해왕성의 사라지는 구름과 관련된 태양주기

천문학자들은 해왕성의 구름 풍부도 변화와 11년 태양 주기 사이의 연관성을 밝혀냈습니다. 11년 태양 주기에서는 태양의 얽힌 자기장의 밀리고 쇠퇴가 태양 활동을 주도합니다.

이 발견은 NASA의 허블 우주 망원경과 하와이의 WM Keck 천문대에서 포착한 30년 동안의 해왕성 관측과 캘리포니아의 Lick 천문대의 데이터를 기반으로 합니다.

해왕성과 태양 활동 사이의 연관성은 행성 과학자들에게 놀라운 일입니다. 왜냐하면 해왕성은 우리 태양계에서 가장 먼 주요 행성이고 지구가 받는 강도의 약 0.1%의 햇빛을 받기 때문입니다. 그러나 해왕성의 전 세계 구름낀 날씨는 각각 약 40년 동안 지속되는 지구의 사계절이 아니라 태양 활동에 의해 좌우되는 것 같습니다.

현재 해왕성의 구름 범위는 거대한 행성의 남극 위에 떠 있는 일부 구름을 제외하고는 매우 낮습니다. 캘리포니아대학교(UC) 버클리캠퍼스가 이끄는 천문학자 팀은 얼음 거인의 중위도 지역에서 일반적으로 볼 수 있는 풍부한 구름이 2019년부터 사라지기 시작했다는 사실을 발견했습니다.

UC 버클리 천문학과 명예교수이자 이번 연구의 수석저자인 임케 드 페이터(Imke de Pater)는 “해왕성에서 구름이 얼마나 빨리 사라지는지 보고 놀랐다”고 말했다. "우리는 본질적으로 몇 달 안에 클라우드 활동이 감소하는 것을 보았습니다."라고 그녀는 말했습니다.

"4년이 지난 지금도 지난 6월에 우리가 찍은 가장 최근의 이미지는 여전히 구름이 이전 수준으로 돌아오지 않았다는 것을 보여줍니다."라고 천체물리학 센터의 대학원생인 Erandi Chavez가 말했습니다. 매사추세츠 주 케임브리지에 거주하는 Harvard-Smithsonian(CfA)은 UC Berkeley에서 천문학 학부생이었을 때 연구를 이끌었습니다. "이것은 매우 흥미롭고 예상치 못한 일입니다. 특히 해왕성의 이전 낮은 구름 활동 기간이 그렇게 극적이고 오래 지속되지 않았기 때문에 특히 그렇습니다."

해왕성 출현의 진화를 모니터링하기 위해 Chavez와 그녀의 팀은 2002년부터 2022년까지 촬영한 Keck 천문대 이미지, 1994년부터 시작된 허블 우주 망원경 기록 관측, 2018년부터 2019년까지 캘리포니아 Lick 천문대에서 수집한 데이터를 분석했습니다.

최근 몇 년 동안 Twilight Zone 프로그램과 허블의 OPAL(Outer Planet Atmospheres Legacy) 프로그램의 일부로 촬영된 이미지로 Keck 관측이 보완되었습니다.

이 이미지는 해왕성의 구름 덮개의 계절적 변화와 태양 주기 사이의 흥미로운 패턴을 보여줍니다. 태양 주기는 태양의 자기장이 11년마다 뒤집어져서 실 뭉치처럼 더 엉키게 됩니다. 이는 흑점의 ​​수가 증가하고 태양 플레어 활동이 증가하는 것으로 분명합니다. 주기가 진행됨에 따라 태양의 격렬한 행동은 자기장이 아래로 내려와 극성이 바뀔 때까지 최대로 증가합니다. 그런 다음 태양은 최소값으로 다시 안정되어 또 다른 주기를 시작합니다.

태양에 폭풍우가 몰아칠 때, 더 강한 자외선(UV) 복사가 태양계에 넘쳐납니다. 연구팀은 태양 주기가 정점에 도달한 지 2년이 지나면 해왕성에 나타나는 구름의 수가 점점 더 많아진다는 사실을 발견했습니다. 연구팀은 또한 구름의 수와 햇빛에 반사되는 얼음 거인의 밝기 사이에 긍정적인 상관관계가 있음을 발견했습니다.

“이러한 놀라운 데이터는 해왕성의 구름 양이 태양의 주기와 상관관계가 있다는 가장 강력한 증거를 제공합니다.”라고 de Pater는 말했습니다. "우리의 발견은 태양의 자외선이 충분히 강할 때 해왕성 구름을 생성하는 광화학 반응을 유발할 수 있다는 이론을 뒷받침합니다."

과학자들은 해왕성 관측의 29년 동안 기록된 2.5주기의 구름 활동을 관찰하여 태양 주기와 해왕성의 흐린 날씨 패턴 사이의 연관성을 발견했습니다. 이 기간 동안 이 행성의 반사율은 2002년에 증가했다가 2007년에 어두워졌습니다. 해왕성은 2015년에 다시 밝아졌다가 2020년에 관측된 것 중 가장 낮은 수준으로 어두워졌습니다. 이때 대부분의 구름이 사라졌습니다.

태양에 의해 발생하는 해왕성의 밝기 변화는 지구상의 구름이 오고 가는 것과 상대적으로 동기화되어 오르락내리락하는 것처럼 보입니다. 그러나 태양 주기의 정점과 해왕성에서 보이는 풍부한 구름 사이에는 2년의 시차가 있습니다. 화학적 변화는 해왕성의 상층 대기에서 발생하고 구름을 형성하는 데 시간이 걸리는 광화학에 의해 발생합니다.