해왕성의 검은 소용돌이

 

Credit: NASA, ESA, and M.H. Wong and J. Tollefson (UC Berkeley)

사진 1> 이 사진은 해왕성의 대기에 검은 소용돌이가 존재한다는 것을 확정해준 허블우주망원경의 사진이다.

왼쪽의 사진은 가시광선 사진으로서 해왕성의 남반구에서 밝은 구름 아래쪽 가까이에 자리잡고 있는 검은 구조물을 보여주고 있다.

이 검은 점의 지름은 약 4,800킬로미터이다.

또다른 높은 고도의 구름이 해왕성의 적도지역과 극지역에 보인다.

오른쪽 사진은 이 검은 소용돌이를 제대로 보여주는 청색파장의 사진이다.

오직 허블우주망원경만이 이 머나먼 행성이 해왕성에 형성되는 이와 같은 대기구조를 식별해내기에 충분한 해상도를 갖추고 있다.

비록 유사한 소용돌이가 1989년 보이저 2호의 해왕성 통과 기간 중에 목격된 바 있고, 1994년 허블우주망원경에 의해 관측된 적이 있지만 이번 관측은 21세기 들어 처음으로 관측된 해왕성의 소용돌이이다.

2015년 9월, 매년마다 외행성들의 전체적인 사진을 촬영하고 있는 허블우주망원경의 장기 프로젝트인 외행성 대기 지속관측 프로그램(the Outer Planet Atmospheres Legacy program, OPAL)에서는 이 밝은 구름과 가까운 지점에 있는 검은 점을 찾아낸 바 있다.

그리고 2016년 5월 16일, WFC3에 의해 이 소용돌이가 두번째로 목격되면서 OPAL의 데이터가 오랫동안 유지되고 있는 소용돌이를 탐지해 낸 것이라는 사실을 확정할 수 있게 되었다.

이번 데이터를 이용하여 연구팀은 이 소용돌이와 그 주변에 대한 양질의 지도를 만들어낼 수 있었다.

 

허블우주망원경이 2016년 5월 16일 촬영한 사진을 통해 해왕성 대기의 검은 소용돌이의 존재가 확증되었다.
비록 비슷한 구조가 1989년 보이저 2호의 해왕성 통과 때, 그리고 1994년 허블우주망원경에 의해 촬영된 바 있지만 이번 소용돌이는 21세기에 처음으로 촬영된 소용돌이이다.

 

이번 발견은 2016년 5월 17일, 허블데이터 분석팀을 이끄는 버클리 연구소의 천문학자 마이크 웡(Mike Wong)에 의해 CBAT(Central Bureau for Astronomical Telegrams)에 보고되었다.
해왕성의 검은 소용돌이는 고기압 태풍이며 현재도 관측이 가능한 밝은 "동반 구름들"을 수반하곤 한다.

 

밝은 구름은 주위를 둘러싼 대기의 흐름이 뒤섞이며 검은 소용돌이의 위쪽으로 이동하면서 형성되는 것으로 결빙을 통해 메탄 얼음 알갱이가 형성되는 것으로 생각되고 있다.

 

마이크 웡의 설명은 다음과 같다.
"검은 소용돌이는 마치 거대한 렌즈 모양의 가스상 산맥처럼 대기를 뚫고 나아가고 있습니다.
그리고 그 동반 구름은 마치 지구에서 산맥에 걸쳐 끌리면서 팬케이크 모양으로 나타나는 지형성 구름이라 불리는 것과 비슷한 양상을 보여주고 있죠."

 

2015년 7월에 시작된 밝은 구름은 아마추어 천문인들과 하와이 W.M.켁 천문대의 천문학자들에 의해 여러번 반복적으로 목격되었다.

천문학자들은 이 구름이 아직 목격되지 않은 검은 소용돌이에 동반된 밝은 구름일 가능성이 있다고 생각했다.

