태양의 흑점 폭발이 태양계 행성의 전자기장에 어떤 영향을 줄 수 있나요?

Question

태양의 흑점 폭발이 수성, 금성, 지구 등 태양계 내 행성의 전자기장에 어떤 영향을 미칠까요?

태양풍이 전자기장을 어떻게 감쇄시키거나 변형시킬 수 있는지에 대해 궁금해요.

Answer 1

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

태양 플레어는 강력한 에너지 방출로, 고에너지 입자와 X-선을 방출합니다. 이러한 입자와 방사선은 태양계 행성의 전자기장에 영향을 줄 수 있습니다. 특히, 지구의 자기권에는 극광를 일으키는 영향을 줄 수 있으며, 이는 지구의 극지방에서 아름다운 빛을 만들어냅니다.

태양 플레어와 코로나 질량 방출은 태양에서 대량의 가스와 자기장을 우주로 방출하는 현상입니다. 이 가스와 자기장은 태양풍을 형성하며, 이는 태양계 행성의 자기장과 상호작용할 수 있습니다. 강력한 CME 이벤트는 지구의 자기권과 상호작용하여 지구 자기장을 압축하거나 굽힐 수 있습니다. 이에 따라 지구 자기장 내부에는 전류가 유도되고, 이는 전력망이나 통신 시스템에 영향을 줄 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요. 안상우 과학전문가입니다.

전자 기장은 외부에 자기장의 영향을 받게 됩니다.

태양흑점에서 태양풍으로 인해서 강력한 에너지가 분출 되게 된다면 이 분출 된 에너지 또한 각 행성에 자기장의 영향을 미치게 됩니다.

그 영향이란 자기장이 약해질 수도 있고 자기장의 형태가 변할 수 있으며 때로는 오로라와 같은 전리 증상을 보이기도 합니다.

Answer 3

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

태양풍(太陽風, solar wind)은 태양의 상부 대기층에서 방출된 전하 입자, 즉 플라스마의 흐름을 가리킨다. 태양 외의 항성에 대해서는 이러한 입자의 흐름을 일반적으로 항성풍이라고 부른다.

태양풍내의 플라즈마가 태양권계면과 충돌하는 모습

태양풍은 높은 열 에너지로 인해 태양의 중력을 빠져나올 수 있는 대략 100 eV 정도의 고에너지 전자와 1 keV 정도의 양성자로 구성되어 있다. 이런 빠른 속력을 가지고 있기 때문에 태양풍이 지구 등 행성의 자기권과 부딪힐 때 뱃머리 충격파가 발생하며, 태양풍과 자기권 사이의 상호작용에 의해 지구의 전력송신에 문제를 일으킬 수 있는 지자기폭풍이나 극지방의 하늘을 장식하는 오로라 등이 발생하기도 한다. 또한 혜성의 꼬리가 태양에서 먼 쪽으로 형성되는 이유 등도 태양풍의 작용으로 설명될 수 있다.

태양풍의 구성은 태양 코로나의 구성과 동일하다. 즉 73%의 이온화 수소와 25%의 이온화 헬륨, 일부 불순물이 그것이다. 이러한 구성은 플라스마 형태로 존재하며, 플라스마는 95%의 이온화 수소와 4%의 이온화 헬륨, 0.5% 이하의 소수 이온으로 구성된다. 정확한 구성은 편차가 크기 때문에 측정하기 힘들다. 태양풍의 시료를 채취하여 귀환하는 임무를 지닌 제네시스가 2004년 지구로 귀환했으며, 현재 분석중이다. 하지만, 지구 대기에 재돌입할 때 낙하산이 고장난 관계로 불시착하며 피해를 입은 이유로, 태양 표본이 오염되었을 가능성도 있다.

동적인 기체로 이루어진 태양에서는 적도의 자전 주기는 25일, 극의 자전 주기는 35일이다. 따라서 자전과 함께 자기장 고리는 늘어나고 왜곡이 일어나게 된다. 양성자와 전자로 구성된 초고온의 플라즈마가 수십억 톤씩 흐르는 이 고리가 때로는 태양 폭풍이 발생할 것이라는 전조가 된다.

지구 근처에서 태양풍의 속도는 200 - 889 km/s로 편차가 크고, 평균 속도는 450 km/s이다. 태양은 매 초 1×109 킬로그램(1 테라그램)의 매질을 태양풍을 이용해 분출하는데[1][깨진 링크(과거 내용 찾기)], 이는 핵융합에 의해 에너지로 변환되는 질량인 4.5×109 킬로그램(4.5 테라그램)의 1/5 정도이다. 태양은 앞으로도 1×1013 년동안 이러한 방출을 지속할 것이다. 하지만, 현재의 별형성에 대한 설명은 태양풍은 먼 과거에는 현재보다 1,000배는 더 무거웠으며, 이는 행성 대기, 특히 금성 대기에 큰 영향을 미쳤을 것이라고 한다.

태양풍은 플라스마이므로, 일반 가스의 특성보다는 플라스마의 특성을 지닌다. 예를 들어, 태양풍은 전도체이며, 태양으로부터의 자력선을 가지고 온다. 태양풍의 압력은 대부분의 태양계 즉 태양권에서 자기압을 압도한다. 이러한 바깥쪽으로의 압력은 태양의 회전과 더불어 자기장이 아르키메데스 나선 형태(파커 나선)를 형성하도록 한다. 태양계의 북반구인지 남반구인지와 태양의 주기에 따라, 자기장 나선이 안쪽을 향하거나 바깥쪽을 향한다. 즉 자기장은 북반구와 남반구에서 동일한 나선 모양을 가지지만, 반대의 자기 방향을 띤다. 이 두 자기영역은 두 개의 전류판에 의해 나뉜다. 태양은 매 11년마다 자기장이 반대로 변하며 이에 따라 태양권 전류편의 모양이 바뀐다.

성간매질내의 플라스마는 지구궤도에서의 태양 자기장이 100 배나 세어지게 하는 원인이다. 만약 우주가 진공이라면, 태양의 10-4 테슬라 자기장은 지구 궤도에서는 10-11 테슬라 정도일 것이다. 하지만, 위성 관측에 따르면, 이러한 예상보다 100배는 더 센 10-9 정도이다. 자기유체역학 이론은 자기장 내부의 전도 유체(예, 행성간매질)가 전류를 형성하고, 이 전류는 다시 자기장을 형성하며, 이러한 면에서 자기유체역학 발전기와 유사하다.