오로라는 태양 표면에서 쏟아지는 고에너지 입자들이 지구 자기장에 이끌려 양극 지방으로 내려오면서 지구 대기와 반응해 아름다운 빛을 내는 것을 말한다.
극지방의 오로라
그런데 왜 극지방에서나 관찰이 가능하던 오로라가 국내에서 관찰이 됐을까?
미국 국립해양대기청(NOAA) 우주기상예측센터(SWPC)에 따르면 지난 5월 10일 가장 강력한 수준인 G5등급의 지자기 폭풍이 지구에 도달하면서 전 세계적으로 오로라가 나타난 것이다. 지자기 폭풍 G5등급이 지속될 경우 전파교란이나 정전이 있을 수 있다. 실로 어마어마한 일이 일어난 것이다.
오로라는 활발한 태양 활동으로 생긴 입자가 지구로 날아오는 ‘태양 폭풍’의 영향으로 생기는 것이다. 태양 폭풍은 위에서 말한 대로 오로라뿐만 아니라 지구의 자기장을 교란해 전력망이나 무선 통신망, 위성 시스템을 손상시킬 수 있어 이 피해를 막기 위해 태양 폭풍의 원인이 되는 태양 자기장 활동의 예측이 필요한 것이다.
실제로 이번 폭풍으로 스웨덴에서 정전이 발생했고, 남아프리카공화국에서 변압기가 파손됐다. 이번 피해는 미비했지만 앞으로 더 큰 폭풍이 일어날 수 있음을 간과해서는 안된다. 따라서 태양 폭풍을 예측할 수 있는 연구는 계속되어 왔다.
2024년 5월 14일, 태양은 강한 자기장을 내뿜었다. 출처: NASA/SDO
천문학자들은 수 세기 동안 태양이 자기장을 생성하는 물리적 과정인 ‘태양 다이너모(Dynamo)’를 연구해 왔다. 태양 다이너모는 태양의 자기장 생성하는 물리적 과정을 말한다.
태양의 자기장을 설명하는 ‘심층이론’은 태양 자기장이 태양 표면 아래 약 13만 마일 9 약 20만 9000km)에서 시작된다고 보기에 태양 표면에서 일어나는 ‘비틀림 진동’ 현상을 설명하지 못했다.
하지만 최근 제프리 바실(Geoffrey Vasil) 영국 에든버러 대학교 (The University of Edinburgh) 수학과 교수가 이끈 국제 공동 연구팀이 새로운 수치 시뮬레이션을 활용해 태양에서 자기장이 생성되는 위치를 알아냈다.
태양 표면 근처에 흐르는 가스와 플라스마의 운동 패턴을 계산해 태양 자기장 활동이 태양 표면 아래 약 2만 마일(약 3만 2000km)에서 시작된다는 사실을 밝혀내고 연구 결과를 국제 학술지 ‘네이처(nature)’에 공개했다.
태양은 지구처럼 고체가 아니기 때문에 자전할 때 통째로 회전하지 않고 태양 내부와 외부 표면이 회전하는 속도 차이로 비틀림이 발생한다. 이에 태양 내외부에서 가스와 플라스마가 순환하면서 발생하는 패턴인 비틀림 진동은 11년 주기로 반복된다.
연구팀은 태양 자기 활동의 극대기도 11년을 주기로 돌아온다는 사실에 주목하고 두 현상이 동일한 물리적 과정이라는 가설을 세우고 ‘비틀림 진동’을 설명할 수 있는 새로운 수치 시뮬레이션을 개발했다.
미국항공우주국(NASA)의 슈퍼컴퓨터를 활용해 태양 표면 근처의 가스와 플라스마의 운동 패턴을 시뮬레이션한 결과 태양 표면에 훨씬 가까운 곳에서 태양 자기장 활동이 일어난다는 사실을 밝혀냈다.
이는 태양 활동을 더 잘 이해하고 태양 폭풍을 정확히 예측하는데 도움이 될 것으로 예상하고 있다. 연구팀은 1859년 9월 강력한 태양 폭풍이 캐나다의 초기 전신(telegraph) 시스템을 손상시킨 ‘캐링턴 사건’을 언급하며 연구의 공동 저자인 대니얼 레코아넷 미국 노스웨스턴 대 공학과학 및 응용수학과 교수는 이와 비슷한 수준의 태양 폭풍이 미국을 강타할 경우 약 1조에서 2조 달러(약 2728조 원)의 피해가 발생할 것으로 예상한다고 설명했다.
*캐링턴 사건-1859년 9월 1일 영국의 천문학자 크리스토퍼 캐링턴과 리처드 호지슨이 태양 흑점 관측 도중 밝게 빛나는 태양 플레어를 관측하여 기록했고 불과 17시간 만에 지자기 폭풍이 도달하여 전 세계적으로 오로라를 관측할 수 있었으며 북미와 유럽지역의 통신망을 고장 냈고 전신기사들은 전신기에서 발생한 전기 충격을 받고 쓰러지는 사건이었다.
극지방의 오로라
2024년 5월 14일, 태양은 강한 자기장을 내뿜었다. 출처: NASA/SDO