행성간 매질
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1. 개요
행성간 매질은 태양계 내의 공간을 채우는 물질로, 성간 먼지, 우주선, 태양풍 플라스마 등으로 구성된다. 밀도는 태양으로부터의 거리에 반비례하며 자기장, 코로나 질량 방출 등의 영향을 받는다. 행성간 매질은 플라스마 상태로 태양의 자기장을 운반하고, 전기 전도성을 가지며, 행성의 자기권과 상호작용하여 오로라를 발생시키기도 한다. 또한 황도광과 반짝임과 같은 현상을 일으키며, 로버트 보일이 처음 사용한 '행성간'이라는 용어는 1691년에 등장했다.
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| 행성간 매질 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 태양계 내의 공간을 채우는 물질 |
| 구성 요소 | 우주선 행성간 먼지 행성간 가스 태양풍 자기장 |
| 행성간 공간 | |
| 정의 | 행성이나 다른 큰 천체 사이의 공간 |
| 밀도 | 매우 희박함 |
| 주요 구성 요소 상세 | |
| 우주선 | 에너지 입자 태양 및 태양계 외부에서 기원 |
| 행성간 먼지 | 크기 다양 행성, 소행성, 혜성 등에서 생성 |
| 행성간 가스 | 주로 수소와 헬륨으로 구성 태양풍의 주요 성분 |
| 태양풍 | 태양에서 방출되는 플라즈마 흐름 행성간 공간을 통해 이동 |
| 자기장 | 태양 활동에 의해 형성 행성간 공간 전체에 영향 |
| 상호 작용 | |
| 태양풍과 행성 | 행성의 자기권과 상호 작용 지구의 자기권 형성 |
| 행성간 먼지와 빛 | 황도광 현상 발생 태양빛 산란으로 인해 관측 가능 |
| 헬리오스페릭 전류 시트 | |
| 정의 | 태양계 전체에 걸쳐 있는 큰 전류 시트 |
| 형성 원인 | 태양의 회전 자기장으로 인해 발생 |
| 중요성 | 태양계의 자기장 구조에 중요한 역할 |
2. 구성 및 물리적 특징
행성간 물질은 성간 먼지, 우주선, 태양풍에서 나오는 뜨거운 플라스마 등으로 구성된다.[2] 행성간 물질은 밀도, 온도, 플라스마 특성 등 다양한 물리적 특징을 가진다.
2. 1. 밀도
행성간 물질의 밀도는 매우 낮으며, 지구 근처에서는 1cm3당 약 5개의 입자를 포함하지만,[4] 100 입자/cm3까지 올라가는 경우도 있다.[3] 태양으로부터의 거리가 멀어질수록 밀도는 감소하며, 자기장과 코로나 질량 방출과 같은 현상에 의해 영향을 받는다.[3]2. 2. 온도
성간 매질의 온도는 태양계를 거치면서 변동한다. 조제프 푸리에는 성간 매질이 지구의 극지방에서 관측되는 온도와 비슷해야 한다고 추정했지만, 잘못된 근거에 의한 것이었다. 대기 순환에 대한 현대적 추정이 없었기에, 그는 지구의 기후의 상대적 일관성을 설명할 다른 수단을 찾지 못했다.[5] 1959년까지도 매우 뜨거운 성간 매질은 지구물리학자들 사이에서 미미한 입장이었으며, 챔프먼은 약 10000K의 온도를 제안했지만,[6] 곧 저궤도에서의 외기권 관측이 그의 주장에 반박했다. 실제로 푸리에와 챔프먼의 최종 예측은 모두 옳았다. 성간 매질은 매우 희박하기 때문에 열역학적 평형을 나타내지 않는다. 대신, 다른 구성 요소들은 다른 온도를 갖는다.[3][4][7] 태양풍은 달 궤도 내 공간에서 챔프먼의 추정치와 일치하는 온도를 나타내며,[4][7][8] 지구 궤도 근처의 먼지 입자는 257,000에서 298,000 사이의 온도를 나타내며,[9] 평균 약 283,000이다.[10] 일반적으로, 태양풍의 온도는 태양까지의 거리에 제곱에 반비례하여 감소하고,[6] 먼지 온도는 거리의 세제곱근에 반비례하여 감소한다.[9] 소행성대 내의 먼지 입자의 경우, 일반적인 온도는 2.2AU에서 200,000, 3.2AU에서 165,000까지이다.[11]2. 3. 플라스마 특성
행성간 매질은 플라스마 상태이기 때문에, 일반적인 기체와는 다른 플라스마의 특징을 갖는다. 예를 들어, 태양의 자기장을 함께 운반하고, 전기 전도성이 높으며, 이로 인해 헬리오스피어 전류면을 형성한다.[2] 또한 행성 자기권과 접촉하거나 헬리오포즈에서 플라스마 이중층을 형성하며, 오로라와 같은 섬유화를 나타낸다.[2]행성간 매질의 플라스마는 지구 궤도에서 태양의 자기장 강도가 원래 예상보다 100배 이상 강한 이유이기도 하다. 만약 우주가 진공이라면, 태양의 테슬라 자기 쌍극자장은 거리의 세제곱에 따라 약 테슬라로 감소할 것이다. 그러나 위성 관측 결과 약 테슬라로 약 100배 더 강하다는 것이 밝혀졌다. 자기유체역학 (MHD) 이론은 자기장 내에서 전도성 유체(예: 성간 매질)의 움직임이 전기 전류를 유도하고, 이는 다시 자기장을 생성한다고 예측하며, 이 점에서 MHD 발전과 유사하게 동작한다.[2]
3. 범위 및 상호작용
행성간 매질은 태양권 내부를 채우고 있으며, 태양풍과 성간 매질 사이의 경계는 태양권계면(헬리오포즈)이다. 헬리오포즈는 태양으로부터 약 110~160 천문 단위(AU) 떨어진 곳에 비교적 뚜렷하게 형성되어 있다.
