오로라

오로라는 태양의 대기층인 코로나에서 끊임없이 방출되는 고에너지 입자의 흐름인 태양풍이 지구 대기권에 진입하여 발생하는 발광 현상입니다. 태양풍은 전자와 양성자의 전기를 띤 입자들로 이루어져 있으며, 초속 수백 킬로미터에 달하는 엄청난 속도로 우주 공간을 가로질러 지구를 향해 날아옵니다. 지구는 이런 유해한 태양풍으로부터 스스로를 보호하기 위해 방패 역할을 할 수 있는 지구 자기장을 가지고 있습니다. 이 자기장은 지구의 핵에서 발생하는 대류 현상 때문에 생기며, 태양풍 입자의 대부분을 지구 밖으로 튕겨내는 역할을 합니다. 지구 자기장은 행성 전체를 균일하게 감싸는 것이 아니라, 마치 깔때기처럼 자기 극 부근에서 집중되는 특성을 보이는데 이러한 자기장의 특성 때문에 태양풍 입자 중 일부는 자기력 선을 따라 지구의 자기 극을 향해 끌려들어 오게 됩니다. 자기장이 극지방으로 갈수록 밀집되는 특성 때문에 오로라가 주로 극지방에서 관측됩니다. 태양에서 나오는 태양풍에는 전기를 띤 입자들인 전자와 양성자 등이 방출되는데, 이 태양풍 입자들이 지구에 도달되면 지구의 자기장에 의해 극지방으로 이끌려 들어갑니다. 극지방 상공에서 이 입자들은 지구 대기에 있는 산소 원자와 질소 분자 등과 충돌하게 되고, 태양풍 입자와 대기 원자 및 분자가 충돌하면, 대기 입자들은 에너지를 얻어 들뜬 상태가 됩니다. 들뜬 상태는 불안정하기 때문에, 대기 입자들은 다시 안정된 원래 상태로 돌아가려고 합니다. 이 과정에서 얻었던 에너지를 특정 파장의 빛의 형태로 방출하는데, 이 빛이 바로 오로라입니다. 지구의 대기는 약 78%의 질소와 21%의 산소 등으로 구성되어 있기 때문에,  태양풍 입자가 어떤 기체와 충돌하는지에 따라 방출되는 빛의 파장이 달라져 색깔이 결정됩니다. 태양풍 입자가 산소와 결합하면 주로 녹색과 붉은색 오로라를 만들어내고, 질소와 결합하면 주로 푸른색, 보라색, 분홍색 오로라를 만들어냅니다. 같은 기체라도 고도에 대기의 밀도가 다르기 때문에, 충돌하는 고도에 따라서도 오로라의 색깔이 달라질 수 있습니다. 가장 흔하게 관측되는 색은 초록색인데, 지상으로부터 약 100km에서 300km 사이의 고도에서 산소 원자가 태양풍 입자와 충돌할 때 발생합니다. 이 고도에서는 산소 밀도가 높아 초록색 오로라가 가장 흔하게 관측되며, 인간의 눈에 가장 민감한 파장대의 빛이기 때문에 가장 선명하게 인식됩니다. 붉은색 오로라는 지상으로부터 300km 이상의 높은 고도에서 산소 원자가 강한 에너지의 태양풍 입자와 충돌할 때 나타납니다. 이 고도에서는 산소 밀도가 낮아지고, 에너지를 방출하는 데 시간이 더 오래 걸려 더 긴 시간이 소요되기 때문에 높은 고도에서 관측되며 초록색 오로라보다 드물게 나타나며 더 높은 파장의 붉은색 빛을 냅니다. 푸른색 및 보라색 오로라는 주로 고도 100km 이하의 낮은 고도에서 질소 분자가 고에너지 태양풍 입자와 충돌할 때 주로 나타납니다. 질소 원자가 이온화되면서 방출하는 빛으로, 태양 활동이 활발할 때 더 잘 관측될 수 있습니다. 이 색깔은 비교적 희귀하며, 분홍색과 노란색은 각각 붉은색+녹색, 또는 푸른색+녹색의 혼합으로 나타나기도 합니다. 오로라 활동의 강도를 나타내는  지구 자기장의 교란 정도를 나타내는 지표로, 지수가 높을수록 오로라 활동이 활발하다는 의미입니다. 일반적으로 KP 3 이상이면 육안 관측이 가능하며, KP 5 이상은 강력한 오로라 폭풍을 의미합니다.