안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
오로라는 태양에서 날아온 대전 입자들이 지구의 대기와 충돌하면서 일으키며 발생하는 거대한 빛의 방출 현상입니다. 이 현상은 지구 자기장과 양자역학의 원리와 관련이 있습니다. 이와 관련하여 설명해 드리도록 할게요.
태양은 끊임없이 양성자와 전자와 같은 고에너지 하전 입자로 이루어진 태양풍을 우주로 방출하는데, 이 입자들이 지구로 날아오면 거대한 자기장으로 이루어진 지구 자기권과 충돌하면서 대부분의 하전 입자는 지구 자기장에 비껴가지만, 일부는 자기력선에 갇히게 되어 자기력선에 갇힌 하전 입자들은 자기장을 가로질러 가지 못하고 자기력선을 따라 나선형으로 회전하며 이동합니다. 자기력선에 갇힌 태양풍 입자들은 자연스럽게 양 극지방의 상층 대기로 쏟아져 내리게 됩니다.
극지방 상공에서 유입된 고에너지 하전 입자들은 대기를 구성하는 산소 및 질소 분자들과 충돌하게 되고, 충돌 시 하전 입자의 운동 에너지가 산소나 질소의 전자로 전달되는데, 에너지를 받은 전자는 들뜬 상태로 이동하게 되는데, 들뜬 상태는 매우 불안정하므로, 전자는 순식간에 다시 원래의 안정적인 바닥 상태로 떨어집니다. 이때 두 에너지 준위의 차이만큼의 에너지가 빛의 형태로 방출됩니다. 이 무수히 많은 빛들이 모여 밤하늘을 수놓는 오로라가 됩니다.