태양폭풍 언제 덮칠까…'우주 일기예보' 10배 정확해졌다

태양 표면서 '도시 크기 소용돌이' 첫 포착…자기 에너지 축적 단서

NASA 펀치, CME 지구 도착 30분 오차로 예측…우주예보 정밀화

미국 하와이의 다니엘 K. 이노우에 태양망원경이 촬영한 태양 표면. 꽃잎처럼 보이는 밝은 구조의 가장자리에서 도시 크기의 플라스마 소용돌이가 포착됐다. (사진=NASA) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]윤현성 기자 = 스마트폰·내비게이션의 GPS 위치정보에 오차를 일으키고 위성통신 장애나 전력망 불안정까지 초래할 수 있는 '태양폭풍'이 지구에 언제 닥칠지 더 정확히 예측할 길이 열렸다.

태양 표면에서는 폭발로 이어질 수 있는 자기 에너지가 쌓이는 과정을 설명할 단서가 처음 포착됐고, 별도 연구에서는 태양에서 방출된 물질의 지구 도착 시각을 실제와 30분 이내 차이로 맞혔다. 태양폭풍의 지구 도착 시각을 예측하는 정확도가 기존 방식보다 10배 향상됐다.

7일 미국 국립과학재단(NSF) 국립태양천문대(NSO)와 미국 항공우주국(NASA) 등에 따르면 국제 연구진은 하와이의 다니엘 K. 이노우에 태양망원경으로 태양의 가시 표면인 광구에서 '켈빈-헬름홀츠 불안정성(KHI)'을 처음 뚜렷하게 확인했다. 관련 연구는 국제학술지 '네이처(Nature)'에 실렸다.

태양 표면에 도시 크기 회오리…"자기장 꼬이는 과정 단서"

태양은 단순한 불덩이가 아니라 전기를 띤 뜨거운 기체인 플라스마가 끊임없이 끓고 흐르는 천체다. KHI는 서로 이웃한 두 흐름이 다른 속도로 스쳐 지나갈 때 경계에 물결과 소용돌이가 생기는 현상이다. 바람의 속도가 다른 구름층이 말려 올라가거나 물살이 다른 두 물줄기 사이에 회오리가 생기는 것과 같은 원리다.

과학자들은 이런 현상이 태양 표면에서도 일어날 것으로 예상했지만 구조가 너무 작고 빠르게 변해 직접 확인하지 못했다. 이노우에 태양망원경은 약 19㎞ 규모까지 구별할 수 있는 역대 최고 해상도의 태양 가시광선 영상을 얻었다. 사진 전체에는 지구 반지름 정도의 영역이 담겼지만 도시 하나만 한 구조까지 식별할 수 있다.

연구진은 실제 관측 영상에서 자기장이 강한 영역의 가장자리를 따라 나타난 수십개의 소용돌이를 찾아낸 뒤 컴퓨터 모의실험 결과와 비교했다. 소용돌이 사이의 평균 간격은 관측과 모의실험에서 모두 50~65㎞로 나타났다. NASA도 6일(현지시간) '오늘의 천문사진'을 통해 해당 영상을 소개했다.

이 작은 회오리는 태양의 자기장을 뒤틀어 에너지가 쌓이는 과정에 관여할 가능성이 있다. 고무줄을 계속 비틀면 힘이 축적되는 것처럼 태양의 자기장도 복잡하게 꼬일수록 많은 에너지를 품는다.

이처럼 자기장에 에너지가 쌓인 상태에서 자기장 구조가 급격히 바뀌면 저장된 에너지가 방출되면서 태양 플레어나 코로나질량방출(CME) 같은 폭발이 나타날 수 있다.

다만 이번 연구가 KHI가 태양폭풍을 직접 일으킨다는 사실까지 입증한 것은 아니다. 태양 표면에서 자기장과 에너지가 어떻게 이동하고 쌓이는지를 설명할 수 있는 현상을 실제 관측으로 확인했다는 데 의미가 있다. 태양 표면보다 훨씬 뜨거운 바깥 대기 '코로나'의 가열 원리를 밝힐 단서가 될 가능성도 제시됐다.

NASA의 태양 관측 임무 '펀치(PUNCH)'가 촬영한 2025년 5월31일 코로나질량방출(CME)의 이동 모습. 노란색 선은 우주로 퍼져 나가는 CME의 가장 앞쪽 경계를 나타낸다. (사진=NASA)

폭풍 도착 시각 30분 오차로 예측…'우주예보' 정밀화

태양폭풍이 발생한 뒤 지구까지 이동하는 과정을 추적하는 기술도 진전됐다. NASA의 태양 관측 임무 '펀치(PUNCH)' 연구진은 CME가 지구 근처에 도착할 시각을 30분 이내 오차로 예측했다고 밝혔다.

CME는 태양이 플라스마와 자기장으로 이뤄진 거대한 구름을 우주로 방출하는 현상이다. CME가 지구를 향하면 지구 주변의 자기장을 흔들어 지자기폭풍을 일으킬 수 있다. 이 과정에서 위성 전자장비에 이상이 생기거나 GPS 위치정보의 정확도가 떨어지고 무선통신과 전력망에도 장애가 발생할 수 있다.

일반인은 태양폭풍 자체를 곧바로 체감하기 어렵지만 내비게이션과 통신, 금융·물류 등 일상 서비스 상당수가 위성과 전력 인프라에 의존하고 있어 관련 장애가 생활 속 불편으로 이어질 수 있다.

결국 태양폭풍의 지구 도착 시각을 정확히 알수록 위성 장비를 보호 상태로 전환하고 전력망 구성을 조정하는 등 대비 조치를 적절한 시점에 시행할 수 있는 셈이다.

기존 장비는 CME가 태양과 지구 사이 거리의 약 5분의 1을 이동할 때까지만 관측할 수 있었다. 이후 이동 속도와 방향은 계산으로 추정해야 했다. 저궤도 위성 4기로 구성된 펀치는 4분마다 영상을 찍어 CME가 지구 근처에 올 때까지 거의 연속적으로 추적한다.

연구진은 2025년 5월31일 태양에서 방출된 CME를 과거 자료로 분석했다. CME가 태양을 떠난 지 12시간이 지난 시점에서 모델은 '앞으로 8시간 뒤 지구에 도착한다'는 최종 예측을 내놨다. 실제 도착 시각은 이 예측과 30분 이내 차이였다.

이를 두고 NASA는 기존 방식이 도착 예상 시간대를 약 5시간 범위로 제시하는 것과 비교해 10배 향상된 결과라고 설명했다.

다만 이 성과는 CME 한 건을 사후 분석한 초기 검증 결과다. 연구 결과도 현재 학술지 심사를 받고 있다. 다양한 규모와 방향의 태양폭풍을 반복해 검증해야 실제 예보에 활용할 수 있다.

그럼에도 이번 연구들을 통해 태양 표면의 작은 변화부터 우주를 가로지르는 폭풍의 이동까지 더 자세히 볼 수 있게 되면서 위성·통신·전력 인프라를 지키는 '우주날씨 예보'도 한층 정교해질 기반을 마련할 것으로 기대된다.


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