[비센의 재미있는 과학 이야기] 태양 플레어
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작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 홈페이지 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일14-09-13 17:52 조회3,015회 댓글0건관련링크
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석준영 비센학원장123억년 수명있는 태양, 앞으로 78억년 더 지구 생명의 원천 기대
미국 항공우주국 (NASA)에 따르면 지난 9월 10일 오후 1시 50분경(동부시간)에 태양에서 X1.6급의 거대한 태양 플래어(Solar flare)가 발생했었다고 합니다. 태양플레어와 같은 현상은 지구로부터 멀리 떨어진 태양에서 벌어지는 일들이지만, 우리들의 삶이 그에 의해 꽤 큰 영향을 받을 수 있기에 항공우주국은 오래전부터 태양주위를 맴돌며 태양의 상태를 감시하는 SOHO(Solar and Heliospheric Observatory), SDO(Solar Dynamics Observatory) 등의 인공위성을 쏘아 올려놓고서 항상 태양을 관찰하고 있습니다.
태양은 지구에서 가장 가까이 위치한 별, 즉 항성으로서 핵우주 연대학( nucleocosmochronology)에 따르면 약 45억년전에 생성되어 123억년정도의 수명을 살 수 있기에, 앞으로 78억년정도를 더 따뜻하게 지구 옆을 지켜줄 수 있는 별에 해당합니다. 태양은 몇가지 다른 원소들도 함께 있지만, 거의 대부분은 수소(전체 질량의 약 74%)와 헬륨(전체 질량의 약 25%)으로 이루어져 있습니다. 이 두 원소가 대부분인 이유는 태양이 엄청난 에너지를 만들어내는 원료가 바로 수소이고, 이 수소가 핵융합과정을 거쳐 에너지를 만들어내고 나서 변화되는 것이 바로 헬륨이기 때문입니다. 즉, 태양이 영원히 에너지를 내지 못하고 앞으로 78억년뒤면 그 빛을 잃을 것이라는 것은, 태양을 이루고 있는 모든 수소가 타서 헬륨으로 바뀌어버리는 데까지 걸리는 시간이 그정도가 된다는 것입니다.
태양은 핵융합이 일어나는 중심핵(Core)와 중심에서 생겨난 에너지를 표면으로 옮겨주는 역할을 담당하는 복사층(Radiative zone)이 있고, 그 바깥쪽에 실제 지구에서 보이는 부분에 해당하는 광구(Photosphere)가 있습니다. 이 광구 바깥쪽 부분을 통틀어서 태양의 대기라고 칭하는데, 이 태양의 대기부분을 이루고 있는 것이 코로나(Corona)와 채층(Chromosphere)이며, 태양플레어와 같은 현상들은 모두 이 대기 부분에서 일어나는 현상입니다. 또한 개기 일식중에 달에 태양이 완전히 가려졌을때 달 뒤쪽으로 태양의 주위에 보이는 밝은 빛의 부분이 바로 태양의 대기부분에 해당합니다. 중심부터 복사층까지는 대류현상을 보이지 않고, 복사층 위에 있는 대류층과 광구, 대기 부분에 매우 복잡한 형태의 대류가 일어나고 있으며, 이 대류현상에 의해서 태양의 자기장이 형성되고 있는 것으로 알려져 있습니다. 태양의 자기장은 지구의 자기장처럼 커다란 막대자석과 같은 형태로 안정적으로 형성되어 있는 것이 아니라, 태양 표면에 맴돌이 형태의 수많은 자기장들이 형성되고, 이들이 서로 충돌하고, 섞이는 등의 복잡한 움직임에 의해 전체적인 자기장이 끊임없이 변화되는 형태의 자기장을 갖고 있습니다. 바로 이런 자기장의 움직임에 의해서 형성되는 것이 태양 플레어현상이라고 추측되고 있습니다. 작은 자기장들이 맴돌이 치며 움직이다가 한곳에 밀집되기 시작해 표면으로부터 코로나쪽으로 빠져나오는 곳을 태양흑점이라고 부르는데, 그곳도 4천 도가 넘는 뜨거운 부분이지만, 6천 도가 넘는 온도를 갖는 주변에 비해 온도가 낮다보니 지구에서 관측할 때, 상대적으로 어둡게 보이는 점이라 해서 흑점이라 이름이 붙여진 곳입니다. 이 흑점 주변에 수 시간 또는 수 일에 걸쳐서 에너지가 모이다가 집중된 에너지가 수 분정도의 짧은 시간내에 폭발하는 현상이 태양 플레어인데, 이때의 폭발력은 수소폭탄 수천만개가 동시에 폭발하는 정도 폭발력에 해당합니다. 이런 엄청난 폭발에 의해서 만들어진 플라즈마 상태의 전자, 양성자, 그리고 꽤나 무거운 이온들까지 거의 광속에 가까운 속도로 가속되어 우주로 방출되어 지구에까지도 도달하게 되는 것입니다.
