토성의 자기장이 뒤틀리고 과학자들이 그 이유를 알아냈습니다.

행성 자기장(자기권)은 보호막 역할을 하여 태양풍에서 고도로 전하를 띤 입자의 흐름을 차단합니다. 토성의 자기권은 거대하여 행성 직경의 10배 이상에 달합니다.

카시니 연구로 토성의 자기 첨점을 찾아내다

연구 결과는 네이처커뮤니케이션즈는 NASA의 카시니 임무에서 6년간의 관측을 기반으로 합니다. 연구자들은 토성의 첨점(자기장 선이 극 쪽으로 뒤로 휘어져 하전 입자가 대기 중으로 유입되는 영역)의 정확한 위치를 식별하는 데 중점을 두었습니다.

분석 결과, 이 교두는 지속적으로 한쪽으로 이동하는 것으로 나타났습니다. 태양에서 보면 오른쪽으로 옮겨진 것처럼 보이며 지구에서 볼 때 12시가 아닌 1시에서 3시 사이(시계 문자판에 나타날 수 있음)에 가장 자주 위치합니다.

빠른 회전과 플라즈마가 변화를 주도합니다

과학자들은 이러한 상쇄가 두 가지 주요 요인과 연관되어 있다고 믿습니다. 토성은 매우 빠르게 회전하여 단 10.7시간 만에 한 회전을 완료합니다. 동시에, 그것은 밀도가 높은 플라즈마(이온화된 가스)의 “수프”로 둘러싸여 있으며, 그 중 대부분은 위성, 특히 엔셀라두스에서 방출되는 가스에서 비롯됩니다.

빠른 회전과 무거운 플라즈마 환경이 함께 자기장선을 옆으로 끌어당기는 것처럼 보입니다. 연구원들은 이 설명을 완전히 확인하려면 추가 시뮬레이션이 필요하다고 지적합니다.

엔셀라두스와 생명탐험

토성의 주변 환경은 지하 바다에서 얼음 기둥을 뿜어내고 잠재적으로 생명체를 지탱할 수 있는 달인 엔셀라두스 때문에 관심이 높아지고 있습니다. 또한 2040년대에 계획된 유럽 우주국 임무의 주요 목표이기도 합니다.

공동 저자인 Andrew Coates 교수(UCL의 Mullard 우주 과학 연구소)는 다음과 같이 말했습니다. “교두는 태양풍이 자기권으로 직접 미끄러질 수 있는 곳입니다. 토성의 교두의 위치를 ​​알면 전체 자기 거품을 더 잘 이해하고 매핑하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“토성과 그 달인 엔셀라두스로의 복귀 계획이 개발되기 시작함에 따라 토성의 환경에 대한 더 나은 이해가 특히 시급합니다. 이러한 결과는 우리가 그곳으로 돌아갈 것이라는 기대감을 불러일으킵니다. 이번에는 거주 가능성의 증거와 생명의 잠재적 징후를 찾을 것입니다.

“이 연구는 또한 활동적인 달을 가진 토성과 같은 거대한 행성의 빠른 회전이 자기권을 형성하는 지배적인 힘인 태양풍을 대체한다는 오랜 이론에 대한 중요한 증거를 제공합니다. 이는 토성의 자기권뿐만 아니라 빠르게 회전하는 다른 거대 가스 행성의 자기권이 지구와 근본적으로 다를 가능성이 있음을 보여줍니다.”

“엔셀라두스 자체는 이온화되는 엄청난 양의 수증기를 방출하고, 행성이 회전할 때 끌어당기는 무거운 플라즈마로 자기권을 로딩하는 이 환경의 핵심 동인입니다.”

행성 자기장에 대한 새로운 통찰력

국제 연구팀에는 중국과학원, 남부과학기술대학교, 홍콩대학교의 과학자들이 포함됐다.

교신저자인 Zhonghua Yao 교수(홍콩대학교)는 “토성의 자기 구조와 지구의 자기 구조의 차이는 서로 다른 행성에 걸친 태양풍 상호 작용을 지배하는 통일된 기본 과정을 가리킨다. 포괄적인 지상 관측을 통해 지구의 작동 메커니즘이 밝혀지고, 행성 간의 비교 연구는 외계 행성과 같은 다른 시스템을 이해하는 데 적용할 수 있는 기본 법칙을 알려준다”고 말했습니다.

수석 저자인 중국 남부 과학 기술 대학의 Yan Xu 박사는 다음과 같이 말했습니다. “카시니 관측과 시뮬레이션을 결합함으로써 우리는 토성의 빠른 회전과 위성 엔셀라두스의 플라즈마가 함께 교두의 비대칭적인 전역 분포를 형성한다는 것을 발견했습니다. 우리는 이것이 목성과 토성의 우주 환경에 대한 향후 탐사에 유용한 참고 자료가 되기를 바랍니다.”

Cassini Instruments의 주요 이벤트 캡처

카시니가 교두를 통과한 시기를 확인하기 위해 팀은 두 개의 탑재 장비(카시니 자력계(MAG)와 카시니 플라즈마 분광계(CAPS))의 데이터를 분석했습니다. 그들은 감지된 전자의 에너지 수준과 같은 지표를 기반으로 2004년부터 2010년 사이에 67개의 그러한 사건을 식별했습니다.

이러한 관찰을 사용하여 연구원들은 토성의 자기장 시뮬레이션을 만들었습니다. 그들은 자기권과 외부 경계에서 태양풍 사이의 상호 작용이 목성에서 관찰된 과정과 매우 유사하다는 것을 발견했습니다.

데이터의 상당 부분은 UCL의 Mullard Space Science Laboratory의 Coates 교수가 이끄는 팀이 개발한 CAPS 전자 센서에서 나왔습니다.

이 연구는 영국 과학기술시설협의회, 중국 국립자연과학재단, 기타 자금 지원 기관의 지원을 받았습니다.