1859년 태양대폭풍
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1. 개요
1859년 태양대폭풍(캐링턴 사건)은 1859년 8월 28일부터 9월 2일까지 태양에서 발생한 흑점과 태양 플레어 현상으로, 지구를 향한 코로나 질량 방출(CME)을 동반했다. 이로 인해 역사상 최대 규모의 지자기폭풍이 발생하여 전 세계에서 오로라가 관측되었고, 유럽과 북아메리카 전역의 전신 시스템이 마비되는 피해가 발생했다. 1859년의 사건은 500년에 한 번 발생할 수 있는 규모로, 유사 사건으로는 1872년, 1921년, 1989년 등이 있으며, 2012년에도 비슷한 규모의 태양 폭풍이 지구를 비껴가기도 했다.
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- 1859년 8월 - 1859년 8월 28일 일식
1859년 태양대폭풍 | |
---|---|
사건 개요 | |
![]() | |
태양풍 도달 시간 | 약 17.6시간 |
지자기 폭풍 시작일 | 1859년 9월 1일 |
지자기 폭풍 종료일 | 1859년 9월 2일 |
영향 | 전신국 심각한 손상 |
태양 주기 | 10 |
상세 정보 | |
발생 원인 | 태양 표면의 흑점 폭발 |
주요 영향 | 전신 시스템 마비 전 세계적인 오로라 관측 |
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2. 역사적 배경
1859년 8월 28일부터 9월 2일까지 태양 표면에서 다수의 흑점 및 태양 플레어가 관측되었는데, 이는 이후 거대한 지자기폭풍으로 이어진 일련의 사건들의 시작이었다. 9월 1일에는 1859년 태양대폭풍의 원인으로 알려진 가장 큰 규모의 태양 플레어가 관측되었다.
이러한 태양 활동은 지구에 큰 영향을 미쳤는데, 특히 1859년 9월 1일과 2일에 발생한 역사상 최대 규모의 지자기폭풍은 전 세계적인 현상이었다. 오로라는 평소보다 훨씬 넓은 지역에서 관측되었으며, 통신 시스템에도 심각한 장애가 발생했다.
2. 1. 태양 흑점 및 플레어 관측
1859년 8월 28일부터 9월 2일까지 태양에서 수많은 흑점과 태양플레어가 관측되었다. 9월 1일 직전, 영국의 천문학자 리처드 크리스토퍼 캐링턴이 가장 거대한 플레어를 관측했고,[56] 이 플레어가 지구를 똑바로 향하는 코로나질량방출(CME)을 일으켰다. 방출된 코로나 물질은 보통 3 ~ 4일을 걸리는 거리를 불과 17.6시간만에 주파하여 지구에 도달했다. 이 CME는 두 번째로 발생한 것이었으며, 앞서 발생한 것이 주위의 태양풍 플라스마를 정리했기 때문에 이렇게 빨리 움직일 수 있었다.[56]1859년 9월 1일, 캐링턴과 또다른 영국 아마추어 천문학자 리처드 호지슨(Richard Hodgson)은 서로 독립적으로 태양플레어를 처음 관측하였다. 이와 동시에 스코틀랜드의 물리학자 밸푸어 스튜어트가 큐 천문대의 자기계로 델린저 현상을 감지하였고, 그 다음날 지자기폭풍이 발생하자 캐링턴은 태양과 지구 사이의 연관성을 의심하였다. 캐링턴과 스튜어트의 관측을 지원하였던 엘리어스 루미스는 1859년 지자기폭풍의 효과에 대한 전세계적인 보고를 취합하여 발행하였다.
2. 2. 지자기폭풍 발생
1859년 9월 1일 ~ 2일, 역사상 최대 규모의 지자기폭풍이 발생했다. 전세계에서 오로라가 발생했고, 로키산맥의 오로라는 너무 밝아서 광부들이 아침인 줄 알고 잠에서 깨 식사를 준비할 정도였다.[56] 미국 동북부에서는 오로라의 빛으로 신문을 읽을 수도 있었다.[58] 쿠바와 하와이처럼 극지방에서 먼 곳에서도 오로라를 볼 수 있었다.[59]유럽과 북아메리카 전역의 전신 시스템이 마비되었고, 일부 경우에는 전신 기사가 전기 충격을 당하기도 했다.[60] 전신 철탑에서는 불꽃이 튀었고,[61] 어떤 전신 시스템은 전력 공급원과 단선이 되었는데도 메시지를 보내고 받을 수 있었다.[62] 나침반 등 감지장치들은 자기장의 강력한 타격에 의해 불안정하게 요동쳤다.
