초록색 빛의 커튼이 하늘을 수놓는 오로라는 태양풍과 지구 자기장이 만들어낸 우주의 예술 작품입니다. 북극과 남극 하늘에서 펼쳐지는 오로라의 과학적 원리와 색깔의 비밀, 그리고 관측 방법을 알아봅니다. 오늘은 본문에서 오로라의 형태와 색깔, 극지의 신비로운 빛의 커튼에 대해서 살펴보겠습니다.
태양풍이 그리는 하늘의 그림
2024년 5월, 전 세계가 오로라에 열광했다. 보통은 북극권에서만 보이는 오로라가 중위도까지 내려왔다. 한국에서도 목격됐다. 제주도와 강원도에서 붉은 오로라가 관측됐다. SNS는 오로라 사진으로 넘쳤다. 무슨 일이었을까. 태양 폭발이었다. 태양에서 거대한 코로나 질량 방출이 일어났다. 평소보다 훨씬 강한 태양풍이 지구로 쏟아졌다. 지자기 폭풍이 발생했고, 오로라가 평소보다 남쪽까지 확장됐다. G5 등급의 극심한 지자기 폭풍이었다. 2003년 이후 21년 만이었다. 오로라는 태양풍과 지구 자기장의 상호작용으로 생긴다. 태양은 끊임없이 입자를 뿜어낸다. 주로 전자와 양성자다. 이들이 초속 수백 킬로미터로 우주를 가로지른다. 태양풍이다. 지구엔 자기장이 있다. 보이지 않는 방패처럼 지구를 감싸고 있다. 태양풍을 대부분 막아낸다. 하지만 완벽하지 않다. 극지방에서 자기장 선이 지표로 내려온다. 틈이 생긴다. 태양풍 입자가 이 틈으로 대기권에 진입한다. 고도 100~300킬로미터 상공에서 대기 원자와 충돌한다. 산소, 질소와 부딪힌다. 에너지를 전달한다. 원자가 들뜬상태가 된다. 다시 안정 상태로 돌아오며 빛을 낸다. 이게 오로라다. 색깔은 어떤 원자와 충돌하느냐에 달렸다. 고도에 따라서도 다르다. 가장 흔한 초록색은 산소가 만든다. 고도 100~200킬로미터에서 산소 원자가 초록빛을 낸다. 붉은색도 산소다. 하지만 더 높은 고도 200~300킬로미터에서 나온다. 파란색과 보라색은 질소가 만든다.
오로라의 형태와 색깔의 비밀
오로라는 다양한 형태로 나타난다. 가장 흔한 건 띠 모양 오로라다. 아크라고 부른다. 동서 방향으로 긴 띠가 하늘을 가로지른다. 수천 킬로미터 길이에 달한다. 커튼처럼 드리워진다. 바람에 흔들리는 것처럼 움직인다. 초당 수백 미터씩 움직이기도 한다. 코로나 오로라는 머리 위에서 사방으로 퍼져나간다. 왕관 같다. 자기장 선을 따라 입자가 내려오는 걸 아래에서 올려다본 모습이다. 가장 극적인 형태다. 맥동 오로라는 깜빡인다. 밝아졌다 어두워졌다 반복한다. 수 초 주기로 변한다. 확산 오로라는 희미하게 하늘 전체를 덮는다. 뚜렷한 구조가 없다. 오로라의 밝기도 다양하다. 희미해서 눈으로 거의 안 보일 때도 있고, 너무 밝아서 책을 읽을 수 있을 정도일 때도 있다. 태양 활동이 활발할수록 밝고 강렬하다. 색깔은 주로 네 가지다. 초록색이 가장 흔하다. 전체 오로라의 80퍼센트 이상이다. 산소 원자가 100~200킬로미터 고도에서 내는 빛이다. 파장 557.7나노미터다. 사람 눈에 가장 잘 보이는 색이다. 붉은색은 고고도 오로라다. 200킬로미터 이상에서 산소가 낸다. 파장 630나노미터다. 지자기 폭풍이 강할 때 잘 나타난다. 중위도 오로라는 주로 붉다. 파란색과 보라색은 질소가 만든다. 100킬로미터 이하 저고도에서 나온다. 질소 분자가 이온화되며 내는 빛이다. 초록색 아래 가장자리에 보라색 테두리가 생기기도 한다. 드물게 노란색도 보인다. 초록색과 붉은색이 섞인 것이다. 오로라는 소리를 낸다는 주장이 있다. 목격자들이 딱딱거리거나 쉿쉿거리는 소리를 들었다고 한다. 오랫동안 논란이었다. 오로라는 너무 높은 곳에 있어서 소리가 지상까지 도달할 수 없기 때문이다. 최근 연구로 밝혀졌다. 지표 근처의 역전층에서 전기 방전이 일어나 소리가 난다. 오로라와 동시에 일어나지만 오로라 자체의 소리는 아니다.
