73. 아름다운 오로라에 숨겨진 과학
소중한 것을 깨닫는 장소는 언제나 컴퓨터 앞이 아니라 파란 하늘 아래였다. - 다카하시 아유무
< 이 글은 2019. 3.19. 서울신문에 게재된 박영득 한국천문연구원 책임연구원의 글 입니다.>
오로라는 고위도 지역에서만 볼 수 있는 우주쇼 중 하나다. 녹색과 붉은색의 비단 커튼이 바람에 날리는 듯한 오로라는 극 지역으로 갈수록 더욱 선명하고 화려하게 보여 ‘극광’이라고도 불린다. ‘신의 선물’, ‘영혼의 샤워’처럼 오로라에 붙는 수식어에는 낭만과 환상성이 묻어나지만 태양 활동 때문에 만들어지는 현상이라는 것은 잘 알려져 있다.
태양 표면에서 쉼 없이 발생하는 폭발은 태양 표면의 물질을 우주공간으로 방출하게 된다. 플라스마 상태로 태양계 끝까지 날아가는 이 물질 중 일부는 지구 쪽으로도 온다. 거대한 전자석인 지구는 남극과 북극을 연결하는 거대한 자력선이 형성돼 있다. 이 때문에 태양 플라스마 입자들은 지구 상공에 분포하고 있는 자력선에 붙잡히게 되고 패러데이 왼손 법칙에 따라 자력선 방향에 수직으로 회전하면서 지구의 남극과 북극으로 끊임없이 이동하게 된다.
지구 자력선에 붙잡혀서 회전하는 전자나 양성자들의 속도는 총알 속도의 수십~수백 배에 이른다. 이들이 대기 중으로 들어오면 우주선이 지구로 귀환할 때 표면이 타는 것처럼 엄청난 마찰열을 일으켜 지구 대기 속 분자들을 태운다.
또 지구 자력선의 분포는 지자기 남극과 북극에서는 빽빽하고 적도 상공에서는 밀도가 낮다. 더군다나 지자기 남북극 지역은 지구 자력선이 출발하는 지역이므로 자력선이 대기 중에도 존재한다. 오로라가 지자기 남극과 북극에 가까운 지역에서만 보이는 이유다.
또 지구 대기권을 구성하는 공기는 대략 질소 78%, 산소 21% 등으로 이루어져 있다. 질소를 태우면 녹색, 산소를 태우면 붉은색이 나타나는데 오로라가 주로 녹색과 붉은색을 띠는 이유다.
오로라의 빛이 강렬하다는 것은 많은 입자들이 자력선에 붙잡혀서 대기 중으로 유입됐음을 뜻한다. 태양 폭발이 강해 더 많은 양의 플라스마가 지구로 날아들면 화려하고 규모가 큰 오로라가 발생하는 것이다.
그래서 오로라는 태양 폭발이 지구에 미치는 영향을 예측하는 중요한 인자다. 오로라가 강하다는 것은 지자기 폭풍에 의해 국제통신이 두절되는 델린저 현상이나 대형 정전사고가 일어날 가능성도 크다는 이야기다. 오로라는 보기에는 아름답지만 그것이 크고 강렬할수록 지구에 살고 있는 우리에게 피해를 줄 가능성이 더 높다는 것도 알아야 한다.
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