목성에 나타났다 사라지는 거대한 폭풍의 반점을 규명한 연구가 나왔다. / HST

목성에 거대 토네이도 경보가 발령됐다. 과학자들이 목성의 전리층에서 자기 소용돌이로 인한 지구 크기만한 거대한 자외선을 흡수하는 반(反)사이클론 폭풍을 발견했기 때문이다.  

이 반사이클론 폭풍은 어두운 타원형으로 나타나며 목성 성층권에서 짙은 에어로졸 더미로 보인다. 그러나 자외선으로만 관측할 수 있으며 1990년대 후반 허블 우주망원경으로 목성의 북극과 남극에서 처음 목격된다. 그후 2000년 토성으로 향하던 NASA의 카시니 우주선이 목성의 북극점을 지나면서 이 폭풍을 확인했다. 하지만 아무도 어두운 타원이 어디에서 왔는지 알지 못했다.

미국 버클리 캘리포니아대(UC 버클리) 마이클 웡 박사팀은 27일 과학 저널 네이처 천문학(Nature Astronomy)에서 허블우주망원경(HST) 관측을 통해 목성의 남극과 북극에서 무작위로 나타났다가 사라지는 거대한 반점을 발견했다고 밝혀, 그 비밀에 다가섰음을 발표했다. 

연구팀은 자외선 파장에서만 볼 수 있는 지구 크기의 이 타원형 반점은 남북극을 덮고 있는 성층권 안개에 묻혀 있으며, 주변보다 자외선을 더 많이 흡수하기 때문에 허블 우주망원경 사진에서 더 어둡게 보인다고 설명했다. 이 반점은 2015~2022년 허블우주망원경이 촬영한 목성 극지 사진 가운데 남극에서는 전체의 75%에서 나타났고, 북극에서는 사진 8장 중 하나꼴로 확인됐다. 

이들은 이 연구에서 허블망원경으로 목성, 토성, 천왕성, 해왕성을 매년 관측해 시간에 따른 대기 역학·진화를 연구하는 프로젝트(OPAL)에서 1994~2022년 촬영된 목성 남극과 북극 사진에서 다수의 거대하고 어두운 자외선 타원 반점을 확인했다.

반점들이 남극과 북극에서 부정기적으로 불규칙하게 형성되는 것을 확인한 연구팀은 영국 노섬브리아대 톰 스탤러드 교수, 샌타크루즈 캘리포니아대(UC 샌타크루즈) 시 장 교수와 공동으로 반점 형성 원인 규명에 나섰다. 이들은 주변보다 밀도가 50배나 높아 어두운 자외선 반점으로 나타나는 연무가 대기의 성층권이 자기장 선들이 높은 전리층에서 마찰을 일으킬 때 발생하는 소용돌이에 의해 위로부터 휘저어지면서 발생했을 가능성이 있다는 이론을 세웠다.

연구팀은 자기 소용돌이는 전리층에서 가장 빠르게 회전하고 깊은 층에 도달할수록 점차 약해진다며 지표면에 닿은 토네이도처럼 소용돌이가 대기를 휘저어 거대하고 어두운 반점을 만들어 낼 수 있다고 설명했다. 이들 반점은 약 한 달에 걸쳐 형성되고 몇주 안에 사라지는 것으로 추정된다.

연구팀은 목성 전리층에서 성층권까지 자기장으로 연결돼 나타나는 연무 현상을 발견한 이 연구가 목성 전체를 이해하는 데 큰 도움이 될 것이라며 "서로 다른 대기층 간 연결을 연구하는 것은 외계행성이든 목성이든 지구든 모든 행성에서 중요하다"고 말했다.