'노르웨이 하늘 수놓은 빛의 흔적' 정체는?
'노르웨이 하늘 수놓은 빛의 흔적' 정체는?
  • 함예솔
  • 승인 2019.04.10 06:10
  • 조회수 2375
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오로라가 보이는 노르웨이 밤하늘에 뭔가가 나타났습니다. 외계인일까요? 지난 4월 5일 노르웨이에서 보라색과 파란색, 노란색 불빛이 오로라 근처 하늘을 수놓았는데요. 마치 UFO라도 출현한 것처럼 독특한 광경을 연출했습니다.

 

불빛의 정체는 미 항공우주국 NASA가 지구의 초고층대기(upper atmosphere)의 바람 흐름을 연구하기 위한 새로운 로켓 시스템을 발사하는 과정에서 발생한 것이라고 합니다.

오로라에서는 무슨 소리가 들릴까요? 출처 : 포토리아
언제봐도 아름다운 오로라. 출처: fotolia

일렁거리며 반짝이는 오로라는 사실 태양에서 날아온 입자들이 지구의 대기와 격렬하게 충돌하며 만들어집니다. 아름다운 빛은 이러한 충돌의 가시적 산물이죠. 인간에게는 마치 선물처럼 다가옵니다. 이 과정에는 육안으로 보이지 않지만 운동에너지와 열에너지도 방출됩니다.

 

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NASA가 후원하는 AZURE(Auroral Zone Upwelling Rocket Experiment) 실험의 주요 목표 중 하나는 오로라가 발생시키는 에너지입니다. 이 에너지가 지구로 들어오고 나가는 총 에너지 양에 미치는 정도를 이해하는 건데요. 우리가 오로라에 대해 더 많이 알게 될수록 우리는 지구와 가까운 우주 공간을 이용하는 근본적인 과정을 더 잘 이해할 수 있습니다. 지구와 가까운 우주 공간은 우주비행사의 집이 되거나 GPS 신호·통신에 영향을 줄 수 있기 때문에 중요합니다.

사운딩 로켓. 출처: NASA
사운딩 로켓. 출처: NASA

AZURE은 과학자들의 국제적인 협력의 일환으로 알려진 'The Grand Challenge Initiative' 미션의 일환으로 향후 2년에 걸쳐 발사될 8개의 사운딩 로켓(sounding rocket) 중 하나입니다. 참고로 사운딩 로켓이란 각종 연구를 위해 발사하는 실험용 로켓입니다. 우주로 날아가지 못하고 하늘에서 다시 지상으로 떨어집니다. 

아뇌위아섬(Andøya) 로켓발사 실험장에서 AZURE 미션 테스트 중인 과학자들.출처: NASA’s Wallops Flight Facility
아뇌위아섬(Andøya) 로켓 발사 실험장에서 AZURE 미션 테스트 중인 과학자들. 출처: NASA’s Wallops Flight Facility

이 미션은 노르웨이의 아뇌위아(Andøya) 섬 스발바르(Svalbard) 제도의 로켓 발사 실험장에서 수행됐습니다. 이는 지구의 자기장선이 대기로 굽어내려가 우주로부터 오는 입자와 지구의 입자가 섞이도록 하기 위한 과정을 연구하기 위합니다. 이를 통해 오로라 타원체(auroral oval) 내부에서 일어나는 과정을 연구할 예정입니다. 우주에서 극지방을 내려다보면 지자기극을 중심으로 오로라가 타원 형태로 분포하는데, 이걸 오로라 타원체라고 합니다.

노란색 표시가 E와 F지역. 출처: NASA
노란색 표시가 E와 F지역. 출처: NASA

AZURE 미션을 통해 과학자들은 이온층(ionosphere)의 입자 흐름을 연구할 계획입니다. 이온층이란 지구와 우주의 경계면 역할을 하는 대전된 상태의 대기층을 말합니다. AZURE은 특히 E와 F지역을 중심으로 연구할 계획인데요. E지역은 중간권과 열권 경계인 약 100~150km 사이에 있으며 F 지역은 150km 이상 고도의 열권에 위치해 있습니다. 이 지역들은 모두 대전돼 있으며 전파(radio waves)를 반사하는 특징을 가지고 있습니다.

 

또, E와 F지역은 태양광선이 광이온화(photoionization)되면서 원자로부터 방출된 자유전자를 포함하고 있는데요. 태양이 지면 더 이상 광이온화를 추동할 에너지 공급원이 사라지기 때문에 전자들은 양전하 이온과 다시 결합합니다. 그 지역 전체의 전자 밀도를 낮추는데요. 매일 이러한 광이온화와 이온의 재결합(recombination)의 반복은 E와 F지역을 격동적이고 복잡하게 만듭니다. AZURE는 이 지역의 수직바람( vertical winds)을 측정하는 데 초점을 맞출 것이라고 합니다.

 

발사 중 로켓은 트리메틸알루미늄(TMA)와 바륨-스트론튬 혼합물 등의 화학추적자(chemical tracers)를 배치해 태양에 의한 광이온화가 이뤄지도록 했습니다. 이를 통해 과학자들은 중성입자와 하전된 입자를 추적할 수 있었습니다. 이렇게 추적자는 물질의 이동이나 변화의 경과를 추적하기 위해 사용되는 특이적으로 검출이 쉬운 물질을 말합니다. NASA에 따르면 이 화학추적자가 대기의 하전된 입자와 에너지가 혼합돼 격동하고 있는 수직바람의 밀도와 온도를 측정하는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다. NASA는 지구 표면에서 약 114~249km 상공에서 이 화학추적자를 방출했습니다. 

출처: NASA Wallops
외계인이 아니었습니다. 출처: NASA Wallops

전문가들은 이번 실험으로 만들어진 화려한 UFO 같이 생긴 구름의 움직임을 3차원으로 추적할 예정이라고 합니다. 이를 분석하는 것은 입자들이 이온층을 통과하는 방법에 관한 중요한 데이터를 제공할 전망입니다. 또, 오로라가 대기에서 어떻게 에너지를 저장하고 있는지 이해하는 데 도움이 될 것으로 보입니다.

 


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