목성의 대적점 기원과 진화에 대한 새로운 발견

목성의 상징인 대적점은 수년 동안 태양계에서 가장 큰 행성의 대기권에서 소용돌이치는 거대한 폭풍입니다. 하지만 천문학자들은 이 소용돌이가 언제 어떻게 형성되었는지 뿐만 아니라 실제로 얼마나 오래된 것인지에 대해서도 논쟁을 벌여왔습니다. 어떤 전문가들은 이 소용돌이가 수세기 전의 것이고 17세기에 이탈리아 천문학자 지오반니 도메니코 카시니에 의해 처음으로 관측되었다고 믿었지만, 다른 전문가들은 이 폭풍이 더 최근의 것이라고 생각했습니다. 이제, 새로운 연구는 대적점이 약 190년 전에 형성되었다는 것을 암시하는데, 이것은 카시니가 1665년에 목성에서 다른 것을 관찰했다는 것을 의미합니다. 그리고 연구자들에 따르면, 이전에 생각되었던 것보다 더 젊음에도 불구하고, 그 폭풍은 우리 태양계 전체에서 알려진 가장 크고 오래 지속된 소용돌이로 남아 있습니다. 이 연구 결과를 자세히 설명하는 연구가 6월 16일 지구 물리학 연구 저널에 실렸습니다.

 

목성의 대적점 기원과 진화에 대한 새로운 발견

 

목성 대적점의 수수께끼

목성의 두드러진 외모는 행성을 둘러싼 구름 띠와 주기적 폭풍으로 구성된 줄무늬와 점들을 특징으로 합니다. 나사에 따르면 목성의 색깔은 각각 암모니아, 물 얼음, 황 그리고 인 가스로 만들어진 다양한 대기 층의 구성에서 비롯된다고 합니다. 빠른 제트 기류는 구름을 조각하고 긴 띠로 확장합니다. 목성의 사이클론 폭풍은 가스 행성이 견고한 표면을 가지고 있지 않기 때문에 폭풍을 늦출 수 있기 때문에 몇 년 동안 지속될 수 있습니다. 대적점은 나사에 따르면, 지구의 지름과 비슷한, 폭이 약 10,159 마일 (16,350 킬로미터)인 목성 대기권 내의 거대한 소용돌이입니다. 그 폭풍은 높이가 200 마일 (322 킬로미터) 이상인 높이에 우뚝 솟아 있습니다. 비명을 지르는 바람은 그 폭풍의 경계를 따라 시속 280마일(시속 450킬로미터)로 빠르게 지나갑니다. 그리고 그것의 특징적인 빨간색은 대기의 화학반응에서 비롯됩니다. 작은 망원경을 통해서도 상징적인 기능을 볼 수 있습니다. 그리고 그것은 1600년대 중반에 카시니가 망원경을 통해 처음으로 발견했을 때 같은 위도의 어두운 타원형과 비슷하게 들렸습니다. 그는 자신이 엿본 이 특징을 "영구적인 점"이라고 불렀고, 카시니와 다른 천문학자들은 폭풍을 보지 못한 1713년까지 이 특징을 관측했습니다. 그리고 나서 1831년, 천문학자들은 목성의 같은 위도에서 타원형의 큰 폭풍을 발견했고, 이것은 지금까지 지속되었고 오늘날까지도 관측되고 있습니다. 하지만 천문학자들은 그 폭풍이 같은 현상일 수 있는지, 아니면 100년 이상 떨어져 같은 장소에서 나타난 두 개의 다른 소용돌이일 수 있는지에 대해 오랫동안 의문을 제기해 왔습니다. 수수께끼를 푸는 것을 목표로 하는 한 연구팀은 시간이 지남에 따라 그 지점의 구조, 위치 및 크기를 묘사하는 역사적인 그림과 이미지를 분석하면서 풍부한 데이터를 수집했습니다. 그 데이터는 폭풍의 잠재적인 수명을 재현하는 수치 모델을 만드는 데 사용되었습니다. "크기와 움직임의 측정으로부터, 우리는 현재의 대적점이 카시니에 의해 관찰된 '영구적점'일 가능성이 매우 낮다는 것을 추론했습니다, "라고 스페인 빌바오에 있는 바스크 지방 대학의 응용 물리학 교수인 아구스틴 산체스-라베가가 말했습니다. "'영구적점'은 아마도 18세기 중반에서 19세기 사이에 언젠가 사라졌을 것이고, 그 경우 우리는 이제 붉은 점의 수명이 190년을 초과한다고 말할 수 있습니다." 연구 저자들에 따르면 영구적인 점은 약 81년 동안 지속되었으며, 연구팀이 분석한 그림들 중 어떤 것도 폭풍에 대한 구체적인 색상을 언급하지 않았습니다. "위대한 천문학자 (카시니)가 만든 목성과 그 영구적인 지점에 대한 기록과 그림, 그리고 그 현상을 묘사한 17세기 후반의 그의 기사들로 눈을 돌리는 것은 매우 동기를 부여하고 영감을 주었습니다, "라고 산체스-라베가가 말했습니다. "우리 이전의 다른 사람들은 이 관측들을 탐구했고, 이제 우리는 그 결과들을 정량화했습니다."

