오로라는 어떻게 생겨나는걸까?

오로라는 어떻게 생겨나는걸까?

환상의 자연경관, 오로라

오로라는 아름답고 신비하여 “일생으로 한번은 보고 싶은 경치”로 자연현상중 하나입니다.
발생하는 장소가 한정되어 있는데다 날씨에도 크게 좌우되기 때문인지, 오로라 감상은 매우 어렵습니다.

이번에는 그런 오로라가 어떻게 발생하는지, 그 메커니즘을 살펴보도록 하겠습니다. "어두운 밤하늘에 떠있는 화려한 빛의 커튼" . 오로라에 대해 이런 이미지를 가진 사람이 많지 않을까요?
오로라란 북극권 등의 '극지'라고 불리는 지역에서 볼 수 있는 지상에서 약 100km에서 500km 상공에 발생하는 발광 현상을 말합니다. 특히 극지 중에서도 분명히 오로라를 볼 수 있는 것은 북반구의 60도에서 70도의 범위 라고 알려져 있습니다. 이 오로라의 출현 빈도가 높은 곳을 "오로라벨트" 라고 불리고 있으며, 캐나다의 옐로 나이프와 알래스카 등이 유명합니다.

오로라를 관측할 수 있는곳은?

오로라벨트는 북반구·남반구에 각각 있습니다만, 남반구의 오로라벨트는 그 대부분이 바다 위 이므로 오로라를 감상하는 장소로서는 그다지 적합하지 않습니다. 남반구의 저위도에 위치한 호주와 뉴질랜드에서도 드물게 오로라는 발생하는 것 같습니다만, 빈도는 그리 높지 않고, 또 오로라벨트만큼 뚜렷한 모습을 보는 것은 어렵다고 합니다. 오로라를 감상하기 쉬운 지역으로 소개되고 있는 대부분이 북반구에 집중하고 있는 것은, 이러한 이유입니다.

오로라의 발생원리

오로라가 발생하는 메커니즘에는 "태양의 활동"이 크게 관련되어 있다고합니다 . 우선 오로라는 태양 활동의 하나인 “태양풍” 으로 시작됩니다. 태양풍이란 태양의 표면에서 일어나는 폭발이 계기가 되어 플라즈마상의 전자와 이온으로 만들어진 가스를 말합니다.
이 태양풍이 지구를 향해 불고 있을 때, 지구에 악영향을 주지 않도록 “자기권”이라고 불리는 자장의 벽이 배리어가 되어 유해한 에너지로부터 지구를 지키는 일을 해 주고 있습니다. 다만, 이 자기권도 태양풍의 영향 전부를 막을 수 있다는 것은 아닙니다. 자기권에 부딪힌 태양풍은 때로는 태양을 향해 지구의 반대측의 틈새로부터 침입해 버리는 일이 발생합니다. 그 후, 태양풍에 포함되는 플라즈마 입자는 극지로 옮겨져, 대기권 안에 있는 산소 원자나 질소 분자와 같은 물질과 충돌해 에너지를 만들어냅니다.이 충돌시에 일어나는 발광 현상이 "오로라"의 정체입니다 . 

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오로라(aurora)는 왜 어떻게 생길까? 오로라의 생성 원리에 대해

 

 

우리나라에서는 관찰이 불가능하지만, 극지방 가까이에 있는 나라나 지역의 일부에서는 오로라(aurora)라고 불리우는 신기한 기상현상을 볼 수 있는 곳들이 있습니다. 이 오로라(aurora)현상은 어떻게, 왜 생기는 걸까요?

 

1. 천상의 커튼 오로라(aurora)

태양에서 방출된 태양에너지에는 광학적, 자기적, 입자적인 여러 활동들이 포함되어있습니다. 이 에너지들이 지구를 향해 이동하면서 지구가 가진 자기장에 영향을 받게 되는데 이 에너지들 중에는 태양의 자기장에 의해 태양 대기층에서 플라즈마 형태로 빠르게 방출되는 이온입자들도 포함됩니다. 이렇게 빠른 속도로 방출되는 이온 입자들의 플라즈마 형태를 태양풍이라고 하는데 이 태양풍이 지구의 자기장과도 만나게 되어 상호작용을 하는 현상이 벌어지게 됩니다. 

