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태양 폭풍

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목차

1. 개요

태양 폭풍은 태양 대기에서 발생하는 대규모 폭발 현상으로, 태양 플레어, 코로나 질량 방출(CME), 지자기 폭풍, 태양 입자 현상(SPE) 등으로 구분된다. 이러한 현상은 전자기파, 방사선, 플라스마 입자 등을 방출하여 지구의 통신 시스템, 전력 시스템, 우주 비행사 등에 피해를 줄 수 있다. 주요 대책으로는 인공위성을 이용한 상시 감시가 있으며, 과거에는 1859년 캐링턴 사건과 같은 대규모 태양 폭풍이 발생하기도 했다. 최근에는 2024년 5월 태양 폭풍이 발생했으며, 다음 태양 극대기는 2025년 7월경으로 예측된다.

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태양 폭풍
정의
정의태양에서 일어나는 폭발 현상
설명태양 표면에서 갑작스럽게 에너지가 방출되는 현상으로, 전자기파, 입자, 자기장 형태로 우주 공간으로 퍼져나간다.
유형
주요 유형태양 플레어
코로나 질량 방출 (CME)
특징
태양 플레어태양 표면의 특정 영역에서 갑작스럽게 밝아지는 현상
코로나 질량 방출 (CME)태양 코로나에서 플라스마와 자기장이 대량으로 방출되는 현상
영향
지구에 미치는 영향전파 통신 장애
인공위성 고장
전력망 손상
오로라 발생
인체에 미치는 영향직접적인 영향은 미미하나, 우주 비행사에게는 잠재적인 위험 요소가 될 수 있음
추가 정보
관련 용어지자기 폭풍, 우주 날씨
예방 및 대응태양 활동 감시 및 예측
인공위성 및 전력망 보호 시스템 구축

2. 종류


  • 태양 플레어: 자기장의 꼬임, 교차, 재정렬로 인해 발생하는 태양 대기에서의 대규모 폭발이다.
  • 코로나 질량 방출(CME): 태양에서 발생하는 대규모 플라스마 폭발로, 때로는 태양 플레어와 관련되어 나타난다.
  • 지자기 폭풍: 태양의 폭발과 지구 자기장의 상호 작용이다.
  • 태양 입자 현상(SPE): 양성자 또는 고에너지 입자(SEP)이다.

3. 영향과 대책

태양 폭풍은 지구 자기권이나 대기권에서 대부분 약해지지만, 간접적인 영향은 발생할 수 있다. 2008년 테미스 위성이 관측한 것처럼 자기권에 구멍이 있으면 상층 대기에 직접적인 영향을 주어 인공위성에 영향을 줄 수 있다.[3]

태양 폭풍으로 인해 자기권 내에 쌓인 전기 에너지는 전리층에 강한 전류를 흘려 지자기 변동을 일으킨다. 이로 인한 유도 전류가 송전선에 발생하면 정현파 교류 전류를 교란시켜 전력 기기 파손, 발전소나 변전소 파괴, 정전 등 대규모 피해를 유발할 수 있다.[3]

태양 폭풍에 의해 방출되는 전자기파 등은 속도 차이에 따라 3단계로 도달한다.

단계도달 시간주요 영향
1단계광속으로 8분 만에 도달전파 장애, 통신 시스템(인공위성, 비행기 무선 등) 마비
2단계수 시간 내에 도달방사선 피폭 위험
3단계2~3일 후 도달자기권 내 전기 에너지 발생, 유도 전류로 인한 정전 및 전력 시스템 파괴



태양풍 도달 전에 정보를 발신하여 조치를 취하기 위해 인공위성을 통한 상시 감시가 중요하다. NASA의 ACE 위성은 지구와 태양의 라그랑주 점 부근에서 태양 폭풍을 감시하며, 1시간 전에 감지할 수 있다.[3]

탄소 14 동위원소 농도가 증가하여 연대 측정에 오차가 발생한다.[3][4]

3. 1. 전자기파 영향

태양 폭풍이 발생하면 일반적인 태양 플레어보다 훨씬 많은 전자기파(자외선, 광선(가시광선), 적외선, 전파), 자기장의 파동, 입자선, 입자 등이 방출된다. 이러한 것들은 일반적으로 지구의 자기권이나 대기권을 통과할 때 거의 모두 감쇠된다. 유일하게 지표에 도달하는 것은 대기의 창 영역의 전자기파, 즉 가시광선과 적외선이다.

