태양 자기장이 곧 뒤집힐 예정

 (space.com)
2P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • 태양의 자기장 극성 반전은 약 11년 태양 주기에서 극대기의 중간을 알리는 사건이며, 이후 활동은 극소기 쪽으로 이동하기 시작함
  • 현재 태양 극대기는 2024년 말~2026년 초 사이로 예상되며, 이 시기 태양 자기장은 북극·남극 구분이 흐려질 만큼 복잡해짐
  • 반전은 흑점과 활동 영역의 자기장이 극지방으로 이동하며 진행되지만, 왜 이것이 전체 극성 전환으로 이어지는지는 아직 완전히 설명되지 않음
  • 자기장 반전은 한순간에 일어나지 않고 보통 1~2년에 걸쳐 진행되며, 태양 주기 24의 북극 자기장은 거의 5년이 걸렸음
  • 이번 변화는 종말적 사건이 아니며, 강한 우주 날씨와 함께 나타날 수 있지만 직접 원인은 아니고 은하 우주선 차폐에는 도움이 될 수 있음

태양 주기에서 자기장 반전이 갖는 위치

  • 태양은 곧 자기장 반전이라는 중요한 전환점을 맞이함
  • 이 반전은 약 11년짜리 태양 주기에서 중요한 단계임
    • 극성 변화는 태양이 태양 극대기의 중간에 도달했음을 나타냄
    • 이후 태양 활동은 태양 극소기로 향하는 전환을 시작함
  • 태양 자기장은 2013년 말에 마지막으로 뒤집힘
  • 현재 예측상 태양 극대기는 2024년 말부터 2026년 초 사이에 발생할 것으로 예상됨

11년 태양 주기와 22년 Hale 주기

  • 태양 활동의 약 11년 주기는 태양 자기장이 이끌며, 태양 표면의 흑점 빈도와 강도로 측정됨
  • 더 긴 자기 주기로는 약 22년짜리 Hale 주기가 있음
    • 이 기간 동안 태양 자기장은 한 번 뒤집힌 뒤 원래 상태로 돌아옴
  • 태양 극소기에는 자기장이 지구처럼 북극 하나와 남극 하나를 가진 쌍극자에 가까움
  • 극대기로 갈수록 자기장은 명확한 북극·남극 분리가 없는 복잡한 상태가 됨
  • 극대기가 지나 극소기에 도달하면 태양은 다시 쌍극자 상태로 돌아오지만, 극성은 반전된 상태가 됨

이번 반전의 방향

  • 다가오는 극성 변화는 북반구에서 북쪽 자기장이 남쪽 자기장으로, 남반구에서는 반대로 바뀌는 형태임
  • 이 변화 뒤 태양의 자기 방향은 지구와 비슷해짐
    • 지구도 북반구에 남쪽을 향하는 자기장을 가지고 있음

흑점과 활동 영역이 반전을 이끄는 방식

  • 반전은 태양 표면의 복잡한 자기 활동 영역인 흑점에 의해 구동됨
  • 흑점은 태양 플레어와 코로나 질량 방출(CME) 같은 큰 태양 사건을 촉발할 수 있음
  • 태양 적도 가까이에 나타나는 흑점은 기존 자기장 방향과 일치함
  • 극지방에 더 가깝게 형성되는 흑점은 새로 들어오는 자기 방향과 일치함
    • 이 규칙은 Hale의 법칙으로 불림
  • 활동 영역에서 나온 자기장은 극지방으로 이동하고, 결국 반전을 일으킴

아직 풀리지 않은 메커니즘

  • 극성 반전을 일으키는 정확한 이유는 아직 알려져 있지 않음
  • Stanford University의 태양물리학자 Phil Scherrer는 태양 주기 전체를 설명하는 자기일관적 수학 모델이 아직 없다고 봄
  • 핵심 질문은 자기장이 어디에서 오는지와 연결됨
    • 흑점이 많이 생길지
    • 흑점이 극지방 자기장에 기여할지
    • 흑점의 영향이 국소적으로 상쇄될지
  • Todd Hoeksema도 이 질문에 아직 답하는 방법을 모른다고 봄

반전은 순간이 아니라 긴 전환

  • 태양 자기장 반전에는 특정한 “순간”이 없음
  • 전환은 전체 11년 태양 주기 동안 진행되는 점진적 변화임
    • 쌍극자 상태에서 복잡한 자기장 상태로 바뀜
    • 이후 반전된 쌍극자 상태로 돌아감
  • 일반적으로 완전한 반전에는 1~2년이 걸림
  • 기간은 크게 달라질 수 있음
    • National Solar Observatory에 따르면 2019년 12월 끝난 태양 주기 24의 북극 자기장은 반전에 거의 5년이 걸림
  • 변화가 매우 점진적이어서 지구에서 반전 순간을 체감하기는 어려움
  • 이 현상은 종말의 신호가 아님