지자기 폭풍은 150e6km의 거리를 17.6시간 만에 이동하여 지구로 직접 향한 큰 코로나 질량 방출(CME)에 의해 발생한 것으로 추정된다. 일반적인 CME는 지구에 도달하는 데 며칠이 걸리지만, 8월 29일 대규모 오로라 현상의 원인이었던 이전 CME가 캐링턴 사건을 위해 주변 태양풍 플라즈마의 "길을 뚫어" 이 CME의 상대적으로 빠른 속도를 가능하게 한 것으로 생각된다.[8]
이러한 현상이 발생한 원인을 당시의 과학자들이 연구하였는데, 1859년 9월 1일 정오 직전, 영국의 아마추어 천문학자 리처드 캐링턴과 리처드 호지슨은 독립적으로 가장 초기의 태양 플레어 관측 기록을 남겼다.[8] 캐링턴과 호지슨은 독립적인 보고서를 작성하여 ''왕립 천문학회 월보''에 나란히 게재했으며, 1859년 11월 왕립 천문학회 회의에서 해당 사건의 그림을 전시했다.[9][10]
스코틀랜드 물리학자 밸푸어 스튜어트가 큐 천문대 자력계 기록에서 관측한 지자기 태양 플레어 효과 ("자기 크로셰")[11]와 그 다음 날 관측된 지자기 폭풍 때문에 캐링턴은 태양-지구 간의 연관성을 의심했다. 하지만 그는 두 현상이 관련이 있는지 확신하지 못하고, "제비 한 마리가 왔다고 여름이 오는 것은 아니다"라고 썼다.[9] 미국의 수학자 엘리아스 루미스는 1859년 지자기 폭풍의 영향에 대한 전 세계 보고서를 수집하여 발표했으며, 이는 캐링턴과 스튜어트의 관측을 뒷받침한다.[13]
3. 캐링턴 사건의 영향
캐링턴 사건은 지구에 다양한 영향을 미쳤다. 1859년 8월 29일, 호주 퀸즐랜드에서 오로라가 발생하였다.[57] 1859년 9월 1일 ~ 2일에는 역사상 최대 규모의 지자기폭풍이 발생하여 전 세계적으로 오로라가 관측되었고, 전신 시스템이 마비되는 등 여러 현상들이 나타났다.
스코틀랜드의 물리학자 밸푸어 스튜어트는 큐 천문대의 자기계로 델린저 현상을 감지하였고, 그 다음날 지자기폭풍이 발생하자 캐링턴은 태양과 지구 사이의 연관성을 의심하였다. 캐링턴과 스튜어트의 관측을 지원하였던 엘리어스 루미스는 1859년 지자기폭풍의 효과에 대한 전세계적인 보고를 취합하여 발행하였다. 나침반 등 감지 장치들은 자기장의 강력한 타격에 의해 불안정하게 요동쳤다.
