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- 영상 제목: 본 적 없을 실제 오로라 폭풍 영상! 오로라의 정체는 무엇일까? (천체 사진 특집 2/2)
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🗂️ 논문 정보
- DOI:
- ISO 690:
- 저자:
- 카테고리: 지구과학, 우주학
📄 논문 대표 이미지
✨ 논문 핵심 요약
오로라에 관한 종합적 분석
서론
오로라는 밤하늘에서 발생하는 예측할 수 없는 빛의 현상으로, 고위도 지역에서 주로 관찰됩니다. 다양한 색상과 형태로 나타나는 이 현상은 지구와 태양 사이의 전기적 연결을 나타내며, 태양으로부터의 에너지와 지구의 자기장에 의해 발생합니다.
방법론
오로라의 발생 원인을 분석하기 위해, 고속 전자가 지구 상층 대기의 산소와 질소와 충돌하는 과정을 연구합니다. 이 전자들은 자기권에서 오며, 산소와 질소 원자 및 분자를 흥분시켜 광자를 방출하게 합니다. 오로라의 색상과 형태는 대기 중의 산소나 질소가 어떻게 흥분되는지에 따라 달라지며, 이는 오로라 오벌에서 주로 발생합니다. 오로라 관측은 북극과 남극의 오로라 오벌에서 이루어지며, 태양 흑점 주기와 계절에 따라 관측 가능성이 달라집니다.
결과
오로라는 대략 100km에서 400km 이상의 고도에서 발생하며, 다양한 색상과 형태로 나타납니다. 산소는 주로 녹색 빛을, 낮은 에너지의 전자에 의해서는 빨간 빛을 방출합니다. 질소는 파란 빛을 내며, 이러한 색상이 혼합되어 다양한 색을 나타냅니다. 오로라는 지구의 자기 극 주변의 오로라 오벌에서 발생하며, 활동 수준에 따라 오벌의 크기가 변화합니다. 오로라 관측은 주로 밤에 이루어지며, 태양 흑점 주기의 정점에서 더 자주 발생합니다.
결론
오로라는 지구와 태양 사이의 복잡한 상호작용의 결과로, 고속 전자가 대기의 산소와 질소와 충돌하여 발생합니다. 다양한 색상과 형태는 산소와 질소가 어떻게 흥분되는지에 따라 결정되며, 오로라 오벌에서 주로 발생합니다. 오로라 관측은 밤하늘에서 이루어지며, 태양 활동과 계절에 따라 관측 가능성이 달라집니다. 오로라의 연구는 지구와 우주 환경의 이해를 넓히는 데 중요한 역할을 하며, 다른 행성에서의 오로라 관측을 통해 우리 태양계를 넘어 생명을 지탱할 수 있는 행성을 찾는 데에도 기여할 수 있습니다.
📖 논문 상세 요약
초록
오로라는 로마의 여명의 여신의 이름을 딴, 밤하늘에서 예측할 수 없는 빛의 표현입니다. 이 현상은 주로 고위도 지역에서 자주 발생하며, 적도 근처에서는 거의 관측되지 않습니다. 오로라는 주로 연두색을 띠지만, 빨강, 파랑, 보라, 분홍, 흰색 등 다양한 색깔로 나타날 수 있으며, 모양도 계속 변화합니다. 오로라는 지구가 태양과 전기적으로 연결되어 있음을 나타내는 환상적인 신호로, 태양으로부터의 에너지와 지구의 자기장에 갇힌 전하를 띤 입자들에 의해 발생합니다. 오로라는 긴 아치 형태로 나타나기도 하고, 밤하늘을 가로지르는 띠나 커튼처럼 펼쳐지기도 하며, 때로는 하늘 전체를 얇은 구름이나 베일로 덮기도 합니다.
What causes the aurora?
오로라의 원인은 우주에서 날아온 고속 전자가 지구 상층 대기의 산소와 질소와 충돌할 때 발생합니다. 이 전자들은 지구의 자기장에 의해 통제되는 공간인 자기권에서 오며, 산소와 질소 원자 및 분자에 에너지를 전달하여 이들을 "흥분" 상태로 만듭니다. 가스가 정상 상태로 돌아갈 때, 그들은 빛의 형태로 작은 에너지 폭발인 광자를 방출합니다. 자기권에서 대량의 전자가 대기를 폭격할 때, 산소와 질소는 눈으로 감지할 수 있는 충분한 빛을 방출하여, 우리에게 아름다운 오로라 현상을 선사합니다. 이 신비로운 빛은 대략 100km에서 400km 이상의 고도에서 발생합니다.
Why do auroras come in different colors and shapes?
