지구가 과거 여러 차례 태양의 보호막 밖으로 밀려났다는 주장이 제기됐다. 태양계가 차가운 고밀도 성간구름을 통과하면서 태양권이 지구 궤도 안쪽까지 쪼그라들었다는 분석이다. 이 과정이 과거 지구의 기후변화에 영향을 줬을 가능성에 학계가 주목했다.
미 항공우주국(NASA)은 보스턴대학교 메라브 오퍼 교수 등 SHIELD 연구팀이 태양계의 과거 이동 경로와 태양권의 변화를 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석한 결과를 지난달 말 소개했다. SHIELD는 태양풍과 국부 성간물질이 만나는 태양권 경계가 어떻게 형성되고 변하는지 모델링하는 프로젝트다.
태양권은 태양에서 끊임없이 방출되는 하전입자 태양풍이 성간물질과 부딪치면서 형성된 거대한 영역이다. 현재 태양권은 진행 방향을 기준으로 태양에서 약 120AU(천문단위)까지 뻗어 있다. 1AU가 태양과 지구 사이 평균 거리인 약 1억5000만㎞인 점을 감안하면 지구는 태양권 깊숙한 곳에 자리한다.
지구가 태양의 보호막을 과거 몇 차례 벗어났을 가능성이 제기됐다. 「사진=인공지능(챗GPT) 생성 이미지」
태양권은 단순히 태양풍이 미치는 범위만은 아니다. 태양계를 둘러싼 일종의 방패처럼 작용해 성간물질과 은하 우주선의 영향을 줄인다. 문제는 이 보호막의 크기가 항상 지금과 같았던 것은 아니라는 사실이다.
메라브 오퍼 교수는 “태양은 약 46억 년간 서로 다른 성간환경을 지나왔다. 시뮬레이션에 따르면 태양계는 최근 수천만 년 사이에도 밀도가 높은 차가운 가스와 먼지 구름을 만났다”며 “이때 성간물질이 태양권을 강하게 압박하면서 그 경계가 지구 궤도보다 안쪽으로 밀려날 수 있었다”고 말했다.
연구팀은 이런 일이 최근 수천만 년 동안 적어도 세 차례 일어났을 가능성을 제기했다. 약 200만~300만 년 전과 600만~700만 년 전, 1300만~1400만 년 전이다. 당시에는 지구가 태양권 바깥으로 나가 평소와 전혀 다른 성간환경에 직접 노출됐을 가능성이 있다는 설명이다.
태양풍과 성간물질의 상호작용으로 형성되는 태양권의 개념도. 태양권계면(Heliopause)은 태양풍의 영향권과 성간공간을 가르는 경계다. 과거 밀도 높은 성간구름을 만났을 때 이 경계가 지구 궤도 안쪽까지 압축됐을 가능성이 제기됐다. 「사진=메라브 오퍼·애덤 홍」
이 가설은 2024년 메라브 오퍼 교수를 비롯해 오우무아무아 연구로 유명한 미국 하버드대학교 아비 로브 교수 등에 의해 구체적으로 제시됐다. 아비 로브 교수는 태양계가 약 200만~300만 년 전 살쾡이자리 방향의 차갑고 밀도가 높은 성간구름을 통과했을 가능성을 계산했다. 당시 연구는 국제 학술지 네이처 애스트로노미에 발표됐다.
시뮬레이션 결과는 극적이었다. 현재 진행 방향으로 약 130AU 규모의 태양권이 당시에는 불과 0.22AU까지 압축될 수 있었다. 지구 궤도인 1AU보다 훨씬 작다. 이 경우 수성과 금성은 물론 지구와 달까지 태양권 밖으로 밀려나 찬 고밀도 성간물질에 직접 노출된다.
지질학적 흔적도 관심을 끈다. 연구팀은 심해 퇴적물과 남극, 달 샘플에서 검출되는 철-60과 플루토늄-244 같은 동위원소에 주목했다. 지구에서 일반적으로 만들어지기 어려운 이들 물질이 유입된 시기가 태양권이 크게 수축한 추정 시기와 일부 겹친다는 것이다. NASA 역시 이런 일치가 태양계의 성간구름 통과 가능성을 뒷받침하는 단서라고 전했다.
1977년 발사된 보이저 1호가 측정한 은하 우주선의 변화. 태양에서 멀어질수록 검출량이 증가하다 2012년 태양권을 벗어나 성간공간에 진입한 뒤 크게 높아졌다. 연구진은 태양권이 은하에서 날아오는 우주선의 70% 이상을 차단한다고 설명했다. 「사진=메라브 오퍼」
태양 보호막 밖으로 밀려난 지구 기후가 영향을 받았을 가능성도 떠올랐다. NASA에 따르면 시뮬레이션에서는 지구 대기가 차갑고 밀도 높은 성간 수소에 노출될 경우 상층 대기의 수증기가 증가하고 대기 역학이 달라졌다. 이런 변화가 지표 환경까지 영향을 미쳐 과거 일부 한랭화나 빙하기에 관여했을 수 있다는 것이다.
다만 태양권 붕괴가 과거 지구의 기후변화를 일으켰다고 확정된 것은 아니다. 특히 성간구름과 만났을 때 지구에 도달하는 은하 우주선이 얼마나 증가했는지를 놓고는 최근에도 논쟁이 계속됐다. 올해 4월 네이처 애스트로노미에는 약 200만~300만 년 전 우주선이 크게 증가했다는 뚜렷한 흔적이 우주 기원 동위원소에서 확인되지 않는다는 반론이 제기됐다.
태양권 변화에 대해서는 논란이 여전하지만, 연구팀은 태양과 지구의 관계를 이해하려면 태양 자체의 변화뿐 아니라 태양계가 은하에서 어떤 환경을 통과했는지 살펴야 한다는 입장이다. 현재 NASA의 SHIELD 프로젝트는 태양권과 주변 성간물질의 상호작용을 재현하는 디지털 트윈(실제 사물과 컴퓨터로 똑같이 구현한 가상 모델)을 구축하고 있다. 이를 통해 과거 태양권의 변화뿐 아니라 다른 항성 주변 행성이 우주환경으로부터 얼마나 보호받을 수 있는지도 규명할 계획이다.
김한별 기자 khstar@sputnik.kr
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