 

해왕성의 검은 소용돌이들은 오직 청색 파장에서만 그 모습을 드러내며 워낙 먼거리로 떨어져 있어 이들을 관측하려면 허블우주망원경의 고해상도 분해능이 필요하다. 

 

Credit: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI)

사진 2>  왼쪽의 사진은 가시광선 사진으로서 해왕성의 남반구에서 밝은 구름 아래쪽 가까이에 자리잡고 있는 검은 구조물을 보여주고 있다.

오른쪽 위 사진은 이 복잡한 구조를 확대한 사진이다.

팬케이크 모양의 구름은 주위를 둘러싼 대기가 소용돌이 위에서 교란되고 위로 솟구쳐 오르면서 만들어진 것이다.

이 소용돌이는 고기압성 소용돌이이다.

오른쪽 하단의 사진은 청색 파장에서 가장 제대로 보이는 소용돌이의 모습을 보여주고 있다.

 

2015년 9월, 매년마다 외행성들의 전체적인 사진을 촬영하고 있는 허블우주망원경의 장기 프로젝트인 외행성 대기 지속관측 프로그램(the Outer Planet Atmospheres Legacy program, 이하 OPAL)에서는  이 밝은 구름과 가까운 지점에 있는 검은 점을 찾아낸 바 있다.

 

이 소용돌이가 두번째로 목격되면서 새로 획득된 허블우주망원경의 사진은 OPAL의 데이터가 오랫동안 유지되고 있는 소용돌이를 탐지해 낸 것이라는 사실을 확정할 수 있게 되었다.

 

이번에 획득한 데이터는 연구팀으로 하여금 이 소용돌이와 그 주변에 대한 양질의 지도를 만들 수 있게 해주었다.

 

해왕성의 검은 소용돌이는 수년동안 그 크기와 형태, 그리고 안정성의 측면(소용돌이들은 다양한 위도를 굽이굽이 지나가며 때때로 속도를 올리거나 속도를 낮추거나 하는 모습을 나타낸다.)에 있어서 놀랍도록 다양한 모습을 보여왔다.

 

해왕성의 소용돌이들은 유사하게 시계반대방향으로 회전하며 수십년동안 진화를 지속하는 목성의 거대 폭풍에 비교하자면 훨씬 짧은 시간동안 나타났다 사라지기를 반복한다.

 

UC 버클리 박사과정의 학생이자 최근 해왕성 대기의 연구로 NASA 지구와 우주과학 협회의 상을 수상한 조슈아 톨레프손(Joshua Tollefson)에 따르면 행성 천문학자들은 이 검은 소용돌이가 어떻게 생겨나는 것인지, 무엇이 이들의 이동과 진동을 통제하는데, 이들이 어떻게 주위 환경과 상호작용하며, 마지막으로 어떻게 사라지게 되는지에 대해 보다 제대로 이해하기를 희망하고 있다고 한다.

 

이번에 새로 측정된 이 검은 소용돌이의 진화에 대한 측정데이터는 이 검은 소용돌이 자체의 특성 뿐 아니라 그 주위의 대기환경의 구조와 역학에 대한 지식을 넓히는데 도움이 될 것이다.

 

마이크 웡이 이끄는 연구팀의 구성은 다음과 같다.
OPAL 팀 - 마이크 웡, 에이미 사이몬(Amy Simon), 글렌 오르톤(Glenn Orton)
UC 버클리 동료 연구원들 - 임케 드 파터(Imke de Pater), 조슈아 톨레프슨(Joshua Tollefson), 카트린 드 클리어(Katherine de Kleer)
하이디 함멜(Heidi Hammel, AURA), 스테시아 루스츠-쿡(Statia Luszcz-Cook, AMNH)
바스크지방대학교(Universidad del Pais Vasco) - 리카르도 휴소(Ricardo Hueso), 어구스틴 산체스-라베가(Agustin Sanchez-Lavega),
마크 델크룩스(Marc Delcroix, 프랑스천문학회(Societe Astronomique de France)),
위스콘신대학 - 레리 스로모프스키(Larry Sromovsky), 패트릭 프라이(Patrick Fry),
하와이 대학 - 크리스토프 바라넥(Christoph Baranec)

