오.엘. 치제프스키 - 태양 폭풍의 지상 반사, 제2부

글리나 4권. 1851년, 슈바베(Schwabe)는 데사우에서 태양 흑점 수의 변화가 주기적으로 일어난다는 것을 발표했으며, 주기를 10년으로 결정했다. 슈바베의 이 발견은 1857년 런던 천문학회 금메달을 수상하면서 정당하게 인정받았다. 당시 회장은 기념 연설에서 이렇게 말했다. “그는 [슈바베] 12년간 자신의 개인적 관심사를 위해, 그 후 6년간은 인류의 관심사를 위해 시간을 보냈으며, 마침내 데사우에서 슈바베가 자신의 변함없는 망원경을 그곳에 향하지 않은 날은 거의 없었으며, 이는 아마도 연평균 300일에 해당한다.” 태양 흑점이 비교적 규칙적으로 나타나고 사라지는 것 자체만으로도 매우 흥미롭지만, 이는 더 깊은 의미를 지닌다. 왜냐하면 이는 분명히 태양 내부에서 물리적 및 기계적 조건에 의해 결정되며 아직 완전히 설명되지 않은, 규칙적이고 주기적인 성격의 어떤 변화들이 존재함을 시사하기 때문이다. 2년 반에 걸쳐 축적된 태양 흑점 관측 자료의 체계화를 담당했던 사람은 취리히의 천문학자 R. 볼프(Rudolf Wolf, 1816 – 1893)였다. 관측자들이 남긴 모든 자료를 처리하는 과정을 통해 그는 태양 활동의 더 정확한 주기를 확립할 수 있었다. 이 주기는 산술 평균으로 11년이었다.1 동시에 볼프는 이전 관측 기간 전체에 걸쳐 흑점의 최대 및 최소 수, 즉 태양 활동의 극대기와 극소기를 결정했다. 관측 자료 처리를 통해 얻은 수치를 그는 상대적 수치라 부르며, 각 관측일에 대해 다음 공식으로 결정했다. g = K (lOg + f). 여기서 g는 특정 시점에 관측된 흑점 군집 및 개별 흑점의 수를, f는 해당 군집 및 개별 흑점으로 계산된 흑점의 총 수를, K는 관측자 및 그의 망원경에 따라 달라지는 계수를 의미한다.이 공식은 오늘날에도 여전히 사용되고 있지만, 물론 이는 태양 표면의 상태를 완벽하게 정확한 수치로 표현할 수 있게 해줍니다. 이 상태는 68개의 흑점과 어떻게든 연관된 일련의 다른 거대한 현상들, 즉 태양 분출과 프로토베랑스의 크기, 수량 및 특성, 플럭쿨, 스파클 등에도 의해 결정됩니다. 이 곡선은 태양 활동의 주요 사이클을 나타내며, 평균적으로 11년 주기를 가지지만, 어느 쪽이든 11년에서 개별적으로 벗어나는 편차를 보입니다. 이러한 태양 활동의 주요 사이클은 가장 뚜렷하게 구분되며, 덕분에 흑점 형성 과정의 진행은 최대점과 최소점이 점진적으로 교차하는 파동 형태를 띱니다. 이 사이클 중 아무거나 최소점부터 다음 최소점까지 선택하면, 우리는 하나의 파동, 즉 가령 11년에 해당하는 하나의 완전한 태양 활동 사이클을 갖게 됩니다. 이 사이클의 진행을 살펴보면, 최대치로의 상승이 점진적으로 이루어지는 것이 아니라 점프 형태로 일어난다는 것을 알게 됩니다. 다른 말로 하면, 곡선은 최소점부터 최대점까지, 그리고 다시 최소점까지 부드럽게 상승하거나 하강하는 것이 아니라, 수많은 점프를 겪습니다. 이러한 점프의 크기는 흑점 형성 과정이 강화됨에 따라 커지고 커져서, 최대점의 순간에 가장 높은 값에 도달합니다. 따라서 흑점 형성 과정의 파동형 곡선의 진행은 위쪽에는 날카로운 이빨, 아래쪽에는 때로는 그 이상으로 날카로운 깊은 골짜기를 가진 수많은 작은 파동으로 가득합니다. 