외광환(外光環, Outer corona)

외광환(外光環, Outer corona)

지구의 대기권이 온도에 따라 여러 층으로 분류가 되는데, 대기권의 제일 위층에 이온 입자들로 구성된 전리층(ionosphere)이 존재합니다. 이 전리층과 직접적으로 맞닿아, 여러 가지 현상을 일으키는 태양의 대기층이 외광환입니다.

 

코로나 대규모 분출(CME: coronal mass ejection)

플라즈마의 분출과정을 담은 사진입니다. 이 현상을 코로나 대규모 분출이라고 하는데, 태양의 적도 부근에서만 발생하는 불송이와는 상관 없이, 태양의 위도에도 상관없이 발생하고 있습니다. 그 원인에 대해서는 분명히 밝혀져 있지 않지만, 대규모의 자기적 균형의 깨어짐이 코로나 대규모 분출의 원인이라는 것만은 확실합니다.

 

 

태양풍(太陽風, solar wind)

지금까지 태양의 열핵융합 반응으로 생성된 플라즈마가, 수소원자들의 붕괴로 생성된 자기장의 뒤틀림으로 인해 뿜어지는 불송이, 홍염, 광환 등이 만들어지는 과정을 다루었습니다. 이들이 결과적으로 내는 것이 바로 태양풍입니다.

태양풍을 일으키는 주범은 의외로 광환 구멍입니다. 태양의 다른 부분, 즉 활동지역에서는밖으로 뻗쳐 나간 자기장이 재연결로 인해 광구로 되돌아 오는, 닫힌 형태의 자기장을 형성하게 되는 반면에, 광환 구멍에서는 자기장이 열린 채, 태양에서 멀어지는 방향으로 형성되기 때문에, 낮은 밀도의 플라즈마가 안정적인 흐름을 형성하며 태양을 떠나게 됩니다. 그런 흐름을 태양풍이라고 합니다.

 

태양으로부터 뿜어져나오는 태양풍의 모양이, 태양의 자전으로 인해, 직선적으로 뿜어지기 보다는 아르키메데스 나선형을 따릅니다. 그렇기 때문에, 코로나가 발생되지 않는 광구부분이 지구를 향하고 있을 때, 오히려 지구가 태양풍의 영향을 더 받는다는 사실을 설명할 수가 있습니다.

태양풍으로 인해 지구의 대기층(전리층: ionosphere)이 영향을 받는 델린저 (Dellinger) 현상부터 극지방의 오로라의 출현까지, 그리고 혜성들이 태양에 접근하게 될 때 나타나는 혜성의 꼬리가 항상 태양의 반대쪽으로 놓인다는 것까지, 단기적인 많은 현상들을 일으키고 있을 뿐아니라, 지구의 빙하기에 이르는 장기적인 현상도 일으키고 있습니다. 1645년부터 1715년까지 70년 동안은 태양의 흑점이 몇 개뿐이었다고 하는데, 그 기간이 지구에서는 작은 빙하기라고 하는 추운 기간의 연장이었다고 합니다. 작은 빙하기는 1400년에서 1850년에 걸쳐서 일어났습니다. 이는 흑점이 많이 생기거나, 적게 생기는 시기가 일정하다는 가설에 따른 설명입니다. 그 주기를 흔히 11년이라고 놓는데, 그에 대한 반발 또한 존재하는 것이 사실이기에, 여기에서는 다루지 않겠습니다. 태양이 지구에 미치는 기타 영향은, 얼마 전에 우리나라에 발생했던 오로라 현상만을 더하고 더 이상은 생략하겠습니다.

 

 

오로라와 태양풍

오랜만에 우리 나라에서도 오로라가 관찰되었습니다. 물론 처음 있는 일은 아니고, 하늘을 보며 길흉화복이나 나라의 큰 재난을 예상했었던 시절로 거슬러 올라가 보면, 멀리는 고려 시대의 문헌에 적기(赤氣)에 대한 기록이 남아 있습니다. 적기가 이번에 (2003. 10, 30.) 우리 나라에도 나타났는데, 그 원인을 보면, 태양의 불송이 발생에 연이은 코로나 대규모 분출과 깊이 관련이 있습니다. 물론 우리 나라에서만 관측된 것은 아니고, 멀리 미국의 콜로라도에서도 같은 오로라가 관측되었습니다.

