NASA “태양폭발시 지구도달 시점 예보”

과학자들이 최초로 태양폭풍 발생 시 정확한 무선통신단절 시간과 규모를 알아내는 기술을 개발해 태양폭풍 예보제를 실시한다.

이로써 태양폭풍이 불어올 때 지구에서 쏘아올린 인공위성의 전자기기는 물론 지구 상의 통신기기, 비상시스템,전력공급시스템,교통제어시스템 등에 미칠 태양폭풍의 영향을 예측하고 대비할 수 있게 됐다.

美항공우주국(NASA·나사)은 18일(현지시간) 18일 태양폭풍에 의한 플라즈마인 코로나물질방출(CME)의 정확한 지구도달시간과 규모를 알 수 있게 됐다고 발표했다. CME는 지구의 자기장과 서로 작용해 자기장폭풍을 일으키면서 지구의 무선통신 두절, 전자제품,전력선 차단 현상을 가져온다.

태양폭풍 우주기상예보가 가능해진 것은 과학자들이 새로운 알고리듬을 적용, 두대의 태양 궤도탐사선에서 보내온 스테레오 사진이미지신호를 정확히 분리해 낼 수 있게 됐기 때문이다. 기존 이미지처리기술로는 스테레오 탐사선이 보내온 흐릿하게 분산된 신호를 정확하게 분리해 낼 수 없었다.

나사의 과학자들은 “이번에 개발한 기술로 태양폭풍에 관련된 빛이 금성 부근에 도착했을 때 달빛의 1천억분의 1 정도로 흐릿해진 빛을 포착해 낼 수 있게 됐다”고 밝혔다. 마무라이카 과타쿠르타 스테레오위성 프로젝트 담당 과학자는 “스테레오로 볼 수 있는 망원경을 통해 태양의 모든 방향에서 지구로 불어오는 태양풍과 태양폭풍을 실질적으로 관찰할 수 있게 됐다”고 말했다.

드포리스트 과학자는 “이는 마치 바람의 속도를 측정하는 부표를 가지고 허리케인이 어떻게 카리브해를 건너 오는지 이해하려고 노력하는 것과 같다”며 “이제 우리는 실제로 CME가 어떻게 하늘에서 움직이는지 알게 됐다”고 덧붙였다.

■태양폭풍 피해규모를 미리 예측할 수 있게 됐다

우주기상예보가 가능해진 것은 나사가 쏘아올린 쌍둥이 태양궤도관측선 스테레오(Solar Terrestrial Relations Observatory, STEREO)가 태양에서 쏘아내는 거대한 구름물질을 관측하고, 이 물질들이 태양풍과 어떤 상호작용을 하는지, 지구의 자기계로 향할 때의 결과를 모니터할 수 있게 해 주었기 때문이다. 그리고 이는 스테레오에 탑재된 카메라 덕분이다.

마무리카 과하타쿨타 스테레오위성 프로젝트 담당 과학자는 “스테레오로 볼 수 있는 망원경을 통해 태양의 모든 방향에서 지구로 불어오는 태양풍과 태양폭풍을 실질적으로 관찰할 수 있게 됐다”고 말했다. 드 포리스트 연구원은 “이제 그동안 지구에 영향을 미치는 태양구조를 자세히 연관시켜 볼 수 있게 됐다”며 “수집된 스테레오이미지를 새로운 알고리즘을 사용해 분리해 냈다”고 설명했다. 그는 “태양에서 나오는 구름이 금성에 도달할 때쯤 되면 태양광의 밝기는 달표면의 1천억분의 1 정도로 희미해진다”며 “스테레오에서 보내온 이미지신호를 정확하게 분리하게 된 것은 대단한 업적”이라고 말했다.

과학자들은 지난 40년 이상 태양이 거대한 양의 물질을 포함한 구름을 지구로 쏟아내 지구의 기상에 영향을 미쳤다고 이해해 왔다.

크레이그 드 포레스트 사우스웨스트리서치인스티튜트의 연구원은 이 물질이 코로나물질방출(CME)로 불리는 것으로서 결국 지구를 덮는 지구 위 1억km높이에 떠서 지구를 덮고 있는 플라즈마 층이라고 설명했다.

과학자들은 지난 40년 이상 태양이 거대한 양의 물질을 포함한 구름을 지구로 쏟아내 지구의 기상에 영향을 미쳤다고 이해해 왔다.

■두대의 쌍둥이 위성에 스테레오카메라 탑재

코로나질량방출(Coronal Mass Ejection·CME）로 불리는 태양폭풍은 지난 2006년 나사가 발사한 나사의 쌍둥이 태양지상관련관측위성(STEREO)로부터 관측되고 있다.

이 두 대의 위성은 나사가 태양폭풍을 예상하는 능력을 높여주기 위해 발사하는 우주선 선단의 핵심을 이루고 있다. 　