 

출처 : 허블사이트 2016년 6월 23일 발표 뉴스
          http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2016/22/

       

참고 : 해왕성에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 확인할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346951

 

 

원문>

News Release Number:

STScI-2016-22

Hubble Confirms New Dark Spot on Neptune

 

New images obtained on May 16, 2016, by NASA's Hubble Space Telescope confirm the presence of a dark vortex in the atmosphere of Neptune. Though similar features were seen during the Voyager 2 flyby of Neptune in 1989 and by the Hubble Space Telescope in 1994, this vortex is the first one observed on Neptune in the 21st century.

The discovery was announced on May 17, 2016, in a Central Bureau for Astronomical Telegrams (CBAT) electronic telegram by University of California at Berkeley research astronomer Mike Wong, who led the team that analyzed the Hubble data.

Neptune's dark vortices are high-pressure systems and are usually accompanied by bright "companion clouds," which are also now visible on the distant planet. The bright clouds form when the flow of ambient air is perturbed and diverted upward over the dark vortex, causing gases to likely freeze into methane ice crystals. "Dark vortices coast through the atmosphere like huge, lens-shaped gaseous mountains," Wong said. "And the companion clouds are similar to so-called orographic clouds that appear as pancake-shaped features lingering over mountains on Earth."

Beginning in July 2015, bright clouds were again seen on Neptune by several observers, from amateurs to astronomers at the W. M. Keck Observatory in Hawaii. Astronomers suspected that these clouds might be bright companion clouds following an unseen dark vortex. Neptune's dark vortices are typically only seen at blue wavelengths, and only Hubble has the high resolution required for seeing them on distant Neptune.

In September 2015, the Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL) program, a long-term Hubble Space Telescope project that annually captures global maps of the outer planets, revealed a dark spot close to the location of the bright clouds, which had been tracked from the ground. By viewing the vortex a second time, the new Hubble images confirm that OPAL really detected a long-lived feature. The new data enabled the team to create a higher-quality map of the vortex and its surroundings.

Neptune's dark vortices have exhibited surprising diversity over the years, in terms of size, shape, and stability (they meander in latitude, and sometimes speed up or slow down). They also come and go on much shorter timescales compared to similar anticyclones seen on Jupiter; large storms on Jupiter evolve over decades.

Planetary astronomers hope to better understand how dark vortices originate, what controls their drifts and oscillations, how they interact with the environment, and how they eventually dissipate, according to UC Berkeley doctoral student Joshua Tollefson, who was recently awarded a prestigious NASA Earth and Space Science Fellowship to study Neptune's atmosphere. Measuring the evolution of the new dark vortex will extend knowledge of both the dark vortices themselves, as well as the structure and dynamics of the surrounding atmosphere.

The team, led by Wong, also included the OPAL team (Wong, Amy Simon, and Glenn Orton), UC Berkeley collaborators (Imke de Pater, Joshua Tollefson, and Katherine de Kleer), Heidi Hammel (AURA), Statia Luszcz-Cook (AMNH), Ricardo Hueso and Agustin Sánchez-Lavega (Universidad del Pais Vasco), Marc Delcroix (Société Astronomique de France), Larry Sromovsky and Patrick Fry (University of Wisconsin), and Christoph Baranec (University of Hawaii).

CONTACT

Donna Weaver / Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland
410-338-4493 / 410-338-4514
dweaver@stsci.edu / villard@stsci.edu

Robert Sanders
University of California, Berkeley, California
510-643-6998
rlsanders@berkeley.edu

Mike Wong
University of California, Berkeley, California
mikewong@astro.berkeley.edu