[이광식의 천문학+]목성에 오로라가 생기는 이유... 20년 만에 밝혀졌다

목성의 오로라는 행성의 가장 안쪽 위성인 이오의 화산에 의해 에너지를 공급받는 우주적인 ‘줄다리기’ 게임에 의해 발생한다는 사실이 새로운 연구에서 밝혀졌다.

레스터 대학의 성명에 따르면, 미 항공우주국(NASA)의 주노 탐사선과 허블 우주망원경은 목성의 빠른 자전과 더불어, 태양계에서 화산활동이 가장 활발한 이오의 화산에서 방출되는 황과 산소가 생성한 전류 시스템이 목성 극지에서 강력한 오로라를 발생시킨다는 새로운 증거를 공개했다.​

연구의 주저자인 레스터 대학의 조너선 니콜스는 “우리는 20년 넘게 이 전류와 목성의 강력한 오로라가 연결되는 이론을 가지고 있었고, 마침내 데이터에서 이 관계를 찾아내 테스트할 수 있다는 것이 매우 흥미로웠다”고 성명에서 밝히면서 “이 둘 사이의 연관관계가 명확하게 드러나는 걸 확인했을 때 나는 거의 의자에서 떨어질 뻔했다”고 덧붙였다.

목성은 지구보다 지름이 11배 이상 크며 약 9.5시간마다 한 바퀴 자전한다. 평균 약 42만km 거리에서 목성을 공전하는 제1 위성 이오는 수십 마일 높이에서 용암을 분출하는 활화산을 400개 이상 가지고 있다. 성명서에 따르면, 이러한 용암은 목성의 궤도로 떨어지면서 전하를 띤 물질 또는 플라스마가 된다.

궤도에서 목성의 자기장을 측정하는 주노는 목성의 외부 플라스마 환경과 이를 통해 이동하는 전류의 흐름 에 대한 자세한 정보를 제공하는 반면, 허블의 이미징 분광기는 목성의 오로라의 밝기를 측정한다. NASA 주노 임무의 수석 연구원인 스캇 볼턴은 성명에서 “목성의 오로라가 어떻게 거동하는지에 대한 이러한 흥미로운 결과는 허블의 관측과 주노의 측정을 결합하는 데서 나온 위력을 보여주는 증거”라고 지적하면서 “허블 우주망원경의 이미지는 큰 그림을 보여주는 반면, 주노는 세부상황을 조사함으로써 훌륭한 팀웍을 보여준다”고 덧붙였다.

목성의 빠른 회전은 이오에서 방출되는 대부분의 물질을 밀어내며, 물질이 바깥쪽으로 이동함에 따라 물질의 회전 속도는 느려진다. 그러나 목성은 행성의 자기장이 지배하는 영역인 행성의 상부 대기와 자기권을 통해 흐르는 전류의 힘으로 이 물질을 회전 속도로 유지하려고 한다.

그리하여 이것은 전류 시스템과 자기권의 물질 사이에 ‘전자기 줄다리기’ 상황을 만들어낸다. 물질이 목성의 자기장 선을 따라 다시 행성의 극으로 이동하면서 행성의 상부 대기를 순환하고 가스와 상호작용함으로써 강력한 오로라 쇼를 연출하는 것이다.

“이 관계를 발견하는 것은 목성의 자기장이 어떻게 작동하는지 이해하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 우리가 외계행성의 자기장에 대해서도 이제는 새로운 확신을 가지고 연구하는 데 도움이 되기 때문에 정말 짜릿한 성과”라고 니콜스는 성명에서 밝혔다.

그들의 발견은 1월 5일 ‘지구 물리학 연구: 우주 물리학’(Geophysical Research: Space Physics) 저널에 게재되었다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com