지구와 우주 날씨에 미치는 영향

  • 최근 태양은 강력한 태양 플레어와 CME를 여러 차례 방출할 만큼 매우 활동적이었음
  • 이 활동은 지구에서 강한 지자기 폭풍을 일으켰고, 인상적인 오로라로 이어짐
  • 다만 우주 날씨의 강도가 높아지는 것이 자기장 반전의 직접 원인은 아님
    • 두 현상은 함께 나타나는 경향이 있음
  • 우주 날씨는 보통 태양 극대기에 가장 강함
    • 이때 태양 자기장도 가장 복잡한 상태임

은하 우주선 차폐 효과

  • 자기장 변화에는 작지만 대체로 유익한 부작용도 있음
  • 변화는 지구를 은하 우주선으로부터 더 잘 보호하는 데 도움을 줄 수 있음
    • 은하 우주선은 거의 빛의 속도로 이동하는 고에너지 아원자 입자임
    • 우주선은 우주선을 손상시키고, 지구 대기권 보호 밖의 궤도 우주비행사에게 해를 줄 수 있음
  • 태양 자기장이 변하면 태양 적도에서 바깥쪽으로 수십억 마일 뻗는 전류판이 매우 물결치는 형태가 됨
  • 이렇게 휘어진 전류판은 은하 우주선에 대해 더 나은 장벽 역할을 함

다음 태양 주기 강도 예측

  • 과학자들은 태양 자기장 반전이 얼마나 걸리는지와 쌍극자 구조로 얼마나 빨리 회복되는지를 지켜볼 예정임
  • 자기장이 앞으로 몇 년 안에 쌍극자 상태로 돌아오면 다음 11년 주기는 비교적 활동적일 것으로 예상됨
  • 회복이 느리면 다음 주기는 이전 태양 주기 24처럼 비교적 약할 것으로 예상됨

