암부

암부는 태양흑점의 가장 어두운 부분이다(그림 1에서 어둡게 보이는 지역). 충분히 큰 흑점에서 암부는 대개 상대적으로 덜 어두운 반암부(가로 방향의 길다란 모양들이 보이는 지역)에 둘러쌓여 있다. 미소흑점과 같은 작은 흑점은 반암부가 없이 암부만으로 이루어진다. 암부는 가시광 밝기가 흑점 주변의 정온지역 보다 20~30% 정도 어둡고 온도는 주변보다 1000~1900 K 정도 낮다. 자기장은 수직 방향이고, 세기는 1800~3700 가우스이다. 암부가 주변보다 어둡고 온도가 낮은 이유는 자기장이 대류 운동을 방해하여 열전달이 원활하지 않기 때문이다. 암부의 크기와 밝기는 흑점의 크기와 연관이 있다. 큰 흑점일수록 암부가 크고 어둡다. 흑점의 면적은 암부의 면적의 5~6배이다. 가시광이 나오는 암부 지역은 사실상 흑점 주변의 가시광이 나오는 지역에 비해 400~800 km 더 낮은 곳에 있어(윌슨침강, Wilson depression), 모양이 운석구덩이와 비슷하다.

그림 1. 태양 흑점 중심부의 고해상도 영상(출처: 채종철/조규현/한국천문학회)

목차

큰 흑점은 암부도 크다. 뿐만 아니라 암부는 더 어둡고 자기장은 더 세다. 사실상 매우 어두운 암부의 밝기를 정확히 측정하는 것은 산란광 때문에 쉽지 않은 일이다. 이런 문제를 극복하기 위해서 태양과학자들은 가시광 대신에 근적외선을 이용해 관측했다. 파장이 1.6 μm인 근적외선으로 본 암부는 가시광에 비해 상대적으로 밝아서 산란광의 효과를 덜 받기 때문이다. 연구결과 암부의 근적외선 밝기가 암부 크기에 따라 어두워지는 것을 확인하였다. 지름이 4000 km인 작은 암부의 밝기는 주변 밝기의 62%, 25000 km인 큰 암부의 밝기는 45%이다. 주변 지역의 근적외선 나오는 곳의 온도가 6500 K라고 하면 근적외선 밝기로부터 작은 암부의 온도가 4100 K, 큰 암부의 온도는 4900 K임을 알 수 있다.

헤일(George Hale)은 자기장이 있는 매질에서 나오는 분광선이 갈라져 보이는 제만효과(Zeeman effect)를 이용해 태양흑점이 자기장이 강한 지역임을 최초로 알아내었다. 암부는 태양흑점 안에서 가장 강한 자기장이 수직으로 향하는 지역이다. 사실 암부의 자기장 세기는 흑점에 따라 달라진다. 일반적으로 암부에서 자기장이 강할수록 대류에 의한 열 전달이 더 차단되므로 암부의 온도는 내려가고 밝기도 더 어두워진다. 따라서 자기장의 세기는 암부의 밝기와 연관이 있을 것으로 예상할 수 있다. 실제로 근적외선에 잰 암부의 밝기와 자기장의 세기는 서로 긴밀하게 연관된다. 가령 주변 밝기의 45%가 되는 근적외선을 내는 암부에서는 자기장 세기는 3700 G, 65%를 내는 암부에서는 자기장 세기가 2200 G이다.

백색광으로 관측하는 흑점은 가운데 암부가 흑점 주변에 비해 400~800 km 만큼 아래로 내려앉아 있는 운석구덩이와 비슷한 모습이다. 이런 암부가 주변보다 가라앉는 현상을 발견자의 이름을 따라서 윌슨침강이라고 한다. 암부는 운석구덩이의 밑바닥에 해당되고 반암부는 운석구덩이의 경사진 벽에 해당된다고 하면, 태양 원반 중심에서 많이 떨어진 지역에 있는 흑점에서 원반 중심에 가까운 쪽의 반암부는 좁아 보이고 그 반대편은 넓어 보이는 것을 설명할 수 있다. 윌슨침강이 일어나는 이유는 지역에 따라 태양 표면의 높이가 달라지기 때문이다. 암부에서는 대기가 주변보다 낮은 온도와 작은 밀도로 투명해져 더 깊이 볼 수 있게 되고 이에 따라 표면이 주변 지역에 비해 더 깊은 곳에 있는 것으로 보이는 것이다.

고해상도 영상을 보면 암부도 구조가 단순하지 않음을 알 수 있다(그림 1). 가장 두드러진 구조는 암부를 가로지르는 다리 같은 밝은 구조물, 빛다리(light bridge, LB)이다. 언듯 보면 빛다리가 흑점 주변과 비슷해 보이나 사실은 흑점 주변과는 매우 다른 특별한 구조물이다. 빛다리가 있는 경우 암부는 두 개 이상으로 쪼개지는데 각 조각을 암부중심(umbral core, UC)이라고 한다. 빛다리가 없으면 암부는 하나의 암부중심으로 이루어진다. 암부중심 안에는 밝은 반점이 있다. 이를 암부반점(umbral dot, UD)이라고 한다. 암부반점과 암부반점 사이의 어두운 공간은 암부의 무정형배경(diffuse background, DB)이라고 한다. 그 중에서 가장 어두운 부분은 암부의 암흑핵(dark nucleus, DC)이라고 한다. 빛다리와 암부반점 같이 밝은 세부 구조물은 암부에서 대류가 상대적으로 잘 일어나는 지역이다.