지구 자기권과 자기화 플라즈마 물리의 난제 중 하나로 꼽히는 '분기된 전류 시트' 현상 원인이 국내 연구진에 의해 규명됐다.
포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 윤건수 물리학과·첨단원자력공학부 교수, 윤영대 포항가속기연구소 박사 공동연구팀이 비평형 상태 플라즈마 전류 시트가 비충돌 평형화하는 과정을 이론적으로 정립했다고 7일 밝혔다. 또 이를 입자 시뮬레이션 및 미국 나사(NASA)의 위성 데이터와 비교함으로써 지구 자기권의 미스테리였던 '분기된 전류 시트'의 기원을 규명했다.
지구 자기권에서는 서로 반대되는 두 자기장 영역 사이에 갇힌 시트 형태 플라즈마가 관찰된다. 그 내부에 전류가 흐르므로 전류 시트라고 부른다.
전류 시트에서 자기력과 열 압력이 서로 완벽하게 평형을 이룬 조건에 관해서는 상당한 연구 성과가 축적됐지만, 비평형 상태에서 평형 상태에 도달하는 과정은 풀리지 않은 숙제로 남아있었다.
연구팀은 전류 시트를 이루는 입자들의 궤도 종류와 위상 공간 분포를 고려하여 비평형 상태 시트가 평형을 이루어가는 과정을 상세히 분석했다. 평형화 과정에서 전류 시트가 자연스럽게 두 갈래로 분기될 수 있음을 파악했다. 이러한 이론적 예측이 한국핵융합에너지연구원의 'KAIROS 슈퍼컴퓨터'에서 수행한 입자 시뮬레이션 결과와 일치함을 확인했다.
이번 성과는 이론적 분석, 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션, 그리고 위성 관측을 모두 종합해 자기화 플라즈마 역학에 대한 이해를 한층 높인 사례다.
윤건수 교수는 “전류 시트가 비평형 상태에서 평형 상태로 도달하는 과정과 분기된 전류 시트의 생성 원인이라는 두 가지 난제를 동시에 해결했다는 점에서 학술적 의의가 크다”고 밝혔다.
한국연구재단 지원으로 수행된 이번 연구성과는 최근 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
