VLA가 목성대기의 작용에 대한 새로운 정보를 알려주다.

 

CREDIT: de Pater, et al., NRAO/AUI/NSF; NASA.

사진 1> 이 사진들은 목성 대기의 거대 폭풍인 그 유명한 대적반을 VLA가 라디오파로 촬영한 사진(상단)과 허블우주망원경이 가시광선으로 촬영한 사진(아래)이다.

라디오파 사진은 눈에 보이는 구름 아래로 30~90킬로까지 잠겨들거나 상승하는 복잡한  암모니아가스 기류를 보여주고 있다. 

과학자들이 국립과학재단의 초대형배열(Very Large Array, VLA)을 이용하여 유례없는 목성 대기의 모습을 볼 수 있었다.
가시광선으로 관측되는 목성 구름 표면의 구조가 그 아래로 수십킬로미터까지 영향을 끼치고 있는 모습이 발견된 것이다.

 

과학자들은 눈에 보이는 목성의 구름 표면으로부터 그 아래 100킬로미터 깊숙한 대기까지 목성대기의 역학을 연구하는데 VLA를 사용하곤 한다.

 

캘리포니아 대학 임케 드 파터(Imke de Pater)의 소감은 다음과 같다.
"이 지역은 예전까지는 결코 볼 수 없는 지역이었습니다.
이번 관측 데이터는 그처럼 깊숙한 대기의 기온과 기압 및 대기의 움직임에 대해 중요하고도 새로운 정보를 제공해주고 있습니다.

 

이번에 새롭게 도출된 사진들은 예전에는 결코 볼 수 없었던 목성 대기의 세세한 모습을 보여주고 있다.

 

고감도 전파 사진을 만들기 위해서는 VLA와 같이 여러 개의 안테나를 가진 망원경들을 함께 운용하며, 마치 카메라처럼 오랜 시간동안 대상으로부터 발생하는 라디오파 복사를 수집해야 한다.

 

그러나 목성은 너무나 빨리 자전하는 목성의 하루는 10시간이 채 되지 않는다.
이런 상황에서 전통적인 라디오파 영상은 고작 몇 분만에 오염되고 만다.

 

이러한 한계를 극복하기 위해 과학자들은 업그레이드된 VLA의 고감도 성능을 이용하고 있다.
그리고 여러 시간 동안의 관측으로부터 데이터가 오염되지 않도록 하는 혁신적인 데이터 환원 기술을 개발하였다.
그 결과 목성 대기의 구조와 역학에 대해 새로운 통찰을 얻을 수 있을만큼 세밀한 관측 데이터를 얻을 수 있게 되었다.

 

국립전파천문대 브라이언 버틀러(Bryan Butler)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 서로 다른 파장에서 보이는 목성지도를 그려내고, 이를 동시에 가시광선으로 촬영한 사진과 비교해 볼 수 있게 되었습니다."

 

작은 망원경을 이용해서도 볼 수 있는 목성의 낯익은 구조인 밝은 색의 지역과 어두운 색의 띠는 라디오파에서 나타나는 특징들과 잘 대응될 것으로 생각되어왔다.
그러나 이번에 새로 취득된 라디오파 데이터 상의 구조들은 가시광선으로 보이는 구조와 별 연관성이 없는 모습을 보여주고 있다.

 

전파 사진들은 과학자들이 목성의 대기에서 뜨거운 점들을 만들어내는 파동 패턴의 일부라고 생각하는 상승하는 가스다발의 증거를 보여주었다.

 

아마도 목성에서 가장 유명한 구조일 목성의 대적반 역시 전파 사진에서는 훨씬 더 작은 폭풍들과 유사하며 그 크기만 클 뿐이다.

 

이 새로운 데이터는 과학자들로 하여금 암모니아의 집중 양상을 보여주는 그래프를 구축할 수 있게 해주었다.
암모니아는 목성의 고도에 따라 다르게 나타나기 때문에 매우 중요하게 다뤄지는 구성성분이다.

드 페이터의 설명은 다음과 같다.
"전체적으로 VLA의 관측 데이터에는 목성 대기의 구조에 대한 풍부한 정보들이 존재합니다.
우리는 이 데이터와 향후 유사한 기술을 이용한 연구를 통해 상당히 많은 주요 문제들을 풀어낼 수 있게 되기를 희망하고 있습니다."

 

버틀러와 드 페이터는 호주 멜버른대학교 로버트 솔트(Robert Sault) 및 캘리포니아대학교 데이비드 드보어(David DeBoer), 마이클 웡(Michael Wong)과 함께 연구를 진행하였다.
이번 연구결과는 6월 3일 사이언스 지에 개재되었다.

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2016년 6월 2일자 
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/vla-jupiter-atmosphere

 

참고 : 목성대기의 다양한 풍경 등, 목성과 목성의 달에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
           https://big-crunch.tistory.com/12346946

 

원문>

2 June 2016

VLA Reveals New Information on Workings of Jupiter's Atmosphere

      
Observations with the National Science Foundation's Very Large Array (VLA) have given scientists an unprecedented look into the atmosphere of Jupiter, revealing that features seen in visible light at the planet's cloud surfaces have effects tens of kilometers downward.

The scientists used the VLA to study the dynamics of Jupiter's atmosphere from the visible cloud surfaces down to about 100 kilometers below the clouds.

"This region was previously unexplored," said Imke de Pater, of the University of California, Berkeley. "These observations give us important new information about the temperatures, pressures, and motions of gas at these levels of the atmosphere," she added.

The new images provide detail that was unavailable before. In order to make sensitive radio images, multi-antenna telescopes such as the VLA must gather the radio waves emitted by an object for a significant amount of time, like a time exposure in a camera. However, Jupiter rotates so swiftly, with a "day" of less than 10 hours, that a conventional radio image would be smeared in just a few minutes.

To overcome this obstacle, the researchers took advantage of the added sensitivity of the upgraded VLA, then developed an innovative data-reduction technique to "unsmear" the data from many hours of observing. The results showed a level of detail that provided new insights into the structure and dynamics of the giant planet's atmosphere.

"We were able to make maps of Jupiter as seen at different radio wavelengths, then compare these to visible-light images made at nearly the same times," said Bryan Butler, of the National Radio Astronomy Observatory.

Jupiter's familar light-colored zones and darker belts, visible even through small telescopes, were thought to be well-correlated to radio features, but the new radio images showed some similar structures unconnected to visible-light features. The radio images showed evidence of what the scientists think are rising plumes of gas that are part of the wave pattern that produces "hot spots' in the planet's atmosphere.

The Great Red Spot, perhaps the most famous feature on Jupiter, is also prominent, along with similar, smaller storms, in the radio images.

The new data allowed the scientists to construct graphs showing the concentrations of ammonia, an important constituent of Jupiter's atmosphere, as it changes with altitude.

"All told, there is a wealth of information about the structure of Jupiter's atmosphere in these new VLA images," de Pater said. "We hope to resolve a number of outstanding questions with these and future studies using similar techniques," she added.

Butler and de Pater worked with Robert Sault of the University of Melbourne, Australia, and David DeBoer and Michael Wong, of the University of California, Berkeley. The astronomers are reporting their results in the 3 June edition of the journal Science.

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.

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