[이명현의 별과 우주] 태양 흑점 극대기… 올해와 내년 오로라 관측할 최상의 기회

얼마 전 종영한 드라마 ‘이혼보험’ 마지막 회의 한 장면에 오로라가 등장했다. 보험회사에서 일하는 나이 든 직원이 아내와 함께 오로라를 보러 떠나 자신들의 버킷리스트 중 하나를 이루는 장면이었다. 오로라 보는 것을 평생의 버킷리스트에 넣어둔 사람들을 종종 본다. 오로라는 언제나 볼 수 있다. 다만 오로라가 잘 보이는 지역으로 가야만 한다. 물론 날씨가 좋아야 하는 것은 당연하다. 오로라를 보는 것이 소원 중 하나인 사람이라면 올해와 내년 중에 시도해 보길 권한다.

오로라는 태양으로부터 시작된다. 태양 표면에서 폭발이 일어나면 양성자나 전자 같은 전하를 띤 입자들이 방출된다. 이들 입자는 태양계 사방으로 흩어진다. 지구는 자기장을 가지고 있다. 지구의 중심에는 금속으로 이뤄진 고체 상태의 내핵이 있다. 그 바깥에는 액체 상태의 금속이 흘러다니는 외핵이 있다. 내핵과 외핵이 서로 작용을 하면서 자기장을 유도한다. 지구에 자기장이 존재하는 이유다. 지구의 자기장은 지구를 감싸듯이 넓게 분포한다. 지구 표면에서 1000~6만㎞ 상공에는 밴앨런대가 있다. 지구의 자기장이 이 영역까지 뻗쳐 있는데 태양으로부터 날아온 전하를 띤 입자들이 이곳에 붙잡혀 형성된 입자들의 띠를 말한다. 지구에 자기장이 있다는 것은 지구 생명체에게는 행운이다. 어쩌면 지구 생명체 태동의 필수조건 중 하나가 자기장이었을지 모른다. 우주선이라고도 부르는 이 입자들이 지구 대기로 바로 떨어지면 오존층이 파괴됐을 것이다. 바다에 이 입자들이 여과 없이 들어왔다면 플랑크톤을 비롯한 많은 생명체들이 견디지 못했을 것이다. 지구 생명체를 보호하는 방호막이라고 할 만하다.

지구를 둘러싼 자기장의 영향으로 태양으로부터 날아온 전하를 띤 입자들의 대부분은 밴앨런대에 붙잡힌다. 지구를 둘러싼 자기장의 형태 때문에 이들 입자 중 일부는 자기장 길을 따라서 지구로 들어오게 된다. 이렇게 지구로 유입되는 입자들이 지구의 고층 대기와 만나면 오로라 현상이 발생한다. 주로 지상으로부터 80~수백㎞ 상공에서 발생한다. 지구 표면에서 볼 때 남극과 북극에 가까운 위도 65~70도 정도에서 주로 관측할 수 있다. 이 지역을 오로라대라고 부른다. 태양으로부터 온 전하를 띤 입자가 지구 대기 중의 산소와 만나면 파장에 따라서 녹색과 붉은색의 오로라가 나타난다. 입자가 질소를 만나면 파장에 따라서 푸른색, 붉은색과 핑크색이 나타난다.

태양에는 흑점이 있다. 이 흑점이 많이 관측되는 시기가 있고 적게 관측되는 시기가 있다. 흑점의 출현은 주기성을 띠는 것으로 보인다. 잘 알려진 유명한 주기 중 11년 주기가 있다. 11년을 주기로 흑점이 많아졌다 적어졌다 한다는 것이다. 흑점이 많아지면 태양 활동도 활발해지는 것으로 알려져 있다. 태양 표면에서의 폭발도 활발하다. 지난해, 올해, 내년을 지나가는 시기가 태양 흑점 11년 주기의 극대기에 속한다. 이 시기에 태양 활동이 활발하고 태양 표면에서의 폭발도 더 빈번하다는 말이다. 그렇다면 태양으로부터 방출되는 전하를 띤 입자들의 수도 많을 것이고, 강력한 폭발의 빈도도 높을 것이다. 그만큼 지구로 날아오는 전하를 띤 입자들의 수와 빈도도 높아질 것이다. 그만큼 오로라를 관측할 수 있는 확률이 더 높아질 것이다. 입자들의 밀도가 높으면 오로라 폭풍 같은 강력한 오로라 현상을 만날 확률도 높아진다. 태양 흑점의 극대기와 오로라 극대기는 이런 면에서 어느 정도 겹친다. 올해와 내년이야말로 오로라를 관측할 수 있는 좋은 기회가 될 것이다.


지구에만 오로라가 있는 것은 아니다. 자기장을 갖고 있는 천체라면 그 주위에 자기장을 형성할 것이고 그곳에 지구의 밴앨런대 같은 입자들이 머무는 곳이 있을 것이다. 일부 입자들은 자기장을 타고 그 천체로 흘러들어갈 것이다. 그런데 마침 그 천체에 대기가 있다면 입자들이 대기와 만나 우리가 지구에서 관측하는 것과 비슷한 오로라 현상을 일으킬 것이다. 목성은 강력한 자기장을 갖고 있다. 목성의 오로라 현상은 지구의 오로라에 비해 수백 배 더 강력한 것으로 관측되고 있다. 2023년 12월 25일 제임스웹 우주망원경이 적외선 영역에서 관측한 목성의 오로라 현상은 그야말로 장관이었다. 태양으로부터 날아온 전하를 띤 입자들이 목성 대기의 입자들과 만나면서 춤추는 듯한 오로라를 만들어낸 것을 제임스웹 우주망원경이 포착한 것이다. 목성의 위성인 이오에서는 화산 활동이 활발하다. 이오의 화산으로부터 방출된 입자들이 태양으로부터 날아온 입자들에 더해 목성의 오로라는 폭발력이 더 강력해진 것으로 알려졌다. 제임스웹 우주망원경에 포착된 목성의 오로라는 격변하는 모습을 보였다. 수초마다 펑펑 터지는 오로라도 관측됐다.

토성에도 오로라가 있다. 토성에서 관측되는 오로라는 목성과 마찬가지로 태양으로부터 날아온 입자들이 토성의 대기와 만나면서 발생한다. 토성의 위성에서 발생한 화산 폭발에 의한 입자의 공급이 토성의 오로라를 더 강력하게 만들기도 한다. 목성과 비슷한 과정으로 토성의 오로라가 발생한다. 토성의 오로라에서는 특이한 현상도 관측됐다. 토성의 대기에서 발생한 바람에 의해 오로라의 패턴이 형성되는 현상이 발견되기도 했다. 화성에서는 오로라를 관측하기 어려운 것으로 여겨졌다. 화성의 자기장이 미약하고 화성의 대기가 지구에 비해 워낙 옅기 때문이다. 2014년 화성 궤도를 돌던 화성탐사선이 자외선 영역에서 화성 오로라를 포착한 적이 있다. 2024년 3월 15일 태양에서는 큰 폭발이 있었다. 이때 화성 표면에서 활동하는 미국 나사의 퍼서비어런스 탐사선이 화성 표면에서 오로라를 어렵게 관측했다. 다른 행성의 표면에서 관측한 첫 번째 경우다. 오로라를 버킷리스트에 올려놓았다면 지금이 꿈을 이룰 적기다.

과학콘텐츠그룹 갈다 대표

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