태양의 숨겨진 극이 마침내 가장 큰 비밀을 드러낼 수 있다

폴란드가 중요한 이유

언뜻 보기에 태양의 극은 흑점, 태양 플레어, 코로나 질량 방출(CME)이 지배적인 약 ±35°의 활성 중위도에 비해 평온해 보입니다. 그러나 외모는 속이고 있습니다. 극의 자기장은 태양의 글로벌 발전기 과정에 필수적이며 전체 태양 자기 구조를 정의하는 다음 태양 주기를 형성하는 “시드 필드” 역할을 할 수 있습니다. Ulysses 우주선의 데이터에 따르면 빠른 태양풍은 주로 극 근처의 거대한 코로나 구멍에서 발생한다는 사실이 밝혀졌습니다. 따라서 이러한 영역을 이해하는 것은 태양 물리학에서 가장 중요한 세 가지 질문에 답하는 데 중요합니다.

1. 태양광 발전기는 어떻게 자기주기를 작동하고 구동합니까?

태양의 자기주기는 약 11년 동안 지속되는 반복 패턴으로, 흑점 수의 변동과 태양 자극의 완전한 반전으로 표시됩니다. 이 과정은 태양의 내부 운동에 의해 구동되는 복잡한 발전기 메커니즘에 의해 구동됩니다. 차동 회전은 자기 활동을 생성하는 반면 자오선 순환은 극을 향해 자속을 전달합니다. 그러나 수십 년 동안의 태양 지진 연구를 통해 이러한 흐름이 대류 구역 내부 깊숙한 곳에서 어떻게 행동하는지에 대한 상충되는 정보가 밝혀졌습니다. 일부 증거는 지역 기저부에서 극지방의 흐름을 지적하여 전통적인 발전기 이론에 도전합니다. 이러한 내부 흐름 패턴을 명확하게 하고 기존 모델을 개선하려면 고위도에서의 관측이 필요합니다.

2. 빠른 태양풍의 원동력은 무엇입니까?

빠른 태양풍(전하 입자의 초음속 흐름)은 주로 태양의 극 코로나홀에서 발생하여 태양권의 대부분을 채우며 행성 간 공간의 조건을 형성합니다. 그러나 과학자들은 아직도 그것이 어떻게 시작되는지 완전히 이해하지 못하고 있습니다. 그것은 관상 구멍 내부의 빽빽한 기둥에서 나오나요, 아니면 그 사이의 더 확산된 영역에서 나오나요? 자기 재결합 사건, 파동 상호작용, 또는 둘 다 흐름을 가속화하는 원인이 됩니까? 극점의 직접적인 이미징과 현장 측정만이 이러한 오랜 문제를 해결할 수 있습니다.

3. 우주 기상 현상은 어떻게 태양계를 통해 확산됩니까?

우주기상이란 우주환경을 교란시키는 태양풍과 태양분출의 변화를 말한다. 강력한 플레어 및 CME와 같은 극한 현상은 지구에 지자기 및 전리층 폭풍을 유발하여 눈부신 오로라를 생성할 뿐만 아니라 위성, 통신 시스템 및 전력망을 위협할 수도 있습니다. 예측을 개선하기 위해 연구자들은 단지 지구 궤도면의 제한된 관점에서가 아니라 태양과 우주를 통해 태양 물질과 자기 구조가 어떻게 진화하는지 추적해야 합니다. 황도 외부에서 관찰하면 과학자들이 CME 및 기타 교란이 태양계를 통해 어떻게 이동하는지 추적하는 데 도움이 되는 중요한 하향식 보기가 제공됩니다.

과거의 노력

과학자들은 오랫동안 태양 극 관측의 중요성을 인식해 왔습니다. 1990년에 발사된 Ulysses 임무는 황도면을 떠나 극지방의 태양풍을 샘플링한 최초의 우주선이었습니다. 현장 장비는 빠른 태양풍의 주요 특성을 확인했지만 이미징 기능이 부족했습니다. 최근에는 유럽 우주국의 태양 궤도선이 점차 황도면에서 벗어나고 있으며 몇 년 안에 위도 약 34°에 도달할 것으로 예상됩니다. 이는 놀라운 진전을 의미하지만, 진정한 극지 시야에 필요한 이점에는 여전히 훨씬 부족합니다.

지난 수십 년 동안 Solar Polar Imager(SPI), POLAR Investigation of the Sun(POLARIS), Solar Polar ORbit Telescope(SPORT), Solaris 임무, High Inclination Solar Mission(HISM)을 포함하여 수많은 야심 찬 임무 개념이 제안되었습니다. 일부는 높은 경사도에 도달하기 위해 태양돛과 같은 첨단 추진 장치를 사용하는 것을 구상했습니다. 다른 사람들은 중력에 의존하여 궤도를 점진적으로 기울이는 데 도움을 줍니다. 이러한 각 임무에는 태양의 극을 이미지화하고 극 위의 주요 물리적 매개변수를 측정하기 위한 원격 감지 및 현장 장비가 모두 포함됩니다.

