태양 관측
Solar observation이 글은 검증을 위해 인용구가 추가로 필요하다. – · 책 · · (2015년 7월 (이 템플릿 |
태양 관측은 태양과 태양과의 행동과 지구와의 관계 그리고 태양계의 나머지를 연구하기 위한 과학적인 노력이다. 고의적인 태양 관측은 수천 년 전에 시작되었다. 그 직접적인 관찰의 초기 시대는 1600년대에 망원경에 자리를 내줬고, 20세기에 위성이 뒤를 이었다.
선사시대
지층적 데이터를 보면 더 길지는 않더라도 수억 년 동안 태양 주기가 발생했음을 알 수 있다; 선캄브리아 퇴적암에서 varvar를 측정한 결과 주기에 해당하는 층 두께가 반복적으로 최고조에 달한다는 것을 알 수억년 동안 태양 주기가 발생했다는 것을 알 수 있다. 지구의 초기 대기는 태양 조사에 지금보다 더 민감했기 때문에 태양 흑점 활동이 더 큰 몇 년 동안 더 큰 빙하 용해(그리고 더 두꺼운 침전물 퇴적물)가 발생할 수 있었을 가능성이 있다.[1][2] 이것은 연간 계층화를 가정할 수 있지만, 대안적 설명(야행성)도 제안되었다.[3]
나무 고리를 분석한 결과 과거 태양주기에 대한 상세한 그림이 나타났다. 연대기적으로 구식 방사성탄소 농도는 11,400년 동안 태양의 흑점 활동을 재구성할 수 있도록 허용했다.[4]
초기 관측치
태양 활동과 관련된 사건들은 바빌로니아 시대부터 정기적으로 기록되어 왔다. 기원전 8세기에,[5] 그들은 일식을 묘사했고 아마도 수학적 규칙에서 그것을 예측했을 것이다. 태양 흑점에 대한 최초의 현존하는 보고는 기원전 800년으로 거슬러 올라간다. 책에 사용된 구절은 '태양에서 더우가 보인다'와 '태양에서 메이도 보인다'로 번역되는데, 여기서 더우와 메이는 어둡게 하거나 모호하게 된다(문맥에 근거한다). 관측은 중국과 한국의 천문학자들이 독립적이기보다는 황제의 지시에 따라 정기적으로 주목했다.[5]
기원전 300년경 서양 문학에서 태양의 흑점을 처음으로 분명히 언급한 것은 고대 그리스 학자 테오프라스토스가 플라톤과 아리스토텔레스의 제자였으며 후자의 후계자였다.[6] 서기 807년 3월 17일, 베네딕트 수도사 아델무스는 8일 동안 보이는 커다란 태양 흑점을 관찰했다. 그러나 아델무스는 수성 통과를 관찰하고 있다고 잘못 결론을 내렸다.[7]
태양 흑점 관측에 대한 가장 오래된 기록은 기원전 364년부터이며, 항성 목록에서의 중국 천문학자 간 드의 논평을 근거로 한다.[8] 기원전 28년까지 중국 천문학자들은 태양 흑점 관측을 공식 황실 기록에 정기적으로 기록하고 있었다.[9]
AD 813년 샤를마뉴가 사망할 당시 커다란 태양의 흑점이 관측되었다.[10] 1129년의 태양 흑점 활동은 우스터의 존에 의해 설명되었고, 평균은 12세기 후반에 태양 흑점에 대한 설명을 제공했지만,[11] 이러한 관찰은 또한 행성 전이로서 잘못 해석되었다.[12]
태양 코로나의 첫 번째 모호하지 않은 언급은 비잔틴 역사학자 레오 디아코누스의 것이었다. 그는 콘스탄티노플(터키 현대 이스탄불)에서 경험한 968년 12월 22일 개기일식에 대해 다음과 같이 썼다.[13]
낮의 네 번째 시간에... 어둠이 대지를 뒤덮었고 모든 밝은 별들이 빛났다. 그리고 따분하고 빛이 없는 태양의 원반, 원반 가장자리를 중심으로 원을 그리며 빛나는 좁은 띠처럼 어슴푸레하고 힘없는 빛을 볼 수 있었다.
