지구에서 발신된 전파는 어쩌면 반 알렌 대를 지구에서 밀어내는 데 일조하고 있을지도 모른다. 지구의 인공위성들에게는 좋은 소식이다. 반 알렌 대에 갇힌 고에너지 입자는 인공위성의 전자 장비를 고장 낼 수 있기 때문이다.
해군이 잠수한 잠수함에 전문을 보낼 때는 초저주파수(very low frequency, VLF)라는 전파를 쓴다. 이 전파는 장파이며, 지상의 거대한 전파탑에서 발신된다. 바닷물을 통과하는 능력이 남다르다. 그러나 일부는 우주로 날아가기도 한다. 새로운 보고서에 따르면, 이렇게 우주로 날아간 전파가 지구를 보호하고 있을 수 있다고 한다.
이러한 발견을 해낸 것은 지난 2012년에 발사된 두 대의 반 알렌 방사선대 탐사 위성이었다. 반 알렌 방사선대는 태양에서 오는 대전된 입자가 지구의 자장에 갇히는 곳이다. 이들 고에너지 양성자와 전자는 인공위성의 전자 장비를 파괴할 수 있다. 문제는 반 알렌 대가 한 자리에 가만히 있지 않는다는 것이었다.
MIT의 우주 플라즈마 물리학자인 필 에릭슨은 “기존에 알려진 바에 따르면 반 알렌 대의 내측은 대기권, 특히 이온층과 플라즈마층의 팽창 및 수축에 따라 움직인다고 한다”고 말한다. 그러나 반 알렌 탐사선의 관측에 따르면 인간이 만든 전파는 반 알렌 대의 위치를 정하는 데 기여한다고 한다.
2015년의 강력한 지자기 폭풍 당시 대규모 태양 폭풍이 플라즈마층을 지구 쪽으로 밀어냈다. 그러나 이 때 반 알렌 대는 지구 쪽으로 다가오지 않았다. 에릭슨은 동료들과 함께 뭔가 이상한 점을 찾아냈다. “플라즈마층은 수축했는데 반 알렌 대는 그를 따라 지구 쪽으로 오지 않았다. 이 매우 강력한 전파 신호가 멈추는 곳의 언저리에서는 전자가 들어오지 않았다.”
또한 1960년대부터 수집한 데이터에 따르면 VLF 통신이 덜 흔했던 시대에 반 알렌 대의 내측 경계는 지구 쪽에 더 가까웠다고 한다. 그래서 연구팀은 오늘날 태양 폭풍의 전자가 지구로 올 때 VLF가 이들의 궤도를 바꾸어 전자를 대기 속으로 끌어들여 소멸시킨다고 생각했다.
“이 매우 강력한 전파 신호가 멈추는 곳의 언저리에서는 전자가 들어오지 않았다.”
에릭슨은 “태양 폭풍이 시작된 지 수 시간~며칠 동안은 전파가 전자의 진입을 막는다. 그 이상 지켜보면 상황이 복잡해진다. 점차로 분산되기 때문이다. 그러나 위성의 고도가 지구 반지름의 2.8배 미만(약 24,000km)일 경우는 과거처럼 걱정하지 않아도 된다”고 말했다.
올해 중 미 공군은 DSX 위성을 발사할 예정이다. 이 위성은 VLF파를 사용한 우주 방사선의 방향 바꾸기가 타당한지 시험할 것이다. 타당성이 있다는 결과가 나오면 인류는 태양 폭발로 인해 쏟아지는 대량의 대전 입자로부터 전파를 사용해 스스로를 지킬 수 있을 것이다.
확실히 알아둘 것은, 코로나 질량 분출과 태양 수퍼 폭풍은 매우 드물기는 하지만 인류 문명에 매우 큰 위협을 가할 수 있다는 점이다. VLF 전파는 태양풍에 있는 양성자로부터 인류를 지킬 수 없다. 양성자는 너무 무거워 튕겨내기 힘들기 때문이다. 태양 폭발에 따른 그 외의 다른 전기적 문제로부터도 인류를 보호할 수 없다. 에릭슨에 따르면 이번의 연구 결과는 결코 태양 수퍼 폭풍을 걱정할 필요가 없다는 뜻이 아니다. 태양 슈퍼 폭풍이 가져오는 세부 효과에 대해 알아야 할 것들이 많다는 뜻이다.
현재까지 에릭슨과 그의 동료들은 VLF 전파가 수퍼 폭풍 중 어떤 효과를 나타내는지 볼 기회가 없었다. 이들이 할 수 있는 최선의 것은 현재의 결과를 가지고, 폭풍의 강도가 강해졌을 때 어떤 효과가 나타날지 추론하는 것이다. 에릭슨은 “더욱 센 폭풍이 불 때도 VLF가 여전히 보호 효과를 발휘할 수도 있지만, 그건 어디까지나 나의 추측일 뿐이다. 현재로서는 판단을 유보하는 것이 옳다”고 말한다.
앞으로 그는 동료들과 함께 이 현상을 더욱 더 연구해보고 싶어 한다. 평시의 우주 기후에서 이 경계선 현상이 나타나는 양상에 대해 더 많은 것을 알아내기 위해, 다른 태양 폭풍 시에도 이런 현상이 반복되는지를 알기 위해, 이런 현상의 강약을 조절하는 요인으로는 어떤 것이 있는지 알기 위해서다.
서울경제 파퓰러사이언스 편집부 / by Sarah Fecht
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