‘청록 망토’ 휘감은 포세이돈?…제임스웹, 해왕성 오로라 첫 관측 [아하! 우주]

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수정 2025-03-27 17:57

입력 2025-03-27 16:16

미국항공우주국(NASA) 제임스웹 우주망원경(JWST)으로 포착한 해왕성의 오로라가 청록색으로 빛나고 있다. 출처=NASA

그리스·로마 신화 속 바다의 신 포세이돈은 밝은 청록색 망토라도 휘감았던 것일까. 이 신화 속 존재에서 유래한 해왕성에서 ‘밝게 빛나는 오로라’가 사상 처음으로 포착됐다.

미국과 영국 공동 연구진은 미국항공우주국(NASA)의 제임스웹 우주망원경(JWST)을 사용해 해왕성의 오로라 활동을 관측하는 데 성공했다고 국제학술지 네이처천문학(Nature Astronomy) 26일 자에 발표했다.오로라는 태양에서 날아드는 고에너지 입자가 행성의 자기장에 갇혀 상층 대기 입자와 충돌해 빛을 내는 현상이다. 따라서 자기장과 대기가 있는 행성에서만 오로라가 나타난다. 태양계에서는 지구 외에도 화성과 목성, 토성, 천왕성, 해왕성에서 오로라가 발생한다. 다만 자전 속도가 매우 느린 수성과 금성은 자기장이 너무 약하거나 거의 없어 오로라가 생기지 않는다.

천문학자들이 미국항공우주국(NASA) 제임스웹 우주망원경(JWST)의 근적외선 분광기 엔아이알스펙(NIRSpec)을 사용해 해왕성의 오로라를 처음으로 관측했다. 왼쪽은 기존 허블 우주망원경이 찍은 해왕성이고 오른쪽은 이 사진에 JWST의 관측 데이터를 입힌 것이다. 청록색 부분이 오로라를 나타낸다. AP 연합뉴스

과학자들은 1989년 NASA 우주 탐사선 보이저 2호가 보내온 정보를 바탕으로 해왕성에도 오로라가 있다고 추정했지만 이전까지는 적절한 관측 장비가 없었다.

연구를 이끈 헨릭 멜린 영국 노섬브리아대 교수는 “해왕성의 오로라 관측은 JWST의 근적외선 분광기 덕에 가능했다”면서 “오로라 관측뿐 아니라 이미지의 선명함과 세부적 특징에 정말 놀랐다”고 말했다.

연구진은 엔아이알스펙(NIRSpec)이란 이 분광기로 해왕성의 상층 대기인 전리층에 대한 자세한 이미지를 촬영했다. 여기서 삼중수소 양이온(H₃⁺) 방출 현상을 관측해 오로라를 확인했다. 이 현상은 목성과 토성, 천왕성 같은 가스 행성에서 오로라 출현을 확인하는 신호다. 오로라는 항상 가시광선으로 빛나는 것이 아니다. 천왕성과 해왕성에선 주로 적외선과 자외선, 목성과 토성에서는 대부분 자외선으로 나타난다.

특히 해왕성의 오로라는 다른 행성처럼 극 지역이 아니라 중위도에서 발생한다. 이는 이 행성의 자기장 특성 때문이다. 오로라는 보통 자기장이 행성 대기를 향해 수렴하는 자기극을 중심으로 나타나며, 해왕성의 자기극은 기울기가 28도인 자전축에서 47도 더 기울어져 있다.

연구진은 JWST 덕분에 해왕성 온도도 측정했으며 과거 보이저 2호 관측 때보다 수백도 낮아진 사실도 확인했다.

연구 공동 저자인 제임스 오도노휴 영국 레딩대 교수는 뉴욕타임스(NYT)에 “해왕성 오로라는 우리가 예상했던 밝기의 1%도 안 된다”고 설명했다.

이는 오로라 관측이 왜 어려운지도 시사한다. 일반적으로 온도가 높을수록 더 많은 에너지를 가진 입자와 충돌하기에 오로라는 더 밝아진다. 온도가 낮으면 오로라도 약해진다는 의미다.

연구진은 앞으로도 JWST를 사용해 해왕성을 연구해갈 계획이다. 또 다른 연구 저자인 리 플레처 레스터대 교수는 “마침내 태양계에서 가장 이상한 이 행성의 상층 대기에 대한 창이 열렸다”며 추가 연구에 기대감을 표했다.

윤태희 기자