플라스마권
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1. 개요
플라스마권은 지구 상공의 대기권에 존재하는 플라스마 영역으로, 극저주파 전파인 휘슬러 현상 연구를 통해 발견되었다. 1963년 돈 카펜터와 콘스탄틴 그린가우즈는 휘슬러파 데이터 분석을 통해 플라스마권의 존재를 실험적으로 증명했다. 플라스마권은 지구 자기장에 의해 지배되며, 플라스마 밀도 불규칙성과 지구 자전과의 불일치 등의 특징을 보인다. 또한, 고에너지 입자가 지구 대기권에 도달하는 것을 제한하는 역할을 한다.
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| 플라스마권 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 정의 | 지구 자기권의 내부 영역으로, 상대적으로 차가운 플라스마로 구성됨 |
| 발견자 | Konstantin Gringauz(러시아 과학자) |
| 특징 | 전리층에서 기원한 플라스마로 채워짐 플라스마 밀도가 높고 온도가 낮음 지구 자기장의 영향을 강하게 받음 |
| 물리적 특성 | |
| 구성 | 주로 수소 이온(H+)과 헬륨 이온(He+)으로 구성됨 |
| 밀도 | 전리층보다 높고 자기권보다 낮음 |
| 온도 | 상대적으로 낮음 (수천 켈빈) |
| 경계 | 플라스마권계면 (Plasmapause)에 의해 자기권과 구분됨 |
| 형성 및 유지 | |
| 플라스마 공급원 | 전리층의 플라스마가 지구 자기장을 따라 이동하여 공급됨 |
| 유지 메커니즘 | 지구 자기장과 전리층 간의 상호작용에 의해 유지됨 |
| 연구 | |
| 연구 방법 | 인공위성을 이용한 직접 측정 지상 기반 레이더를 이용한 간접 측정 |
| 주요 연구 내용 | 플라스마권의 구조와 역학 플라스마권과 자기권 간의 상호작용 우주 날씨에 미치는 영향 |
| 관련 현상 | |
| 플라스마권 방전 | 플라스마권 내 플라스마 밀도가 급격히 감소하는 현상 |
| 링 전류 | 플라스마권 내 이온들이 지구 주위를 흐르는 전류 |
| 중요성 | |
| 우주 날씨 | 우주 날씨 변화에 중요한 역할 |
| 통신 및 항법 시스템 | 통신 및 항법 시스템에 영향 |
2. 역사
플라스마권의 발견은 극저주파(VLF) 전파로 발생하는 자연 현상인 휘슬러의 과학적 연구에서 비롯되었다. 1953년 레웰린 로버트 오웬 스토리는 번개가 휘슬러를 생성한다는 것을 증명하고, 휘슬러의 존재가 지구 대기에 플라스마가 존재함을 의미한다고 가정하여 플라스마권의 존재를 추론했다.[1][2] 1963년 돈 카펜터와 콘스탄틴 그린가우즈는 플라스마권과 플라스마포스의 존재를 실험적으로 증명했다.[1]
이후 1965년 스토리와 M. P. 오브리는 FR-1 위성을 통해 VLF 주파수와 플라스마의 국부적인 전자 밀도를 측정했고, 1970년대에는 FR-1에서 수집한 데이터를 통해 VLF 파를 계속 연구했다.[2][3][4] 1966년에는 OV3-3의 VLF 수신기로부터 수신된 데이터로 플라스마포스의 위치를 결정했다.[5]
2014년 THEMIS 임무의 위성 관측 결과, 플룸 또는 바이트아웃과 같은 밀도 불규칙성이 형성될 수 있음이 밝혀졌고,[6][7] 플라스마권이 항상 지구와 함께 자전하는 것은 아님이 밝혀졌다. 반 알렌 탐사선의 데이터는 플라스마권이 매우 에너지가 높은 초상대론적 극한의 우주선 및 태양풍 기원의 전자가 낮은 지구 궤도와 행성 표면에 도달하는 것을 제한한다는 것을 보여준다.[8][9]
2. 1. 플라스마권의 발견
플라스마권의 발견은 극저주파(VLF) 전파에 의해 발생하는 자연 현상인 휘슬러의 과학적 연구에서 비롯되었다. 휘슬러는 1890년대에 라디오 운영자들에 의해 처음 감지되었다.[1] 1953년 영국의 과학자 레웰린 로버트 오웬 스토리는 박사 논문에서 번개가 휘슬러를 생성한다는 것을 증명했다.[1][2] 같은 시기에 스토리는 휘슬러의 존재가 지구 대기에 플라스마가 존재하며, 이 플라스마가 지구 자기장 선과 같은 방향으로 전파를 이동시킨다는 것을 의미한다고 가정했다.[1][2] 이를 통해 그는 플라스마권의 존재를 추론했지만, 결정적으로 증명하지는 못했다.[2] 1963년 미국의 과학자 돈 카펜터와 소련의 천문학자 콘스탄틴 그린가우즈는 서로 독립적으로 (후자는 ''루나 2호'' 우주선의 데이터를 사용하여) 스토리의 생각을 바탕으로 플라스마권과 플라스마포스의 존재를 실험적으로 증명했다.[1]1965년 스토리와 프랑스 과학자 M. P. 오브리는 VLF 주파수와 플라스마의 국부적인 전자 밀도를 측정하는 기기를 갖춘 프랑스 과학 위성 FR-1을 연구했다. 오브리와 스토리의 FR-1 VLF 및 전자 밀도 데이터 연구는 그들의 이론적 모델을 더욱 뒷받침했다. 이온층의 VLF 파는 때때로 지구 자기장의 방향에 수직으로 얇은 플라스마 층을 통과하여 자기권으로 이동했다.[3][4] 스토리는 1970년대 내내 FR-1에서 수집한 데이터를 사용하여 VLF 파를 계속 연구했다.[2] 1966년 8월 4일에 발사된 OV3-3의 VLF 수신기로부터 수신된 데이터는 플라스마포스의 위치를 결정했다.[5]
2. 2. 추가 연구 및 발전
플라스마권의 바깥쪽 경계는 플라스마권 계면으로 알려져 있으며, 플라스마 밀도가 10배 감소하는 것으로 정의된다.플라스마권은 1963년 초장파의 휘슬러파 데이터 분석을 통해 돈 카펜터가 발견했다.
