흑점이 검게 보이는 이유는 무엇일까

1. 흑점, 플레어, 태양풍

 1. 흑점이란 무엇인가?

 흑점은 가시광선으로 보았을 때,  태양의 검은 반점으로 보인다. 대부분의 흑점은 두 가지 물리적 성분을 갖는다. 하나는 본그림자로 작고 어두우며 특징이 없는 핵이다. 다른 하나는 반그림자로 크고 밝은 주변 부분을 의미한다. 반영 안은 자전거 바퀴의 살처럼 바깥쪽으로 뻗어나가는 은은한 필라멘트와 같다. 흑점들은 다양한 크기를 가지며 무리 지어 형성되는 경향이 있으며 많은 흑점들이 지구보다 크다. 

 흑점은 아주 강력한 자기 현상이 일어나는 지점이다. 가시광선으로 보았을 때는 고요해 보이지만, 자외선과 엑스선으로 보면 엄청난 양의 에너지를 생산하여 내보내고 있을 뿐 아니라 강력한 자기장이 주변과 내부에 존재하는 것을 알 수 있다.

 

2. 흑점은 왜 검게 보일까?

 흑점은 주변의 광구 가스보다 온도가 약간(섭씨 1100도 정도) 낮아서, 밝은 배경으로 인해 어둡게 보이는 것이다. 그러나 현혹되지 말아야 할 것은 흑점의 온도는 여전히 높아서 수천 도나 되고, 흑점을 통과하는 전자기 에너지는 엄청나다는 것이다.

 

1. 태양 플레어란?

 태양 플레어는 태양 표면에서 일어나는 갑작스럽고 강력한 폭발 현상이다. 이들은 보통 뜨겁고 소용돌이치는 태양의 플라스마에 의해 크고 강력한 흑점의 자기장이 비틀리면서 나타나는 현상이다. 갑자기 자기력선들이 풀리고 부서지면서 지니고 있던 물질과 에너지를 태양 바깥쪽으로 격렬하게 토해낸다. 태양 플레어는 수천 킬로미터의 길이에 지구 역사상 인류가 소모한 에너지의 총합보다 훨씬 더 많은 에너지를 가지고 있다.

태양 플레어

2. 홍염이란 무엇일까

 홍염은 태양 표면(광구)에서부터 코로나 안쪽으로 분출되는 고밀도의 태양 가스 흐름이다. 길이가 16만 km 이상 되기도 하고 흩어지기 전까지 그 형태가 몇 날, 몇 주 혹은 몇 달간 남아 있을 수도 있다.

 

3. 태양풍이란 무엇인가?

 태양풍은 태양 바깥으로 움직이는 전기를 띤 입자들의 흐름이다. 태양풍은 태양 플레어와 같은 격렬한 폭발과 다르게 태양의 코로나로부터 태양계 내로 부드럽게 흐른다. 태양풍은 지구의 바람처럼 그 속도나 강도가 변할 수 있다. 하지만 이것은 공기의 움직임이 아니라 플라스마의 흐름이다.

 

4. 태양계에서 태양풍의 효과를 어떻게 볼 수 있는가?

 가장 쉽게 볼 수 있는 태양풍의 가시적 효과는 혜성의 꼬리에서 확인할 수 있다. 혜성이 태양계 안쪽 궤도로 들어오게 되면, 온도 증가로 인해 혜성의 바깥층 부분이 고체 상태에서 기체 상태로 바뀌는 승화 현상이 일어난다. 느슨해진 물질은 태양에서 먼 쪽으로 휩쓸려가 혜성의 꼬리가 형성된다. 전기적으로 중성인 입자들은 태양의 복사 압력(태양 빛 자체의 운동량)으로 인해 뒤로 밀리고, 전기를 띤 입자들은 태양풍에 의해 뒤로 밀리게 된다. 때때로 이 두 가지 성분이 살짝 분리되면 우리는 '먼지 꼬리'와 '이온 꼬리' 모두를 볼 수 있다.