 

대적점의 기원과 진화

연구진은 역사적인 자료를 살펴보면서 목성의 대기에서 소용돌이가 어떻게 행동하는지에 대한 모델을 사용하여 슈퍼컴퓨터에 대한 시뮬레이션을 수행함으로써 폭풍이 어떻게 시작되었는지도 탐구했습니다. 이 연구팀은 대적점이 목성의 강하고 번갈아 오는 바람에 의해 생성된 더 작은 소용돌이들이 합쳐진 거대한 슈퍼스톰으로부터 형성되었는지, 아니면 대기 중의 폭풍 세포를 생성할 수 있는 바람의 불안정성으로부터 형성되었는지 시뮬레이션을 통해 확인했습니다. 폭풍 세포는 바람의 상승 기류와 하강 기류에 의해 조각된 공기 덩어리로, 하나의 실체로 이동합니다. 처음 두 시나리오는 사이클론으로 이어졌지만, 대적점에서 볼 수 있는 형태와 다른 특성에서 차이가 있었습니다. "우리는 또한 만약 이러한 특이한 현상들 중 하나가 발생했다면, 그 현상이나 그로 인한 대기 중의 결과가 당시 천문학자들에 의해 관찰되고 보고되었을 것이라고 생각합니다," 라고 산체스-라베가가 말했습니다. 하지만 연구원들은 극심한 바람 불안정으로 인한 지속적인 대기 폭풍 세포가 대적점을 만들었다고 믿고 있습니다. 1879년의 자료에 따르면, 폭풍은 가장 긴 지점에서 약 24,200 마일 (약 39,000 킬로미터)로 측정되었지만, 시간이 지남에 따라 줄어들고 더 둥글어졌으며, 현재는 약 8,700 마일 (14,000 킬로미터)입니다. 2018년 3월에 발표된 이전 연구에서는 대적점이 전반적으로 크기가 줄어들면서 키가 커지고 있음을 보여주었습니다. 2018년 연구에서는 보관 데이터를 사용하여 시간이 지남에 따라 폭풍이 어떻게 변했는지 연구했습니다. NASA의 주노 우주선과 같은 현대 우주 임무의 데이터는 천문학자들에게 전례 없는 폭풍의 모양을 보여주었습니다. 산체스-라베가는 "목성 주위 궤도에 있는 주노 임무에 탑승한 여러 장비들은 대적점이 수평적 차원에 비해 얕고 얇다는 것을 보여주었는데, 이는 수직적으로 약 500 km (310.7 마일) 길이이기 때문입니다."라고 말했습니다. 앞으로, 연구원들은 시간이 지남에 따라 폭풍의 수축 속도를 재현하여 폭풍을 안정적으로 유지하는 과정을 이해하고 카시니의 영구적인 지점의 운명이었을지도 모르는 특정 크기에 도달했을 때 폭풍이 앞으로 몇 년 동안 지속될 것인지 아니면 사라질 것인지를 결정하기 위해 노력할 것입니다. 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스의 연구 과학자이자 2018년 논문의 공동 저자인 마이클 웡은 산체스-라베가의 연구를 읽은 후 "저는 사진 이전의 관찰을 탐구하는 이러한 기사를 좋아합니다."라고 말했습니다. "우리의 논문은 1880년까지 추적 데이터를 사용했지만, 새로운 산체스-라베가 논문은 더 거슬러 올라가 손 그림의 데이터를 사용했습니다. 이 기사의 보충 자료도 훌륭합니다." 웡은 새로운 연구에 참여하지 않았습니다. "우리는 이 행성들의 날씨와 기후를 지속적으로 장기간 관찰함으로써 이 행성들에 대해 배울 것이 많습니다."