아디티야-L1과 프로바-3, 두 차례 태양 분출 관측…서로 다른 에너지 양상 밝혀

두 차례 분출, 크게 다른 에너지 양상

2025년 9월 14일과 16일 관측된 두 차례의 태양 분출은 벵갈루루의 과학자들과 국제 공동연구진이 태양에서 빠져나오는 물질의 에너지가 운동, 열, 자기장에 어떻게 나뉘는지 자세히 살펴보는 계기가 됐다. 더 빠른 분출은 초속 약 645킬로미터로 이동했다. 더 느린 분출은 초속 약 145킬로미터로 움직였지만 초기 팽창은 더 강했고, 열로 저장되는 에너지 비중도 커졌다.

연구진은 인도의 아디티야-L1과 유럽우주국의 프로바-3에서 동시에 얻은 관측 자료를 결합했다. 두 탐사선의 장비는 태양 가까이의 거의 같은 영역을 관측했지만, 서로 다른 정보를 수집했다. 한 장비는 뜨거운 기체에서 나오는 빛의 스펙트럼을 측정했고, 다른 장비는 분출의 형태와 움직임을 보여주는 영상을 촬영했다.

인도천체물리학연구소(IIA) 과학자들은 유럽과 미국의 태양물리학자들과 함께 상호 보완적인 측정 자료를 활용해 분출 물질의 질량과 밀도, 에너지를 추산했다. 공동 코로나그래프 관측 연구는 《천문학 및 천체물리학》(Astronomy & Astrophysics)에 게재 승인됐으며, 두 장비가 코로나질량방출을 동시에 관측한 첫 사례를 소개한다.

코로나질량방출(CME)은 코로나라고 불리는 태양 외부 대기에서 플라스마와 자기장이 분출되는 현상이다. 플라스마는 전자가 원자에서 분리된 기체다. 태양 가까이에서 이 물질에 어떤 일이 일어나는지 이해하면, 분출이 우주 공간을 이동하면서 어떻게 발달하는지 설명하는 데 도움이 된다.

두 현상은 비교에 유용한 사례였다. 더 빠른 CME는 느린 CME보다 약 4.4배 빠르게 이동했지만, 차이는 속도에 그치지 않았다. 밀도와 에너지의 변화는 뜨거운 기체를 촬영한 영상과 측정 자료를 함께 활용할 때 얻을 수 있는 가치를 보여줬다.

두 장비가 관측 영역을 공유하는 방식

아디티야-L1의 가시광 방출선 코로나그래프(VELC)는 태양 중심에서 약 1.05~1.5 태양 반지름 떨어진 코로나를 관측한다. 프로바-3의 태양 코로나 편광·영상 관측 우주선(ASPIICS)은 약 1.1~3 태양 반지름 영역을 관측한다.

태양 반지름은 태양 중심에서 눈에 보이는 표면까지의 거리다. 따라서 두 장비는 표면 바로 위인 약 1.1~1.5 태양 반지름 영역에서 관측 범위가 겹친다. 이 중첩 영역 덕분에 연구자들은 분출이 시작점 가까이에 있을 때 동일한 현상에 대한 측정값을 비교할 수 있다.

코로나그래프는 태양의 밝은 원반을 가려 주변의 훨씬 희미한 코로나를 볼 수 있게 한다. 프로바-3은 약 150미터 간격으로 비행하는 두 우주선을 이용해 이를 구현한다. 한 우주선이 다른 우주선에 그림자를 드리워 관측 장비에 인공 일식을 만들어낸다.

인도우주연구기구(ISRO)와 협력해 IIA가 개발한 VELC는 분광 관측 자료를 제공한다. 분광법은 빛을 파장별로 나눠 과학자들이 뜨거운 물질에서 나오는 특정 신호를 살펴볼 수 있게 한다. ASPIICS는 백색광과 코로나의 녹색 방출선을 촬영한 영상을 제공한다.

초기 단계를 측정하기 어려운 이유

희미하게 빠져나오는 물질을 태양의 눈부신 원반 가까이에서 관측해야 하기 때문에 내측 코로나는 분출의 움직임을 추적하기 어려운 영역이다. 과거 우주 관측 장비는 희미한 CME의 초기 발달 과정을 추적하는 데 한계가 있어, 에너지 변화 측정에 공백이 있었다.

ISRO는 2026년 10월 16일 발표한 성명에서 두 장비를 결합해 관측하는 가치에 대해 설명했다. VELC는 분광 자료를, ASPIICS는 코로나의 거의 같은 부분을 촬영한 영상을 제공했다고 밝혔다.

