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| 화성의 대기를 타격하는 태양풍의 모습 |
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1. 개요
태양풍( 太 陽 風, solar wind)은 태양의 강력한 자기장에 의해[1] 태양의 대기층에서 이온 입자들이 플라즈마 형태로 고속으로 방출되는 현상이다.2. 구성과 속도
태양에서 가장 풍부한 원소인 수소가 이온화된 형태가 가장 높은 비율을 차지하기 때문에 그 주성분은 양성자와 전자로 구성되어 있으며, 속도는 약 초속 400km 정도이다.[2] 태양 대기에서 방출되는 물질로 구성되므로 수소 다음으로 풍부한 헬륨이 이온화된 알파 입자도 함유되어 있고, 극소량의 탄소, 질소, 산소, 네온, 마그네슘, 규소, 철과 같은 더 무거운 원소의 중이온도 존재한다.3. 스위치백 현상
파커 태양 탐사선의 조사에 따르면 태양과 가까운 곳에 위치한 태양풍 입자는 자기장이 갑자기 휙 바뀌어버리는 '스위치백(switchback)'이라는 현상이 발생한다고 한다. 이 현상은 수성의 공전 궤도 바깥에서부터는 관찰되지 않으며, 그 원인조차 아직까지는 불분명한 상태라고 한다. #4. 지구자기장과 지자기 폭풍
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지구는 자체적인 지구자기장을 가지고 있어서 태양풍의 영향으로부터 보호받고 있다. 극지방의 오로라는 지구자기장에 의해 태양풍 입자가 산란하면서 발생한다. 태양풍 입자가 지구자기장에 잡혀 극지방으로 끌려가고, 이것이 지구 대기와 상호작용하는 과정에서 빛이 발생하여 오로라 현상을 일으키는 것이다.
태양풍으로 인해 지구자기장이 일시적으로 불안정해지거나 뒤틀릴 수 있는데 이를 지자기 폭풍이라 부른다. 자기폭풍이 발생하면 지구자기장을 이용하는 전자기기들이 교란되고 순간적으로 지상의 금속 물체에 유도전류가 흐를 수 있는 등 위험한 현상이 발생한다.
태양풍은 혜성의 꼬리가 발생하는 원인이기도 한데, 혜성이 태양풍의 열과 압력에 녹아내리면서 벗겨지고 날아가버리는 게 꼬리이다. 이 때문에 혜성의 꼬리는 자신의 진행방향 반대가 아닌, 태양의 반대방향으로 생기는 것을 관찰할 수 있다.
5. 태양 외 항성의 항성풍
태양이 항성이므로, 태양풍은 항성풍의 일종이다. 항성풍은 태양과 같은 항성이 주변으로 입자를 뿜어내는 것을 말하며, 뜨거운 별일수록 기하급수적으로 그 파워가 강해진다. 예를 들어 O형 초거성 나오스 같은 경우 항성풍의 세기가 태양의 백만 배 수준이다. 이 정도면 지구 대기 정도는 가볍게 벗겨진다. 젊은 별들 중에 태양풍의 세기가 제일 강력한 항성은 리겔인데, 만약 태양 대신 리겔을 태양계에 앉혀두면 엄청난 항성풍으로 인해 지구의 대기를 날려버리고 지표면을 난장판으로 만들어버린다.의외로 거대한 A형 주계열성들의 항성풍은 그렇게 강력하지 않은데, 이는 해당 항성들이 대류층이 형성되어있지 않아 다이나모 현상에 따른 자기장이 발생하지 않기 때문이다.
현재 천문학계에선 태양풍이 성간 물질, 혹은 항성풍과 충돌하여 더 나아가지 못하는 최대범위를 태양권의 경계(Heliopause)라고 정의하고 있다. 이 정의에 따르면 태양풍이 미치는 최대 범위는 약 100 AU이며, 보이저 1, 2호는 이미 태양권을 벗어나 성간 공간에 진입한 셈이 된다
이 항성풍의 압력을 이용해서 일렉트릭 세일이라는 추진방식이 구상되어있다. 금속 와이어에 만든 전기장을 돛으로 삼아 추진력을 얻는 방식으로, 유사품으로는 범선처럼 거대한 돛으로 복사압(바람이나 태양풍 입자 대신 광자라고 생각하면 됨)을 받아 나아가는 솔라 세일이 있다.
