태양풍의 경우 이야기는 많이 들어봤지만 사실 우리가 살고 있는 지구에 어떤 영향을 미치는 부분에 대해서 잘생각해보신 분들이 많지 않습니다. 간단하게 태양풍은 태양에서 불어오는 바람이며 지구에도 영향을 주게 되는 것 입니다. 태양풍에는 양성자와 전자 등 미립자들이 포함되어 있는데 매초당 약 100만 톤의 질량이 태양에서 방출될 정도 입니다. 이런 태양풍이 지구의 공전궤도에 도착하는 시점에 속력을 알아보시면 약 200~750km/s 정도로 강력하다고 할 수 있습니다. 아래 글에서 이런 태양풍이 인류와 지구에 미치는 영향에 대해서 알아보겠습니다.
태양풍이 지구에 미치는 영향
태양풍의 속도
태양풍을 살펴보시게 된다면 두가지로 나누어 질 수 있는데 특히 빠른 태양풍이 있으며 이에 비해서 느린 태양풍이 있습니다. 빠른 태양풍의 경우에는 지구 공전 궤도에서 약 750km/s의 속도를 내고 있으며 태양의 코로나 구멍과 연관이 있습니다. 이에 반해서 느린 태양풍의 경우에는 빠른 태양풍에 비해 지구 공전 궤도에 이르렀을 경우 370km/s 정도의 속도를 나타나게 됩니다. 태양 코로나의 닫힌 자기장에 얽혀서 흘러 다니는 물질들로부터 생성되는 것으로 알려져 있습니다.
혜성의 꼬리
혜성을 봤을 때 이온 꼬리가 발생하는 현상을 육안으로도 관찰되는데 이것 역시도 태양풍에 의해 설명되는데 혜성에는 두 가지의 꼬리가 보이게 되는데 먼지꼬리와 이온꼬리라고 하며 이들 가운데 태양에 근접하게 되는 경우 태양 반대방향으로 생기는 이온꼬리의 경우에는 태양풍의 이온과 혜성의 이온 사이에 작용하는 전기력으로 충분히 설명이 가능하게 됩니다.
오로라 발생현상
전세계에서 오로라 현상을 관찰하기 위해서 여행을 가시는 분들도 많은데 특히 지구의 북극권이나 남극권 지역에서 관측할 수 있는 천문현상입니다. 초고층 대기 중에 형형색색의 발광 현상이 나타나며 태양에서 방출되는 플라즈마 입자 전자 또는 양성자가 지구 대기권 상층부의 자기장과 마찰하여 빛을 내는 광전 현상입니다. 이런 오로라 현상 역시 태양풍의 영향으로 생기는 현상으로 알려져 있습니다. 태양풍에 포함된 이온들이 지구의 자기장과 상호작용 하면서, 지구의 자기장에 갇히게 되며 해당 이온들 가운데 일부가 자기장의 남북극 근처의 상층대기와 만나 오로라를 형성하는 것입니다.
태양풍의 지구 도달 과정
태양풍이 발생하게 된다면 일반적으로 태양 플레어 보다도 상당히 많은 전자파 자외선, 가시광선, 적외선, 전파, 자기장파, 입자선, 입자 등이 발생됩니다. 지구의 자기권과 대기권을 통과할 때 대부분이 소멸하게 되는데 자외선의 경우에는 상부대기나 오존층에 흡수되며 자기장, 입자선과 입자는 우선 자기권에 붙잡힌 뒤 상부대기를 구성하는 입자와 충돌하여 에너지를 방출하고 무해화 됩니다. 유일하게 지표에 도달하는 것이 대기의 창 영역의 전자파, 즉 가시광선과 적외선입니다.
태양풍의 간접 피해 예상
태양풍이 상당한 규모로 지구에 도달하게 되는 경우에도 이런 지구 방어구조가 기능한 부분이며 플라즈마 입자 등이 직접 지구의 지상으로 오는 경우는 없다고 봐야 할 정도 입니다. 지구에 태양풍의 간접적인 영향이 일어날 가능성이 있는데 자기권의 구멍이 있는곳 얇은 곳이 있으면 그곳으로 상부대기에 직접영향이 미칠 가능성도 있으며 이런 경우 인공위성의 영향이 미치게 될 수 있습니다. 태양풍에 의해 도달한 플라즈마 입자 등이 쌓이게 되면서 자기권내로 생성된 전기에너지는 전리층에 강한 전류를 흘리며 이것으로 지자기 변동이 발생하고 지자기변동에 의해 유도전류가 송전선에 발생되면 전기기기에 피해를 입히고 발전소와 변전소 등의 전력시설이 파괴되며 정전의 발생등 상당한 피해가 예상됩니다.
태양풍의 3단계 도착 과정
태양풍에 의해 방출된 전자파는 속도가 차이나기 때문에 3단계로 나누어져 도착하게 되는데 먼저 최초에 도착하는 것이 전자파이며 이것은 빛의 속도로 오기 때문에 8분 정도면 도달하게 됩니다. 전자파는 주로 전파 장해를 일으키며 많은 통신시스템 인공위성, 비행기의 무선 등을 사용하지 못하게 합니다. 방사선의 경우에는 몇 시간이면 도착하게 되는데 우주 비행사 들의 경우에는 방사선을 차단할 수 있는 시설 내로 피난 해야 할 정도로 상당한 위력이 있으며 이후에 코로나 질량 방출로 2~3일 정도 후에 도달하게 되는데 가장 위험하며 CME에 동반되어 자기권내에 생성되는 전기에너지가 원인이 되어 발생한 유도 전류가 송전선을 타게 되면 전류를 방해하게 됩니다. 따라서 정전, 전력시스템의 파괴를 일으킬 수 있습니다.
태양풍이 지구에 미치는 영향 마무리
이렇게 태양풍이 지구에 영향을 미치게 되는 위험한 상황이 발생하게 된다면 먼저 이를 막기 위해서는 발전소를 정지하고 송전을 멈추어야 하며 강제정전을 일으킬 필요가 있습니다. 처음의 전자파를 넘기게 된다면 본체인 태양풍이 오기까지 정보를 발신하도록 하여 필요한 조치를 취할 필요가 있기 때문에 주요 대책으로 인공위성에 의한 태양풍의 실시간 감시를 해야 합니다.
실제로 태양풍의 감시를 위한 위성으로 NASA의 ACE(Advanced Composition Explorer)이 있습니다. 해당 위성은 지구와 태양의 라그랑주 점 부근에서 태양풍을 감시하는 역할을 하며 태양풍이 지구에 도착 1시간 전에 태양 폭풍을 감지할 수 있는 능력이 있습니다.