— Leo Diaconus[13]
태양 흑점 그림의 가장 초기 알려진 기록은 1128년, 우스터의 존이 그렸다.[14]
로마 황제 로타르 3년 12월 8일 토요일, 영국왕 헨리 28년, 아침부터 저녁까지 태양에 맞서는 두 개의 검은 구가 나타났다.
— John of Worcester, The Chronicle of John of Worcester, cited in Albert Van Helden, 1996.[15]
또 다른 초기 관측은 1185년 노브고로드의 러시아 크로니클에서 설명한 태양에 관한 것이었다.[13]
저녁이 되면 그곳에서는 일식이 일어난다. 날씨가 매우 우울해졌고 별들이 보였다... 태양은 생김새가 달과 비슷해졌고 뿔에서 살아 있는 불씨처럼 나왔다.
17세기와 18세기
지오다노 브루노와 요하네스 케플러는 태양이 축 위에서 회전한다는 생각을 제시했다.[16] 태양 흑점은 1610년 말 영국의 천문학자 토마스 해리엇과 요하네스, 그리고 1611년 6월에 설명을 발표한 데이비드 패브릭셔스에 의해 망원경으로 처음 관찰되었다.[17] Fabricius의 카메라 옵스큐라 망원경을 사용하여 태양 원반을 더 잘 볼 수 있었다. 갈릴레오는 로마의 천문학자들에게 태양 흑점을 보여주고 있었고, 크리스토프 스키너는 아마도 그의 디자인의 개선된 태양 광경을 사용하여 그 점들을 관찰하고 있었을 것이다. 둘 다 패브릭리우스의 작품을 알지 못한 갈릴레오와 스키너는 결국 아버지와 아들에게 끼친 공로를 놓고 헛된 경쟁을 벌였다. 1613년, 태양 흑점에 관한 서신에서 갈릴레오는 태양 흑점이 수성의 궤도 안에 있는 행성이라는 스키너의 1612년 주장을 반박하여 태양 흑점이 표면 특징이라는 것을 보여주었다.[17][18]
비록 태양 흑점의 물리적 측면은 20세기에 이르러서야 확인되었지만, 관찰은 계속되었다. 연구는 17세기 동안 태양 흑점의 수가 적었기 때문에 방해를 받았다. 그것은 현재 낮은 태양 활동 기간으로 인식되고 있는 이 기간 동안, Maunder Minimal로 알려져 있다. 19세기까지, 충분한 양의 태양 흑점 기록은 연구자들이 태양 흑점 활동에서 주기적인 주기를 유추할 수 있게 했다. 1845년, 헨리와 알렉산더는 열가소성 물질로 태양을 관찰했고, 태양 흑점이 주변 지역보다 더 적은 방사선을 방출한다고 결정했다. 평균 이상의 방사선 방출은 나중에 태양 표면에서 관찰되었다.[19] 태양 흑점은 태양계의 본질에 대한 논쟁에서 어느 정도 중요했다. 그들은 태양이 회전한다는 것을 보여주었고, 그들의 혜성과 행성은 모든 천체가 완벽하고 변하지 않는 구라고 가르쳤던 아리스토텔레스와는 반대로 태양이 변했다는 것을 보여주었다.
