태양의 흑점과 오로라 — 태양 활동이 지구에 미치는 영향
태양 표면의 검은 반점부터 밤하늘을 물들이는 오로라까지. 11년을 주기로 오르내리는 태양 활동이 지구와 우리 삶에 어떤 영향을 미치는지 알아봅니다.
태양 표면의 검은 반점 — 흑점
태양을 전용 필터로 안전하게 관측하면, 표면에 검게 보이는 반점들을 발견할 수 있습니다. 「흑점(sunspot)」이라 불리는 이 부분은 실제로 어두운 것이 아니라, 주변(약 5,500°C)보다 온도가 조금 낮을(약 4,000°C) 뿐입니다. 강한 자기장 다발이 이 지역에서 뜨거운 가스의 대류를 가로막아, 상대적으로 온도가 낮아지며 어둡게 보이는 것입니다.
흑점 하나의 크기는 작아도 지구만 하거나, 크게는 지구 몇 개를 합친 것보다 큰 경우도 있습니다. 흑점은 강한 자기장이 모인 곳인 만큼, 태양의 자기 활동이 얼마나 활발한지를 보여 주는 가장 쉬운 지표이기도 합니다.
11년 주기로 오르내리는 태양 활동
19세기 독일의 약사이자 아마추어 천문가였던 하인리히 슈바베는 수십 년간 태양 흑점을 꾸준히 기록하다, 흑점 수가 일정하지 않고 약 11년을 주기로 늘었다 줄었다를 반복한다는 사실을 발견했습니다. 흑점이 가장 많은 시기를 「태양 극대기」, 가장 적은 시기를 「태양 극소기」라 부릅니다.
이 11년 주기는 태양 내부의 복잡한 자기장이 뒤틀리고 재배열되는 과정과 관련이 있는 것으로 알려져 있습니다. 극대기에는 흑점뿐 아니라, 태양 표면에서 일어나는 폭발적인 현상인 플레어와 코로나 질량 방출(CME)도 함께 활발해집니다.
태양에서 지구까지 — 태양풍과 오로라
태양은 흑점이 적은 평상시에도 전기를 띤 입자를 끊임없이 우주로 뿜어내는데, 이를 「태양풍」이라 합니다. 태양이 폭발적으로 활동하며 CME가 일어나면, 평소보다 훨씬 많은 입자가 지구를 향해 날아옵니다. 다행히 지구는 자체 자기장(자기권)을 두르고 있어 대부분의 입자를 밀어내지만, 일부는 자기력선을 따라 극지방 부근으로 흘러들어 옵니다.
이 입자들이 대기 상층의 산소·질소 원자와 부딪히면 에너지를 전달하고, 그 원자들이 다시 빛을 내며 밤하늘을 물들입니다. 이것이 바로 「오로라」입니다. 산소 원자는 초록빛과 붉은빛을, 질소 원자는 푸른빛과 보랏빛을 주로 냅니다.
태양 폭풍이 문명에 미치는 영향
강한 태양 폭풍은 아름다운 오로라뿐 아니라 현실적인 피해도 일으킵니다. 1859년 「캐링턴 사건」이라 불리는 역사상 가장 강력한 태양 폭풍 때는, 당시 막 보급되던 전신선에 과전류가 흘러 불꽃이 튀고 화재까지 일어났다는 기록이 남아 있습니다. 오늘날처럼 위성과 전력망, GPS에 의존하는 사회에서 비슷한 규모의 폭풍이 일어난다면 훨씬 큰 혼란이 예상됩니다.
그래서 각국의 우주 기상 관측소는 태양 활동을 실시간으로 감시하며, 강한 플레어나 CME가 관측되면 위성 운영사와 항공사, 전력회사에 미리 경보를 보냅니다. 태양 활동이 활발한 시기에는 평소보다 낮은 위도에서도 오로라를 만날 확률이 높아지니, 극대기 무렵의 밤하늘 소식에 귀 기울여 볼 만합니다.