밴앨런대 '침투 불가 장벽', 2024년 5월 태양폭풍에 뚫렸다

2024년 5월 발생한 이례적인 태양폭풍이 지구 밴앨런대의 '침투 불가 장벽' 안쪽에서 초고에너지 전자 흐름을 5000배 이상 끌어올린 것으로 나타났습니다. 나고야대 미요시 요시즈미 박사 연구팀은 10월 28일 학술지 '지구물리학 연구 레터스(Geophysical Research Letters)'에 이 결과를 발표했습니다.

장벽은 어떻게 뚫렸나

지구 자기장은 고에너지 입자를 도넛 모양의 거대한 고리 두 개, 즉 밴앨런대에 가둡니다. 2014년 NASA의 밴앨런 프로브는 지구 중심에서 약 3지구반경 떨어진 곳에서 경계를 발견했습니다. 빛에 가까운 속도로 움직이는 가장 에너지가 높은 전자는 이곳을 거의 넘지 못했고, 연구자들은 이를 '침투 불가 장벽'이라 불렀습니다. 원인은 아직 논쟁 중입니다. 자연적인 저주파 전파, 심지어 인간이 내보내는 초저주파 전파가 전자를 대기 쪽으로 흩뜨릴 수 있다는 설명이 있습니다.

2024년 5월 연속된 태양 폭발로 척도상 최고 등급인 G5 지자기 폭풍이 일어났습니다. 2017년부터 방사선대를 관측해 온 일본 위성 아라세는 장벽 안쪽에서 3메가전자볼트 이상의 전자를 포착했습니다. 전자 흐름은 폭풍 전보다 5000배 넘게 늘었습니다.

자료를 보면 저에너지 전자가 먼저 늘고, 반나절 뒤 더 높은 에너지의 전자, 약 하루 뒤 3MeV 이상 전자가 증가했습니다. 바깥에서 밀려 들어온 것이 아니라 내부에서 가속됐다는 뜻입니다.

위성 운영에 주는 의미

연구진에 따르면 폭풍은 지구를 둘러싼 차가운 플라스마 영역인 플라스마권을 거의 비워 놓았습니다. 그 틈에 '코러스파'가 전자를 흩뜨리는 대신 가속했습니다. 플라스마가 회복되는 데는 평소 이틀보다 긴 나흘 넘게 걸려 조건이 오래 유지됐고, 높은 수준은 2024년 10월 다음 폭풍까지 수개월 이어졌습니다.

해당 영역은 고도 1만km 이상이어서 지상 주민에게는 위험이 없습니다. 장벽이 사라진 것도 아니며, 약 20년에 한 번 나올 극한 폭풍에서 무너졌습니다. 2018년과 2024년 연구도 이미 절대적 경계라는 생각에 의문을 제기했습니다.

다만 '킬러 전자'는 위성 차폐를 뚫고 전자장비를 손상시켜 수명을 줄일 수 있어 위성 운영사에는 중요한 결과입니다. 해마다 수천 기의 위성이 발사되고 태양 활동도 활발해 우주 날씨는 실질적인 공학 과제가 됐습니다.