| 2012년 대규모 코로나 질량 방출(CME)이 지구에 도달했을 때의 플라즈마 밀도 시뮬레이터. # |
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1. 개요
지자기 폭풍(地磁氣暴風, geomagnetic storm), 또는 흔히 태양폭풍(solar storm)[1]이란 플레어 등 폭발적인 태양 활동 현상으로 강력한 태양풍이 지구를 향해 방사되어 지구 자기장이 크게 교란되는 현상을 이른다. 이로 인해 지구의 자기장의 급변으로 전자기 유도가 일어나 지구 대기 표면에 유도 전류가 흐르거나 빠른 속도의 태양입자가 유입되어 오로라가 강하게 발생하기도 한다.2. 원인
지자기 폭풍은 태양에서 날아오는 강력한 태양풍이 원인이다. 평소에는 250-400km/s 의 속도로 안정적으로 지구 자기권이 유지되지만, 태양에서 급변현상이 일어나면 태양풍이 평소보다 빠르게 가속된다. 주로 태양에서 일어나는 폭발적인 물질 분출인 코로나 질량 방출(CME)이 발생하거나, 가끔 코로나 홀(Corona hole)이라는 태양풍이 주변보다 밀도가 낮고 빠른 지역이 발생하면, 태양풍이 500km/s이상으로 빠르게 가속된다. 이러면 태양풍이 마치 공기 입자가 빨라져서 폭풍이 되듯이 지구 자기장을 압박한다.이때의 충격으로 지구 자기권은 태양풍과 충돌하여 끊어졌다가 재결합이 일어나게 되는데 이를 통해서 지구 자기권에 충격파가 형성된다. 그 결과 자기작의 교란으로 강력한 급변이 발생, 강력한 지자기 유도가 전 지구 표면에 일어나게 된다. 물론, 자극이 가까운 극지방에서 이 효과는 더 강력하다. 이 뿐만 아니라 태양에서 발생한 빠른 입자(주로 양성자)와 지자기 교란으로 가속된 벤 엘런대의 입자가 지구 대기로 유입되어 오로라를 저위도 지역도 보이게 한다.
NASA 고다드 유튜브의 CME와 지구 자기권의 상호작용.
2.1. 태양풍
2.2. 플레어
2.3. 델린저 현상
3. 위력과 피해
원인 단락에서 설명했듯, 플레어와 CME가 발생하면 평소와는 다른 강력한 태양풍 압력과 방사능을 수반하기에 지구 자기권에 영향을 주어 지자기 폭풍과 전리층의 요란을 일으키게 된다. 이는 EMP 효과를 발생시켜 전자기기가 먹통이 되며, 심각할 경우 국지적인 정전을 일으킬 수도 있다.지자기 폭풍으로 인한 피해는 일반인들에게는 잠깐 불편하고 마는 수준으로 넘어갈 수도 있지만 정밀한 기기를 다루는 연구진들이나 전자기기에 의존해야하는 원양어선, 우주공간에서 활동하는 인공위성이나 우주인들에게는 그야말로 재앙과도 같은 일이다. 그나마 다행이라면 기술이 발전하면서 지자기 폭풍의 발생 가능성을 어느 정도 예측이 가능해졌기 때문에 지자기 폭풍이 발생할 거 같으면 그에 대한 대처를 할 수 있게 되었다는 점 정도.[2] 대표적으로, 1989년 3월 대규모 태양 폭풍에 직격당한 캐나다 퀘벡 지역의 전기망이 마비된적이 있다. 자세한 상황은 아래 문단에서 후술한다.
지자기 폭풍의 강도 등급은 주로 미국 연방해양대기청에서 사용하는 G등급으로 분류되며, G1에서 G5등급까지 5단계로 나누어진다. 연방해양대기청 설명 더 세세하게는 지자기 교란의 정도를 K-index라는 척도로 분류하는데, K = 4 이하 값까지는 안정적인 상태, K= 5 이상 부터는 지자기폭풍으로 본다. K = 5 가 가장 약한 G1등급이고, K = 9가 최고치인 G5등급이다. G3부터 강력한 지자기 폭풍으로 분류하며, G4부터는 지표면의 일상생활에도 영향을 줄 수 있는 정도이다.[3] 태양의 자기장이 11년 주기로 변화하는 현상인 한 태양주기# 동안, 평균적으로 네 차례의 G5 (최고) 등급 지자기 폭풍이 발생한다.
