우리 태양계를 둘러싸고 있는 것은 태양권이라 불리는 자연적이고 신비로운 우주의 방패입니다. 천문학자들이 이를 더 잘 이해하는 데 도움이 되는 새로운 임무가 시작되었습니다.
태양풍, 즉 태양으로부터 멀어지는 대전된 입자의 끊임없는 흐름에 의해 만들어진 태양권은 우리 태양계의 행성들을 우리 은하인 은하수에 침투하는 우주 방사선으로부터 보호하는 거대한 거품 역할을 합니다.
지구의 보호 자기장 외에도 태양권은 우리 행성에서 생명이 존재할 수 있는 이유와 화성 과 같은 다른 행성에 한때 생명이 존재했을 가능성에 중요한 역할을 합니다 .
6개 이상의 임무가 천문학자들이 태양권을 이해하는 데 기여했으며, 보이저 탐사선이라는 두 개의 우주선은 태양권을 벗어나 성간 공간을 탐험한 후 주요 데이터를 수집했습니다 .
하지만 새로운 IMAP, 즉 성간 매핑 및 가속 탐사선(Interstellar Mapping and Acceleration Probe ) 임무는 태양이 어떻게 태양풍을 형성하는지, 그리고 그 태양풍이 지구와 명왕성 사이 거리의 세 배 거리에서 시작되는 태양권 경계에서 성간 공간과 어떻게 상호 작용하는지 조사하도록 설계되었습니다.
이 사진은 3월에 앨라배마주 헌츠빌에 있는 NASA 마셜 우주 비행 센터의 X선 및 극저온 시설의 열 진공 챔버에 NASA의 IMAP 임무가 적재되는 모습을 보여줍니다.
에드 휘트먼/NASA/존스홉킨스 APL/프린스턴
우주선에 장착된 10개의 계측기는 이전 임무에서 수집한 데이터를 조합하여 만든 기존 태양권 지도의 빈틈을 메우고, 태양권이 우주에서 가장 에너지가 높은 입자인 우주선으로부터 태양계를 어떻게 보호하는지 더욱 자세히 설명하는 데 도움이 될 것입니다.
수요일에 같은 로켓에 실려 발사된 두 건의 다른 우주 기상 관측 임무와 마찬가지로, IMAP은 과학자들이 태양에서 발생하는 태양 폭풍이 지구에 영향을 미칠 시기를 더 정확하게 예측하는 데 도움을 줄 것입니다. 폭풍에서 발생하는 강한 복사 에너지, 즉 우주 기상이 지구를 향할 경우, 국제 우주 정거장(ISS)의 우주비행사들에게 위험을 초래할 뿐만 아니라 통신, 전력망, 항법, 무선 및 위성 작동을 방해할 수 있습니다.
NASA 태양물리학부 소장인 조 웨스트레이크 박사는 일요일 기자회견에서 "이번 후속 임무는 궁극의 우주 카풀입니다."라고 말했습니다. "이 임무들은 우주 날씨에 대한 전례 없는 통찰력을 제공할 것입니다. 지구상의 모든 인간과 우주 탐사 및 인간의 욕구에 관련된 거의 모든 시스템은 우주 날씨의 영향을 받습니다."
NASA 고다드 우주 비행 센터 개념 이미지 랩
태양권 매핑
NASA 에 따르면, 태양권은 1950년대 후반 우주선과 태양풍의 개념을 연구하던 여러 과학자들에 의해 처음 이론화되었습니다 . 그들은 태양이 지구와 태양계의 나머지 부분을 둘러싼 경계를 형성하는 자기장과 태양풍의 그물을 형성한다고 믿었습니다 .
1962년 금성을 근접 통과하며 다른 행성으로 가는 최초의 성공적인 임무였던 마리너 2호는 또한 태양풍을 측정하여 그 존재를 증명한 최초의 임무이기도 했습니다. 1970년대 파이어니어 10호와 11호 임무 , 그리고 보이저 탐사선들이 직접 측정한 결과 태양권의 존재가 더욱 분명해졌습니다.
과학자들은 태양권의 경계가 어떤 모습인지 알고 싶어 하는데, 보이저 탐사선은 과거에 태양권 경계를 엿볼 수 있는 흥미로운 기회를 제공했습니다. 보이저와 보이저는 태양권을 통과한 유일한 두 대의 우주선입니다.
보이저 1호는 2012년에 태양권 경계에 도달했고, 더 느린 보이저 2호는 2018년에 경계를 통과하며 두 곳의 특정 위치에서 사진을 촬영했습니다. 이 탐사선들이 수집한 정보는 과학자들이 태양권의 혜성 같은 모양을 이해하는 데 도움이 되고 있습니다.
IBEX, 즉 성간 경계 탐사 위성은 2008년 발사된 이래 태양권을 지도화해 왔습니다. 그러나 IMAP은 30배 더 높은 해상도를 구현할 수 있는 빠른 이미징 장비를 갖추고 있어 이전 어느 때보다 더 빠르게 태양권의 경계를 탐사하고 지도화할 수 있습니다.
