어린이과학동아&수학동아 기사

안녕하십니까,김상우 기자입니다. 혹시 하늘에서 큰 커튼처럼 출렁거리는 오로라를 본 적이 있으신가요? 오로라는 날씨가 추운 극지방에 가면 볼 수 있죠. 그럼 왜 오로라는 추운 극지방에서만 나타나는 걸까요? 궁금하다고요? 그럼 같이 오로라에 대해서 알아볼까요?

출처: 네이버 지식백과

먼저 오로라가 어떻게 생기는지부터 알아보도록 하겠습니다. 오로라의 빛은 전기를 띤 '하전 입자'가 지구의 공기와 충돌하면서 나타나요. 이 하전 입자들은 태양에서 오는데, 보통은 지구 자기장에 가로막혀 튕겨나가죠. 반면, 자기장층이 얇은 남극이나 북극 지방으로 떨어진 대전 입자는 지구로 들어와 오로라 빛을 만든답니다.

그럼 오로라는 왜 다양한 색을 나타낼까요?

그 이유는 대기로 낙하하는 하전 입자가 대기 중에서 서로 다른 기체들과 충돌하기 때문입니다.  오로라의 빛깔에는 붉은색, 푸른색, 오랜지색, 보라색, 흰색, 녹색 등이 있죠. 고도 약 200km이상에서는 가장 흔한 산소 원자와의 충돌에 의해 붉은 색 오로라를 냅니다. 100km이하에서는 질소 분자와의 충돌로 보라색 오로라를 나타내죠. 100km이상과 200km 사이에서는 산소원자와 질소분자와의 충돌에 의해 파란색 및 녹색, 심지어 자외선도 방출한다고 합니다.

위 그림은 고도에 따른 오로라의 색상을 나타낸 것이다.(출처: 네이버 지식백과)

(출처: 네이버 지식백과)

그렇다면 오로라의 형태는 어떠할까요?

위 그림은 우주에서 바라본 오로라의 모습입니다. 보시다시피 오로라가 자기축을 중심으로 타원체를 따라 빛을 내고 있죠. 이러한 타원체를 '오로라 타원체'라고 합니다. 오로라 타원체의 두께는 태양풍에 의한 자기장교란(자기장을 뒤흔들어서 혼란스럽게 함. 네이버 어학사전 참조) 정도에 따라 달라지죠.

지상에서 바라본 오로라는 일반적으로 세로의 빛줄기를 갖는 커튼 형태를 갖습니다. 이는 그 지역의 자기력선의 방향과 낙하하는 하전 입자들의 모습이 반영된 것입니다. 다시 말해 하전 입자들이 지구 근처의 강한 자기력선에 묶여 있기 때문에 주변의 다른 자기력선으로 이동이 불가하여 세로의 빛줄기 형태를 띠는 것이죠.

오로라의 다양한 유형(출처: 네이버 지식백과)

오로라의 여러가지 유형(출처:네이버 지식백과)

그럼 태양계 내 다른 행성에도 오로라가 발생할까요?

오로라는 지구뿐만 아니라 목성, 토성, 천왕성, 해왕성에서도 오로라가 흔히 관측되었다고 합니다. 이들은 모두 고유의 자기장과 대기를 가지고 있습니다. 목성의 오로라는 파이오니아호 10, 11 및 보이저호에 실린 분광기와 카메라에 의해 1970년대에 처음으로 관측되었다고 합니다. 보이저호가 1980년에 토성에서, 보이저2호가 천왕성과 해왕성에서 1986년과 1989년 각각 오로라를 관측하였습니다.

한편 태양계 행성 중 금성과 화성에는 자기장이 존재하지 않는다고 알려져 있었으나, 2004년에 화성 익스프레스호와 2012년 금성 익스프레스호에 의해 화성과 금성에서도 오로라가 처음으로 관측되었다고 합니다. 그 중 목성의 오로라 규모가 가장 큽니다. 목성 오로라의 발생 원인은 목성의 위성 이오에서 화산 폭발로 방출된 하전 입자들이 목성의 자기력선을 따라 목성 대기로 낙하하면서 대기의 기체 성분과 충돌하면서 발생한 것으로 알려져 있죠. 

위 그림은 우주망원경으로 관측한 목성 오로라의 모습이다.(출처: 네이버 지식백과)

지금까지 신비한 빛 오로라에 대해서 알아봤습니다. 어때요, 신기했죠? 그럼 이 글을 읽어주신 여러분께 감사드립니다. 

안녕!!