오로라의 다양한 색상과 형태는 주로 대기 중의 산소나 질소가 전자에 의해 어떻게 흥분되는지에 따라 달라집니다. 산소는 고에너지 전자에 의해 주로 녹색 빛을, 낮은 에너지의 전자에 의해서는 빨간 빛을 방출합니다. 반면, 질소는 대체로 파란 빛을 내며, 이러한 색상이 혼합되어 보라색, 분홍색, 흰색 등을 나타낼 수 있습니다. 또한, 산소와 질소는 자외선 빛도 방출하는데, 이는 위성에 장착된 특수 카메라로 감지할 수 있습니다. 오로라의 형태는 전자가 자기권 내 어디에서 기원하는지, 어떻게 에너지를 얻는지, 그리고 왜 대기로 뛰어드는지에 따라 달라지는데, 이는 과학자들이 아직 풀어야 할 미스터리 중 하나입니다.
Where can you see an aurora?
오로라는 지구의 자기 극 주변에 지름이 약 4,000km(2,500마일)인 고리 모양의 지역인 오로라 오벌에서 주로 발생합니다. 북반구에서는 중앙 알래스카, 캐나다, 그린란드, 북부 스칸디나비아 및 러시아를 가로지르는 경로를 따르며, 남반구에서는 주로 남극을 둘러싼 해양 위에 위치하지만, 때때로 뉴질랜드, 칠레, 호주의 먼 가장자리까지 도달할 수 있습니다. 오로라가 지구의 극지방 근처에서만 볼 수 있다는 흔한 오해와 달리, 실제로는 지리적 및 지자기 극에서 오로라가 발생하는 경우는 드뭅니다. 오로라 활동 수준에 따라 오로라 오벌은 확장되거나 축소되며, 때로는 북미나 유럽의 대부분을 커버할 정도로 낮은 위도까지 확장됩니다. 북극과 남극의 오로라 오벌은 거의 서로 거울 반사된 형태를 이루지만, 위성을 통해 전 지구의 오로라를 동시에 관찰할 수 있게 된 우주 시대가 되어서야 과학자들은 두 극 주변의 대규모 오로라를 볼 수 있게 되었습니다.
When can you see an aurora?
오로라 관측은 북극과 남극의 오로라 오벌에서 낮과 밤, 매일 저수준의 활동이 일어나지만, 오로라는 태양빛보다 훨씬 어두워 낮에는 관측하기 어렵습니다. 가장 좋은 관측 시기는 자정 몇 시간 전이며, 도시의 빛 공해로 인해 어두운 시골 지역에서 오로라를 보기가 더 용이합니다. 그러나 매우 밝은 오로라가 발생하면 도시에서도, 심지어 얇은 구름을 통해서도 볼 수 있습니다. 알래스카와 캐나다 중부에서는 오로라가 매일 밤 관측될 수 있으며, 고위도 지역의 비행기에서 밤에 오로라를 보는 것이 가장 좋은 기회일 수 있습니다. 오로라는 태양 흑점 주기의 정점에서 더 자주 발생하며, 겨울철에는 밤이 길어 관측하기 더 쉽습니다.
Rays patches
본 섹션에서는 극지방에서 자외선 광으로 관측된 오로라 오발(Auroral ovals)에 대해 설명합니다. 이는 적도에서 멀리 떨어진 곳에서 관찰된 현상으로, 왼쪽에 보이는 빛의 호(arc of light)는 태양광입니다. 이는 오로라가 자외선 영역에서 어떻게 나타나는지를 보여주며, 태양광이 오로라 현상에 미치는 영향을 시각적으로 확인할 수 있게 합니다.
Uv image of auroral oval superimposed on a gure of partly sunlit earth
오로라는 태양과 지구가 단순한 햇빛 이상으로 연결되어 있음을 나타내는 현상입니다. 태양은 오로라에 필요한 에너지를 제공하지만, 오로라를 구성하는 입자들은 지구 근처 우주 공간에서 유래합니다. 태양에서 방출되는 태양풍, 즉 전기적으로 충전된 입자들이 지구로 향하면서 지구의 자기장과 상호작용하여, 대부분의 입자들이 튕겨나가며 자기권이라는 거대한 공동을 형성합니다. 태양풍의 성질 변화는 자기권으로 유입되는 에너지 양을 조절하며, 여기서 에너지는 전기 전류와 전자기 에너지로 변환되어 일시적으로 저장됩니다. 특히 자기권의 꼬리 부분에서 에너지가 많이 유입될 때, 자기권은 불안정해지고, 이를 안정화하기 위해 에너지가 갑자기 방출되며, 이 과정에서 전자가 가속화되어 오로라가 발생합니다. 오로라는 주로 지구의 자기장이 자기권의 꼬리 부분에서 대기로 전자를 유도하는 곳에서 발생하며, 이는 지구의 야간면에서 더 강렬하고 화려하게 나타납니다.
Do other planets have auroras?
다른 행성들도 오로라를 가지고 있을까요? 오로라는 목성, 토성, 천왕성에서 관찰되었지만, 화성, 금성, 수성에서는 관찰되지 않았습니다. 자기장과 대기를 가진 모든 행성은 오로라를 가질 가능성이 높습니다(화성과 금성은 전역 자기권이 없으며, 수성은 거의 대기가 없습니다). 오로라는 대기의 존재를 나타내므로, 오로라의 존재를 통해 우리 태양계를 넘어 생명을 지탱할 수 있는 행성을 찾는 데 사용할 수 있을 것입니다.
