태양의 대기가 표면보다 뜨거운 이유는 무엇입니까?

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태양의 대기에 대한 불타는 질문

태양의 가시적 표면 또는 광구 는 약 섭씨 6,000도(화씨 11,000도)입니다. 그러나 그 위의 수천 킬로미터(태양의 크기를 고려할 때 작은 거리)는 코로나 라고도 하는 태양 대기 가 수백 배 더 뜨겁습니다. 코로나는 섭씨 100만 도 이상(화씨 180만 도 이상)에 도달합니다.

태양의 주요 에너지원으로부터의 거리가 증가했음에도 불구하고 이러한 온도의 급상승은 대부분의 별에서 관찰되었습니다. 이것은 천체 물리학자들이 수십 년 동안 숙고 해 온 근본적인 수수께끼 를 나타냅니다 .

1942년, 스웨덴 과학자 Hannes Alfvén 은 설명을 제안했습니다 . 그는 플라즈마의 자기화된 파동이 태양 자기장을 따라 내부에서 코로나까지 엄청난 양의 에너지를 전달할 수 있다고 이론화했습니다. 에너지는 태양의 상부 대기에서 열로 폭발하기 전에 광구를 우회합니다.

오래된 이론에 대한 현대적 증거

과학자들은 그 이론을 잠정적으로 받아들였지만 우리는 여전히 증거가 필요했습니다. 이러한 파동이 존재한다는 실증적 관찰이 필요했습니다. 우리의 최근 연구 는 마침내 이것을 달성했습니다. 그것은 Alfvén의 80년 된 이론을 검증했고 우리가 여기 지구에서 이 고에너지 현상을 이용하는 데 한 걸음 더 다가가게 했습니다.

코로나 가열 문제는 1930 년대 후반 이후 설립되었습니다. 스웨덴 분광학자 Bengt Edlén과 독일 천체물리학자 Walter Grotrian이 처음으로 태양의 코로나에서 온도가 수백만 도일 때만 존재할 수 있는 현상을 관찰했을 때 입니다.

이것은 우리가 지구에서 볼 수 있는 태양 표면인 그 아래의 광구보다 최대 1,000배 더 뜨거운 온도를 나타냅니다. 광구의 열을 추정하는 것은 항상 비교적 간단합니다. 우리 는 태양으로부터 우리에게 도달 하는 빛 을 측정하고 그것을 광원의 온도를 예측하는 스펙트럼 모델과 비교하기만 하면 됩니다.

수십 년에 걸친 연구를 통해 과학자들은 광구의 온도를 약 섭씨 6,000도(화씨 11,000도)로 일관되게 추정해 왔습니다. 태양의 코로나가 광구보다 훨씬 더 뜨겁다는 Edlén과 Grotrian의 발견 은 궁극적인 에너지원인 태양의 핵 에서 더 멀리 떨어져 있음에도 불구하고 과학계에서 머리를 긁적입니다.

 

대류와 태양의 대기

과학자들은 이러한 차이를 설명하기 위해 태양의 속성을 살펴보았습니다. 태양은 전하를 운반하는 고도로 이온화된 가스 인 플라즈마 로 거의 완전히 구성되어 있습니다. 대류 영역( 태양 내부의 상부) 에서 이 플라즈마의 움직임 은 거대한 전류와 강한 자기장을 생성합니다.

대류는 이러한 필드를 태양 내부에서 끌어 올립니다. 그들은 태양 대기에서 다양한 자기 구조를 형성할 수 있는 자기장 클러스터인 검은 흑점 의 형태로 눈에 보이는 표면에 터져 나옵니다 .

이것이 Alfvén의 이론이 들어오는 곳입니다. 그는 태양의 자화 플라즈마 내에서 전하를 띤 입자의 벌크 운동이 자기장을 교란할 것이라고 추론했습니다. 그것은 태양 표면에서 상층 대기까지 광활한 거리를 따라 엄청난 양의 에너지를 운반할 수 있는 파동을 생성할 것입니다. 열 은 코로나로 폭발하기 전에 태양 자기 플럭스 튜브 라고 불리는 것을 따라 이동 하여 높은 온도를 생성합니다.

