해왕성의 구름이 사라졌다… 활발한 태양 활동이 원인

美 연구진, 태양 활동 주기에 따른 해왕성 대기 변화 발견
“태양 자외선, 45억㎞ 떨어진 해왕성에 영향”
제임스웹으로 추가 관측 진행

제임스웹 우주망원경이 올해 7월 12일 관측한 해왕성./NASA

태양계 여덟 번째 행성인 해왕성의 구름이 태양 활동 주기에 따라 증가하거나 감소한다는 연구 결과가 나왔다. 연구진은 제임스웹 우주망원경을 이용해 해왕성의 대기 활동을 관측해 이번 연구 결과를 내놓는데 성공했다. 이번 연구 결과는 외계 행성 기후에 대한 이해를 높일 수 있을 것으로 기대한다.

임케 드 파터(Imke de Pater) 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 천문학과 교수 연구팀은 태양 활동 주기에 따른 해왕성의 구름양 변화에 대한 연구 결과를 국제학술지 ‘이카루스(Icarus)’에 17일(현지시각) 공개했다.

연구팀은 1994~2022년 미국 하와이 켁(Keck) 천문대와 허블 우주망원경으로 촬영한 해왕성을 살펴보고 2019년부터 중위도 부근에서 구름이 사라지는 것을 발견했다. 또 2004년과 2015년에는 해왕성의 구름이 가장 활발하게 관측되는 것으로 나타났다.

해왕성의 구름이 차이를 보이는 데에는 태양 활동 주기가 영향을 미쳤다는 게 연구팀의 설명이다. 대부분 수소와 헬륨으로 이뤄져 있는 태양은 활동이 활발한 시기와 그렇지 않은 시기가 주기적으로 나타난다. 태양 활동 주기에 따라 흑점과 플레어, 코로나 밝기 등에 변화가 일어나는데, 평균 11년 주기로 발생한다.

임케 드 파터(Imke de Pater) 미국 버클리 캘리포니아대(UC버클리) 천문학과 교수 연구팀이 미국 하와이 켁(Keck) 천문대와 허블 우주망원경으로 관측한 해왕성 구름 변화. 태양이 방출하는 자외선(UV)에 따라 구름의 양이 변한다./NASA, ESA, LASP, UC Berkeley

해왕성은 태양으로부터 45억5000만㎞ 떨어진 가장 외곽에 위치한 행성이지만, 태양 활동 주기와 구름의 양이 함께 변화했다. 연구팀은 태양이 강한 자외선을 방출하면 약 2년 후에 해왕성에 많은 구름이 나타난다고 설명했다. 메탄 함량이 높은 해왕성의 대기에 자외선이 도달하면서 광화학적 반응이 일어나 구름이 많아지는 것으로 추정된다. 구름이 많아지면 햇빛 반사율도 올라가 해왕성은 더 밝게 보인다.

파터 교수는 “이 데이터는 해왕성의 구름이 태양의 주기와 관련이 있다는 가장 강력한 증거를 제공한다”며 “이번 발견은 태양의 자외선이 충분히 강할 때 해왕성의 구름을 생성하는 광화학 반응을 유발할 수 있다는 이론을 뒷받침한다”고 말했다.

다만 해왕성은 메탄 구름과 초음속에 달하는 바람을 동반하는 만큼 추가적인 연구가 필요하다. 미 항공우주국(NASA)의 우주탐사선 보이저 2호가 1989년 촬영한 해왕성 대기에선 ‘대흑점’이라는 거대 폭풍 시스템이 발견됐다.

연구팀은 제임스웹 우주망원경을 통해 지속적인 관측을 진행할 계획이다. 켁 천문대와 허블 우주망원경에서 얻을 수 없는 근적외선·중적외선 이미지를 포착해 해왕성 구름의 변화를 정밀하게 분석할 수 있다. 최근 태양 활동이 점차 활발해지고 있어 해왕성에서 더 많은 구름이 확인될 것으로 보인다.

파터 교수는 “지구로부터 43억㎞ 이상 떨어진 세계의 기후를 연구하기 위해 지구에서 망원경을 사용할 수 있다는 것은 매우 매력적”이라며 “해왕성뿐만 아니라 외계 행성에 대한 이해를 심화하는 데 도움이 될 수 있을 것”이라고 말했다.

참고자료

Icarus, DOI: https://doi.org/10.1016/j.icarus.2023.115667

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