북극과 남극의 오로라는 왜 모양과 색이 다를까?
북극과 남극의 오로라는 왜 모양과 색이 다를까?
  • 정태섭 기자
  • 승인 2019.03.16 21:39
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[데일리포스트=정태섭 기자] ‘신의 영혼’으로 불리는 오로라는 지구의 극지방에서 관측되는 환상적인 천체쇼로 많은 사람들을 매료시킨다.

오로라는 태양에서 방출된 플라스마 입자가 자석 성질을 가진 지구의 극지방 주변을 둘러싸면서 생긴 자기 에너지 띠로, 붉은 색이나 녹색을 띤다.

북극과 남극의 오로라는 유사한 발광 패턴을 보이지만, 관측되는 빛의 모양과 색에는 차이를 보이는데 최근 베르겐 대학 연구진이 그 원인을 규명했다.

지구에는 지자기(地磁氣)라는 자기장이 존재하며 북극이 S극, 남극이 N극에 해당한다. 지구 자기장이 작용하는 범위를 ‘지구 자기권’이라고 하며 지구 중심에서 지구 반경의 10배 정도(고도 약6만 km) 범위다.

태양에서 방출되는 태양풍 플라즈마는 지구 자기권에 막히고, 자기권을 쉽게 통과하지 못하는 플라즈마는 자력선을 따라 이동한다.

플라즈마는 자력선이 대기와 교차되는 극지방을 향해 움직이는데 자력선을 따라 곧 지구 대기와 부딪힌다. 이 플라즈마가 대기의 원자나 분자와 충돌해 환상적인 빛을 생성한다. 이것이 그동안 알려진 오로라의 원리다.

아래 이미지는 지구 자기권과 태양풍 플라즈마의 관계를 나타낸 것이다. 빨간선이 지구 자력선으로, 자력선을 따라 플라즈마가 하강해 북극 혹은 남극 근처의 대기와 충돌한다.

지구 자력선은 외부의 힘이 없으면 대조적 형태를 보이게 되는데, 실제로는 태양의 강력한 자기장 때문에 자력선이 일그러져 태양쪽(낮)은 눌린 타원 모양, 태양 반대쪽(밤)은 길게 뻗은 모양이 된다.

오로라는 동일한 자력선을 따라 하강한 플라즈마가 남과 북에서 동시에 대기와 충돌하기 때문에 북극과 남극이 유사한 발광 패턴을 보이지만 어떤 이유에선지 똑같은 형태의 오로라를 관측할 수는 없다.

연구자들은 남극과 북극의 오로라가 일치하지 않는 이유가 지구 자기권의 ‘자기 재결합(magnetic reconnection)’ 때문이라고 여겼다.

자기 재결합이란 변동 태양풍이 지구의 밤(태양 반대쪽)에 해당하는 자력선 꼬리 부분을 흔들어 길게 뻗어 나가게 해 자력선을 본래 결합점보다 지구 가까운 곳에서 재결합을 시키는 것을 의미한다.

자기 재결합으로 자기권 꼬리에 쌓인 플라즈마가 한꺼번에 지구 측으로 방출돼, 남북 비대칭 위치에 색상과 모양도 다른 오로라 생긴다는 것이 기존 정설이다.

하지만 베르겐 대학 연구진은 자기 재결합이 남북 오로라 불일치의 원인이 아니라는 사실을 발견했다. 연구진은 2001년부터 2005년까지 북반구와 남반구에서 동시에 관측된 오로라를 촬영한 위성사진을 분석했다.

이 관측 내용과 자기권 꼬리(길게 뻗은 부분)에서 발생한 활동을 분석한 결과 자기 재결합 발생과 함께 오히려 오로라 대칭성이 증가하는 것이 드러났다.

연구진은 "자기 재결합은 그간의 정설과 반대의 효과를 가져 온다"고 밝혔다. 이어 "태양 자기장이 지구 자기장을 남북으로 불균일하게 압박해 자력선 왜곡이 발생하고, 이 결과 남극과 북극에서 오로라의 색·형태·발생위치가 변하는 것을 발견했다. 즉 자기 재결합이 오히려 왜곡(비대칭)을 감소시키는 효과가 있었던 것“이라고 설명했다.

영국 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 행성과학자인 잉오 뮐러 보다르크(Ingo Mueller-Wodarg)는 이번 발견에 대해 기존 모델과 전혀 다르다는 점에서 “놀랍다"는 견해를 밝혔다.



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