흑점 형성 곡선의 검토를 통해 알 수 있듯이, 이 곡선은 멀리서 보면 사인 곡선을 연상시키지만, 세부적으로는 반원형 톱니의 이빨과 유사한 티푸스 환자의 일일 체온 변화와 비슷합니다. 여기서는 급격한 상승과 하락, 변동과 불규칙성이 관찰됩니다. 이 모든 것은 하나의 큰 것, 즉 11년 주기의 태양 활동 사이클을 구성하는 작은 진동들입니다. 이러한 점프-이빨의 검토를 통해 쉽게 볼 수 있듯이, 그것들은 모두 사이클이 최소점에서 최대점으로 이동함에 따라 수량과 높이에서 점진적으로 증가합니다. 이는 흑점이 태양 표면에서 점점 더 자주, 더 큰 수량으로 나타나고 더 긴 수명을 가진다는 것을 의미합니다.따라서, 그들로부터 방출되는 에너지의 양도 주기가 최소점에서 최대점으로 이동함에 따라 점프를 통해 점차 증가합니다. 이 흑점의 출현과 소멸에 따른 점프가 아마도 흑점 형성에 따라 지구에서 발생하는 수많은 현상의 원인이 될 것입니다. 우리가 살펴본 바와 같이, 슈바베는 태양 흑점의 강도와 수의 변화에 근거하여 최대점 사이의 시간 간격이 10년이라고 주장했습니다. 라몽은 동일한 값을 계산하여 10.43년이라는 결과를 얻었습니다. 볼프는 흑점 수의 진동 주기를 평균 변동 ±2.03년을 포함하여 11.111년으로 보았습니다. C. 융(Joung, 1834-1908)은 실제 흑점 형성 주기가 12~14년을 넘지 않는다고 주장했습니다. A. 볼퍼(A. Wolfer)는 평균 흑점 형성 주기가 11.124±0.030년이라고 보았습니다. S. 뉴컴(S. Newcomb, 1835-1909)은 이를 11.13년으로 채택했습니다. 마침내, 70장 제4절에서 마이켈슨(A. Michelson, 1852-1931)은 주기가 11.4년 이상이라고 인정하는 쪽으로 기울어졌지만, H. 터너(H. Turner, 1861-1930)는 현재로서는 11.4년 주기라고만 말할 수 있다고 주장했습니다. 슈스터는 흑점에 관한 수치 자료를 조화 분석에 적용했습니다.150년 동안. 그의 연구에 따르면, 11.125년 주기와 함께 일련의 2차 주기가 진행되며, 이들의 순차적인 출현이 기본 주기에서 관찰되는 다양한 교란의 원인이 된다. 이러한 2차 주기의 길이는 4.38년, 4.80년, 8.36년, 13.50년이다. 1750년에서 1900년 사이의 11년 주기에 대한 문제를 연구하면서 슈스터는 처음 75년 동안 이 주기가 9.25년과 13.75년의 두 부분으로 나뉘며, 75년의 전체 결과에서 11.1년에 해당한다는 것을 발견했다. 주목할 만한 점은 터너가 1841년부터 1904년까지의 그린위치 지구자기 관측 데이터를 처리했으며, 태양 흑점과 관련된 기본 주기 외에도 태양 폭풍 소용돌이 71 9.26년의 2차 주기가 존재한다는 것을 발견했다는 것이다. 동일한 주기를 태양 활동에서 발견하고자 한 터너는 1610년부터 볼프와 볼퍼의 모든 데이터를 재처리하기 시작했다. 9.26년 주기를 찾지 못한 터너는 그러나, 태양 활동에 다른 주기가 존재함을 확인했는데, 바로 13년 주기였다. 이 주기는 강도가 작음에도 불구하고 상당히 잘 표현된다는 특성을 가진다. 