인간, 지구 대기권 '한 번도 벗어난 적 없나'
인간, 지구 대기권 '한 번도 벗어난 적 없나'
  • 함예솔
  • 승인 2019.03.05 07:10
  • 조회수 5616
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지구 대기는 높아질수록 점점 더 얇아집니다. 그러다 어느새 우주 공간이 나타나는데요. 여기서 잠깐! 지구 대기와 우주의 경계는 정확히 어디일까요? 

 

지구 대기와 우주 사이 경계는 어디? 출처: fotolia
지구 대기와 우주 사이 경계는 어디? 출처: fotolia

카르마 라인(Kármán line)

 

보편적으로 받아들여지는 '대기-우주' 간 경계선은 바로 지상에서부터 100km 지점에 있는 '카르마 라인(Kármán line)'입니다. 하버드 스미스소니언 센터의 천체물리학자인 Jonathan C. McDowell은 지난해 7월 <Acta Astronautica>저널에 게재된 연구에서 카르마 라인은 80km가 적절하다고 제안하기도 했는데요.

 

<Journal of Geophysical Research: Space Physics>에 게재된 새로운 연구에 따르면, 지구를 감싸고 있는 대기층은 지구 지름의 약 50배인 63만km까지 확장될 지도 모르겠습니다.

 

지구코로나~ 출처:ESA
'지구코로나' 출처: ESA

'지구 대기의 껍데기' 지구코로나(geocorona)

 

지구의 대기가 우주 공간으로 합쳐지는 곳에는 지구코로나라고 불리는 영역이 있는데요. 지구코로나(geocorona)는 대기권 가장 바깥의 얇은 층으로 외권(exosphere)이라 불리는 지점입니다. 이 영역은 중성수소로 이뤄져 있습니다. 이 곳은 너무 얇기 때문에 그동안 측정이 어려웠습니다. 다만, 태양복사압(solar radiation pressure)이 지구의 중력을 압도하는 지점이 지구에서 약 20만km 떨어져 있어 그동안 과학자들은 그 지점이 지구코로나의 상한선이라고 생각하고 있었습니다. 

 

지구코로나를 SOHO가 관측. 달의 지구 궤도 범위는 점 타원으로 표시돼 있다. 출처: ESA/NASA/SOHO/SWAN; I. Baliukin et al. (2019)
지구코로나를 SOHO가 관측. 달의 지구 궤도 범위는 점 타원으로 표시돼 있다. 출처: ESA/NASA/SOHO/SWAN; I. Baliukin et al. (2019)

그런데 연구팀이 유럽우주국(ESA)와 나사(NASA)가 공동으로 수요하고 있는 소호태양관측위성(SOHO) 자료를 분석한 결과, 지구코로나는 지구 중심으로부터 63만km에 이르는 것으로 나타났습니다. 참고로 지구 중심에서 달 중심까지의 거리는 평균 38만4천km인데요. 이 말은 즉, 지구의 대기가 달을 끌어안고 있다고 할 수 있겠습니다. 러시아 우주연구소의 물리학자인 Igor Baliukin은 "달은 지구 대기를 통과하고 있다"고 말한 바 있는데요. '달-지구' 사이의 평균 거리를 생각해본다면, 지구 대기의 한 가운데를 달이 통과하고 있는 것이라고 볼 수 있겠습니다.

 

소호태양관측위성(SOHO). 출처: NASA
소호태양관측위성(SOHO). 출처: NASA

이번 연구에서 사용된 관측 자료는 소호태양관측위성(SOHO)이 20년 전인 1996년과 1998년 사이 관찰한 것인데요. 이 데이터를 SWAN 장비(SWAN Instrument)에 입력해 지구코로나의 지도를 만들 수 있었습니다. 참고로 SWAN 장치는 행성 간의 매체에 존재하는 중성수소 원자로 인해 후방 산란(backscattered)되는 태양의 Lyman alpha 광자(121.6nm)를 관측하도록 설계된 민감한 장비입니다. 

 

SOHO의 SWAN 장비는 태양을 넘어 행성간 가스(nterplanetary gas)를 마치 등대의 빛처럼 자외선으로 훑듯이 볼 수 있다. 출처: NASA/ESA
SOHO의 SWAN 장비는 태양을 넘어 행성간 가스(nterplanetary gas)를 마치 등대의 빛처럼 자외선으로 훑듯이 볼 수 있어요. 출처: NASA/ESA

우리는 지구에서 지구 코로나를 볼 수 없습니다. 그래서 우주에서 지구코로나를 관측할 수 있는 장비가 필요한데요. 아래 사진은 1972년 아폴로 16호 우주비행사가 지구코로나의 모습을 찍은 사진입니다.

 

아폴로 16호가 찍은 지구 코로나. 출처: NASA
아폴로 16호가 찍은 지구 코로나. 출처: NASA

SWAN 장비는 지구코로나(geocorona)의 빛을 선택적으로 측정할 수 있는데요. 그래서 우주의 저 멀리 떨어진 곳에서 방출되는 Lyman alpha 광자를 걸러낼 수 있었습니다.

 

지구코로나가 이렇게 넓게 확장된다는 건 무엇을 의미할까요? 수소 원자가 자외선을 산란시키기는 하지만, 우주비행사들에게 위험한 방사능 환경을 만드는 태양 폭발로 인해 발생되는 엄청난 양에 비하면  그 양은 무시할 정도입니다. 그렇기 때문에 지구 코로나의 범위가 확장됐다고 하더라도, 우주를 탐사할 때 많은 차이가 생길 것 같지는 않아 보입니다.  

 

이번 발견으로 지구코로나 내에 있는 모든 우주망원경들은 심우주(deep-space)를 관측할 때 Lyman alpha의 기준선을 조절할 필요가 있다는 목소리가 나옵니다. 참고로 심우주란 지구로부터의 거리가 지구와 달 사이의 거리와 같거나 그보다 먼 거리에 있는 우주 공간을 뜻합니다.

 

프랑스 국립과학소(CNRS)의 천문학자이자 SWAN의 전 연구책임자였던 Jean-Loup Bertaux은 "별과 은하의 화학 구성을 연구하기 위해 자외선 파장으로 우주를 관측하고 있는 우주 망원경은 Lyman alpha의 기준선의 조절을 고려해야 할 것"이라고 전했습니다.

 

무엇보다 이 같은 분석을 종합하면 인간은 지구의 대기권을 한 번도 벗어난 적이 없다는 계산이 나오기 때문에 후속 논의가 더 필요해 보입니다.


##참고자료##


Baliukin, Igor I., et al. "SWAN/SOHO Lyman‐α mapping: the Hydrogen Geocorona Extends Well Beyond The Moon." Journal of Geophysical Research: Space Physics (2019).

 

Jonathan C.McDowell, "The edge of space: Revisiting the Karman Line." Journal of Acta Astronautica(2018).

 


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