스크랩 나눔 지구 자기장 보는 방법(태양흑점 폭발이나 엘레닌 행성의 영향으로 인한 변화 주시해야)

[코람데오]

평소에 관심이 많아서 여기 저기 해외사이트 관련 글을 읽어보고 알게된 내용을

정리할 겸 올리는 글임.  저도 아마추어일 뿐이라서 어려운 내용은 모름.

1. 간단한 배경지식

1)태양풍의 도달시간

 

 X선과 전파는 전자기파라서 빛의 속도로 지구 도달

 고에너지 입자는 태양 폭발 위력과 태양풍의 속도에 따라서 (30분~ 3일)

 고에너지 입자란 다른 말로 대전된 입자, 혹은 플라즈마 입자로도 표현됨.

태양은 엄청 뜨거워서 기체상태를 넘어선 플라즈마 상태가 된다고 함.

   대전된 입자란 플러스,마이너스 전하를 띈 입자를 말하므로

 지구 자기장 관련 자료에서  양성자, 전자에 관한 그래프가 있슴.

2) 지구 자기장

 

 지구 자기장은 남극에서 나와서 북극으로 들어가며

이는 막대 자석을 거꾸로 돌려 놓은 모양임.

 그래서 지구자기장 그래프에서 파랑색은 북극 자기권을

 빨강색은 남극 자기권을 가르킨다고 함.

 

 왜 이렇게 방향이 뒤쪽으로 밀렸는가는

태양풍이 지구자기권에 충돌해서 태양 반대 방향으로 밀려서 그렇다는 건 다 알 것임.

3) 행성간 자기장(Interplanetary Magnetic Field)

영어 약자로 IMF인데 국제 통화 기금이 아님;;  한마디로 2)번 항의 우측 그림에서 보듯이

태양풍과 지구자기권이 부딪치는 지역으로서 우리가 보는 대부분의 관측자료는

  행성간 자기장에서 발생하는 변화를 관측하는 것이라고 함.

2. 우리가 가장 자주 보는 그림 (AE 인덱스, ACE 데이타)

 

1)

오로라 고층전류 지표들

Auroral Electrojet (AE) Indices-- AE 인덱스

 북극 근처에 설치된 북반구의 여러 관측소에서의 자료를 모아서 위에 그림으로 표시한다고 함.

윗 그림의 우측에서 AU,AL,A0,AE가 나오는데

  이는 AU는 가장 큰 값(Upper) AL은 가장 작은 값(LOW)이며

AE= AU- AL 로 구한다고 합니다. 한마디로 최대값에서 최소값 빼는 거죠.

 AE 인덱스는 그러니깐  AU(큰 값)- AL(작은 값)으로 구해지는 거라네요.

 A0는 산술평균 A0= AU+AL/2로 나오는 값이래요.

 뭐 대충 이들 값은 한마디로 태양풍에 얼마나 지자기장이 반응하나 세기를 개괄적으로

보여준다고 하네요.  AU,AL은  각 지역의 오로라 고층 전류의 세기가 얼마나 되냐를 나타내고

AE는 전반적인 오로라 고층전류의 활동 정도를 나타내게 되며 A0는 고층전류의 세기가 동일한 지역을 

나타낼 수 있다고 하네요.

 뭐 이것들은 그냥 대충 그렇다고 알고 넘어가면 되는 사항임.

 2) ACE 위성 데이타

 

http://www2.nict.go.jp/y/y223/simulation/realtime/home.html

드디어 가장 많이 보던 그림이 나왔네요;;

 

  자기장이 꼬이는 정도와 지구 자기권이 가열되는 모습은 다 아실 거에요.

많이 꼬이고 빨강색으로 가열되면 태양풍이 세다는 이야기죠.

 Electric conductivity (전기 전도성) 어쩌구 나오는 둥근 원형의 그림은 북반구 위에서 바라본

그림인데 대충 그렇다고 넘어가면 되고,

 

 중요한 건 ACE data에 관한 것이죠.

 V(속도)와 Dens.(밀도)는 걍 상식적으로 속도가 높고 밀도가 높으면 태양풍이 강하고

지구 자기장 압박이 심해졌다고 보면 되죠.

 중요한 bz,by값이 나왔네요. 괄호안의 단위인 nT는 나노 테슬라의 약자라고 하네요.

