극지방 밤하늘에 커튼처럼 화려하게 펼쳐지는 오로라 현상을 태양에서 방출된 고에너지 플라즈마 입자가 지구 자기장에 이끌려 대기 입자와 충돌하여 발광하는 원리는 무엇인가요?

Question

극지방 밤하늘에 커튼처럼 화려하게 펼쳐지는 오로라 현상을 태양에서 방출된 고에너지 플라즈마 입자가 지구 자기장에 이끌려 대기 입자와 충돌하여 발광하는 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

극지방의 오로라는 태양풍이 가져온 고에너지 대전 입자가 지구 자기장에 이끌려 극지방 대기 입자와 충돌하면서 빛 에너지를 방출하는 현상입니다.

태양에서 방출된 전자와 양성자 중심의 플라즈마가 지구에 도달하면 지구 자기장에 의해 굴절되고, 이때 자기력선이 모여 대기권과 연결되는 남, 북극 영역을 따라 고에너지 입자들이 상층 대기로 들어옵니다. 고속으로 낙하하는 전자가 대기에 존재하는 산소 및 질소 기체 입자와 강하게 충돌하면서 입자의 운동 에너지가 기체 입자로 전달되면서, 기체 내부의 전자가 높은 에너지 준위로 이동하는 들뜬 상태가 됩니다. 불안정한 들뜬 상태가 된 기체 입자는 극히 짧은 시간 내에 다시 원래의 안정된 바닥 상태로 돌아갑니다. 이 과정에서 두 에너지 준위의 차이만큼에 해당하는 에너지를 빛의 형태로 외부에 방출하게 되며, 이것이 우리 눈에 보이는 오로라의 빛입니다.

결국 오로라는 지구 자기장이 태양의 유해 방사선 입자들을 극지방 대기로 유도하여 안전하게 소모시키는 과정에서 나타나는 거대한 입자 충돌의 결과물이라고 보시면 됩니다.