[뉴스스페이스=윤슬 기자] NASA의 주노(Juno) 우주선이 목성 오로라에서 지금까지 알려지지 않은 새로운 유형의 플라즈마 파동을 발견했다. 이는 거의 10년간 관측된 목성 탐사 임무 중 최초의 획기적인 발견으로, 2025년 7월 16일 《Physical Review Letters》에 연구 결과가 공식 발표됐다.

이번 연구는 목성의 극한 자기 환경이 태양계 내 다른 곳에서는 볼 수 없는 독특한 플라즈마 현상을 만들어냄을 보여준다.

NASA, Juno Mission Team, University of Minnesota, Physical Review Letters의 공식 발표와 Space.com, Phys.org ,Natural News, Science News의 보도에 따르면, 주노 우주선의 독특한 극궤도 덕분에 가능했던 이 발견은 미네소타 대학교 연구진이 목성 북극 극지방 데이터를 최초로 분석하면서 이루어졌다.

주노의 임무는 2025년 9월 종료를 앞두고 있으며, 최근에는 목성 북극에 더욱 가까워지는 궤도로 전환되어 자기장이 가장 강력한 이 지역에 전례 없는 접근을 하고 있다.

전통적인 플라즈마 물리학 교과서는 전자파인 랑뮤어파(Langmuir wave)가 이온에 의해 주도되는 알프벤파(Alfvén wave)보다 훨씬 높은 주파수에서 진동하는 것으로 가르친다.

하지만 이번 주노가 발견한 파동은 알프벤파의 주파수가 플라즈마 주파수까지 확장될 뿐, 이온 회전 주파수보다 낮으며, 절대 플라즈마 주파수를 넘지 않는다. 즉, 알프벤파가 극히 낮은 주파수 대에서 랑뮤어파로 전환되는 전례 없는 현상이다.

이는 목성의 희박한 플라즈마 환경에서 전자 밀도가 세제곱센티미터당 0.001개 수준으로 극도로 낮아진 상태에서, 지구 자기장보다 최대 54배 강한 초강력 자기장과 결합되어 나타난다.

이처럼 독특한 파동 현상은 목성 오로라의 본질을 이해하는 데 중요하다. 지구에서는 고리 형태로 나타나는 오로라와 달리, 목성의 자기장은 대전 입자들을 극관(극지)으로 직접 밀어넣어 훨씬 더 혼란스럽고 강렬한 오로라를 만들어낸다. 인간 눈에는 보이지 않으며 자외선과 적외선 대역에서만 관측 가능한 이 외계 오로라는 주노를 통해 처음 상세하게 탐사됐다.

2016년 주노가 최초 관측한 상승 전자 빔이 1000~200만 전자볼트 사이 에너지를 운반하는 현상 또한 이번 연구에 중요한 단서가 됐다.

더욱이 이 연구는 목성뿐 아니라, 강력한 자기장을 가진 다른 행성이나 먼 외계 행성 및 별 주위를 도는 천체에서도 비슷한 플라즈마 조건이 존재할 수 있음을 시사한다. 이는 우주의 자기장 작동 방식과 행성 자기장 보호 메커니즘을 이해하는 데 새로운 통찰을 제공할 전망이다.

주노 임무가 2025년 9월 종료까지 지속되면서 추가 데이터 확보를 통해 이러한 현상의 복합적인 특성을 밝혀내고, 궁극적으로는 지구 및 태양계 밖 행성의 자기장 방어능력 연구에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 발견은 목성 탐사의 새 장을 열었을 뿐 아니라, 행성 자기장과 우주 플라즈마 연구에 중대한 도전을 안겨주며 향후 우주 탐사 및 천체물리학 연구에 큰 전환점이 될 것으로 평가받고 있다.