6. 테라포밍에 미치는 영향
화성의 테라포밍이 어려운 이유가 태양풍 때문이라는 이야기가 있는데, 결론부터 말하자면 반은 맞고 반은 틀린 이야기다.지구는 지구 내부의 암석 대류로 인해 발생하는 지구자기장이라는 자기장으로 둘러싸여 있으며, 이 자기장은 태양풍에 포함된 고에너지 입자들을 지구에 직접 도달하는 것으로부터 막아준다. 이로 인해 태양풍이 지구의 대기를 날려버리는 것을 막고 생명체에게 매우 해로운 우주 방사선도 차단해준다.
하지만 화성은 지구와 달리 내부에 액체 상태의 암석이 없으며 완전히 굳은 암석으로 이루어진 행성이므로 자기장을 거의 형성하지 않는다. 그래서 지구와 달리 화성은 태양풍에 직격당한다. 이런 이유로 과거 훨씬 두터웠던 것으로 추정되는 화성의 대기는 지구의 1% 남짓한 현재의 수준으로 줄어들었고(중력이 약해서 대기의 탈출에 더 취약한 것도 컸다), 인류가 테라포밍으로 의도적으로 대기권을 만들더라도 태양풍이 언젠가 대기를 모두 날려버릴 것이다.
하지만 테라포밍 반대론자들이 간과하는 것은 태양풍에 의한 대기권 소실은 수천만년에 걸쳐 일어나는 일이라는 것이다. 화성에 1기압 정도의 대기를 형성하는 데에 성공했다면 인류가 테라포밍을 완료한 후 완전히 관리에서 손을 떼고 화성을 방치한다고 해도 최소 천만년 이상은 사용할 수 있다는 것이다. 화성의 테라포밍에 500년이 걸려서 천만년을 써먹는다고 해도 충분히 남는 장사이며 최근 수백년 사이 인류의 비약적인 과학 발전 속도를 감안하면 이 정도는 대책을 세우기에 충분하고도 남는 시간이다. 하지만 500년내로 1기압의 대기를 만들 수 있는 방법은 현재로선 소설에 가깝다.
실제로 화성에 자기장을 형성하는 방법에 대한 아이디어 또한 제시되어 있다. 자기장 발생기를 탑재한 인공위성을 화성의 L1 라그랑주점에 띄워서 화성에 인공적인 자기장을 씌운다는 것이다. 현재로서는 도저히 시도해볼 엄두가 안 나는 SF에 가까운 계획이지만, 요점은 저런 거창한 물건이 테라포밍 초창기부터 갖춰져있을 필요는 없으며 일단 테라포밍을 해놓고 가서 살다가 수천, 수만년 후에 대책을 마련해도 늦지 않는다는 것이다.
즉 태양풍 때문에 테라포밍이 불가능하다는 말이 성립하기 위한 전제 조건은 인류가 테라포밍을 완성해둔 후 아무런 유지보수 없이 방치했을 때 수천만년 후에 문제가 생긴다는 것이다. 테라포밍 반대론자들이 테라포밍에는 수백년의 시간이 걸리므로 현 세대가 이득을 누리기 어렵다는 점을 근거로 든다는 것을 생각하면 이들이 진심으로 수천만년 후의 상황을 걱정하고 있기보다는 문제가 생기는 것은 머나먼 미래라는 점을 의도적으로 무시하고 단순히 '태양풍이 대기를 날려버린다'는 사실을 이용해 테라포밍의 어려움을 과장하는 선동을 하고 있음을 알 수 있다.
[1]
태양계의 행성 중 가장 강력한
목성의 자기장조차도 비교가 불가능한 수준으로 태양계 전체에 걸쳐져 있다.
[2]
느린 태양풍과 빠른 태양풍으로 구분하며 느린 태양풍은 250km/s~400km/s의 속도, 빠른 태양풍은 400km/s~800km/s의 속도다.
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