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지구를 둘러싼 보호 쉴드 ?


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 스타트렉 같은 SF 물이나 혹은 게임 등에는 불가사의한 힘으로 우주선이나 혹은 전투기 등을 보호하는 쉴드 (Shield) 가 등장합니다. 종종 투명하기도 한 이 쉴드들은 강력한 힘으로 적의 공격을 방어합니다. 그런데 콜로라도 불더 대학 (University of Colorado Boulder) 이 이끄는 연구팀의 연구에 의하면 지구 표면에서 7200 마일 (11,587 km) 정도 상공에도 이런 보이지 않는 쉴드가 있다고 합니다. 이들의 연구는 밴 앨런대와 연관이 있습니다. 


 콜로라도 불더 대학의 대기 및 우주 물리 연구소 (Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP))를 이끄는 다니엘 베이커 교수 (Professor Daniel Baker) ​는 1958년 밴 앨런대 (Van Allen radiation belts)를 발견한 아이오와 대학의 제임스 밴 앨런 교수(Professor James Van Allen)의 제자입니다. 


 2012년 나사는 밴 앨런대의 연구를 위해서 두개의 밴 앨런 프로브를 발사했는데 실제로는 세번째 벨트가 있다는 사실을 발견했습니다. (   http://jjy0501.blogspot.kr/2013/03/blog-post_2.html 참조) 베이커 교수의 연구팀은 여기서 더 나아가 밴 앨런 프로브의 데이터를 바탕으로 밴 앨런대의 특징을 연구했습니다. 


 연구팀은 외곽 벨트 (outer belt) 의 안쪽에 이상할 정도로 날카롭게 구분되는 경계가 있다는 사실을 발견했습니다. 이 경계는 지표에서 약 7200 마일 정도에 위치해 있었습니다. 우주에서 날라오는 초고속 전자들은 이 위치에서는 더 전진을 하지 못하고 차단되고 있었습니다. 이 전자들의 움직임은 마치 유리벽에 의해 차단된 것 같았다고 합니다. 



(밴 앨런대와 보이지 않는 쉴드를 표현한 그림, 녹색과 하늘색 층이 밴 앨런대이며 보이지 않는 장벽은 벽돌처럼 묘사됨  Scientists have discovered an invisible shield roughly 7,200 miles above Earth. Credit: Andy Kale, University of Alberta ) 



 이들이 네이처에 보고한 내용에 따르면, 본래 과학자들은 초속 16 만 km 로 날아오는 고에너지 전자들이 지구 대기에 들어와 대기 입자와 충돌해서 사라질 것으로 예상했지만 반대로 갑작스럽게 지표면 7200 마일 상공에서 사라지는 것을 확인했다고 합니다. 


 어떻게 이런 현상이 일어나는 지에 대해서 아직 확실한 설명은 없습니다. 가장 가능성이 높은 가설은 빠른 속도로 이동하는 전자들이 지구 자기장에 걸려 차단된다는 것입니다. 하지만 왜 이렇게 갑자기 차단되는지는 설명하기 힘듭니다. 다른 설명은 지구 대기권의 최상층 밖에 층인 플라즈마권 (plasmasphere) 과 초고속 전자와의 상호 작용입니다. 


 플라즈마는 이온과 전자가 분리된 상태로 우주에서는 매우 흔한 물질의 형태입니다. 이 플라즈마권은 지구 반지름의 몇배에 달하는 넓은 범위에 퍼져 있으며 태양풍과 상호 작용을 일으킵니다. 이 층은 지구 자기권의 안쪽에 있기 때문에 내부 자기권 (inner magnetosphere) 라고도 불립니다. 



(지구의 플라즈마권 Obtained from NASA's website: http://plasmasphere.nasa.gov)  


 아마도 이런 플라즈마권의 존재가 이런 보이지 않는 장벽을 만들고 있는지도 모릅니다. 사실 이런 전자들은 인체에도 유해하기 때문에 국제 유인 우주 정거장에 있는 우주인들에게는 매우 다행한 일이라고 할 수 있죠. 물론 미래 달과 화성 유인 미션에서는 이런 보호를 받을 수 없기 때문에 이에 대한 방호 대책이 필요하긴 합니다. 


 스타트렉에서 나오는 쉴드는 우주선 방어하는 데 주로 사용되지만 지구를 둘러싼 쉴드는 지구 전체를 보호하는 역할을 합니다. 우리가 비록 그것을 육안으로 볼 가능성을 없지만 그래도 고마운 존재들이죠. 


 참고 
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​Journal Reference:
  1. D. N. Baker, A. N. Jaynes, V. C. Hoxie, R. M. Thorne, J. C. Foster, X. Li, J. F. Fennell, J. R. Wygant, S. G. Kanekal, P. J. Erickson, W. Kurth, W. Li, Q. Ma, Q. Schiller, L. Blum, D. M. Malaspina, A. Gerrard, L. J. Lanzerotti. An impenetrable barrier to ultrarelativistic electrons in the Van Allen radiation belts. Nature, 2014; 515 (7528): 531 DOI: 10.1038/nature13956

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