오로라 발생원인및 형태와 색

오로라의 발생원인

오로라는 우주에서 지구까지 유입되는 하전 입자들이 고층대기의 기체들과 충돌하여서 나타나는 빛의 현상입니다. 지구 자기력선을 따라서 대기로 낙하하는 하전 입자들이 대기 중 원자 혹은 분자들과 충돌하여 떠 있는 상태가 되는데 이런 뜬 기체들이 원래의 바닥상태로 돌아가면서 빛을 발하게 되는 것입니다. 남반구와 북반구의 고위도 지방에서 주로 나타나며 각각 남극광 또는 북극광이라고 불리기도 합니다. 오로라는 높이 100km~320km 중간에서 대부분 나타나며 지극을 중심으로 약 20도 떨어진 위도대에 대부분 나타납니다. 태양 활동이 활발할 때에는 남쪽으로 기울어져 분포하게 됩니다. 오로라는 지구뿐만 아니라 목성 토성 천왕성 해왕성에서도 많이 발견됩니다.

오로라는 고도 100km~320km사이에서 대부분 나타나며 자극으로부터 약 20도 떨어진 위도 대에서 대부분 분포합니다. 오로라 활동이 활발할 때에는 남쪽으로 약 40도까지 오로라가 나타납니다. 오로라 발생 고도는 기상현상이 대부분 나타나는 대류권에 비해 높습니다. 그래서 기상에 따라서 관측이 안될 수도 있지만 대부분 겨울철 맑은 날에는 가장 잘 보입니다. 오로라는 낮에도 발생하지만 강한 태양 빛에 의하여 육안으로는 보이기가 어렵습니다. 오로라 가 보이는 곳으로 유명한 곳은 알래스카, 캐나다 스칸디나비아입니다. 그곳 중에서도 제일 잘 나타나는 곳은 캐나다의 옐로우나이프이며 8월 중순부터 9월 말까지 그리고 11월 중순부터 4월 중순까지 가장 어둡고 맑은 하늘로 오로라 관측을 위한 최적의 장소로 알려져 있습니다. 가끔 달빛에 비치 낮게 드리운 구름과도 헷갈리수도 있지만 알아보는 방법은 구름은 별을 하리수 있는 반면 오로라는 그러하지가 않습니다. 아주 어려운 경우지만 10년에 한 번은 일본과 한국 같은 저 의도에서도 나타나기도 합니다.

오로라는 지구만아니라 토성 천왕성 해왕성 같은 다른 행성에서도 관측이 됩니다. 모두 고유의 자기장과 대기를 가졌습니다. 목성의 오로라는 파이오니아호 10,11 및 보이저호에 있는 분광기와 카메라에 의해 1970년대에 처음으로 확인되었습니다. 보이저호가 1980년에 토성에서, 보이저 2호가 천왕성과 해왕성에서 1986년과 1989년 각각 오로라를 발견하였습니다. 태양계 행성 중에 화성과 금성에는 자기장이 존재하지 않는다고 알려져 있었으나 2004년에 화성 익스프레스호와 2012년 금성 익스프레스호에 의하여 이두 행성에도 자기장이 발견되었습니다. 이중에서도 목성 오로라의 규모가 제일 크며 목성의 오로라 발생 원인은 목성의 위성 이오에서 화산 폭발로 방출된 하전 입자들이 목성의 자기력선을 따라서 목성밖으로 떨어지면서 대기의 기체 성분과 부딪히면서 나타나는 것으로 전해집니다. 이것은 이오의 움직임에 따라 목성 오로라의 밝은 지역도 함께 움직인다는 사실을 알게 되었습니다. 미국 나사는 목성 오로라와 목성의 기원과 진화에 대한 이해를 목적으로 지난 2011년 8월 5일 목성 탐사선 주노호를 발사하였습니다. 주노호는 5년 순항 끝에 2016년 7월 4일 목성 궤도에 도달하여 여 대략 20개월 을 목표로 대기 및 전자기장과 플라스마 환경에 대한 현장과 측을 하고 있습니다. 

 

오로라의 형태

우주에서 보면 오로아는 자기축을 중심으로 동서 방향으로 두께를 가진 타원체를 따라 빛을 내고 있습니다. 

이러한 타원체를 오로라 타원체 라고 합니다. 오오라 타원체의 두께는 태양풍에 의한 지구 자기장교란 정도에 따라서 달라지게 되며 태양 활동이 심한 경우는 타원테의 경계가 각 저위도 및 극지방까지 부풀어집니다. 이현상을 오로라 부폭풍이라고 합니다. 지상에서 바라보는 오로라는 일반적인 세로의 빛줄기를 갖는 커튼 형태를 나타냅니다. 이것은 그지역의 자기력선의 방향과 낙하하는 하전 입자들의 모습이 나타난 것입니다. 하전 입자들이 지구 근처의 강한 자이력선에 섞여 있기 때문에 주변의 다른 자기력선으로 이동을 못하여 세로빛줄기 형태를 나타내는 것입니다. 오로라 타원체에 대한 관측자의  위치에 따라 오로라는 여러 가지 형태로 보일 수 있습니다. 남북 방향으로 떨어질수록 오로라를 관측할 수 없게 됩니다. 

 

다양한 오로라의 색

오로라를 볼때에는 녹색 오로라를 많이 보게 될 것입니다. 이것은 왜냐하면 인간눈에는 민감한 파장인 555.7nm에 해당하는 빛을 가장 많이 내기 때문입니다. 하지만 사람의 눈보다 더 예민한 장비로 노출 정도를 다르게 하여 다른 색상뿐 아니라 눈에 안 보이는 파장의 빛도 관측이 가능합니다. 여러 가지 색상의 오로라가 생기는 이유는 대기로 낙하하는 하전 입자가 대기 중에서 서로 달른 기체들과 충돌하기 때문입니다. 고도 200km 이상에서는 대부분 흔한 산소 원자와의 부딪힘에 붉은색 오로라를 나타냅니다. 100km 이하에서는 질소 분자와의 충돌로 보라색 오로라를 나타냅니다. 100km ~200km 중간에서는 산소원자와 질소 분자의 부딪힘에 파란색 및 녹색 자외선도 발하게 됩니다.