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404 Media 2일 전

태양의 정체불명의 변화, 원인은 아무도 몰라

IMP
7/10
핵심 요약

태양의 표면 활동 지표인 흑점과 전파 플럭스는 약화되었으나, 표면 바로 아래의 진동(p-mode) 활동은 여전히 강하게 유지되는 기현상이 발생했습니다. 연구진은 태양의 자기장 활동이 점차 표면 바로 아래 수백 마일 깊이에 갇히고 있으며, 기존의 표면 관측만으로는 태양 내부의 역동적인 변화를 모두 파악할 수 없음을 시사합니다.

번역된 본문

수요일에 발표된 영국왕립천문학회 월간 보고서(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 실린 연구에 따르면, 태양은 10년 넘게 발견되지 않았던 '놀라운' 장기적인 행동 변화를 겪고 있다.

태양은 대략 11년 주기의 높은 활동기와 낮은 활동기를 반복하는데, 이는 항성의 자기 활동 변화로 인해 발생한다. 이 활동은 태양 극대기(Solar maximum)에 정점을 찍으며, 강력한 자기장의 표면 '지표'로 알려진 더 잦은 흑점(Sunspot)과 더 높은 전파 플럭스(Radio flux)를 만들어낸다. 또한 태양 플레어 및 코로나 질량 방출과 같은 극적인 폭발도 발생한다. 자기 활동이 잦아드는 태양 극소기(Solar minimum)에는 태양이 더 조용한 단계에 접어든다. 이 주기 내내, p-mode로 알려진 음파가 태양 표면 근처에서 진동하며 내부 구조에 대한 단서를 제공한다.

이 모든 것은 잘 알려져 있었지만, 천문학자들은 새로운 도구를 사용하여 10년 넘게 전에 나타나기 시작했고 2019년에 시작된 현재의 에포크인 제25주기(Cycle 25)에서 특히 두드러진 표면 및 p-mode 신호의 이상한 불일치를 막 발견했다.

"기본적으로 p-mode를 자기장의 지표이자 태양 표면 아래 활동을 탐사하는 프로브로 사용할 수 있습니다. 주파수가 변화하는 자기장에 반응하여 변하기 때문입니다."라고 이 연구를 이끈 버밍엄 대학교 천체물리학 교수 빌 채플린(Bill Chaplin)이 404 Media와의 통화에서 말했다. "흑점 수와 전파 플럭스는 기본적으로 총 자기 플럭스의 지표입니다."라고 그는 덧붙였다. "우리가 p-mode로 하고 있는 것은 '가시적인 표면 아래에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있는가?'를 묻는 것입니다."

이 질문에 답하기 위해 채플린과 그의 동료들은 전 세계에 위치한 6개의 원격 태양 관측소 모음인 버밍엄 태양 진동 네트워크(BiSON)에서 40년 동안 수집된 관측 데이터를 조사했다. 이 관측소들은 1976년부터 태양의 진동을 추적해 왔다. 천문학자들이 수세기 동안 흑점을 모니터링해 온 반면, BiSON은 연구자들이 태양 내부의 지진 활동을 측정하는 '태양 지진학(Helioseismology)'의 장기적인 변화를 모니터링할 수 있게 해주었다. 이 데이터셋은 이른바 '글리치(Glitches)'와 다른 이전에는 감지할 수 없었던 태양 현상들의 최근 발견으로 이어졌다.

"우리가 단지 몇 개의 주기에 대해서만 데이터를 가지고 있기 때문에 모든 주기가 그렇게 보일 것이며, 그것들이 복사되고 반복될 것이라고 생각하는 경향이 있습니다."라고 채플린은 말했다. "점점 분명해지고 있는 것은 그것이 사실이 아니라는 것입니다. 어느 주기도 다른 주기와 같지 않습니다."

새로운 연구는 제25주기가 최근의 주기들에 비해 표면 바로 아래에서 더 강한 고주파 p-mode 활동을 보여주지만, 표면 지표 측면에서는 더 약하게 나타남을 밝혀냈다. 이는 비교적 더 적은 흑점과 감소한 전파 플럭스를 보여준다는 것을 의미한다. 이러한 불일치는 자기 활동이 연이은 주기마다 표면 아래 수백 마일 깊이의 지역에 점점 더 갇히게 되었음을 암시하지만, 이러한 변화의 근본적인 이유는 명확하지 않다.

"우리는 고주파 모드에서 이 정말로 명확한 신호를 보았습니다."라고 채플린은 말했다. "고주파 모드를 통해 현재 주기가 제22주기 및 제23주기만큼 강하며, 지표(proxy)에서는 그 모습이 매우 다르게 보인다는 것을 알 수 있습니다."