Conjugate auroras on saturn historical record of linkage between sunspots and auroral activity
본 기사는 토성의 대칭 오로라와 태양 흑점 및 오로라 활동 간의 연관성에 대한 역사적 기록을 다루며, 오로라가 소리를 낼 수 있는지에 대한 관측자들의 추측과 과학적 실험을 통한 탐구, 오로라가 인류에게 중요한 이유, 그리고 오로라를 이해하는 데 기여한 역사적 인물들에 대해 설명합니다. 오로라가 전기적 시스템에 미치는 영향과 과학자들이 오로라와 자기장의 관계를 밝히기 시작한 역사적 발전을 강조합니다. 또한, 오로라가 전기 통신망과 파이프라인에 미치는 영향과 고에너지 전자가 위성에 미치는 해를 언급하며, 오로라 연구에 기여한 역사적 인물들의 공헌을 소개합니다. 이러한 내용을 통해 오로라의 과학적, 역사적 중요성과 인류 생활에 미치는 영향을 종합적으로 조명합니다.
과학자들은 오랜 시간 동안 오로라의 원인에 대해 다양한 이론을 제시해왔습니다. 1739년, 런던의 시계 제작자 조지 그레이엄과 스웨덴의 안데르스 셀시우스는 오로라가 나타날 때 나침반 바늘이 정북에서 불규칙하게 움직이는 현상을 관찰했습니다. 1859년에는 리처드 카링턴과 리처드 호지슨이 태양 흑점 주변에서 발생하는 밝은 흰 빛을 관찰하며 태양 활동과 오로라 사이의 연결고리를 발견했습니다. 20세기 초, 노르웨이 물리학자 크리스티안 비르켈란드는 자기장이 전자 빔을 극지방 근처에서 유도한다는 실험을 통해 오로라의 원인에 대한 이해를 더욱 발전시켰습니다. 그 후, 1930년대에 시드니 채프먼과 빈센트 페라로는 태양에서 방출된 전하를 띤 입자들이 지구를 둘러싸고 오로라를 일으킨다고 제안했습니다. 이러한 과학적 발견들은 오로라 연구에 있어 중요한 이정표가 되었습니다.
위성을 통한 관측 결과, 자기권 꼬리 부분은 불안정한 상태임이 밝혀졌으며, 저고도 극지 위성은 오로라를 생성하는 전자를 측정했습니다. 현재 과학자들은 태양으로부터 에너지가 전달되고, 자기권 내에서 일시적으로 저장된 후, 대기의 원자 및 분자와 충돌하는 전자로 방출되어 환상적인 오로라 빛을 생성하는 과정에 대해 많이 알고 있습니다. 그러나 오로라가 왜 그리고 어떻게 그러한 경이로운 현상으로 나타나는지에 대한 여러 미스터리는 여전히 숨겨져 있습니다.
Birkeland in his lab testing his theories on what causes aurora a finnish oil painting of the aurora
Birkeland은 그의 실험실에서 오로라의 원인에 대한 이론을 테스트하였으며, 핀란드의 한 유화는 오로라를 그려냈습니다. 덴마크 기상학회에서 제공한 사진을 통해, 다양한 문화에서 오로라에 대한 반응이 어떠한지를 탐구합니다. 오로라는 밤이 더 어두울수록 더 밝게 보이는 특이한 특성을 가지고 있으며, 항상 밤에 나타나지만 낮에는 절대 나타나지 않습니다. 오로라는 멀리서 본 거대한 불꽃과 같은 모습을 하고 있으며, 이 불꽃에서 하늘로 날카로운 뾰족한 점들이 쏘아져 나가는 듯한 모습을 보입니다.
" --written in a.d. 1230 by an anonymous norwegian author
1230년경 익명의 노르웨이 작가에 의해 쓰여진 이 글은 오로라를 둘러싼 다양한 전설과 민간 전승을 소개합니다. 중국과 유럽의 고대 전설에서는 오로라를 하늘을 나는 거대한 용이나 뱀으로 묘사했으며, 스칸디나비아, 아이슬랜드, 그린란드에서는 신들이 지상으로 여행하는 길인 불타는 대교 비프로스트로 여겼습니다. 일부 북미 원주민 부족은 사냥꾼의 영혼을 찾는 영혼이 등불을 들고 다니는 모습으로, 에스키모는 바다표범의 머리를 공으로 사용하는 영혼의 놀이로 해석했습니다. 노르웨이에서는 오로라를 경외의 대상으로 보며, 손을 흔들거나 휘파람을 불어서는 안 된다는 신화가 있습니다. 오로라를 바라보는 행위는 오로라의 활동을 증가시키고, 부정적인 결과를 초래할 수 있다고 합니다. 또한, 오로라는 날씨의 예측자로 여겨지기도 했는데, 스칸디나비아에서는 밝은 오로라가 나타난 후에 눈과 혹한이 따를 것으로 생각했으며, 에스키모는 정반대로 좋은 날씨가 올 것으로 해석했습니다.
