일반지구과학및 실습

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일반지구과학및 실습 II

3 주 차 : 하 나 의 별 , 태 양

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2. 태양 대기

태양 표면에 전달된 에너지는 어떻게

우리에게 전달되는가?

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2 . 1 광 구

• 대부분의 태양에너지가 우주공간으로 빠져나오는 층

• 두께: 수백 km

• 온도: 5780 K

• 쌀알무늬: 브라질 정도 크기의 쌀알무늬가 광구를 덮고 있다

• 흑점: 광구에서 아주 극적인 모습을 보이는 현상

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흑 점

• 크기가 지구의 여러 개를 덮을 수 있다

• 밝기는 주변보다 2000K 정도 더 차갑다

• 대부분의 흑점은 며칠 정도 관측가능하고, 다른 흑점들은 수주 또는 수개월 유지한다

• 흑점은 중심에 어두운 본영(Umbra)이 있고, 반영(Penumbra)는 본영 주변을 감싸고 있다

• 반영은 방사적으로 뻗어있는 필라멘트로 구성된다

• 물질들은 필라멘트를 따라 바깥쪽으로 흘러갔다가 본영 바로 위에서 아래로

들어간다

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흑 점 군

• 흑점군 AR2192

• 2014년 10월 태양에서 발생

• 목성크기

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• 갈릴레오는 1613년 6월 23일에 흑점을 관측하여 스케치했다

갈 릴 레 오 의 흑 점 관 측

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• 태양흑점수는 약 11년의 주기로 커졌다 작아졌다 한다

• 개별적인 주기는 8년에서 14년까지 변화한다)

흑 점 수

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• 태양은 17세기 후반 비활동기를 지내왔다

• 마운더 극소기 (Maunder minimum): 1645-1715년동안 아주 작은 수의 흑점이 관측되었다

• 이 기간은 기후변화주기와 일치하는데 소빙하기라 부른다

태 양 흑 점 수

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• 방사성탄소측정 분석결과

• 마운더 극소기는 200년마다 반복되고 있다

흑 점 주 기

4000년 동안의 태양활동

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• 태양흑점은 태양표면에서 무작위로 나타나지는 않지만, 위도 10도와 30도사이의 2개 띠에 집중되어 있다

• 각 태양 싸이클의 시작점에서 태양흑점은 고위도 지역에서 나타난다

• 띠는 적도에 근접해서 움직이다가 적도근체에서 흐지부지 된다

• 새로운 싸이클에서 흑정은 고위도에서 다시 나타난다

태 양 내 부 의 특 징

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• 태양흑점은 강한 자기장과 관계있다

• 흑점이 쌍으로 나타나는데, 이들은 서로 반대의 극성을 지니고 있다

흑 점 과 자 기 장

흑점싸이클의 극대기인 2000년 2월 28일의 SOHO 연속선관측결과(왼쪽) 과 자력계 관측결과

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• 본영과 반영에서의 자기력선 밀도가 다름

• 자기력선을 따라 흘러가는

물질의 밀도가 커지면 온도가 내려감

흑 점 과 자 기 장

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• 주어진 흑점싸이클동안에, 각 흑점군에 있는 흑점들은 북반구에서는 같은 극성을 지니고 남반구에서는 반대극성을 지닌다

• 다음 흑점 싸이클에서는 각 그룹에 있는 선도극성은 이전 싸이클에서와는 반대이다

흑 점 의 자 기 장

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• 2007년에 태양극소기

• Solar Cycle 24의 첫번째 흑점이 2008년 1월에 관측

• 예측된 날짜보다 거의 1년 늦게 관측

• 흑점수는 2010년과 2011년에

회복되었다가 그후 다시 떨러지기 시작

• Cycle 24는 이번 세기에 가장 약한 싸이클로 전개되어 가고 있다

흑 점 주 기

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흑 점 주 기

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흑 점 생 성 원 리

• 태양의 차등자전과 자기력선의 운동

• 꼬여진 자기력선고리가 깨질때 흑점은 쌍으로 관측됨

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• 광구의 위쪽 층은 바로

아래층보다 온도는 낮고 밀도도 더 낮다

• 태양스펙트럼에서 어두운 흡수선을 만들어낸다

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• 광구 바로 위의 불규칙한 층

• 두께: 약 2500km

• 온도: 6000˚에서 20,000˚ K까지 올라감

• 얇고 뜨거운 가스는 Hα선을 방출

• 개기일식때 태양주변둘레에 얇은 선으로 관측 됨

2 . 2 채 층

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• Hα선 필터를 이용하여 태양을 관측

• 어두운 필라멘트와 밝은 백반(plage)

Hα선 관측

• 스피큘

• 짧고 어두운 줄무늬

• 매우 짧게 유지되지만 코로나로 물질을 방출

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스 피 큘

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• 필라멘트가 태양의 가장자리에서 보이게 될때 홍염이라 부른다