태양 흑점은 1650년에서 1699년 사이에 거의 기록되지 않았다. 나중에 분석한 결과, 관측 착오가 아닌 태양 흑점 감소로 문제가 드러났다. Gustav Spörer의 작품을 바탕으로, Edward Maunder는 태양이 태양 흑점이 거의 사라졌던 시대에서 1700년경부터 태양 흑점 주기의 갱신으로 바뀌었다고 제안했다. 태양 주기의 부재를 이러한 이해에 더하여 동시에 부재한 오로라에 대한 관찰이 있었다. 일식 중 태양 코로나의 부족도 1715년 이전에 지적되었다. 1645년부터 1717년까지 태양 흑점이 낮은 활동 기간은 후에 "Maunder Minimum"[20]으로 알려지게 되었다. 요하네스 헤벨리우스, 장 피카르, 장 도미니크 카시니 등의 관측통들은 이러한 변화를 확인했다.[18]
19세기
태양 분광기
1800년 윌리엄 허셜에 의한 적외선 방사선과 요한 빌헬름 리터에 의한 자외선이 검출된 후, 1817년 윌리엄 하이드 울라스턴이 유리 프리즘을 통해 보았을 때 태양 스펙트럼에 어두운 선들이 나타난 것을 알아차렸을 때 태양 분광은 시작되었다. 조셉 폰 프라운호퍼는 그 선들을 나중에 독립적으로 발견했고 그의 이름을 따서 프라운호퍼 선으로 명명되었다. 다른 물리학자들은 태양 대기의 성질이 그들로부터 결정될 수 있다는 것을 알아냈다. 분광학을 발전시킨 주목할 만한 과학자들은 데이비드 브루스터, 구스타프 키르흐호프, 로버트 빌헬름 분센, 안데르스 요나스 엥스트룀이었다.[21]
태양 활동 주기

태양 흑점 수의 주기적인 변화는 1826년과 1843년 사이에 사무엘 하인리히 슈와베에 의해 처음 관찰되었다.[22] 루돌프 울프는 태양 변동의 역사를 확립하기 위해 역사 기록을 연구했다. 그의 자료는 1755년까지 밖에 확장되지 않았다. 그는 또한 1848년에 다양한 장비와 방법론을 사용하여 서로 다른 천문학자들의 작업을 비교하기 위해 상대적인 태양 흑점 수 제형을 확립했으며, 현재는 늑대 (또는 Zürich) 태양 흑점 수로 알려져 있다.
구스타프 스포러는 이후 볼프가 17세기까지 주기를 연장하지 못하는 이유로 태양 흑점이 거의 관찰되지 않는 1716년 이전의 70년 기간을 제시했다.
또한 1848년, 조셉 헨리는 태양의 이미지를 스크린에 투사하여 태양 흑점이 주변 표면보다 더 시원하다고 판단했다.[23]
1852년경, 에드워드 사빈, 울프, 장 알프레드 고티에, 요한 폰 라몬트는 독립적으로 태양 주기와 지자기 활동 사이의 연관성을 발견하여 태양과 지구의 상호작용에 대한 최초의 연구를 촉발시켰다.[24]
19세기 후반에 리처드 캐링턴과 스퍼러는 독립적으로 주기가 진행됨에 따라 태양 흑점 활동이 태양 적도로 이동하는 것에 주목했다. 이 패턴은 20세기 초 에드워드 월터 먼더와 애니 스콧 딜 먼더가 처음 제작한 이른바 나비 도표의 형태로 가장 잘 시각화된다(그래프 참조). 태양의 이미지는 위도별 스트립과 월평균 태양 흑점의 부분 표면으로 나누어 계산한다. 이것은 색상으로 구분된 막대로 수직으로 표시되며, 그 과정은 시계열도를 만들기 위해 매월 반복된다.
반세기 후, 해롤드와 호레이스 밥콕의 부자팀은 태양 표면이 태양 흑점 바깥에서도 자화된다는 것을 보여주었다; 이 약한 자기장은 먼저 쌍극자를 주문하는 것이다; 그리고 이 쌍극자는 태양 흑점 사이클과 같은 기간에 극성 역전을 겪는다(아래 그래프 참조). 이러한 관찰은 태양 주기가 태양 전체에서 펼쳐지는 주피오템포럴 자석 과정이라는 것을 입증했다.