이번 공동 관측은 단일 우주선의 관측만으로는 얻을 수 없는 CME 진화에 대한 더 깊은 통찰을 제공합니다.

연구진은 2025년 7월부터 12월까지의 관측 자료를 살펴봤다. 이 기간 두 장비가 동시에 기록한 CME는 9월 14일과 16일의 두 차례뿐이었다. VELC는 두 현상을 모두 초기 단계부터 포착해 ASPIICS 영상과 상호 보완되는 측정 자료를 제공했다.

영상과 스펙트럼이 각각 보여주는 것

ASPIICS 백색광 관측 자료를 통해 연구진은 분출의 질량과 부피, 수밀도를 추산할 수 있었다. 수밀도는 주어진 부피 안에 입자가 얼마나 있는지를 나타낸다. 분출이 상승하는 동안 이 값들이 어떻게 변하는지 추적하면 물질이 퍼지면서 희박해지는지 확인할 수 있다.

영상은 CME의 형태와 움직임도 추산할 수 있게 했다. 이 측정값은 움직이는 물질이 지닌 에너지인 운동에너지를 계산하는 데 활용됐다. 질량과 속도가 모두 중요하다. 같은 속도라면 질량이 큰 분출이 더 많은 운동에너지를 지니며, 속도가 높아질수록 운동에너지는 특히 크게 증가한다.

VELC는 5303옹스트롬 파장의 녹색 철 방출선인 Fe XIV를 관측했다. 이 신호는 약 200만 도의 기체에서 나온다. 스펙트럼을 분석하면 전자 수밀도와 열에너지, 분출의 가로 폭을 독립적으로 추산할 수 있다. 가로 폭은 관측 방향을 기준으로 한 분출의 너비를 뜻한다.

이 장비는 관측된 빛에 기여하는 뜨거운 물질의 양과 밀도에 관련된 값인 방출량도 측정했다. 연구자들은 방출 영역에 관한 가정을 바탕으로 이 값을 활용해 플라스마의 물리적 특성을 추산한다.

관측 방식과 기하학적 가정, 물리량 계산법은 서로 달랐지만 ASPIICS와 VELC에서 도출한 질량 및 열에너지 추정치는 잘 일치했다. 서로 독립적인 방법의 결과가 일치하면 직접 측정하기 어려운 물리량을 검증하는 데 도움이 된다.

더 빠른 분출은 열에너지가 상대적으로 적었다

9월 14일의 CME는 초속 약 645킬로미터로 이동했다. 운동에너지와 추정 자기 에너지는 비슷한 수준이었고, 열에너지는 훨씬 적었다. 열에너지는 분출 전체의 움직임이 아니라 기체 안에서 입자들이 움직이는 데 따른 에너지를 말한다.

연구 논문에 따르면 열에너지는 운동에너지보다 거의 두 자릿수 규모, 즉 약 100분의 1 수준으로 작았다. 연구 결과를 소개한 공개 자료에서는 전체 에너지의 약 1%라고 설명했다. 논문에서 구체적으로 비교한 값은 열에너지와 운동에너지다.

관측된 초기 발달 과정에서 이 분출의 열에너지 비중은 상대적으로 작았으며, 이는 플라스마가 제한적으로 가열됐음을 보여준다. 열보다 바깥쪽으로 움직이는 운동과 자기장에 훨씬 많은 에너지가 실려 있었다.

더 느린 분출은 더 강하게 팽창했다

9월 16일의 CME는 초속 약 145킬로미터로 이동했다. 이 분출의 밀도는 9월 14일 현상보다 높이에 따라 더 가파르게 감소했으며, 이는 초기 팽창이 더 강했음을 보여준다. 물질이 더 넓은 공간을 차지하면서 단위 부피 안의 입자 수는 줄어들었다.

팽창과 바깥쪽 이동 속도는 분출의 서로 다른 특성을 설명한다. CME는 태양에서 멀어지는 속도가 더 느리면서도 더 강하게 퍼져 나갈 수 있다. 두 값을 모두 측정하면 하나의 속도만으로 설명하는 대신 구름의 변화 과정을 파악할 수 있다.

더 느린 분출은 에너지 양상도 달랐다. 열에너지가 증가해 운동에너지와 비슷한 수준에 이르렀다. 이 사례에서는 관측 기간에 열이 측정된 에너지 수지에서 상당한 비중을 차지하게 됐다.

