20년 만의 G5 태양폭풍, NASA가 기록한 우주기상의 전 지구적 변화

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• 실제 훈련 도중 발생한 지자기 폭풍… 시나리오가 실전으로
• 위성 고도 하락, GPS 장애, 항공기 우회… 지상과 궤도 전방위 영향
• 화성 탐사선까지 교란… 우주기상 관측 사상 최정밀 데이터 확보

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2024년 5월, NASA와 미국 정부 기관 30여 곳이 가상의 우주기상 재난을 주제로 훈련을 진행하고 있었다. 시나리오는 태양에서 발생한 폭발이 지구 자기장을 교란시키고, 위성과 통신망, 전력 시스템에 영향을 주는 상황을 가정한 것이었다. 그런데 훈련 도중, 실제로 G5 등급의 지자기 폭풍이 지구에 도달했다. 20년 만의 일이었다.

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이른바 '가넌 폭풍(Gannon Storm)'이라 명명된 이 사건은 파괴적이진 않았지만, 그 영향 범위는 광범위했다. 저궤도 위성의 고도 변화부터 GPS 농기계의 오작동, 항공편의 항로 변경, 심지어 화성 탐사선의 방사선 이상 반응까지 태양 활동이 지구와 그 주변에 어떤 영향을 줄 수 있는지를 과학적으로 입증한 계기가 됐다.

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G5 태양폭풍, 시뮬레이션을 넘어 실제 위협이 된 순간

NASA와 정부 기관들이 당시 가정한 상황은 통신 두절, 전력망 과부하, 위성 장애 등을 포함하는 고강도 우주기상이었다. 그런데 계획된 훈련은 예고 없이 실전으로 바뀌었다. 실제 G5 등급의 폭풍이 지구를 강타하면서 시나리오 검증은 곧 현실 대응으로 전환됐다. 이 폭풍은 우주기상 연구자 고(故) 제니퍼 가넌 박사를 기려 ‘가넌 폭풍’으로 명명됐다.

 

폭풍 발생 직후, 상층 대기인 열권(thermosphere)의 온도는 평소보다 약 900도(화씨 기준) 높은 2,100도까지 치솟았다. 팽창한 대기는 저궤도 위성에 항력을 가했고, NASA의 ICESat-2는 고도를 잃고 안전모드로 전환됐다. CIRBE 큐브위성은 궤도 이탈로 조기 탈락했고, ESA의 센티넬 위성은 충돌 회피와 궤도 유지를 위해 연료를 추가로 소모해야 했다.

 

 

 

2024년 5월 7일, NASA의 태양역학관측선(Solar Dynamics Observatory)은 태양을 극자외선(304옹스트롬 파장)으로 촬영한 이미지를 포착했다. 중심에 보이는 활성 영역은 지구 지름의 약 17배 크기로, 이후 가넌 폭풍을 유발한 지역이다. 이 영역은 5월 초, 여러 차례의 코로나 질량 방출(CME)을 연속적으로 분출했고, 이들이 합쳐져 5월 10일 지구에 도달한 초대형 태양폭풍을 형성했다. 이에 앞서 미국 해양대기청(NOAA)은 약 20년 만에 처음으로 ‘심각한 지자기 폭풍 주의보’를 발령했다.

[사진: NASA/Helioviewer]

 

 

지상에서도 영향은 명확히 나타났다. 미국 중서부 일부 농가에서는 GPS 기반 자율 농기계가 오작동해 평균 1만 7천 달러의 피해가 발생했고, 대서양 항공편 일부는 방사선 노출과 통신 장애 우려로 항로를 변경했다.

 

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NASA의 MMS, THEMIS-ARTEMIS 탐사선은 폭풍과 함께 도달한 태양 입자와 자기장의 상호작용을 포착했다. 그 결과 지구 자기권 내부에서는 지난 20년 중 가장 강한 전류가 흐른 것으로 관측됐다. 특히 반 앨런 복사대 사이에는 임시 방사선 벨트 두 개가 새롭게 형성됐으며, 이 중 하나는 양성자 중심 구성이라는 점에서 기존과는 다른 특성을 보였다. 이는 고정궤도 위성 운용과 유인 우주 탐사 임무에 중요한 변수로 작용할 수 있다.

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자주색 오로라, 고도 600km 이상에서 포착

가넌 폭풍은 지구 곳곳에서 오로라 활동을 촉진시켰다. NASA의 오로라사우루스 프로젝트에는 55개국에서 6,000건 이상의 오로라 관측 보고가 접수됐다. 특히 일본에서는 고도 약 600km 상공에서 자주색 오로라가 관측됐는데, 이는 산소의 적색광과 질소의 청색광이 혼합된 결과로 분석된다. 일반적인 오로라보다 훨씬 높은 고도에서 발생한 이 현상은, 열권의 팽창과 입자 상승이라는 복합적 조건이 맞물린 이례적 사례로 남았다.

 

 

 

가넌 폭풍(Gannon storm)은 기존의 두 개의 반 앨런 복사대(Van Allen Belts) 사이에 새로운 방사선대 두 개를 만들어냈다. 이 중 하나는 이미지에서 보라색으로 표시된 방사선대로, 양성자(proton)가 주를 이루는 구성으로 관측되었고, 이는 이전에 발견된 적 없는 독특한 조성이었다.

이러한 새로운 방사선대의 발견은 특히 정지궤도(geostationary orbit)로 향하는 우주선 보호에 매우 중요하다. 정지궤도 진입 시, 우주선은 반 앨런 복사대를 여러 번 통과하기 때문에, 그 경로에서 발생하는 방사선 환경을 이해하고 대비하는 데 핵심적인 자료가 된다.

[사진: NASA/Goddard Space Flight Center/Kristen Perrin]

 

 

화성 탐사 장비까지 영향을 미친 태양 입자

태양에서 방출된 고에너지 입자는 지구를 지나 화성에도 도달했다. NASA의 MAVEN 탐사선은 화성의 야간 대기 전역에서 오로라가 퍼지는 장면을 포착했고, 오디세이 탐사선의 별 추적 카메라는 1시간 동안 작동을 멈췄다. 큐리오시티 로버는 착륙 이후 최대 방사선량을 기록했으며, 이는 흉부 X선 촬영 30회에 해당하는 수준이었다.

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NASA는 이번 폭풍을 관측 역사상 가장 정밀하게 기록된 지자기 폭풍으로 평가하고 있다. 피해는 제한적이었지만, 이 사건은 우주기상이 위성, 항공, 통신, 농업, 우주탐사에 이르기까지 실질적 영향을 줄 수 있음을 실증했다. 특히 이번 폭풍이 남긴 고해상도 자료는 향후 우주기상 조기경보 체계, 위성 설계, 임무 계획 수립의 기준으로 활용될 것이다.

 

 

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