태양 폭풍에 의해 방출되는 전자기파 등은, 그 속도의 차이에 따라, 3단계에 걸쳐 따로 도달한다. 처음에 도달하는 것은 전자기파로, 광속으로 전달되므로 불과 8분 정도에 도달한다. 이는 주로 전파 장애를 일으키고, 많은 통신 시스템(인공위성, 비행기의 무선 등)이 사용할 수 없게 된다.[3][4]

3. 2. 방사선 영향

태양 폭풍이 발생하면 일반적인 태양 플레어보다 훨씬 많은 전자기파(자외선, 광선(가시광선), 적외선, 전파), 자기장의 파동, 입자선, 입자 등이 방출된다. 이러한 것들은 지구의 자기권이나 대기권을 통과할 때 대부분 약해진다. 예를 들어 자외선은 상층 대기나 오존층에 흡수되고, 자기장, 입자선 및 입자는 자기권에 포획된 후 상층 대기 입자와 충돌하여 에너지를 방출하고 무해화된다. 지표에 도달하는 것은 대기의 창 영역의 전자기파, 즉 가시광선과 적외선뿐이다.[3]

태양 폭풍처럼 규모가 큰 경우에도 이러한 방어 기구가 작동하므로 플라스마 입자 등이 직접 지상에 도달하는 것은 어렵다. 하지만 간접적인 영향은 발생할 수 있다. 2008년 12월 테미스가 관측한 것처럼 자기권에 구멍이나 얇은 곳이 있다면 상층 대기에 직접적인 영향이 있을 수 있고, 이 경우 인공위성 등에 대한 영향이 우려된다.[3]

태양 폭풍에 의해 도달한 플라스마 입자 등이 쌓여 자기권 내에 생성된 전기 에너지는 전리층에 강한 전류를 흘려 격렬한 지자기 변동을 일으킨다. 이로 인한 유도 전류가 송전선에 발생하면 정현파 교류 전류를 교란시켜 전력 관련 기기가 파손되거나, 발전소나 변전소 등의 전력 시설이 파괴되어 정전 등 대규모 피해가 발생할 수 있다.[3]

태양 폭풍에 의해 방출되는 전자기파 등은 속도 차이에 따라 3단계로 도달한다.

  • 먼저, 전자기파가 광속으로 전달되어 8분 만에 도달한다. 이는 주로 전파 장애를 일으켜 인공위성, 비행기 무선 등 많은 통신 시스템을 사용할 수 없게 된다.
  • 다음으로 방사선이 수 시간 내에 도달한다. 우주 비행사 등은 방사선을 차단할 수 있는 시설로 피난하지 않으면 피폭될 수 있다.
  • 마지막으로 CME(코로나 가스 분출, 코로나 질량 방출)가 2~3일 후에 도달한다. 이 영향이 가장 위험하며, 자기권 내에 생성되는 전기 에너지로 인한 유도 전류가 송전선에 섞여 들어가면 전류가 교란되어 정전, 전력 시스템 파괴를 초래한다. 이를 방지하려면 발전소 등을 정지하여 송전을 중단하고 강제 정전을 실시해야 한다.[3]


대도시를 중심으로 전 세계적으로 전력 공급에 영향이 예상되며, 복구에 막대한 자금이 소요되어 경제적 손실이 발생한다.

처음 전자기파 도달을 넘기면 본체인 태양풍 도달 전에 정보를 발신하여 필요한 조치를 취할 수 있으므로, 주요 대책으로 인공위성에 의한 상시 감시가 꼽힌다. NASA의 ACE 위성이 지구와 태양의 라그랑주 점 부근에서 태양 폭풍을 상시 감시하며, 태양풍 도달 1시간 전에 감지할 수 있다.[3]

탄소 14 동위원소 농도가 올라가 연대 측정에 오차가 생긴다.[3][4]

3. 3. 코로나 질량 방출(CME) 영향

코로나 질량 방출(CME)은 태양 폭풍에 의해 방출되어 2~3일 후에 지구에 도달한다. CME의 영향은 가장 위험하며, 자기권 내에 생성되는 전기 에너지가 원인이 되어 발생한 유도 전류가 송전선에 혼입되면 전류가 교란되어 정전, 전력 시스템의 파괴를 초래한다. 이를 방지하려면 발전소 등을 정지하여 송전을 중단하고, 강제 정전을 실시할 필요가 있다고 생각된다. 대도시를 중심으로 세계적으로 전력 공급에 영향이 있을 것으로 예상되며, 복구에 막대한 자금이 소요되어 경제적인 손실을 초래하게 된다.[3][4]

3. 4. 기타 영향

태양 폭풍이 발생하면 지구의 자기권이나 대기권에서 대부분 감쇠되지만, 간접적인 영향은 발생할 수 있다. 2008년 12월 테미스 위성이 관측한 것처럼 자기권에 구멍이 있으면 상층 대기에 직접적인 영향이 발생하여 인공위성에 영향을 줄 수 있다.