사진
태양은 1845년 4월 2일 프랑스 물리학자 루이 피조와 레옹 푸코가 처음으로 사진을 찍었다. 태양 흑점은 물론 사지 다크닝 효과도 그들의 대게로타입에서 볼 수 있다. 사진술은 태양계의 명성, 과립 및 분광학 연구에 도움을 주었다. 찰스 A. 영은 1870년에 처음으로 두각을 나타냈다. 일식도 촬영되었는데, 1851년 베르코프스키가, 1860년 스페인의 드라 루 팀이 찍은 가장 유용한 초기 사진이었다.[24]
회전
태양 자전 기간의 초기 추정치는 25일에서 28일 사이에 다양했다. 원인은 1858년 리처드 C에 의해 독립적으로 결정되었다. 캐링턴과 스퍼러 그들은 태양 흑점이 가장 많은 위도는 각 주기 동안 40°에서 5°로 감소하고, 높은 위도에서 태양 흑점은 더 느리게 회전한다는 것을 발견했다. 따라서 태양의 자전은 위도에 따라 달라지며, 태양의 바깥 층은 유동적이어야 한다는 것을 보여주었다. 1871년 헤르만 보겔과 그 직후 찰스 영에 의해 이 분광학적으로 확인되었다. 닐스 두너의 1880년대 분광 관측은 태양의 빠른 적도 지역과 느린 극지방의 30% 차이를 보였다.[24]
우주 날씨
태양 플레어와 코로나 질량 방출은 1859년과 1860년에 각각 발생하였다. 1859년 9월 1일, 리처드 C. 캐링턴은 태양 흑점을 관찰하는 동안 태양 흑점 무리 안에서 점점 더 밝은 빛의 조각들을 보았고, 그 조각들은 흐리게 되고 몇 분 안에 그 지역을 가로질러 이동했다. 이 사건도 R에 의해 보고되었다. Hodgson은 태양 폭발에 대한 설명이다. 1860년 7월 18일 널리 관측된 개기일식은 많은 그림들을 그렸고, 현대 CME 관측에 해당하는 변칙적인 특징을 묘사했다.[21]
수세기 동안, 태양 변동의 지구적 영향은 주목받았지만 이해되지 않았다. 예를 들어, 높은 위도에서 오랫동안 오로랄 빛의 표시가 관찰되었지만 태양과 연결되지는 않았다.
1724년 조지 그레이엄은 자석 나침반의 바늘이 매일 자석 북쪽에서 정기적으로 꺾였다고 보고했다. 이러한 효과는 결국 1882년 발포어 스튜어트에 의해 전리층과 자력권에 흐르는 오버헤드 전류가 원인이 되었고, 1889년 아서 슈스터에 의해 자기 관측 데이터 분석으로 확인되었다.
1852년 천문학자와 영국의 주요 장군 에드워드 사빈은 지구에서 자성 폭풍의 발생 확률은 태양 흑점의 수와 상관관계가 있다는 것을 보여주었고, 따라서 새로운 태양-지구의 상호작용을 보여주었다. 1859년, 거대한 자성 폭풍으로 눈부신 오로랄 디스플레이가 발생했고 세계 전신 업무에 지장을 초래했다. 리처드 캐링턴은 전날 태양 흑점 근처에서 관측했던 태양 플레어(즉, 특정 태양 사건이 지구에 영향을 미칠 수 있다는 것을 증명하는)와 폭풍을 정확히 연결했다.
크리스티안 버클랜드는 자신의 실험실에서 인공 오로라를 만들어 오로라의 물리학을 설명하고 태양풍을 예측했다.
