태양풍이 문명을 파괴할 수 있을까? (KISTI)

태양은 매끈하고 둥글고 평화롭습니다. 갑자기 방사능과 플라즈마를 무작위 방향으로 방출할 때를 제외하고는 말이죠.
이 플레어와 CME라고 불리는 코로나 질량 분출은 지구를 강타해 인류에게 심각한 결과를 발생시킬 수 있습니다. 어떻게 이런 일이 가능하고, 어떻게 이런 일이 가능하고, 얼마나 피해를 줄 수 있으며, 어떻게 이런 일이 가능하고, 얼마나 피해를 줄 수 있으며,과연 우리는 이에 대비할 수 있을까요?

태양은 단단한 것처럼 보이지만 사실은 매우 뜨거운 바다와 비슷합니다. 너무 뜨거워서 원자를 원자핵과 전자로 분리시켜 플라즈마의 형태로 서로의 주변을 떠다니게 만듭니다. 이 플라즈마들은 자기장에 의해 밀려서 이러한 모양을 띄게 됩니다. 마치 태양의 중력장이 행성까지 뻗어나가 행성들의 궤도를 형성하는 것 처럼 말이죠.

하지만 자기력은 중력과 매우 다릅니다. 자기력은 이중으로 된 힘인 전자기력의 일부 입니다. 전류는 자기장을 만들고 자기장은 전류를 만듭니다. 태양에선 전하를 띈 양성자와 전자로 구성된 플라즈마가 움직이며 자기장을 만들어내고 만들어진 자기장은 다시 입자의 흐름을 휘게 합니다.

입자들은 동적인 피드백 순환을 계속하는데 이것을 다이너모(Dynamo)라고 하며 이것을 다이너모(Dynamo)라고 하며 태양의 자기장을 유지시켜 줍니다. 이 자기장은 엄청난 양의 에너지를 저장하고 있습니다. 그리고 태양계 전체로 뻗어나갑니다. 자기장은 지속적으로 태양 플라즈마를 배출하는데 이는 태양풍이라고 알려진 플라즈마 비를 쏟아내며 일종의 '우주날씨'를 만듭니다.

하지만 이 과정은 언제나 잔잔하고 부드럽지 않습니다. 태양의 플라즈마가 휘고 주변을 흐르면서 태양의 자기장은 구부러지고 뒤틀리게 됩니다. 이 현상은 엄청난 양의 에너지를 만들어 내는 자기 매듭을 만듭니다. 이 자기 매듭이 얽힌 스프링이 튀어오를 때처럼 끊어지면 태양은 플라즈마와 다른 끔찍한 것들을 태양계에 배출합니다.

이 태양 폭풍은 여러 형태로 밀려옵니다. 마치 고에너지 방사의 파도인 태양 플레어(Solar Flare)처럼요. 플레어는 태양계를 빛의 속도로 날아갑니다. 그리고 양성자와 태양풍을 빠른 속도로 가속시켜 양성자 폭풍(Sloar Proton Storm)을 만듭니다. 그리고 태양의 대기로부터 100만에서 10억 톤의 플라즈마를 분리시키는 코로나 질량 분출(CME)가 있습니다.

CME는 플라즈마를 태양계로 최대 900만km/h의 속도로 분출시킵니다. 이 괴물이 우리를 강타할때, 지구에는 아무일도 일어나지 않습니다. 더 작은 폭풍도 인공위성에 피해를 입힐 수 있고 라디오파 통신을 방해하고 우주비행사들에게 위험할 수도 있지만 지표면에 있는 사람들에게는 우주날씨는 무해합니다.

지구의 대기는 지표면에 닿기 전보다 훨씬 높은 고도에서 고에너지 X선들을 흡수함으로서 태양 플레어가 미치는 최악의 영향으로부터 우리를 보호해줍니다. 코로나 질량 분출로에 의해 전도된 플라즈마는 지구의 자기장에 의해 휘어지고 에너지 폭풍을 북극과 남극으로 방향을 바꿉니다.

에너지를 지닌 입자들이 대기로 떨어지며 반짝이는 현상이 만들어내는 아름다운 오로라가 있는 곳이죠! 다른 기상현상처럼 대부분의 경우는 괜찮습니다. 하지만 때때로 지구에는 허리케인이 불곤 합니다. 태양의 경우, 태양의 슈퍼 태풍(Solar Super Storm)입니다.

우리는 매 세기마다 한두번의 슈퍼 태풍이 일어난다는 것을 알고 있습니다. 만약 오늘 발생하면 무시무시한 천둥이 치기전에 번개가 번쩍이는 것 처럼 우리는 훨씬 위험한 것을 감지하기 전에 강한 태양 플레어를 감지할겁니다. 그 무시무시한 천둥은 바로 몇 십억 톤의 자기를 띈 플라즈마로 구성된 코로나 질량 분출(CME)입니다. 이 플라즈마는 태양과 지구 사이의 거리인 1억 5천만km를 하루도 안 되어 날아옵니다. 이것이 도착하면, 지구의 자기장을 극심하게 압축시키는 충격파를 발생시키고 자기권에 에너지를 저장시킵니다.

하지만 상황이 악화될 수 있습니다. 만약 CME(태양 질량 분출)의 자기장이 지구의 자기장과 딱 맞게 정렬되면 두 자기장이 합쳐지게 됩니다. 이 합쳐진 자기 구름이 지구를 지나갈때 지구의 자기장을 긴 꼬리 모양으로 늘어트립니다. 결과적으로 꼬리에 저장하고 있기엔 너무 많은 에너지가 꼬리에 저장됩니다 꼬리는 탁 끊어지며 가지고 있던 에너지를 지구를 향해 폭발적으로 방출합니다. 바로 지자기 폭풍(Geomagnetic Storm)이 시작된겁니다.