2013년 6월, 영국 런던로이즈와 미국 대기환경연구소(AER)의 연구원들이 캐링턴 사건의 데이터들을 사용하여, 캐링턴 사건과 비슷한 일이 현재 일어났을 때 세계경제에 미칠 수 있는 비용은 미화 2조달러에 이른다고 추산하였다.[63]
3. 1. 전 세계적인 오로라 관측
1859년 9월 1일 ~ 2일, 역사상 최대 규모의 지자기폭풍이 발생하면서 전세계적으로 오로라가 관측되었다. 로키산맥에서는 오로라가 너무 밝아서 광부들이 아침인 줄 알고 일어나 식사를 준비할 정도였다.[56] 미국 북동부에서는 오로라의 빛으로 신문을 읽을 수 있을 정도였다.[58][8][14][45]오로라는 쿠바, 하와이,[59] 일본 남부와 중국,[18] 심지어 콜롬비아와 같이 적도에 매우 가까운 저위도 지역에서도 관측되었다.[19] 멕시코 남중부,[15][16] 퀸즐랜드에서도 관측되었다.[17]
1859년 9월 3일, ''볼티모어 아메리칸 앤 코머셜 애드버타이저''는 다음과 같이 보도했다.[20][49]
> 목요일 밤 늦게 밖에 있던 사람들은 또 다른 웅장한 오로라 현상을 목격할 기회를 가졌다. 그 현상은 일요일 밤의 현상과 매우 유사했지만, 때로는 빛이 더 밝았고, 색채 변화가 더 다양하고 화려했다. 빛은 마치 발광 구름처럼 하늘 전체를 덮는 것처럼 보였고, 그 구름을 통해 더 큰 별들이 희미하게 빛났다. 빛은 보름달보다 더 강렬했지만, 그것이 비치는 모든 것을 감싸는 형언할 수 없는 부드러움과 섬세함이 있었다. 12시에서 1시 사이에 그 현상이 절정에 달했을 때, 이 이상한 빛 아래 잠든 도시의 조용한 거리는 아름답고 특별한 모습을 보였다.
1909년, 호주의 금광 채굴자 C. F. 허버트는 퍼스의 ''데일리 뉴스''에 보낸 편지에서 자신의 관찰을 다음과 같이 이야기했다.[21]
> 저는 로크우드에서 금을 캐고 있었는데, 로크우드 타운십(빅토리아)에서 정도 떨어진 곳에 있었습니다. 저와 제 동료 두 명이 텐트 밖을 내다보니 오후 7시쯤 남쪽 하늘에 거대한 반사가 보였고, 약 30분 만에 거의 형언할 수 없는 아름다움의 광경이 펼쳐졌습니다. 상상할 수 있는 모든 색상의 빛이 남쪽 하늘에서 쏟아져 나왔고, 한 색깔이 사라지면 가능하면 마지막 색깔보다 더 아름다운 다른 색깔이 나타났으며, 그 빛줄기는 천정까지 솟아올랐지만 항상 천정에 도달할 때는 풍부한 보라색이 되었고, 항상 꼬여서 팔을 뻗은 거리에서 손가락 넷이 하늘을 가리는 것처럼 맑은 하늘 띠를 남겼습니다. 천정에서 북쪽 면도 아름다운 색깔로 밝게 빛났고, 항상 천정에서 꼬였지만, 남쪽의 모든 색깔과 북쪽이 항상 일치했기 때문에 단순히 남쪽의 현상을 재현한 것으로 여겨졌습니다. 잊을 수 없는 광경이었으며, 당시 기록된 가장 위대한 오로라로 여겨졌습니다 [...]. 합리주의자와 범신론자는 자연의 가장 절묘한 모습에서 불변의 법칙, 원인과 결과, 신성한 내재성을 인식했습니다. 미신적이고 광신적인 사람들은 끔찍한 예감을 품었고, 아마겟돈과 최후의 멸망의 전조라고 생각했습니다.
3. 2. 전신 시스템 마비
유럽과 북아메리카 전역의 전신 시스템이 마비되었고, 일부 경우에는 전신 기사가 전기 충격을 당하기도 했다.[60] 전신 철탑에서는 불꽃이 튀었고,[61] 어떤 전신 시스템은 전력 공급원과 단선이 되었는데도 메시지를 보내고 받을 수 있었다.[62]1859년 9월 2일 밤, 매사추세츠 주 보스턴과 메인 주 포틀랜드를 잇는 미국의 전신선에서 두 명의 조작자 사이에 다음과 같은 대화가 ''보스턴 이브닝 트래블러''에 보고되었다.
- '''보스턴 조작자 (포틀랜드 조작자에게):''' "배터리 [전원]를 완전히 15분 동안 차단해 주십시오."
- '''포틀랜드 조작자:''' "알겠습니다. 지금 차단했습니다."
- '''보스턴:''' "저도 차단했습니다. 오로라 전류로 작동하고 있습니다. 제 글을 어떻게 수신하고 있습니까?"
