[우주집합소] 보이저호가 밝혀준 태양의 소중함

올해는 보이저호가 지구상을 떠난지 꼭 40년이 되는 해이다. 보이저 1호는 지난 1977년 발사되어 목성, 토성을, 보이저 2호는 같은 해에 발사되어

목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 각각 플라이바이한 후 태양계를 벗어나고 있다.

특히 우리가 책에서 보는 천왕성, 해왕성의 사진과 정보들은 모두 보이저 2호가 촬영한 것으로, 보이저라는 이름에 걸맞게 아주 위대한 업적을 세운 것이다.

보이저 1호는 현재 지구로부터 약 212억km(141.4AU), 2호는 175억km(117AU) 떨어져 있으며 이렇게나 멀리 떨어져 있음에도 아직까지

송수신이 가능하다고 한다. 40년 전에 발사된 것임을 감안해도 대단한 기술력이 아닐 수 없다.

보이저 호는 몇 해 전, 태양계의 외곽부분이라고 할 수 있는 태양권 덮개(heliosheath)에 진입했다고 했는데, 사실 우리는 

태양권 덮개가 무엇인지, 그리고 그 안쪽을 이루는 태양권(heliosphere)이 무엇인지 잘 모른다. 

하지만 이 헬리오스피어를 뜯어보면 우리 인류, 아니 지구상의 모든 생명체에겐 엄청나게 고마운 존재임을 알 수 있을 것이다.

태양권의 경계에 도달한 보이저 1호

지금부터 보이저 호가 알려준 태양의 소중함에 대해 알아보도록 하자.

앞서 언급했다시피, 보이저 1호와 2호는 각각 태양권의 경계에 도달하였다. 아까부터 태양권, 태양권 했는데 도대체 태양권이 뭘까?

지구도 그렇고 목성도 그렇고, 태양계에 존재하는 여러 행성들은 모두 저마다 자기장을 가지고 있다.

이는 태양도 마찬가지인데, 태양이 지구의 약 110배정도 크다는 것을 감안하면 태양이 지니고 있는 자기장 역시 엄청나게 쎄다고 생각할 수 있다.

태양은 사방으로 자기장도 내뿜지만, 흔히 태양풍이라고 불리우는 하전입자도 같이 내뿜는데, 이 하전입자의 속도는 시속 160만km 정도로,

K2소총에서 발사되는 총알의 속도(약 970m/s)의 450배나 되는 엄청난 빠르기이다.

나선모양을 한 태양권 전류 시트

만약 태양이 정지해있는 상태로 내뿜는다면 이들은 구형으로 방사되어 아주 예쁜모양을 할 것이다.

허나 우리가 알고있다시피 태양은 30일마다 한 번씩 자전을 한다. 따라서 자기장도 뒤틀리고, 항성풍도 뒤틀려서 상당히 이상한 모양세를 갖게 된다.

이를 heliospheric current sheet라고 하는데 굳이 번역을 하자면 태양권 전류 시트라고 하는데 그냥 자기장과 태양풍이 태양 자전에 의해 꼬여서 생긴

주름이라고 생각하면 편할 거다. 그리고 태양권 전류 시트가 영향력을 행사하는 공간을 태양권(heliosphere)이라고 한다.

termination shock 안쪽이 heliosphere

이 태양권 전류 시트는 엄청나게 멀리까지 뻗어나가서, 해왕성 궤도의 3배나 되는 지점(90AU, 135억km)까지 그 영향력을 행사한다고 한다.

실질적으로 태양이 영향력을 행사하는 범위가 이쯤 된다는 것이다.

하지만 그 바깥부터는 태양과 너무 멀리 떨어져 있어서일까? 자기장과 하전입자들이 정체되기 시작한다.

보이저가 보내온 자료에 따르면 외부에서 날아오는 입자들(흔히 cosmic ray, 우주선이라고 부름)과 태양으로부터 날아오는 태양풍의 입자가 서로 만나면서 

태양권 전류 시트가 정체되는게 아닐까 생각한다.