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들
  • 흥미롭게도 이 현상은 11년마다 일어나고, 그 두 배인 22년짜리 Hale cycle이라는 더 긴 주기도 있음
    태양 자기장은 대체로 지구와 극 방향이 맞는 쌍극자 상태에서, 반대 방향이면서 훨씬 불규칙한 자기장 방향으로 바뀜
    지구에 직접 어떤 영향을 주는지는 별로 못 봤고, 기존에 알던 건 흑점이 때때로 지구 방향의 코로나 질량 방출을 만든다는 정도임. 최근에도 그 영향으로 몇 가지 일이 있었던 것 같지만 아주 심각하진 않았음
    • 이게 11년 흑점 주기와 관련된 건가, 아니면 그냥 우연인가?
    • 내가 이해하기로 Hale cycle은 두 번의 180° 뒤집힘으로 완성되는 360° 뒤집힘임
      즉 11년 주기는 대체로 쌍극자 상태에서 불규칙해졌다가 다시 쌍극자 상태로 돌아오지만, 이번에는 자기 북극이 반대 방향을 가리킴. 다음 11년 주기에서 자기 북극이 다시 원래 “위쪽”을 가리키게 됨
    • 주로 구름 형성에 영향을 줌
      https://home.web.cern.ch/news/news/physics/cloud-discovers-n...
  • 덜 이야기되는 더 흥미로운 장기 추세가 있는데, 최근 몇 번의 태양 주기는 전반적으로 강도가 낮았음. 최대기에도 활동이나 흑점이 적었음
    http://solen.info/solar/images/comparison_recent_cycles.png
    이 차트가 더 과거까지 보여줬다면 더 큰 주기가 있는지 볼 수 있었을 텐데 아쉬움. 얼핏 보면 이번 주기는 직전 주기보다 약간 반등한 것처럼 보임
    • 몇 년 전 태양이 Grand Solar Minimum 주기에 들어가고 있으며 Maunder minimum과 비슷해서 전지구 냉각 같은 결과가 있을 수 있다는 글들을 읽은 기억이 있음
      그 뒤로 추가 연구나 추측이 더 있었는지는 잘 모르겠음
    • 같은 사이트에 관측된 모든 주기를 모아둔 차트가 있음
      http://www.solen.info/solar/cycles1_to_present.html
  • 이전 HN 스레드 기준으로는 한 달 전에 Carrington event급이 올 차례라고 생각했음 (https://news.ycombinator.com/item?id=40321821)
    이번 천문학적 자기 현상도 우리가 아는 기술 문명에 위협이 될까?
    • 그럴 수도 있음. Carrington event는 지난달 사건보다 2~4배 강했지만, 반대로 지금의 전기 시스템은 예전보다 훨씬 더 회복력이 좋아 보임
  • 원문을 읽어도 잘 파악이 안 되는데, 이게 지금 태양이 solar maximum에 있다는 뜻인가? 그리고 오로라가 더 자주, 더 강하게 나타날 수 있다는 뜻이기도 한가?
  • 이건 하루 만에 일어나는 게 아니라 점진적으로 5년에 걸쳐 진행됨
    • 하지만 그렇게 쓰면 클릭을 많이 못 벌지…
  • “자기장 변화의 부작용 하나는 작지만 대체로 유익하다. 지구를 은하 우주선으로부터 보호하는 데 도움이 될 수 있다. 은하 우주선은 거의 빛의 속도로 이동하는 고에너지 아원자 입자로, 우주선을 손상시키고 지구 보호 대기권 밖 궤도 우주비행사에게 해를 줄 수 있다.”
    이 내용이 광고와 군더더기 뒤, 기사 끝에서 세 문장 앞에 묻혀 있었음. 성격 급한 사람한텐 힘든 구성임
    • 왜 그럴까? 태양의 극이 지구의 극과 정렬되어서 지구 자기장을 보완하기 때문인가?
      자기극은 계속 회전하는 것으로 보이고 [1], 때로는 회전축 극과 맞고 때로는 맞지 않으며, “뒤집힘” 이벤트는 적도를 천천히 매끄럽게 지나가는 과정에 붙인 이진 분류처럼 보임
      좀 민망하지만 예전에는 변화율이 꽤 급격히 바뀌는 계단식 현상이라고 생각했음
      [1] https://www.stce.be/news/211/welcome.html
    • 그런데 흥미로운 질문이긴 함. 내가 사는 미국 지역에 최근 자외선 경보가 많았던 것과 관련이 있을까?
  • 몇 년 전 러시아 과학자가 쓴 것 같은 획기적인 백서를 읽은 기억이 있음. 꽤 설득력 있게, 태양 깊은 곳의 주기 하나와 얕은 곳의 주기 하나, 이렇게 두 주기가 작동한다고 주장했음
    두 주기가 둘 다 최대이거나 둘 다 최소일 때 태양 활동의 극단값이 설명된다는 내용이었음
    • 그건 아마 Gnevishev, M. N.; Ohl, A. I. (1948)의 “On the 22-year cycle of solar activity” 같음. 76년 전 러시아 저널 Astronomicheskii Zhurnal에 처음 실렸음
  • 우리는 정말 많은 걸 알지만 동시에 너무 적게 앎. 기사에도 수학적으로 모델이 없다고 되어 있으니, 연구자와 학계가 아직 이 현상을 진정으로 이해한다고 하긴 어려움
    기후 변화와 그 과제도 마찬가지고, 비슷한 성격의 여러 분야에서도 모델이 불완전하거나 어떤 과정의 진짜 이해에 필요한 큰 데이터 조각들이 아예 빠져 있는 경우가 있음
    • 물리학에서는 흔한 일임. 어떤 주제를 아주 많이 연구했고, 이론도 만들고, 미래 행동을 매우 정밀하게 예측하는 모델도 만들 수 있지만, 충분히 강하게 또는 충분히 정밀하게 찔러볼 수 없어서 근본 메커니즘은 확정되지 않은 채로 남을 수 있음
  • 그래서… 사거리는 얼마나 되고, 어떻게 변조하면 됨?
    • 사거리는 굉장하겠지만, 내 땅에 11광년짜리 쌍극자 안테나를 설치하겠다는 계획에 시가 꽤 크게 반발했음
      요즘 아마추어 무선사로 살기 참 힘듦…
    • 생각해보게 됨. 다른 별들도 이런 현상을 할 것 같음. 자기 극성을 성간 거리에서도 감지할 수 있을까? 이런 방식으로 별을 대상으로 새로운 천문학을 할 수 있을까?
      자기장 뒤집힘 주기가 그 별에 대해, 다른 방법으로는 알아내기 어려운 무언가를 알려줄 수 있을까?
  • 물리 법칙이 단순한 성질을 거대한 규모로 복제하는 방식이 너무 신기함
    • 그렇다면 사람들이 왜 극 이동이 기후에 미치는 영향을 받아들이기 어려워하는지도 궁금해짐
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