- '''포틀랜드:''' "배터리를 켰을 때보다 낫습니다. - 전류가 서서히 오고 갑니다."
- '''보스턴:''' "제 전류는 때때로 매우 강하며, 오로라가 배터리를 중화시키고 번갈아 가며 증폭시켜 때로는 릴레이 자석에 너무 강한 전류를 흐르게 하므로, 배터리 없이 작동하는 것이 더 좋습니다. 이 문제의 영향을 받는 동안 배터리 없이 작동합시다."
- '''포틀랜드:''' "알겠습니다. 업무를 진행할까요?"
- '''보스턴:''' "네. 진행하세요."
이 대화는 약 2시간 동안 어떤 전기 배터리 전력도 사용하지 않고 오로라에 의해 유도된 전류만으로 진행되었으며, 이는 기록상 처음으로 한두 마디 이상이 그러한 방식으로 전송된 사례였다.[26]
4. 유사 사건 및 현대적 의미
캐링턴 사건 이후에도 유사한 태양 폭풍 사건들이 발생했으며, 현대 사회는 이러한 태양 활동에 더욱 취약해졌다.
케네스 G. 맥크레켄 등의 연구에 따르면, 그린란드 얼음핵의 질산염 농도 분석과 나무의 탄소-14, 얼음 코어의 베릴륨-10 분석을 통해 과거 대규모 태양 폭풍의 흔적을 조사할 수 있다.[31][34][52][53]
태양 플레어의 물리학이 훨씬 더 큰 초대형 플레어의 물리학과 유사한지는 아직 불분명하다. 태양은 초대형 플레어를 생성하는 것으로 알려진 별의 유형, 크기 및 회전 속도와 같은 중요한 점에서 다를 수 있다.[34]
4. 1. 과거 유사 사건
케네스 G. 맥크레켄 등이 그린란드 얼음핵 데이터를 수집하여 분석한 결과, 1859년 태양대폭풍과 유사한 규모의 사건은 500년에 한 번 꼴로 발생하며, 그 5분의 1 규모의 사건은 1세기에 수 번 발생할 수 있다는 증거를 발견했다.[64][65]1872년 2월에도 강력한 태양 폭풍이 발생했다.[27] 1921년(1921년 지자기 폭풍)과 1960년에는 덜 심각한 태양폭풍이 발생하여 광범위한 전파 두절이 보고되었다. 1938년(1938년 1월 지자기 폭풍), 1941년, 1958년, 1959년에도 유사한 사건이 발생했다. 1989년 3월 지자기폭풍은 캐나다 퀘벡 전역에 걸쳐 대규모 정전을 초래하였다. 1972년 8월 태양 폭풍의 플레어와 CME는 규모와 강도 면에서 캐링턴 사건과 유사했지만, 극심한 지자기 폭풍을 일으키지는 않았다. 2003년 할로윈 태양 폭풍은 기록상 가장 강력한 태양 폭발을 기록했다. 2012년 7월 23일에는 "캐링턴급" 태양 초대형 폭풍이 관측되었지만, 그 궤적은 지구를 빗나갔다.[5][28] 2024년 5월 태양 폭풍 동안에는 푸에르토리코 남쪽까지 오로라 보레알리스가 관측되었다.[29]

4. 2. 빙핵 및 기타 증거를 통한 과거 태양 폭풍 연구
얼음핵에 포함된 얇은 질산염이 풍부한 층을 분석하여, 과거 태양 폭풍의 역사를 재구성할 수 있다. 케네스 G. 맥크레켄 등은 그린란드 얼음핵 데이터를 수집하여 분석하였다.[64] 그 결과, 1859년 태양대폭풍과 같은 규모의 폭풍은 500년에 한 번 꼴로 발생하며, 그 5분의 1 규모의 폭풍은 1세기에 수 번 발생할 수 있다는 증거를 발견했다.[65]다른 연구에서는 나무의 탄소-14와 얼음 코어의 베릴륨-10을 분석하여 대규모 태양 폭풍의 흔적을 찾고 있다. 774–775년과 993–994년에 발생한 대규모 태양 폭풍의 흔적이 발견되었다.[31][34] 775년에 저장된 탄소-14 수준은 태양 활동의 정상적인 변동의 약 20배, 캐링턴 사건의 10배 이상에 달하는 사건을 시사한다.[32] 이 데이터를 기반으로 할 때, 기원전 7176년의 사건은 774–775년 사건보다 더 강력했을 수 있다.[33]
