오로라

오로라는 무엇이고 이름은 어디서 왔나요

오로라는 로마 신화에서 새벽을 맡은 여명의 여신 이름에서 왔어요. 17세기경부터 중위도에서 보이는 극광이 새벽빛과 닮았다고 해서 오로라라는 이름이 굳었어요. 북극에서 보이면 북극광, 남극에서 보이면 남극광이라고 해요. 지구 말고도 목성, 토성, 화성에서도 오로라가 있는 것으로 알려졌어요.

오로라는 어떤 원리로 생기나요

태양은 끊임없이 전기를 띤 입자를 내보내고 이 흐름을 태양풍이라고 해요. 태양풍이 지구 자기장 방패와 만나면 에너지가 쌓이고, 그 에너지가 한꺼번에 풀리면 상당 부분이 대기로 쏟아져 내려 오로라가 돼요.

입자가 대기의 기체를 때리면 원자와 분자가 여분의 에너지를 얻어 들뜬 상태가 돼요. 들뜬 입자가 낮은 에너지 상태로 돌아가며 내놓는 빛이 오로라예요. 빛의 색은 어떤 기체가 맞았는지, 그 기체가 어느 높이에 있는지에 따라 달라요.

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대표적인 파장은 산소 원자의 초록색 557.7nm, 적색 630nm와 636.4nm, 질소 분자 이온의 청색 427.8nm 등이에요. 활동적인 커튼형 오로라는 윗부분이 진홍빛이고 가운데는 청록색, 아랫부분은 초록이나 분홍으로 여러 색이 겹쳐 보여요.

어떤 입자가 어떻게 들어오나요

태양 플레어가 일어나면 100만eV 이상의 고에너지 양성자가 극관 지방으로 직접 들어와 극관 글로 오로라가 돼요. 이 입자는 운동 에너지가 커서 깊이 들어오기 때문에 고도가 낮아요. 태양풍 속 자기장이 남쪽을 향하는 성분이 늘어나면 지구 자기권으로 들어오는 에너지가 커지고, 자기권 꼬리에서 가속된 전자가 대기에 입사해 커튼형 오로라를 만들어요. 한 번 자기권에 갇혔다가 플라스마 파동에 산란돼 들어오는 전자는 맥동성 오로라를 만들어요.

오로라에는 어떤 종류가 있나요

오로라는 크게 극관 글로 오로라, 오로라대형 오로라, 중위도 오로라로 나눠요. 보통 오로라라고 하면 커튼형, 패치 모양의 맥동성, 희미한 부정형으로 다시 나눠요.

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가장 활발한 변화는 오로라 오벌의 한밤중 부분이 몇 분 사이에 밝아지고 폭이 수백km로 넓어지는 오로라 폭풍이에요.

오로라는 어디에서 가장 잘 보이나요

지구자기위도 65~70도 범위의 오로라대에서 가장 자주 보여요. 지구 위에서 내려다볼 때 동시에 오로라가 보이는 영역은 오로라 오벌이라고 하는데, 야간에는 65~70도에, 낮에는 75~80도로 위도가 높아져요. 태양 활동이 강하면 오로라 띠가 적도 쪽으로 내려와 평소 볼 수 없던 곳에서도 보여요.

오로라 관측과 연구의 역사는 어떻게 이어졌나요

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NASA는 지상의 자력계와 레이더망, 전천 카메라, 과학 기구와 소형 관측 로켓, 위성으로 오로라를 연구해 왔어요. 예를 들어 소형 로켓은 지상 약 50km에서 1,200km 사이를 날며 고도에 따라 물리 과정이 어떻게 변하는지 재요. 일반 시민이 오로라 관측을 돕는 시민과학 사업도 있어요.

지상 연구에서는 자력계로 지구 자기장의 변화를, 레이더망으로 상층 대기의 입자 활동을 살피고, 하늘 전체를 찍는 전천 카메라로 실시간 모습을 담아요. 30년 넘게 이어진 NASA 과학 기구 사업은 구름 위 높은 곳에서 오로라를 더 선명하게 보게 해 줬고, 그중 BALBOA 계획은 적외선 카메라로 낮에 뜬 오로라의 움직임을 관측했어요. 2014년 3월 3일에는 NASA의 지원을 받은 관측 로켓이 알래스카 베네티 상공의 오로라 속으로 발사돼 커피 속 크림 소용돌이처럼 말려 올라가는 구조가 어떻게 생기는지를 살폈어요. 목성은 허블 우주 망원경과 갈릴레오, 주노가, 토성은 카시니가, 화성은 메이븐이, 금성은 파이오니어가 오로라를 관측했어요.

