다양한 대상에 "코로나"라는 이름이 붙여져 있습니다. 가장 유명했던 건 아무래도 맥주 상표의 이름이었겠고 도시의 이름으로도 쓰이며 지금 막 검색해보니 축구선수 이름도 있네요. 2019년 겨울부터 우리의 삶을 지배하기 시작한 바이러스도 코로나입니다. 그리고 지금 이 글에서 소개하고자 하는 대상인 천문학에서의 코로나도 있습니다.
* 태양의 대기 분류
태양의 대기는 낮은 층부터 광구(Photosphere, 빛이 나는 구), 채층(Chromosphere, 색채를 가진 층. 얘는 왜 sphere인데 층이지?), 코로나(Corona)로 나뉩니다. 우리가 일상생활에서 해를 볼 때 보이는 밝은 원반이 광구입니다. 온도는 약 5700 K 정도이고 그 두께는 500 km 미만으로 매우 얇은 층이죠. 태양 반지름의 1000분의 1도 안됩니다. 채층은 그 위에 존재하는 중간층으로 두께는 약 2~3000 km 정도이고 온도는 10000 K 전후입니다. 그리고 가장 바깥에 코로나가 존재합니다. 코로나의 위쪽 경계는 딱히 없으며 행성간 공간(Interplanetary space)으로 연결됩니다. 온도는 수백만도 이상이라고 알려져 있죠.
* 왜 하필 “코로나”인가
코로나는 라틴어 어원으로 ‘왕관’이란 의미가 있다고 합니다.
Coronation day. 왕관을 씌워주는 대관식이죠. 코로나 바이러스(COVID-19)도 주변의 돌기로 인해 마치 왕관의 모습을 하고 있어서 그 이름이 붙어졌다고 하네요. 태양의 코로나도 마찬가지입니다. 코로나는 관측하기 매우 힘든 대상입니다. 왜냐하면 코로나에 비해 태양 광구가 너무 밝기 때문이죠. 100만배 이상 차이가 납니다. 그래서 광구를 잘 가려야만 코로나를 볼 수 있는데.. 이게 쉽지 않은 기술입니다. 지상에선 산란광 때문에 더더욱 어렵다고 합니다. 지금이야 발달된 기술로 코로나그래프(Coronagraph)라는 기기를 제작하여 태양 원반을 잘 가리고 관측할 수 있지만, 1970년대 이전에 코로나를 관측할 수 있는 유일한 기회는 개기일식때 뿐이었습니다. 지구와 달의 거리가 적절하게 떨어져 있어서 태양이 정확히 가려지게 되는 현상이 운 좋게 일어나기 때문에 예전부터 코로나의 존재는 알려져 왔습니다. 개기일식 때 보여지는 태양의 모습이 마치 진줏빛을 한 왕관과 같기 때문에 코로나라는 이름이 붙여졌다고 합니다. 비슷하게 채층 또한 개기일식때 관측되고, 그 때의 특징으로 이름이 붙었습니다. 불그스름한 색을 띄는 얇은 층이 보였거든요. 붉은 이유는 수소원자에서 나오는 빛 중 가시광에서 가장 강한 빛인 Hα (H-alpha)선의 파장이 656.3 nm로 붉은 색에 위치하기 때문입니다.
https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_eclipse
1919년 개기일식 관측 자료입니다. 물리학적으로 굉장히 중요한 의미를 갖고 있죠. 자세한 내용은 누군가가 댓글로 설명할 겁니다. 어때요? 왕관같이 보이시나요?
* 코로나의 분류
코로나에서 나오는 빛을 발생 원리로 나눠보면 크게 세 가지로 구분할 수 있다고 합니다.
코로나 스펙트럼에서 방출선(Emission line)으로 나타나는 빛입니다. 특정 파장에서만 빛이 납니다. 코로나에 존재하는 다양한 원자들이 들뜸과 가라앉는 과정을 거치면서 내는 빛입니다. 그 중 일부는 어떤 원자인지 몰라서 "코로나에서 발견된 새로운 물질" 이라는 coronium을 주장하기도 하였으나.. 실상은 수 백만도의 온도에서 10번 넘게 이온화된 철(Fe)이란게 밝혀졌죠.