20세기
관측소
20세기 초 미국에서 천체물리학에 대한 관심이 높아졌고, 여러 개의 관측소가 세워졌다.[25]: 320 태양 망원경(따라서 태양 관측소)은 1904년 캘리포니아의 윌슨산 천문대에 설치되었고,[25]: 324 1930년대에는 맥매트-헐버트 천문대에 설치되었다.[26] 세기의 전환기에 인도의 코다이카날 태양전망대([27]Kodaikanal Solar [28]Observatory)가, 1924년에는 독일의 아인슈타인툼, 1930년에는 일본 국립전망대(National Observatory)의 태양탑 망원경이 세워지는 등 세계 다른 지역에서도 관심이 커졌다.[29]
1900년경, 연구원들은 태양 변이와 지구의 날씨 사이의 연관성을 탐구하기 시작했다. 스미스소니언 천체물리학전망대(SAO)는 abbot과 그의 팀에게 태양의 방사선의 변화를 감지하도록 했다. 그들은 태양 방사선을 측정하는 도구를 발명하는 것으로 시작했다. 이후, 애벗이 SAO 수장으로 있을 때, 그들은 윌슨 산 천문대에서 얻은 자료를 보완하기 위해 칠레의 칼라마에 태양 관측소를 설립했다. 그는 273개월의 Hale 사이클 내에서 7, 13, 39개월의 패턴을 포함하여 27개의 고조파 주기를 감지했다. 그는 한 달 동안의 반대되는 태양열 동향과 반대되는 도시 기온과 강수량 추세를 일치시키는 등의 방법으로 날씨와의 연관성을 찾았다. 백일해학의 출현과 함께, 글록과 같은 과학자들은 나무 성장의 변화를 주기적인 태양 변화로 연결하고, 밀레니얼 스케일의 연대기의 유사한 변화로부터 태양 상수의 장기적 세속적 변동을 유추하려고 시도했다.[30]
코로나그래프
1930년대까지 태양의 코로나를 이해하는 데는 거의 진전이 없었다. 왜냐하면 그것은 드물게 개기 일식 동안만 볼 수 있었기 때문이다. 버나드 리오트의 1931년 발명된 코로나그래프 - 태양 원반의 직사광선을 차단하기 위한 부착 장치가 있는 망원경은 코로나를 대낮에 연구할 수 있게 했다.[21]
스펙트로헬리그래프
MIT 학부생인 미국의 천문학자 조지 엘러리 헤일은 분광기를 발명했고, 이 분광기를 통해 태양 광맥을 발견했다. 1908년 헤일은 수정된 분광필리그래프를 사용하여 시야 영역이 태양 디스크의 태양 흑점을 통과할 때마다 수소 스펙트럼이 지만 효과를 나타냈다는 것을 보여주었다. 이것은 태양의 흑점이 기본적으로 자기현상이며, 이는 반대 극성 쌍으로 나타난다는 최초의 징후였다.[31] 헤일의 후속 연구는 태양 적도를 가로지르는 거울 대칭으로 태양 흑점의 자기 극성을 동서로 정렬하려는 강한 경향을 보여주었다; 그리고 각 반구의 태양 흑점에 대한 자기 극성이 한 태양 주기에서 다음 태양 주기로 방향을 바꾸었다.[32] 태양 흑점 자기장의 이러한 체계적 성질은 현재 일반적으로 "Hale-Nicholson 법칙"[33] 또는 많은 경우에 단순히 "Hale's rule"이라고 불린다.
태양 전파 폭발
라디오의 도입으로 극한 정전기 또는 소음이 드러났다. 1942년 대규모 태양절 행사 중 심한 레이더 교란으로 태양전파 폭발(태양 플레어에 의해 생성된 넓은 파장을 커버하는 전파)이 발견되었다.
위성
지구 궤도나 태양권에 있는 많은 위성들은 입자와 들판의 현장 측정을 위해 태양 망원경과 다양한 종류의 기구들을 배치했다. 주목할 만한 대형 태양 관측 시설인 스카이랩은 국제 지구물리학적 해 캠페인의 추진력과 NASA의 시설들이 성장했다. 미완성 목록에 있는 다른 우주선은 OSO 시리즈, 태양열 최대 미션, 요코, SOHO, ACE, TRACE, SDO를 포함했다. 그럼에도 불구하고 다른 우주선(MENASSER, Fermi, NuSTAR 등)은 개별 기구에 의한 태양 측정에 기여했다.
태양계 최대 임무(1980년 발사)에 대한 ACRIM1 실험에 의한 총 일조 강도(TSI)의 위성 측정에 의해 자력 활성 지역에 의한 태양 대기압 방사선 변조 및 보다 미묘한 영향이 확인되었다.[34] 이러한 변화는 1978년 님버스 7호 위성에 발사된 ERB 실험 결과에서 나중에 확인되었다.[35] 위성 관측은 ACRIM-3와 다른 위성들에 의해 계속되었다.[36]
측정 프록시
직접 방사조도 측정은 최근 3회 주기 동안 이용 가능했으며 다중 관측 위성의 합성이다.[36][37] 그러나 일조 강도 측정과 태양 활동의 다른 대용물 사이의 상관관계는 초기 사이클의 태양 활동을 추정하는 것을 합리적으로 만든다. 이러한 대용물 중에서 가장 중요한 것은 ~ 1610년 이후 기록된 태양 흑점 관측 기록이다. 10.7cm 파장의 태양 전파 방출은 대기가 그러한 방사선에 투명하기 때문에 지상에서 측정할 수 있는 또 다른 대용물을 제공한다.