SPO 사명

태양 극궤도 관측소(SPO)는 과거와 현재 임무의 한계를 극복하기 위해 특별히 설계되었습니다. 2029년 1월 발사 예정인 SPO는 목성 중력 보조 장치(JGA)를 사용해 황도면에서 궤도를 구부릴 예정이다. 몇 번의 지구 저공비행과 신중하게 계획된 목성과의 조우 후에 우주선은 약 1AU의 근일점과 최대 75°의 경사각을 갖는 1.5년 궤도에 안착하게 됩니다. 확장된 임무에서 SPO는 80°까지 올라갈 수 있어 지금까지 달성한 ​​극에 대한 가장 직접적인 시야를 제공합니다.

15년의 임무 수명(7년 연장 임무 기간 포함)을 통해 다음 태양 최대치와 예상되는 극 자기장 반전이 발생할 것으로 예상되는 2035년경의 중요한 기간을 포함하여 태양 극소기와 최대치를 모두 다룰 수 있습니다. 전체 수명 동안 SPO는 1000일 이상 지속되는 확장된 고위도 관측 창을 통해 반복적으로 두 극을 통과합니다.

SPO 임무는 위에서 언급한 세 가지 과학적 질문에 대한 돌파구를 찾는 것을 목표로 합니다. 야심 찬 목표를 달성하기 위해 SPO는 여러 가지 원격 감지 및 현장 장비 제품군을 보유할 것입니다. 함께, 그들은 태양의 극에 대한 포괄적인 시각을 제공할 것입니다. 원격 감지 장비에는 표면의 자기장과 플라즈마 흐름을 측정하는 자기 및 태양 지진 이미저(MHI), 태양 상층 대기의 동적 이벤트를 캡처하는 극자외선 망원경(EUT) 및 X선 이미징 망원경(XIT), 태양을 추적하는 VISCOR(가시광선 CORonagraph) 및 VLACOR(Very Large Angle CORonagraph)이 포함됩니다. 코로나와 태양풍은 태양반경 45(1AU 기준)까지 흘러나갑니다. 현장 패키지에는 태양풍과 행성간 자기장을 직접 샘플링하기 위한 자력계와 입자 탐지기가 포함되어 있습니다. 이러한 관찰을 결합함으로써 SPO는 처음으로 극의 이미지를 캡처할 뿐만 아니라 이를 태양권을 형성하는 플라즈마 및 자기 에너지의 흐름에 연결합니다.

SPO는 단독으로 운영되지 않습니다. 이는 점점 늘어나는 태양광 임무단과 협력하여 작동할 것으로 예상됩니다. 여기에는 STEREO 임무, Hinode 위성, 태양 역학 관측소(SDO), 인터페이스 영역 이미징 분광기(IRIS), 첨단 우주 기반 태양 관측소(ASO-S), 태양 궤도선, Aditya-L1 임무, PUNCH 임무는 물론 다가오는 L5 임무(예: ESA의 Vigil 임무 및 중국의 LAVSO 임무)가 포함됩니다. 이러한 자산은 함께 전례 없는 관측 네트워크를 형성할 것입니다. SPO의 극지 이점은 누락된 부분을 제공하여 인류 역사상 처음으로 태양에 대한 거의 전 지구적인 4π 범위를 가능하게 할 것입니다.

미래를 내다보며

태양은 우리에게 가장 가까운 별이지만 아직까지 알려지지 않은 많은 부분이 남아 있습니다. 다가오는 태양 극궤도 관측소(SPO) 임무는 과학자들에게 태양의 극지방에 대한 전례 없는 시각을 제공함으로써 이러한 상황을 바꿀 것으로 예상됩니다. 오랫동안 직접적으로 볼 수 없었던 이 지역은 곧 자세히 관찰되어 우리의 별을 형성하고 지구상의 생명을 유지하는 힘에 대한 새로운 통찰력을 제공하게 될 것입니다.

SPO의 중요성은 순수한 과학적 호기심을 훨씬 뛰어넘습니다. 태양 발전기에 대한 지식을 향상함으로써 이번 임무는 태양 주기를 보다 정확하게 예측하고 결과적으로 보다 신뢰할 수 있는 우주 일기 예보를 제공할 수 있습니다. 빠른 태양풍이 어떻게 형성되고 행동하는지 이해하면 우주선 공학과 우주비행사 안전에 필수적인 태양권 모델도 개선될 수 있습니다. 가장 중요한 것은 태양 활동 추적의 발전으로 항법 및 통신 위성, 항공 시스템, 지구상의 전력망을 포함한 중요한 기술을 보호하는 능력이 강화될 수 있다는 것입니다.