📚🔄 논문 전체 번역
오로라는 무엇인가요?
로마의 새벽 여신의 이름을 딴 오로라는 밤하늘에서 나타나는 신비롭고 예측할 수 없는 빛의 현상입니다. 오로라 보레알리스와 오로라 오스트랄리스 – 흔히 북극광과 남극광이라고 불리는 – 은 북반구와 남반구의 고위도 지역에서 흔히 발생하며, 중위도에서는 덜 빈번하고 적도 근처에서는 거의 볼 수 없습니다. 일반적으로 희미한 녹색을 띠지만, 오로라는 빨강, 파랑, 보라, 분홍, 흰색으로도 나타날 수 있습니다. 이러한 색상은 끊임없이 변화하는 다양한 형태로 나타납니다. 때로는 오로라가 너무 희미하고 흩어져서 구름이나 은하수로 착각할 수 있으며, 때로는 책을 읽을 수 있을 만큼 밝기도 합니다.
오로라는 우리 행성이 태양과 전기적으로 연결되어 있다는 놀라운 증거입니다. 이러한 빛의 쇼는 태양으로부터 에너지를 받아 지구의 자기장에 갇힌 전하 입자에 의해 촉발됩니다. 오로라는 아름다움을 지닌 동시에 현대 기술에 의존하는 사람들에게는 불편을 초래할 수 있습니다.
오로라는 어떻게 생겼나요?
오로라는 종종 동서로 수평선에서 수평선까지 이어지는 길고 좁은 빛의 호로 나타날 수 있습니다. 다른 때에는 밤하늘을 가로지르며 꼬이고, 접히고, 소용돌이치거나 심지어 커튼처럼 주름지기도 합니다. 여러 색상의 광선으로 퍼져나가며, 우주로 멀리 뻗어 나가는 수직의 빛 기둥처럼 보일 수 있습니다. 때로는 하늘을 얇은 구름이나 베일로 뒤덮기도 합니다. 오로라 전문가 로버트 이더는 이렇게 썼습니다: "눈송이처럼, 두 개의 오로라는 결코 완전히 같지 않습니다."
한밤중에 극적으로 다른 오로라가 나타날 수 있으며, 모든 형태는 강도에 따라 다를 수 있습니다. 늦은 저녁의 오로라는 보통 긴 확산된 호로 나타나며, 점차 활동이 증가하는 광선 호나 띠로 발전합니다. 밤이 깊어지면서 밴드와 아크는 물결치고 접히며 결국 광선으로 부서지고, 운이 좋다면 관측자는 코로나를 볼 수 있습니다. 코로나는 광선형 오로라 중 가장 장관으로 여겨지며, 모든 광축이 중심점으로 수렴하며 머리 위에 나타납니다. 패치 - 빛의 솜털 같은 구름 - 와 깜박이는 오로라는 일반적으로 밤이 더 깊어질수록 관측됩니다.
오로라는 어떻게 발생하나요?
일반적인 오로라는 우주에서 빠르게 이동하는 전자들이 지구 상층 대기의 산소와 질소와 충돌하면서 발생합니다. 이 전자들은 지구의 자기장이 지배하는 우주 영역인 자기권에서 오며, 산소와 질소 원자 및 분자에 에너지를 전달하여 이들을 "흥분" 상태로 만듭니다. 가스가 정상 상태로 돌아가면서, 작은 에너지 폭발인 광자를 방출합니다.
이 광자는 빛의 형태로 나타납니다. 자기권에서 많은 전자들이 대기를 폭격할 때, 산소와 질소는 눈으로 감지할 수 있을 만큼 충분한 빛을 방출하여 아름다운 오로라를 보여줍니다. 이 유령 같은 빛은 고도 100km에서 400km 이상(60마일에서 250마일 이상)에서 발생합니다.
오로라는 왜 다양한 색과 형태로 나타나나요?
오로라의 색은 전자에 의해 흥분되는 가스 - 산소 또는 질소 - 에 따라 달라지며, 얼마나 흥분되는지에 따라 달라집니다. 색은 또한 전자가 얼마나 빠르게 움직이는지, 즉 충돌 시 얼마나 많은 에너지를 가지고 있는지에 따라 달라집니다. 높은 에너지를 가진 전자는 산소가 녹색 빛(오로라의 가장 익숙한 색)을 방출하게 하고, 낮은 에너지를 가진 전자는 붉은 빛을 방출하게 합니다. 질소는 일반적으로 파란 빛을 방출합니다. 이러한 색상의 혼합은 보라색, 분홍색, 흰색을 만들어낼 수도 있습니다. 산소와 질소는 또한 위성의 특수 카메라로 감지할 수 있는 자외선을 방출합니다.
