태양계 가장자리의 놀라움.

A Big Surprise from the Edge of the Solar System 2011.06.09

Using a computer model based on Voyager data,
scientists have shown that the sun's magnetic field
becomes bubbly in the heliosheath due to reconnection.
Credit: NASA/Goddard Space Flight Center

과학자들이 우주 항해 자료에 근거한 컴퓨터 모델을 이용해 태양권계면에서
태양 자기장이 재연결되며 거품이 이는 것을 보여주고 있다.

NASA's Voyager probes are truly going where no one has gone before. Gliding silently toward the stars, 9 billion miles from Earth, they are beaming back news from the most distant, unexplored reaches of the solar system. Mission scientists say the probes have just sent back some very big news indeed. It's bubbly out there.

나사의 우주 탐험선은 이전에 누구도 가보지 못했던 곳으로 가고 있다. 지구로부터 90억 마일 떨어진 별들을 향해 조금씩 미끄러져가면서 태양계의 아직 탐험되지 않은 범위인 가장 먼 거리로부터의 소식이 들려온다. 임무를 수행하는 과학자들은 탐험선들이 확실히 몇가지 큰 뉴스들을 보내오고 있다고 말한다. 거기는 거품이 많이 일어나고 있다.

Magnetic bubbles at the edge of the solar system are aboout 100 million miles wide--similar to the distance between Earth and the Sun.

(오른쪽 그림) 태양계 가장자리의 자기적 거품들은 약 100만 마일 너비 - 지구와 태양 사이의 거리(1 AU)와 유사하다.

According to computer models, the bubbles are large, so it would take the speedy probes weeks to cross just one of them. Voyager 1 entered the "foam-zone" around 2007, and Voyager 2 followed about a year later. At first researchers didn't understand what the Voyagers were sensing--but now they have a good idea.

컴퓨터 모델에 의하면, 거품들은 크고, 그래서 탐험선이 그 하나를 가로지는데에 수 주일이 걸릴 수도 있다. 보이저 1호가 2007년경 거품 지역에 들어갔고, 보이저 2호는 1년 후 그 뒤를 따랐다. 초기 연구자들은 보이저가 감지한 것을 이해하지 못했다.

"The sun's magnetic field extends all the way to the edge of the solar system," explains Opher. "Because the sun spins, its magnetic field becomes twisted and wrinkled, a bit like a ballerina's skirt. Far, far away from the sun, where the Voyagers are now, the folds of the skirt bunch up."

"태양의 자기장이 태양계의 가장자리로 확장한다"고 오퍼는 설명한다. "왜냐하면 태양이 돌면서 그 자기장이 꼬이고, 주름지는데, 마치 발레리나의 치마와 같다. 태양으로부터 아주 멀고 먼 지금의 보이저호가 있는 곳은 치마의 접힌 다발이다."

When a magnetic field gets severely folded like this, interesting things can happen. Lines of magnetic force criss-cross, and "reconnect". (Magnetic reconnection is the same energetic process underlying solar flares.) The crowded folds of the skirt reorganize themselves, sometimes explosively, into foamy magnetic bubbles.

자기장이 이처럼 심하게 접히는 때에는 흥미로운 일이 발생할 수 있다. 자기력선이 엇갈리고 `재연결(자기적 재연결은 태양 플래어에 속하는 에너지적 과정과 동일하다)`된다. 치마의 복잡하고 조밀한 접힘들은 스스로 재편성되고 때로는 폭발하며 자기거품을 형성한다.

"We never expected to find such a foam at the edge of the solar system, but there it is!" says Opher's colleague, University of Maryland physicist Jim Drake. Theories dating back to the 1950s had predicted a very different scenario: The distant magnetic field of the sun was supposed to curve around in relatively graceful arcs, eventually folding back to rejoin the sun.

"우리는 태양계의 가장자리에서 이런 거품을 발견할거라곤 결코 예상하지 못했지만 거기에 거품이 있다!"라고 오퍼의 동료인 매리랜드 대학의 물리학자 짐 드래이크가 말한다. 1950년대 이론들은 매우 다른 시나리오를 예견했다. 태양의 먼 자기장은 상대적으로 깔끔한 호 주위로 굽어져 결국 접혀지면서 태양과 재합류할 것으로 여겨졌다.

The actual bubbles appear to be self-contained and substantially disconnected from the broader solar magnetic field. Energetic particle sensor readings suggest that the Voyagers are occasionally dipping in and out of the foam—so there might be regions where the old ideas still hold. But there is no question that old models alone cannot explain what the Voyagers have found. Says Drake: "We are still trying to wrap our minds around the implications of these findings."

