극지방 하늘에 나타나는 오로라가 아름다운 빛을 내는 원리를 태양풍 입자와 지구 자기장 및 대기 기체의 충돌하여 나타내는 현상입니다. 그 원리가 궁금합니다.

Question

극지방 하늘에 나타나는 오로라가 아름다운 빛을 내는 원리를 태양풍 입자와 지구 자기장 및 대기 기체의 충돌하여 나타내는 현상입니다. 그 원리가 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

극지방의 밤하늘을 수놓는 오로라는 태양에서 날아온 전하 입자가 지구 자기장에 끌려와 대기 중의 기체 입자와 충돌하면서 발생하는 현상입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.

태양 표면의 폭발이나 활동으로 인해 발생하는 태양풍이 우주 공간에서 초속 수백 km의 속도로 지구를 향해 날아오면 지구는 거대한 자석과 같아서 외부 우주 방사선이나 태양풍을 막아주는 자기장을 형성하고 있습니다. 태양풍 입자 대부분은 지구 자기장에 의해 튕겨 나가지만, 일부 입자들이 지구 북극과 남극 주변의 대기권 안쪽으로 끌려 들어옵니다. 끌려 들어온 고에너지 입자들이 지구 상공의 대기권에 도달하면 산소나 질소 입자들과 강력하게 충돌하면서 빛을 내게 됩니다.

빛은 대기 기체 입자가 태양풍 입자의 운동 에너지를 흡수하면서 전자 껍질의 전자가 더 높은 에너지 수준으로 올라갔다가 불안정해진 입자가 다시 안정해 지기 위해 낮은 에너지 상태로 돌아가면서 빛을 방출하는 데, 그 빛이 오로라입니다.