‘무서운 태양풍’과 인공위성의 관계는?

인공위성은 지구 주위를 돌 때 어떻게 돌고 있을까요? 인공위성이 둥둥 떠서 조용히 지구 주위를 돌고 있는 것으로 알고 있습니다. 그러나 그렇게 편안하게 안심하고 돌 수 있는 것이 아니랍니다. 우주 공간은 그렇게 평온하고 조용한 곳이 아니기 때문입니다. 

가장 위험스러운 것 중 하나가 태양에서 불어나오는 태양풍입니다. 이 태양풍은 지구 위에서 부는 바람과는 전혀 다릅니다. 지상에서 부는 바람은 기체로 된 공기가 압력이 서로 달라 기압이 높은 곳의 공기가 낮은 곳으로 이동하는 것입니다. 그러나 태양풍은 태양 표면에서 나오는 높은 에너지를 가진 작은 알갱이들인 전자, 양성자, 중이온 등이 뒤섞여 바람 불듯이 온 우주로 날아가고 있는 것입니다. 너무도 높은 에너지를 가진 알갱이들의 집합체를 플라즈마라고 합니다. 

플라즈마로 된 태양풍의 일부는 지구를 향해 날아옵니다. 이 태양풍의 속도는 무려 초속 500 km라는 대단히 빠른 속도로 지구를 향해 온답니다. 만일 우리가 태양풍이 불어오는 곳을 향해 아무 보호 장비도 없이 있게 되면 살아남을 수 없습니다. 눈에 보이지 않는 강한 에너지를 가진 플라즈마는 살인 광선과 같답니다. 다행히 지구는 여러 겹으로 된 보호막으로 둘러싸여 있어서 지상에 사는 우리은 안전하게 살아갈 수 있습니다. 

우선 지구는 자석과 같아서 주위에 자기장으로 둘러싸여 있습니다. 이 자기장은 태양에서 오는 강한 에너지를 차단하여 멀리 우주로 날려 보냅니다. 그 일부만이 북극이나 남극으로 들어와 공기와 부딪혀 오로라를 만듭니다. 그래서 오로라는 북극이나 남극에서 가까운 곳에서만 볼 수 있습니다. 다음의 보호막은 공기층입니다. 적은 양의 강한 에너지를 가지 알갱이들은 자기장을 뚫고 들어오면 다음은 공기층이 막아줍니다. 그래도 태양광선 중에서 에너지가 강한 자외선은 지구 공기층의 윗부분을 뚫고 들어옵니다. 이 자외선은 동물과 식물의 세포 조직을 파괴하기 때문에 대단히 위험한 광선입니다. 다행히 강한 자외선은 성층권에 있는 오존층에서 걸러줍니다. 이 때문에 지구에 도달되는 태양에너지는 우리에 생태계에 필요한 에너지만 공급해 줍니다. 

그러나 우주 밖으로 나가면 상황이 다르지요. 지구의 둘레에 있는 보호막의 역할을 해줄 수 있는 우주복을 입어야 합니다. 이 우주복은 태양풍이 가지고 있는 강한 에너지를 막아주어 우리 생명을 보호해 줄 수 있기 때문입니다. 우주인이 우주선 안에 있을 때는 우주복이 활동하는데 불편하기 때문에 벗고 지냅니다. 그러기 위해 우주선 내부에 강한 태양풍에 의한 에너지가 스며들어오지 않도록 특수 금속을 이용하여 만들고 또한 표면에는 특별한 막을 입혀 여러 가지 위험을 막아주도록 만들어 놓았습니다. 

이렇게 무서운 태양풍의 에너지를 막기 위한 장치가 되어 있어도 한 방향만 계속 태양풍을 쏘이게 되면 영향을 받게 됩니다. 태양을 향한 방향에 태양에너지를 오래 받으면 온도가 높아져 우주선 내부의 온도가 올라가고 때로는 태양풍의 영향을 받아 위성부품에 문제가 생길 수 있답니다.

이러한 문제는 인공위성이 태양을 받는 방향이 변화되면서 해결될 수 있습니다. 인공위성은 지구의 자전과 함께 계속 위치가 변화하게 되는데 이 때 자연적으로 태양과의 상대적인 자세가 바뀌게 됩니다. 이렇게 됨으로써 태양에서 받는 에너지와 태양풍의 영향을 인공위성 표면 전체에 분산시킬 수 있습니다. 

글 : 이용복 교수(서울교육대학교 과학교육과)

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