태양은 지구 대기에서 일어나는 다양한 기상현상의 근본적인 에너지를 공급하고 있습니다. 여기에는 태풍이나 토네이도 같은 파괴적인 기상 현상도 포함되지만 아무튼 그것없이 우리 인류와 지구상의 대부분의 생명체는 살아갈 수 없을 것입니다. 그런데 최근 리딩 대학 (University of Reading) 의 연구자들은 태양풍이 지구에 더 많은 천둥 번개를 유발할 수 있다는 내용의 연구 결과를 발표했습니다.
태양에서 날아오는 플라즈마의 흐름 (주로 1.5 - 10 keV 정도의 에너지를 가진 전자와 양성자가 주된 입자) 인 태양풍은 지구의 자기장 및 대기와 반응해 매우 다양한 현상들 - 밴 엘런 대나 지구의 독특한 자기권, 그리고 오로라 등 - 을 일으킵니다. 그리고 리딩 대학 기상학부의 크리스 스콧 박사 (Dr Chris Scott, Reading's Department of Meteorology ) 와 그의 동료들에 2014 년 5월 15일 Environmental Research Letters 에 발표한 논문에 의하면 태양풍 자체가 번개를 증가시킬 수도 있는 것으로 보입니다.
(폭풍과 천둥 A thunderstorm above Unna, in Germany. Credit: smial/Wikipedia.)
이전부터 과학자들은 저 멀리 심우주에서 날아오는 고에너지 입자인 우주선 (Cosmic Ray, 초신성 폭발등의 결과물로 발생하는 것으로 이해됨) 이 지구 대기에서 강력한 에너지로 인해서 번개를 유발할 수 있다는 것을 알고 있었습니다. 그런데 태양풍은 높은 입자 농도로 인해 이런 우주선이 지구 대기에 진입하는 것을 방해하므로 일반적으로 반대 작용을 하는 것으로 알려져 있었습니다.
연구팀은 영국 기상청의 번개 관측 시스템이 2000 - 2005 년 사이 기록한 번개의 횟수를 분석했습니다. 이 결과는 다시 나사의 ACE 우주선 (Nasa's Advanced Composition Explorer (ACE) spacecraft. 지구와 태양사이에서 태양풍의 정도를 관측) 의 관측 데이터와 비교되었습니다.
태양풍은 꾸준히 지구 주변으로 불어닥치기는 하지만 사실 하나의 흐름도 아니며 태양의 자전에 따라서 그 세기와 방향도 변하게 됩니다. 예를 들어 태양풍에는 초속 750 km 의 빠른 흐름을 지닌 빠른 태양풍과 초속 400 km 정도인 느린 태양풍이 존재하며 서로 기원하는 위치도 다른 것으로 알려져 있습니다. 연구팀은 이와 같이 변화하는 태양풍의 세기와 번개의 연관성을 연구했습니다.
그 결과 태양풍의 흐름이 지구에 당도한 후에는 평균적인 번개의 횟수가 증가 (321 회에서 422 회로) 하는 것이 관측되었습니다. 태양에서 날아온 에너지 입자들은 일단은 지구 자기장에 간섭을 받지만 일부는 지구 대기로 진입하며 대류권까지 당도할 수 있습니다. 그리고 일단 이 지점에 도달하면 높은 에너지로 인해 번개를 유발할 수 있는 것으로 보입니다.
(“Cosmic rays, tiny particles from across the Universe accelerated to close to the speed of light by exploding stars, have been thought to play a part in thundery weather down on Earth, but our work provides new evidence that similar, if lower energy, particles created by our own Sun also affect lightning."
Credit: Image courtesy of University of Reading)
(설명 영상)
연구의 리더인 스콧 박사는 "우리는 이 입자들이 지상으로 도달해서 관측될 수 있을 만큼의 에너지를 가지고 있지는 않지만 대기중에서 충돌하면서 공기의 전기적 성질을 변화시켜 번개의 횟수를 증가시킨다고 보고 있다 We propose that these particles, while not having sufficient energies to reach the ground and be detected there, nevertheless electrify the atmosphere as they collide with it, altering the electrical properties of the air and thus influencing the rate or intensity at which lightning occurs," 라고 언급했습니다.
실제 연관성과 그 구체적인 메카니즘에 대해서는 좀더 검증이 필요할 것으로 생각되지만 태양풍이 번개를 증가시킬 수 있다는 연구 결과 자체는 재미있어 보이네요.
참고
Journal Reference:
- C J Scott, R G Harrison, M J Owens, M Lockwood, L Barnard. Evidence for solar wind modulation of lightning. Environmental Research Letters, 2014; 9 (5): 055004 DOI: 10.1088/1748-9326/9/5/055004
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