오로라의 다양한 형태는 과학자들이 아직 풀어야 할 미스터리입니다. 형태는 전자가 자기권의 어느 위치에서 기원하는지, 에너지를 얻는 원인, 그리고 대기로 뛰어드는 이유에 따라 달라지는 것으로 보입니다.
오로라는 어디에서 볼 수 있나요?
오로라는 보통 지구의 자기 극 주변 약 4,000km(2,500마일) 지름의 고리 모양 지역에서 발생합니다. 이러한 고리는 오로라 타원이라고 알려져 있습니다. 북쪽 타원은 알래스카 중부와 캐나다, 그린란드, 북유럽 및 러시아를 가로지르는 경로를 따라갑니다. 남반구에서는 오로라 타원이 주로 남극을 둘러싼 바다 위에 떠 있지만, 때때로 뉴질랜드, 칠레, 호주의 먼 가장자리까지 도달할 수 있습니다. 오로라는 지구의 극지방에서만 볼 수 있다는 일반적인 오해가 있지만, 오로라는 실제로 지리적 및 지자기적 극지방에서는 꽤 드뭅니다. 사실, 알래스카 북해안으로 탐험을 떠난다면, 오로라를 보기 위해 보통 남쪽을 바라봐야 합니다.
오로라 타원은 오로라 활동 수준에 따라 확장 및 수축하며, 지구 주변의 공간이 가장 불안정할 때는 북아메리카나 유럽의 대부분을 덮을 정도로 낮은 위도로 확장되기도 합니다.
북쪽과 남쪽의 완전한 오로라 타원은 거의 서로의 거울 반사, 즉 쌍대적입니다. 그러나 인공위성이 지구 전체의 이미지를 수집할 수 있었던 우주 시대에 이르러서야 과학자들은 양쪽 극지방에서 동시에 대규모 오로라를 볼 수 있었습니다.
부분적으로 햇빛이 비치는 지구의 그림 위에 겹쳐진 오로라 타원의 자외선 이미지
적도 위에서 멀리 떨어진 자외선의 오로라 타원. 빛의 아크(왼쪽)는 햇빛입니다.
오로라는 언제 볼 수 있나요?
낮은 수준의 오로라 활동은 북쪽과 남쪽 오로라 타원에서 매일 밤낮으로 발생합니다. 오로라는 햇빛보다 훨씬 어둡기 때문에(백만 배) 낮에는 지상에서 볼 수 없습니다. 가장 멋진 오로라 쇼는 자정 직전에 발생하는 경향이 있습니다.
도시 불빛으로 인한 빛 공해는 어두운 시골 지역을 제외하고는 오로라를 보기 어렵게 만듭니다. 아마도 오로라를 볼 수 있는 가장 좋은 기회는 고위도 비행기 야간 비행 중일 것입니다. 하지만 정말 밝은 오로라가 발생하면 도시에서도, 심지어 얇은 구름을 통해서도 볼 수 있습니다.
알래스카와 캐나다 중부에서는 오로라가 매일 밤 발생할 수 있습니다. 조금 더 남쪽으로 가면 일 년에 열 번 정도 오로라를 볼 수 있습니다. 오로라는 태양의 11년 주기의 태양흑점 수가 높은 시기에 훨씬 더 자주 발생합니다. 그러면 텍사스나 플로리다처럼 남쪽 지역에서도 일 년에 한두 번 오로라를 볼 수 있습니다. 가장 드문 경우에는 1909년 기록상 가장 강력한 지자기 폭풍이 싱가포르에 오로라를 가져왔을 때처럼 적도 근처에서 오로라가 관찰됩니다.
오로라는 겨울철에 더 쉽게 볼 수 있는데, 이는 하루 중 어두운 시간이 더 길기 때문입니다. 그리고 겨울철 맑은 밤은 대기 중의 연무와 수증기가 적기 때문에 하늘을 관측하기에 더 좋습니다.
오로라는 태양과 어떻게 관련이 있나요?
오로라는 태양과 지구가 햇빛 이상의 것으로 연결되어 있음을 나타냅니다. 이는 우주에서 전기적인 일이 일어나고 있음을 나타냅니다.
태양은 오로라에 에너지를 제공하지만, 오로라의 입자는 지구의 우주 이웃에서 옵니다. 태양의 에너지는 태양풍, 즉 태양에서 모든 방향으로 방출되는 전기적으로 충전된 입자(주로 양성자와 전자)의 흐름에 의해 지구로 전달됩니다. 이 입자들이 지구에 접근하면 우리 행성의 자기장과 상호작용합니다. 이 자기장은 대부분의 입자를 편향시켜 태양풍에 거대한 공동을 만드는데, 이를 자기권이라고 합니다. 이 영역은 태양 쪽으로 약 60,000km(40,000마일)까지 뻗어 있으며, 태양 반대쪽 밤 쪽으로 수십만 킬로미터 길이의 꼬리를 형성합니다.