실제 거품방울들은 안정적이고 폭이 넓은 태양 자기장과 충분히 떨어져 있다. 에너지 입자 감지센서는 보이저호들이 거품의 안팎을 때때로 드나들고 있다는 것을 암시한다. - 지금까지 생각해 오고 있던 영역이 있을지도 모른다. 그렇지만 이전 모델만으로는 보이저호가 발견한 것을 설명하지 못한다는데는 이론의 여지가 없다. 드래이크는 "우리는 여전히 이러한 발견들과 관계된 우리의 마음을 감싸기 위해 노력하고 있다."

The structure of the sun's distant magnetic field—foam vs. no-foam—is of acute scientific importance because it defines how we interact with the rest of the galaxy. Researchers call the region where the Voyagers are now "the heliosheath." It is essentially the border crossing between the Solar System and the rest of the Milky Way. Lots of things try to get across—interstellar clouds, knots of galactic magnetism, cosmic rays and so on. Will these intruders encounter a riot of bubbly magnetism (the new view) or graceful lines of magnetic force leading back to the sun (the old view)?

태양의 먼 자기장 구조 -`거품 vs. 거품없음` - 는 과학적으로 중요성이 첨예하다. 왜냐하면 그것은 우리가 은하의 나머지와 어떻게 상호작용을 하며 서로간에 영향을 끼치고 있는지를 정의하는 것이기 때문이다. 연구자들은 보이저호들이 현재 있는 영역을 '태양권계면'이라고 부른다. 그것은 본질적으로 태양계와 은하수 사이를 가로지르는 경계이다. 성간 구름층, 은하 수준의 자기, 우주 방사선 등등 많은 것들이 서로 연관되어 있다. 이들이 서로 거품 자기의 폭동으로 만날것인가(새로운 시각) 아니면 깔끔한 자기력선이 태양으로 돌아가게 될 것인가(기존의 시각)?

Old and new views of the heliosheath. Red and blue spirals are the gracefully curving magnetic field lines of orthodox models. New data from Voyager add a magnetic froth (inset) to the mix. Credit: NASA

태양권계면의 기존과 새로운 시각. 붉고 푸른 나선형 소용돌이는 정설 모델의 우아하게 휘어진
자기력선이다. 보이저호로부터 온 새로운 데이터는 이 사이에 자기적 거품이 더해졌다.

The case of cosmic rays is illustrative. Galactic cosmic rays are subatomic particles accelerated to near-light speed by distant black holes and supernova explosions. When these microscopic cannonballs try to enter the solar system, they have to fight through the sun's magnetic field to reach the inner planets.

우주 방사선들의 경우는 도식화된다. 은하계의 우주 방사선들은 먼 블랙홀과 초신성 폭발들로부터 거의 광속으로 가속된 아원자 입자들이다. 이들 미세한 포탄입자들이 태양계로 들어가는 시도를 할때, 행성에 도달하는 태양의 자기장을 통과하는 싸움을 해야한다.

"The magnetic bubbles appear to be our first line of defense against cosmic rays," points out Opher. "We haven't figured out yet if this is a good thing or not."

"자기적 거품방울들은 우주 방사선을 방어하는 최전선으로 생각된다,"고 오퍼가 지적한다. "우리는 이것이 좋은 건지 아닌지 아직은 결정하지 못했다."

On one hand, the bubbles would seem to be a very porous shield, allowing many cosmic rays through the gaps. On the other hand, cosmic rays could get trapped inside the bubbles, which would make the froth a very good shield indeed.

한편, 거품 방울들은 다공성의 방패로 보이는데 그 사이로 많은 우주 방사선을 통과시킨다. 또 다른 한편으로 우주 방사선들은 거품 방울 내에 갇힐 수도 있어 거품 생성을 매우 좋은 방패로 삼을 수 있다.

So far, much of the evidence for the bubbles comes from the Voyager energetic particle and flow measurements. Proof can also be obtained from the Voyager magnetic field observations and some of this data is also very suggestive. However, because the magnetic field is so weak, the data takes much longer to analyze with the appropriate care. Thus, unraveling the magnetic signatures of bubbles in the Voyager data is ongoing.

지금까지, 보이저호로부터 많은 증거에서 거품 방울들은 에너지 입자이면서 유동적이다. 증거는 또한 보이저호의 자기장 관찰로부터 얻을 수 있고 이 데이타 중 몇몇은 매우 시사적이다. 어쨌거나 자기장은 매우 약하기 때문에, 자료들은 적절한 수준에서 보다 오랜 분석이 걸린다. 따라서, 보이저호의 자기 거품 방울 데이터를 해명하는 것은 진행중이다.

"We'll probably discover which is correct as the Voyagers proceed deeper into the froth and learn more about its organization," says Opher. "This is just the beginning, and I predict more surprises ahead."

오퍼는 "우리는 아마도 보이저호가 거품으로 깊게 들어감에 따라 정확한 발견을 하고 그 조직에 관해서 더 많이 배울게 될 것이다. 이것은 시작이며, 갈수록 더 많이 놀라게 될 것이라고 생각한다."고 말한다.

Dr. Tony Phillips

NASA's Goddard Space Flight Center

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