자기폭풍 등 태양 폭발이 지구에 미치는 영향 연구 NASA, 지난 2월 인공위성 5개 쏘아올려 관측시작
김봉규·한국천문연구원 대덕전파천문대 대장
미항공우주국(NASA)의 위성들이 지구대기권과 해를 연결하는 거대한 자기 끈을 처음으로 발견했으며 이 끈을 통해 태양 에너지가 전달됨으로써 신비한 극광 `오로라’가 빛을 내는 것으로 밝혀졌다.
망 원경으로 태양을 자세히 보면 마치 죽이 끓는 것을 연상케 한다. 냄비 바닥에서 뜨거운 열을 받아 위로 올라간 죽이 식으면서 아래로 내려가는 것처럼, 태양의 대류층도 마찬가지로 내부의 뜨거운 열을 받아 위로 올라왔다가 식으면서 아래로 내려가는 것을 반복하기 때문이다.
차이가 있다면 태양 표면에는 자성(자석 성질)이 있다는 점이다. 이 자성은 태양표면 아래의 뜨거운 물질이 위로 올라오는 것을 막는 역할을 한다. 자성이 특히 강한 곳은 뜨거운 물질이 올라오질 못해 온도가 낮고 빛도 적게 낸다. 그래서 검게 보이는데 이를 우리는 흑점이라 부른다. 대개 흑점은 지구만하지만 큰 것은 지구의 10배 정도 된다.
나 타났다가 사라지는 이 흑점의 존재를 서양에서는 갈릴레이가 망원경으로 태양을 보고 난 후에야 처음 알았지만, 동양에서는 그보다 훨씬 전부터 맨눈으로 관측해 기록으로 남겼다. 해는 뜬 직후나 지기 직전에는 맨눈으로 봐도 눈부시지 않아 자세히 관찰할 수 있기 때문이다. 고구려 고분에 그려져 있는 삼족오도 흑점을 나타낸다는 설이 있다. 삼족오는 항상 큰 원 안에 그려져 있는데, 그 원이 바로 태양인 것이다.
▲ 미국 알래스카 앵커리지 이글강 하늘에 오로라가 드리우면서 장관을 이루고 있다./조 선일보DB
흑점 주변의 강한 자성은 태양 밖으로 길게 뻗으면서 서로 꼬이기도 하는데, 이때 폭발이 일어나 엄청난 에너지가 방출된다. 마치 서로 다른 거대한 두 공기 덩어리가 부딪쳐 번개를 만드는 것과 비슷하다.
태 양 폭발에는 두 종류가 있다. 하나는 플레어란 것인데, 흑점 주변의 강한 자성들이 서로 꼬여 고에너지의 방사선을 방출하는 현상이다. 이들은 빛의 속도로 달려와 지구와 부딪친다. 다행히 지구의 상층에는 이들을 막아줄 보호막이 있긴 하다. 그러나 지나치게 많은 양이 지구에 부딪치면 보호막은 한계를 지니고, 플레어가 강할수록 오존층이 파괴돼 사람들은 더 많은 자외선에 노출된다.
태양 폭발의 또 다른 하나는 코로나 물질 방출이다. 사실 이것이 지구에 더 큰 피해를 준다. 코로나는 태양 주위를 둘러싼 섭씨 100만도 이상 되는 뜨거운 입자들로 전기를 띠고 있다. 태양이 폭발하면 이들도 태양 밖으로 분출되는데, 때론 그 양이 수십억 톤이나 되며, 시속 수백만㎞로 날아가 지구에 부딪쳐 수조 와트의 전기를 지구 주위에 쏟아 붓는다.
1989년 캐나다 송전시설의 파괴, NASA 위성의 궤도 이탈, 1991년 미국 핵발전소 변압기 파손, 1997년 미국 AT&T사의 방송위성 기능 상실, 2000년 일본 아스카 위성의 수명 단축과 아케보노 위성의 고장, 2003년 미국의 화성탐사선 오딧세이의 방사선 측정 장비 고장과 일본의 화성 탐사선 노조미의 통신 장애현상 등을 비롯해 헤아릴 수 없이 많은 피해가 태양 폭발 때문에 발생했다.
그러나 태양 폭발은 지구의 남극이나 북극 지방 주변에서는 멋진 야경을 만들기도 한다. ‘오로라’가 바로 그것이다. 오로라는 전기를 띤 입자들이 환상적인 빛을 방출해서 만들어진다. 그래서 전기를 띤 코로나 물질이 지구에 많이 와 부딪칠수록 당연히 더 황홀한 장관을 연출한다. 물론 피해도 그만큼 많이 발생한다.
NASA 는 태양 폭발이 지구에 미치는 영향을 체계적으로 연구하기 위해 ‘테미스(Themis) 프로젝트’를 만들었고, 올해 2월에는 5개의 위성들을 우주 공간에 쏘아 올렸다. 지상과 우주 공간에서 동시에 관측해서 태양 폭발이 지구에 어떻게 영향을 주는지 정확히 파악하고 피해를 최소화하는 방안을 마련하기 위해서다.
그 성과가 이제 막 나오고 있다. 연구진은 지난 3월23일, 태양 폭발로 인해 알래스카와 캐나다에 걸쳐 발생한 자기폭풍을 관측했다. 이로 인해 2시간 이상 오로라가 나타나기도 했다. 측정된 자기폭풍의 위력은 같은 시간 동안 우리나라 전역에서 소비한 전력의 1.5배에 달했다. 자기폭풍은 예상 밖의 활동을 보여주었다. 오로라는 생각했던 것보다 2배 이상 빠른 속도로 서쪽을 향해 퍼져나갔고, 자기폭풍도 초당 11㎞라는 엄청난 속도로 전파되었다. 폭발은 시간차를 두고 여기저기서 일어났다.
연구진의 또 다른 성과는 지구 상층 대기와 태양을 잇는 거대한 자성의 끈을 발견했다는 사실이다. 그들은 태양 폭발에서 발생한 물질들이 이 끈을 따라 지구로 날아와 부딪칠 거라고 추정하고 있다. 여러 가닥으로 된 자성의 끈은 마치 밧줄처럼 서로 꼬여 있었다. 이 끈은 지상 7만㎞ 지점인 자기권계면이라 불리는 곳에 있었다. 이 영역은 태양풍과 지구자기장이 만나 마치 씨름하듯이 서로 힘겨루기를 하는 곳이다.
테미스 프로젝트는 2년간 지속적인 연구를 수행할 것이다. 연구가 끝날 때쯤이면 태양 폭발이 지구에 어떻게 영향을 미치는지 정확하게 파악될 것이다.
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