태양 폭풍으로 인해 자기권 내에 쌓인 전기 에너지는 전리층에 강한 전류를 흘려 지자기 변동을 일으킨다. 이로 인한 유도 전류가 송전선에 발생하면 정현파 교류 전류를 교란시켜 전력 기기 파손, 발전소나 변전소 파괴, 정전 등 대규모 피해를 유발할 수 있다.

태양 폭풍에 의해 방출되는 전자기파 등은 속도 차이에 따라 3단계로 도달한다.

단계설명
1단계전자기파는 광속으로 8분 만에 도달하여 전파 장애를 일으켜 통신 시스템(인공위성, 비행기 무선 등)을 마비시킨다.
2단계방사선은 수 시간 내에 도달하여 우주 비행사에게 피폭 위험을 초래한다.
3단계CME(코로나 가스 분출, 코로나 질량 방출)는 2-3일 후 도달하여 자기권 내 전기 에너지를 발생시킨다. 이로 인한 유도 전류가 송전선에 유입되면 정전, 전력 시스템 파괴를 야기한다. 이를 막기 위해 발전소 가동 중단 및 강제 정전이 필요할 수 있다. 대도시를 중심으로 전 세계적인 전력 공급에 차질이 생기고, 복구에 막대한 비용이 소요되어 경제적 손실이 발생할 수 있다.



태양풍 도달 전 정보를 발신하여 조치를 취하기 위해 인공위성을 통한 상시 감시가 중요하다. NASA의 ACE 위성은 지구와 태양의 라그랑주 점 부근에서 태양 폭풍을 감시하며, 1시간 전에 감지할 수 있다.

탄소 14 동위원소 농도가 증가하여 연대 측정에 오차가 발생한다.[3][4]

4. 과거의 태양 폭풍


  • 기원전 660년: 그린란드의 빙상 코어에 포함된 베릴륨 10(Be)의 농도가 높은 것이 밝혀져, 사상 최대 규모의 태양 폭풍이 발생했다는 설이 제기되었다.[5]
  • 774년 - 775년: 대기 중의 탄소 14 농도가 높아진 것이 밝혀짐(775년 우주선 유입)에 따라, 태양 폭풍이 있었다는 설이 제기되었다. 이 경우, 1859년에 발생한 캐링턴 사건의 약 10배 규모였을 것으로 추정된다.[6]
  • 993년 - 994년:[6] 탄소 14 농도 상승이 밝혀졌다.
  • 1805년
  • 1859년 태양 폭풍(캐링턴 사건/Carrington Event): 매우 격렬한 CME가 발생하여 18시간 만에 지구에 도달, 현재까지 사상 최대 규모로 여겨지는 지자기 폭풍을 발생시켰다. 아직 보급 초기였던 전신 장비는 회로가 단락되어 화재가 발생했다.
  • 1958년: 격렬한 태양 플레어와 CME가 발생. 알래스카의 페어뱅크스에서는 매우 밝은 오로라가 관측되었고, 멕시코에서도 3차례에 걸쳐 오로라가 관측되었다.
  • 1989년 3월의 지자기 폭풍: 위력은 1859년 태양 폭풍과 비교하여 절반 정도였지만, 캐나다의 퀘벡 주 일대에서 정전이 발생했다.
  • 2003년11월 4일: 관측 사상 가장 격렬한 태양 플레어는 2003년 11월 4일의 것으로, 인공 위성과 행성 탐사선에 영향을 미쳤으며, 국제 우주 정거장에서도 만약을 위해 대피가 이루어졌다. 그러나 피해는 제한적이고 일시적이었다. 이 관측 사상 최대의 태양 플레어는 X28이었지만, 이를 훨씬 능가하는 규모의 태양 플레어가 발생할 가능성이 지적되고 있다.
  • 2012년7월 23일: 1859년 태양 폭풍에 필적하는 위력의 태양풍이 지구 곁을 스쳐 지나갔다고, NASA가 2014년 7월에 발표했다. 태양풍은 지구의 궤도 상을 지나갔으며, 발생 시점이 1주일 전이었다면 지구에 직격했을 우려가 있었다. 한편, NASA의 태양 관측 위성 STEREO-A를 직격했으며, 해당 위성이 수집한 데이터를 분석하여 이번 태양 폭풍의 위력이 밝혀졌다.[7]
  • 2024년 5월의 태양 폭풍: 2003년 10월 태양 폭풍 이후, 가장 지구에 영향을 준 지자기 폭풍으로, 북반구와 남반구 모두에서 통상보다 훨씬 저위도 지역에서도 오로라가 관측되었다. 일본에서는 북일본 및 동해 쪽을 중심으로 넓은 지역에서 붉은 저위도 오로라가 관측되었고, 그 외 지역에서도 아이치현이나 효고현에서 관측에 성공했다.

