별사이 우주공간의 수수께끼를 풀도록 도움을 주고 있는 보이저 1호

Credits: NASA/JPL-Caltech
그림 1> 보이저 호의 상상화

 

보이저 1호는 지난 2012년 태양계의 행성들과 태양풍을 뒤로하고 별사이 우주공간에 진입하는 역사를 이루어냈다.

그러나 이 선구적인 탐사선으로부터 관측된, 이 탐사선을 둘러싼 자기장 정보는 수수께끼로 남아 있는 상태이다. 

이는 과학자들이 다른 우주선의 자기장 정보로부터 유추한 정보와 사뭇 다르게 나타나고 있었기 때문이다.

 

이에 대해 새로 진행된 연구는 이러한 수수께끼에 대한 새로운 통찰을 제공해주고 있다.

아스트로피지컬 저널에 논문을 개재한 뉴헴프셔 대학의 나탄 슈와드론(Nathan Schwadron)과 그의 동료들은 보이저 1호의 장기장 데이터를 재분석하여 이 우주선이 별사이 우주공간에 진입한 이래 자기장의 방향이 서서이 변해가고 있음을 발견했다.

과학자들은 이러한 효과가 태양으로부터 몰아쳐나온 대전 입자들의 흐름인 태양풍이 지근 거리에 경계를 형성하고 있기 때문일 것으로 생각하고 있다.

 

논문의 주저자인 슈와드론의 설명은 다음과 같다.
"이번 연구는 보이저 1호가 위치하는 지점에서 자기장이 태양풍에 의해 굴절되고 있음을 말해주는 강력한 증거를 제공하고 있습니다."

 

과학자들은 10년 안에 보이저 호가 별사이 매질이 보다 풍부하게 존재하는 지역에 들어서게 될 것이며 이곳에서 태양풍이 자기장에 끼치는 영향은 현저하게 줄어들 것이라고 예견하고 있다.

보이저 1호가 별사이 우주공간을 가로지르고 있다는 것은 태양과 행성들을 둘러싸고 있는 태양풍이 만들어낸 거품인 태양권(the heliosphere)을 벗어났다는 것을 의미한다.

보이저의 관측에 따르면 태양권 경계 바깥의 입자 밀도는 안쪽 밀도보다 40배 이상 더 큰데, 바로 이것이 보이저 1호가 태양권을 벗어났다는 것을 확정할 수 있는 근거가 되었다.

 

그러나 아직까지 보이저 1호가 관측한 국부 별사이 자기장의 방향은 다른 우주선에서 측정된 방향보다 40도 이상 더 벗어나 있는 상태이다.

슈와드론의 연구에서는 이러한 차이가 태양풍과 별사이 매질의 경계인 헬리오포스(the heliopause)의 바로 바깥쪽, 자기장이 뒤틀린 지역에 보이저 1호가 위치하고 있기 때문인 것으로 제안하고 있다.

2009년 NASA의 별사이경계탐사선(Interstellar Boundary Explorer, 이하 IBEX)은 별사이공간 자기장의 원래 방향에 대한 단서를 쥐고 있을 것으로 생각되는 고에너지중성자의 매듭을 발견했다.

하늘에서 원형아치를 이루고 있는 이른바 'IBEX 리본' 은 여전히 수수께끼로 남아있지만 과학자들은 이것이 태양풍으로부터 형성된 중성수소원자의 흐름에 의해 만들어진 것으로 생각하고 있다.

이 중성수소원자는 태양풍이 별사이우주공간 근처에서 재이온화되고 전자가 다시 포섭되면서 다시 중성을 띠게 되면서 형성된 것이다.

과학자들은 이번 연구를 통해  다양한 데이터들을 활용하여 IBEX 리본의 중심부에 있는 자기장의 방향을 확정하였는데 이는 원시 별사이 매질에 존재하는 자기장과 같은 방향을 가지고 있었다.

이러한 새로운 발견에는 NASA와 ESA의 율리시스(Ulysses) 우주선과 소호(SOHO) 우주선의 관측 데이터가 도움을 주었다.

슈와드론은 이 모든 데이터들을 모아 지난 25년간 자기장의 방향이 동일한 지점을 향하고 있다는 것을 알 수 있게 되었다고 말했다.

 

이번 연구는 보이저 1호가 수년에 걸쳐 태양권으로부터 거리가 멀어지면서 IBEX 리본에 의해 확정된 것과 마찬가지로 자기장은 점점 정확하게 진북을 향하게 될 것이라고 예측하였다.

2025년까지 보이저 1호를 둘러싼 자기장이 지속적인 방향전환을 계속한다면 보이저 1호 주위의 자기장 역시 IBEX의 방향과 동일한 방향을 향하게 될 것이다.

그리고 이것이 보이저 1호가 별사이 매질에서 자기장의 왜곡이 줄어드는 지점에 도착했다는 신호가 될 것이다.

 

캘리포니아 기술연구소의 보이저 프로젝트 과학자인 애드 스톤(Ed Stone)의 소감은 다음과 같다.
"이 데이터를 살펴보는 것은 정말 흥미로운 일이 되겠네요.
 이번 연구 결과는 보이저 1호가 더 이상 강력한 혼란이 존재하지 않는 지역까지 가는데 얼마나 더 오래 가야 하는지를 예견해 주고 있으니까요."
 