4. 사례
4.1. 캐링턴 사건(1859년 지자기 폭풍)
4.2. 1989년 지자기 폭풍
1989년 3월 6일 발생한 X15등급의 플레어를 시작으로 강력한 플레어가 연속으로 발생하였다. 이러한 연속적인 강력한 플레어는 수많은 CME를 발생시켰고, 3월 13일 가장 강력한 CME가 지구에 도달하였다. 그로 인해 매우 강력한 지자기 교란이 일어났고, 이후 35년간 있던 모든 지자기 폭풍들 중에서 가장 강력하였다. 이 때 강도는 2024년 5월 지자기 폭풍의 1.4배 정도였다. 전리층의 변화로 유럽의 단파 통신이 완전히 침묵하였고, 우주 왕복선 디스커버리는 이날 발사된 직후, 수소연료통 센서가 고장났다.그러나 가장 큰 영향은 전술했듯이 캐나다의 퀘벡주 정전이었다. 전자기 유도 현상로 과전류가 발생, 회로 차단기를 트립하여 변압기의 고장을 일으켰다. 당시 과전류로 불타버린 변압기 전선 이로 인해 9시간 가까이 퀘벡의 전기망은 완전히 정지하였다. 결국 임시로 전기망을 새로 교체하고 나서 전기망을 되살릴 수 있었다.
이 해는 매우 활발했던 태양주기 22의 최고 활발기에 도달했떤 때로, 지자기 폭풍에 큰 영향을 받았던 때였다. 이후 8월 16일에는 또 다른 지자기 폭풍이 캐나다를 강타하여, 토론토 증권거래소의 하드 디스크가 고장, 주식 거래가 중단되었다.
4.3. 2003년 지자기 폭풍
2003년 10월 28일-30일, 태양주기 23 후반기에 강력한 플레어로 인해 발생한 G5 등급의 지자기 폭풍이다. 할로윈 대목에 발생하여 '할로윈 폭풍'이라고도 부른다. 태양 흑점 486에서 28일, 29일 X17과 X 10등급의 플레어로 최대 2200km/s의 태양풍이 발생했고[4] 그 결과로 지구 중위도 지역까지 오로라를 관측 할 수 있었다. 이때 한국 보현산 천문대에서도 현대적 장비를 통해서 처음으로 오로라를 관측하였다.#이 때의 지자기 폭풍으로 당시 위성의 절반 정도가 통신에 영향을 미쳤고, 일본의 관측위성은 심각한 손상을 입었다. 지상에서도 영향을 미쳐 스웨덴 지역 일대의 1시간 동안 정전, 남아프리카공화국의 변압기 폭발 사고를 일으켰다. #
당시의 흑점과 연관된 플레어 지자기 폭풍, 영향을 정리한 영상 (SpaceWeatherLive)
4.4. 2012년 태양풍
2012년 7월 발생한 플레어로 역대 인류가 관측한 것 가운데 가장 강력한 것으로 추산되었다. 이 때 태양으로부터 방사된 미립자와 충격파는 통상 24-36시간, 초속 5백킬로미터의 4배에 달하는 초속 2천 킬로미터에 달하는 것이었고, 지구 자기장을 치명적으로 교란시킬 위험이 있었다. 그러나 다행히도 이 때 태양풍의 방향이 지구가 있는 위치의 반대 방향이었기 때문에 재앙을 피해 갔다.4.5. 2024년 지자기 폭풍
5. 기타
- 만약 엄청난 규모의 슈퍼플레어가 발생해서 그로 인한 지자기 폭풍이 지구에 직격한다면 인류 문명에는 재앙에 가까운 타격이 발생할 수 있다. 그 때문에 여러 가상매체에서는 대형 태양폭풍이 발생해 인류가 멸망하는 작품이 많다. 어쌔신 크리드 시리즈나 노잉 등.
다만 슈퍼플레어는 현재까지 관측된 적이 없으며 인류가 멸망할 정도로 피해를 입으려면 방사되는 지자기 폭풍 궤도의 한 가운데에 있어야하는 천문학적인 확률이기 때문에 그다지 위험성은 없는 편. 2012년에 캐링턴 사건 이후 관측된 지자기 폭풍 중 가장 강력한 폭풍이 발생했는데, 다행히 지구의 이동 궤도보다 2주 빨리 발생해 직격당하지는 않았다.
- 2024년 5월 11일 새벽, 2003년 이후 21년만의 가장 강력한 태양 폭풍이 지구에 도달하면서 전세계 곳곳에서 오로라가 관측됐다. 자세한 건 2024년 지자기 폭풍 참조.
[1] 태양이 지구를 포함한 태양계의 유일한 항성이므로 대개 '항성풍', '지자기 폭풍'은 별다른 수식어가 없는 한 '태양풍', '태양폭풍'을 가리킨다.[2] 전자기기를 보호하기 위해 차폐막을 두르거나 우주선 안으로 피신해서 지자기 폭풍이 지나가기를 기다리는 등의 조치를 취한다.[3] 실제로 한국의 태양활동을 감시하는 우주항공청산하의 우주환경센터에서는 4등급부터 우주전파재난 관심 경보를 내린다. 우주환경센터 설명[4] 태양흑점 486은 5일 뒤인 11월 4일 X45등급의 위성 관측 사상 최대의 플레어를 발생시킨다.영상 다행히도 며칠이 지나 지구 방향에서 다른 쪽으로 있을 때라서 지구에 미치는 영향은 적었다.