목성 '외계 오로라'서 새로운 플라즈마 파동 포착 [우주로 간다]

목성에서 포착된 ‘외계 오로라’에서 지금까지 알려지지 않았던 새로운 유형의 플라즈마 파동이 발견돼 주목받고 있다고 우주과학매체 스페이스닷컴이 25일(현지시간) 보도했다.

미국 미네소타대학 연구진은 항공우주국(NASA) 주노 우주선의 관측 자료를 통해 이 현상을 확인했다.

목성 오로라에서 새로운 유형의 플라즈마 파동이 포착됐다. (출처=NASA/SWRI/JPL-Caltech/SwRI/V. Hue/GR Gladstone/B. Bonfond)

이번 발견은 지구가 아닌 다른 행성의 오로라와 행성의 자기장 특성을 이해하는 데 중요한 단서가 될 전망이다. 해당 연구는 지난 달 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐다.

오로라는 행성의 자기장에 이끌린 하전 입자들이 행성 대기에 충돌하면서 발생한다. 지구에서는 그 결과로 밤 하늘에 녹색과 파란색 띠 모양으로 다채로운 북극광과 남극광이 나타난다. 목성의 오로라는 훨씬 더 강력하지만 자외선이나 적외선을 감지하는 장비가 없으면 육안에서는 볼 수 없다.

목성 오로라는 2016년부터 목성 궤도를 돌고 있는 주노 탐사선이 관측에 성공했다. 주노에는 플라즈마 내 하전 입자가 목성의 자기장과 상호 작용할 때 생성되는 전자기 신호를 감지할 수 있는 ‘웨이브스(Waves)’ 장비가 탑재돼 있다.

2023년 제임스 웹 우주 망원경이 촬영한 목성의 오로라(출처=NASA, ESA, CSA, Jonathan Nichols(레스터 대학), Mahdi Zamani(ESA/Webb))

그 동안 제임스 웹 우주 망원경을 통해 목성의 적외선 오로라 이미지를 촬영한 적은 있다. 하지만 연구진은 이번엔 주노가 목성의 극지방에 가까이 접근해 그 동안 얻을 수 없었던 플라즈마 데이터를 얻을 수 있었다고 밝혔다.

이온과 전자로 구성된 초고온 물질 상태인 플라즈마는 자성을 띤 행성 주변 공간에 널리 퍼져 있다. 연구 결과에 따르면, 플라즈마는 유체처럼 흐르지만 자기장에도 강하게 반응한다. 태양계에서 가장 강한 자기장을 가진 목성 주변에서는 플라즈마가 지구에서는 볼 수 없는 방식으로 작용하는 것으로 나타났다.

분석 결과 목성의 극지방 플라즈마는 밀도는 아주 낮은 반면 자기장은 매우 강하며, 플라즈마가 거대한 자기장과 결합해 지구에서 관찰되는 파동과 달리 비정상적으로 매우 낮은 주파수로 플라즈마 파동을 생성하는 것으로 나타났다.

연구진은 또한 목성의 자기장이 지구의 자기장과는 다르게 하전된 입자를 유도한다는 사실을 발견했다. 지구에서 오로라는 일반적으로 극지방을 중심으로 고리 모양의 띠를 형성된다. 그러나 목성에서는 입자가 극관(polar cap)으로 직접 유입돼 더 집중적이고 무질서한 오로라를 만들어낸다.