흔히 태양계의 끝을 충격파면 (Heliosphere)이라고 부릅니다. 태양풍이 몰려 나가다가 흩어지는 곳을 태양계의 끝자락으로 보기 때문일 겁니다. 태양계의 끝은 상당히 멉니다. 25년 전에 발사한 파이오니어 10호가 외롭게 우주 공간을 헤치고, 지금 태양계의 경계 부분을 지나고 있을 정도죠. 빛의 속도로 약 9.5시간 밖에는 안 걸리지만, 명왕성까지 거리의 약 2배가 되는 거리입니다. 이제 곧 전기 연료가 떨어져서 지구와의 송신이 불가능하지만, 관성으로 인해 앞으로도 3만 년 이상을 더 달릴 수 있다고 합니다. 그 전에라도 누군가에 의해 발견이 된다면…. 그 보다 4년 늦은 1977년에 발사되었지만, 빠른 속도로 파이오니어 10호 보다 먼저 태양계의 끝에 도달한 것이 보이저 1호입니다. 이 보이저 1호에는 외계인을 만나게 되었을 때를 대비해서 지구인들이 외계인에게 보내는 메시지를 싣고 있습니다.

지구상의 생명체가 살아가기 위해서 필요한, 가장 기본적인 열에너지는 바로 태양에서의 열에너지와 땅에서의 지열입니다. 물론 지구에서뿐 아니라, 화성에서 온 화석 속의 미생물 조차도 분명히 태양의 열에너지를 이용해서 세대와 세대간의 연결 고리를 이어왔을 것입니다. 그토록 중요한 두 요소 중의 하나인 태양 에너지가 태양의 내부에서 어떤 과정을 거쳐서 생성되며, 어떤 과정을 거쳐서 뿜어져 나오는가를 얘기해 봤습니다.

 

열핵융합 반응으로 인해 우리가 받는 열의 양을 상징적으로 짐작하게 하는 예가 있습니다. 아무리 태양이 지구에서 멀리 떨어져 있어도, 태양이 진화하는 과정에서, 태양의 밝기가 현재수준의 5%만큼만 증가를 해도 지구상의 식물들을 말라 죽게 되고, 10% 증가를 할 경우에는 동물들도 고사하게 되며, 15%가 증가할 경우에는 지구상의 모든 물들이 증발을 하면서 온실효과가 발생하면서, 지구의 온도가 급상승하게 되죠. 태양에 더 가까이 위치한 수성 보다 금성의 온도가 더 높은 것도 온실효과 때문입니다. 없어도 안 되지만, 너무 강해도 우리들은 생존의 위협을 받게 되고 말죠. 북유럽에 있는 스웨덴의 국토가 빙하기에는 두께 3km의 얼음으로 뒤덮여 있었다고 합니다. 지금은 대부분의 얼음이 녹아서 물이 드러나 있습니다.

특히나 대기의 오염으로 인한 오존층(O3)에 거대한 구멍이 뚫리고 있는데, 그 구멍이 남극의 거대한 얼음덩어리 위에 형성되고 있습니다. 오존층은 자외선을 차단하는 역할을 하죠. 지구의 온난화가 지속될 경우에, 어떤 현상이 일어날지 각자의 상상에 맡깁니다.

길을 걷다가 구름이 짙게 깔린 하늘을 올려다 볼 때면, 때때로 거대한 빛의 원판과 마주하게 됩니다. 밤하늘에서나 볼 수 있는, 사방으로 빛살이 삐죽삐죽하게 튀어나온 형상을 별의 모습으로 떠올리는 막연함을 벗어나, 별이 공처럼 동그랗다는 현실도 문득 느끼게 됩니다.