태양 흑점의 주기에 대해 알아보기

태양의 북-남 비대칭성은 태양 활동을 관찰하는 중요한 지표중 하나이다. 본 연구에서는 흑점 면적을 이용한 북-남 비대칭성, 흑점수 및 흑점 면적에 대해 태양 주기별 태양 자전에 의한 27일 주기성을 분석하였다. 나사에서 제공되는 1878년부터 2016년까지(태양주기 12-24)의 일일 흑점 면적과 일일 흑점수를 이용하였다. 롬-스카글 주기 분석 방법을 사용하여 흑점수, 총 흑점 면적, 북․남반구 흑점 면적, 및 북-남 비대칭성에 대해 27일 주기성을 분석하였다. 분석 결과 흑점수와 흑점 면적은 같은 주기성을 갖는다는 것을 확인하였다. 흑점수, 흑점 면적 및 북-남 비대칭성은 10.7년 및 12년에서 강한 주기성을 보여 태양 주기적 변화를 보여주었다.

또 한 27일 주기의 태양 주기별 분석에서 총 흑점 면적의 주기성은 북반구 흑점 면적의 주기성과 보다 높은 상관관계를 보였고, 북-남 비대칭성의 주기성은 남반 흑점 면적의 주기성과 높은 상관관계를 보였다. 즉 북반구 흑점 면적은 총 흑점 면적의 중요한 매개변수가 될 수 있고, 남반구 흑점 면적은 북-남 비대칭성의 중요한 매개변수가 될 수 있을 것이다.흑점은 백색광으로 본 태양 원반, 즉 광구에 나타나는 검은 점이다. 사실상 흑점은 수학적인 점도 아니고 검지도 않다. 흑점은 대개 지구보다 크다. 작은 것은 지름이 16 km 정도이며, 아주 큰 흑점은 160,000 km나 된다. 흑점은 가장 어두운 암부와, 이 암부를 둘러싸고 있는 반쯤 어두운 반암부로 이루어져 있다. 암부는 매우 어두워 보이나 주변 밝기의 10% 정도의 빛은 내고 있다. 암부가 어두운 것은 온도가 낮기 때문이고, 온도가 낮은 것은 자기장이 강하여서 대류에 의한 열전달이 활발하지 못해서이다. 암부는 온도가 3,700 K정도이고, 자기장 세기는 2,000∼4000 gauss이다. 대개 흑점은 생긴 후 일주일이내에 사라진다. 하지만 매우 큰 흑점은 수개월씩 살아남는다. Fig. 1-1의 하단부에 있는 반영이 없는 작고 검은 점은 미소흑점이다. 1874년 5월부터 2007년 4월의 기간 동안 흑점 면적의 북, 남 비대칭성에 대한 시간에 따른 변화와 북-남 비대성의 주기성을 분석하였다. 분석 결과에 따르면 전체 흑점 면적, 북반구의 흑점 면적, 및 남반구의 흑점 면적은 11년의 강한 주기성을 보여주었다. 북․남반구의 흑점 면적 차이로 정의된 북- 남 비대칭성은 태양 주기 11년보다 짧은 9년의 주기성을 보여주었다. 연구가들은 태양 주기 23의 흑점과, 코로나 질량방출, 지자기폭풍과의 상호 연관성을 이해하기 위해 코로나질량방출의 연도별 발생빈도 분포, 흑점수와 흑점 면적의 연평균 분포, 및 지자기폭풍의 연도별 발생빈도 분포를 흑점 북-남 비대칭 분포와 비교하였다.

 

분석 결과 흑점수 분포와 연관성에 있어 코로나 질량 방출의 발생빈도 분포가 지자기폭풍의 발생빈도 분포보다 높은 상관관계를 보여주었다. 그러나 흑점의 북, 남 비대칭 분포는 코로나질량방출 및 지자기폭풍의 발생빈도 분포와 낮은 상관성을 보여주었다. 조 등(2009)은 태양의 북-남 비대칭성을 고려하여 태양 활동과 기후 변화 사이의 관계를 이해하기 위해서 흑점수와 지구연평균 이상을 분석하였다. 두 물리량의 시계열 변화를 이용하여 이동 상관계수를 계산하였고, 상관계수의 부호가 바뀌는 시점을 태양의 북-남 비대칭성의 부호가 바뀌는 시점과 비교하였다. 그 결과 태양의 남반구에서 태양 활동이 강할 때는 태양 활동과 기후 변화의 관계가 음의 상관을 보이고 북반구의 태양 활동이 강할 때는양의 상관을 보인다는 것을 확인하였다. 또 한 태양풍의 분포가 남북 비대칭이 되는 것, 북반구의 변화가 선행하는 경향이 있는 것, 그리고 태양 활동의 쇠퇴에 따라 큰 북, 남 비대칭성이 장기간 출현하고 있다고 주장하였다. 이러한 사실은 태양 자기장의 북-남 비대칭성과 밀접하게 관련되어 있다. 특히 북-남 비대칭성이 장기간 출현하는 이유는 자기장의 쌍극자 성분에 대해 사중극자 성분이 우세하다는 것을 반영한 것으로 해석하였다. 앞서 살펴본 선행 연구의 결과로부터 태양의 북-남 비대칭성이 태양활동의 중요한 요소가 되고 있음을 알 수 있다. 이것은 단순히 전체 흑점수를 통한 주기성 변화가 아닌 흑점 면적의 북-남 비대칭성, 북반구와 남반구의 흑점 면적의 다양한 주기성을 분석하고자 한다. 태양 활동의 주기를 분석하기 위하여 시계열 분석 방법 중 불규칙적인 간격의 자료를 분석하기에 좋은 롬-스카글 주기 분석 방법을 활용하여 기존의 태양의 주기 이외에도 흑점 면적의 북반구, 남반구, 남과 북의 비대칭성의 주기성에 대한 분석이다.