태양풍의 종류와 발생지역및 우주에 미치는 영향

태양풍은 태양의 외부 대기인 코로나에서 시작하여 행성 간 우주로 향하는 플라스마의 흐름을 나타냅니다. 이는 항성풍의 한 형태로, 다른 항성에서도 비슷한 현상이 관찰됩니다. 각 항성의 종류에 따라 항성풍의 속도나 분출량이 달라집니다. 우리 태양은 만기형 주계열성이며, 뜨거운 자기화된 코로나에서 태양풍이 발생합니다.

태양풍은 행성 간 우주를 통과하면서 행성 자기장 및 플라스마에 영향을 미칩니다. 빠른 태양풍과 느린 태양풍이 있으며, 느린 태양풍의 속도는 약 200-400 km/s, 빠른 태양풍은 약 400-800 km/s 정도입니다. 코로나질량방출은 태양풍의 급격한 변화를 일으키는 현상 중 하나입니다.태양풍은 지구 자기장 및 행성 자기장을 교란시킵니다. 이러한 영향이 미치는 모든 영역을 태양권이라고 하며, 태양권의 경계면을 태양권계면이라고 합니다. 그림 1은 태양풍과 지구 자기장이 상호작용하여 나타나는 현상을 설명하는 모식도입니다.

 

고속 태양풍과 저속 태양풍

태양풍은 속도에 따라서 고속 태양풍과 저속 태양풍으로 나뉘어 집니다. 속도 뿐만 아니라 여러가지 플라스마의 물리적 특성이 서로 다릅니다. 이둘의 가열 및 가속 기작이 서로 틀리며 이둘이 발생하는 지역이 다를수 있다는 것을 말합니다. 

 

태양풍 발생 지역

태양풍은 행성 간 우주를 향해 흐르는 플라스마가 자기력선에 묶여 있다는 개념으로, 이를 동결 되어 있다고 표현합니다. 이로 인해 태양풍의 물리적 특성은 발생 지역의 플라스마 특성에 따라 결정되며, 이는 태양의 대기에서 발생한 태양풍이 어떤 속도로 행성 간 우주로 불어나오는지를 이해하는 데 중요합니다. 태양풍의 특성이 극지방과 적도 지역에서 다르다는 것을 직접 관측했습니다. 극지방에서는 빠른 태양풍이 발생하고 적도 지역에서는 느린 태양풍이 나타난다는 것을 확인했습니다. 또한 흑점극소기와 흑점극대기의 위성 관측을 통해, 극소기에서는 열린 자기장 구조의 코로나 구명에서 빠른 태양풍이 발생하고, 극대기에서는 열린 자기장 구조와 닫힌 자기장 구조가 연결된 지역에서 느린 태양풍이 발생한다는 것을 확인했습니다. 현재까지의 관측 결과에 따르면, 태양풍의 화학조성은 태양의 다양한 발생지역에서 일치하는 것으로 나타났습니다. 그러나 아직까지 태양의 각 지역에서 태양풍이 어떻게 발생하고 가속되는지에 대한 정확한 메커니즘은 해명되지 않았습니다.유진 파커의 고전적인 태양풍 모델에 따르면, 태양풍은 열역학적인 팽창에 의해 유체역학적으로 가속된다. 그러나 최근의 인공위성을 통한 직접적인 태양풍 관측 결과에 따르면, 태양풍은 더 빠른 속도로 가속되어 약 700 km/s 이상의 속도에 달할 수 있다는 것이 확인되었습니다. 파커의 모델은 이러한 고속 태양풍의 속도 및 플라스마의 온도를 설명하기에 한계가 있었고, 현재까지 어떻게 태양풍이 이렇게 신속하게 가속되는지는 명확히 밝혀지지 않았습니다.

이로 인해 여러 가속 및 가열 메커니즘에 대한 관측 및 이론적 수치 모델이 연구 중에 있습니다. 예를 들면, 태양풍 내의 난류에 의한 에너지 변환이나 태양풍 내의 자기유체파동에 의한 에너지 변화가 가열 및 가속을 유발하는 모델들이 연구되고 있습니다. 하지만 아직까지 태양풍이 어떻게 신속하게 가속되는지에 대한 정확한 이해는 미비한 상태이며, 더 많은 연구가 필요합니다.

 

우주기상에 미치는 영향

태양풍의 플라스마와 자기력선은 태양계 내의 행성 간 공간, 즉 태양권에서 중요한 역할을 하며, 이들은 자기장 및 성간 물질과 상호작용하여 우주 기상의 변화를 초래하는 주된 원인 중 하나입니다. 특히 태양풍은 지구나 다른 행성들의 자기권이나 전리권과 상호작용하여 뱃머리 충격파와 같은 충격파를 발생시킵니다. 이러한 충격파는 플라스마 내의 입자들을 가속시키거나 주변 매질의 특성을 변화시킵니다.

특히, 빠른 태양풍이나 코로나 질량 방출과 같은 급격한 태양풍 변화는 행성의 자기장과 상호작용하여 자기재연결이나 자기폭풍을 유발할 수 있습니다. 빠른 태양풍과 느린 태양풍이 나선형 자기력선을 따라 진행하다가 서로 상호작용하는 지역인 동회전 상호작용 지역(CIR)도 자기폭풍을 발생시키는 중요한 원인 중 하나입니다.

태양풍에 의한 자기장의 교란과 가속된 입자의 유입은 전파 교란이나 극지방에서 관측되는 오로라와 같은 현상을 유발합니다. 이러한 과정을 통해 태양풍은 우주 기상의 동적인 변화를 촉발시키며, 행성 간 공간에서의 상호작용은 우리 주변의 우주 환경을 형성하고 영향을 미치는 중요한 역할을 합니다.