우주성 동위원소의 풍부함과 같은 다른 대리 데이터는 수 천년 동안 태양 자기 활동을 추론하기 위해 사용되어 왔고 따라서 밝기 가능성이 높다.
총 일조 강도는 태양의 흑점 변화나 무선 방출에 의해 예측되지 않는 방식으로 다양하다고 주장되어 왔다. 이러한 변화는 부정확한 위성 교정의 결과일 수 있다.[38][39] 일조 강도에는 장기적인 추세가 존재할 수 있다.[40]
기타 개발
태양은 1990년대까지 표면이 해결된 유일한 별이었다.[41] 그 밖의 주요 성과에는 다음 사항에 대한 이해가 포함되었다.[42]
- X선 방출 루프
- 코로나와 태양풍
- 다른 태양형 항성에서의 태양 밝기 변화 및 효과 검증
- 태양과 같은 별의 가시 표면에 있는 자기장의 강렬한 피브릴 상태.
- 0.5×10에서5 1×105 가우스의 자기장의 존재는, 아마도 어떤 섬유 형태에서, 상승하는 방위 유동성 다발의 역학으로부터 유추된 것으로 추정된다.
- 태양 중심부에서 발생하는 저준위 전자 중성미자 방출.[42]
21세기
위성 계측기에 의해 관측된 가장 강력한 플레어는 2003년 11월 4일 19:29 UTC에서 시작되었고, 11분 동안 포화상태의 계측기가 시작되었다. 지역 486은 X28의 X선 플럭스를 생산한 것으로 추정되었다. 홀로그램과 시각적 관측은 태양의 저편에서 상당한 활동이 지속되고 있음을 보여준다.
2000년대 첫 10년 후기에 행해진 태양 흑점과 적외선 스펙트럼 라인 측정은 태양 흑점 활동이 다시 사라지고 있어 새로운 최소치로 이어질 수 있음을 시사했다.[43] 2007년부터 2009년까지 태양의 흑점은 평균을 훨씬 밑돌았다. 2008년에 태양은 73%의 시간 동안 티끌 하나 없이, 심지어 태양 최소치에도 극소량이었다. 1913년만이 더 뚜렷하게 나타났는데, 그 해의 85% 동안 태양 흑점이 없었다. 태양은 2009년 12월 중순까지 계속 쇠약해졌고, 그 때 몇 년 동안 가장 큰 태양 흑점 집단이 나타났다. 그때까지도, 태양 흑점 수치는 최근 사이클의 수준보다 훨씬 낮은 수준에 머물렀다.[44]
2006년, NASA는 2011년 경에 다음 태양 흑점 최대치가 150~200(사이클 23보다 30~50% 강함)에 이르고, 그 후 2022년 경에는 약한 최대가 될 것이라고 예측했다.[45][46] 그 대신 2010년의 태양 흑점 주기는 여전히 최상에 가까웠어야 할 때여서 그 특이한 약점을 보여주었다.[47]
사이클 24의 최소값은 2008년 12월경에 발생했으며 다음 최대값은 2013년 5월 경에 태양의 흑점 수 90에 도달할 것으로 예측되었다.[48] 북방 태양 반구의 월평균 태양 흑점 수는 2011년 11월에 정점을 찍은 반면 남반구는 2014년 2월에 정점을 찍은 것으로 보이며 월평균 102개에 달했다. 이후 수개월은 70여 개(2014년 6월)로 줄었다.[49] 2014년 10월, 태양 흑점 AR 12192는 1990년 이후 가장 큰 관측치가 되었다.[50] 이 태양 흑점에서 분출된 플레어는 X3.1급 태양 폭풍으로 분류되었다.[51]
국립태양전망대(NSO)와 공군연구소(AFRL)의 독립 과학자들은 2011년 사이클 25가 크게 줄어들거나 아예 일어나지 않을 수도 있다고 예측했다.[52]
참조
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