미 국립해양대기청(NOAA)의 우주기상예측센터(SWPC)는 10일(현지시간) 저녁을 기해 심각한 등급(G4)의 지자기(Geomagnetic) 폭풍 경보를 발령한다고 밝혔습니다. 아는 사람들만이 이 소식의 심각성을 알고 공포심을 느꼈으나 일반 시민들은 그저 평범함 일상의 하루를 보냈을 것입니다. 그리고 10, 11일 밤하늘의 아름다운 오로라를 보면서 감탄하였을 것입니다. 이번 전자기 폭풍으로 전 세계적으로 아름다운 오로라가 많이 연출되었고 다행히 전문가들의 걱정이 현실화되진 않았습니다. 그럼 이런 오로라가 왜 발생하는지 전문가들은 왜 지자기 폭풍소식에 걱정하는지 태양폭풍에 관해 알아보겠습니다.
태양폭풍의 원인과 지구에 미치는 영향
태양을 거대한, 불타는 가스로 이루어진 공간 속에서 지속적으로 에너지와 입자를 우주로 방출하는 거대한 구체로 떠 올려보세요. 가끔씩 태양이 조금 불안정해져서 엄청난 양의 에너지와 입자를 방출하는데, 이를 태양 폭풍이라고 합니다. 그럼 지구가 태양 주위를 평화롭게 돌고 있는 상황에서 이러한 에너지 폭발이 지구에 다가올 때 문제가 발생할 수 있는데 태양은 에너지와 입자를 방출하며 지구를 향해 날아가는 '태양 입자'라는 것을 보냅니다. 다시 말하면 태양 폭풍이 발생하면, 우주를 향해 전하를 띤 입자와 강렬한 방사선의 파동을 보냅니다. 이러한 입자들이 지구에 도달하면, 우리 행성의 자기장과 상호 작용하며 대부분의 경우, 지구의 자기장은 보호용 힘의 방패처럼 작용하여 태양 폭풍의 최악의 영향을 막습니다. 그러나 큰 태양 폭풍 중 일부 입자들은 자기 방패를 통과하여 약간의 문제를 일으킬 수 있습니다. 하여 미 국립해양대기청(NOAA)의 우주기상예측센터(SWPC)의 우주 기상 예보관들은 이번에 태양에서 최소 7차례의 코로나 대량 방출(coronal mass ejection, CME)을 관측했으며, 그 영향이 이르면 이날(10일) 정오 무렵 도달해 오는 12일까지 지속될 것으로 예상하며 문제가 발생할 수도 있음을 경고하는 것입니다. 이러한 태양 폭풍은 위성 통신을 방해하고 전력망을 꼬일 수 있으며, 때로는 멋진 오로라(극지방 근처 하늘의 아름다운 색채)를 만들어냅니다. 그래서 태양 폭풍은 과학 소설 영화에서 나오는 말처럼 들릴지 모르지만, 실제로 그러한 현상이 발생하며 지구에도 현실적인 영향을 미치고 있습니다.
태양폭풍과 지자기 폭풍의 구별
태양 폭풍은 태양에서 발생하는 사건이고, 지자기 폭풍은 태양 폭풍으로부터 발생한 입자가 지구의 자기장과 상호 작용할 때 발생하는 효과입니다. 그래서 관련성은 있지만, 그것들은 구별되는 현상입니다. 다시 설명하면
1. 태양 폭풍
태양 폭풍은 태양에서 발생하는 에너지와 입자의 갑작스런 방출을 가리킵니다. 이는 태양 플레어, 코로나질량 방출(CME), 그리고 다른 태양 분출 등을 포함할 수 있습니다. 그리고 이러한 사건들은 우주로 전하를 띤 입자와 강렬한 방사선을 방출할 수 있으며, 그중 일부는 결국 지구에 도달할 수 있습니다.