- K 코로나
독일어의 Kontinuum (영어의 continuum, 연속 스펙트럼) 의 첫 글자가 붙은 코로나입니다. 말 그대로 완만하면서 연속적인 스펙트럼을 보여줍니다. 광구에서 출발한 빛이 자유전자의 톰슨 산란(Thomson scattering) 과정을 거쳐 관측되는 빛입니다. 태양 근방에서 지배적인 코로나입니다.
- F 코로나
태양 광구에서 관측되는 강한 흡수선들인 프라운호퍼 선(Fraunhofer line)들이 코로나에서도 동일하게 관측된다는 의미에서 F가 붙습니다. 광구에서 나온 빛을 우주에 존재하는 먼지들이 산란시킨 결과입니다. 태양에서 1.5 태양반경 이상 멀어지면서 가장 주요한 코로나가 되고 결국 황도광(Zodiacal light)과 연결되는 빛입니다.
*코로나를 왜 연구하는가 https://www.thisisgame.com/webzine/series/nboard/213/?series=42&n=46723
학자들이 연구하는데에 뭐 이유가 따로 있나요. 그냥 궁금하니까 알아보려고 하는거죠. 그러니 오락과 연구를 동일시 하는 사람은 대학원생 형벌에 처하는 것으로 합시다. 조금 더 실용적인 측면을 따져보면 특히 [K 코로나]가 현대문명에 있어 중요하다고 합니다. [대단하다! K 코로나!!!] 그래요. 이 드립 어떻게든 한번 쳐 보려고 이 글을 썼습니다. 드립 한번 치기 참 힘드네요.
코로나에서는 다양한 현상들이 일어난다고 합니다. 평상시에도 태양은 항상 바람을 뿜어내고 있습니다. 한겨울에 북서쪽에서 불어오는 바람을 북서풍이라 부르고, 주식시장에 불어오는 새 바람을 신풍(…)이라 부르듯이 태양에서 불어오는 바람을 태양풍이라고 합니다. 속도는 느리면 400 km/s 에서 빠르면 1000 km/s 라고 하니 엄청난 초강력 바람입니다. 태양풍은 멀리멀리 날아갑니다. 새로운 아재 인증 판독기인 명왕성보다 더 먼 곳까지 날라간다고 하네요. 태양풍이 영향을 미치는 영역을 태양권(Heliosphere)이라고 합니다.
이 경계 너머에서는 다른 항성에서 불어오는 항성풍(Stellar wind)을 맞게 될 겁니다. 보이저 1, 2호가 태양권을 넘어서 결국 태양계 밖으로 나가버리고~~~ 말았다는 소식이 얼마 전에 알려졌죠. 자세한 내용은 추게에 있는 아라타 님의 글(링크)을 읽어보심이…
더 유명한 태양권도 있습니다. 대머리 혐오를 멈춰주세요!
연구하시는 분들에게는 태양풍으로 인한 태양 자전의 각운동량 손실이라든지 항성풍의 질량 유출로 인한 항성의 수명 등이 중요들 하시겠지만… 뭐 우리 같은 사람들에겐 맨날 비슷하게 부는 바람이 뭐가 중요하겠습니까. 우리에겐 이런 잔잔바리보다 폭발적인 임팩트가 중요하죠. 코로나에서 사건(Event)이라 부를 수 있는 가장 대표적인 두 현상은 플레어(Flare)와 코로나 질량 방출(Coronal Mass Ejection; CME)입니다. 플레어는 일시적으로 급격하게 밝아지면서 강력하면서도 다양한 전자기파(감마선부터 전파까지..)를 발산하는 현상이고 코로나 질량방출은 말 그대로 다량의 물질들을 순간적으로 뿜어내는 현상입니다.
플레어 입니다. 딱 봐도 위험해 보이지 않습니까?
코로나그래프로 관측된 코로나. 초반에 떠오르는 버블 같은 형체가 코로나 질량 방출입니다. 그리고 생기는 노이즈들은 고에너지 입자 (Solar energetic particles). 이런 거 맞으면 아프겠죠?
