캐링턴이 이 flare의 정체가 무엇일까 몰두해 있는 동안, 이 태양폭발에 의해 발사된 물질들은 우주공간을 날아서 지구로 향하고 있었다. 바로 다음날 전 지구가 엄청난 오로라에 휩싸인다. 이 오로라는 역사가 기록된 이래 가장 강력한 오로라였는데, 하와이나 적도지방에서도 잘 보였고, 미국 동부에서는 한 밤중에 책을 읽을 수 있을 정도였다고 한다. 이웃나라 일본에서도 이날 밤의 기록이 잘 남아 있으므로 한반도에서도 오로라가 잘 보였을 테지만, 아쉽게도 조선 후기의 사관은 이를 기록하지 않았다.

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그림) 1859년 오로라를 미국 동부의 화가가 그린 작품

캐링턴은 이 사건을 계기로 오로라가 태양활동과 관련이 있다고 주장을 했다. 오로라의 정체에 대한 2천년 간의 미혹에서 벗어나는 순간이었다. 하지만, 학계에서 그의 주장이 받아들여지기 까지는 50년이 더 필요했다. 당시 물리학계의 권위자였던 켈빈 경도 이를 ‘단순한 우연’이라고 무시했었다.

이제 우리는 1859년에 일어났던, 이 엄청난 오로라와 이를 일으킨 geomagnetic storm을 ‘Carrington Event’라고 부른다. 캐링턴 이후 여러 학자들의 노력으로 결국 오로라는 태양활동과 밀접한 관계가 있다는 것이 밝혀 졌다.

학자들이 태양활동을 연구하는 이유는 단순히 오로라의 원인을 알아내려는 것만은 아니다. 그것 보다는, 갑작스런 태양활동 변화가 현대 문명의 근간을 이루는 전기공급과 전자기파 통신에 장애를 줄 수 있기 때문이다. 150년 전의 Carrington Event 때는 전보가 며칠 중단 되는 정도로 끝났지만, 그와 비슷한 geomagnetic storm이 오늘날 다시 일어난다면 그 피해는 상상을 초월해서, 10조 달러 이상의 피해가 올 것으로 예상된다. 실제로 2012년에 태양에서 Carrington Event 급의 CME (Coronal Mass Ejection)가 발사되었지만, 다행히도 지구를 비켜서 지나갔었다.

Geomagnetic storm을 연구함에 따라 부수적으로 오로라의 발생원리가 하나 하나 밝혀 지고 있다. 하지만, 아직도 오로라가 왜 생기고, 왜 그런 모습을 하는지를 100% 아는 것은 아니다. 현대과학이 밝혀낸 오로라의 발생원리 중 확실시 되는 것들만 소개하기로 한다.

1) 오로라의 발생원리

태양에서 나오는 고에너지 입자들을 태양풍(Solar wind)이라고 한다. Solar wind라는 이름만 보면, 산들산들 불어오는 바람으로 오해할 수 있지만, 실제로는 400~800km/s의 속도로 맹렬히 날아오는 electron, proton등의 입자이다. 이렇게 빠르지만 태양에서 지구까지 날아 오려면 2~3일쯤 걸린다. 반면, 빛은 30만 km/s의 속도로 오기 때문에 햇빛은 지구까지 8분이면 도달한다. 즉, 우리가 낮에 보는 태양은 8분 전의 모습이지만, 오늘 밤에 보이는 오로라는 2~3일쯤 전에 태양에서 나온 물질에 의한 것이다.

한편, 지구의 외핵을 이루는 액체상태의 철은 지구의 자전과 함께 회전하고 있다. 회전하는 전도체는 자기장을 만들기 때문에 지구 내부에 커다란 자석이 있는 것과 같다. 이에 따라 대략 지구의 남극과 북극에서 자력선이 나오고 들어간다. 이것을 지구의 자기권(Magnetosphere)이라고 한다. 이런 자기권이 지구를 보호하고 있기 때문에 고에너지 태양풍의 영향을 피해서 지구의 대기가 유지되고, 생명체가 안전하게 살 수 있는 것이다.

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대부분의 태양풍은 지구 자기권에 부딪치면서 방향을 바꾸어 날아가지만, 일부 입자들이 지구의 자기권에 잡혀서 자력선을 타고 들어온다. 이 입자들이 지구 대기 상층부와 만나면 오로라를 만들게 된다. 

좀 더 자세히 살펴보자. 

오로라를 만들기 위해서는 태양풍 입자들의 방향이 중요한데, 이들이 북남 방향으로 배열하면 지구자기권의 자력선과 연결되는 현상이 생겨서 입자들이 자력선을 타고 들어오게 된다. 일부 입자들은 지구가 태양을 보고 있는 앞면으로 들어 오지만, 더 중요한 경로는 magnetosphere의 뒷부분(magnetotail)으로 들어온 입자들이 자력선들의 reconnection에 의해 지구의 뒷면 방향으로부터 '백어택' 을 통해  들어 오는 것이다. 이에 따라 태양을 보고 있는 day-side보다 반대쪽 night-side의 오로라가 더 뚜렷이 나타나게 된다. 그 결과 night-side가 불룩한 타원형 오로라를 만드는데 이것을 auroral oval 이라고 부른다. (auroral oval에 대해서는 다음 포스트에서 더 자세히 설명)

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