5. 태양 폭풍 예측

만약 1859년과 같은 수준의 태양 폭풍이 지구를 직격한다면, 광범위한 정전이 발생하고, 현대 사회에서 전력이나 GPS에 의존하는 기능, 수도 등의 라이프라인이 파괴되어, 전 세계적으로 2조달러 규모의 피해가 발생할 것이라는 추산(전미 연구 위원회, 2008년)이 있다.[15]

5. 1. 2013년 극대기 예측과 실제

태양 내부에서는 자기를 띤 가스가 컨베이어 벨트처럼 순환한다고 여겨지는데, 이는 지구 해수의 열염 순환과 유사하다. 이 순환은 약 40년 주기로 태양 내부를 일주하지만, 30년에서 50년 사이로 변동한다. 순환 속도가 빨라지는 것은 자기력선이 닫히며 에너지가 축적되고 있음을 의미하며, 가까운 미래에 자기력선이 열려 에너지를 방출할 가능성이 높다고 여겨진다. 이러한 에너지 방출은 약 50년 주기이며, 극대기(11년 주기)에 태양 자기장이 반전하며 자기력선이 크게 움직일 때 발생한다.

최근 순환이 빨랐던 시기는 1986년-1996년 사이이며, 직후 2000년 극대기에는 방출이 없어 다음 극대기에 태양 폭풍 발생 가능성이 제기되었다. 2012년 7월 23일 발생한 태양 폭풍은 1859년의 태양 폭풍과 필적하는 위력이었으나, 다행히 지구를 비껴갔다.

2010년 6월, 미국 항공 우주국(NASA)은 2013년 5월경 다음 태양 폭풍이 태양 활동 극대기를 맞이할 가능성이 있다는 견해를 발표했다[9]。 2013년에는 극대기 정점이 그해 가을부터 겨울경이라는 예상이 나오면서 대규모 태양 플레어 발생 가능성이 제기되었다. 실제로 2013년 5월 중순, X등급(최대 X선 강도가 통상의 100배 이상)의 태양 플레어가 이틀 동안 4번 발생했다. 활발한 흑점군이 지구 정면을 향하지 않아 피해는 없었지만, 향후 추가 발생에 대한 경계가 필요하다[10][11]。

그러나 2008년부터 시작된 제24주기 흑점수 추이는 2009년 NASA 예상에 따르면 1928년과 비슷하여 80년 만에 가장 적을 것으로 예측되었다[12]。 2006년 시점에서는 제24주기가 제23주기와 비슷한 활동 수준을 보이고, 제25주기에서 활동이 크게 저하될 것으로 예상되었다[13]。

최근 약 11년 주기의 태양 활동 주기가 길어지고 있다. 2007년 말 제23주기 말 흑점수 극소기가 시작되었으나, 2008년 1월 흑점 자기극 분포 반전으로 제24주기에 돌입했음에도 활동이 저조하여 극소기가 예상보다 길어졌다. 한때 흑점수가 거의 0이 되었고, 태양풍과 복사 조도는 정밀 관측 시작 후 약 1세기 동안 최저 수준을 기록했다. 2009년 7월 초순 활동이 활발해지기 시작했지만, 이번 주기는 약 13년으로 늘어났다. 과거 주기가 늘어난 시기에 한랭화 경향이 있었기에 소빙기 도래를 우려하는 목소리도 있다[14]。

5. 2. 2025년 극대기 예측

태양 내부에서는 자기를 띤 가스가 컨베이어 벨트처럼 순환하고 있는데, 이 순환은 약 40년 주기로 태양 내부를 일주한다. 하지만 이 주기는 30년에서 50년 사이로 변동할 수 있다. 순환 속도가 빨라지면 많은 자기력선이 닫혀 에너지가 축적되고, 가까운 미래에 자기력선이 열려 에너지를 방출할 가능성이 높아진다. 이러한 에너지 방출은 약 50년 주기로 발생하며, 태양 자기장이 반전되어 자기력선이 크게 움직이는 극대기(11년 주기)와 맞물려 나타난다.