2. 지자기 폭풍
지자기 폭풍은 태양 폭풍으로부터 발생한 전하를 띤 입자가 지구의 자기장과 상호 작용할 때 발생합니다. 이러한 입자가 지구에 도달하면, 우리 행성의 자기장의 정상적인 작동을 방해하여 변동과 이상을 일으킬 수 있습니다. 지자기 폭풍은 구체적으로 태양 활동과 지구의 자기장 사이의 상호 작용 결과입니다. 즉 지자기 폭풍은 태양 상층부 대기인 코로나에서 플라스마와 자기장이 폭발해 지구로 향하면서 발생하는데 이 폭발은 흑점의 자기장들이 재결합하는 과정에서 일어나는 것으로 알려져 있습니다. 태양 흑점의 수는 약 11.2년을 주기로 늘어났다가 줄어들고 이 주기마다 평균 100회 정도의 심각한 지자기 폭풍이 발생하는 것으로 알려졌있습니다.
지자기 폭풍과 NOAA ( 미 국립해양대기청 )의 경고
NOAA는 "태양의 코로나에서 플라스마와 자기장이 폭발해 지구로 향하면서 지자기 폭풍을 일으킨다"며 "이는 지구 근궤도와 지구 표면의 인프라에 영향을 미쳐 잠재적으로 통신, 전력망, 내비게이션, 라디오, 위성 운영에 장애를 일으킨다"라고 경고했습니다. 또한 미 국립해양대기청(NOAA)은 11일까지 지자기(Geomagnetic) 폭풍이 계속됐으며 고주파 통신 및 GPS 시스템 기능 저하와 전력망 불안정과 관련한 예비 보고가 있었다고 밝히고 있으며 미 우주기업 스페이스 X의 위성 인터넷 서비스인 스타링크는 이날 오전 웹사이트를 통해 서비스 성능이 저하돼 관련 조사를 진행하고 있다고 설명했습니다. 지자기 폭풍은 지구에 도달하면 일반적으로 지구 자기장에 영향을 미쳐 전파 교란이나 인공위성 장애 등이 발생합니다. 위성 내비게이션 성능이 저하되거나 일부 지역에선 정전도 발생할 수 있습니다. 다만 우리가 사용하는 휴대전화 통신은 고주파 대역과는 다른 무선 주파수를 사용하기 때문에 영향을 받지 않는다고 미국 매체들은 보도하고 있으나 북극항로 항공기 운항 방사성 물질 노출, GPS 수신 장애, 위성 궤도 이탈, 방송장애 등이 발생할 수 있다며 24시간 모니터링 체계를 유지하고 있다고 설명했습니다. '지자기 폭풍 등급'은 5단계로 분류되는데, 이번에 발령된 등급은 G4로 두 번째로 강력한 등급입니다. 미국이 G4 등급의 경보를 발령한 것은 2005년 이후 약 20년 만입니다. NOAA는 지난 9일 처음 심각한 G4 등급의 지자기폭풍 주의보를 발령했으며, 이후 11일 가장 강력한 G5 등급으로 상향했습니다. 지자기폭풍은 G1부터 G5 등급까지 강도가 구분되는데 G4급 지자기 폭풍이 예고된 것은 2005년 이후 처음으로 약 20년 만입니다. 그리고 다행히 미 연방재난관리청(FEMA)은 11일까지 태양 폭풍에 따른 심각한 피해 보고는 없다고 발표했으며 미 에너지부도 폭풍이 전기 사용자에게 미치는 영향을 인지하지 못했다고 설명했으나 NOAA는 적어도 12일까지 태양 폭풍의 강력한 움직임이 계속될 것이라고 예측하고 있습니다.
