한국천문연구원(원장 한인우)은 황정아 박사가 이끄는 국제연구팀이 방사선대의 생성과 그 안정된 구조가 지속적으로 유지되는 원리에 대해 발견했다고 4일 밝혔다. 

지구 고유의 자기장으로부터 생성된 지구 자기권은 태양에서 나오는 우주 방사선의 위협으로부터 지구를 보호하는 방패막 역할을 한다. 

지구 자기력선이 열려 있는 남북극 방향에서 유입된 일부 저에너지의 전자들은 지구 적도 주변에서 도넛 모양의 띠를 형성하며 이 영역을 지구 '방사선대' 또는 '반앨런대(Van Allen Belt)'라고 한다.

방사선대는 지구 주변의 우주환경을 이해하는 데 도움을 주며 특히 우주 날씨 변화와 관련해 인공위성에 심각한 피해를 줄 수 있기 때문에 천문학자들의 주요 연구대상이다. 

연구팀은 NASA의 반 앨런 프루브 위성(Van Allen Probes, VAP)의 관측 자료를 분석해 지구 방사선대 특정한 주파수의 정전기 파동(frequency Upper-Hybrid~40kHz)을 발견했다. 

더불어 이 파동과 특정 에너지 영역의 전자들(1-50keV)의 상관관계를 최초로 입증했다. 이는 지구 방사선대가 오랫동안 현재 형태를 유지할 수 있었던 비밀을 풀 수 있는 중요한 단서가 된다.

지금까지 방사선대 관련한 많은 연구들은 태양활동이 활발할 때 플라즈마 파동과 입자의 상호작용에 주목해서 입자들의 가속 과정을 설명했다. 

반면 연구팀은 태양활동이나 다른 전자기 파동(electromagnetic waves) 현상이 거의 관측되지 않는 극소기, 우주환경이 아주 조용한 상태에서 정전기 파동(electro-static waves)의 존재를 확인하고, 특정 에너지 영역(hot electrons) 전자들과의 상관관계를 입증했다. 

방사선대 생성의 비밀을 풀기 위해 NASA에서는 2012년 반 앨런 프루브 라는 쌍둥이 위성을 발사했고, 이 위성들은 현재까지 방사선대에 상주하며 관측을 계속해오고 있다. 천문연은 NASA와 함께 위성 데이터 수신국을 운영하고 공동 연구를 진행 중이다.

황정아 박사는 "이번 발견은 반 앨런 프루브의 탑재체가 정밀한 고주파의 파동 관측이 가능했기 때문에 이룬 쾌거"라고 말했다. 

한편 이번 연구 결과는 미국 플라즈마 물리학 저널(Physics of Plasmas) 6월 20일자에 실렸으며, 미국물리학회 홈페이지에 주목할 만한 과학 논문으로 소개됐다.