오로라는 태양에서 날아온 대전입자가 지구 자기장과 상호작용하여 극지방 상층 대기에서 일어나는 대규모 방전현상으로, 태양은 항상 양성자와 전자 등으로 이루어진 대전입자를 방출하고 있다. 태양으로부터 모든 방향으로 내뿜는 이런 플라스마의 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. 대기 속에서 공기 분자와 대전입자가 서로 충돌하면 기체 분자 내부의 전자가 여기(excitation)된다. 그리고 원래 상태보다 높은 에너지를 가진 전자가 다시 원래 상태로 돌아오면서 빛을 방출하게 됩니다.

출처 : 지식백과

과학자들의 연구에 의하면 태양 표면에서 방출된 플라스마 입자들은 지구 근처를 지나다 지구의 자기장에 이끌려 자기장 선을 따라 태양의 반대 방향으로 움직인다.

그런데 이렇게 움직이던 플라스마 입자들이 갑자기 어떤 이유에선지 우주의 어느 지점에서부터 폭발적인 반응을 거치면서 지금까지 진행하던 방향과는 정반대 방향인 지구 쪽으로 가속하게 되는데 이를 소폭풍(substorm)이라 한다.

소폭풍이 발생하면 지구를 둘러싸고 있는 이온층에는 플라스마 입자들이 새롭게 충전되어 이온층이 활성화되므로 우주방사능을 막아주는 좋은 영향을 끼친다.

반면 소폭풍이 발생하면 순간적으로 지구 대기권 중에 상당한 양의 플라스마 입자가 활동을 하게 되므로 인공위성의 작동, 위성 통신, 우주정거장에서 활동하는 우주인 등에 좋지 않은 영향을 미치게 된다.

오로라(Aurora)는 태양에서 방출된 태양풍 속에 날아온 전기성을 띈 플라즈마를 가진 입자가 지구의 자기장에 이끌려 지구 대기로 진입하면서, 대기의 공기 분자와 충돌하였을 때 발생하는 에너지가 빛으로 전환되는 상호 작용 현상입니다.

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1. 오로라의 생성원리

오로라(Aurora)는 태양에서 방출된 태양풍 속에 날아온 전기성을 띈 플라즈마를 가진 입자가 지구의 자기장에 이끌려 지구 대기로 진입하면서, 대기의 공기 분자와 충돌하였을 때 발생하는 에너지가 빛으로 전환되는 상호 작용 현상입니다.

지난 30년 동안 과학자들은 오로라를 일으키는 현상이 서브스톰 즉 ,지구 자기장이 '재결합 하는 자력선'에 의한 것인지, 아니면 '지구 가까운 곳에서 발생하는 폭발적인 불안정성'에 의해 생기는 것인지 판단하지 못했습니다.

하지만 미국 항공 우주국 (NASA)연구진은 "서브스톰을일으키는 것이 자력선의 재결합 이라는 사실"을 분명히 밝혔고, "서브스톰은 지구로부터 먼곳에서 시작해 점점 지구 쪽으로 확장된다"고 말했습니다.

지난 19세기에 처음으로 발견된 자기권 서브스톰은 태양풍 속에 들어있는 고 에너지 대전입자가 지구의 자기장에 방출돼 자기권 면을 따라 양쪽 극으로 하강 하다가 대기와 충돌해 기체를 이온화 하는 과정에서 가시광선과 자외선 및 적외선 영역의 빛을 는 현상을 말합니다.

이 때 사람의 눈에는 가시광선 영역의 오로라만 보이게 되는 것 입니다.

2. 오로라 명칭의 유래와 다양한 이름들

"하늘에 펼쳐진 여신의 드레스 자락"

그리고 북반구와는 다르게 남반구에서 나타나는 오로라는 '오로라 오스트랄리스(Aurora Austrails)라는 명칭을 사용합니다.

3. 오로라에 얽힌 전설과 이야기들

"전쟁의 여신 발키리가 전사들을 천국으로 데려갈 때 방패에서 반사된 빛" - 바이킹

"신의 계시", "하늘에서 타오르는 촛불" - 중세 유럽

이렇게 다양한 전설을 가지고 있는 오로라는 여러 세기를 지나오면서 신화와 전설의 원천이 되어 왔습니다.

북극의 문명들은 오로라에 대해 여러가지 서로 다른 관점들을 가지고 있는데, 몇 몇은 오로라가 후생의 고귀한 도착점이라고 생각하며, 오로라 빛을 보며 휘파람을 부는 것은 그 곳에 살았던 죽은 사람들과 의사소통을 하는 방법이라고 생각하기도 했습니다.