(테슬라는 자기력선속의 밀도를 나타내는 국제단위인데 나노 테슬라는 10억분의 1 테슬라)

이것도 걍 쉽게 원리가 그렇다는 것만 알아두면 됨.

 지구는 3차원 구이고 행성간 자기장(IMF)영역도 둥그런 지구 위에서 태양풍과 충돌하는 영역임.

x는 태양풍이 불어오는 방향

y는 적도와 수평인 방향

z는 지구 자전축을 따르는 수직의 방향이죠.

 

 윗그림 왼편을 보면 Y 요소가 -10이고 Z 요소가 0이죠.

이때는 북극지역 근처에서만 평면적 좌우 방향으로 확장하죠.

 윗그림 오른편에 보면 Z요소가 -18로 변하자 위도를 타고 아래로 향하죠.

Z가  지구 자전축 방향으로 수직의 성분이라 그렀대요.

 특히 Z의 값이 마이너스(-)인 경우에 IMF(행성간 자기장)이 남쪽으로 향한다고 나오네요.

 대충 Z 요소가  마이너스값으로 빨강색으로 표시되면 태양풍의 입자침투가 늘어나고

지구자기장 폭풍이 더 거세진다고 이해하면 될 것임. 이 정도만 알아도 일반인 수준엔 만족함;;

(자세한 설명은 참고로 뒤에 달아놓았슴)

 그래서 bz의 값이 아주 중요하다고 함.

 by는 절대값이 크다면 수평방향으로 커지니깐 이 값도 커지면 압박이 있는 것으로 보이구요.

bx는 나오지를 않는데 

다른 그림에서 자료에서 보면 bt로 변해서 나오는 거 같슴.

 bt의 정의를 보니깐 행성간 자기장의 세기를 나타낸다고 하니깐요.

(그렇다고 bx가 bt라는 이야기는 아님. 이건 아직 모르겠슴. )

3) 또 많이 보았던 그림

ACE 위성의 실시간 태양풍 (추청치)자기장 벡터 그리고 태양풍 이온 수치

 

http://www.swpc.noaa.gov/ace/ace_rtsw_data.html

아래쪽의 온도(TEMP),속도(SPEED),밀도(DENS)는 다 아실 것임.

 위 그림은 나머지 문자들의 뜻만 알면 된다고 생각됨.

에이스 위성의 4개의 장비에서 측정된 데이타가  NOAA(미국해양대기청)에 보내져서

실시간 태양풍 자료를 만들게 됨.

Four ACE instruments supply data to NOAA's SEC for RTSW processing. The instruments are:

Real-Time Solar Wind (RTSW) data - 실시간 태양풍 데이타

• EPAM - Energetic Ions and Electrons (활동적인 이온들과 전자들)
• MAG - Magnetic Field Vectors (자기장의 방향량)
• SIS - High Energy Particle Fluxes (고에너지 입자 플럭스)
• SWEPAM - Solar Wind Ions (태양풍 이온들)

bz의 값은 위에서 설명해서 아실 테고

이 값이 마이너스 값으로 크게 내려가면 지구자기장 폭풍이 심해지니 중요한 항목

2004년에는 -50까지 내려간 적이 있다고 함.

 bt가 나오는데 이는 행성간 자기장(IMF)의 세기를 말하며 조용한 시기에는 1-5의 값을 가지다가
강한 지자기폭풍 발생시  50까지 치고 올라간다고 함.
  bt값은 bz값에 영향을 미침. 이 값이 작으면 bz값도 강해질 수가 없다고 함.

phi(파이) -- 사전을 찾아보니 그리스 문자의 파이로 읽거나 영어로는 피- 이렇게 발음함.

 이 값은 0에서 360으로 나오는데 각도와 관련되어 있슴.

 

 윗 그림은 프사이가 나오고 phi에 대한 설명을 하는 그림이 아니지만

태양과 지구간에 바라보는 각도를 표현한다고 일단 생각하기 바람.

 phi(gsm)이라고 괄호안에 gsm이라고 나오는데

gsm은 Geocentric Solar Magnetospheric (GSM)로서

  지구를 기준으로 해서 태양의 자기권을 바라본다는 의미임.