남극광과 오로라 관측의 미래
오로라는 북극에만 있지 않다. 남극에도 있다. 남극광이라 부른다. 북극광 오로라 보레알리스, 남극광 오로라 오스트랄리스다. 원리는 똑같다. 모양도 비슷하다. 동시에 일어난다. 태양풍이 양쪽 극을 동시에 때리기 때문이다. 위성에서 보면 북극과 남극 오로라가 거울상처럼 대칭을 이룬다. 하지만 남극광은 보기 어렵다. 남극엔 사람이 거의 없다. 관측 기지 몇 개뿐이다. 남극 대륙은 접근이 어렵다. 반면 북극권엔 도시가 많다. 노르웨이 트롬쇠, 아이슬란드 레이캬비크, 캐나다 옐로나이프, 알래스카 페어뱅크스. 오로라 관광이 발달했다. 오로라를 보려면 극권으로 가야 한다. 북위 60~70도 오로라 타원 지대가 최적이다. 겨울이 좋다. 밤이 길기 때문이다. 오로라는 24시간 일어나지만 밝은 낮엔 안 보인다. 구름 없는 맑은 밤이 필수다. 달이 없는 밤이 더 좋다. 보름달이 뜨면 하늘이 밝아서 희미한 오로라가 안 보인다. 도시 불빛에서 멀어져야 한다. 오로라 예보도 있다. KP 지수로 나타낸다. 0부터 9까지다. 높을수록 강한 오로라다. KP 3 이상이면 극권에서 볼 수 있다. KP 5 이상이면 중위도까지 내려온다. KP 7 이상은 극심한 지자기 폭풍이다. 한국에서도 볼 수 있는 수준이다. 하지만 매우 드물다. 오로라 관측은 인내가 필요하다. 기다려야 한다. 날씨에 좌우된다. 일주일 체류해도 못 볼 수 있다. 하지만 보면 평생 잊지 못한다. 사진으로는 그 감동을 담을 수 없다. 카메라는 빛을 축적해서 더 화려하게 찍는다. 실제로는 더 은은하고 신비롭다. 태양 활동 주기도 중요하다. 11년 주기로 극대기와 극소기를 반복한다. 극대기엔 오로라가 자주 강하게 나타난다. 현재는 태양 활동 25주기 극대기로 향하고 있다. 2024~2025년이 정점이다. 오로라 보기 좋은 시기다. 오로라는 다른 행성에도 있다. 목성과 토성의 오로라가 특히 강렬하다. 자기장이 지구보다 훨씬 강하기 때문이다. 허블과 제임스 웹이 촬영했다. 자외선과 적외선 오로라다. 천왕성과 해왕성에도 오로라가 있다. 화성엔 국지적 오로라가 있다. 전체 자기장은 없지만 지각에 자화된 부분이 있어서 국부적으로 오로라가 생긴다. 오로라는 우주 날씨의 지표다. 지자기 폭풍을 알려준다. 통신 장애, 전력망 손상, 위성 고장의 징조가 될 수 있다. 아름답지만 때론 위협적이다. 태양과 지구의 상호작용을 보여주는 자연의 경이다.