결과는 표면 지표가 자기 활동의 대략적인 추정치로서 가치가 있지만, 태양 표면 아래에서 일어나고 있는 소용돌이치는 역학의 전체 그림을 제공하지는 않는다는 것을 시사한다. 채플린과 그의 동료들은 여러 다른 연구들이 표면 근처 태양 현상의 장기적인 변화에 대한 증거를 제시했음을 지적하지만, 이러한 추세를 주도하는 것이 무엇인지 이해하려면 더 많은 연구가 필요할 것이다.

이를 위해 팀은 방금 극대기를 지났고 2020년대 말에 극소기로 끝날 것으로 예상되는 제25주기를 계속 관측할 계획이다. 연구원들은 이러한 구조적 변화가 두 개의 태양 주기(약 22년)를 포괄하는 기간인 더 긴 헤일 주기(Hale cycle)와 관련이 있을 수 있다고 추측했다. 태양의 자기 극이 각 태양 주기 후에 뒤바뀌기 때문에, 헤일 주기는 태양의 원래 극성 상태가 회복되는 데 걸리는 시간을 측정한다.

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원문 보기 (영어)
The Sun is experiencing “striking” long-term shifts in its behavior that have gone undiscovered for more than a decade, according to a study published in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society on Wednesday. The Sun passes through a cycle of high and low activity that lasts roughly 11 years and is caused by variations in the star’s magnetic activity. This activity peaks at a solar maximum, producing more frequent sunspots and higher radio flux, which are known as surface “proxies” of intense magnetism, as well as dramatic eruptions like solar flares and coronal mass ejections. At solar minimum, when magnetic activity winds down, the Sun enters a quieter phase. Throughout the cycle, sound waves known as p-modes oscillate near the surface of the Sun, providing clues about its internal structure. All of the above is well known, but using new tools, astronomers have just discovered a weird mismatch in surface and p-mode signals that emerged more than a decade ago and has become especially pronounced in the current epoch, Cycle 25, which began in 2019. “Essentially, we can use the p-modes as a proxy and a probe of activity underneath the surface of the Sun, because the frequencies change in response to the changing magnetic field,” said Bill Chaplin, a professor of astrophysics at the University of Birmingham who led the study, in a call with 404 Media. “The sunspot number and the radio flux are basically proxies of the total amount of magnetic flux,” he continued. “What we're doing with the p-modes is saying: What is actually happening beneath the visible surface?” To answer that question, Chaplin and his colleagues examined four decades of observations from the Birmingham Solar Oscillations Network (BiSON), a collection of six remote solar observatories located around the world that have tracked the Sun’s oscillations since 1976. While astronomers have monitored sunspots for centuries, BiSON has enabled researchers to monitor long-term shifts in “helioseismology,” which measures the seismic activity inside the Sun, a dataset that has led to the recent discovery of so-called "glitches" and other previously undetectable solar phenomena. “There's a tendency to think that because we've only had data on a few cycles, that all cycles look like that, and that they copy and repeat,” Chaplin said. “I think what's becoming clear is that that isn't the case. No cycle is the same as another.” The new study revealed that Cycle 25 shows stronger high-frequency p-mode activity just below the surface compared to recent cycles, but that it also appears weaker in terms of surface proxies, meaning it is showing comparatively fewer sunspots and reduced radio flux. This discrepancy hints that magnetic activity has become increasingly confined to a region of several hundred miles under the surface with each successive cycle, though the underlying reason for this change is unclear. “We saw this really clear signal in the high frequency modes,” said Chaplin. “You can see in the high frequency modes that the current cycle is as strong as Cycles 22 and 23 and that the picture looks very different in the proxies.” The results suggest that surface proxies, while valuable as rough estimates of magnetic activity, don’t provide the full picture of the roiling dynamics playing out under the solar surface. Chaplin and his colleagues note that several other studies have presented evidence for long-term changes in near-surface solar phenomena, though it will take more research to understand what is driving these trends. To that end, the team plans to continue observing Cycle 25, which just passed its maximum and is expected to close out with a minimum toward the end of the 2020s. The researchers speculated that the structural changes may be linked either to the longer Hale cycle, which is a period covering two solar cycles—roughly 22 years. Since the Sun’s magnetic poles flip after each solar cycle, the Hale cycle measures the time it takes for the Sun to return to its original magnetic state. These long-term observations are slowly peeling back the enigmatic inner workings of the Sun, especially the solar dynamo—the process that generates its magnetic field—which remains poorly understood. These efforts could help refine forecasts of hazardous space weather near Earth, while also shedding light on the behavior of other stars. “Getting more robust space weather predictions is important, but also, from the science point of view, there is [a need] for a better understanding of the dynamo, and how the dynamo changes on long timescales,” Chaplin said. “Helioseismology is important because it enables you to see inside the Sun, which is something that you can't do by any other means,” he concluded.