지구 둘러싼 ‘저온 플라스마 구름’ 최초 포착

지구 주위를 둘러싼 저온(cold) 플라스마 구름이 위성을 통해 처음으로 관측됐다.

미국 내셔널지오그래픽 뉴스 등에 따르면 지구 대기권 최상층부터 달까지 거리 4분의 1에 달하는 지점에 ‘저온 플라스마’ 구름이 확산돼 있는 것이 유럽 인공위성 클러스터에서 나온 새로운 정보에 의해 밝혀졌다.

지구 대기권에 형성된 저온 플라스마(움직임이 느린 하전입자)는 태양광이 대기층의 원자에서 전자(음전하)를 벗겨 내 양전하를 띤 중심 부분의 원자핵만을 남긴 입자 구름을 말한다.

학자들은 이런 입자가 관측이 어렵지만 우주 날씨에도 영향을 주고 있는 것은 아닌지 의심해 왔다. 그 예로 지난 23일 발생한 태양 폭풍으로 발생한 대량의 하전입자가 지구 등 행성에 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

하지만 아직 지구를 둘러싼 저온 플라스마의 정확한 양을 파악하지 못하며 이것이 미치는 영향에 대해서도 알려진 바 없다.

스웨덴 우주물리연구소 마츠 안드레 박사는 “이는 TV의 일기예보와 비슷하다”면서 “기본 변수를 파악하지 않은 채 합리적인 예보를 하는 것은 매우 복잡한 일”이라고 설명했다.

그는 “지구 날씨로 말하면 이 저온 플라스마의 발견은 바다가 기상에 영향을 준다는 점을 새로 발견한 것과 같다”고 말했다.

학자들은 이미 지구 상공 약 100km 전리층에 어떤 특수한 저온 플라스마가 존재할 것이라고 지적해 왔다. 하지만 상공 2만~10만km 범위에 있는 입자 구름에 주목한 학자들은 지금까지 얼마 되지 않았다고 한다.

안드레 박사와 그의 동료 크리스 컬리는 이 영역에 플라스마가 존재할 것으로 생각했지만 양전하를 띤 우주선이 연구의 장애가 되리라 생각했다.

저온 플라스마가 생성되는 과정과 같이 태양광은 우주선을 구성하는 원자재로부터도 전자를 빼앗기 때문에 그 선체 외관은 양전하를 띤다. 따라서 자석의 같은 극을 맞춘 것처럼 우주선의 외벽은 저온 플라스마를 튕겨낸다.

저온 플라스마를 탐지하기 위해 연구팀은 유럽 우주 기관(ESA)의 탐사우주선 ‘클러스터 2’의 정보에 나타난 특이성을 분석했다.

‘클러스터 2’는 극단적인 타원 궤도로 지구를 도는 4개의 위성 모임 중 하나로, 이 위성이 지구에서 가장 멀어졌을 때 위치는 지구와 달 사이 거리의 절반 지점이다.

이 때문에 태양에서 나오는 ‘뜨거운’ 하전입자의 영향을 포함해 지구 자기장과 전기적 활동을 세밀히 조사하고 감시하는 것이 가능하게 됐다.

‘클러스터 2’가 수집한 정보로 발견된 특이성은 이런 인공위성 주위를 선회하는 저온 플라스마 충격파인 것으로 밝혀졌다.

끝으로 연구팀은 지구 자기장 끝에 가까운 영역에서는 저온 플라스마가 모든 하전입자의 50~70%를 차지하는 것을 밝혀냈다.

이에 대해 안드레 박사는 “이 발견으로 앞으로는 예상보다 많이 발견된 저온 플라스마를 고려해 새로운 우주 날씨 모델을 제작할 필요가 있을 것”이라고 말했다.

현재 이 저온 플라스마가 태양 폭풍 등에 어떤 영향을 미치는지는 전혀 알려져 있지 않다.

안드레는 저온 플라스마의 영향에 대해 “우주 날씨는 작은 것이 아니다”라며 “이는 ‘방 안에 큰 코끼리가 있다’(누구나 인식하지만 다뤄지지 않는 중요한 문제)라는 것과 같다”고 말했다.

한편 이번 저온 플라스마에 대한 연구는 ‘지구물리학 연구서’(Geophysical Research Letters) 최신호에 게재됐다.

윤태희기자 th20022@seoul.co.kr