지구 자기장은 어떻게 변화하고 있는가

※ 이 글은 ‘EarthSky’에 실린 기사를 의역한 것입니다.

인공위성 자료에 의하면, 현재 지구 자기장의 변화는 지역적으로 빠르게 이루어지고 있다. 아마도 지구 내부에 있는 핵에서 액체상 철이 가속 운동을 하고 있기 때문으로 보인다.

▲ 지구 주변을 돌고 있는 유럽우주국(European Space Agency, 이하 ESA)의 인공위성 '스웜(Swarm, 3개의 위성이 한 조로 구성)'을 그린 가상도. 스웜 위성은 지구에서 나오는 여러 자기 신호를 측정하기 위해 고안되었다. ESA 측은 스웜 위성이 지구 내부에서 일어나고 있는 현상뿐 아니라 태양활동에 따른 우주 기상 등 지구 자기장에 관한 새로운 지식을 가져다줄 것으로 기대하고 있다. ⓒ ESA/ATG Medialab

지구 자기장의 변화는 지구 외핵에서 액체로 존재하는 철이 소용돌이치고 과열됨에 따라 주로 발생하는 것으로 보인다. 나머지는 지구의 맨틀과 지각 속 광물들에 기인하며, 전리층과 자기권, 바다 또한 한몫을 하는 것으로 추정된다. ESA는 세 개의 인공위성을 통해 근 2년 동안 지구의 자장 강도를 측정해왔다. 이 임무를 ‘스웜(Swarm)’이라고 한다. 지난 5월 9일부터 13일까지 체코 프라하에서 열린 ‘살아있는 지구 학술회(Living Planet Symposium)’에서 과학자들은 최근의 스웜 자료를 분석해 지구 자기장의 변화에 관한 새로운 결과를 발표했다.

학술회에 참여한 과학자들 말에 따르면, 지구 자기장은 아시아에서 약 2% 강해졌지만, 북아메리카 고위도 지역에서 3.5% 정도 약해졌다. 자기장이 가장 약한 지역(the South Atlantic Anomaly, SAA)은 꾸준히 서쪽으로 이동했고, 그 강도가 기존보다 2%가량 더 약해졌다. 그동안에 자북극은 아시아 방향인 동쪽으로 배회하며 움직였다.

아래 영상에 나오는 자료는 ESA의 스웜 임무 결과와 ‘챔프(CHAMP)’, ‘오스테드(Ørsted)’ 인공위성 정보를 부분적으로 취합해 만들어졌다. 이 자료는 지구 자기장의 강도가 1999년부터 2016년 중반까지 어떻게 변화했는지를 보여준다.

푸른색은 약한 자기장을, 붉은색은 강한 자기장을 의미한다. 영상을 보면 알 수 있듯이 자장 강도의 변화는 상대적으로 작다. ⓒ DTU Space

이제 아래에 있는 영상을 확인해보자. 이 영상은 2000년부터 2015년까지, 과학자들 사이에서 “급속 국지 자기장 변화(rapid localized field changes)”이라 불리는 것을 포함한 지구 자기장의 변화율을 보여준다.

자기장 변화가 느린 지역은 푸른색, 빠른 지역은 붉은색을 띤다. 영상을 보면 자기장 변화가 남아프리카 부근에서 느리고 아시아에서 빠름을 알 수 있다. ⓒ DTU Space

덴마크 공대 국립우주연구소(DTU Space) 수석 과학자 크리스 핀레이(Chris Finlay)는 스웜위성에 대해 다음과 같이 논했다.

이제 우리는 지구 표면뿐만 아니라 핵 내부의 상세한 자기장 변화를 볼 수 있게 되었다.

의외로 우리는 핵 내부에 존재하는 액체상 금속의 가속화 결과로 보이는 급속 국지 자기장 변화를 알아내고 있다.

ESA 측은 지구 자기장을 이렇게 묘사했다.

이 거대한 거품(지구 자기장)은 우주 방사선과 하전 입자로 이루어진 태양풍으로부터 우리를 보호하고 있다. 지구 자기장은 자전거 발전기처럼 회전하는 전도체에 의해 발생하는 전자기장과 같이, 우리 발밑에서 3,000킬로미터 떨어진 외핵에서 소용돌이치는 액체상의 철로 인해 대부분 생성된다. 자기장 변화는 외핵에서 액상 철의 흐름과 관계있다.

만약 지구 자기장이라는 보호막이 없었다면, 지구 대기와 더불어 생명체는 존재할 수 없었을 것이다.

ESA 측은 스웜 위성이 지구의 핵과 맨틀, 지각, 해양, 전리층, 자기권으로부터 각각 자기 신호를 좀 더 완전히 측정하고 해석하기 위해 수년이 더 필요하다고 말했다.

핵심 : 유럽우주국이 고안한 세 개의 인공위성 ‘스웜’은 지구의 자기적 박동을 알아내기 위해 지구에서 보내는 각각의 자기 신호를 측정하고 분석하는 데 집중하고 있다. 프라하에서 열린 ‘살아있는 지구 학술회’에서 과학자들은 그 최근의 결과를 내놓았다.

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Editor: Kim, Jong-baek(지구라트)