태양 슈퍼폭풍 개논(Solar Superstorm Gannon)은 지구의 플라즈마권을 기록적으로 최저 수준으로 분쇄했습니다.

나고야 대학교 우주 지구 환경 연구소의 신보리 아츠키 박사가 이끄는 연구 노력은 폭풍 동안 직접적인 관찰을 수집하고 그러한 사건이 지구의 플라즈마권(행성을 둘러싸고 있는 하전 입자의 보호 영역)을 어떻게 압박하는지에 대한 최초의 상세한 보기를 생성했습니다. 결과는 다음에서 발표되었습니다. 지구, 행성 및 우주강렬한 태양 교란 중에 플라즈마권과 전리층이 어떻게 반응하는지 보여주고 극한의 우주 기상으로 인한 위성 중단, GPS 문제 및 통신 문제에 대한 예측을 개선할 수 있는 통찰력을 제공합니다.

Arase 위성은 희귀한 플라즈마권 붕괴를 포착합니다

2016년 일본 항공우주 탐사국(JAXA)이 발사한 아라세 위성은 지구의 플라즈마권을 여행하며 플라즈마파와 자기장을 측정합니다. 2024년 5월 슈퍼폭풍 동안, 플라즈마권의 심각한 압축과 그에 따른 길고 느린 회복을 기록하기에 이상적인 위치에 있었습니다. 이것은 과학자들이 수퍼스톰 동안 플라즈마권이 그렇게 낮은 고도로 수축하는 것을 보여주는 지속적이고 직접적인 데이터를 얻은 최초의 기록입니다.

“우리는 Arase 위성을 사용하여 플라즈마권의 변화를 추적하고 지상 기반 GPS 수신기를 사용하여 플라즈마권을 다시 채우는 전하 입자의 원천인 전리층을 모니터링했습니다. 두 층을 모두 모니터링하면 플라즈마권이 얼마나 극적으로 수축되고 회복에 그렇게 오랜 시간이 걸리는지 알 수 있었습니다.”라고 Shinbori 박사는 설명했습니다.

슈퍼폭풍으로 플라즈마스피어가 기록적인 최저 고도로 이동

플라즈마권은 지구 자기장과 함께 작동하여 태양과 깊은 우주에서 유해한 하전 입자를 차단하여 위성 및 기타 기술을 자연적으로 보호합니다. 정상적인 조건에서 이 지역은 지구에서 멀리 뻗어 있지만 5월의 폭풍으로 인해 표면 위 약 44,000km에서 안쪽으로 바깥쪽 가장자리가 9,600km로 늘어났습니다.

태양에서 여러 번의 대규모 폭발이 발생한 후 형성된 폭풍은 수십억 톤의 하전 입자를 지구로 방출했습니다. 단 9시간 만에 플라즈마권은 평소 크기의 약 1/5로 압축되었습니다. 복구 시간은 비정상적으로 느려서 재충전하는 데 4일 이상이 소요되었으며, 이는 Arase가 2017년 지역 모니터링을 시작한 이후 기록된 복구 시간 중 가장 긴 시간입니다.

“우리는 폭풍이 처음에는 극 근처에서 강렬한 가열을 일으켰지만 나중에 이로 인해 전리층 전체의 하전 입자가 크게 떨어져 회복 속도가 느려졌다는 사실을 발견했습니다. 이러한 장기간의 중단은 GPS 정확도에 영향을 미치고 위성 작동을 방해하며 우주 일기 예보를 복잡하게 만들 수 있습니다.”라고 Shinbori 박사는 말했습니다.

슈퍼폭풍은 오로라를 적도쪽으로 더 멀리 밀어냅니다.

폭풍이 최고조에 달했을 때 태양의 활동으로 인해 지구의 자기장이 너무 강하게 압축되어 대전 입자가 자기장선을 따라 적도를 향해 훨씬 더 멀리 이동할 수 있었습니다. 그 결과, 좀처럼 경험하기 어려운 곳에서도 선명한 오로라가 나타났다.

오로라는 일반적으로 극 근처에서 발생하는데, 이는 지구의 자기장이 태양 입자를 그곳의 대기로 전달하기 때문입니다. 이 폭풍은 오로라 영역을 북극과 남극권 근처의 일반적인 위치보다 훨씬 더 멀리 이동시켜 오로라가 거의 보이지 않는 일본, 멕시코, 남부 유럽과 같은 중위도 지역에서 디스플레이를 생성할 만큼 강력했습니다. 더 강한 지자기 폭풍으로 인해 빛이 점점 더 적도 지역에 도달할 수 있습니다.

부정적인 폭풍으로 인해 플라즈마구의 정상 복귀 속도가 느려집니다.

수퍼스톰이 도달한 지 약 한 시간 후, 전하를 띤 입자가 고위도의 지구 상층 대기를 통해 급증하여 극지방을 향해 흘러갔습니다. 폭풍이 약화됨에 따라 플라즈마권은 전리층에서 공급되는 입자로 보충되기 시작했습니다.

이 리필 과정은 보통 하루나 이틀밖에 걸리지 않지만, 이 경우 네거티브 스톰(Negative Storm)으로 알려진 현상으로 인해 복구가 4일까지 늘어났습니다. 음의 폭풍에서는 강렬한 가열로 인해 대기 화학이 변할 때 전리층의 입자 수준이 넓은 지역에서 급격히 떨어집니다. 이는 플라즈마권을 복원하는 데 필요한 수소 입자를 생성하는 데 도움이 되는 산소 이온을 감소시킵니다. 부정적인 폭풍은 눈에 보이지 않으며 위성을 통해서만 감지할 수 있습니다.

“음성 폭풍은 대기 화학을 변경하고 플라즈마권으로의 입자 공급을 차단하여 회복 속도를 늦췄습니다. 음성 폭풍과 지연된 회복 사이의 이러한 연관성은 이전에 명확하게 관찰된 적이 없습니다”라고 Shinbori 박사는 말했습니다.

이러한 발견이 우주 기상 및 기술에 중요한 이유

이러한 결과는 극심한 태양 폭풍 동안 플라즈마권이 어떻게 변하는지, 에너지가 이 공간 영역을 통해 어떻게 이동하는지에 대한 보다 명확한 이해를 제공합니다. 여러 위성에서 전기적 문제가 발생하거나 이벤트 중에 데이터 전송이 중단되었으며 GPS 신호의 정확도가 떨어지고 무선 통신이 중단되었습니다. 지구의 플라즈마 층이 그러한 교란으로부터 회복하는 데 걸리는 시간을 아는 것은 미래 우주 기상을 예측하고 지구 근처 우주의 안정적인 조건에 의존하는 기술을 보호하는 데 필수적입니다.