 

5. 태양풍은 얼마나 빠르게 이동할까

 태양에서 흘러나오는 플라스마의 흐름은 모든 방향으로 연속 퍼져나가며, 초속 수백 킬로미터의 속도로 움직인다. 그러나 코로나 구멍에서 뿜어나올 때는 약 350만 km/h (약 1,000km/s) 이상의 속도를 가질 수 있다. 태양에서 멀어질수록 태양풍의 속도는 증가하지만 밀도는 급격히 떨어진다.

 

6. 태양풍은 얼마나 멀리 이동할까

 태양의 코로나는 태양 표면 바깥으로 수백만 킬로미터까지 뻗어 있다. 하지만 태양풍의 플라스마는 수십억 킬로미터 이상으로 뻗어 명왕성 궤도 너머까지 미친다. 여기를 넘으면 플라스마의 밀도는 계속 떨어진다. 그러나 태양풍의 영향이 거의 없게 되는 헬리오포즈가 존재한다. 헬리오포즈는 태양으로부터 약 130억~220억 km 정도에 위치한 것으로 추정되며 이 안의 영역을 태양권이라고 부른다.

 

7. 코로나 질량 방출이란 무엇인가

 코로나 질량 방출은 태양 표면에서 발생하는 거대한 폭발을 통해 우주 공간으로 태양 물질 일부를 고에너지 플라스마 형태로 방출하는 것이다. 코로나 질량 방출은 태양 플레어와 관련이 있지만, 두 가지 현상이 늘 같이 일어나는 것은 아니다. 또한 코로나 질량 방출이 지구 근처까지 도달하면, 인공위성들은 이러한 하전된 입자들의 흐름으로 촉발된 갑작스러운 전자기적 충격으로 손상을 입을 수 있다.

 

8. 모든 별에는 흑점, 홍염, 폭발, 질량 방출 그리고 항성풍이 있을까?

 물론이다. 정도에 따라 차이는 있지만 모든 별들은 이런 성질을 갖는다. 태양은 우리가 아는 다른 별들과 비교했을 때, 비교적 활동이 조용한 편이다. 이는 지구에 사는 이들에게 좋은 소식이다. 왜냐하면 우리는 일반적으로 더 혹독한 환경을 견뎌내기 어려울 것이기 때문이다. 어떤 별들은 지속적으로 분출하는 엄청난 크기의 플레어가 있는가 하면, 또 어떤 별들은 흑점으로 뒤덮여있다. 만약 이런 별들 주변을 도는 행성이 있다면, 전자기적으로 이들 행성의 환경에 미치는 영향은 엄청나서 거의 생명이 존재하지 않는다고 결론을 내릴 수 있다.

 

3. 태양의 활동이 지구 생태계에 끼치는 영향은 무엇인가?

태양풍이 지구의 궤도 거리에 다다를 때 그 개수 밀도는 1㎤당 몇 개 안 된다. 그렇다고 할지라도 만약 지구가 보호하는 자기권을 가지고 있지 않았다면, 수십억 년 동안의 지구 역사에서 생태계는 눈에 띌 정도로 방사능 손상을 입었을 것이다. 태양 활동이 특별히 강할 때, 예를 들어 태양 플레어가 발생했을 때 대전 입자의 흐름은 급격하게 증가할 수 있다. 이런 경우 이온들은 대기 상층의 분자들과 부딪쳐 그들을 빛나게 만들 수 있다. 이런 괴상하게 일렁이는 빛을 북극광과 남극광이라고 부른다. 이 기간 동안, 지구의 자기장은 일시적으로 약해지며 대기의 팽창을 유발한다. 이는 지구 상공에 떠 있는 고지구 궤도 위성의 움직임에 영향을 끼친다. 태양 플럭스가 더할 수 없이 강한 기간에는 전력 계통도 영향을 받을 수 있다.