태양 자기장의 새로운 이론
새로운 태양 자기장 이론은 태양 자기장의 근원이 태양 표면에서 약 20,000마일(약 32,000Km) 아래에서 시작된다는 것을 밝혀냈습니다. 이는 기존 이론이 주장했던 태양 표면에서 약 130,000마일 ( 약 209,000Km) 아래에서 자기장이 생성된다는 것과는 큰 차이를 보입니다. 기존의 ' 심부이론'은 태양 자기장이 태양 내부 기픈 곳에서 생성된다고 설명했지만, 태양 표면 근처에서 발생하는 '비틀림 진동' 현상을 설명하지 못했습니다. 비틀림 진동은 태양 표면이 균일하게 회전하지 않아 발생하는 현상으로 , 가스마 플라즈마가 내부와 외부에서 순환하면서 약 11년 주기로 반복됩니다.
이에 반해, 제프리 바질 교수가 이끄는 국제 공동 연구팀은 태양 자기장의 최대 활동이 11년 주기로 반복된다는 점에 주목했습니다. 연구팀은 이 두 현상이 동일한 물리적 과정일 것이라는 가설을 세우고 , NASA의 슈펴컴퓨터를 이용해 가스와 플라즈마의 운동 패턴을 시뮬레이션 했습니다. 그 결과, 태양 자기장 활동의 근원이 태양 표면에서 훨씬 가까운 20,000마일 아래에서 시작된다는 것을 발견했습니다.
이 새로운 이론은 태양의 자기 활동과 태양 폭풍을 더 잘 이해하고 예측하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다. 기존 이론을 뒤엎는 이번 연구 결과는 5월 22일 국제 학술지 'Nature'에 발표되었습니다.
아름다운 밤하늘의 오로라
NOAA는 이번 지자기 폭풍의 영향으로 미 남부 앨라배마와 캘리포니아 북부에서까지 오로라가 관측될 수 있다고 밝혔습니다. 지구의 자기 극 주변, 즉 지리적 북극과 남극 인근에서 시작하여 적도 쪽으로 향합니다. 이제 태양에서 나오는 전하를 띤 입자들, 즉 프로톤과 전자 같은 것들이 태양 폭풍 중에 지구로 향할 때 이러한 자기장 선을 따라 북극과 남극으로 향하게 됩니다. 이런 전하를 띤 입자들이 지구의 대기와 충돌할 때, 특히 산소와 질소와 같은 기체들과 충돌할 때, 화려한 빛을 내는 현상인 오로라가 발생합니다. 산소는 녹색과 붉은 오로라를 만들고, 질소는 푸른색과 자주색을 만드는데 이 현상은 자기 극을 중심으로 한 원 모양으로 일어나기 때문에 오로라는 주로 알래스카, 캐나다, 스칸디나비아, 남극과 같은 곳에서 볼 수 있었습니다. 그리고 2024년 5월 11일(현지시간) AP통신에 따르면 이날 독일·스위스·중국·영국·스페인·뉴질랜드 등 전 세계에 보라색, 녹색, 노란색, 분홍색 등을 띤 오로라가 나타난 것으로 보고되었습니다. 또한 미국에서도 남부 플로리다를 비롯해 캘리포니아·캔자스·네브래스카·아이오와·미시간·미네소타 등 전역에서 오로라가 관찰됐었고 다만 당초 우려됐던 대규모 정전 등 심각한 피해는 보고되지 않았고 전력망과 통신 등에 작은 혼란만 초래한 것으로 보인다고 AP는 전했습니다.
아는 만큼 보인다
태양폭풍과 그로 인한 자기장폭풍으로 큰 혼란이 발생할 뻔했던 상황이 현실로는 세계 각지에 아름다운 밤하늘의 오로라만을 남기고 무사히 지나갔습니다. 자기장 폭풍으로 일어날 수 있었던 여러 가지 문제들은 이 위험성을 아는 분들은 큰 위기였던 며칠이었고 모르는 분들에 겐 아름다운 자연현상인 오로라를 볼 수 있는 며칠이었습니다. 아는 만큼 상황이 보이는 탓이겠지요. 다행히 큰 문제없이 상황이 지나가게되어 얼마나 다행인지 저에겐 우리가 사는 이 넓고 넓은 지구도 우주에선 작은 행성일 뿐이란 것이 새삼스레 신비하게 다가오는 며칠이었습니다.