65년 된 우주 미스터리를 풀어보세요

우주 정렬과 몇 가지 우주선 훈련을 통해 태양 대기가 따뜻해지는 이유에 대한 65년 된 우주 미스터리를 해결하는 데 도움이 되는 획기적인 측정이 제공되었습니다.

태양의 대기를 코로나라고 합니다. 이는 전기적으로 충전된 가스로 구성됩니다. 혈장 온도는 약 100만도 섭씨.

태양의 표면 온도는 섭씨 약 6,000도에 불과하기 때문에 그 온도는 항상 미스터리입니다. 코로나는 태양의 에너지가 핵의 핵로에서 나오며 열원에서 멀어질수록 자연적으로 냉각되기 때문에 표면보다 시원해야 합니다. 그러나 코로나는 표면보다 150배 이상 뜨겁다.

플라즈마에 에너지를 전달하는 또 다른 방법이 있어야 하는데 무엇입니까?

조사의 이론과 과제

태양 대기의 난류로 인해 코로나의 플라즈마가 상당히 가열될 수 있다는 것이 오랫동안 의심되어 왔습니다. 그러나 이 현상을 조사할 때 태양 물리학자들은 실질적인 문제에 직면합니다. 단 하나의 우주선으로 필요한 모든 데이터를 수집하는 것은 불가능합니다.

태양을 탐색하는 방법에는 원격 감지와 현장 측정의 두 가지가 있습니다. 원격 탐사에서는 우주선이 특정 거리에 위치하며 카메라를 사용하여 다양한 파장에서 태양과 대기를 관찰합니다. 현장 측정의 경우 우주선은 탐색하려는 영역을 통해 비행하고 공간의 해당 부분에서 입자와 자기장을 측정합니다.

두 가지 접근 방식 모두 장점이 있습니다. 원격 감지는 대규모 결과를 보여주지만 플라즈마에서 발생하는 프로세스에 대한 세부 정보는 보여주지 않습니다. 한편, 현장 측정은 플라즈마의 소규모 공정에 대한 매우 구체적인 정보를 제공하지만 이것이 대규모에 어떤 영향을 미치는지는 보여주지 않습니다.

우주선의 이중 조사

전체 그림을 얻으려면 두 개의 우주선이 필요합니다. 그리고 이것이 바로 태양물리학자들이 현재 유럽 우주국과 NASA의 파커 태양 탐사선이 조종하는 태양 궤도 우주선의 형태로 가지고 있는 것입니다. Solar Orbiter는 가능한 한 태양에 가까이 다가가면서도 원격 감지와 현장 측정을 수행하도록 설계되었습니다. Parker Solar Probe는 현장에서 측정하기 위해 더 가까이 다가가기 위해 태양 자체의 원격 감지를 대부분 무시합니다.

그러나 보완적인 접근 방식을 최대한 활용하려면 Parker Solar Probe가 Solar Orbiter의 장비 중 하나의 시야 내에 있어야 합니다. 이러한 방식으로 Solar Orbiter는 Parker Solar Probe가 현장에서 측정하는 것의 대규모 결과를 기록할 수 있었습니다.

ESA의 Solar Orbiter는 가까운 거리에서 태양을 연구하는 두 개의 통합 우주선 중 하나입니다. 이 우주선은 이미 임무에 참여하고 있던 NASA의 Parker Solar Probe와 합류합니다. 출처: Solar Orbiter: ESA/ATG 미디어랩; 파커 태양 탐사선: NASA/존스 홉킨스 APL

천체 물리학적 조정

이탈리아 토리노 천체물리학 관측소 산하 이탈리아 국립 천체물리학 연구소(INAF) 연구원인 다니엘레 텔로니(Daniele Telloni)는 솔라 오비터(Solar Orbiter)의 메티스 장비를 개발하는 팀의 일원입니다. 메티스는 태양 표면의 빛을 차단하고 코로나 사진을 찍는 코로나그래프이다. 대규모 측정에 사용하기에 완벽한 도구이기 때문에 Daniele은 Parker Solar Probe가 정렬될 시간을 찾기 시작했습니다.

