홍염

그림 1. 홍염. 크기를 알아 보기 위해 루프(loop) 형태의 홍염을 지구와 목성과 비교하였다. (출처: )

홍염은 태양 대기의 아랫 부분인 광구(photosphere)나 채층(chromosphere)에서 태양대기의 바깥 부분인 코로나(corona) 영역에 해당하는 외곽으로 크게 뻗어나와 안정적인 상태를 유지하는 플라스마 구조이다(그림 1 참조). 홍염은 성분과 온도가 채층과 유사하다. 홍염을 가장 잘 관측할 수 있는 때는 개기일식이 시작될 때와 끝날 때이다. 이때 달에 의해 가려진 태양 원반 바깥에, 붉은 색을 띠는 얇은 층, 곧 채층이 보이는 데, 종종 이 채층보다 더 높은 곳에 구름처럼 밝게 보이는 붉은 색 구조물이 보인다. 이것이 홍염이다. 개기일식이 없는 경우에는 중성수소 에이취알파선 필터나 전리칼슘 H선 또는 K선 필터를 장착하면 구조를 잘 관측할 수 있다. 태양 원반 상에 있는 홍염은 태양 원반보다 어둡게 보이며, 대개 기다란 모습을 갖고 있다. 이를 필라멘트(filament)라고 한다.

어떤 경우 홍염은 루프 형태를 갖기도 하는데 수일 혹은 수개월까지 구조가 유지되기도 한다. 홍염은 수십만 km까지 확장되어 물질을 1000 km@@NAMATH_INLINE@@\,@@NAMATH_INLINE@@s^-1의 속도로 분출하기도 한다. 이렇게 홍염은 종종 코로나질량방출(corona mass ejection, CME)로 이어진다.

역사적으로 처음 기록에 남은 홍염은 1185년에 관측된 홍염이다. 일식 때 관측되었다는 기록이 14세기 로렌시아 연대기(Laurentian Codex )에 수록되어 있다. 1997년 소호태양관측위성(Solar and Heliospheric Observatory, SOHO)이 관측한 길이 350,000km 홍염이 역사상 최대 크기의 홍염 중 하나이다.

목차

형태학적, 혹은 발생 지역에 따라 홍염은 정온홍염과 분출홍염으로 구분할 수 있다. 정온홍염과 분출홍염은 생김새에 따라 다양하게 세분할 수 있다. 루프형태의 홍염은 분출홍염이다. 자기장 활동이 없거나 비교적 적은 지역에서 발생하는 정온홍염(quiescent prominence)은 비교적 긴 시간동안 구조를 안정되게 유지하는 반면 주로 자기장 활동 지역에서 발생하는 분출홍염(eruptive prominence)은 수분 혹은 수시간 정도의 짧은 수명 동안 유지되다가 물질을 밖으로 뿜어낸다. 분출홍염은 정온홍염과 비교할 때 비교적 온도가 높고 자기장도 10배 이상 강하다. 거의 모든 플레어(flare)가 홍염과 관련이 있다는 점에서 홍염의 구조와 진화는 자기재연결(magnetic reconnection) 현상으로 설명할 수 있다.

물리적으로 홍염은 채층(chromosphere)과 특징이 유사하다. 즉, 밀도는 광구보다 낮지만 코로나보다 높고, 온도는 광구보다 높지만 코로나보다 낮다. 에이취 알파 필터로 관측하면 특징을 잘 볼 수 있는 이유이다. 코로나에 비해 밀도가 높고 온도가 낮기 때문에 코로나 영역까지 확장된 홍염은 중력적으로 불안정하다. 코로나 영역까지 뻗어나온 홍염은 수일에서 수주, 심지어 수개월 동안 유지되기도 한데, 불안정 상태에서 그렇게 긴 시간동안 어떻게 형태를 유지할 수 있는지 연구가 계속 진행되고 있다. 현재까지 알려진 연구 결과에 의하면 자기장이 코로나 내부에서 홍염의 움직임과 형태를 결정하는 중요한 역할을 하는 것 같다. 즉, 자기장이 강한 광구에 흑점이 발생하고 흑점 위로 자기력선(magnetic field line)이 연결되어 고리 모양의 자기력선을 따라 플라스마들이 홍염을 구성한다고 생각한다(그림 2 참조).

그림 2. 자기력선과 홍염. (출처: 장헌영/이지원/한국천문학회)

홍염이 지구 방향으로 확장되어 태양면을 배경으로 나타나면, 광구면에서 어둡고 긴 필라멘트로 관측된다(그림 3 참조). 필라멘트는 분출에 의해 소멸되는데, 흥미롭게도 분출은 언제나 윗방향으로만 일어난다. 모든 플레어는 힐라멘트과 연관이 있는데, 단순히 분출 뿐 아니라 가열(heating), 증광(brightening), 방출(expulsion) 등의 과정이 급작스럽게 일어날 수 있는지, 그 에너지 근원은 무엇인지, 무엇이 발생을 일으키는지 등의 대답을 얻기 위해 계속 연구를 진행하고 있다.

그림 3. 필라멘트. 밝은 태양면을 배경으로 홍염이 나타나면 검은 필라멘트로 관측된다. (출처: )