 

물론 태양풍은 지구에 가까이 접근할수록 상당량이 지구의 자기장 바깥쪽으로 흩어지게 되지만 그 중 일부는 밴 엘런대로 불리우는 영역에 붙잡히게 되고 붙잡힌 일부 태양풍이 지구의 자기장에 의해 북극과 남극으로 이동하게 되면서 대기와 충돌, 방전현상을 일으키는 것이 바로 오로라 현상입니다.

 

뭔가 굉장히 복잡하죠? 이렇게 상상해보겠습니다.태양의 자기장에서 방출된 일부 플라즈마가 지구로 향해옵니다. 이 플라즈마는 대부분 지구의 대기에 부딪히면서 사방으로 흩어지지만 그 중 일부가 지구의 자기력에 끌려 지구의 대기속으로 빨려들어가게 됩니다. 이미 일정부분 자기력을 가지고 있는 플라즈마는, 지구의 자기력에 의해 양극지방으로 이동하게 되고 이 때 지구의 대기에 있는 여러 성분들과 충돌하여 일종의 전기적 충돌을 일으키게 됩니다. 그리고 그 과정에서 빛이 발광하는데 플라즈마가 얇은 막처럼 퍼져 있기 때문에 빛을 발광하는 여러 물질들이 하나의 커튼처럼 보이게 되는 것입니다. 이때 오로라는 주로 녹색으로 나타나게 되지만 드문 확률로 붉거나 흰색의 오로라가 관측되기도 합니다.

 

2, 오로라는 왜 녹색일까?

앞서 언급한대로 오로라는 녹색으로 관측되는 경우가 많습니다. 이는 오로라가 생성되는 순간 반응하고 있는 주 성분이 산소이기 때문이며 오로라의 색은 충돌을 일으키는 대기성분에 따라 달라지는 것으로 알려져 있습니다. 매우 드물게 붉은 색이나 파란색의 오로라가 관측되는 경우에는 주로 산소 분자가 아닌 산소 원자와 충돌하는 경우 붉은색이, 질소와 충돌을 일으켜 생성되는 오로라인 경우에는 파란색으로 보일수도 있습니다.

 

같은 산소와 충돌하지만 분자와 입자가 다른 색을 방출하는 이유는 산소 원자와의 충돌은 산소 분자와의 충돌보다 에너지 상태가 더 높은 레벨에서 일어나며, 이에 따라 더 긴 파장의 빛인 붉은색이 발광되기 때문입니다..

 

3. 왜 오로라로 불리울까?

오로라의 이름의 기원은 로마 신화의 새벽과 햇살의 여진 아우로라입니다. 알려진바에 따르면 오로라라는 이름은 새벽의 여신 아우로라와 북풍을 의미하는 보레아스를 합친 단어라고 하는데 우리에게 잘 알려진 이탈리아의 물리학자 갈릴레오가 명명한 이름이라고 합니다. 북극에서 발생하는 오로라는 북극광, 남극에서 발생하는 오로라는 남극광으로 부르는 경우도 있습니다. 

 

현재 지구상에서 오로라를 관측하기 가장 좋은 곳은 북유럽의 아이슬란드, 그린란드, 노르웨이, 스웨덴, 핀란드와 러시아 북부, 스코틀랜드 일부 지역과 아메리카 대륙의 미국 알래스카나 캐나다에서 볼 수 있습니다. 남극권은 남아메리카 남부(예를 들어 아르헨티나의 우수아이아)에서 잘 보이는 것으로 알려져 있습니다.

/출처ⓒ† : http://cafe.daum.net/cgsbong