마침내, 오펜하임은 1927년에 볼프의 수치를 새로운 분석에 부쳤고, 그 변화 곡선이 다음과 같은 함수로 표현됨을 발견했다: g = C + C2 cos [φ1 + I.xm – cos (mφ1 – nφ), φ = 360° / N, 25iV = 360° / 450. 따라서 흑점 형성은 매우 복잡한 현상이다. 평균적으로 하나의 주기는 11년이다. 실제로 그 지속 기간은 때로는 17년에 달하기도 하고, 때로는 불과 7년에 불과하기도 하다. 또한 태양 흑점 수의 주기적 변화에서 매우 중요한 현상은, 최대치의 성숙, 그 기간 및 쇠퇴가 매번 엄격하게 정해진 것이 아니라, 아직 우리에게 알려지지 않은 원인들로 인해 점진적으로 변한다는 점이다. 따라서 주기 내의 특정 지점을 결정하고, 더 나아가 예측하는 데 있어서는 극도로 신중해야 한다. 태양 활동의 급격한 변화, 즉 최고 상승점과 최저 하락점을 나타내는 지점들은, 비교적 긴 기간에 걸친 태양 활동 데이터와 대조하여 확인함으로써만, 수개월, 때로는 1년 이상 후에야 결정될 수 있다. 현재까지 우리에게 가능한 11년 주기의 결정에 관한 예측은 1~2년의 정확도로만 제시될 수 있지만, 이는 일부 경우에도 이미 매우 큰 의미를 가질 수 있다.4 태양 활동의 소주기를 발견하려는 시도 외에도, 태양 활동에 대주기가 존재하는지 여부를 확인하기 위한 연구가 수행되었다. 1746년, 주기에 대해 아무것도 알려지지 않았을 때, 메랑은 태양 활동에 대주기가 존재할 가능성을 지적하였다. 이후 루미스(Loomis)도 같은 견해를 공유했다. 볼프는 55.5년으로 그 주기를 결정하며 이러한 주기를 찾으려 시도하였다. 융은 11년의 기본 진동에 추가되는 60년의 진동이 존재한다고 가정하였다. A. 간스키는 이를 72년으로 결정하였다. N. 로커(N. Lockyer)는 태양 활동에서 35년의 주기를 발견하였고, 슈스터는 주파수 분석법을 사용하여 33.375년에 해당하는 1/3세기 주기를 계산하였다. 리츠너도 태양 활동에서 33년 주기의 확립에 도달하였다. 마침내 터너는 266년의 긴 주기가 존재한다는 결론을 내릴 수 있었다고 밝혔다. 이 학자의 견해에 따르면, 266년마다 태양 활동의 대최대치가 발생한다. 볼프는 1889년에중국 중세 연대기 자료에 근거하여 극광 관측을 바탕으로 한 몇몇 날짜를 추출했는데, 이는 태양 활동의 큰 극대기의 날짜일 가능성이 있다. 태양 폭풍의 소용돌이 73 이는 372년, 840년, 1078년, 1273년, 1372년이었다. 특히 태양 활동의 긴장이 매우 강했던 372년과 1372년을 기반으로, 볼프는 88년, 33년, 66.67년이라는 큰 주기들을 계산했다. 이후 볼프는 이 숫자들을 372년에 순차적으로 적용하여, 태양 활동의 큰 극대기 날짜 표를 작성했다. 그러나 현재 볼프가 지정한 날짜들은 반박할 수 있다. 그런데 흑점은 무엇인가? 갈릴레오의 말대로 그 ‘큰 비밀’이 오늘날 풀렸는가? 아직은 아닐지 모르지만, 최근 몇 년간 흑점과 그 본성에 대해 우리가 알게 된 것만으로도, 태양 흑점이 지구 생명에 미치는 큰 중요성에 대한 개념을 형성하는 데 충분하다. 태양 흑점의 본성을 해명하기 위해 수많은 뛰어난 지성들이 노력해 왔다. 초기 관측자들은 흑점이 태양에 가장 가까운 위성, 즉 태양 표면을 지나가는 행성이라고 생각했다. 