 이 좌표계를 사용해서 측정한 값이란 뜻.

 phi는 지구에서 볼 적에 태양 북반구에서 태양풍이 오느냐

태양 남반구에서 태양풍이 오느냐를 나타내는 값이라고 함.

 phi가 90도에서 180도 사이이면 태양의 남반구에서 태양풍이 불어오고

180도가 넘어서 315도 사이에서 표시되면 태양의 북반구에서 태양풍이 불어오는 것이라고 함.

 태양은 극성을 22년마다 바꾸기 때문에 태양 활동주기에 따라 phi값이 특정 범위에 표시될 것임

 이렇게 되면 위에 그림에 나온 사항들을 얼추 다 알아본 것임.

 나머지는 양성자 플럭스, 일렉트론(전자)플럭스가 있는데

이건 누구나 쉽게 알 수 있는 사항임.

 양성자 밀도(Proton density)가 중요하다고 하는데요.

이는 지구 자기장의 위쪽의 우주공간에서 1평방 센티미터 안에서 발견되는

 태양 양성자(수소이온)의 갯수라고 합니다.

대체로 0.5~2.0의 값을 가지며 높을 때는 15까지 올라간다고 함.

 태양풍이 대전된 입자로 날아오기 때문에 태양풍이 강하면

이 수치가 높아질 것임.

 이상.... 그동안 해외사이트에서 읽어 봤던 내용들을 정리도 할겸해서

관련 자료와 그림을 보는 법을 간단히 정리해봤슴.

 참고)

에이스(Advanced Composition Explorer, ACE) 위성

 태양풍 속의 고에너지 입자, 항성간매질등을 포함한 물질을 연구하기 위한 탐사 위성이다.

1997년 발사되었으며, 현재 L1 라그랑주점에서 작동 중이다

태양역학관측 탐사선(Solar Dynamics Observatory·SDO)-

지구궤도상에서 태양을 관측하는 위성

 스테레오 쌍둥이 탐사선-

태양 주위를 돌면서 태양의 모든 지역을 탐사하게 된 위성들

 =============================================================

(bz값에 대한 보다 자세한 설명)- 출처는 미스터리 갤러리의 어느 글이라고 하는데요;;

 우연히 검색하다가 보게 되었슴.

bz가 플러스 값인 경우 CME의 자기장이 지구 자기장과 같은 z축에서 같은 방향 

즉 CME ↑↑ 지자기 인 경우로 이때 입자들은

대부분 지구 자기장을 타고 반대쪽으로 흘러가며 일부가 자기장을 타고 지구로 유입됩니다.

(유입된 입자는 준위가 떨어지며 빛을 방출하게 되고 이것이 오로라입니다.)

bz가 마이너스인 경우 CME의 자기장은 지자기와 z축에서 반대방향이 되어 CME↓↑지자기 인 상황이 되고

이 경우 지구 자기장을 끊어먹으며 대부분의 입자들이 끊어진 지자기를 타고 지구로 유입됩니다.

끊어진 자기장 일부는 크게 회전하여 지구 반대편으로 이동하고 이를 타고 유입되는 입자는

시간차를 두고 지구로 유입됩니다.

물론 bz가 마이너스일때의 유입량이 훨씬 크며 유입된 입자는 지구 대기권 내의 전하량을 증가시킵니다.

전하량이 증가되면 전리층의 폭이 두꺼워지고, 이는 전파를 흡수하는 전리층 E층의 두께의 증가를 불러와

결과적으로 통신두절현상이 발생하게 됩니다. 이를 지자기 폭풍이라 하죠.

반대편으로 이동하여 시간차를 두고 유입되는 입자에 의해 2차 지자기 폭풍이 일어나기도 합니다.

또한 자기장이 끊어지며 두께가 얇아져 전하를 띈 입자가 그대로 자기장을 뚫고 들어오는 경우가 많아져

마찬가지로 대기중 전하량이 증가하며, 일부는 전자기기에 영향을 미칩니다.

과거 캐나다에서 있었던 대규모 정전사태는 변전소의 도선에 이 입자들이 영향을 미쳐

점점 부하를 증가시켜 변전소가 운되어 일어난 사건입니다.

앞으로 태양흑점 폭발이 있을 때 통신에 얼마나 영향을 미칠까는 bz값을 유의해서 보시면 되겠습니다.

[출처] [알고싶다] 지구자기장 그래프 정리|작성자 뉴문