3. 1. 행성과의 상호작용
행성간 매질이 행성과 상호작용하는 방식은 행성이 자기장을 가지고 있는지 여부에 따라 달라진다. 달과 같은 천체는 자기장이 없으며, 태양풍이 표면에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 수십억 년 동안, 달 레골리스는 태양풍 입자를 수집하는 역할을 해왔으며, 따라서 달의 지질에서 채취한 암석 연구는 태양풍 연구에 가치가 있을 수 있다.[1]태양풍에서 발생하는 고에너지 입자가 달 표면에 충돌하면 X선 파장에서 희미하게 방출되기도 한다.[1]
지구와 목성과 같이 자체적인 자기장을 가진 행성은 자기권으로 둘러싸여 있으며, 자기권 내에서는 행성의 자기장이 태양의 자기장보다 우세하다. 이는 태양풍의 흐름을 방해하며, 태양풍은 자기권을 우회하도록 유도된다. 태양풍의 물질은 자기권으로 "누출"되어 오로라를 발생시키고, 밴 앨런대에 이온화된 물질을 채워 넣을 수 있다.[1]
4. 관측 가능 현상
행성간 매질은 지구에서 관측 가능한 여러 광학 현상의 원인이다. 대표적인 예로 황도광과 반짝임(대일광)이 있다.[12]
4. 1. 황도광
행성간 매질은 지구에서 보이는 여러 광학 현상의 원인이 된다. 황도광은 해질녘과 해뜨기 전에 가끔 보이는 희미한 빛의 넓은 띠로, 황도를 따라 뻗어 있으며 지평선 근처에서 가장 밝게 보인다. 이 빛은 지구와 태양 사이의 행성간 매질에 있는 먼지 입자에 의한 빛의 산란으로 발생한다.[12]4. 2. 대일광 (반대일광)
대태양점을 중심으로 하는 비슷한 현상인 반짝임은 달이 없는 자연스러운 어두운 밤하늘에서 보인다.[12] 황도광보다 훨씬 희미한 이 효과는 지구 궤도 너머에 있는 우주 먼지 입자에 의해 후방 산란된 햇빛으로 인해 발생한다.반대일광은 태양의 반대편에 나타나는 현상으로, 황도광보다 더욱 희미하다. 이는 지구 궤도 바깥의 먼지가 태양광을 반사하기 때문에 발생한다.
5. 역사
"행성간(Interplanetary)"이라는 용어는 1691년 과학자 로버트 보일이 처음 사용한 것으로 보인다. 그는 저서 ''공기의 역사''에서 "공기는 ... 행성간 공간의 에테르(또는 진공)와 다르다"라고 언급했다.[13] 1898년 미국의 천문학자 찰스 오거스터스 영은 자신의 저서 ''천문학의 원리''에서 "행성간 공간은 우리가 인공적인 수단으로 만들 수 있는 것보다 훨씬 더 완벽한 진공이다..."라고 썼다.[13]
1950년대까지는 공간이 "에테르"로 채워진 진공이거나 단순히 차갑고 어두운 진공으로 여겨졌다. 터프츠 대학교 천문학 교수 케네스 R. 랭은 2000년에 "반세기 전, 대부분의 사람들은 우리 행성이 태양 주위의 차갑고 어두운 진공 공간을 여행하는 고독한 구체라고 생각했다"라고 언급했다.[14] 2002년, 아카소후 슌이치는 자신의 저서 ''오로라의 비밀 탐구''에서 "행성간 공간이 태양이 간헐적으로 입자 흐름을 방출하는 진공이라는 견해는 루트비히 비어만(1951, 1953)에 의해 근본적으로 바뀌었다. 그는 혜성 꼬리를 바탕으로 태양이 초음속으로 자신의 대기를 모든 방향으로 지속적으로 분출한다고 제안했다"라고 말했다.
참조
[1]
웹사이트
Heliospheric Current Sheet
https://web.archive.[...]
2006-09-01
[2]
뉴스
What scientists found after sifting through dust in the solar system
https://www.eurekale[...]
2019-03-12
[3]
간행물
Micro-scale structures in the interplanetary medium
https://ntrs.nasa.go[...]
1967-09
[4]
논문
Ion-temperature anisotropies and the structure of the solar wind
Pergamon Press
1970
[5]
논문
Mémoire sur les Températures du Globe Terrestre et des Espaces Planétaires
https://geosci.uchic[...]
2004-09-01
[6]
논문
Interplanetary Space and the Earth's Outermost Atmosphere
https://www.jstor.or[...]
1959
[7]
논문
Semiempirical two-dimensional magnetohydrodynamic model of the solar corona and interplanetary medium
American Astronomical Society
1999-10-01
[8]
간행물
Solar wind temperature and speed
https://ntrs.nasa.go[...]
US Department of Commerce National Technical Information Service
1972-10
[9]
논문
Properties of interplanetary dust from infrared and optical observations I: Temperature, global volume intensity, albedo and their heliocentric gradients
https://adsabs.harva[...]
1998-02
[10]
웹사이트
The Temperatures of Outer Space Around the Earth
https://sciencing.co[...]
Leaf Group Media
2023-06-01
[11]
논문
Infrared cirrus – New components of the extended infrared emission
1984
[12]
웹사이트
False Dawn
http://www.eso.org/p[...]
2017-02-14
[13]
서적
The Sun from Space
https://books.google[...]
Springer Science & Business Media
[14]
서적
The Sun from Space
https://books.google[...]
Springer
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