우리들이 책이나 인터넷 등에서 쉽게 접할 수 있는 태양계의 모습은 보기 쉽게 그리다 보니 태양의 크기를 작게 그려놓은 것들이 많아서 태양의 크기를 혼동하시는 분들이 많으신데, 사실 태양은 지구에 비해서 엄청나게 커다란 별입니다. 태양의 반지름은 지구 반지름에 약 109배에 해당하는데, 이를 비교적으로 말씀드리자면, 지구의 크기가 테니스 공 정도라고 한다면, 태양의 크기는 밴쿠버 다운타운에 위치한 사이언스월드(Telus Science World, Vancouver)에 있는 공모양의 지오데식 돔(Geodesic dome)정도의 크기에 해당합니다. 이정도 크기를 감안할 때 태양의 표면에서 치솟아 올라오는 태양 플레어의 크기는 가히 어마어마 하다고 할 수 있습니다. 실제 엊그제 10일에 관측된 태양 플레어인 경우 그 크기가 지구 크기의 약 10배정도에 달하는 크기에 해당합니다. 이런 엄청난 폭발에서 발생되는 전자기파와 양성자폭풍이라 불리는 고에너지입자의 흐름은 지구에 있는 우리들의 삶에 피해를 가져오기에 충분하다는 것을 쉽게 짐작할 수 있습니다.
태양 플레어는 지구근처에 있는 위성에서 측정한 X선의 세기에 따라 A,B,C,M,X 등급으로 구분되는데, 이중 최고 등급에 해당하는 M과 X 등급으로 분류되는 태양 플레어는 지구 근처의 우주기상에 변화를 줌으로써 지구에 잠재적 피해를 가할 수 있는 등급에 해당합니다. 이 정도 세기의 태양 플레어가 발생하면 그로부터 방출된 방사선에 의해 대기권 밖에 위치한 인공위성, 우주 정거장 및 그 곳에 머물고 있는 우주인은 무시할 수 없는 피해를 입을 수 있습니다. 또한 강한 전자기파에 의해서 단파 무선통신에 영향을 미치기 때문에 항공기 운항이나 정보 통신 영역에 있어서 문제를 야기시킬 수도 있습니다. 다행히 대부분의 양성자폭풍과 전자기파는 지구의 대기권을 지나면서 산란되어 사라지거나 약해지기 때문에 지표면에 사는 인간들과 동식물들에게는 우려할 만한 피해를 주지는 못하는 것으로 알려져 있습니다. 그래서 우리가 신문지상으로 혹은 뉴스에서 태양 플레어라는 기사를 가끔 보더라도 우리에게 직접적으로 와닿는 현상이 아니기에 흘려 넘기는 일이 대부분일 것입니다. 하지만 그렇게 멀리 떨어져 있는 태양에서 일어나는 어떤 현상이 지구에 직접적인 작고 큰 변화나 영향을 주기에 지금 이 시각에도 많은 세계의 여러 우주 과학 센터들이 태양의 작은 변화나 현상에도 주목하고 있는 것입니다.
석준영 비센학원장
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