이전의 우주선에서 보내오는 이미지는 지구까지 오는 태양계의 혼란을 확실하게 보여주지 못했다. 그 결과 우주기상 예측을 원하는 과학자들은 자세한 사항이나 태양폭풍이 점점커지는지 등에 대해 자세하게 알지 못한 채 언제 태양폭풍이 도달하는지를 추측에 의존할 수 밖에 없었다. 스테레오위성 카메라이미지에 사용된 새로운 이미지 처리기술은 과학자들에게 어떻게 태양분출이 우주폭풍으로 발전해 지구까지 오게되는지를 볼 수 있게 해준다.

마무라이카 과하타쿨타 나사본부 스테레오프로젝트 담당 과학자는 “ 새롭고 선명한 이미지는 우주기상모델을 통해 더 나은 우주기상예보를 할 수 있게 해 줄 것”이라고 말했다.

태양질량방출은 수십억톤의 태양에서 나오는 플라즈마 구름으로서 태양 표면폭발(솔라 플레어)을 일으키는 것과 똑같은 태양폭발에 의해 발생한다

이들이 지구를 지날 때 이들은 인공위성의 예민한 전자기기체계를 혼란시키는 오로라와 방사폭품을 발생시킨다. 그리고 극단적인 경우에는 전력체계까지 마비시킨다.

이들 구름을 더 잘 추적하게되면서 이들이 지구에 언제 어느 정도의 양으로 도달하는지를 아는 것이 태양풍 우주기상예보의 중요한 목적이다.

■흩어지는 흐릿한 태양광 이미지 포착

스테레오-A위성에 실린 카메라로부터 보내진 새로운 이미지는 지난 2008년말 지구를 향해 오는 거대한 CME의 특징을 자세히 보여주었다. 그리고 이는 3년후 이 태양구름이 지구를 때릴 때 태양의 코로나에 있는 원래의 자장구조와 행성 간 폭풍의 복잡한 관계를 분석할 수 있게 해 주었다.

당시 데이터가 수집됐을 때 우주선은 지구로부터 1억460만km(6500만마일)이나 떨어져 있었다.

우주선의 광각카메라는 이미지를 포착했는데 이들은 보통의 태양광이 플라즈마구름 속에서 자유로이 떠다님에 따라 태양광이 흩어진다는 사실을 알아냈다. CEM속에 있는 이들 구름이 태양을 떠나면 이들은 잘 보이는 밝은 색이 된다. 그러나 보이는 것은 구름이 우주공간 속으로 확대돼 가면서 순식간에 잘 안보이게 된다. 사실 이 구룸은 은하수 밝기의 1천분의 1에도 미치지 못해 이들을 직접적인 이미지를 얻기 어렵게 만든다. 이는 또한 인류가 태양폭풍과 이를 발생시키는 코로나 구조를 이해하는 것을 어렵게 만들어왔다.

크레이그 드 포레스트 콜로라도 볼더의 사우스웨스트리서치인스티튜트의 연구원은 “이 희미한 신호를 이 별들에게서 분리시켜 내는 것은 매우 어려운 과제였지만 보상을 받을 만한 일이었다”고 말했다.

18일 발표된 우주물리학저널에 이 성과를 공동 저술해 발표한 그는 “우리는 수십년간 이같은 구조를 이해하는 그림을 그리려고 노력해 왔으며 이제 우리가 태양으로부터 멀리 떨어져 있는 이들을 구별해 낼 수 있게 됨에 따라 더많은 것을 알 수 있게 됐다”고 설명했다.

이들을 관찰할 수 있게돼 CME의 지구도착 시간은 물론 그 규모까지 알 수 있게 됐다.

구름의 밝기는 연구원들이 그 구조를 이해해 구름가스의 농도를 계산할 수 있게 해준다. 또 이를 다른 나사의 우주선에서 쵤영한 우주폭풍관련 데이터와 직접 비교할 수 있게 됐다.

이 기술이 미래의 태양폭풍발생시 적용되면 과학자들은 확실하게 지구가 작은, 또는 거대한 구름의 영향을 받게 될 것인지 아닌지 여부를 알수 있게 된다. 또 도대체 태양의 어느 부분에서 이 태양폭풍의 물질이 온 것인지도 알 수 있게 됐다.

■스테레오위성은?

스테레오위성은 태양을 중간에 두고 서로 반대편에서 돌고 있는 쌍둥이 태양관측 위성이다.한 대는 항상 지구를 향하고 있으며, 한 대는 그 반대쪽 태양너머에서 돌고 있다. 이들은 시간이 지남에 따라 궤도를 벗어나게 될 것이다. 스테레오위성은 나사가 태양의 지표탐사프로젝트를 위해 쏘아보낸 세 번 째 태양관측 프로젝트에 따른 위성이다.