오로라란 무엇일까?.
현대에 와서야 우리는 오로라가 태양으로부터 방출된 전하 입자들로 인한 전기적 해리 현상이라는 것을 알게 되었지만 고대에는 어떤 의미로 받아들였을까?
오로라(Aurora)라는 이름은 로마에서 기원하며 또한 그리스 로마신화에 나오는 여명의 여신 에오스(Eos)를 가리키기도 한다.
우리나라에서는 극광(極光)이라고 부르고 고려사에서는 적기(赤氣)라고 기록에 나와있으며 북유럽에서는 망자를 발할라로 이끄는 하늘의 길로 생각했다.
서구에서는 극광(Polar light), 북극광(Northern light)라고 많이 부르기도 한다.
오로라 현상이 발생하는 가장 큰 주요 원인은 태양에서부터 불어오는 '태양풍', 그리고 지구를 감싸고 있는 '지구 자기장' 이라고 할 수 있다.
지구는 태양으로부터 강한 전자기적 바람의 영향을 받고 있다.
태양은 내부 중심온도 1500만 도에 표면 온도가 6천 도에 달하는 엄청나게 뜨거운 가스 항성(엄밀히 말하면 가스는 아니지만)이기 때문에 태양 내부에서 핵융합으로 인해 생성된 에너지가 표면에서 방출되는데 이때 표면을 뚫고 솟구쳐나가 우주 공간으로 퍼져나가는 것이다.
그리고 그 속도가 평균적으로 자그마치 700km/s 나 된다.
이런 엄청난 속도와 에너지를 가진 플라스마 덩어리들이 퍼져나가며 모든 것을 접촉하며 지나가기 때문에, 수성의 대기가 없는 이유 중 하나가 강력한 태양풍으로 인해 대기가 모두 날아가 버린 것이다.
그렇다면 지구의 대기는 왜 안전한 것일까?.
그 이유는 바로 지구를 감싸고 있는 지구의 자기장
덕분이다.
우리가 가장 쉽게 접했던 지구의 자기장에 대한 내용은, 철새들이 머릿속에 내재된 생체 나침반으로 길을 찾아가는 이야기일 것이다.
지구의 자기장은 단순히 나침반의 역할만 하는 것이 아니라 우주로부터 들어오는 대부분 해로운 우주선(우주 전자기파)들을 막아주는 쉴드 역할을 하기도 한다.(지구의 자기장에 관한 여러 가지 설이 있지만 가장 유력한 설은 지구 외핵이 유동하며
자기장을 생성한다는 설이 가장 영향력이 있다)
지구의 자기장과 태양풍은 어떠한 관계에 의해서 오로라를 만들어낼까?
시작은 태양풍이 발생하게 되는 것으로서, 위의 사진에서 볼 수 있듯이 태양의 활동이 활발해지면 태양 표면의 외부로 자기장이 울긋불긋 솟아오르며 뒤틀리고 결국에는 우주 공간으로 떨어져 나가게 된다.
이렇게 떨어져 나온 플라즈마 가스 덩어리를 '태양풍'이라고 하며, 그림에서 보는 것처럼 스스로 전하를 띈 운동하는 입자들의 집합이니 만큼 자기장을 가지고 있다.
한마디로 태양풍은 전하를 띈 입자들의 바람이면서 스스로 자신만의 영역을 가지고 있는 셈이다.
이 태양풍들은 약 18시간 뒤에 지구에 도달하게 되는데, 이때부터가 중요한 순간이다.
위의 장면은 태양을 향해있던 지구의 자기장이 태양풍과 만나면서 자기장이 파괴되어 버리고 그 플라즈마 입자들이 전자기력에 이끌려 지구의 자기 북극으로 끌려가는 모습이다.
위의 그림들처럼 지구에 도달한 태양풍의 자기장과 지구 자기장의 충돌로 인해 갈 곳 잃은 플라즈마 입자들이 지구의 자기극 쪽으로 끌려가는 것을 볼 수 있다.
이렇게 끌려서 플라즈마 입자들이 지구의 대기와 충돌하여 빛을 형성하게 되는 것이 이것이 바로 우리가 보는 극광, 즉 오로라이다.
그렇다면 왜 플라즈마들은 지구의 자기극 방향으로 떨어지는 것일까?
지구 중력에 따라 바로 떨어졌다면 전 세계 어디서든 오로라를 보는 것이 가능할 텐데.
그것에 대한 해답은 전기장과 자기장의 상호작용에 있다.
전기장은 자기장을 만들어내고 자기장은 전기장을 만들어내는 서로가 서로에게 긴밀하게 작용하는 떼려야 뗄 수 없는 사이이다.
학교에서 전류에 관한 실험을 할 때 전류가 흐르는 도선 근처에서는 나침반이 지자기를 따르지 않고 전선 주변의 자기장에 영향을 받는 것을 실험을 통해 보면 알 수 있었다.
어디선가에서 들어봤을 법한 플레밍의 좌수, 우수 법칙도 이에 근간해서 만들어진 것이다.
간단히 요약하면 전기와 자기는 서로 떼려야 뗄 수 없는, 상호유도적 성질을 띄고 있기 때문에 태양풍 입자들은 '자기의 극'으로 끌리게 되는 것이다.
재미있는 사실은 오로라가 자남극과 자북극 근처에서 거의 대칭되게 나타난다는 사실이다.
예를 들어 북극에서 커튼형 오로라가 생성되면 남극에서도 거의 똑같은 모양의 오로라가 나타난다.
하지만 남반구 극지방 근처에는 육지가 많이 없기 때문에 관측하기가 어려워 우리에겐 오로라라고 하면 북극광이 친숙한 이유이기도 하다.
태양풍에 관한 설명에서 빼놓을 수 없는 밴 엘런대는 태양풍, 우주입자들이 지구의 자기장에 의한 전자기적 와류 현상으로 인해 지구 자기장에 갇힌 플라즈마 입자들의 구역이다.
밴 앨런대 또한 우주선, 태양풍으로부터 지구를 보호해 주는 역할을 한다.
위 그림의 붉은 부분의 지구자기장에 의해 갇혀버린다.
오로라의 색깔은 오로라가 발생하는 고도와 대기 중의 어떤 원소가 하전입자가 충돌했느냐에 따라 그 색깔이 녹색, 붉은색, 보라색, 푸른색, 흰색 등 여러 가지로 나뉘게 된다.
가장 대표적인 오로라의 색은 녹색 계열의 빛이다.
플라즈마 하전입자가 고도 250km 이하에서 산소원자와 반응하면 에너지 준위가 높아져 들뜬 상태가 되었다가 다시 낮은 에너지 준위로 가며 고유 스펙트럼을 방출하게 되는데 이때의 색깔이 녹색이다.
같은 산소의 농도라 하더라도 위치에 따라 붉은색, 보라색, 녹색이 나타난다.
http://www.aurora-service.eu/aurora-forecast/
구글에서 aurora forecast 라고 치면 사이트들의 목록이 나오는데 오로라를 실제로 보고 싶다면 사이트에 들어가서 여행 지역을 선택하면 된다.
오로라 예보지수를 Kp 수치로 나타내는데 대략 7Kp 정도면 엄청 큰 오로라는 아니어도 사진에 남길 만한 오로라를 볼 수 있다고 한다.
'자연' 카테고리의 다른 글
| 세계의 유명한 나무 (0) | 2023.03.03 |
|---|---|
| 세계의 바다와 대양(大洋)에 관한 흥미로운 사실들 (0) | 2023.02.27 |