표출자료 소개 (5)

오늘은 표출자료 소개 5번째 시간으로서 이제 큰 카테고리들 중 세번째인 '우주환경인자'에 있는 자료들에 대한 소개를 드리도록 하겠습니다. 여기에 포함된 6개의 항목들은 주로 태양과 지구 사이 및 지구주변 우주공간의 상태를 나타내는 자료들에 해당됩니다. 앞서 두 카테고리들이 주로 태양 자체에 대한 자료들이었다면, 이 '우주환경인자' 카테고리는 이제 태양활동의 영향이 그 주변에 어떤 영향을 미치는가를 알 수 있게 해주는 참고자료가 된다고 보면 되겠습니다.

 

이 카테고리에 있는 6개의 항목들은 크게 두 종류로 나눠볼 수 있습니다. 우선 'GOES 양성자 플럭스', 'ACE 태양풍 속도', 'GOES 전자 플럭스' 등 세 개의 항목들은 주로 태양으로부터 날아오는 고에너지 입자들에 대한 관측자료이고, 'ACE 태양-지구간 자기장', 'GOES 지자기장', 'Kp 지수' 등 나머지 세 개의 항목들은 주로 자기장과 관련된 관측자료입니다. 오늘은 우선 고에너지 입자들 관련 세 항목들부터 소개하도록 하겠습니다.

 

고에너지 입자란 말 그대로 굉장히 높은 에너지를 갖고 있는 전자 또는 양성자 등을 뜻합니다. 이것들의 근원지는 주로 태양의 상층 및 가장 바깥쪽 대기층인 코로나 영역입니다. 이러한 영역은 온도가 대단히 높기 때문에 원자들이 그 상태를 유지하지 못하고 전자, 양성자 등의 구성입자들로 쪼개진 상태로 존재합니다. 태양에서 플레어나 홍염같은 폭발성 현상이 발생하면, 그 여파로 이 입자들이 바깥쪽으로 분출되고, 결국 태양-지구간 우주공간을 거쳐 우리 지구 주변의 우주공간에까지 침투하게 됩니다. 위성들이 사실 이러한 입자들의 직접적인 영향권에 놓여 있죠. 이러한 입자들의 직접적인 폭격을 맞게 되면 위성내 각종 장비들의 전자회로와 같은 민감한 부분들이 영향을 받을 수 있고, 최악의 경우 완전히 제 기능을 못하는 회복불능의 상태로 전락하는 경우도 발생할 수 있습니다. 물론 고에너지 입자들의 영향이 이러한 부분에만 국한되지는 않습니다. 지구 상층대기의 교란 등 다른 영향들도 있는데, 여기서는 너무 자세히 파고들지는 않도록 하겠습니다.

 

이러한 고에너지 입자들에 대한 감시의 역할을 하는 관측위성들이 바로 ACE, GOES 등입니다. ACE위성은 NASA(미항공우주국)에서 그리고 GOES는 NOAA(미해양대기국)에서 관장하여 운영중입니다. ACE(Advanced Composition Explorer) 위성은 다른 일반적인 위성들처럼 지구주변 궤도를 돌지 않고, 지구로부터 약 1500만 km 정도 떨어진 최전방 지점에서 태양을 관측하고 있는 외로운 파수꾼같은 역할을 하는 아주 '용감한' 위성입니다. 그래서 이 위성의 관측자료가 우주기상 분야에서 아주 중요한 역할을 하고 있습니다. 태양활동의 영향, 특히 태양풍이나 CME와 같은 현상을 가장 먼저 몸소 체험하고 이를 전달하는 역할을 묵묵히 수행하는 위성이라 할 수 있겠지요.

 

ACE 위성의 모습 및 궤도 위치 (본 이미지의 저작권은 NASA에 있습니다)

 

그래서 이 ACE 위성이 지속적으로 측정하고 있는 태양풍의 속도 자료가 바로 'ACE 태양풍 속도'라는 항목이 되겠습니다. 아래 그림은 오늘(2월 19일) 현재의 모습을 나타낸 것인데, 태양풍의 속도가 초속 400km를 약간 상회하는 값을 지속적으로 나타내고 있습니다. 평상이 태양활동이 별로 강하지 않을 때에는 300~400 km/s 정도의 값을 항상 유지합니다. 사실 이 속도도 장난은 아닙니다. 총을 쏠 때 총알속도가 정확히 얼마인지 기억은 안나지만, 태양풍의 속도는 이 총알 속도의 수 백배 이상은 되는 것으로 알려져 있습니다. 하지만 CME와 같이 더 강력한 현상이 발생할 경우에는 800~900 km/s까지도 가는데 이러면 총알속도의 몇 천배까지도 간다는 얘기죠. 이런 입자들이 우리를 향해 온다고 상상을 해보면 끔찍합니다. 아래 그림에서 오른쪽은 지난 2003년 10월 24일 당시의 태양풍 속도 그래프인데, 강력한 태양활동 발생시 저렇게 갑작스럽게 상승할 수도 있다는 것을 보여줍니다.

 

 

  

 

GOES 위성 자체에 관해서는 지난 '표출자료 소개 (2)' 게시물에서 소개를 했으므로 여기서는 생략하겠습니다. 다만 GOES 위성의 SEM(우주환경감시)이라는 장비에서 관측하는 인자들 중 양성자 및 전자의 강도 측정결과가 있는데, 이것들이 바로 'GOES 양성자 플럭스', 'GOES 전자 플럭스'에 해당됩니다. 굳이 양성자와 전자를 나눠서 측정하는 것은 좀 더 전문적인 목적이라고 보면 되는데, 예를 들어 위성 자체에 미치는 영향이 양성자와 전자가 약간 다릅니다. 물론 둘 다 안좋은 방향의 영향이라는 것은 마찬가지겠지요. 아래 그림은 GOES에서 측정한 양성자 강도의 그래프입니다. 적색, 노란색, 파란색 세 가지로 나눠져 있는데, 각각은 양성자의 에너지 범위를 달리 하여 측정한 결과입니다. 아무래도 에너지가 약한 입자들이 빈도수는 더 많고, 강한 입자들은 빈도수가 적기 때문에 저렇게 나타나게 됩니다. 이 그림 역시 같은 날짜인 2월 19일의 모습인데, 태양활동이 별로 강하지 않은 시기여서 저렇게 다들 바닥에서 놀고 있습니다. 하지만 오른쪽 그림에서처럼 태양활동이 매우 강한 시기(2003년 10월 27일)에는 양성자 강도 역시 급격하게 강해지는 모습을 보이게 됩니다.

 

 

 

전자 플럭스 역시 입자의 종류만 전자라는 점이 다를뿐 나머지는 양성자의 경우와 거의 비슷하다고 보면 되겠습니다. 다만 전자의 경우는 그 강도가 상승한다기 보다는 아예 측정값 자체가 매우 불규칙한 모습을 나타낸다고 보는 것이 더 맞을 것 같습니다. 강력한 태양활동 발생시 이 전자 플럭스의 측정 자체가 매우 불안정해지기 때문에 이렇게 교란이 심한 측정결과가 나타난다고 합니다. 아래 그림에서 보는 것처럼 조용한 시기(왼쪽)와 태양활동이 강한 시기(오른쪽)의 모습은 서로 극명하게 차이가 납니다.