전통적으로 플라스마권은 입자 운동이 전체적으로 지자기에 지배되어 지구와 함께 자전하는 질서 정연한 차가운 플라스마로 여겨져 왔다. 한편, 최근 인공위성 관측을 통해 플라스마 밀도의 불규칙성이 존재하고 플라스마권이 항상 지구와 함께 자전하는 것은 아니라는 사실이 밝혀졌다.
3. 특징
플라스마권은 지구와 함께 자전하는 차가운 플라스마 영역으로, 그 바깥쪽 경계는 플라스마권 계면이라고 불리며 플라스마 밀도가 급격히 감소하는 지점이다.[1] 1963년 돈 카펜터가 초장파의 휘슬러파 데이터 분석을 통해 플라스마권을 발견했다.[2]
최근 인공위성 관측 결과, 플라스마권 내부에 밀도 불규칙성이 존재하며 항상 지구와 함께 자전하는 것은 아니라는 사실이 밝혀졌다.[3]
3. 1. 플라스마권의 구성
플라스마권의 바깥쪽 경계는 플라스마권 계면으로 알려져 있으며, 플라스마 밀도가 10배 감소하는 것으로 정의된다.[1] 플라스마권은 1963년 초장파의 휘슬러파 데이터 분석을 통해 돈 카펜터가 발견했다.[2]전통적으로 플라스마권은 입자 운동이 전체적으로 지자기에 지배되어 지구와 함께 자전하는 질서 정연한 차가운 플라스마로 여겨져 왔다. 하지만 최근 인공위성 관측을 통해 플라스마 밀도의 불규칙성이 존재하고 플라스마권이 항상 지구와 함께 자전하는 것은 아니라는 사실이 밝혀졌다.[3]
3. 2. 플라스마 밀도 불규칙성
최근 인공위성 관측에 따르면 플라스마 밀도에 불규칙성이 존재하고, 플라스마권이 항상 지구와 함께 자전하는 것은 아니라는 사실이 밝혀졌다.[1]3. 3. 역할
전통적으로 플라스마권은 입자 운동이 전체적으로 지자기에 지배되어 지구와 함께 자전하는 질서 정연하고 차가운 플라스마로 여겨져 왔다. 그러나 최근 인공위성 관측을 통해 플라스마 밀도의 불규칙성이 존재하고 플라스마권이 항상 지구와 함께 자전하는 것은 아니라는 사실이 밝혀졌다.[1]참조
[1]
웹사이트
Discovering the Plasmasphere
https://plasmasphere[...]
NASA [[Marshall Space Flight Center]]
2015-05-27
[2]
웹사이트
Owen Storey
https://ethw.org/Owe[...]
Engineering and Technology History Wiki
2019-01-29
[3]
논문
Some results of the FR-1 satellite experiment on the VLF wave field in the zone close to the transmitter
1968
[4]
논문
Preliminary results on VLF propagation in the lower magnetosphere obtained by the FR 1 satellite
North Holland Publishing Co.
1967
[5]
논문
Observations of SAR arcs from OV1-10
https://agupubs.onli[...]
1972-04-01
[6]
웹사이트
NASA's THEMIS Discovers New Process that Protects Earth from Space Weather
https://www.nasa.gov[...]
NASA
2014-03-06
[7]
논문
Simultaneous Ground- and Space-Based Observations of the Plasmaspheric Plume and Reconnection
https://ntrs.nasa.go[...]
2014-03-07
[8]
웹사이트
Star Trek-like invisible shield protects Earth from 'killer electrons' - Los Angeles Times
https://www.latimes.[...]
2014-11-27
[9]
웹사이트
Plasma shield
http://newsoffice.mi[...]
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