23.1. The Sun - Prime Source of Space Weather
태양은 흔히 우주 기상으로 묘사되는 조건들의 지배적인 원천(dominant source)입니다. 우주 기상이라는 용어는 지구 근처 환경에 영향을 미칠 가능성이 있는 태양과 지구 *자기권(magnetosphere), *전리층(이온층, ionosphere), *열권(thermosphere)에서 일어나는 과정을 가리키는 데 사용됩니다. 태양으로부터의 방출(emission)은 {태양 *루미네선스(luminescence) 및 태양풍(solar wind)과 같이} 지속적이고 {*코로나 질량(물질) 방출(CME, Coronal Mass Ejections) 및 *플레어(flare)와 같이} 폭발적입니다. 이러한 태양 폭발은 전파 차단(radio blackout), *자기 폭풍(magnetic storm), *전리층 폭풍(ionospheric storm), 그리고 지구에 방사선 폭풍(radiation storm)을 일으킬 수 있습니다.
태양으로부터 나오는 *하전 입자(charged particles)와 비슷하게, *은하 우주선(GCR, Galactic Cosmic Rays)은 더 멀리 떨어진 *초신성(supernovae)에서 비롯되어 지구 근처의 우주 기상 조건에 기여하는 하전 입자입니다. 본질적으로, 이러한 하전 입자들은 지구에 일정한 복사 이슬비(steady drizzle of radiation)를 차지하게 됩니다.
태양 및 비 태양(nonsolar) 요소의 합은 받는 잠재적 방사선량의 전체 범위와 같습니다. GCR *플럭스(flux)의 크기는 태양의 흑점 주기에 따라 반비레적으로 변화합니다. 즉, 지구 근처의 행성 간의 환경이 얇은 층류이고 안정적일 때, 태양 흑점 극소기 기간 동안 GCR 구성 요소는 지구 근처 환경에 쉽게 접근할 수 있기 때문에 큽니다. 흑점 극대기일 때 태양 폭발과 관련된 난기류와 에너지는 GCR이 지구 근처로 접근하는 것을 감소시킵니다.
23.2. The Sun's Energy Output and Variability
태양은 *변광성(variable star)입니다. 이는 지속적인 방출(continuous emission)과 화산 분출과 같은 방출(eruptive emission) 사이의 균형이 시간에 따라 변화한다는 것을 의미합니다. 이 가변성을 추적하기 위해 일반적으로 사용되는 측정법 중 하나는 *흑점의 발생입니다. 천문학자들은 수백 년, 어쩌면 수천 년 동안 태양 흑점 관측을 계속해 왔습니다. 아직 기본적인 물리학이 잘 이해되지 않았지만, 평균적으로 태양 흑점은 11년을 주기로 왔다 갔다 합니다. 개별적인 주기의 규모와 지속 시간은 다양하지만, 일반적으로 *흑점 극대기(solar maximum) 근처일 때 더 많은 폭발이 일어나는 반면, *흑점 극소기(solar minimum) 근처일 때 폭발을 거의 발견할 수 없습니다. 전파(radio)에서 X선에 이르기까지, 모든 태양 *전자기 방사(출)(solar electromagnetic emissions)은 태양 흑점 극대기 동안 더 강하며 태양 흑점 극소기 근처일 때 덜 강하게 됩니다.
23.3. Sunspots and the Solar Cycle
우주 기상 활동은 흑점 활동에 따라 달라지기 때문에 우주 기상 조건 변화에 대한 대리 지표(proxy index)로 자주 사용됩니다. 태양 흑점은 강한 국지적인 자기장(local magnetic field)으로 인해 본질적으로 존재하기 때문입니다. 이 자기장이 폭발하면 심각한 우주 기상이 발생할 수 있습니다. 흑점은 쉽게 볼 수 있지만 GCR, CME 및 태양풍 증가와 같은 다른 현상은 지상에서 관측하기가 더 어렵고 흑점에 대한 오랜 역사적 기록과 관련이 없을 수 있습니다.
24.4. Solar Wind
태양풍은 *플라즈마(plasma)라고 불리는 하전 입자와 자기장의 태양으로부터 멀어지는 지속적인 흐름입니다. 태양풍은 태양 코로나의 매우 높은 온도의 결과이며 그에 따라 플라즈마가 우주로 팽창한 결과입니다. 태양풍은 지구 근처 환경에 영향을 미치는 대부분의 태양 폭발로부터 에너지를 전달합니다. 유일한 예외인 태양 플레어 *광자(solar flare photon)는 빛과 X선으로 구성되며 태양 플레어에서 방출되는 에너지를 전달합니다. 분출이 일어나면 태양풍은 빠르고 강력할 수 있으며, 방해받지 않는(unimpeded) 고속의 태양풍이 코로나로부터 빠져나갈 수 있는 코로나-구멍(coronal-hole) 구조로 인해 점차 증가할 수 있습니다. 지구에서 볼 수 있듯이, 태양은 약 27일 주기로 회전하므로, 몇 달 동안 지속되는 잘 확립된(well-established) 코로나-구멍 구조는 대략 27일마다 예정대로 지구를 지나갈 것입니다.