2022년 6월 1일에 두 우주선이 대략적으로 올바른 궤도 구성에 있을 것으로 밝혀졌습니다. 본질적으로, 태양 궤도선은 태양을 바라보고 있으며, 파커 태양 탐사선은 바로 옆에 있을 것이며, 극적으로 가깝지만 METS 장비의 시야 밖에 있을 것입니다.

Daniele이 문제를 살펴보았을 때 Parker Solar Orbiter에 빛을 비추는 데 필요한 것은 Solar Orbiter를 약간 연습하는 것뿐이라는 것을 깨달았습니다. 즉, 45도 회전한 다음 태양에서 약간 멀어지게 가리키는 것입니다.

그러나 모든 우주 임무 기동이 사전에 신중하게 계획되고 우주선 자체가 매우 특정한 방향만 가리키도록 설계되었을 때, 특히 태양의 무서운 열을 처리할 때 우주선 운영 팀이 그러한 기동을 승인할 것인지는 분명하지 않았습니다. . 편차. 그러나 모든 사람이 잠재적인 과학적 성과에 대해 명확하게 알고 나면 결정은 분명히 “예”였습니다.

ESA의 태양 궤도선 임무는 수성 궤도 내에서 가장 가까운 태양과 마주하게 됩니다. 출처: ESA/ATG 미디어랩

해킹 노트

롤 및 오프셋 조향이 진행되었습니다. 파커 태양탐사선(Parker Solar Probe)이 시야에 들어왔고, 우주선과 함께 태양 코로나의 대규모 구성과 플라즈마의 미세물리적 특성에 대한 최초의 동시 측정이 이루어졌습니다.

데이터 세트 분석을 주도한 Daniele은 “이 작업은 많은 사람들의 기여의 결과입니다.”라고 말합니다. 그들은 함께 일하면서 최초로 공동 관찰을 하고 코로나 가열 속도에 대한 현장 추정을 할 수 있었습니다.

“태양 궤도선과 파커 태양 탐사선을 모두 사용할 수 있게 되면서 이 연구에 완전히 새로운 차원이 열렸습니다.”라고 미국 헌츠빌 소재 앨라배마 대학의 게리 잔크(Gary Zank)는 말합니다.

새로 측정된 속도를 수년에 걸쳐 태양 물리학자들이 제시한 이론적 예측과 비교함으로써 Daniele은 태양 물리학자들이 난류를 에너지 전달 수단으로 식별하는 데 대략 정확하다는 것을 보여주었습니다.

태양에 접근하는 파커 태양 탐사선 우주선에 대한 예술가의 개념. 이미지 출처: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben

장애가 발생하는 구체적인 방식은 아침에 커피를 저을 때 발생하는 것과 다르지 않습니다. 기체이든 액체이든 유체의 무작위 움직임을 자극함으로써 에너지가 더 작은 규모로 전달되고, 이는 결국 에너지를 열로 변환합니다. 태양 코로나의 경우 유체도 자화되어 저장된 자기 에너지도 열로 변환될 수 있습니다.

더 큰 규모에서 더 작은 규모로 자기 에너지와 운동 에너지를 전달하는 것이 난류의 본질입니다. 가장 작은 규모에서는 변동이 최종적으로 개별 입자(주로 양성자)와 상호 작용하여 가열될 수 있습니다.

결론과 시사점

태양열 문제가 해결되었다고 말할 수 있으려면 훨씬 더 많은 연구가 필요하지만 이제 Daniel의 연구 덕분에 태양 물리학자들은 이 과정을 처음으로 측정할 수 있게 되었습니다.

프로젝트 과학자인 Daniel Müller는 “이것은 과학적 최초의 연구입니다. 이 연구는 코로나 가열 문제를 해결하는 데 있어 중요한 진전을 나타냅니다.”라고 말했습니다.

Solar Orbiter는 ESA와 ESA 간의 국제 협력을 위한 우주 임무입니다. NASA유럽 우주국이 관리합니다.