이 잘못된 해석은 갈릴레오에 의해 반박되었는데, 그는 흑점이 태양 대기 중 떠다니는 구름이라고 생각했다. 드레거는 이 구름들이 태양 화산의 분출에서 비롯된다고 믿었다. J. 라랑드는 그것들을 태양 산의 꼭대기로 보았는데, 이는 태양의 중심 단단한 핵 위에 놓인 빛나는 섬의 표면 위로 불의 바다에서 솟아나는 것으로 여겨졌다. W. 허셜은 흑점이 구름 속의 일시적인 구멍이며, 이를 통해 우리가 표면을 볼 수 있다고 생각했다. 태양 활동의 시대에 대해 일정한 신뢰도로 판단할 수 있는 자료는 극광에 대한 연대기 기록이다. 극광은 알려진 위도에서 주로 태양이 극대기 시대를 경험할 때 발생한다. 다른 자료로는 극대기 시대에 맨눈으로 볼 수 있는 큰 태양 흑점이 있으며, 이는 연대기 작성자들(주로 중국인들)에 의해 기록되었다. 이 자료는 다양한 민족의 연대기와 연표에 흩어져 있었다. 이 자료의 체계화는 독일 학자 H. 프리츠(H. Fritz)에게 귀속되며, 그는 1893년에 처음으로 극광, 맨눈으로 보이는 태양 흑점, 우박, 수확에 대한 연대기 데이터를 처리했다. 25년 후, 러시아에서 D. A. 스바츠키가 유사한 작업을 수행했다. 그의 연구에서는 러시아 연대기도 고려되었다. 14장 제4부 중심 핵의 표면, 즉 구형 구조. 그의 아들 D. 허셜은 흑점에 대해 다음과 같은 설명을 제시했다: 흑점은 대기층을 통해 내려오는 거대한 소용돌이다.자신의 시대, 1868년부터 시작하여 두 이론이 서로 경쟁했다. 하나는 아. 세키의 수도승 이론이고, 다른 하나는 E. 파야의 이론이었다. 첫 번째는 태양 폭발에 대한 가설을 이론의 기초로 삼았다. 두 번째는 태양 폭풍을 점막 형성의 근원으로 보았으며, 점막의 구조를 소용돌이 모양으로 생각했다. 이 출발점은 현재까지도 그 힘을 유지하고 있다. 파야 이론은 인접한 광구의 상대적 움직임으로 인해 순환이 발생하고, 이 순환이 태풍과 소용돌이로 변하며, 빠른 흐름이 경로상 장애물에 부딪힐 때 발생하는 소용돌이와 유사하다고 주장한다. 이러한 소용돌이는 물과 공기가 깊이 끌려들어가는 벤트 모양을 띠고 있다. 파야가 가정한 것처럼 지구의 태풍과 토네이도도 비슷하게 발생한다. 이들은 위쪽에서 시작해 대기층을 점점 더 낮은 곳으로 내려가며, 소용돌이의 꼭대기가 지구에 도달할 때까지 진행한다. 파야의 견해에 따르면, 이와 같은 거대한 소용돌이만이 태양 점막의 본질을 구성한다. 파야 이론에 반대되는 주장 중 하나는, 점막이 소용돌이라면 소용돌이 운동을 보여야 한다는 점이다. 또한, 적도 북쪽에 있는 모든 점막은 지구에서 바라볼 때 시계 반대 방향으로 회전해야 하고, 태양의 남반구에 있는 점막은 지구의 태풍과 반대 방향으로 회전해야 한다. 이 문제를 연구한 천문학자들은, 소용돌이 운동의 흔적을 보이는 점막이 거의 없으며, 같은 그룹의 점막이나 같은 점막의 다른 부분이 서로 반대 방향으로 회전하는 경우가 많다는 것을 관찰했다. 당시 이러한 관측은 파야 이론을 약화시킬 수 있었지만, 동시에 그의 소용돌이 구조 원칙이 옳다는 가장 좋은 증거가 되었다. 파야 이론을 돕기 위해 전기 이론이 등장했다. 소용돌이 이론의 뜨거운 지지자들은 레이와 헬름이 등장했다. 