연구를 통해 차세대 코로나그래프의 핵심 기술이 성공적으로 검증됨에 따라 이를 바탕으로 향후 NASA와 차세대 코로나그래프를 개발해 2023년께 국제우주정거장(ISS)에 설치할 예정"이라고 밝혔다. 국제우주정거장용 코로나그래프는 소호(SOHO, Solar and Heliospheric Observatory), 파커(Parker Solar Probe)와 같은 기존 태양 탐사선에 비해 훨씬 적은 비용으로 우주 공간에서 지구 대기의 간섭 없이 장기간 연속적인 태양 코로나 관측이 가능하다.

과학용 풍선기구에 실려 성층권에서 관측 중인 코로나그래프 [천문연]

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이번 연구의 NASA 측 책임자인 나치무트 고팔스와미(Natchimuthuk Gopalswamy) 박사는 “태양 연구는 인류의 생활 전반에 영향을 미치는 중요한 연구이므로 NASA도 끊임없이 태양 탐사를 시도해왔다”며 “이번 성과는 NASA와 천문연이 지난 10년간 태양물리 분야에서 꾸준히 교류해온 협력 연구의 실질적인 성과”라고 밝혔다.

한국측 연구책임자인 천문연 김연한 책임연구원은 “이번 국제우주정거장용 코로나 그래프 개발은 저비용 고효율의 태양 탐사 연구에 대한 독자적 활로를 개척함과 동시에 태양 연구의 난제인 코로나 가열과 태양풍 가속 비밀의 실마리를 푸는 데 큰 기여를 할 것”이라고 밝혔다.

천문연-NASA가 공동개발한 태양 코로나그래프 [천문연]

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[용어설명] 코로나그래프

일식은 달이 지구와 태양 사이를 지나면서 태양을 가리는 현상으로 태양의 전체를 가리는 것을 개기일식이라 한다. 연구자들은 개기일식을 태양 코로나 연구를 위한 절호의 기회로 활용하지만, 개기일식은 지속시간이 2~3분에 불과하고, 접근이 가능한 육상에서 볼 수 있는 기회가 흔치 않다. 이러한 단점을 극복하기 위해 인공적으로 태양면을 가리고 코로나를 관측하는 장비가 바로 코로나그래프이다. 그러나 지상에서 활용되는 코로나그래프는 대기의 산란현상으로 인해 정밀한 관측이 어렵다. 대표적인 코로나그래프는 태양관측 위성 소호(SOHO)에 탑재된 라스코(LASCO)로 지난 20여 년 동안 코로나 지역을 감시하며 과학적 성과를 이루었으나 노후로 인해 조만간 운용을 마치게 된다.

최상국기자 skchoi@inews24.com

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