지구의 우리는 운 좋게도 지구의 자기권으로 보호되는 실행 가능한 분위기를 가지고 있습니다. 이 보호용 봉투가 없으면 태양에서 발산되는 유해한 방사선으로 인해 표면의 생명이 타격을받을 수 있습니다. 그러나 지구의 대기는 여전히 느리게 누출되고 있으며, 하루에 약 90 톤의 물질이 대기에서 빠져 나와 우주로 흘러 들어갑니다.
그리고 천문학 자들이 한동안이 누수를 조사해 왔지만 여전히 많은 답이 있습니다. 예를 들어, 우주로 잃어버린 재료의 양, 종류, 그리고 이것이 태양풍과 상호 작용하여 자기 환경에 어떤 영향을 미칩니 까? 지난 15 년 동안 지구의 자기 환경을 측정 해 온 일련의 4 개의 동일한 우주선 인 유럽 우주국 (European Space Agency)의 클러스터 프로젝트 (Cluster Project)의 목적이 그 목표였습니다.
대기와 태양풍의 상호 작용을 이해하려면 먼저 지구 자기장이 어떻게 작동하는지 이해해야합니다. 우선 지구의 내부에서 뻗어 나가고 (핵의 다이나모 효과의 결과로 여겨짐) 우주로 뻗어나갑니다. 우리의 자기장이 영향을 미치는이 공간 영역을 자기권이라고합니다.
이 자기권의 내부 부분은 플라즈마 구체 (plasmasphere)라고 불리우며, 도넛 모양의 영역으로 지구에서 약 20,000km 거리까지 연장되고 그것과 함께 회전합니다. 자기권은 또한 내부에 갇힌 하전 입자와 이온으로 침수되어 지역의 필드 라인을 따라 앞뒤로 튀어 나옵니다.
전방의 태양을 향한 가장자리에서, 자기권은 태양으로부터 우주로 흐르는 하전 입자의 흐름 인 태양풍을 만난다. 그들이 접촉하는 지점은“Bow Shock”로 알려져 있는데, 이것은 자기장 선이 태양 바람이 우리를지나 가면서 활 모양을 갖도록 강요하기 때문에 이름이 붙여졌습니다.
태양풍이 지구의 자기권을 지나갈 때, 그것은 행성 뒤에서 다시 모여서 자기장 꼬리를 형성합니다. 이것은 자기장에 갇힌 플라즈마 시트와 상호 작용하는 필드 라인을 포함하는 긴 튜브입니다. 이 보호막이 없다면, 지구의 대기는 수십억 년 전에 서서히 사라 졌을 것입니다.
말하자면, 지구의 자기장은 정확히 밀폐되어 있지 않습니다. 예를 들어, 지구의 극에서, 필드 라인이 열려 태양 광 입자가 들어 와서 자기권을 활기찬 입자로 채울 수 있습니다. 이 과정은 Aurora Borealis 및 Aurora Australis (일명 북극광 및 남빛)를 담당합니다.
동시에 지구의 상층 대기 (이온 권)의 입자는 같은 방식으로 탈출하여 극을 통과하여 우주로 손실 될 수 있습니다. 지구의 자기장과 다양한 입자와의 상호 작용을 통해 플라즈마가 형성되는 방법에 대해 많은 것을 배웠음에도 불구하고, 전체 과정에 대한 정보는 최근까지 명확하지 않았습니다.
Arnaud Masson으로서 ESA 보도 자료에 클러스터 사절단의 ESA 부 프로젝트 과학자는 다음과 같이 말했습니다.
“플라즈마 수송과 대기 손실에 관한 문제는 행성과 별과 관련이 있으며, 매우 흥미롭고 중요한 주제입니다. 지구에서 생명체가 어떻게 발전 할 수 있는지 이해하려면 대기 물질 탈출 방법을 이해하는 것이 중요합니다.. 지구 자기권에서 들어오고 나가는 물질 사이의 상호 작용은 현재 가장 화제가되고 있습니다. 이 물건은 정확히 어디에서 오는가? 우주 공간에 어떻게 들어갔습니까?“
대기권에 5 조 톤의 물질이 포함되어 있다고 가정하면 (5 x 10)15하루에 90 톤의 손실은 그다지 중요하지 않습니다. 그러나이 수치에는 정기적으로 첨가되는 "차가운 이온"질량은 포함되지 않습니다. 이 용어는 일반적으로 (산소 및 헬륨 이온과 함께) 정기적으로 자기권으로 손실되는 수소 이온을 설명하는 데 사용됩니다.