빙핵의 질산염 농도 분석을 통해서도 과거의 대규모 태양 폭풍 발생을 조사할 수 있다. 이는 고에너지선에 의해 대기 상층부에 질소산화가 일어나는 것을 이용한 것이다.[50][51]
4. 3. 현대 사회에 미칠 잠재적 영향
로이즈 오브 런던과 대기환경연구소(AER)는 2013년 6월, 캐링턴 사건 자료를 바탕으로 이와 유사한 수준의 태양 폭풍이 현재 발생하면 미국에서만 6000억달러에서 2.6조달러의 경제적 피해가 발생할 것이라고 추산했다.[3] 이는 당시 연간 GDP의 약 3.6~15.5%에 해당한다. 대규모 지자기 폭풍은 농업에도 간접적인 영향을 미쳐, 산업 생산 중단으로 비료나 살충제 등 농업 투입물 공급에 차질을 빚을 수 있다. 이 때문에 전 세계적으로 수확량이 38~48% 감소하고, 중부 유럽 등 일부 지역에서는 최대 75%까지 감소할 수 있다는 연구 결과도 있다.[30]5. 한국의 관점 및 대비
1859년 태양대폭풍과 같은 강력한 태양 활동은 대한민국에 특히 심각한 영향을 미칠 수 있다. 대한민국은 고도로 발달된 정보통신 기술(IT) 인프라와 높은 인구 밀도를 가지고 있어, 우주 기상 현상에 대한 취약성이 크기 때문이다.
대한민국의 취약성:
- 높은 IT 의존도: 대한민국은 인터넷, 스마트폰, 금융 시스템 등 IT 기술에 대한 의존도가 매우 높다. 태양풍으로 인한 지자기 교란은 이러한 시스템에 광범위한 장애를 일으킬 수 있다.
- 전력망: 현대화된 전력망은 지자기 유도 전류(GIC)에 취약하다. GIC는 전력망에 과부하를 일으켜 대규모 정전 사태를 유발할 수 있다.
- 인구 밀도: 높은 인구 밀도는 재난 발생 시 피해 규모를 확대시킬 수 있다. 특히, 대도시에 인구가 집중되어 있어 정전, 통신 두절 등의 피해가 더욱 커질 수 있다.
예상되는 영향:
- 통신 두절: 위성 통신, GPS, 이동통신, 인터넷 등 통신 시스템이 마비될 수 있다.
- 전력망 마비: 대규모 정전(블랙아웃)이 발생하여 사회 기반 시설이 마비될 수 있다.
- 경제적 손실: 금융 시스템 마비, 산업 생산 중단, 교통 마비 등으로 막대한 경제적 손실이 발생할 수 있다.
- 사회 혼란: 통신 두절, 교통 마비, 필수 서비스 중단 등으로 사회 혼란이 야기될 수 있다.
대비책:
- 우주 기상 예·경보 시스템 강화: 정확한 우주 기상 예보 및 경보 시스템을 구축하여 피해를 최소화해야 한다.
- 전력망 안정성 강화: 지자기 유도 전류(GIC)에 대한 전력망 내성을 강화하고, 복구 능력을 향상시켜야 한다.
- 위성 시스템 보호: 위성 시스템에 대한 보호 대책을 마련하고, 예비 위성을 확보해야 한다.
- 비상 대응 계획 수립: 정부, 기업, 개인이 참여하는 비상 대응 계획을 수립하고, 정기적인 훈련을 실시해야 한다.
- 국제 협력 강화: 우주 기상 관측 및 예측 기술 개발을 위한 국제 협력을 강화해야 한다.
대한민국은 1859년 태양대폭풍과 같은 극한 우주 기상 현상에 대비하여 철저한 준비를 해야 한다.
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2011-02-16
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