- 자기권 (magnetosphere) : 각 행성의 자기장에 지배되는 공간. 지구 자기장에 지배되는 공간은 지구의 자기권이라 하며, 지구 외에 수성, 목성, 토성 등 자기장을 가진 행성 주변에도 존재함. 태양풍이 지구 자기장에 의해 휘어져서 지나가면서 자기권의 외부에 경계를 만들며, 이를 자기권계면이라고 함.
- 전리층 or 이온층 (ionosphere) : 태양 에너지에 의해 공기 분자가 이온화되어 자유 전자가 밀집된 곳. 전리층은 지상에서 발사한 전파를 흡수 및 반사하며 무선 통신에 중요한 역할을 함.
- 열권 (thermosphere) : https://jicho9597.tistory.com/129 참조.
- 코로나 질량(물질) 방출 (CME, Coronal Mass Ejection) : 태양의 코로나에서 평소와 다르게 대량의 플라즈마가 방출되는 것으로, 지구까지 도달하여 오로라를 발생시키거나 라디오 전파를 교란하고 위성에 피해를 입힘. 태양의 활동 주기에 따라 최대 하루에 세 번, 최소 5일에 한 번 정도로 발생하며, 몇 시간 동안 지속됨.
- 플레어 (flare) : 태양의 채층(彩層)이나 코로나 하층부에서 돌발적으로 다량의 에너지를 방출하는 현상.
- 자기 폭풍 (magnetic storm) : 지구 자기장이 갑자기 불규칙하게 일시적으로 변하는 현상. 태양면의 폭발과 함께 일어나며 수시간에서 수일간 지속됨.
- 하전 입자 (charged particle) : 전하를 띠고 있는 입자. 전기적으로 양성이나 음성 전하를 가진 이온 입자. 이온, 양성자, 전자, 등 양 또는 음의 전하를 가진 입자.
- 은하 우주선 (GCR, Galactic Cosmic Ray) : 태양계를 포함한 우리 은하 전체 공간을 날아다니고 있는 고속의 입자(원자핵 또는 전자). 일부는 태양에서 발생한 것도 있지만, 대부분은 태양계 밖에서 날아옴. 지구 대기권의 상층부에 도달하는 우주선 입자를 1차 우주선이라 부르며, 1차 우주선이 대기 중의 원자핵들과 충돌하여 2차 우주선이 발생.
- 초신성 (supernovae) : 항성 진화의 마지막 단계에 이른 별이 폭발하면서 생기는 엄청난 에너지를 순간적으로 방출하여 그 밝기가 평소의 수억 배에 이르렀다가 서서히 낮아지는 현상.
- 플럭스 (flux) : 끊임없는 변화(유동), 유동, 흐름.
- 변광성 (variable star) : 시간에 따라서 밝기가 변하는 별. 별 자체의 원인에 의한 본질적 변광성, 쌍성계를 이루는 두 별이 식을 일으켜 밝기가 변하는 식변광성으로 분류할 수 있음. 본질적 변광성은 다시 맥동 변광성과 폭발 변광성으로 나눌 수 있음.
- 흑점 (sunspot) : 태양 표면에서 강한 자기 활동으로 대류 활동이 방해를 받아 주변보다 온도가 낮아 표면이 검게 보이는 영역.
- 흑점 극대기 (solar maximum) : 태양의 활동성을 나타내는 태양 흑점 수 혹은 태양 흑점의 면적은 주기적으로 변하는데, 그 값이 최대가 되는 시기.
- 흑점 극소기 (solar minimum) : 태양의 활동성을 나타내는 태양 흑점 수 혹은 태양 흑점의 면적은 주기적으로 변하는데, 그 값이 최소가 되는 시기. 태양 흑점 주기의 한 주기 동안 흑점의 수가 최소인 시기.
- 전자기 방사 (electromagnetic emission) : 전기 및 자기장의 진동으로 인해 생성되는 전자기 에너지가 방출되는 현상. 방출되는 에너지에는 감마선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 레이더파, 무선파 등이 포함됨.
- 플라즈마 (plasma) : 기체 상태의 물질에 열을 가하면 만들어지는 이온 핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체. 초고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태.
- 광자 (광양자, photon) : 빛은 파동성과 입자성 두 가지 성질을 지니고 있음. 파동의 성질로 본다면 빛은 전자기파에 해당하며, 입자의 성질로 볼 때 광자(광양자)로 명명함. 광자 한 개의 에너지는 플랑크 상수(h)에 빛의 진동수(v)를 곱한 값, 즉 hv이고 운동량은 hv/c(c는 진공에서의 빛의 속도) 임.
※ U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, FAA Advisory Circular (AC) 00-6B, AVIATION WEATHER, page 23-1~2 해석