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과학과 놀자

태양 입자와 지구 대기가 마찰하는 광전현상

겨울밤 북극 하늘에서는 초록빛 오로라가 피어난다. 오로라는 로마 신화에서 매일 아침 태양의 도래를 알리는 새벽의 여신 '아우로라' 이름에서 유래했다. 새벽의 여신이 여는 하늘의 문이라 불리는 이유다. 그러나 실상을 안다면 결코 아름답게만 보이진 않을 것이다. 강렬한 오로라의 출현은 자연이 선사하는 낭만의 순간이지만, 동시에 통신장비 혼란을 알리는 경고 메시지이기도 하다.오로라는 태양풍과 지구 자기장의 합작으로 탄생한다. 태양에서 ‘플레어’, ‘코로나 질량 방출’ 같은 폭발이 일어나면 그 여파로 태양에서 전기를 띤 입자(하전입자)들이 초속 450km로 분출된다. 이를 태양풍이라 한다. 강력한 태양풍은 수소폭탄 1억 개의 위력을 지닌 것으로 알려져 있다.다행히 지구에는 자기장이 있어 태양풍으로부터 보호한다. 그러나 강력한 태양풍은 지구 자기장을 강타해 지자기 폭풍을 일으키며 일시적으로 지구 자기권에 혼란을 주기도 한다. 이때 태양풍의 하전입자 일부는 지구 자기권으로 들어온다. 지구 자기장을 따라 자기력선이 모이는 극지방의 대기로 빨려 들어간 하전입자들은 대기 상층부에서 산소, 질소 분자와 충돌하면서 빛을 방출한다. 즉 태양에서 만들어진 하전입자와 지구 대기가 마찰하며 나타나는 광전 현상이 바로 오로라다.일반적으로 안정적인 원자나 분자가 흥분하면 다른 원자나 분자로 에너지를 전달해 불안정한 상태를 해소한다. 그러나 지구 대기 상층부는 공기가 희박해 들뜬 상태가 돼도 주변에 에너지를 전달할 곳이 거의 없다. 이 때문에 대기 상층부의 원자는 하전입자와 충돌해 들뜬 상태가 되면 충돌로 얻은 에너지를 오랜 시간에 걸쳐 천

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몸에서도 나오고 우주에서도 들어오는 방사선

방사선이란 단어를 들으면 보통 어떤 느낌이 들까? 방사선을 공부하고, 다뤄온 필자지만 일반인에게 방사선이라는 단어가 기분 좋게 다가가지 않으리라는 건 쉽게 예상 가능하다. 하지만 방사선은 우리 몸에서도 지금 나오고 있다. 인체를 구성하는 성분에는 칼륨-40, 탄소-14, 루비듐-87, 납-210, 폴로늄-210과 같은 방사성동위원소가 포함되어 있어 방사선을 계속 방출한다. 체중 60kg 성인 기준으로, 약 6000~7000Bq(베크렐, 1Bq은 1초에 1개의 원자핵이 붕괴하면서 방출하는 방사능)정도라고 한다.인간뿐 아니라 지구에 존재하는 모든 생명체와 물질은 조금씩 방사선을 내뿜는다. 우리는 방사선에 둘러싸여 있는 셈이다. 그렇다면 우리는 두려움에 떨며 살아야 할까? 결론부터 말하자면 전혀 그렇지 않다. 모든 생명체는 주위에서 발생하는 방사선에 적응하고 진화하며 생명을 유지해왔고 앞으로도 그럴 것이기 때문이다. 자연방사선과 인공방사선지구상의 환경방사선은 자연적으로 존재하는 자연방사선과 인위적으로 생성한 인공방사선 두 가지로 나뉜다. 자연방사선은 지구를 구성하는 지각에 포함된 천연 방사성핵종에서 방출하는 지각방사선, 우주에서 쏟아져 들어오는 우주방사선, 그리고 생명체가 방출하는 방사선으로 구분된다. 인공방사선은 인간의 필요에 의해 인공적으로 발생시킨 방사선인데 우리는 알파선, 베타선, 감마선, 엑스선과 같은 방사선을 인위적으로 만들어 질병 치료와 검사, 구조물 비파괴 검사 등에 활용한다.그렇다면 우리는 이런 환경방사선에 얼마나 노출되고 있을까? 지각을 구성하는 물질은 지역별로 다르기 때문에 지각방사선 노출량은 나라별 도시별로 차이가 크다. 일반적

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고려시대 우리나라에서도 종종 볼 수 있었던 황홀한 오로라…지구 대기를 교란시켜 통신과 GPS에 영향 주기도

옛날 옛적 멀고 먼 나라에 살던 왕과 왕비가 오랜 기다림 끝에 공주를 얻었다. 그러나 기쁨도 잠시, 생일잔치에 초대받지 못한 마법사가 공주에게 물레에 찔려 죽는다는 무시무시한 마법을 걸었으나 착한 마법사의 도움으로 죽음 대신 깊은 잠에 빠지게 된다…. 누구나 한 번쯤 들어봤을 이 이야기는 그림 동화로 디즈니 만화영화로도 제작된 '잠자는 숲속의 공주'다. 공주의 이름은 바로 오로라, 로마신화에서 새벽의 여신이다. 하늘을 가로질러 너울거리는 빛의 향연일생에 한 번은 보고 싶다는 자연 현상인 오로라도 이 새벽 여신의 이름을 따랐다. 하늘을 가로질러 너울거리는 빛의 향연을 보기 위해 세계 사람들이 캐나다 옐로나이프에 모인다. 운이 좋으면 도착한 당일에도 볼 수 있지만, 며칠 기다려야 할 때도 있다. 오랜 기다림 끝에 마주하는 신비한 ‘초록 커튼’은 사람들 머릿속에 각인될 것이다. 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 유행으로 해외여행은 꿈도 꿀 수 없는 지금, 우리는 언제쯤 오로라를 볼 수 있을까? 오로라는 초록색일까오로라는 높은 에너지를 가지는 하전입자(전하를 띤 입자)가 자기력선을 따라 지구 대기로 들어오면서 대기 성분과 부딪쳐 빛을 방출하는 일종의 방전 현상이다. 오로라가 발생하는 지구 고층 대기는 주로 산소 원자와 질소 분자로 구성되어 있는데, 이들이 전자와 충돌해 들뜨게 되고 다시 바닥 상태로 천이하면서 방출하는 빛이 바로 오로라다. 강력한 에너지를 가지는 전자는 질소 분자를 이온화하며 지상에서 약 90㎞ 상공까지 떨어지는데 이곳이 오로라의 끝자락이다. 산소 원자는 에너지 준위에 따라 붉은색과 초록색 빛을 방출