몇 백 년 전에는 아무도 신경쓰지 않았을 것입니다 이 폭풍은 지구위로 쏟아지지만 고기와 뼈로 이루어진 기계에는 영향이 없습니다. 하지만 금속과 전선으로 만들어진 기계에게는 큰 영향이 있습니다. 다이너모를 기억하시나요? 전자기력은 전류를 만듭니다. 21세기의 지구는 전류를 운반하는 몇 백만km의 전선과 송전을 가능하게 하는 변압기같이 복잡한 기계들로 덮여있습니다.

CME의 에너지는 전류를 유도해 전력망을 완전히 망가트리거나 심하면 전력망을 유지하는 변전소를 파괴해버립니다 사실 이것은 이미 일어난 적이 있습니다. 1989년에 강한 태양 폭풍 이후 퀘벡의 전력망이 무너졌었습니다. 하지만 일반적으로 엔지니어들은 이 태풍을 어떻게 대처해야할 지 알고 있었고 그래서 우리는 보통 알아차리지도 못합니다.

마지막으로 태양 허리케인이 지구를 휩쓸었을 때는 1859년이었습니다. 바로 캐링턴 사건입니다. 역대 지구에서 관측된 가장 큰 지자기 폭풍입니다. 캐리비안 해 남쪽에도 거대한 오로라가 생길 정도였습니다. 몇몇 지역에서는 해가 뜨는 줄 알고 자다가 깰 만큼 밝았다고 합니다. 운좋게도 우리는 딱 한가지의 현대 물건이 있었습니다. 바로 전보였죠. 전 세계에 걸쳐 고장이 났고 사용자를 감전시키며 스파크를 튀겼습니다.

오늘날, 우리는 기술을 그때보단 조금 더 가지고 있고 우리의 운이 곧 바닥날수도 있습니다. 또 다른 태양 폭풍은 언젠간 일어날 예정이니까요. 캐링턴 사건때 만큼 강력한 폭풍이 2012년에 지구를 조금의 차이로 빗겨갔습니다. 연구들은 전 세계적으로 전자기기에 심각한 손상을 입히고 미국에서만 손실이 2조 6000억 달러(한화 가치로 약 3131조원)에 달할 것이라고 예상했습니다. 손상된 시스템들을 고치는데만 4년에서 10년의 시간이 걸릴 것으로 추정됐습니다. 피해가 얼마나 심각했었을지 말하기는 힘듭니다. 전문가들은 동의하지 않았습니다. 몇몇은 그저 일시적인 정전에 지나지 않을 것이라고 했고 다른 전문가들은 훨씬 심각할 것이라고 했습니다.

우리는 큰 태양 폭풍이 덮치기 전까지는 확실하게 모를겁니다. 이런 사건이 일어날 확률은 10년에 12%정도로 추정됩니다. 다음 50년 안에 한번은 일어날 확률이 반반 정도라는 뜻이죠 그리고 더 불편한 소식이 있습니다. 2019년에 한 연구는 태양처럼 조용한 항성일지라도 몇 천년마다 슈퍼 플레어를 방출할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

우리가 태양계에서 관찰했던 것들 중 가장 큰 것 보다 훨씬 큰 폭발을 말합니다. 만약 준비되지 않은 채로 이런 폭풍이 우리를 강타한다면 그 결과는 비극적일겁니다. 우리가 전기에 의존하는 정도는 과장하기도 어렵습니다 이건 고작 집에 있는 전구에 대한 것이 아닙니다. 컴퓨터, 통신, 네비게이션이 없다는 것을 의미합니다. 지속되는 정전은 공급 과정의 붕괴로 이끌 수 있습니다. 물 공급이 중단되고 병원의 발전기가 꺼져갈 것입니다 슈퍼마켓에는 재고가 들어오지 않을겁니다. 음식은 경작지에서 썩어가는 동안 말이죠.

전력 부족은 우리의 전력망을 복구하는걸 극도로 힘들게 만들어 우리의 굶주린 문명을 다시 시작하는데 몇 년 또는 몇 십년이 걸릴 것입니다. 좋아요. 패닉에 빠질 시간이네요 일간 신문에서 태양 폭풍이 우리를 석기시대로 돌려보낼거라고 하는걸 얼마나 좋아하던간에 그렇게 되지는 않을겁니다. 비록 태양 폭풍을 예방할 수는 없지만 운좋게도 거의 모든 다루기 어려운 효과들은 예방할 수 있습니다.

태양을 관찰하는 과학자들은 CME가 오기 몇 시간에서 며칠 전에 알 수 있습니다. 세상을 유지하는 시스템과 일하는 엔지니어들은 태양 폭풍이 가지는 위험을 잘 인지하고 있습니다. 변압기와 변전소들은 잠시 꺼둘 수 있습니다. 예방을 위한 정전이죠. 다르게 말하자면, 플러그를 뽑는겁니다. 공학자들은 만들어진 여분 전력을 소비하기 위해 추가 전선을 연결할 수도 있습니다. 다른 자연재해가 필요로 하는 투자와 업그레이드에 비해 적은 비용만으로도 우리는 세계의 전력망을 최악의 태양 폭풍으로부터 보호할 수 있습니다.

하지만 우리는 분명히 준비해야합니다. 위험이 관리 가능한 수준이지만, 진짜로 일어나기 때문입니다. 태양은 우리를 따뜻하고 상쾌한 햇살로 목욕시켜주지만 어느 날 태양은 우리에게 괴물을 보낼 수 있고 그때 우리는 준비가 되어 있어야 할겁니다.