환상적이고 신비한 오로라는 어떻게 발생할까? 오늘은 오로라에 대해서 알아본다. 천문학자들이 지금까지 오로라에 대해서 연구 한 바에 의하면, 오로라는 태양 표면에서 날아온 전기 입자를 띤 태양풍과 지구 자기장의 상호 작용에 의해 만들어 지는것으로 밝혀지고 있다.
오로라는 지구 극지방 상층대기에서 태양풍과 지구지기장이 서로 만나면서 대규모 방전을 일으키며 지구에 그림를 선사하고 있는 것이다.
오로라는 태양 폭발에의해서 발생하는 전기입자가 평균 속도 400 ~ 500km 속도로 1cm3당 1 ~ 10개의 입자를 가진 수많은 입자들이 바람처럼 흐른다 하여 일명 태양풍이라고 한다.
태양에서는 빛 외에도 전기를 띤 많은 입자들을 쏟아 내는데 오로라를 일으키는 원재료라고 할수 있는 대전입자가 바로 태양에서 발생하여 바람처럼 이동하며 지구의 자기장과 만나면서 방전을 일으키고 빛을 내는데 이것을 우리는 오로라라 부른다.
지구의 자기장이 헤성처럼 생긴것은 태양풍에 의해 뒤틀려지기 때문이라고 학자들은 말하고 있다.
지구까지 도착한 태양풍은 지구의 자기장 밖으로 많이 흩어지지만 일부는 지구의 자기권에 이끌려서 포로가 되는 형국으로 이렇게 잡힌 대전입자들은 자기장을 따라 북극과 남쪽의 지구대기로 하강한다.
이 대전 입자들은 자기장을 타고 나선형으로 돌면서 지구의 자기의 양 자기극으로 쏟아진다.
하강한 대전입자는 고도 100km ~ 250km 상공에서 대기와 충돌하면서 기체(원자와 분자)를 이온화하는 과정에서 가시광선과 자외선 및 적외선 영역의 빛 를 내는데,우리는 가시광선 영역의 오로라를 보는 것이다.
이온화된 기체는 각기 다른 파장의 빛으로 빛난다.
오로라를 스펙트럼으로 분석해 본 결과 대기중의 질소분자 N2, 질소분자 이온 N+,그리고 산소원자O의 방출에 기인되는 것을 알 수 있다고 과학자들은 말하고 있다.
태양 흑점 극대기에 오로라에서 수소원자 스펙트럼이 검출되는 경우가 있는데,이것은 태양에서 날아오는 수소원자라고 한다.
오로라는 좀 더 쉽게 이해하기 위해서는 TV 화면을 생각하면 빠르다. TV 브라운관에서 전기와 자기장에 의해 제어된 전자의 흐름이 스크린에 닿으면 스크린에 코팅된 화학물질에 따라 다양한 색깔의 빛으로 볼수 있는 것과 이론상 별로 다르지 않다고 설명하고 있다.
오로라의 색깔은 대전입자와 충돌하는 원자의 성질에 따라 달라진다.
그리고 일반적으로 오로라는 극지방에만 발생하는 것으로 알고 있으나 실제로 오로라는 위도 60도에서 80도 의 지역에서도 자주 보이고 있다.
그리고 오로라의 크기는 일정하지 않으며 태양의 활동에 따라 변하고 있다.
이제 오로라는 그럼 어디서 잘 볼수 있을까? 오로라는 주로 북극에서 볼 수 있다고 생각하지만 자기 북극은 지리적인 북극과 일치하지 않고 매년 위치는 조금씩 변하고 있다.
현재는 케나다 북부 엘레프링 그레스섬(북위 78.5도,서경 103.4도)에서 관측되고 있으며 북아메리카 관측자들은 9월12일 밤에는 미국 보스턴 정도의 위도에서도 중간 정도의 강도를 갖는 오로라를 볼수 있는 확율이 약 70%에 달한다고 전하고 있다.
오로라가 가장 잘 나타나고 있는 지역은 지구지기의 북극를 중심으로 반경 약 20 ~ 25도 부근 떨어진 곳을 "오로라 대" 라고 부른다. 오로라 대는 지자기 위도 65 ~ 70도 에서 게란형 타원을 이룬다.
오로라 대에서는 매년 100회이상 빈번히 나타나고 있으며 시베리아 북부 연안,알래스카 중부,케나다 중북부와 허디슨만 아이슬란드 남방,스칸다나비아 북부,등이고,남쪽으로는 뉴질렌드 남섬 등에서 관측되고 있다.
이제 오로라는 대기권 어느정도에서 발생할까?
오로라는 공기밀도가 희박한 상층부 80 ~ 160km 높이 열권에서 주로 발생하지만 나타나는 시기와 모양에 따라 고도가 다르고,상하의 범위도 200km ~ 250km,드물게 1,000km에 달하는 경우도 있다. 오로라는 비행기의 고도 보다 높으며 가장 낮은 부분이 60km 정도의 고도로 알려지고,최고의고도는 900km 까지, 높은 경우도 있다.
우주 왕복선은 지상에서 480km 정도를 올라간다. 오로라의 색상에 대해서 연구결과,100 ~ 250km 사이에 산소원자 층에서 만들어진 오로라는 초록색으로 빛나며,250km 이상의 고도층에서 발생하는 오로라는 붉은 적색으로 빛난다.
그러므로 적색 오로라는 초록색 오로라 보다 상대적으로 멀리서도 관측되는 이유가 여기에 있었다.
오늘은 황홀하고 신비스런 오로라의 비밀에 대해서 알아보았다.
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