나비도

나비도는 시간에 따라 태양흑점이 출현하는 위도가 달라지는 것을 보여주는 도표이다. 흑점주기가 시작할 때 새로운 태양흑점은 태양위도가 30° 부근에서 나타난다. 흑점극대기 때는 10°에서 주로 발생하고, 흑점주기가 끝날 무렵인 흑점극소기에는 적도쪽에서 태양흑점이 발생하게 된다. 이와 동시에 새로운 주기의 태양흑점이 30° 부근에서 발생한다. 태양의 남반구와 북반구에서 비슷한 양식으로 태양흑점이 발생하는데 모양이 나비와 비슷하다고 하여 이를 나비도(butterfly diagram)라고 부른다. 태양흑점의 발생 위치가 이런 특징을 나타낸다는 것은 1904년 몬더(Edward Maunder)가 처음 발견했기 때문에 몬더의 나비도라고 부르기도 한다(그림 1).

그림 1. 태양흑점의 발생 위치를 시간에 따라 나타낸 나비도. 태양흑점의 발생 위치를 시간에 따라 나타낸 것이 나비도인데, 이 경우에는 색을 달리하여 흑점의 크기(면적)에 따른 발생 위치도 표시하였다. 이런 종류의 나비도로 태양흑점의 발생 위치와 흑점의 면적(흑점수)이 시간에 따라 어떻게 변하는지 알 수 있다. 나비도를 보면 태양흑점의 극대기 때 태양흑점의 발생 위치가 10°인 반면 극소기 때는 0° 주변과 30° 주변에서 겹치게 나타남을 알 수 있다. (출처: )

나비도의 태양흑점 분포로 알 수 있는 첫째 특징은 태양흑점이 35° 이상에서는 거의 발생하지 않는다는 사실이다. 태양흑점이 태양 내부에서 만들어지고 부력에 의해 표면으로 떠오르는 자기력선다발이라고 생각되기 때문에 이런 특징은 태양 내부에서 일어나는 자기력선다발의 진화와 태양 내부 구조의 물리적 특징을 이해하는데 매우 중요한 관측 결과이다.

둘째, 흑점주기가 진행됨에 따라 나비도에 나타나는 태양흑점의 발생 위치의 이동 속도가 점점 느려지고 중심점이 대략 8°에서 멈춘다는 사실이다. 태양흑점을 만드는 자속관(magnetic flux tube)에 작용하는 부력 및 태양 내부 깊은 곳에서 발생하는 자오면순환(meridional circulation)과 관련있는 것으로 생각된다. 더욱이 흑점극대기의 흑점 발생 위치의 이동 속도와 흑점 주기의 길이 사이에 반상관관계(anticorrelation)가 있는 것으로 관측 결과 밝혀졌다. 즉, 흑점극대기 때 발생 위치의 이동이 빠를수록 태양주기는 짧다. 이 현상 역시 자오면순환이 미치는 영향으로 생각된다.

셋째, 태양의 남반구와 북반구를 비교해 보면 대칭이 아니라는 사실이다. 나비도가 태양흑점의 발생 위치를 표시한 것이기는 하지만 발생 빈도와 흑점의 발생 빈도나 발생한 흑점의 면적(흑점수)를 알 수 있다는 점에서 태양흑점수의 남북비대칭을 나타내는 또다른 모습이라고 할 수 있다.

넷째, 흑점주기가 진행됨에 따라 흑점의 발생 위치가 적도 쪽으로 내려가는 반면 홍염과 같은 자기 활동 영역이 극쪽 방향으로 이동해 가는 사실이다. 이 현상은 '극으로돌진(rush to the poles)'라고 알려졌는데 태양 내부의 제트류 흐름으로 설명하고 있다(그림 2 참조). 태양위도 35° 이하에서만 관측할 수 있는 태양흑점과 달리 35° 이상에서 관측되는 자기 활동 영역을 고려하면 11년 이상의 주기성을 발견할 수 있는데 이를 확장된 태양주기(extended solar cycle)이라고 부르기도 한다.

그림 2. 코로나에서 방출되는 Fe XIV 선스펙트럼 근원의 위치 변화(출처: )