그러나 최종적으로 인정받기 위해서는 몇 가지 세부 사항에서 명확성이 부족했다. 75년 후, 미국 과학자 J. 헤일(D. Hale)의 훌륭한 연구 덕분에 대부분의 천문학자들이 소용돌이 이론으로 돌아왔다. 결국 다음 해에 헤일은 다수의 연구를 바탕으로 태양 점막이 “아마도 전기 소용돌이”라고 결론지었다. 헤일의 빛나는 연구는 캘리포니아 윌슨 산에 있는 태양 관측소와 태양 연구를 수행하는 다른 관측소에서 점막의 본질에 대한 일련의 훌륭한 탐사를 시작했다.헤일 이론은 천문학자들 사이에서 많은 열렬한 지지자들을 찾았으며, 매일 새로운 증거를 얻고 있었다. 그림 8. 태양 돌출부 높이 235,000 km. 사진은 1917년 7월 7일 Mount Wilson 관측소에서 촬영되었다. 흰색 원 – 지구의 비교적 크기 76. 제 1장이와 같이 태양 흑점은 해양에서의 토네이도와 유사한 소용돌이로 간주되어야 하며, 꼭대기에 깔때기 모양의 확장이 나타난다. 이러한 소용돌이에서 물질의 움직임은 아래에서 위로 진행되어 상승 소용돌이를 형성한다. 물질이 움직이는 속도는 거대한 값을 달성하며, 소용돌이 안에서 운반되는 가스는 꼭대기에 가까워질수록 빠른 팽창으로 인해 냉각된다. 소용돌이의 꼭대기에 도달한 냉각 가스는 나선형으로 움직이며 반경이 빠르게 증가한다. 우리가 흑점 형태로 보는 것은 단지 꼭대기, 끝, 소용돌이의 반향일 뿐이며, 우리 연구가 접근할 수 없는 영역에서 진행되는 웅장한 과정의 반영이다. 확실히, 태양 내부에서 가스를 위쪽으로 흐르게 하는 원인이 존재한다. 낮은 층의 태양 구에서, 모든 이 복잡하고 거대한 토네이도를 움직이는 우주적 힘이 숨겨져 있다. 이 토네이도는 ‘태양 흑점’이라는 겸손한 이름을 갖는다. 광구 물질의 소용돌이 움직임을 유발하는 원인은 아직 확실히 확립되지 않았다. 현재까지는 다소 근거가 있는 가정이 존재한다. 가장 가까운 원인으로는 깊이에서 물질이 강하게 가열되는 것을 고려할 수 있다. 그러면, 연기 속의 공기처럼 가벼워져 위로 상승한다. 상승 과정에서 가스는 냉각되어 표면에 더 차갑게 나오며, 처음에는 강하게 가열되었다. 이로부터 낮은 층, 즉 현상이 발생하는 곳에서 매우 높은 온도가 존재해야 함을 시사한다. 실제로, 태양 표면 근처에서는 온도가 6000°C를 초과하지 않지만, 중심층에서는 약 12,000,000°C에 이른다. R. 엠덴의 계산에 따르면 태양의 중심 온도는 31,500,000°C이다. G. 레셀은 대부분의 별이 중심에서 약 32,000,000°C에 가까운 온도를 가진다는 것을 보여주었다. 낮은 층에서의 이러한 가열 원인은 아직 해결되지 않은 수수께끼이다. 이 수수께끼는 흑점이 태양 표면의 특정 부분에서만 나타난다는 사실을 고려할 때 더욱 이해하기 어렵다. 그 이전에, 허리케인과 같은 폭풍이 나무와 집을 휩쓸어버리는 것은 미세한 제피르의 숨결과 같다. 1892년, 융은 스펙트로스코픽 태양 흑점 방출을 연구하면서 놀라운 현상을 발견했다. 즉, 태양 흑점의 많은 스펙트럼 선이 이중으로 나타났으며, 나머지 5개의 하이루 스펙트럼은 그렇지 않았다. 1910년부터 1934년까지의 붉은 곡선은 돌출부를 나타내며, V. 브룬너에 따르면 같은 시기의 태양 흑점은 점선 곡선으로 나타났다.