제임스 웹이 포착한 목성의 대적점(Great Red Spot) 주위의 상층대기 (NIRCam and NIRSpec)

​ESA - Jupiter’s upper atmosphere surprises astronomers

​

과학자들은 NASA/ESA/CSA 제임스 웹 우주 망원경을 사용하여 목성의 상징적인 위쪽 지역인 대적점을 관측하여 이전에는 볼 수 없었던 다양한 특징을 발견했습니다. 이전에는 별다른 특징이 없는 것으로 여겨졌던 이 지역에는 다양하고 복잡한 구조와 활동이 존재합니다.

목성은 밤하늘에서 가장 밝은 천체 중 하나이며, 맑은 밤에 쉽게 볼 수 있습니다. 목성 극지방의 밝은 북극광과 남극광을 제외하면 목성의 상층 대기에서 나오는 빛은 약하기 때문에 지상 망원경으로는 이 지역의 세부 사항을 식별하기가 어렵습니다. 그러나 웹의 적외선 감도 덕분에 과학자들은 악명 높은 대적점 위의 목성 상층 대기를 전례 없이 자세히 연구할 수 있게 되었습니다.

 목성의 상층 대기는 행성의 자기장과 하층 대기 사이의 경계입니다. 이곳에서는 목성의 위성 이오에서 분출되는 화산 물질로 인해 밝고 활기찬 북극광과 남극광을 볼 수 있습니다. 그러나 적도에 가까워질수록 행성 상층 대기의 구조는 들어오는 햇빛의 영향을 받습니다. 목성은 지구에서 받는 햇빛의 4%만 받기 때문에 천문학자들은 이 지역이 본질적으로 균일할 것으로 예측했습니다.

목성의 대적색 반점은 2022년 7월에 웹의 근적외선 분광기(NIRSpec)로 관측되었으며, 이 기기의 통합 필드 유닛 기능을 사용했습니다. 연구팀은 조기 방출 과학 관측을 통해 이 영역이 실제로 흐릿한지 조사하고자 했고, 상징적인 그레이트 레드 스폿 위쪽을 웹의 관측 대상으로 삼았습니다. 연구팀은 대기 상층부에 어두운 호와 밝은 반점을 포함한 다양하고 복잡한 구조가 전체 시야에 걸쳐 있다는 사실을 발견하고 놀랐습니다.

영국 레스터 대학교의 팀 리더 헨릭 멜린은 “순진하게도 이 영역은 정말 지루할 것이라고 생각했습니다.”라고 말했습니다. “사실 오로라만큼은 아니더라도 오로라만큼이나 흥미롭습니다. 목성은 놀라움을 멈추지 않습니다.”

연구팀은 이 지역에서 방출되는 빛이 태양빛에 의해 발생하지만, 상층 대기의 모양과 구조를 변화시키는 다른 메커니즘이 있을 것이라고 제안합니다.

“이 구조를 바꿀 수 있는 한 가지 방법은 중력파를 이용하는 것입니다. 파도가 해변에 부딪혀 모래에 파문을 일으키는 것과 비슷합니다."라고 헨릭은 설명합니다. “이러한 파도는 그레이트 레드 스팟 주변의 난류가 많은 하층 대기 깊은 곳에서 생성되며, 고도가 높아지면 상층 대기의 구조와 방출을 변화시킬 수 있습니다.”

연구팀은 이러한 대기파가 지구에서도 가끔 관측될 수 있지만 웹이 목성에서 관측한 것보다 훨씬 약하다고 설명합니다. 또한 연구팀은 향후 이러한 복잡한 파동 패턴에 대한 후속 웹 관측을 수행하여 패턴이 행성 상층 대기 내에서 어떻게 움직이는지 조사하고이 지역의 에너지 예산과 시간이 지남에 따라 특징이 어떻게 변하는지에 대한 이해를 발전시킬 수 있기를 희망합니다.

이러한 연구 결과는 2023년 4월 14일에 발사된 ESA의 목성 얼음 위성 탐사선인 주스(Juice)에도 도움이 될 수 있습니다. Juice는 원격 감지, 지구물리학 및 현장 관측 장비를 사용하여 목성과 목성의 세 개의 큰 위성인 가니메데, 칼리스토, 유로파를 자세히 관찰할 예정입니다. 이 탐사는 이 위성을 행성이자 가능한 서식지로서 특성화하고, 목성의 복잡한 환경을 심층적으로 탐구하며, 우주 가스 거성의 원형으로서 더 넓은 목성 시스템을 연구할 것입니다.

이 관측은 조기 방출 과학 프로그램 #1373의 일환으로 수행되었습니다: 태양계 과학을 위한 JWST의 역량 입증으로서의 목성계 ERS 관측(공동 PI: I. de Pater, T. Fouchet).

“이 ERS 제안서는 2017년에 작성되었습니다."라고 팀원인 캘리포니아 버클리 대학교의 임케 드 페이터가 말했습니다. “우리의 목표 중 하나는 최근 NASA 적외선 망원경 시설의 관측 결과에서 밝혀진 것처럼 그레이트 레드 스팟 위의 온도가 높은 것처럼 보이는 이유를 조사하는 것이었습니다. 하지만 새로운 데이터는 매우 다른 결과를 보여주었습니다.”

Translated withDeepL.com(free version)