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꿀록 탐정과 개코 조수는 오로라를 보러 아이슬란드에 왔어요. 춥지만, 오로라를 볼 수 있다면 이 정도는 참을 수 있죠. 그렇게 하늘을 바라보고 있는데, 누군가 큰 소리로 화를 내고 있었습니다.

동화마을에 무슨 일이? │오로라를 볼 수 있을까? 

“추위를 참고 기다리는 것도 하루 이틀이지. 벌써 이게 며칠 째야! 일정 짠 사람 누구야? 흥부 아냐?”

큰 소리의 주인공은 놀부였어요. 흥부가 마구 화내는 놀부를 달래고 있었죠.

“이게 무슨 일인가요?”

꿀록 탐정이 흥부에게 물었어요.

“꿀록 탐정님! 아시다시피 놀부 형님이 죄를 뉘우치고 그간 사이좋게 잘 지내왔습니다. 모처럼 가족 여행을 계획했는데, 마침 형님이 오로라를 보고 싶다고 하셔서 여기로 왔죠. 그런데 며칠 밤을 기다려도 하늘에는 먹구름만 가득하고, 오로라가 눈곱만큼도 보이질 않네요. 그래서 형님이 화가 많이 나셨습니다.”

흥부가 걱정스럽게 말했습니다.

“오늘도 오로라를 보긴 힘들 것 같은데”

사정을 들은 꿀록 탐정이 안타까운 표정으로 중얼거렸어요.

“여행이 며칠 남지 않아서 이대로 오로라를 보고 가지 못하는 것은 아닌지 걱정이 이만저만이 아닙니다. 분명 오로라를 볼 수 있는 곳이라고 했는데”

흥부가 연신 하늘을 두리번거리며 물었어요.

“오로라는 우리 생각보다 훨씬 높은 곳에서 나타나는 현상이에요. 오로라에 대해서 알려드릴까요?”

꿀록 탐정이 안경을 고쳐 쓰며 말했습니다.

통합과학 개념 이해하기 │오로라가 생기는 과정

오로라는 태양에서 불어오는 바람인 태양풍에 의해 나타나는 현상이에요. 태양의 중심부에서는 수소가 헬륨으로 바뀌는 핵융합 반응이 일어납니다. 이때 발생하는 빛과 열이 지구에 전달되어 생명체가 살아갈 수 있죠. 그런데 태양은 전하를 띠고 있는 수많은 입자도 함께 내뿜어요. 이를 태양풍이라고 합니다. 매초 약 100만 톤의 태양풍 입자들이 태양에서 초속 수백km의 속도로 뿜어져 나오고 있어요.

그런데 지구는 하나의 자석과 같아서 주변에 강력한 자기장을 형성하고 있습니다. 그래서 대부분의 태양풍 입자는 지구 자기장에 막혀 흩어져요. 극히 일부 입자가 지구 자기장에 이끌려 지구 대기와 충돌하면서 빛을 내는데, 이 현상이 바로 오로라입니다.

오로라는 밤하늘 전체를 커튼처럼 덮으며 역동적이고 화려한 모습을 나타내요. 녹색과 보라색, 빨간색 등 여러 색깔로 나타나 더 아름답게 보이죠. 오로라의 색이 다양하게 나타나는 이유는 무엇일까요? 오로라의 색은 태양풍 입자가 대기 중 어떤 기체와 어떤 높이에서 부딪히는지에 따라 달라집니다. 지구 대기의 78%는 질소, 21%는 산소로 이뤄져 있어요. 태양풍 입자들이 90~150km 높이에서 산소와 충돌하면 우리에게 가장 친숙한 녹색과 노란색 빛깔의 오로라가 나타납니다. 이보다 더 높은 곳에서 산소와 충돌하면 빨간색의 빛을 내요. 반면 고도 90km 부근에서 질소와 부딪히면 보라색이나 분홍색을 띱니다.

오로라는 매일 나타나지만, 관측하기 어려워요. 태양풍 입자가 이끌려 오는 곳은 아이슬란드나 핀란드 같은 위도 60~80의 고위도 지역입니다. 이곳에서만 오로라를 볼 수 있죠. 또 오로라는 고도 90km 이상의 높은 곳에서 나타나기 때문에 구름이 끼거나 대기가 탁하면 볼 수 없어요.

올해는 오로라를 관측하는 데 가장 좋은 시기로 꼽힙니다. 태양 활동은 평균 11년을 주기로 강해졌다 약해지기를 반복하는데, 올해가 태양 활동이 가장 강해질 것으로 예상되기 때문이에요. 태양 활동이 활발해지면 그만큼 더 많은 태양풍 입자가 방출되고, 지구 대기에 태양풍 입자들이 쏟아져 들어와요. 연구자들은 올해 어느 때보다도 강렬하고 선명한 오로라를 더 자주 볼 수 있을 것으로 내다보고 있답니다.

통합과학 넓히기 │  오로라와 비슷한데 오로라가 아니다?

2015년, 캐나다의 아마추어 천문학자 모임인 ‘앨버타 오로라 추적자’는 소셜 미디어에 특이한 오로라 사진을 올렸어요. 보통의 오로라 모양과 달리, 이 오로라는 보랏빛의 긴 띠 모양으로 나타났습니다. 그리고 그 아래에는 마치 울타리가 쳐진 듯, 녹색의 길쭉한 기둥 무늬가 함께 있었어요. 사람들은 보랏빛 띠를 ‘스티브(STEVE)’, 녹색의 기둥 무늬는 ‘피켓 울타리’라고 이름붙였습니다.

스티브 같은 오로라는 당시 과학자들에게도 생소했어요. 미국항공우주국(NASA)은 ‘오로라사우루스’라는 시민과학 프로젝트를 통해 스티브를 추적하기 시작했습니다. 시민과학자들이 찍은 사진과 위성 자료를 연구해 스티브가 어떻게, 왜 나타나는지를 연구했죠. 연구팀은 전하를 띠는 입자가 위도이상의 지역에서 지구 자기장에 의해 동쪽에서 서쪽으로 빠르게 이동할 때, 뜨거운 열이 발생하면서 생기는 현상이 스티브라는 걸 밝혀냈어요. 스티브 아래에 피켓 울타리가 생기는 것도 스티브를 만드는 입자들이 떨어져 나온 결과였죠.

그런데 지난해 12월 미국 UC버클리대학교 연구팀은 스티브가 오로라와는 전혀 다른 원인으로 만들어진다는 연구 결과를 발표했어요. 연구팀은 지구 상공  60~1000km에 해당하는 전리층에서 스티브가 만들어지는 과정을 시뮬레이션했습니다. 전리층은 태양으로부터 오는 강력한 방사선 때문에 지구 대기를 이루고 있는 기체들이 전기를 띠는 이온 상태로 있는 곳이에요.

시뮬레이션 결과, 지구 상공 110km 부근에서 지구의 전기장으로 인한 에너지가 산소와 질소 원자들을 빛나게 해 스티브와 피켓 울타리 현상을 만드는 것으로 나타났어요. 연구팀은 “스티브는 지구 자기장에 의해 일어나는 오로라와 완전히 다른 과정으로 일어난다”고 설명했습니다. 다만 태양풍이 지구 대기를 교란해 스티브를 발생시킬 수도 있다고 추정했죠. 연구팀은 로켓을 발사해 스티브를 더 자세히 관찰하는 등의 방법으로  스티브의 비밀을 더 밝힐 수 있을 거라 기대하고 있답니다.