[스크랩] 오로라가 극지방에서만 발생하는 이유와 반알렌대(Van Allen belt)
오로라(aurora)는 새벽이란 뜻의 라틴어로, 1621년 프랑스의 과학자 피에르 가센디가 로마신화에 등장하는 여명의 신 아우로라(Aurora, 그리스 신화의 에오스)의 이름을 딴 것이다. 극광(極光)이라고도 부르고, 북반구에서는 노던 라이트(northern light)라 부르기도 한다. 동양에서는 적기(赤氣)라고도 한다.
오로라는 태양에서 방출된 전자나 양성자가 고속으로 날아와 지구 대기 중의 산소.질소 등의 입자와 부딪쳐 빛을 내는 현상으로, 일종의 방전 현상이다. 전기를 띤 입자가 상층 대기권에 들어오면 기존의 질소나 산소분자와 충돌하며 에너지를 옮긴다. 이때 전자 운동으로 분자가 플러스, 마이너스로 나눠지거나 다시 중성화한다. 이때 오로라의 다양한 빛깔이 발생한다.
오로라의 빛을 스펙트럼으로 분석해 보면 대기중의 질소분자(N2), 질소분자이온(N+), 산소 원자(O)의 방출에서 비롯되는 것을 알 수 있다. 빛깔은 황록색·붉은색·황색·오렌지색·푸른색·보라색·흰색 등이 있다. 예를 들어 저위도 지방에서 나타나는 붉은색 오로라는 산소에서 나오는 파장에 의한 것이다.
오로라는 위도 60도에서 80도의 고위도 지역에 많이 발생하는데, 이 지역을 '오로라대(aurora oval)'라고 한다. 오로라대는 시베리아 북부연안, 알래스카 중부 등이다.
한편 지난 2003년 10월 30일 새벽 사상 유례없는 태양 자기폭풍의 영향으로 우리나라에서도 오로라가 관측됐다. 이는 우리나라에서 현대적인 천문관측이 시작된 1940년대 이후 처음이다. 고문헌에는 기원전 1세기인 고구려 동명성왕 때부터 18세기 중반까지 7백여번의 오로라 관측 기록이 나온다.
극지방에서 발생한다고 알려져 있지만, 실제로 위도 60도에서 80도의 지역에서 넓게 나타난다. 이런 오로라대(aurora oval)의 크기는 항상 일정한 것이 아니라 태양의 활동에 따라 변한다. 오로라의 가장 보편적인 색은 녹색 혹은 황록색으로 때로는 적색, 황색, 청색과 보라색이 보이기도 한다.
오로라는 태양에서 날아온 대전입자가 지구 자기장과 상호작용하여 극지방 상층 대기에서 일어나는 대규모 방전현상이다. 태양은 항상 양성자와 전자로 이루어진 대전입자를 방출하고 있다. 태양으로부터 모든 방향으로 내뿜는 이런 플라즈마의 흐름을 태양풍(solar wind)이라 하는데, 태양에서 지구에 도달하는 대부분의 태양풍은 지구의 자기장 밖으로 흩어진다. 하지만 일부는 지구의 자기장에 끌려 반알렌대(Van Allen belt)라 불리는 영역에 붙잡힌다. 반알렌대는 조개 모양으로 지구 주위에 구부려져 있고 극쪽에서는 지표에 근접해서 구부려져 있다. 또한 지구의 자장과 태양풍과의 상호작용은 지구 주위 궤도에 갖혀있는 이온화기체(또는 플라즈마)가 도넛모양의 링 쌍인 반알렌대(Van Allen radiation belts)를 발생시킨다. 외곽대는 높이가 19,000km에서 41,000km까지 뻗어있다. 내부대는 높이가 13,000km에서 7,600km정도이다.
대기 속에서 공기 분자와 대전입자가 서로 충돌하면 기체 분자 내부의 전자가 여기(excitation)된다. 이것은 전자가 원래 상태보다 높은 에너지를 갖는다는 뜻이고, 곧 다시 원래 상태로 돌아오면서 남는 에너지는 빛으로 방출한다.
선상 구조를 갖는 것과 갖지 않는 것, 그리고 광염상(光炎狀)인 것으로 크게 나눈다. 황록색, 붉은색, 황색, 오렌지색, 푸른색, 보라색, 흰색 등이 있는데, 이들은 산소나 질소에 의한 것이다. 대부분 90~150km고도의 범위에 있으나, 드물게 1,000km이상까지 나타나기도 한다.
태양 표면에서 일어나는 폭발현상은 엄청난 양의 전기를 띠고 있는 태양입자를 초속 1,500 ㎞의 속도로 우주로 뿜어내게 됩니다. 오로라는 태양에서 우주공간을 날아온 입자가 지구의 지방 부분의 고도 100～500 ㎞ 상공에서 기체와 충돌해서 생기는 현상입니다. 이것이 극지방쪽에서만 생기는 것은, 모두들 알고 있는 것처럼 지구는 하나의 커다란 자석인데 자석에는 눈에는 보이지 않는 자기력석이 존재하고 자기력선은 N극에서 나와서 S극으로 향하는 방향을 갖고 있습니다.
태양에서 쏟아지는 전기를 띠고 있는 입자들이 지구에 가까이 도착하면 대부분의 입자들은 지구 주위를 흘러 지나가지만 일부의 입자들만이 지구가 갖고 있는 자기장에 끌려들어 나선형으로 돌면서 지구의 남극과 북극으로 쏟아지게 됩니다. 이 입자들이 대기권의 기체와 부딪치면, 기체의 전자들이 충돌할 때 생긴 에너지로 기체와 분리되어 튀어나갔다가 되돌아오면서 충돌할 때 흡수한 에너지를 빛의 형태로 밖으로 방출하는데 이것 때문에 빛을 발하게 되는 것이지요.
이것을 우리가 눈으로 보는 것이 오로라인 것이고요. 결국 지자기장 때문에 극지방에서 주로 발생한다고 생각할 수 있는 것입니다. 중위도 지방에 위치한 우리나라는 오로라를 직접 볼 수 없지만 60～80° 지역에 위치한 시베리아 북부, 알래스카 중부 등에서 관찰할 수 있습니다. 오로라의 활동이 가장 많이 일어나는 곳을 캐나다 허드슨만의 옐로나이프 지역으로 맑은 날 밤 오로라를 쉽게 볼 수 있다고 합니다.
출처 : http://qna.scienceall.com/knowall/svc/qna/question_detail.php?queId=52662