자기권

3. 자기권의 형태

자기권의 구조와 작용은 여러 변수에 의존한다. 여기에는 천체의 유형, 플라스마와 운동량의 원천, 천체의 자전 주기, 천체의 자전축, 자기 쌍극자의 축, 그리고 태양풍의 속도와 방향이 포함된다.^[5]

태양풍의 압력을 견딜 수 있는 행성 거리는 채프먼-페라로 거리(Chapman–Ferraro distance)라고 하며, 다음 공식으로 나타낼 수 있다.^[5] 여기서 $R\_\{\backslash rm\; P\}$는 행성의 반지름, $B\_\{\backslash rm\; surf\}$는 적도에서 행성 표면의 자기장, $V\_\{\backslash rm\; SW\}$는 태양풍의 속도를 의미한다.

:$R\_\{\backslash rm\; CF\}=R\_\{\backslash rm\; P\}\; \backslash left(\; \backslash frac\{B\_\{\backslash rm\; surf\}^2\}\{\backslash mu\_\{0\}\; \backslash rho\; V\_\{\backslash rm\; SW\}^2\}\; \backslash right)\; ^\{\backslash frac\{1\}\{6\}\}$

자기권은 $R\_\{\backslash rm\; CF\}\; \backslash gg\; R\_\{\backslash rm\; P\}$ 인 경우, 즉 태양풍에 대한 주된 저항이 천체의 자기장일 때 "고유 자기권"(intrinsic)으로 분류된다. 수성, 지구, 목성, 가니메데, 토성, 천왕성, 해왕성이 이에 해당한다.^[5]

$R\_\{\backslash rm\; CF\}\; \backslash ll\; R\_\{\backslash rm\; P\}$ 인 경우, 즉 태양풍이 천체의 자기장에 의해 저항받지 않을 때 자기권은 "유도 자기권"(induced)으로 분류된다. 이 경우 태양풍은 행성의 대기나 이온층, 또는 행성 표면과 상호작용한다. 금성은 유도 자기권을 가지는데, 이는 금성에 내부 다이나모 효과가 없기 때문에 나타나는 유일한 자기장이 태양풍이 금성을 감싸면서 형성되기 때문이다. (금성의 유도 자기권 참조)^[5]

$R\_\{\backslash rm\; CF\}\; \backslash approx\; R\_\{\backslash rm\; P\}$인 경우에는 행성 자체와 자기장 모두 영향을 미친다. 화성이 이러한 유형에 해당한다.^[5]

4. 구조

자기권의 구조와 동작은 천체의 유형, 플라스마와 운동량의 원천, 천체 회전 주기, 회전축의 성질, 자기 쌍극자의 축, 태양풍의 속도, 방향, 세기 등 여러 변수에 따라 달라진다.

지구가 태양풍 압력을 견딜 수 있는 거리를 채프먼-페라로 거리라고 하며, 다음과 같은 공식으로 나타낼 수 있다.

:$R\_\{CF\}=R\_\{P\}\; \backslash left(\; \backslash frac\{B\_\{surf\}^2\}\{\backslash mu\_\{0\}\; \backslash rho\; V\_\{SW\}^2\}\; \backslash right)\; ^\{\backslash frac\{1\}\{6\}\}$

여기서 $R\_P$는 행성의 반지름, $B\_\{surf\}$는 적도에서 행성 표면 자기장, $V\_\{SW\}$는 태양풍의 속도이다.

자기권은 $R\_\{CF\}\; \backslash gg\; R\_\{P\}$ 이거나 천체의 자기장이 태양풍 흐름에 반대 방향일 때 "고유 자기권"으로 분류된다. 수성, 지구, 목성, 토성, 천왕성, 해왕성이 이에 해당한다. 반대로 $R\_\{CF\}\; \backslash ll\; R\_P$ 이고 태양풍이 천체의 자기장을 향하지 않을 때는 "유도 자기권"으로 분류된다. 금성은 유도 자기권을 가지는데, 이는 금성에 내부 다이너모 효과가 없는 것으로 보이기 때문이다. 금성에서 나타나는 유일한 자기장은 금성의 물리적 장애물 주위의 태양풍 덮개에 의해 형성된다. $R\{CF\}\; \backslash approx\; R\_P$일 때는 행성 자체와 자기장이 모두 영향을 미치며, 화성이 이러한 유형이다.

4. 1. 활모양충격파 (Bow shock)

4. 2. 자기권외피층 (Magnetosheath)

4. 3. 자기권계면 (Magnetopause)

4. 4. 지자기꼬리 (Magnetotail)

5. 지구 자기권

6. 기타 천체의 자기권

목성의 자기권은 태양계에서 가장 큰 행성 자기권이며, 지구보다 훨씬 강력하다.^[17][18] 토성, 천왕성, 해왕성도 고유 자기권을 가지고 있다.^[16] 금성은 유도 자기권을 가지고 있는데, 이는 금성 내부에서 dynamo effect가 없는 것으로 보이기 때문이다. 금성에서 나타나는 유일한 자기장은 금성의 물리적 장애물 주위의 태양풍 덮개에 의해 형성된 것이다.^[16] 화성은 행성 자체와 자기장이 모두 기여하는 형태의 자기권을 가지고 있다.^[16][19]

외계행성에서도 자기권이 발견되고 있으며, 이는 행성의 대기 및 생명체 존재 가능성에 영향을 미칠 수 있다. 2014년, HD 209458 b 주변의 자기장은 수소가 행성에서 증발하는 방식으로 추론되었다.^[20][21] 2019년에는 4개의 뜨거운 목성의 표면 자기장 세기가 추정되었는데, 목성의 표면 자기장 4.3 가우스와 비교하여 20~120 가우스 범위였다.^[22][23] 2020년에는 타우 부티스 b의 극에서 발생하는 사이클로트론 복사와 관련이 있을 가능성이 높은 전파가 타우 부티스계에서 감지되어 행성 자기장의 특징을 나타냈다.^[24][25] 2021년에는 HAT-P-11b에 의해 생성된 자기장이 최초로 확인되었다.^[26] 2023년에는 YZ Ceti b에서 지구형 외계행성에 의해 생성된 자기장의 최초 미확인 탐지가 발견되었다.^{[27][28][29][30]}

참조

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_[2] 서적 An Introduction to the Ionosphere and Magnetosphere https://archive.org/[...] CUP Archive 1972
_[3] 백과사전 Ionosphere and magnetosphere https://www.britanni[...] Encyclopædia Britannica, Inc. 2012
_[4] 서적 Origins of Magnetospheric Physics University of Iowa Press 2004
_[5] 학술지 Solar System Magnetospheres 2005
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_[8] 서적 Outer Magnetospheric Boundaries: Cluster Results https://cds.cern.ch/[...] 2005
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_[24] 학술지 The search for radio emission from the exoplanetary systems 55 Cancri, υ Andromedae, and τ Boötis using LOFAR beam-formed observations
_[25] 웹사이트 Exoplanets Could Help Us Learn How Planets Make Magnetism https://www.quantama[...] 2023-08-07
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_[30] 웹사이트 Exoplanets Could Help Us Learn How Planets Make Magnetism https://www.quantama[...] 2023-08-07
_[31] 웹사이트 ２．「ひさき」が明らかにした木星磁気圏の動的描像 https://www.isas.jax[...]
_[32] 뉴스 地球の磁気圏に巨大な穴、見つかる http://www.gizmodo.j[...] Gizmodo Japan 2008-12