태양풍의 특성 변화는 자기권으로 누출될 수 있는 에너지의 양을 제어합니다. 여기서 에너지는 전류와 전자기 에너지로 변환되어 자기권, 특히 그 꼬리에 일시적으로 저장됩니다. 이 에너지 유입이 상대적으로 클 때, 자기권은 평형, 즉 균형을 잃는다. 다시 안정되기 위해 과잉 에너지가 갑자기 방출되며, 이 에너지의 대부분은 전자의 가속에 사용됩니다.
오로라는 주로 자기장이 자기권의 꼬리에서 전자를 대기로 안내하여 오로라를 생성하는 곳에서 발생합니다. 꼬리는 지구의 밤쪽(태양 반대쪽)에 있기 때문에, 더 강렬하고 역동적이며 아름다운 오로라는 자정 근처에서 발생합니다.
오랫동안 오로라의 입자가 태양에서 직접 온다고 생각되었습니다. 왜냐하면 태양에서 큰 폭발이 일어난 후 며칠 후에 대규모 오로라가 자주 발생했기 때문입니다. 그러나 태양에서 직접 오는 입자는 우리가 오로라를 발견하는 것보다 훨씬 높은 고도에서 에너지를 잃게 됩니다. 그리고 태양풍 입자가 자기권에 의해 편향되기 때문에, 태양에서 직접 오는 입자는 극지방 근처에서만 대기에 접근할 수 있어, 우리가 극지에서 수천 킬로미터 떨어진 곳에서 보는 오로라 타원을 형성하지 못할 것입니다.
태양 폭풍이 태양에서 방출되어 지구의 보호막인 자기권을 향해 나아간다 (크기는 비례하지 않음).
태양 흑점과 오로라 활동 간의 연관성에 대한 역사적 기록.
다른 행성에도 오로라가 있을까?
목성, 토성, 천왕성에서는 오로라가 관찰되었지만, 화성, 금성, 수성에서는 관찰되지 않았습니다. 자기장과 대기가 있는 행성은 오로라가 있을 가능성이 높습니다 (화성과 금성은 전 지구적 자기권이 없고, 수성은 거의 대기가 없다). 오로라는 대기의 존재를 나타내므로, 오로라의 존재를 통해 태양계 너머에서 생명체를 지원할 수 있는 행성을 찾을 수 있을지도 모릅니다.
토성의 쌍둥이 오로라
오로라는 소리를 낼까?
관찰자들은 수백 년 동안 이에 대해 추측해 왔으며, 하늘에서 오로라가 춤추는 동안 그들이 딱딱거리는 소리, 휙휙거리는 소리, 쉿쉿거리는 소리를 들었다고 기록했습니다. 하지만 과학적 실험자들은 어떤 가청 소리도 감지할 수 없었습니다.
북극광에서, 그리고 대부분의 과학자들은 왜 빛이 소리를 내야 하는지 이유를 찾을 수 없습니다. 오로라가 형성되는 대기 상층부의 공기는 가청 소리를 어떤 거리로도 전달하기에는 너무 희박합니다. 따라서 소리가 들린다면, 그것은 동시에 발생하는 다른 현상에서 비롯된 것일 것입니다.
우리는 왜 오로라에 관심을 가질까요?
전신과 전화, 로켓과 라디오가 발명되기 전에는 사람들이 오로라에 영향을 받지 않았습니다. 태양 활동과 그로 인해 발생하는 오로라 쇼는 자연의 호기심거리였습니다. 하지만 인간이 전자기력의 힘을 이용하기 시작하면서 전력 및 통신 시스템 네트워크를 개발했습니다. 곧 오로라가 이러한 시스템에 영향을 미칠 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 오로라를 생성하기 위해 지구의 자기장을 따라 나선형으로 내려오는 전자 자체가 강렬한 전기 흐름입니다.
급격히 변화하는 전류는 긴 통신선, 전력선 및 파이프라인을 통해 원치 않는 전류가 흐르게 하여 통신 장애, 전력 중단, 전압 강하 및 연료 누출을 초래할 수 있습니다. 동시에 상층 대기, 즉 이온층은 골판지 조각처럼 주름이 잡힙니다. 라디오 신호는 예상과 다르게 굴절(굽힘)되거나 심지어 흡수되어 특정 주파수에서 통신이 어려워집니다. 자기권의 꼬리에서 높은 에너지로 가속된 전자는 위성과 혼란을 일으켜 전자 장치를 손상시키고 잘못된 명령을 생성할 수 있습니다.
우주 왕복선에서 본 오로라 오스트랄리스(남극광)
1989년 지자기 폭풍으로 인해 NJ 발전소에서 대형 변압기가 손상됨
몇 시간에 걸쳐 강도와 면적이 증가하는 오로라 타원형이 우주에서 관찰됨 (자외선으로 관찰됨)
누가 오로라에 대한 이해를 도왔는가?