두 CME 모두 관측된 높이에서 추정 자기 에너지는 운동에너지와 비슷하거나 더 컸다. 자기 에너지는 분출 물질이 지닌 자기장과 관련된 에너지다. 연구진은 관측된 CME의 특성과 물리적으로 타당한 가정을 활용해 자기 에너지를 계산했으며, 그 가정은 관측 자료로 제약했다.

이 비교는 여러 특성을 함께 측정하는 것이 중요하다는 점을 보여준다. 두 현상은 속도부터 달랐지만, 밀도와 열에너지 측정으로 추가적인 차이도 드러났다. 더 느린 분출이 더 강하게 팽창했고, 움직임에 견줘 열에너지 비중도 훨씬 커졌다.

탐사선 발사부터 공동 관측까지

두 탐사선은 서로 다른 방식으로 태양을 관측하지만 모두 인도 발사체를 타고 우주로 향했다. 아디티야-L1은 인도의 첫 전용 태양 관측 임무다. 프로바-3은 두 우주선의 정밀 비행으로 관측 환경을 조성하는 유럽 임무다.

• 2023년 9월 2일: 아디티야-L1이 PSLV-C57에 실려 발사됐다.
• 2024년 1월 6일: 아디티야-L1이 태양과 지구의 L1 지점 주변 헤일로 궤도에 진입해 태양을 연속 관측할 수 있게 됐다.
• 2024년 12월 5일: 프로바-3이 스리하리코타에서 PSLV-XL에 실려 발사됐다.
• 2025년 7~12월: 연구진은 두 차례의 동시 CME 관측 사례를 확인한 관측 기간의 자료를 살펴봤다.
• 2025년 9월 14일과 16일: VELC와 ASPIICS가 연구에서 분석한 분출을 관측했다.
• 2026년 10월 16일: ISRO가 공동 연구 결과를 설명하는 성명을 발표했다.

공동 관측 영역은 두 임무를 과학적으로 연결한다. VELC는 태양 가까이의 뜨거운 플라스마 정보를 제공하고, ASPIICS는 겹치는 영역을 촬영하는 동시에 더 먼 코로나까지 관측한다.

태양 기상 이해에 미치는 의미

CME는 태양물리학을 넘어 중요한 의미가 있다. 지구 방향으로 향하는 분출은 지자기 폭풍을 일으킬 수 있기 때문이다. 이런 교란은 위성, 항법, 통신에 영향을 줄 수 있다. 따라서 연구자들은 분출이 더 넓은 우주 환경에 도달하기 전에 그 특성이 어떻게 발달하는지 알아야 한다.

이번 연구는 관측하기 어려웠던 초기 단계의 측정 자료를 보탰다. 질량과 밀도, 팽창, 여러 형태의 에너지를 하나의 분석에 담고, 서로 다른 방법을 사용하는 장비에서 독립적으로 추정한 값도 함께 제시했다. 이를 통해 과학자들은 CME 발달 과정을 설명하는 가설을 검증할 자료를 더 많이 확보했다.

두 현상은 태양 가까이에서 서로 다른 에너지 변화 과정을 보여주는 구체적인 사례이기도 하다. 한 분출은 빠르고 열에너지가 상대적으로 적었으며, 다른 분출은 더 느리고 강하게 팽창했고 열에너지가 운동에너지와 비슷한 수준까지 증가했다. 분출 모델은 이런 차이를 반영해야 한다.

이번 연구는 두 CME와 초기 진화 과정에 초점을 맞췄다. 연구 결과를 예보에 적용할 날짜나 운영 중인 예보 서비스에 관한 발표는 없었다. 이번 연구의 직접적인 성과는 태양 분출이 에너지를 얻고 재분배하는 과정을 살펴볼 수 있는 측정 자료를 더 포괄적으로 마련한 것이다.

핵심 내용

• 아디티야-L1과 프로바-3은 2025년 9월 14일과 16일 같은 두 차례의 태양 분출을 기록했다.
• 두 분출은 각각 초속 약 645킬로미터와 145킬로미터로 이동했다.
• VELC 분광 관측과 ASPIICS 영상은 태양 가까이의 물질에 대한 상호 보완적인 측정 자료를 제공했다.
• 연구 논문에 따르면 더 빠른 CME의 열에너지는 운동에너지의 약 100분의 1이었다.
• 더 느린 CME는 더 강하게 팽창했고, 열에너지가 운동에너지와 비슷한 수준까지 증가했다.
• 두 현상 모두 추정 자기 에너지가 운동에너지와 비슷하거나 더 컸다.
• 이번 연구 결과는 태양 분출의 가장 초기 단계를 이해하는 데 필요한 새로운 측정 자료를 제공한다.