이 그래픽은 태양이 만들어낸 보호 거품인 태양권을 기준으로 한 보이저 1호와 보이저 2호 탐사선의 위치를 보여줍니다. 태양권은 명왕성 궤도를 훨씬 넘어 뻗어 있습니다.
NASA/JPL-칼텍
IMAP은 약 3개월 안에 지구에서 약 100만 마일(160만 킬로미터) 궤도에 도달하면 태양풍을 실시간으로 관측하고 태양에서 이동하는 입자를 측정하고, 60억~90억 마일(97억~145억 킬로미터) 떨어진 태양권 경계를 연구하고, 심지어 성간 공간의 데이터도 수집할 예정입니다.
IMAP은 주로 에너지가 높은 중성 원자, 즉 ENA(전하를 띤 이온이 느리게 움직이는 중성 원자와 충돌할 때 형성되는 대전되지 않은 입자)를 측정합니다. 우주에 플라즈마, 즉 대전된 기체가 있는 곳이라면 어디에서나 발견되는 이러한 입자를 형성하는 과정은 태양권 전체와 그 경계를 따라 발생합니다. NASA에 따르면 IMAP은 이러한 입자를 추적하여 더욱 완벽한 태양권 지도를 제작할 예정입니다.
NASA에 따르면, 입자는 전하를 띠지 않아 자기장의 영향을 받지 않고 직선으로 이동하므로 IMAP은 지구 근처의 ENA를 수집하여 태양권의 보이지 않는 경계와 마찬가지로 그 기원을 추적할 수 있습니다.
IMAP의 수석 연구원이자 프린스턴 대학교 천체물리학자인 데이비드 맥코마스 박사는 "IMAP은 시간이 지남에 따라 상호작용 영역에 대한 놀랍도록 상세한 사진을 촬영할 것입니다."라고 말했습니다. "차폐가 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 그리고 어떤 모습인지 이해할 수 있을 것입니다."
맥코머스는 태양계만이 태양권과 같은 것을 가지고 있는 것은 아니며, 다른 별 주위에서도 밝은 천구가 발견되었다고 덧붙였다.
9월 22일 해가 뜨면서 플로리다 케네디 우주 센터의 39A 발사 단지에서 NASA의 IMAP, 캐러더스 지오코로나 관측소, NOAA의 SWFO-L1 우주선을 탑재한 SpaceX Falcon 9 로켓이 수직으로 서 있습니다.
스페이스X/NASA
우주 날씨 모니터링
IMAP은 NASA의 캐러더스 지구코로나 관측소와 미국 해양대기청(NOAA)의 SWFO-L1(Space Weather Follow On-Lagrange 1)과 함께 SpaceX Falcon 9 로켓에 실려 수요일 오전 7시 30분(동부 표준시) 플로리다주에 있는 NASA 케네디 우주 센터에서 발사되었습니다. NASA는 YouTube 에서 발사 모습을 생중계했습니다 .
캐러 더스 지오코로나 관측소는 지구 최외곽 대기층인 외기권을 관측하는 데 전념하는 소형 위성입니다. 캐러더스 임무는 외기권의 희미한 자외선인 지오코로나의 이미지를 포착하여 외기권의 모양, 크기, 밀도에 대한 의문을 해결하는 데 도움을 줄 것입니다.
이 임무는 아폴로 16호 임무 당시 최초로 달에 설치된 관측소인 자외선 카메라를 개발한 조지 캐러더스 박사의 이름을 따서 명명되었습니다. 달의 데카르트 고원 지대에 여전히 남아 있는 이 카메라는 자외선으로 지구를 촬영했고, 1972년 외기권의 모습을 최초로 포착했습니다.
조지 캐러더스가 설계하고 제작한 망원경으로 촬영한 지구 외기권인 지구코로나의 첫 번째 사진입니다.
G. Carruthers(NRL) 외/원적외선 카메라/NASA
카루더스 임무는 외기권이 지구와 우주 사이의 과도기적 경계를 나타낸다는 점을 고려하여 지구에 도착한 후 우주 날씨의 변화와 영향을 측정할 것입니다.
한편, SWFO-L1 임무는 태양 폭풍 감지기 역할을 하여 지구 저궤도에 있는 우주비행사와 지구에서 중요한 통신을 제공하는 위성을 보호하기 위한 조기 경보를 제공할 예정입니다. 우주비행사들이 더 깊은 우주로 나아갈수록 SWFO-L1은 더욱 중요해질 것입니다.
"점차 나아지고 있다고 생각합니다… 하지만 정말 확실한 예측을 위해 여전히 노력하고 있습니다." NASA 과학 임무국 부국장 대행 마크 클램핀은 달 궤도를 도는 아르테미스 2호 임무에 대한 기자 회견에서 이렇게 말했습니다. "그리고 지금 우리가 진행하고 있는 임무들은 문제의 한 부분뿐 아니라 태양에서 무슨 일이 일어나고 있는지부터 그것이 태양에서 어떻게 전파되는지, 그리고 그것이 진짜 문제가 되는지 여부까지 전체 문제에 대한 훨씬 더 나은 통찰력을 제공할 것입니다."