역사상 가장 뛰어난 지성 중 일부는 오로라에 대해 궁금해했습니다. 기원전 4세기에 아리스토텔레스는 오로라 보레알리스에 대한 최초의 진정한 과학적 설명 중 하나를 제공하며 "빛나는 구름"과 불타는 가스의 불꽃과 유사한 빛을 묘사했습니다.
오로라 과학의 실제 발전은 과학자들이 오로라와 자기장을 연결하기 시작하면서 시작되었습니다. 16세기 후반에 윌리엄 길버트는 실험을 통해 지구 자체가 거대한 자석이며, 마치 거대한 막대 자석이 내부에 묻혀 있는 것처럼 북극과 남극이 있다고 제안했습니다.
17세기에 안데르스 셀시우스는 빛이 공기 중 얼음과 물에 의해 반사된 달빛에 의해 발생한다고 제안했습니다. 르네 데카르트(프랑스) 및 다른 과학자들은 대기 중 얼음 결정에 의한 달빛의 굴절과 색이 있는 광선의 반사가 오로라를 일으킨다고 주장했습니다. 이러한 오해 중 일부는 오늘날에도 여전히 존재합니다.
1739년 런던의 시계 제작자인 조지 그레이엄은 어떤 날에는 나침반 바늘이 진북에서 설명할 수 없는 불규칙한 움직임을 보인다는 것을 알아차렸습니다.
같은 해 스웨덴에서 Anders Celsius는 같은 현상을 감지하고, 오로라가 하늘에서 춤출 때 발생하는 것처럼 보인다고 기록했습니다.
핀란드의 오로라 유화
Benjamin Franklin은 오로라를 극지방 위의 구름에서 발생하는 일종의 번개나 전기 방전으로 잘못 설명했습니다. 태양 활동과 오로라 사이의 중요한 연결 고리가 발견된 것은 1859년 영국에서였으며, 이때 천문학자
Richard Carrington과 아마추어 태양 관측자 Richard Hodgson이 독립적으로 태양 흑점 주변에서 밝은 흰색 빛의 패치를 발견했습니다. 이것이 최초로 보고된 태양 플레어 관측이었습니다. 플레어 발생 약 18시간 후, 런던의 Kew Observatory에서 지구 자기장의 큰 변화를 측정했습니다. 대서양 건너편에서는 Yale 교수 Elias Loomis가 하루 뒤 오로라의 빛 쇼가 "미국에서 기록된 것 중 가장 주목할 만한 것 중 하나"라고 언급했습니다.
오로라 빛의 분광 측정으로 산소와 질소가 오로라의 색상 원인으로 확인된 것은 1800년대 후반과 1900년대 초반에 이르러서였습니다.
20세기 초에 접어들면서, 노르웨이 물리학자 Kristian Birkeland는 Gilbert의 실험을 부활시켰습니다. 그는 진공 챔버 안에 구형 자석을 놓고 전자 빔을 쏘았습니다. 그는 그 빔이 자기장에 의해 극지방 근처의 구체를 때리도록 유도된다는 것을 발견했습니다. 그는 태양이 지구로 전자(현재는 전자라고 불리는) 빔을 쏘아야 한다고 추론했습니다.
지구의 자기장이 그것들을 극지방 근처로 유도한다고 생각했습니다. 그의 오로라에 대한 견해는 거의 정확했지만, 전자는 태양이 아닌 우리의 자기권에서 기원한다는 점이 다릅니다.
1930년대에 Sydney Chapman과 Vincent Ferraro는 태양에서 방출된 전하를 띤 입자 구름이 빈 공간을 가로질러 지구를 둘러싸 오로라를 발생시킨다고 제안했습니다. 우리는 이제 이 전자와 양성자의 혼합물을 플라즈마, 즉 물질의 네 번째 상태라고 부릅니다. 이러한 구름은 전기의 훌륭한 도체가 될 것이므로 전류를 생성하고 지구의 자기장을 왜곡할 것입니다.
비르켈란드는 실험실에서 오로라의 원인을 설명하는 자신의 이론을 테스트했습니다.
소련의 스푸트니크 위성 발사에 이어 미국의 익스플로러 위성 발사로 인해 수세기 동안의 과학 이론, 원격 관측 및 대담한 추측들이 직접 관측을 통해 시험대에 올랐습니다. 제임스 밴 앨런과 세르게이 베르노프와 같은 과학자들은 지구 주변의 공간이 지구의 자기장에 의해 지구 주위의 도넛 모양의 고리로 갇힌 고에너지 입자로 가득 차 있다는 것을 발견했습니다. 이를 방사선대라고 합니다. 러시아와 미국의 우주 탐사선은 태양풍의 존재를 증명했고 일련의 미국 위성들은 자기권의 형태를 지도화했습니다. 자기권의 꼬리에 있는 위성들은 그것이 불안정하다는 것을 발견했고, 저고도 극지 위성들은 오로라를 생성하는 전자를 측정했습니다.