홍 염

• 홍염 몇 개가 태양에서 수분 또는 수시간에 방출

• 이 가스덩어리들의 양은 엄청나게 많다

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• 채층위에 펼쳐지는 최 외곽 대기층

• 표면에서 태양반경의 여러 배되는 곳까지

펼쳐짐

2 . 3 코 로 나

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• 광구보다 백만배 어둡다

• 개기일식때만 관측된다

• 코로나크래프라는 기기로 태양을 가릴때 관측된다

• 밀도가 아주 낮다

• 해수면에서의 지구대기 밀도보다 100조배 더 낮다

• 온도가 아주 높다

• 광구바로 위보다 백만배 더 뜨겁다

• 코로나의 열원에 대한 의미는 미스터리이다

• 극도로 뜨거운 열은 코로나가 엑스선영역에서 관측된다는 의미

코 로 나

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• 태양을 엑스선으로 관측해보면 코로나가 아주 격련한 영역이고 변화무쌍한 지역임을 보여주고 있다

코 로 나 고 리

• 코로나 고리:

• 흑점주변에서 관측

• 자기력선과 관련

• 태양표면의 자기영역들을 연결해주고 있다

• 수일 또는 수주동안 지속

• 극의 어두운 부분은 코로나 홀

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• 태양표면에서 일어나는 엄청난 폭발

• 수분동안 지속

• 전파에서 엑스선까자 전

파장의 전자기파의 에너지 방출

• 에너지가 큰 입자도 방출

플 레 어

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• 플레어는 Hα필터, 백색광 또는 엑스선영역에서 관측됨

• 플레어들은 흑점과 연관되어 있고 활동싸이클 극대기에서 가장 일반적으로 관측된다

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• 태양플레어는 코로나질량방출과 연관되기도 허지만 항상 그런것은 아니다

• 엄청난 양의 물질들이 태양표면에서 방출

• 2개의 이벤트가 현재 CME와 관련된것처럼 보이기는 한데, 동일한 이벤트는 아니다

코 로 나 질 량 방 출

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• 광구, 채층 및 코로나에서 보여지는 모든 특징들은 태양의 자기장과 약간의 연관이 있다

• 코로나로 돌충되어 나오는 자기장 고리는 뜨거운 가스를 만들어내는데 엑스선에서 관측된다

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• 자기장이 휘감겨지면서 야기

• 자기장이 스스로 재정리될때 폭발적인 후속방출 현상이 일어남

코 로 나 질 량 방 출 과 플 레 어 의 원 인

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태 양 풍

• 고속의 하전된 입자로 구성된 태양풍을 방출

• 태양 바깥층 대기층을 확장시켜줌

• 태양풍은 주로 전자와 양성자로 구성되어있는데 무거운 철도 조금 함유

• 초속 400km의 평균속도로 연속적으로 방출되고 있다

• 주로 극쪽의 코로나 홀을 통해 태양을 빠져나온다

• 태양풍에서 나오는 입자가 지구자기장에 끌려 들어지면서 오로라를 생기게 함

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오 로 라

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오 로 라

• CME가 지구에 도착하면 지자기폭풍을 야기

• 지구에 큰 영향을 미친다

• 지구 자기권 구조를 변하게 한다

• 이온층에서 전파신호를 교란

• 전파통신에 방해를 일으킴

• 위성들이 하전된 이온에 의해 파손

• Electrical arcs를 만들어 냄

• 지자기 폭풍은 바깥층 대기를 가열시켜서 위성이끌림현상이 일어남

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오 로 라

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S u p e r s t o r m

• 1859년 당시 기록된 가장 큰 초 태양폭풍이 폭발

• 미국과 유럽 전역에 통신이 두절

• 코로라가 적도지역인 쿠바지역에서도 관측

• 1989년에는 거대한 태양지자기폭풍이 퀘백지역의 전원을 마비시킴

• 6백만명의 주민이 한 겨울에 9시간이나 전원없이 지내야 했음

• 그런 사건의 경제손실은 전기에 더욱 민감해진 오늘날의 산업기술시대에는 더욱 더 커진다

• 이런 우주기상을 예보하는 능력을 향상시키려는 많은 노력이 경주되고 있다

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• 퍼져나가는 태양풍이 성간물질을 만나는 곳

• 태양풍은 종단충격이 일어나는 곳에서 아음속이 된다

• 성간물질을 통과하여 움직이는 태양은 bow shock을 야기

태 양 권 경 계 ( H e l i o p a u s e )

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• 2005년 5월, NASA는 보이져 1호가 2003년 11월 종단 충격을 지났다고 보고

보 이 져 1 호 의 충 격 파 관 측

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• Local Bubble (Local Cavity)

• 우리은하의 오리온 팔에 있는 상당히 빈 공간

• 아주 낮은 밀도영역에 놓여있다

• 밀도: ~0.05 atoms cm

^-3

•

태 양 의 현 재

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• 앞으로 수백만년동안 태양은 10 atoms cm

^-3

• 태양권경계를 14AU정도로 수축하게 될 것

• 토성과 천왕성사이

태 양 의 현 재