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[별 소리 다 듣겠네] 지자기 폭풍이 만들어낸 환상적인 우주의 커튼! 오로라

2022년 10월 31일 오전 09:00
[앵커]
화려한 색감으로 밤하늘에 너울거리는 오로라는 우주의 마법사가 만든 거대한 커튼으로 불리기도 하죠.

오로라의 신비한 형상은 보는 이로 하여금 환상의 세계로 빠져들게 하지만 엄연한 자연 현상인데요,

오늘 '별소리 다 듣겠네!' 에서는 오로라의 생성 과정과 종류, 속성에 대해 자세한 얘기를 들어보겠습니다.

[이우경 / 천문연 우주과학본부 책임연구원]
안녕하세요. 아홉 번째 별소리를 전해드릴 이우경입니다. 오늘은 지자기 폭풍이 만들어낸 환상적인 우주의 커튼! ‘오로라’에 대한 별소리를 전해드리겠습니다.

Q. 오로라의 정의와 발생 원리는?!

[이우경 / 천문연 우주과학본부 책임연구원]
네, 우선 오로라를 정의하자면, 지구 대기가 바깥에서 들어오는 높은 에너지 입자와 부딪혀 빛을 내는 일종의 ‘방.전.현.상’ 입니다. 지구로 들어오는 고에너지 입자는 주로 전기적인 성질을 가지는 ‘하전입자’ 인데요, 이 하전입자들이 북극과 남극 지역의 열린 자기력선을 따라 대기 아래층까지 들어오게 됩니다.

이때! 지구 대기와 부딪히며 에너지를 전달하고, 대기가 받은 에너지를 빛의 형태로 방출하는 것이 바로 오로라죠. 오로라를 자세히 보면 빗줄기처럼 보이는데요, 바로 지구 자기력선을 타고 들어오는 하전입자가 위에서 아래로 내려오며 지구 대기와 부딪히기 때문입니다.

Q. 오로라 볼 수 있는 지역과 우리나라에서 볼 수 없는 이유는?!

[이우경 / 천문연 우주과학본부 책임연구원]
네, 우선 오로라는 남극 또는 북극과 가까운 고위도 지역에서만 볼 수 있습니다. 여기서 남북극은 지리상의 남북극이 아니라! ‘지.자.기.남.북.극’, 즉 나침반이 가리키는 남극과 북극을 말합니다.

하지만! 지금처럼 태양 활동이 활발해지는 시기에는 좀 더 남쪽에서도 볼 수 있는데요, 최근 우리와 지리적으로 비슷한 위도에 있는 캘리포니아에서 오로라가 나타나기도 했습니다! 하지만 아쉽게도 우리나라에서는 볼 수가 없어요. 아까 오로라는 지자기 남북극을 중심으로 일어난다고 했죠?! 지금 지자기 북극은 캐나다 북부에 있습니다. 미국 캘리포니아와 비교하면 우리나라는 캐나다에서 훨~씬 멀리 떨어져 있으므로 오로라를 보기 어려운 것이죠.

Q. 그렇다면 오로라, 다양한 색으로 보이는 이유는?!

[이우경 / 천문연 우주과학본부 책임연구원]
네~ 오로라가 다양한 색으로 보이는 이유는 바로 지구 대기를 구성하는 성분 때문입니다. 지구 대기는 주로 산소와 질소로 이루어져 있는데요, 여러분이 가장 흔하게 볼 수 있는 초록색과 붉은색 오로라는 산소 원자가, 하전입자와 충돌할 때 내뿜는 빛입니다.둘 다 산소 원자가 방출하는 빛이지만 붉은색 오로라는 초록색보다 높은 곳에서 일어납니다. 고도로 치면 붉은색은 200km 이상의 상공에서, 초록색은 그 아래에서 보이는 것이죠.

아무래도 지상에서 보면 고도 상으로 더 멀리 있는 붉은 색 오로라는 잘 보이지 않게 되죠. 빛의 세기는 광원 거리의 제곱에 반비례하므로 초록색과 비교하면 훨씬 희미하게 보입니다. 다만 오로라가 매우 강하게 일어날 때는 오로라가 평소보다 남쪽까지 내려오기 때문에, 중위도 지역에서는 초록색 오로라 대신 높은 곳의 붉은 색 오로라를 볼 수 있습니다. 그리고 가끔 오로라 끝단에서 보라색 오로라를 볼 수 있는데요, 바로 질소 분자가 내뿜는 빛입니다. 에너지가 강력한 하전입자가 훨씬 아래쪽까지 내려와 질소 분자와 부딪히는 것이죠

Q. 태양계 내 다른 행성에도 오로라 현상이 있나?!

[이우경 / 천문연 우주과학본부 책임연구원]
네 물론입니다. 대기가 있는 금성, 화성, 토성, 목성 등 다른 행성에서도 일어납니다. 다만 오로라 형태와 발생 원리가 지구와는 달라요. 예를 들어 태양계에서 가장 큰 행성인 목성의 오로라를 일으키는 것은 태양이 아닌 목성의 달, ‘이오’입니다. ‘이오’는 400개 이상의 활화산을 가지고 있는데 이 화산이 폭발할 때 나오는 입자들이 목성의 자기력선을 타고 내려가 오로라를 일으키는 거죠. 토성의 경우,
대기 소용돌이에 의해 오로라가 나타나기도 합니다. 다양한 형태의 오로라들이 어떻게 일어나는지는 여전히 풀어야 할 숙제인데요, 한 가지 아쉬운 점이 있다면 지구와 달리 여러분이 토성이나 목성에 가도 오로라를 맨눈으로 보기는 힘들 다는 사실이에요. 왜냐하면, 토성과 목성의 오로라는 대부분 눈으로 볼 수 없는 적외선 영역에서 일어나기 때문이죠.

Q. 오로라 발생 시 주의해야 하는 사항은?!

[이우경 / 천문연 우주과학본부 책임연구원]
네, 오로라가 매우 밝아지거나 캘리포니아처럼 평소보다 남쪽까지 오로라가 보인다면 태양폭발 등에 의해 강력한 에너지가 지구로 들어오고 있다는 신호입니다. 바로 이 에너지가 지구로 들어오면서 대기를 교란합니다. 특히 지구를 둘러싼 대기 중 전리권이라고 하는 영역이 있습니다. 이 전리권은 전파를 반사해 원거리 무선 통신을 가능하게도 하지만 전리권이 교란될 경우 통신을 두절하거나 전파를 의도치 않은 곳으로 반사합니다. 특히 GPS 신호는 전리권의 영향을 크게 받는데요, 전리권이 교란되면 GPS 신호가 제대로 전달되지 않아 내비게이션이 엉뚱한 위치를 가리킬 수도 있습니다.

현재 천문연구원은 우주에서 오로라를 관측하기 위해 ROKITS_Republic Of Korea Imaging Test System 이라 부르는 위성용 카메라를 개발 중입니다. 오로라를 먼 우주에서 본다면 지자기 남북극을 중심으로 도넛 형태로 나타나는 것을 볼 수 있을 텐데요. 우리에게 중요한 정보를 제공해 줄 오로라 관측 카메라 ROKITS는 2024년 말 누리호로 올라갈 위성인 ‘차세대 중형위성 3호’에 실어 우주로 보낼 예정인데요, 무사히 올라가 우리에게 유용한 정보를 제공해줄 수 있도록 많이 응원해주시기 바랍니다. 이상으로 오늘의 별소리를 마칩니다.

YTN 사이언스 김기봉 (kgb@ytn.co.kr)
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