[과학향기 for Kids] 하늘에서 볼 수 있는 아름다운 커튼 ‘오로라’ : KISTI의 과학향기

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[과학향기 for Kids] 하늘에서 볼 수 있는 아름다운 커튼 ‘오로라’

<KISTI의 과학향기> 제3028호 2024년 01월 22일

지난해 11월, 전 세계 곳곳에서 오로라가 관측됐어요. 오로라가 주로 관측되는 지역인 극지방 외에도 평소 오로라를 거의 볼 수 없던 러시아 남부, 유럽, 중국 북부, 일본 홋카이도에서도 오로라가 관측됐는데요. 녹색과 붉은색의 강렬한 오로라가 밤하늘 전체를 커튼처럼 덮으며 역동적이고 화려한 모습을 자아냈습니다. 최근 들어 오로라가 자주, 광범위한 지역에서 관측되고 있는 이유는 무엇일까요? 오로라가 어떻게 만들어지는지 살펴보면서 그 이유를 확인해 봐요.

그림 1. 최근 오로라가 자주, 광범위한 지역에서 관측되고 있다. ⓒshutterstock

오로라는 어떻게 만들어질까
오로라는 태양에서 불어오는 바람인 ‘태양풍’에 의해 나타나는 현상입니다. 태양은 핵융합 반응으로 강력한 에너지를 만들어내는데, 이때 전하를 띤 고에너지 입자들이 우주 공간으로 수없이 많이 퍼져나가요. 이를 태양풍이라고 합니다. 태양풍은 초속 1000km 이상의 속도로 2~3일 안이면 지구에 도달합니다.

지구는 하나의 자석과 같아서 주변에 자기장을 형성하고 있어요. 대부분의 태양풍 입자들은 이 지구 자기장에 막혀 흩어지지만, 일부는 자기장에 이끌려 지구 대기로 들어옵니다. 이 입자들이 공기 분자와 충돌하면서 빛을 내는 현상이 바로 오로라예요. 태양풍 입자들이 들어오는 곳이 위도 60~80도의 고위도 지역인 캐나다 북부, 핀란드, 아이슬란드 등이기에 주로 이곳에서 오로라가 관측됩니다.

그림 2. 오로라는 태양풍 입자들이 지구 자기장에 의해 지구 대기로 들어온 뒤, 질소·산소 분자와 충돌해 빛을 내는 현상이다. ⓒshutterstock

오로라는 녹색이 가장 흔하지만, 분홍색이나 보라색 등의 붉은색 등 여러 색깔로 나타나는데요, 태양풍 입자가 어떤 공기 분자와 어느 높이에서 충돌하느냐에 따라 오로라의 색깔이 달라집니다. 지구 대기의 78%는 질소, 21%는 산소로 이뤄져 있습니다. 태양풍 입자가 90~150km 높이에서 산소와 충돌하면 녹색으로, 이보다 더 높은 곳에서 충돌하면 빨간색 빛을 냅니다. 반면 고도 90km 부근에서 질소와 부딪히면 보라색을 띱니다.

올해 태양 활동 극대기, 오로라 관측 최적

그림 3. 올해는 태양 활동의 극대기로, 오로라를 더 자주 볼 수 있을 것으로 예상된다. ⓒshutterstock

오로라는 태양풍과 관련이 있다 보니, 태양 활동이 활발해지면 그만큼 대전 입자가 많이 방출되고, 지구 자기장에 붙잡히는 입자가 많아져 오로라 발생 지역이 평소보다 더 넓어집니다. 태양 활동은 평균 11년을 주기로 강해졌다 약해지기를 반복하는데요, 올해가 바로 태양 활동이 가장 강해질 것으로 예측되는 시기예요. 그래서 그 어느 때보다도 강렬하고 선명한 오로라를, 평소보다 더 자주 볼 수 있을 것으로 예상돼요.

평소 오로라를 보고 싶었다면 올해가 오로라 관측의 최적기인 셈이죠. 다만 오로라는 고도 90km 이상의 높은 곳에서 나타나는 현상이므로, 구름이 끼면 오로라를 볼 수 없어요. 또 백야현상(여름에 고위도 지방에서 밤하늘이 밝은 현상)이 나타나는 여름에는 오로라 관측이 어렵습니다. 오로라 예보와 일기 예보를 확인해 일정을 짠다면, 오로라 관측 성공률을 좀 더 높일 수 있을 거예요.

※ 교과서 연계 - 이번 과학향기 에피소드는 어떤 교과 단원과 관련돼 있을까?

3학년 1학기 과학 – 지구의 모습

5학년 1학기 과학 – 태양계와 별

글: 오혜진 동아에스앤씨 기자/ 일러스트: 유진성 작가

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