보이저 1호가 별사이 우주공간에 대한 새로운 정보들을 보내오는 동안 보이저 1호의 쌍동이 탐사선인 보이저 2호 역시 수년 이내에 별사이 우주공간에 진입하게 될 것으로 예상된다.

보이저 2호 역시 별사이 우주공간의 자기장 관측 정보를 보내올 것이고 이 자료는 과학자들의 측정치를 개선하는데 도움을 줄 것이다.

 

보이저 1호와 보이저 2호는 1977년 16일 간격을 두고 발사되었다.

두 우주선 모두 목성과 토성까지 항해했으며 보이저 2호의 경우는 천왕성과 해왕성까지 항해를 계속했다. 

보이저 2호는 보이저 1호보다 앞서 발사되었으며 아직까지 가장 오랫동안 조종되고 있는 우주선이다.

보이저 1호는 인간이 만든 우주선으로는 가장 멀리까지 나간 우주선이 되었다.

 

출처 : NASA Solar System Exploration 2015년 10월 29일 News Release
         http://solarsystem.nasa.gov/news/2015/10/29/voyager-1-helps-solve-interstellar-medium-mystery
        

참고 : 보이저 호를 비롯한 각종 탐사선, 탐사장비에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12348025 

 

 

원문>

Voyager 1 Helps Solve Interstellar Medium Mystery

29 October 2015 (source: NASA Jet Propulsion Laboratory)

NASA's Voyager 1 spacecraft made history in 2012 by entering interstellar space, leaving the planets and the solar wind behind. But observations from the pioneering probe were puzzling with regard to the magnetic field around it, as they differed from what scientists derived from observations by other spacecraft.

A new study offers fresh insights into this mystery. Writing in the Astrophysical Journal Letters, Nathan Schwadron of the University of New Hampshire, Durham, and colleagues reanalyzed magnetic field data from Voyager 1 and found that the direction of the magnetic field has been slowly turning ever since the spacecraft crossed into interstellar space. They believe this is an effect of the nearby boundary of the solar wind, a stream of charged particles that comes from the sun.

"This study provides very strong evidence that Voyager 1 is in a region where the magnetic field is being deflected by the solar wind," said Schwadron, lead author of the study.

Researchers predict that in 10 years Voyager 1 will reach a more "pristine" region of the interstellar medium where the solar wind does not significantly influence the magnetic field.

Voyager 1's crossing into interstellar space meant it had left the heliosphere -- the bubble of solar wind surrounding our sun and the planets. Observations from Voyager's instruments found that the particle density was 40 times greater outside this boundary than inside, confirming that it had indeed left the heliosphere.

But so far, Voyager 1's observation of the direction of the local interstellar magnetic field is more than 40 degrees off from what other spacecraft have determined. The new study suggests this discrepancy exists because Voyager 1 is in a more distorted magnetic field just outside the heliopause, which is the boundary between the solar wind and the interstellar medium.

"If you think of the magnetic field as a rubber band stretched around a beach ball, that band is being deflected around the heliopause," Schwadron said.

In 2009, NASA's Interstellar Boundary Explorer (IBEX) discovered a "ribbon" of energetic neutral atoms that is thought to hold clues to the direction of the pristine interstellar magnetic field. The so-called "IBEX ribbon," which forms a circular arc in the sky, remains mysterious, but scientists believe it is produced by a flow of neutral hydrogen atoms from the solar wind that were re-ionized in nearby interstellar space and then picked up electrons to become neutral again.

The new study uses multiple data sets to confirm that the magnetic field direction at the center of the IBEX ribbon is the same direction as the magnetic field in the pristine interstellar medium. Observations from the NASA/ESA Ulysses and SOHO spacecraft also support the new findings.

"All of these different data sets that have been collected over the last 25 years have been pointing toward the same meeting point in the field," Schwadron said.

Over time, the study suggests, at increasing distances from the heliosphere, the magnetic field will be oriented more and more toward "true north," as defined by the IBEX ribbon. By 2025, if the field around Voyager 1 continues to steadily turn, Voyager 1 will observe the same magnetic field direction as IBEX. That would signal Voyager 1's arrival in a less distorted region of the interstellar medium.

"It's an interesting way to look at the data. It gives a prediction of how long we'll have to go before Voyager 1 is in the medium that's no longer strongly perturbed," said Ed Stone, Voyager project scientist, based at the California Institute of Technology in Pasadena, who was not involved in this study.

While Voyager 1 will continue delivering insights about interstellar space, its twin probe Voyager 2 is also expected to cross into the interstellar medium within the next few years. Voyager 2 will make additional observations of the magnetic field in interstellar space and help scientists refine their estimates.

Voyager 1 and Voyager 2 were launched 16 days apart in 1977. Both spacecraft flew by Jupiter and Saturn. Voyager 2 also flew by Uranus and Neptune. Voyager 2, launched before Voyager 1, is the longest continuously operated spacecraft. Voyager 1 is the most distant object touched by human hands.

JPL, a division of Caltech, built the twin Voyager spacecraft and operates them for the Heliophysics Division within NASA's Science Mission Directorate in Washington.

For more information about Voyager, visit:

http://voyager.jpl.nasa.gov

Credits

Author:

Production Editor:

Source:

Elizabeth Landau
NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-6425
Elizabeth.Landau@jpl.nasa.gov

2015-334

Last Updated: 29 October 2015