태양 표면 아래 20만km, 자기장의 요람을 찾다

태양의 강력한 자기장을 생성하는 '자기 다이나모(magnetic dynamo)'가 태양 표면 아래 약 20만km 깊이에 존재한다는 사실이 관측을 통해 직접 확인됐다. 이는 지구 지름의 약 16배에 해당하는 깊이다.

미국 뉴저지공과대학의 크리슈넨두 만달(Krishnendu Mandal)과 알렉산더 코소비체프(Alexander Kosovichev) 연구팀은 약 30년간 축적된 태양 진동 관측 데이터를 분석해 이 같은 결론을 도출했다고 밝혔다.

왜 이 발견이 중요한가

태양의 자기장은 흑점 활동을 유발하고, 강력한 태양 플레어와 코로나 질량 방출(CME)을 일으키는 근원이다. 이러한 현상들은 지구를 향해 하전 입자 구름을 방출해 인공위성, 통신 시스템, 전력망에 심각한 피해를 줄 수 있다.

그동안 과학자들은 태양 자기장이 표면 근처의 얇은 층에서 생성되는지, 대류층 전체에 걸쳐 형성되는지를 두고 논쟁을 벌여왔다. 가장 유력한 가설은 대류층과 복사층의 경계면인 '타코클라인(tachocline)'에서 생성된다는 것이었으나, 직접적인 관측 증거는 부재했다.

만달 연구원은 "오랫동안 타코클라인이 태양 다이나모에 중요하다고 추정해왔지만, 이제 명확한 관측적 증거를 확보했다"고 설명했다.

30년 관측 데이터가 밝힌 태양의 비밀

지구의 자기장이 외핵에서 용융된 철의 대류에 의해 생성되는 것처럼, 태양의 자기장도 특정 층에서 플라스마의 회전과 대류를 통해 만들어진다. 다만 태양의 핵은 원자가 분해되는 핵융합 용광로이고, 내부 3분의 2는 감마선 광자로 채워진 복사층이라 자기장이 생성될 수 없다.

연구팀은 1995년 발사된 NASA-ESA 합동 태양권관측위성(SOHO)의 마이컬슨 도플러 이미저와 국립태양관측소의 지상 망원경 네트워크(GONG) 데이터를 활용했다. 이 장비들은 45~60초 간격으로 태양 표면(광구)을 가로지르는 진동 패턴의 변화를 측정한다.

분석 결과, 태양 내부의 회전하는 플라스마 띠가 형성하는 '나비 패턴'이 11년 주기로 변화하는 흑점 위치 패턴과 정확히 일치했다. 흑점은 자기장이 광구를 뚫고 올라오면서 만들어지는 저온 영역으로, 태양 자기장의 지문과 같다.

앞으로의 전망 [AI 분석]

이번 발견은 우주 기상 예보의 정확도를 높이는 데 기여할 가능성이 높다. 타코클라인에서 시작된 자기장 변화가 표면까지 전파되는 데 수년이 걸리므로, 내부 변화를 추적하면 태양 활동 주기의 전개를 미리 파악할 수 있기 때문이다.

만달 연구원은 "거의 3번의 11년 태양 주기 데이터를 확보한 지금, 마침내 태양 내부를 들여다볼 수 있는 명확한 패턴이 드러나고 있다"고 밝혔다.

태양 플레어와 코로나 질량 방출로 인한 우주 기상 재해가 현대 사회의 주요 위협으로 부상한 가운데, 이번 연구는 보다 정밀한 예측 시스템 구축의 과학적 기반을 마련했다는 평가를 받고 있다.