천왕성 자전의 비밀 허블이 풀었다···40년 만에 새 기준 제시

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천왕성은 자전축과 자기장이 극단적으로 기울어져 있어, 내부 구조와 회전 특성을 정확히 이해하는 데 어려움이 있었다. 최근 국제 연구팀이 허블 우주망원경의 장기 관측 데이터를 분석해 천왕성의 자전 속도를 사상 최고 정밀도로 측정했다. 이 결과는 천왕성 자기장의 동역학 연구와 향후 탐사 계획 수립에 중요한 기준을 제공할 것으로 기대된다.

 

​천왕성 자전 속도, 허블 망원경으로 정밀 측정

천왕성은 특이한 자기장과 자전축을 가진 행성으로, 내부 자전 속도를 정확히 측정하는 것이 매우 어려웠다. 이를 해결하기 위해 로랑 라미(프랑스 파리 천문대 LIRA 및 엑스마르세유대학 LAM 소속) 박사가 이끄는 연구팀은 새로운 접근법을 시도했다.

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연구팀은 허블 망원경이 10년 넘게 관측한 천왕성 오로라의 위치 변화를 분석해, 행성의 자전 움직임을 추적했다. 오로라는 에너지가 높은 입자들이 천왕성 자기장 극지방에 충돌하며 만들어지는 빛 현상이다.

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그 결과, 천왕성은 한 바퀴 도는 데 17시간 14분 52초가 걸리는 것으로 나타났다. 이는 NASA 보이저 2호가 1986년 비행 당시 측정한 값보다 28초 길다.

 

 

 

이 비주얼은 세 개의 패널로 구성되어 있으며, 각각 천왕성과 역동적인 오로라 활동을 보여준다. 이미지는 2022년 10월 8일, 10일, 24일에 각각 촬영되었다. 각 이미지에는 푸른빛이 강한 천왕성이 중앙에 위치해 있으며, 흰색 영역이 눈에 띈다. 희미한 고리도 행성 주위에 나타나 있다. 각 이미지에는 천왕성 위에 퍼져 있는 흐릿한 파란색과 보라색 영역이 보이며, 이는 오로라를 나타낸다.

[사진=ESA/Hubble, NASA, L. Lamy, L. Sromovsky]

 

 

 

천왕성 자기 극 추적을 위한 새로운 좌표계 구축

이번 연구는 자전 속도를 정밀하게 측정한 결과뿐 아니라, 새 좌표계를 구축한 데 의미가 크다. 천왕성의 기존 좌표계는 오래된 자전 속도를 기반으로 만들어져 시간이 지날수록 오차가 커졌다. 이로 인해 천왕성 자기 극의 정확한 위치를 추적하는 데 어려움이 있었다.

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새롭게 확립된 좌표 시스템은 과거 40년간의 천왕성 오로라 데이터를 일관성 있게 비교할 수 있는 기준을 제공한다. 라미 박사는 "이번 결과는 향후 천왕성 오로라 관측뿐 아니라, 다가오는 천왕성 탐사 임무 준비에도 필수적"이라고 말했다.

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특히 미국의 행성과학 10개년 계획(Planetary Science Decadal Survey)에서는 '천왕성 궤도선 및 탐사선(Uranus Orbiter and Probe)'을 최우선 목표로 선정한 바 있다.

 

 

 

근접 촬영한 천왕성 오로라 (2022년 10월) [사진=ESA/Hubble, NASA, L. Lamy, L. Sromovsky]

 

 

천왕성 오로라의 특성과 자기장 구조

천왕성의 오로라는 지구, 목성, 토성의 오로라와 다르게 불규칙하게 나타난다. 이는 자전축과 자기축이 약 60도 이상 기울어져 있고, 자기장이 행성 중심에서 벗어나 있기 때문이다.

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이 구조적 차이로 천왕성 오로라는 자전과 공전에 따라 위치가 크게 변하며, 외부 태양풍에도 민감하게 반응한다.

이번 연구는 천왕성의 복잡한 자기장 구조와 동역학을 이해하는 데 필요한 관측 데이터를 확보했다. 향후 탐사 임무에서도 이 특성을 고려해 궤도 설계와 관측 전략을 수립할 필요가 있다.

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천왕성 연구를 가능하게 한 허블 장기 관측

천왕성의 자전 속도는 허블 우주망원경의 장기 관측 덕분에 정밀하게 측정될 수 있었다.

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허블은 10년 이상 천왕성의 자외선 오로라를 정기적으로 촬영했으며, 연구팀은 오로라의 위치 변화를 분석해 자기 극의 주기적 이동을 추적했다.

이를 통해 행성 내부의 자전 속도를 간접적으로 계산하는 데 성공했다.

 

 

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