한국에서도 오로라를 볼 수 있나요

전문가들은 한국에서 육안으로 오로라를 보기는 어렵고 앞으로도 가능성이 희박하다고 설명해요. 오로라는 지자기 위도 65도 부근에서 주로 생기고, 지자기극에서 멀수록 보기 어렵기 때문이에요.

그래도 아예 불가능한 지역은 아니에요. 한국천문연구원 태양우주환경그룹장은 태양 활동이 강하면 오로라 띠가 적도 방향으로 내려온다고 설명했어요. 2024년 5월에는 미국 국립해양대기청 우주기상예측센터가 지난 10일 G5 등급 지자기 폭풍이 도달했다고 밝혔고, 이는 2003년 10월 이후 처음이었어요. 이때 한국에서는 육안으로 볼 수 없었지만 천문연의 전천 카메라에 북쪽 하늘의 적색광이 비쳤어요. 같은 날 과학기술정보통신부는 우주전파재난 위기 경보 주의를 발령했어요.

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한국천문연구원은 2024년 5월 10일 새벽 감악산의 중성자모니터로 우주선 수치가 급감한 것을 확인했어요. 중성자모니터는 지구 밖에서 들어오는 우주선을 지상에서 재는 장비이고, 태양 활동이 강할수록 들어오는 우주선이 줄어요. 보현산천문대의 전리권·고층대기 관측 시스템 TIMOS는 적색광(산소 630.0nm) 필터로 대기광을 보는데, 적색 오로라가 생기면 밝게 나타나요. 5월 12일 새벽에는 강원도 화천에서 용인어린이천문대 소속 두 사람이 오로라를 카메라로 담았어요.

다음 일정은 태양 활동의 주기에 달려 있어요. 천문연은 태양 활동이 평균 11년 주기로 강약을 되풀이하고 2025년에 극대기를 맞을 것으로 예측했어요. 미국 해양대기청 우주기상예측센터는 현재의 주기 25가 어떻게 이어질지 매달 관측값을 반영해 예측을 갱신하고, 다음 주기인 주기 26은 2029년 1월에서 2032년 12월 사이에 시작될 것으로 보지만 아직 예측은 내놓지 않았어요. 오로라가 언제 보일지는 날짜가 정해진 일정이 아니라 그때그때의 태양 활동에 달려 있어서, 한국에서는 한국천문연구원 우주전파센터 홈페이지에서 태양 활동 예보를 확인할 수 있어요.

오로라와 함께 알아 둘 개념에는 무엇이 있나요

• 태양풍: 태양이 계속 내보내는 하전 입자의 흐름이에요.
• 지자기 폭풍: 태양 활동이 지구 자기장을 교란하는 현상으로 G1에서 G5까지 5단계로 분류해요. 오로라 폭발 때는 오로라 속 전리층에 강한 서향 전류가 흘러 극자기폭풍의 원인이 돼요.
• 오로라 오벌: 지구를 극지 상공에서 내려다볼 때 동시에 오로라가 보이는 영역이에요.
• 전천 카메라: 하늘 전체를 찍는 카메라로 오로라 관측에 써요.
• 오로라 타원체: 나침반이 가리키는 지구 자기장의 남북극을 중심으로 고리 모양으로 생기는 오로라 영역이에요. 태양 활동이 활발해 지자기 폭풍이 강해지면 남북 방향으로 넓어져요.
• 대기광과 적색 오로라: 산소 원자가 내는 630.0nm 적색광은 대기광 관측용 카메라로 잡아요. 초록색과 붉은색 오로라는 산소 원자가, 가끔 맨 아래에 보이는 보라색 오로라는 질소 분자가 내는 빛이에요.
• 태양활동 주기: 태양 활동은 평균 11년 주기로 강약을 되풀이하며, 오로라가 많이 관측되는 이유 중 하나예요. 다음 주기인 주기 26의 시작은 2029년 1월부터 2032년 12월 사이로 보고 있어요.
• 우주선 감소: 태양 활동이 강하면 지구로 들어오는 우주선이 줄어요.

오로라에 대해 흔히 하는 오해는 무엇인가요

• 오로라는 극지방에서만 보인다: 태양 활동이 강하면 중위도에서도 보일 수 있어요. 한국에서는 카메라에는 잡혔지만 육안으로는 어려워요.
• 오로라는 항상 초록색이다: 가장 흔한 색이 초록일 뿐 높이와 기체에 따라 빨강, 파랑, 분홍도 나타나요.
• 오로라는 지구에만 있다: 목성, 토성, 화성 등에도 있어요.