지구 주변의 역전계에 충격을 받은 과학자들

전기력은 양전하에서 음전하로 이동하기 때문에 한때 과학자들은 자기권이 아침에는 양전하를 띠고 저녁에는 음전하를 띤다고 가정했습니다. 그러나 최근 위성 측정을 통해 이러한 오랜 생각이 뒤집혀 실제 전하 분포가 예상했던 것과 반대라는 사실이 밝혀졌습니다.

이 놀라운 발견으로 인해 교토 대학, 나고야 대학, 규슈 대학의 연구자들은 자기권의 전기적 특성이 어떻게 형성되고 유지되는지 재검토하게 되었습니다.

가설을 테스트하기 위해 팀은 대규모 자기유체역학(MHD) 시뮬레이션을 사용하여 지구 근처 공간의 조건을 재현했습니다. 그들의 모델에는 고속 태양풍, 즉 태양에서 방출되는 하전 입자의 지속적인 흐름이 포함되었습니다. 결과는 최근 위성 관측을 뒷받침하며, 자기권의 아침 쪽은 음전하를 띠고 반대쪽은 양전하를 띠고 있음을 보여줍니다. 하지만 이 패턴이 모든 곳에 적용되는 것은 아닙니다.

극지방에서는 전하 극성이 전통적인 이론과 일치합니다. 그러나 적도 근처에서는 패턴이 넓은 영역에 걸쳐 뒤집어져 두 영역 사이에 눈에 띄는 차이가 생깁니다.

플라즈마 모션으로 미스터리를 설명하다

“기존 이론에서는 적도면과 극지방 위의 전하 극성이 동일해야 합니다. 그렇다면 왜 이 영역들 사이에 반대 극성이 보이는가? 이는 실제로 플라즈마의 움직임으로 설명될 수 있습니다”라고 해당 저자인 교토 대학의 Yusuke Ebihara는 설명합니다.

태양의 자기 에너지가 지구 자기장에 들어가면 행성의 황혼 쪽에서 시계 방향으로 움직이며 극쪽으로 이동합니다. 한편, 지구의 자기장선은 남반구에서 북반구까지, 즉 적도 근처에서는 위쪽으로, 극 근처에서는 아래쪽으로 이어집니다. 자기장과 플라즈마 흐름 사이의 이러한 반대 방향은 영역 간의 전하 분포의 역전을 초래합니다.

“전기력과 전하 분포는 둘 다 플라즈마 운동의 원인이 아닌 결과입니다”라고 Ebihara는 말합니다. 이 통찰력은 과학자들이 지구의 가까운 우주 환경에서 전기 활동을 해석하는 방법을 재구성합니다.

행성 과학에 대한 더 넓은 의미

플라즈마 대류(자기권 내 전하 입자의 대규모 흐름)는 많은 동적 공간 현상을 유발합니다. 최근 연구에 따르면 이러한 움직임은 빠르게 움직이는 고에너지 입자로 가득 찬 지역인 지구의 복사대에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.

플라즈마 운동이 전기장을 형성하는 방식을 명확히 함으로써 이 연구는 대규모 공간 플라즈마 동작에 대한 이해를 심화시킵니다. 또한 목성과 토성을 포함한 다른 자기화된 세계 주변에서 발생하는 유사한 과정에 대해 조명하여 태양계 전반에 걸쳐 행성 환경이 어떻게 진화하는지에 대한 이해를 넓힙니다.