태양 대기 아래: 100일 동안의 흑점

흑점은 태양 표면의 더 어두운 부분입니다.. 이 다이어그램은 태양 대기를 포함한 여러 레이어를 보여줍니다. Siberian Art/ Shutterstock을 통한 이미지 .

이 자기 플라즈마 파동은 현재 Alfvén 파라고 불리며, 코로나 가열을 설명하는 데 기여한 Alfvén은 1970년 노벨 물리학상을 수상했습니다 .

알벤파도 관찰하기

그러나 이러한 파동을 실제로 관찰하는 문제는 남아 있었다. 태양의 표면과 대기에는 지구보다 몇 배나 큰 현상부터 우리 장비의 해상도보다 낮은 작은 변화에 이르기까지 많은 일이 일어나고 있기 때문에 광구에서 Alfvén 파동에 ​​대한 직접적인 관찰 증거는 이전에 달성되지 않았습니다.

그러나 최근 계측의 발전은 태양 물리학을 조사할 수 있는 새로운 창을 열었습니다. 그러한 장비 중 하나 는 미국 뉴멕시코주의 Dunn Solar Telescope에 설치된 영상 분광학을 위한 간섭계 이차원 분광편광계( IBIS )입니다. 이 장비를 통해 우리는 태양을 훨씬 더 자세히 관찰하고 측정할 수 있었습니다.

좋은 보기 조건, 고급 컴퓨터 시뮬레이션, 7개 연구 기관의 국제 과학자 팀의 노력이 결합되어 우리는 IBIS를 사용하여 마침내 태양 자속관에서 Alfvén 파의 존재를 처음 으로 확인했습니다 .

새로운 에너지원

태양 광권에서 Alfvén 파동을 직접 발견하는 것은 지구에서 높은 에너지 잠재력을 활용하기 위한 중요한 단계입니다. 그들은 예를 들어, 소량의 물질이 엄청난 양의 에너지로 변환되는 태양 내부에서 일어나는 과정인 핵융합을 연구하는 데 도움이 될 수 있습니다. 우리의 현재 원자력 발전소는 핵분열을 사용합니다. 비평가들은 특히 2011년 후쿠시마 에서 발생한 재해를 비롯한 재해의 경우 위험한 핵 폐기물을 생성한다고 주장합니다 .

지구에서 태양의 핵융합을 복제하여 청정 에너지를 만드는 것은 여전히 ​​큰 도전입니다. 핵융합이 일어나려면 여전히 섭씨 1억도를 빠르게 생성해야 합니다. Alfvén 파도는 이것을 하는 한 가지 방법이 될 수 있습니다. 태양에 대한 우리의 증가하는 지식은 그것이 올바른 조건 하에서 확실히 가능하다는 것을 보여줍니다.

우리는 또한 새롭고 획기적인 임무와 도구 덕분에 곧 더 많은 태양 계시를 기대하고 있습니다. 유럽 ​​우주국(European Space Agency)의 Solar Orbiter 위성 은 현재 태양 주위를 돌면서 이미지를 전송하고 별의 미지의 극지방을 측정하고 있습니다. 지상에서, 새로운 고성능 태양 망원경 의 공개 는 또한 지구에서 태양에 대한 우리의 관찰을 향상시킬 것으로 기대됩니다.

태양 자기장 의 특성을 포함하여 아직 밝혀져야 할 태양의 비밀이 많이 있습니다 . 따라서 이것은 태양 연구에 흥미진진한 시기입니다. Alfvén 파동에 ​​대한 우리의 탐지는 지구에서의 실제 적용을 위해 태양의 남아 있는 미스터리를 풀려고 하는 더 넓은 분야에 대한 하나의 기여일 뿐입니다.

결론: 태양의 대기는 표면보다 수백 배 더 뜨겁습니다.