헤일주기

그림 1. 헤일의 극성뒤바뀜 규칙(Hale's polarity rule)을 설명하는 그림. 태양흑점의 극소기 때(T=0)는 태양흑점이 고위도에서 발생하기 시작하며 발생위치가 점점 낮아진다. 다음 주기에도 마찬가지 현상이 나타나지만, 선도 흑점군의 극성이 반대가 되는 것을 볼 수 있다. 또한 남반구와 북반구의 극성이 반대임을 주목해야 한다.(출처: Venkatakrishnan, P. and Gosain, S., 2008, Physics of the Sun and its Atmosphere, Chap. 4 )

헤일주기는 극성을 고려한 태양흑점 수의 주기이다. 흑점 수가 약 11년을 주기로 증가하고 감소하는 태양주기는 잘 알려져 있다. 그런데 헤일(George Ellery Hale)은 흑점의 극성적 특성이 태양주기가 바뀔 때마다 뒤바뀐다는 것을 알아냈다. 각 주기에서 선도 흑점군(leading sunspots)의 극성은 남반구와 북반구가 반대이며, 또 같은 북반구라도 태양주기가 바뀌면, 선도 태양흑점의 극성이 반대가 된다(그림 1). 따라서 극성이 교대로 나타나는 것까지 고려한 '온전한' 주기는 22년이라고 할 수 있다. 이를 헤일주기라고 한다.

목차

별에 자기장이 존재하는 이유를 설명하는 두 가지 이론은 화석자기장 이론과 다이나모이론이다. 이 중에서도 태양의 자기장은 다이나모이론에 의해 잘 설명되고 있다. 화석자기장 이론과 달리 다이나모이론이 11년 주기로 태양흑점의 양이 증가하고 감소하는 것을 잘 설명하고 있기 때문이다. 헤일의 '극성뒤바뀜' 현상 역시 태양 자기장의 기원을 설명하려는 모형이 반드시 설명해야 하는 중요한 관측 요소인데, 태양다이나모 이론은 이런 것까지 잘 설명하고 있다.

그림 2. 그림의 윗 부분은 흑점 수를 나타내고, 아랫 부분은 남극 맥머도(McMurdo) 기지에서 관측한 중성자 양을 나타낸다. 지구에 입사된 우주선의 양을 나타내고 있는데 극성이 바뀜에 따라 최대치를 나타내는 부분의 모양이 뾰족하거나 납작한 특징을 보여준다. 윗 그림에서 흑점 수를 회색으로 표시한 것과 달리, 아래 그림에서 세로 띠의 배경 색이 흰색인 것과 회색인 것은 반대 극성을 표시한다.(출처: Nuntiyakul et al. 2014, ApJ, 795, 11)

태양권(heliosphere)으로 입사되는 우주선(cosmic rays)의 양이 태양주기에 따라 달라지는 것은 잘 알려진 사실이다. 즉, 흑점극대기에는 입사되는 우주선의 양이 최소에 가깝고, 흑점극소기에는 입사되는 우주선의 양이 최대에 이른다. 한편, 우주선의 입사량 패턴을 분석한 후속 연구에 의하면 우주선의 양은 단순히 증가하고 감소하는 것이 아니고 22년 주기성을 보이고 있다. 즉, 극성이 바뀜에 따라 우주선 입사량이 최대가 될 때 조금더 뾰죽하거나 납작한 모양을 번갈아 가며 나타내고 있다(그림 2 참조).