오로라, 아름답지만은 않은 원리와 진실

우주환경 문제

오로라의 원리

오로라가 인간에게 미치는 영향

[객원 에디터 7기 / 한동욱 기자] 아름다운 오로라를 보는 것은 많은 사람들의 버킷리스트다. 누군가 물감을 그린듯한 영롱한 색의 향연이 밤하늘에서 펼쳐지는 모습을 보고 있으면 환상적이라는 생각이 들기 때문이다. 하지만 오로라는 우주에서 지구로 유입되는 하전 입자들이 고층대기의 기체들과 충돌하여 빛을 내는 자연현상일 뿐이다. 보통 오로라는 북극이나 남극처럼 고위도에서 관측되는데 지난 5월, 21년 만에 강력한 태양 폭풍이 지구에 도달하면서 북유럽 전역과 미국 남부, 중부, 한국 강원도 화천, 그리고 남반구까지 오로라가 관측됐다. 

오로라는 주로 남극에서 많이 발견되는데, 이는 태양에서 온 에너지 입자들이 지구의 자기장을 따라 남극으로 이동해, 대기 속의 산소와 질소와 만나면서 생기기 때문이다. 지구의 자기장은 극지방에서 가장 강해서, 태양에서 온 입자들을 이곳으로 끌어당긴다. 이 입자들이 대기 분자와 부딪치면 에너지를 전달하고, 대기 분자들이 다시 안정된 상태로 돌아가면서 빛을 내보내 결국 오로라가 생긴다. 오로라의 색은 산소와 질소 분자가 내는 빛에 따라 녹색, 빨간색, 파란색, 보라색 등으로 다양하게 나타난다. 이는 지구의 자기장과 태양에서 온 입자가 만나서 생기는 자연적인 현상이다.   

지난  5월에 강한 태양폭풍이 발생하면서 다른 지역에서 오로라가 관측되었고, 남극에서는 평소와 다른 오로라가 관측됐다. 장보고과학기지에서는 보통 빨간색과 초록색이 주로 보이던 오로라가 이번에는 파란색, 보라색, 노란색 등 다양한 색으로 나타났고, 더 낮은 고도까지 내려왔다. 장보고 과학기지 연구원은 “태양폭풍이 강하면 고층대기의 전자 에너지가 다양해져서 색도 다양하게 보인다”며 “오로라가 낮은 고도까지 내려온 이유도 전자들의 에너지가 컸기 때문”이라고 설명했다. 오로라대가 더 낮은 위도까지 내려온 것은 큰 ‘고층대기 요동’이 일어났다는 뜻이다. 하지만 고층대기 요동은 우주 재난으로 이어질 수 있다. 대기 중 전자의 밀도가 변하면 인공위성의 통신에 영향을 주고, 강한 자기장이 지상 전력망에 유도 전류를 발생시켜 피해를 줄 수도 있기 때문이다.

고층대기의 요동으로 지구 궤도를 도는 사용되지 않거나 버려진 인공물체인 우주 쓰레기는 고장난 인공위성, 로켓 부스터, 우주 임무에서 나온 작은 조각 등이 영향을 받을 수 있다. 이들은 초고속으로 이동하기 때문에 다른 위성이나 우주선과 충돌할 경우, 심각한 피해를 만들 수 있다. 현재는 우주 쓰레기의 양은 지속적으로 증가하고 있으며, 이는 장기적으로 지구 저궤도(Low Earth Orbit, LEO)등의 안전성을 위협할 수 있다. 

오로라를 일으키는 태양풍은 태양 대기인 코로나에서 거대한 폭발이 일어나면 고에너지 입자들이 지구로 날아오는 현상을 말한다. 고에너지 입자는 지구 자기장에 이끌려 초속 500㎞의 속도로 대기에 진입하는데, 이때 태양 입자가 대기 속 원자나 분자와 부딪히면서 빛을 내는 현상이 오로라다. 그래서 일부 네티즌들은 건물 옥상이나 산과 같은 높은 고도에서 오로라를 관측하면 방사능에 더 잘 노출된다고 주장했다. 하지만 전문가들은 오로라가 태양 활동이 강력하다는 증거이지만 지상에서 방사능을 걱정할 필요는 없다고 설명했다. 

하지만 강력한 태양풍은 지구 자기장을 교란시켜 전력망, 통신 시스템, 위성 등에 피해를 줄 수 있다. 강한 자기 폭풍은 전력망에 과부하를 일으켜 대규모 정전 사태등을 만들 수도 있다. 또한 태양 폭풍은 인공위성과 항공기의 전자 장비를 망가뜨릴 수 있다. GPS 시스템, 통신 위성, 기상 위성 등이 영향을 받을 수 있으며, 이는 전 세계적으로 통신 장애와 내비게이션 오류를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 1989년 캐나다 퀘벡에서 발생한 대규모 정전 사태는 강한 자기 폭풍의 영향으로 발생한 대표적인 사례이다.