네가 왜 여기서?…독특한 위치에 있는 천왕성 오로라 [아하! 우주]

[서울신문 나우뉴스]

사진=NASA, ESA and M. Showalter

오로라는 태양에서 나온 에너지를 띤 입자인 대전입자(태양풍)가 지구 자기장에 끌려와 대기와 반응하면서 생기는 현상이다. 따라서 입자들이 끌려오는 북극과 남극 하늘에서 주로 볼 수 있다.

이점은 태양계의 다른 행성들도 크게 다르지 않다. 목성의 경우 지구보다 태양에서 멀리 떨어져 있지만, 자기장이 훨씬 강력하기 때문에 극지방에 거대한 오로라를 만든다. 토성, 천왕성, 해왕성 같은 다른 행성 역시 저마다 오로라를 지니고 있다.

그런데 태양계 행성 가운데 천왕성은 오로라가 독특한 위치에 존재한다. 천왕성은 90도 옆으로 누워서 자전하는 행성으로 유명한데, 자기장의 축도 자전축과 상당히 차이가 나서 오로라는 엉뚱하게 중위도 지역에 생긴다.

과학자들은 보이저 2호의 데이터를 분석해 천왕성의 자기장이 자전축으로부터 59도나 기울어져 있다는 사실을 확인했다. 아마도 자전축을 옆으로 눕힌 대규모 충돌이 원인일 것으로 추정되지만 정확한 이유는 아직 모른다.

아무튼 과학자들은 지상 망원경과 허블우주망원경을 이용해 천왕성의 오로라를 관측했다. 자기장에 대한 정보는 물론이고 행성 대기에 대한 여러 가지 정보를 얻을 수 있기 때문이다.

최근 레스터 대학 과학자들은 하와이에 있는 대형 망원경인 켁 II 망원경의 NIRSPEC 장비를 이용해 최초로 적외선 영역에서 천왕성의 오로라를 확인했다. (사진에서 하얀 점) 이 오로라는 수소 양이온이 뭉친 H3+에서 나온 것으로 천왕성 대기에 대한 중요한 정보를 제공한다. 그중 하나는 천왕성 대기 온도를 높이는 에너지원이다.

천왕성은 지구보다 태양에서 19.2배 멀리 떨어져 있다. 단위 면적당 도달하는 태양에너지는 거리의 제곱에 비례해 낮아지기 때문에 천왕성의 표면 온도는 영하 218도로 매우 낮을 수밖에 없다. 하지만 이론적으로 계산한 온도보다는 높다.

연구팀은 그 이유 중 하나가 자기장으로 끌어 모은 태양풍 입자들이 대기와 충돌하면서 내놓는 에너지라고 보고 있다. 태양 에너지를 많이 받는 지구에서는 오로라의 에너지가 차지하는 비중이 크지 않겠지만, 천왕성은 이야기가 다르다. 보기만 해도 황홀해지는 오로라는 사실 중요한 과학적 현상으로 행성을 연구하는 과학자들의 주요 연구 목표다. 앞으로도 관련 연구가 활발히 진행될 것으로 예상된다. 

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com