또 다른 관점에서는 오로라가 영혼들이 하는 미식축구 게임이라고도 말 했고, 두려움의 대상으로 생각되었던 오로라를 향해, 즉 하늘을 향해 개의 배설물을 던지는 행위를 통해 두려움을 없앨 수 있다고 믿기도 하였습니다.

인간이 느낄 수 있는 색깔 역시 황록색, 붉은색, 오렌지색, 푸른색과 보라색, 회색 등 다양하게 나타나는데, 오로라의 색상을 기준으로 그 종류가 나누어 지기도 합니다.

<색상별로 본 오로라>

대기중의 다양한 기체분자 중 나트륨 가스는 노란색, 네온가스는 오렌지 색 등 각 기체분자마다 발하는 색깔이 다르기 때문에 우리는 다양한 색깔의 오로라를 볼 수 있습니다.

지구 대기권 고도별로도 생성되는 오로라의 컬러가 어느정도 구분되어 질 수 있습니다. 대체적으로 오로라는 성층권 최상부 80Km 부터 활발히 생성되기 시작해, 300Km 까지가 주 생성 공간이 되며, 그 위 500Km 까지도 그 여파가 미치고 있습니다.

위 그림에서 보시면 아시겠지만, 우리가 밤 하늘에 빛나는 별로 흔히 혼동하는 국제우주정거장의 궤도가 약 500Km 이고요, 일반적인 상업용 여객기의 순항고도를 계산하기 쉽게 약 대류권의 한계점인 10Km정도라는 점을 고려해 보면,

오로라는 그보다 훨씬 더 고고도에서 생성되는 것이지요, 하지만 워낙 넓은 면적에서, 위에서 아래 방향으로 쏟아지는 오로라를 만나게 되면, 지상에서도 마치 바로 머리 위에 오로라가 떠있는 것 같은 착각이 들고는 합니다.

가끔 오로라의 컬러가 위의 이미지와 다르게 나타나는 경우도 있는데요, 위 그림은 쉽게 설명을 하기 위한 하나의 범례이고, 실제로 오로라 스톰이 몰아칠때는 분홍색, 오렌지, 보라색 계열이 혼재하여 나타나고 있습니다.

[일부발췌 : http://www.auroratour.com/about_aurora]

우선 오로라(Aurora,極光)는 태양에서 날아온 대전 입자들이 지구의 대기에 있는 원자들과 충돌을 일으키는 것이 커튼처럼 드리워지면서 밝아지는 현상을 말합니다.

오로라는 그 빛깔과 모습을 보면 ‘와’하고 탄성이 절로 나옵니다. 주로 북극이나 남극에 가까운 지역의 밤하늘에서는 오로라가 가끔씩 보입니다. 커튼처럼 드리워지면서 밝아지는 현상을 바로 오로라라고 하지요. 오로라를 북반구에서는 북극광, 남반구에서는 남극광이라고 부릅니다. 또, 오로라라는 뜻은 라틴어로 ‘새벽’이라는 의미를 가지고 있답니다.

그러면 오로라 현ㅅ강에 대해 살펴보면요

태양에서 지구에 도달하는 에너지 중에서 우리가 눈으로 볼 수 있는 빛을 가시광선(可視光線)이라고 부릅니다. 그러나 가시광선 외에 우리가 볼 수 없는 적외선이나 자외선, X선과 같은 것도 있습니다. 또한, 그 중에는 아주 높은 전기를 띤 입자들이 포함되어 지구 상으로 오게 됩니다. 이러한 입자를 ‘대전 입자’라고 부릅니다. 태양에서 날아온 대전 입자들은 지구의 대기에 있는 원자들과 충돌을 일으킵니다. 오로라는 바로 태양에서 날아온 대전입자와 지구 대기의 원자와 충돌할 때 일어나는 것입니다.

그러면 왜 양극 지방에서 오로라가 많이 보이는 것일까요

지구는 하나의 큰 자석입니다. 나침반을 이용하여 지구의 남과 북을 구분할 수 있는 것도 지구가 하나의 큰 자석이기 때문에 가능한 일입니다. 이렇게 지구가 자석의 성질을 띠기 때문에 지구 주변에도 자기장이 형성되어 있습니다. 이 대전 입자들은 지구 자기장 때문에 지구 대기의 원자와 충돌을 일으킬 때 지구의 북극과 남극 쪽으로 끌려가게 됩니다. 그래서 오로라를 양극 지방에서 볼 수 있는 것입니다. 아주 드물게 지구의 저위도 지방에서 오로라가 관측되는 경우도 있다고는 합니다.