오로라 [ Aurora ]

오로라

 

오로라는 우주에서 지구로 유입되는 전하 입자가 높은 대기에서 가스와 충돌해 빛을 방출하는 현상이다. 지구의 자력선을 따라 대기로 떨어지는 전하 입자(주로 전자)가 대기 중에 있는 원자나 분자와 충돌하면 떠다니게 되지만, 떠다니는 가스는 원래의 바닥상태로 돌아와 빛을 방출한다. 주로 남반구와 북반구의 높은 위도에서 나타나며, 각각 남극광 또는 북극광으로 불린다. 오로라는 주로 고도 100~320㎞에서 발생하며, 자극으로부터 약 20㎞ 떨어진 위도 지역에 분포한다. 태양이 활동할 때, 오로라는 남쪽으로 분포한다. 오로라는 지구뿐 아니라 목성, 토성, 천왕성, 해왕성에서도 자주 관찰된다.

 

오로라의 형태

우주에서 본 오로라는 자기 축을 중심으로 동서 방향으로 두꺼운 타원체를 따라 빛을 방출한다. 이 타원은  타원형 오로라라고 불린다. 오로라의 타원 두께는 태양풍에 의한 지구의 자기장 교란 정도에 따라 달라지며, 타원의 남북 경계는 태양 활동이 심할 때 각각 저위도와 극지방으로 확장된다. 이 현상을 오로라 서브 스톰이라고 한다. 지상에서 보이는 오로라는 일반적으로 수직 광선이 있는 커튼 모양을 하고 있다. 그것은 지역의 자선의 방향과 충전된 입자의 형상을 반영한다. 즉, 충전된 입자는 지구 근처의 강한 자기력의 선에 묶여 있기 때문에 주변의 다른 자기력의 선으로 이동할 수 없기 때문에 수직의 빛의 광선 모양을 하고 있다. 오로라는 오로라 타원체에 대한 관찰자의 입장에 따라 다양한 형태로 나타날 수 있다. 타원으로부터 멀리 떨어져 남북으로 갈수록 오로라를 관측할 수 없게 된다.

 

오로라에 존재하는 다양한색의 원리

 

육안으로 오로라를 관찰하면 녹색 오로라를 자주 보게 된다. 우리 눈에 가장 민감한 파장인 557.7nm로 가장 많은 빛을 방출하기 때문이다. 그러나 사람의 눈보다 예민한 카메라로 노출을 바꾸면 다른 색깔뿐 아니라 보이지 않는 파장까지 관찰할 수 있다. 대기로 떨어지는 전하 입자가 대기 중 다른 평면과 충돌하기 때문에 다양한 색상의 오로라가 가능하다. 고도 200km 이상에서 가장 흔한 산소 원자와 충돌해 붉은 오로라를 보여준다. 100km 이하에서는 질소 분자와 충돌해 보라색 오로라를 보여준다. 파란색, 녹색, 자외선은 100km에서 200km 사이의 질소 분자와 산소 원자가 충돌하여 방출된다.

오로라의 원인

지구의 자력선을 따라 대기로 떨어지는 전하 입자(주로 전자)가 대기 중의 원자나 분자와 충돌해 떠다닌다. 이렇게 떠 있는 가스는 바닥상태의 원상태로 돌아가면서 빛을 방출한다. 충분한 충돌이 일어나면 우리 눈이 감지할 수 있는 많은 빛을 방출할 것이고, 이것은 단지 오로라일 뿐이다. 그러나 햇빛에 비해 빛이 매우 약하기 때문에 육안 위주로 관측할 수 있다.

 

오로라 관찰지점

 

오로라는 주로 고도 100km에서 320km 사이에 발생하며(태양 활동과 충전된 입자를 충돌시키는 에너지에 따라 고도가 달라질 수 있다) 자극으로부터 약 20o 떨어진 위도 지역에 주로 분포한다(북반구의 경우 지구의 자전축에서 캐나다로 약 11o 떨어진 곳에 분포한다). a). 오로라가 활동할 때, 오로라는 최대 40 에이커의 남쪽에 분포한다. 오로라 발생 고도는 기상 이벤트가 주로 발생하는 대류권보다 훨씬 높다. 그래서 기상악화로 관측에 한계가 있는 경우도 있지만 대체로 맑은 겨울날에 관측된다. 오로라는 낮에 발생하지만 강한 햇빛 때문에 육안으로 관측하기 어렵다. 오로라의 관찰로 유명한 지역은 알래스카, 캐나다, 스칸디나비아이다. 그중 가장 유명한 곳은 캐나다의 옐로 나이프(Yellow Needle)로 8월 중순부터 9월 하순까지, 그리고 11월 중순부터 4월 중순까지 오로라를 관찰하기에 가장 좋은 곳으로 알려져 있다. 때로는 낮고 달빛이 비치는 구름과 혼동되기도 하지만, 이를 구분하는 방법은 별을 숨길 수 있는 반면, 오로라는 그렇지 않다. 드문 경우지만 한반도와 일본 등 저위도 지역에서 10년에 한 번씩 관측할 수 있다.

오로라는 지구뿐 아니라 목성, 토성, 천왕성, 해왕성에서도 자주 관찰된다. 이 모든 것들은 독특한 자기장과 대기를 가지고 있다. 목성의 오로라는 1970년대에 파이오니어호, 파이오니어호, 보이저호에 탑재된 분광기와 카메라에 의해 처음 관측되었다.