오로라: '여명의 여신'이 우주에게 주는 선물

 

 

제 버킷 리스트 중 하나는 오로라를 직접 눈으로 보는 것입니다. 하늘에 펼쳐진 커튼같은 그 아름다운 빛의 향현, 오늘은 오로라에 대해 이야기 해보고자 합니다.

 

'오로라'는 '새벽'이라는 뜻의 라틴어 '아루로라'에서 유래했습니다. 이는 로마신화에서 나오는 '여명의 여신'을 뜻하기도 합니다. 아우로라는 장미향기가 나는 눈처럼 하얀 피부를 가진 금발의 아름다운 여신으로 태양신 헤릴오스의 여동생입니다. 중위도에서 볼 수 있는 극광이 새벽빛과 비슷하기 때문에 17세기경부터 극광을 오로라라고 부르게 되었습니다.

 

 

오로라가 발광하는 곳은 초고층대기이며, 발광할때 나는 색은 공기의 주성분인 질소와 산소의 분자와 원자 및 그 이온이 입사입자(전자·양성자)에 의해 충돌하고 들뜨게 되고, 다시 들뜬 입자가 낮은 에너지준위로 떨어질 때 방출되는 고유의 빛입니다. 오로라의 대표적인 빛은 산소원자가 방출하는 녹색광(파장 557.7㎚) 및 적색광(파장 630㎚, 636.4㎚), 질소분자 이온이 방출하는 청색 디스펙트럼(파장 427.8㎚ 등), 그리고 질소분자의 적색 또는 핑크색 디스펙트럼 등입니다.

 

 

오로라가 나타나는 높이는 지상에서 약 80에서 수백km의 초고층 대기층입니다. 커튼 하단의 높이는 전리층 E층 (100-110km)이고, 커튼 상반부는 400km까지 펼쳐져 있습니다. 오로라는 극관(極冠)글로오로라, 오로라대형(帶型), 중위도(中衛度)오로라 등 크게 셋으로 나누어지며, 오로라대형 오로라가 가장 빈번하게 나타나며, 보통 오로라라고 하면 다시 커튼형오로라, 패치상(狀) 맥동성오로라, 희미한 부정형(不定形)오로라(diffuse auora)로 나뉩니다.

 

'극관(極冠)글로오로라' 가 지상 80∼100km, 중위도(中衛度) 오로라는 더욱 높아서 지상 300∼600km 등으로 종류에 따라 고도가 다릅니다. 또 대형(帶型) 오로라는 출현시간, 위도 및 그 종류에 따라 고도가 변화합니다. 일반적으로 주간에 고위도에서 출현하는 커튼형오로라는 백수십∼수백km로 높지만, 저녁부터 심야까지는 점차 하강해서 100∼수십백km가 됩니다. 심야에서 아침까지의 오로라는 주로 맥동성오로라로서 높이가 커튼형보다 낮아서 90∼100km 정도가 많습니다.

 

이들 빛은 각각 높이와 분포지대가 다른데, 예를 들어 산소원자의 적색은 200km보다 높은 곳에서 강하고, 산소원자의 녹색과 질소분자 이온의 청색은 100∼200km에서 강하며 또 질소분자의 핑크색은 높이 100km 이하에서 강합니다. 따라서 활동적인 커튼형 오로라는 상부가 진홍빛이고 중앙이 청록색, 하부가 녹색 또는 핑크색 등으로 다채로우며, 오로라 중에는 저녁때의 저위도와 아침녘의 고위도에서처럼 수소의 휘선(輝線)이 보이는 부분이 있거나 헬륨과 나트륨의 빛이 포함되기도 합니다.

 

 

극관글로 오로라는 태양의 플레어현상 때 태양에서 직접 날아오는 100만eV 이상의 고에너지 양성자가 직접 극관지방에 입사하면서 나타난다. 입사입자는 고에너지의 양성자이기 때문에 입사고도가 깊고 따라서 오로라 고도는 낮습니다. 또 양성자가 전자를 포착해서 중성수소로 변환시키기 때문에 수소의 휘선(Hα, Hβ 등)이 강합니다. 오로라대형 오로라는 항상 변하고 있으며, 가장 큰 활동은 오벌의 한밤중의 부분에서 밝기가 증가하여 격렬해지기 시작하고 수분 사이에 오벌의 폭이 수백㎞로 확대되면서 폭발적으로 발달되며 이를 오로라 폭중이라고 합니다.

 

태양풍 중의 자기장에서 남향(자기장은 지구의 북극에서 남극으로 향합니다) 성분이 중기하면 태양풍에서 지구 자기권에 유입되는 에너지가 증가하고 그 결과 지구자기권 내에 큰 에너지가 축적되는데, 이 에너지에 의해서 자기권 꼬리의 자기중성면 부근에서 입자가 급속하게 가속화되고 다시 지상 수천㎞ 높이 부근의 자기력선에 인접한 전기장에서 속도가 더욱 촉진되며 자기력선에 유도되어 초고층대기에 입사됩니다. 이런 메커니즘을 통해서 입사되는 전자에 의해 발광하는 오로라가 커튼형 오로라입니다. 커튼형오로라의 높이가 주간에서 저녁때를 거쳐 밤중에 이르는 사이에 점차 낮아지는 것은 이런 가속이 주간보다 야간에 현저히 일어난다 사실을 보여줍니다. 인공위성과 로켓에 의한 관측에서도 가속전압이 주간에서 심야에 걸쳐서 점차 증가하는 사실이 알려졌습니다.

 

이와는 다르게 자기권 꼬리의 가속과정에서 직접 대기중에 입사되지 않고 일단 자기권내에 머물다가 다시 안쪽으로 진입하여 비교적 안정된 자기권내에 갇혔던 고에너지 입자가 자기적도면 부근에서 플라스마파통과 상호작용을 일으켜 산란됨으로써 대기에 입사되는 과정을 거치는 것도 있습니다다. 이런 과정을 통해 입사된 전자에 의해 발광하는 오로라가 맥동성 오로라입니다. 큰 자기폭풍 때에 가기권내에 갇혀 있던 고에너지 입자군에서 수일에 걸쳐 조금씩 높거나 낮게 누출되는 에너지에 의해 중위도 오로라가 발광합니다.

 

오로라를 볼 수 있는 10가지 장소

 

우리는 흔히 오로라 하면 북유럽과 캐나다를 생각하는데, 생각보다 '오로라대'에 걸쳐있는 다양한 나라에서도 이를 관측할 수 있습니다.

 

오로라대: 지구상에서 오로라(극광)가 쉽게 관측되는 지대로 지구자기(地球磁氣) 위도 65~70˚ 주변의 곳. 극광대(極光帶)라고도 한다.

 

 

 

1. 러시아_무르만스크

2. 아이슬란드_레이캬비크, 

3. 알래스카_페어 뱅크스

4. 핀란드_라플란드

5. 스웨덴_키루 나

6. 노르웨이_트롬 쇠

7. 캐나다_이 칼루이 트

8. 그린란드_일 루리 삿

9. 노르웨이_키르 케 네스

10. 노르웨이_로포텐제도