수소가 대기를 빠져 나가기 위해 더 적은 에너지를 필요로하기 때문에,이 수소가 플라즈마 구체의 일부가되면 생성 된 이온들도 에너지가 낮습니다. 결과적으로 과거에는 탐지하기가 매우 어려웠습니다. 또한 과학자들은 수십 년 동안 지구의 극지방에서 발생하고 자기권의 플라즈마를 보충하는 산소, 수소 및 헬륨 이온의 흐름에 대해서만 알고 있습니다.
이 전에 과학자들은 태양 입자만으로 지구의 자기권에서 플라즈마를 담당한다고 믿었습니다. 그러나 최근에는 다른 두 가지 소스가 플라즈마 영역에 기여한다는 것을 이해하게되었습니다. 첫 번째는 플라즈마 영역 내에서 자라며 자기권의 가장자리를 향해 바깥쪽으로 이동하는 다른 산발적 "플라즈마"이며, 다른 방향으로 오는 태양풍 플라즈마와 상호 작용합니다.
다른 출처? 전술 한 대기 누출. 이것이 풍부한 산소, 헬륨 및 수소 이온으로 구성되어 있지만 차가운 수소 이온이 가장 중요한 역할을하는 것으로 보입니다. 그것들은 우주로 잃어버린 상당한 양의 물질을 구성 할뿐만 아니라 자기 환경을 형성하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 또한 현재 지구를 공전하는 대부분의 위성은 클러스터가 수행 할 수있는 믹스에 추가되는 차가운 이온을 감지 할 수 없습니다.
2009 년과 2013 년에 클러스터 프로브는 지구의 자기권에 추가되는 다른 플라즈마 소스의 강도뿐만 아니라 강도를 특성화 할 수있었습니다. 차가운 이온 만 고려할 때 공간에서 손실되는 대기의 양은 연간 수천 톤에 이릅니다. 간단히 말해 양말을 잃는 것과 같습니다. 큰 문제는 아니지만 그들이 어디로 가고 있는지 알고 싶습니까?
이것은 클러스터 임무의 또 다른 초점 영역으로, 지난 10 년 반 동안 이러한 이온이 어떻게 손실되고 어떻게 발생하는지 등을 탐색하려고 시도해 왔습니다. ESA의 클러스터 미션 프로젝트 과학자 인 Philippe Escoubet은 다음과 같이 말합니다.
“본질적으로, 우리는 얼마나 차가운 플라즈마가 광 자극에서 끝나는 지 알아 내야합니다.. 이것에는 몇 가지 다른 측면이 있습니다. 우리는 그곳으로 운반하는 과정,이 과정이 역동적 인 태양풍과 자기권의 조건에 어떻게 의존하는지, 그리고 플라즈마가 처음부터 오는 곳을 알아야합니다.-이온 권, 플라즈마 권, 또는 다른 곳?“
이것을 이해하는 이유는 분명하다. 일반적으로 태양 플레어 형태의 고 에너지 입자는 우주 기반 기술에 위협이 될 수 있습니다. 또한, 일반적으로 우주 탐사와 관련하여 대기가 태양풍과 상호 작용하는 방식을 이해하는 것도 유용합니다. 태양계에서 자신의 행성을 넘어 생명을 찾기위한 현재의 노력을 고려하십시오. 인근 행성에 대한 수십 년의 미션이 우리에게 가르쳐 준 것이 있다면, 행성의 대기와 자기 환경이 거주 성을 결정하는 데 중요하다는 것입니다.
지구와 가까운 곳에는 두 가지 예가 있습니다. 화성 : 대기가 얇고 너무 차갑습니다. 대기가 너무 짙고 너무 뜨거운 금성. 외부 태양계에서 토성의 위성 타이탄은 주로 특이한 대기 때문에 우리에게 계속 호기심을 느낍니다. 지구가 아닌 질소가 풍부한 대기권을 가진 유일한 기관으로서, 물 대신에 석유 화학 물질이 있더라도 표면과 대기 사이에서 액체 이동이 일어나는 유일한 행성이기도합니다.
또한 NASA의 Juno 임무는 향후 2 년 동안 목성의 자기장과 대기를 탐험하는 데 사용될 것입니다. 이 정보는 태양계의 가장 큰 행성에 관해 많은 정보를 제공 할 것이지만, 또한 태양계의 역사 행성 형성에 대해 약간의 정보를 알려줄 것으로 기대됩니다.
지난 15 년 동안, 클러스터는 천문학 자들에게 지구의 대기가 태양풍과 상호 작용하는 방식에 대해 많은 것을 이야기 해 왔으며, 우리가 이해하기 시작한 자기장 현상을 탐구하는 데 도움을주었습니다. 그리고 더 많은 것을 배워야하지만, 과학자들은 지금까지 발견 된 것이 클러스터와 같은 임무 없이는 불가능했을 것이라는 데 동의합니다.