왜냐하면 이부분에서 태양으로부터 날아오는 입자수는 현저하게 감소하고, 반대로 우주로부터 날아오는 입자수는 급격하게 증가했기 때문이다.

즉 얼떨결에 태양풍은 우주로부터 날아오는 강력한 에너지를 가진 입자를 차단하는 존나 커다란 방어막을 구축해놓은 셈이다.

이는 마치 지구의 성층권에 존재하는 오존층과 비슷하다고 생각하면 된다.

성층권에 존재하는 산소분자는 태양으로부터 날아오는 자외선을 흡수하고 산소원자로 쪼개진 후, 다시 산소분자와 합쳐져 오존을 만들어내어 

궁극적으로 자외선을 차단하는 것처럼, 태양으로부터 날아온 태양풍과 자기장은 외부로부터 날아들어오는 강력한 우주선과 상호작용하면서 

이를 상쇄시키는 역할을 하고있는 것이다.

그럼에도 지구에는 지금도 우주선이 쏟아져내리고 있는데, 대부분은 태양권을 지나오면서 그 세력이 엄청 약해진 것들이라고 한다.

그런데 우주선이란게 정말 우리 인류를 비롯한 지구상의 생명체들에게 아주 치명적으로 작용하는 것일까?

우주선(cosmic ray)은 우주에서 날아오는 각종 고에너지 입자를 총칭하는데, 그 세기가 10^3 eV에서부터 쎈건 10^18 eV정도이다.

여기서 1 eV는 1개의 전자를 전위차가 1V인 전계 내에서 전계 방향으로 1m 이동시킬 때 필요한 에너지다.

참고로 대형 강입자 가속기(LHC)의 출력은 약 10^12 eV인데, 인류가 만들어낸 최대출력보다 더 강력한 에너지를 가진 입자가 

우주에서 날아올수도 있다는 말씀.

감마선 폭발의 컨셉아트

보통 전자기파가 가지는 에너지는 파장별로 다른데, 우리가 평소에 쬐는 가시광선의 경우 3eV정도라고 한다.

허나 자외선만 하더라도 최소 3.9eV에서부터 14eV까지 분포하며, 엑스선 영역에서는 수십keV까지 그 세기가 급증한다.

감마선영역대(파장이 수 pm~ 수 nm까지의 영역)에 이르면 그 에너지는 1 뒤에 0이 10개정도 붙는 (100억) 수준인데

사실 이정도 에너지면 생명체 내의 DNA구조는 아주 쉽게 끊을 수 있다. DNA사슬이 끊어지면 신체에 변형이 생기고, 기형아를 낳거나

심하면 괴사하기도 한다. 지구상 생명체에겐 매우 치명적인 녀석인 셈이다.

하지만 너무 걱정할 필요는 없다. 우리에겐 태양이 만들어낸 아주 강력한 방어막이 있기 때문이다.

태양권 전류 시트가 우주선과 만나면서 태양권 덮개(heliosheath)를 만들어내는데, 이 덮개가 우주에서 날아오는 해로운 우주선들을

대부분 차단함으로써 태양권 내의 천체들을 보호하는 역할을 한다.

만약 태양권 덮개가 없다면 지구는 우주선으로부터 무방비상태가 되며 이는 마치 오존층이 없는 지구와 같다고 생각하면 된다.

태양권 덮개와 태양권을 지나면서 약해진 입자의 에너지가 10^3~10^18 eV라고하니, 이들이 없다면 생지옥과 같은 환경이

펼쳐지는 것이다.

우리에겐 너무나도 소중하고 고마운 존재인 태양

이처럼 태양은 우리에게 태양에너지라는, 지구에겐 없으면 안되는 공짜에너지를 선사해줌과 동시에 외부로부터의 위협을 차단하는 방어막까지 

구축해놓고 있다. 정말로 소중한 존재인 셈이다.

3줄요약

1. 보이저 1호와 2호는 태양계 경계에 진입하였다.

2. 이들이 보내온 데이터에 따르면 태양은 heliosheath라는 거대한 방어막을 구축해놨다고 한다. 

3. 이처럼 태양은 우리에겐 없어서는 안될 매우 소중한 존재이다.