[아하! 우주] 파커 태양탐사선, 금성의 오랜 미스터리 풀었다

[서울신문 나우뉴스]

파커 탐사선이 2020년 7월 11일 세 번째 근접비행 때 찍은 금성 사진.(출처=NASA/Johns Hopkins APL)

태양의 활동이 약화됨에 따라 상층 대기의 핵심 층인 금성 전리층의 활동 역시 약화된다는 사실이 새로운 관측 결과 밝혀졌다. 이 금성 전리층의 활동이 어떤 이유로 변화하는가 하는 문제는 수십 년 동안 풀리지 않은 금성의 오랜 미스터리였다.

 새로운 관측은 미 항공우주국( NASA)의 태양 탐사선 파커 솔라 프로브에 의해 이루어졌다. 파커는 2018년 태양의 최근접 궤도로 향해 발사된 우주선으로, 태양의 강한 중력으로 인해 곧바로 그 궤도에 진입하는 것은 불가능한 만큼 금성을 7차례 플라이바이하면서 중력도움을 얻어 태양 근접궤도에 진입하는 방식을 취했다.

2020년 7월 파커 탐사선은 그러한 기동 중에 금성의 상부 전리층이 태양이 활동적일 때 하전된 플라스마 입자를 더 많이 만들며, 태양이 덜 활동적일 때는 플라스마가 적어진다는 관측결과를 얻었다. 이 같은 현상은 사실 오래 전부터 과학자들이 예상했던 것으로, 파커 탐사선의 관측이 이 흥미롭고 오랜 아이디어를 확인해준 것이다.

콜로라도 대학 대기-우주물리학 연구소 소속의 로빈 램스테드 공동저자는 NASA 성명에서 "여러 미션에서 나온 결과가 동일할 경우, 그것이 사실이라는 확신을 갖게 된다"고  말했다.

NASA의 고다드 우주비행센터의 과학자이자 대표저자인 글린 콜린슨은 같은 성명에서 "금성에서 새로운 데이터를 얻게 되어 정말 기뻤다"라고 소감을 밝혔다.

연구팀은 파커 탐사선이 세 번째 금성 통과인 7월 11일 금성에서 불과 830km 이내에 도달했을 때 수집된 데이터를 연구했다. 금성 플라이바이 중에 파커의 FIELDS라는 기기에 수집된 7분 동안의 데이터를 통해 특정 유형의 저주파 무선 방출이 발견되었다. 콜린슨이 처음 그 데이터를 보았을 때 익숙해 보였지만 어디서 본 것인지 알 수가 없었다.

그는 "그 다음날 나는 알았다. 그리고 나는 '오 마이 갓,이게 그거였구나!'라고 생각했다."고 당시를 회상했다. 

그가 본 패턴과 일치하는 데이터는 1995~2003년까지 목성과 그 위성들을 연구한 갈릴레오 우주선에 의해 수집된 것이었다. 갈릴레오는 목성의 전리층에 잠길 때마다 파커 탐사선이 금성에서 수집한 것과 같은 유형의 전파 신호를 기록했다.

그러나 흥미로운 것은 단순히 금성의 전리층에서 같은 유형의 전파를 감지했다는 점이 아니라, 이같은 일치는 행성의 어두운 면에서 전리층에 있는 고하전 플라스마 입자의 밀도가 태양의 활동에 조응하여 변화한다는 것을 시사한다는 사실이다.

새로운 관측 당시 태양은 11년 활동주기의 최저점에서 불과 6개월이 지났을 때였다. 특기할 점은 이것은 NASA의 파이어니어 금성 궤도선이 1980년과 1992년 태양이 가장 활동적이었을 때 수집한 금성 전리층에 대한 데이터와는 완전히 정반대라는 것이다.

그러나 연구자들에게는 안타까운 일이지만, 새로운 관측은 금성의 밤 부분의 플라스마 밀도 변화의 원인에 관한 두 가지 주요 가설 중 어느 쪽이 옳은가를 결정하는 데는 도움이 되지 않았다. 만약 그 원인을 파악한다면 금성의 대기가 어떻게 우주로 빠져나가는지 이해하는 데 도움이 될 것이다.

금성에 대한 파커 솔라 프로브의 모든 관측은 태양을 연구하는 주요 임무를 수행하는 중에 얻은 과외 소득이라 할 수 있다.

존스홉킨스 대학 응용물리학실험 소속의 파커 탐사선 프로젝트 과학자 노르 E. 라우아피는 "금성 비행의 목표는 파커 솔라 프로브의 속도를 늦추어서 태양에 더욱 가깝게 접근할 수 있도록 하는 것"이라고 밝히면서 "그러나 우리는 금성과 같은 신비한 행성에 대한 독특한 통찰력을 얻을 수 있는 기회를 놓치지 않을 것"이라고 덧붙였다.

이런 점에서 파커 탐사선은 금성 과학자들에게는 큰 행운이 아닐 수 없다. NASA는 이 극적인 세계를 방문 할 두 우주선 계획을 올해 말에 결정할 예정이지만, 현재 금성 궤도를 돌고 있는 탐사선은 일본의 아카쓰키 하나뿐이다.

새 연구는 지구 물리학 연구지 5월 3일자에 발표되었다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

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