오늘날 과학자들은 태양으로부터의 에너지 전달, 자기권 내의 일시적인 저장, 그리고 대기의 원자와 분자에 충돌하여 멋진 오로라 빛 쇼를 만들어내는 전자로의 방출에 대해 많은 것을 이해하고 있습니다. 하지만 오로라는 여전히 왜 그리고 어떻게 그렇게 경이로운 모습으로 나타나는지에 대한 여러 가지 신비를 감추고 있습니다.
다양한 문화는 오로라에 어떻게 반응할까요?
"이 북극광은 특이한 성질을 가지고 있어서 밤이 어두울수록 더 밝게 보이며, 항상 밤에 나타나고 낮에는 결코 나타나지 않습니다... 외관상으로는 멀리서 본 거대한 불꽃과 닮았습니다. 또한 이 불꽃에서 날카로운 점들이 하늘로 쏘아 올려지는 것처럼 보입니다." -- A.D. 1230년 익명의 노르웨이 저자가 작성
캐나다 퀘벡 근처에서 촬영된 춤추는 오로라
냉정하고 객관적인 관찰자에게 오로라는 밤하늘에서 흔들리는 다채롭고 희미한 커튼처럼 보일 수 있습니다. 하지만 시대와 세계를 초월한 전설과 전승은 단순히 눈부시고 유령 같은 빛의 쇼 이상의 것을 하늘에서 이야기합니다.
중국과 유럽의 고대 전설은 오로라를 하늘의 거대한 용이나 뱀으로 묘사합니다. 스칸디나비아, 아이슬란드, 그린란드에서는 오로라가 종종 신들이 하늘에서 지구로 여행하는 불타는 아치형 다리인 비프로스트로 여겨졌습니다.
일부 아메리카 원주민 부족들은 영혼들이 죽은 사냥꾼들의 영혼을 찾기 위해 등불을 들고 다니는 모습을 그렸습니다. 에스키모들은 영혼들이 놀고 있는 모습을 보았는데, 바다코끼리 머리를 공으로 사용했습니다. 이누이트의 한 전설은 오로라를 이렇게 설명합니다: "하늘은 평평한 지구 위에 아치형으로 놓인 단단한 물질의 거대한 돔입니다. 바깥쪽에는 빛이 있습니다. 돔에는 많은 작은 구멍이 있으며, 이 구멍을 통해 어두울 때 바깥쪽의 빛을 볼 수 있습니다.
이 구멍을 통해 죽은 자들의 영혼이 천상의 영역으로 들어갈 수 있습니다. 천국으로 가는 길은 거대한 심연을 가로지르는 좁은 다리를 통해 이어집니다. 이미 천국에 있는 영혼들은 새로운 도착자들의 발을 안내하기 위해 횃불을 밝힙니다."
노르웨이에서는 오로라를 경외심을 가지고 바라봐야 합니다. 손을 흔들거나, 휘파람을 불거나, 응시하거나, 다른 형태의 "도전"을 해서는 안 됩니다. 신화에 따르면 오로라에 손을 흔들면 활동이 증가하고 당신에게 다가와 닿게 되며, 이는 환영받지 못하는 결과를 초래할 수 있습니다.
초자연적인 존재를 보지 못한 사람들은 종종 오로라를 날씨의 예측자로 해석했습니다. 스칸디나비아에서는 밝은 오로라가 나타난 후 눈과 혹독한 추위가 뒤따른다고 종종 생각했지만, 에스키모들은 정반대로 영혼들이 좋은 날씨를 가져온다고 보았습니다.
1893년 프리드쇼프 난센의 오로라 목판화
"밤하늘은 빛으로 살아 있었고, 두근거리고 짜릿한 불꽃으로 가득했다; 호박색과 장미색, 보라색, 오팔색과 금색으로 다가왔다. 그것은 거대한 낫처럼 하늘을 휩쓸고, 쐐기로 다시 떨었다; 은빛으로 밝게, 물결치는 황금 가장자리로 밤을 갈랐다.
은빛 깃발이 흔들리고 펼쳐졌고, 게으른 깃발이 펼쳐졌다; 갑작스러운 검의 광채가 번쩍이고, 번개 같은 창이 던져졌다. 우리는 경외심에 사로잡혀 야생의, 들뜬 눈으로 하늘의 전쟁터에서 불의 군대가 돌진하고 후퇴하는 것을 보았다."
— 로버트 서비스, "북극광의 발라드"에서, 1908년 출판
웹에서 더 많은 정보
지구 자기권의 탐사
http://www.phy6.org/Education/Intro.html
오로라 설명
http://www.alaskascience.com/aurora.html
우주로의 창
http://www.windows.ucar.edu/spaceweather/
태양-지구의 날 2003
http://sunearth.gsfc.nasa.gov/sunearthday/2003/
Polar Mission, Mail Code 696, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD 20771– http://istp.gsfc.nasa.gov/istp/polar
🌐 논문 링크
링크: https://pwg.gsfc.nasa.gov/polar/EPO/auroral_poster/aurora_all.pdf
👤 작성자
문지기 baibel
🔎 검토
문지기 baibel
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