X선으로 바라본 지구의 오로라

Copyright ESA/Integral/ E. Churazov (IKI/MPA)/ M. Turler (ISDC/Univ. of Geneva)

 

사진 1> 2015년 11월 10일, INTEGRAL의 IBIS/ISGRI에 의해 촬영된 이 일련의 X선 사진은 약 8분 간의 간격을 두고 촬영된 사진을 이어붙인 것이다.
더 높은 에너지 복사도 담고 있긴 하지만 대체로  17~60 킬로전자볼트의 에너지 범위를 담고 있는 이 사진은 관측지점으로부터 가까운 지구면-이 지역은 동부시베리 주변과 일본 북부 지역이다. 시간대는 세계 표준시 기준 오전 11시이다.- 에서 발생한 강력한 오로라 복사를 우선 보여주고 있으며 그 다음에는 북극 기준으로 반대지점에서 좀 더 오랜 시간동안 좀 더 넓은 지역에서 발생한 오로라 복사를 보여주고 있다.
이 중에서 먼저 오로라 복사가 발생하는 곳이 캐나다 상공이고, 나중에 발생하는 곳이 그린랜드 상공이다.
좌표선으로 보이는 지구의 위치는 일정크기로 고정되어 있으며 INTEGRAL의 시야 내에서 한쪽 끝지점으로 이동하는 모습을 보여주고 있다.    

INTEGRAL이 타원형 궤도에서 지구에 다가옴에 따라 지구의 겉보기 크기도 점점 커지는 모습을 보여주고 있다.
(64시간 간격의 높은 이심궤도를 가지고 있는 INTEGRAL 궤도는 지구에 가장 가까운 지점이 1만 킬로미터, 가장 멀리 떨어진 지점이 14만 킬로미터이다.)

 

평상시에는 고에너지 블랙홀이나 초신성, 중성자별을 관측하느라 바쁜 ESA의 INTEGRAL(INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory ,국제 감마선 천체물리 연구)우주망원경이 최근 지구의 오로라를 관측할 기회를 잡았다.

 

오로라는 태양풍이 지구 자기장과 충돌하면서 지구의 고위도 지방에 나타나는 아름다운 불빛으로 잘 알려져 있다.

 

태양으로부터 날아온 고에너지 입자가 지구의 자기선을 따라 끌려들어오면서 지구 대기상의 여러 분자 및 원자들과 충돌할 때 역동적이면서 대채로 초록빛이나 붉은빛을 띠는 다채로운 빛을 만들어낸다.

 

그러나 이렇게 유입된 입자들이 점점 감속되면서 만들어내는 X선 복사에 대해서는 별로 알려진 것이 없는 것 같다.
비록 다른 탐사를 진행한 것이긴 했지만 INTEGRAL이 2015년 11월 10일 탐사 방향을 지구로 돌려 고에너지 오로라 X선을 관측하였다.

 

당시 이 우주망원경의 임무는 은하의 중심에서 게걸스럽게 주위의 물질들을 먹어치우는 초거대질량의 블랙홀로부터 자연적으로 발생하여 우주 공간에 퍼져 있는 우주의 X선을 측정하는 것이었다.

 

이 측정을 위해 INTEGRAL은 배경을 가린채로 지구가 함께 담겼을 때의 X선과 지구를 제외했을 때의 X선을 기록하였다.

이러한 측정을 통해 천문학자들은 얼마나 많은, 멀리 떨어진 초거대질량의 블랙홀이 우주 공간에 있는지를 가늠할 수 있게 된다.

 

그런데 당시 불행히도 지구의 오로라부터 발생한 X선이 배경으로 빠져나가는 일이 있었다.
바로 이 관측 데이터를 INTEGRAL은 버리지 않았다.

 

이 자료는 지구 상층 대기로 떨어지는 전자의 분포를 이해할 수 있도록 해 주었으며 이 자료는 태양풍과 지구를 보호하고 있는 자기권 간의 상호작용을 드러내 주었다.

 

INTEGRAL 프로젝트 과학자인 에릭 쿨커스(Erik Kuulkers)의 설명은 다음과 같다.
"오로라는 일시적으로 발생하는 것이어서 위성 관측이 예정된 시간에 오로라가 발생할 것이라고 예측할 수는 없었습니다. 

결과적으로 정말 예상 밖의 관측을 수행한 셈이죠.
지구에서 INTEGRAL을 응시하고 있었던 우리에게도 정말 특별한 경험이 됐습니다.
관측장비의 관측 시야 안에 지구가 안정적으로 머물러 있게 하기 위해 INTEGRAL의 기동을 통제하고 다시 원래 일반 관측 프로그램으로 복구시키는 것은 운용팀에게도 혁신적인 계획수립을 요구하는 일이었습니다.
비록 당시 원래 수행하기로 한 X선 측정을 계획대로 완결하지는 못했지만 이와같이 강력한 오로라 활동을 우연히 잡아낼 수 있었던 것은 정말 즐거운 경험이 됐습니다."
 
 

출처 : ESA SPACE SIENCE 2016년 1월 26일 News
         http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Integral_X-rays_Earth_s_aurora

 

참고 : 다양한 오로라의 풍경 등 지구에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다. 
        https://big-crunch.tistory.com/12346940

 

 

원문>

Integral X-rays Earth’s aurora

 

26 January 2016

Normally busy with observing high-energy black holes, supernovas and neutron stars, ESA’s Integral space observatory recently had the chance to look back at our own planet’s aurora.

Auroras are well known as the beautiful light shows at polar latitudes as the solar wind interacts with Earth’s magnetic field.

As energetic particles from the Sun are drawn along Earth’s magnetic field, they collide with different molecules and atoms in the atmosphere to create dynamic, colourful light shows in the sky, typically in green and red.

But what may be less well known is that auroras also emit X-rays, generated as the incoming particles decelerate.

Integral detected high-energy auroral X-rays on 10 November 2015 as it turned to Earth – although it was looking for something else at the time.

Its task was to measure the diffuse cosmic X-ray background that arises naturally from supermassive black holes that are gobbling up material at the centres of some galaxies.

To achieve this, Integral records the X-ray brightness with and without the Earth in the way, blocking the background. These types of measurements help astronomers estimate how many distant supermassive black holes there are in the Universe.

Unfortunately, on this occasion, the X-rays from Earth’s aurora drowned out the cosmic background – but the observations were not a waste.

They also help us to understand the distribution of electrons raining into Earth’s upper atmosphere, and they reveal interactions between the solar wind and Earth’s protective magnetic bubble, or magnetosphere.

“Auroras are transient, and cannot be predicted on the timeframe that satellite observations are planned, so it was certainly an unexpected observation,” comments Erik Kuulkers, Integral project scientist.

“It’s also quite unusual for us to point the spacecraft at Earth: it requires innovative planning by the operations teams to coordinate such a dedicated set of manoeuvres to ensure it can operate safely with Earth inside the instruments’ field of view and then return to its standard observing programme.

“Although the original background X-ray measurements didn’t go quite to plan this time, it was exciting to capture such intense auroral activity by chance.”

 

 

For more information, please contact:

Erik Kuulkers
Integral Project Scientist
Directorate of Science and Robotic Exploration
European Space Agency
Tel: +34 918 131 358
Email: erik.Kuulkers@sciops.esa.int

Markus Bauer







ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer








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