미국 항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주망원경을 이용한 초기 관측에서 목성의 적도 부근 40㎞ 상공에 지금까지 알려지지 않은 시속 515㎞, 폭 4천800㎞의 초대형 제트기류가 흐르고 있다는 사실이 밝혀졌다.

스페인 빌바오 바스크대학 리카르도 우에소 박사가 이끄는 국제 연구팀은 과학 저널 '네이처 천문학'(Nature Astronomy)에서 제임스웹 우주망원경(JWST)과 허블우주망원경(HST)의 관측 데이터를 비교 분석해 목성의 적도 상공 구름층 위에서 이 같은 제트기류를 발견했다고 밝혔다.

연구팀은 이 제트 기류 발견은 난기류로 유명한 목성의 대기층이 서로 어떻게 상호작용하는지, 그리고 제임스웹 망원경이 이런 특징들을 어떻게 추적할 수 있는지에 대한 통찰력을 제공한다고 말했다.

▲ 제임스웹 우주망원경 근적외선 카메라(NIRCam)로 촬영한 목성. 사진에서 밝을수록 높은 고도를 나타낸다. 밝은 흰색 '반점'과 '줄무늬'는 매우 높은 고도의 응축된 대류성 폭풍 최상층으로 추정된다. 북극과 남극에는 빨간색으로 보이는 오로라가 높은 고도까지 뻗어있다.

연구팀은 이 연구에서 지난해 7월 제임스웹 망원경 근적외선 카메라(NIRCam)로 촬영한 목성 사진을 분석했다. 제임스웹 망원경은 당시 목성의 하루에 해당하는 10시간 단위로 각각 다른 파장을 관측하는 4가지 필터로 목성을 관측했다.

가스 행성인 목성은 암석으로 이루어진 지구와는 여러 면에서 다르지만, 두 행성에는 모두 여러 층으로 된 대기가 있다. 적외선과 가시광선, 전파, 자외선 등 다른 파장을 이용하는 관측장비들은 거대한 폭풍과 암모니아 얼음 구름이 있는 목성 대기층들을 다양하게 관측할 수 있다. 특히 제임스웹 망원경 근적외선 카메라는 목성 구름층 상부 25~50㎞를 자세히 들여다볼 수 있다.

연구팀은 높은 고도에서 제임스웹 망원경에 포착된 바람과 허블 망원경이 관측한 더 깊은 대기층의 바람을 비교해 고도에 따라 바람이 얼마나 빠르게 변화하는지, 풍속과 풍향이 갑자기 바뀌는 돌풍이 어떻게 발생하는지 측정했다.

그 결과 적도의 높은 고도에서 흐릿한 안개처럼 보이던 것이 적도 상공 40㎞에서 시속 515㎞로 빠르게 이동하는 제트 기류로 밝혀졌다. 이 제트 기류의 속도는 강력한 5등급 허리케인(시속 252㎞ 이상)의 2배에 해당하고 폭은 4천800㎞였다.

연구팀은 제임스웹 망원경의 뛰어난 해상도와 관측 파장 덕분에 작은 구름 특징들을 포착해 제트 기류를 발견할 수 있었다고 말했다. 또 제임스웹 망원경 관측 하루 후 이루어진 허블 망원경 보완 관측을 통해 파악한 목성 적도 대기의 기본 상태가 이 발견에 결정적인 역할을 했다고 덧붙였다.

연구팀은 제임스웹 망원경을 이용한 추가 관측을 통해 제트 기류의 속도와 고도가 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지 확인할 수 있을 것으로 기대한다.

공동연구자인 영국 레스터대 리 플레처 교수는 "발견된 제트 기류가 성층권 진동 패턴과 연결돼 있다면 향후 2~4년 동안 제트 기류의 강도가 상당히 변할 것으로 예상된다"며 "수년간 목성의 구름과 바람을 추적해왔는데 여전히 목성에 대해 배울 게 더 많다는 게 놀랍다"고 말했다.

◆ 출처 : Nature Astronomy, Ricardo Hueso et al., 'An intense narrow equatorial jet in Jupiter's lower stratosphere observed by JWST', https://www.nature.com/articles/s41550-023-02099-2

과학팀  press@jeonpa.co.kr

<저작권자 © 전파신문, 무단 전재 및 재배포 금지>