최근 순환이 빨랐던 시기는 1986년에서 1996년 사이였다. 그 직후인 2000년 극대기에는 에너지가 방출되지 않았기 때문에, 다음 극대기에 태양 폭풍이 발생할 가능성이 제기되었다. 2012년 7월 23일에는 1859년의 태양 폭풍에 필적하는 강력한 태양 폭풍이 발생했지만, 다행히 지구를 비껴갔다.

만약 1859년과 같은 수준의 태양 폭풍이 지구를 직접 강타한다면, 광범위한 정전이 발생하고 GPS, 전기 제품, 전자 기기 등 현대 사회의 필수적인 기능들이 마비될 수 있다. 전미 연구 위원회(NRC)는 2008년에 이러한 피해 규모가 전 세계적으로 2조달러에 달할 수 있다고 추산했다.[15]

다음 태양 극대기는 2025년 7월경으로 예측된다.[15]

6. 태양 폭풍을 다룬 작품


  • 오로라의 저편 (영화)
  • 솔라 스트라이크(영화)
  • 노잉 (영화)
  • 판타스틱 4: 실버 서퍼의 위협 (영화)
  • 패스포트 블루 (만화)
  • 시체는 피를 흘리지 않는다 (소설)
  • [http://japan.discovery.com/episode/index.php?eid1=855750&eid2=000000 자연의 습격: 2011년 태양 폭풍] (TV 드라마・디스커버리 채널 2010년 9월)
  • 로보틱스;노츠 (게임)
  • 월드 블랙아웃 (영화)
  • 울트라맨 X (특촬 TV 드라마)
  • 붉은 오로라의 거리에서 (소설)
  • 풀 메탈 패닉! (소설)
  • 밀항자 (영화)

참조

[1] 서적 Solar-Terrestrial Prediction https://link.springe[...] Springer 2023
[2] 간행물 Extreme solar storms based on solar magnetic field https://www.scienced[...] 2018-11
[3] 문서 実際には年輪を利用した較正表があるので、補正できる。
[4] 뉴스 あらゆる電子技術の脅威「強力な太陽嵐」がまた来る!? http://wired.jp/2015[...] WIRED 2015-11-04
[5] 뉴스 過去70年に観測された10倍規模の太陽嵐が、2610年前に発生していた https://www.newsweek[...] 뉴즈위크 2019-03-15
[6] 간행물 樹木年輪に刻まれた突発的宇宙線イベント https://doi.org/10.1[...] 名古屋大学年代測定資料研究センター
[7] 뉴스 12年の強力な太陽風、地球をニアミス NASA https://www.afpbb.co[...] AFPBB NEWS 2014-07-25
[8] 뉴스 太陽嵐が到達、通信の混乱を警告＝米宇宙天気予報センター http://jp.reuters.co[...] 로이터 2011-08-08
[9] 뉴스 2013年5月に新たな人類の危機、巨大な太陽フレアによる「ソーラーストーム」が地球に到達する可能性 https://gigazine.net[...] GIGAZINE 2010-06-08
[10] 뉴스 大型のXクラス太陽フレアが2日間で4回発生、NICTが注意を呼掛け https://sorae.info/0[...] sorae.jp 2013-05-16
[11] 뉴스 極大期のピーク到来、今後2週間の太陽活動に注意 https://www.nict.go.[...] 独立行政法人情報通信研究機構(NICT) 2013-05-16
[12] 뉴스 New Solar Cycle Prediction http://science.nasa.[...] NASA 2009-05-29
[13] 뉴스 Long Range Solar Forecast http://science.nasa.[...] NASA 2006-05-10
[14] 뉴스 太陽活動停滞で0.7度寒く 13年以降にミニ氷河期? http://www.asahi.com[...] 朝日新聞 2010-11-09
[15] 뉴스 太陽活動の第25周期がスタート https://astropics.bo[...] 아스트로피クス 2020-09-16
[16] 서적 Solar-Terrestrial Prediction https://link.springe[...] Springer 2023
[17] 저널 Extreme solar storms based on solar magnetic field https://www.scienced[...] 2018-11


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