특히 코로나 질량 방출은 고에너지 입자들과 자기구름(Magnetic cloud)을 뿜뿜하며 태양 폭풍(Solar strom)을 일으켜 근 지구 우주환경에 직접적인 영향을 미칩니다. 이공계 나오신 분들은 아실껍니다. 전기와 자기는 서로 사이좋은 관계에 있습니다.
https://m.blog.naver.com/ghostree22/10190584332
태양에서 날라온 자기장을 머금은 전자들이 도착하는데에 하루 정도 걸리고 통과하는데에 또 하루에서 이틀 정도 걸립니다. 그 동안 지구 자기장을 교란시키고 현대문명에 영향을 주게 됩니다. 아까 설명했듯이 자유전자의 분포는 K 코로나로 알 수 있으므로 K 코로나 관측으로 지자기 교란을 예측할 수 있겠죠. 위에서 보여드린 코로나 질량방출 동영상에서 대부분의 빛은 K 코로나 입니다.
* 어떤 영향을 주는가
강려크한 태양 폭풍은 다음과 같은 피해를 현대문명에 입힌다고 합니다.
- 인류에게 직접적으로 방사선 피해를 입힙니다. 지상은 그래도 안전하겠지만 우주비행사나 극항로를 통과하는 항공기 승무원들은 영향을 충분히 받을 수 있습니다. 극항로가 위험한 이유는 전하를 띈 입자들은 자기력선을 따라 움직이기 쉬운데 자극(Magnetic pole)은 자기력선이 지상과 연결되는 지점이거든요. 뚫린 구멍이라고 고에너지 입자들이 마구 침투하게 됩니다. 오로라도 그 결과이고요.
- 전리층의 교란으로 통신도 어려워집니다. 티비도 못보고 전화도 안되고. 유튭 몇 분 접속장애라고 난리인데 이쯤 가면 막 하자는 거지요. 가장 위험한 건 군 시설이 아닐까 싶네요. 통신이 안되는 군대라… 말년병장 짱박혀있긴 좋겠네요.
- 송유관 등 금속에 전류가 흐름으로 급격한 부식이 일어날 수 있습니다. 기름 줄줄..
* 천연 쉴드. 지구 자기장
하지만 여러분, 지구는 안전합니다. 안심하고 생업에 종사하십시오. 지구 자기장이라는 자체 쉴드가 우리를 보호하고 있기 때문이죠. 지구 자기장이 없었다면 방구석에서 제가 이런 글을 쓰고 있지도 못하고 태어나기는커녕 아빠쪽에 있을 수도 없었을 겁니다. 또 다른 쉴드인 오존층은 플레어로 발생하는 감마선 엑스선 같은 전자기파를 막아주죠. https://en.wikipedia.org/wiki/March_1989_geomagnetic_storm
참고로 달에는 자기장이 거의 없습니다. 만약 우리가 달로 이주를 하게 된다면 태양 폭풍에 대한 대비책을 가지고 있어야 합니다. (동굴로 숨는다든지...) 1969년 아폴로 11호가 달에 다녀올 당시 우리에겐 태양 폭풍을 예보할만한 기술이 없었습니다. 무려 태양 활동이 활발한 극대기(Solar maximum)임에도 불구하고 아무 탈 없이 귀환하였습니다. (http://www.stce.be/news/460/welcome.html) 운이 좋았던 걸까요? 아니면 달 뒷편에 있는 외계인이 보호해 주었을지도...?
연구에 따르면 태양은 비스무리한 다른 별들에 비해 유독 활동이 약하다고 합니다. 지질학적 조사를 통해 과거의 태양활동을 분석해봐도 지상의 생명체들에게 영향을 끼칠만한 사건은 없었다고 하는군요. 우리가 운이 좋은 걸까요? 지적 생명체가 탄생하기 위한 필요조건일까요? 아니면 그 날이 아직 도래하지 않은 걸까요. 만약 지구 자기장과 오존층을 모두 벗겨버릴 강력한 태양폭풍이 온다면 다음과 같이 될지도 모르죠.
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