우주에서 온 슈퍼스톰이 현대의 삶을 끝낼 수도 있다고 합니다.
태양의 왕성한 활동이 지구에 미치는 파괴적인 영향
지구상의 가장 오래된 나무들은 온갖 종류의 사건들을 겪으며 살아가는, 무려 5,000년 전으로 거슬러 올라갑니다. 나무들은 로마 제국의 흥망성쇠, 기독교의 탄생, 유럽의 아메리카 대륙 발견, 그리고 최초의 달 착륙을 견뎌왔습니다. 나무들은 심지어 지하의 흙에서 화석화될 수 있으며, 이것은 우리에게 지난 30,000년과의 연결을 제공합니다.
언뜻 보기에, 이 장수하는 표본들은 그저 정적인 관찰자처럼 보일지도 모르지만, 그렇지는 않습니다. 그들은 자라면서 우리 태양의 활동을 기록하는 놀라운 일을 하고 있습니다.
나무들은 일 년 내내 광합성을 하면서 계절에 따라 색깔이 변하며, 봄에는 더 옅어지고 가을에는 더 어두워집니다. 그 결과는 나무의 성장 "반지" 안에 포함된 전년도 기록입니다. "이것은 우리에게 타임캡슐의 정말 가치 있는 보관소를 제공합니다"라고 미국 아리조나 대학의 나무-반지 연구소의 수상 연대학자인 샬롯 피어슨(Charlotte Pearson)은 말합니다.
20세기 대부분의 기간 동안, 덴드로 연대기 학자들은 대체로 10년 혹은 그 이상의 역사의 넓은 덩어리들에 걸친 변화를 조사하기 위해 나무 고리를 사용해 왔습니다. 그러나 특정 시점에서, 그들이 기록한 변화는 더 갑작스럽고 대격변적이었습니다. 그들이 발견한 증거는 태양계의 중심에 있는 그 별의 파란만장한 최근 과거에 대한 불안한 통찰을 드러내는 거대한 태양 사건들입니다.
"아무도 이 짧은 사건이 나타날 것이라고 예상하지 못했어요, "라고 파리에 있는 프랑스 대학의 기후학자인 에두아르 바드가 말했습니다. 하지만 2012년, 현재 일본 나고야 대학의 우주선 물리학자인 후사 미야케라고 불리는 당시 박사과정 학생이 놀라운 발견을 했습니다. 일본의 삼나무를 연구하던 그녀는 거의 800년 전인 서기 774년에 탄소-14로 알려진 탄소의 한 종류가 엄청나게 급증한 것을 발견했습니다. "저는 매우 흥분했습니다, "라고 미야케가 말했습니다.
처음에 미야케와 그녀의 동료들은 데이터를 의심한 후, 곧 불안한 결론에 도달했습니다. 탄소-14의 급증은 분명히 어떤 것이 우리 대기에 엄청난 수의 입자를 주입했기 때문인데, 이 탄소의 방사성 동위원소는 고에너지 입자가 대기의 질소에 부딪힐 때 생성되기 때문입니다. 한때 초신성과 같은 우주 사건과 관련이 있었던 것으로 추정되는 또 다른 가능한 원인을 제시한 연구들이 있는데, 바로 태양에 의해 던져진 입자들의 괴물 같은 폭발입니다. 이러한 폭발은 현대 시대에 볼 수 있는 어떤 것보다도 훨씬 큰 슈퍼플레어에 의해 발생할 것입니다.
"그것들은 우리가 관찰했던 어떤 것보다 최소한 10배 이상 큰 사건을 요구합니다"라고 영국 레딩 대학의 우주 물리학자인 매튜 오웬스는 말합니다. 최초로 기록된 태양 플레어 목격은 19세기 중반으로 거슬러 올라가며, 그것을 관찰한 천문학자 중 한 명인 리차드 캐링턴의 이름을 따서 캐링턴 사건이라고 알려지게 된 1859년의 거대한 지자기 폭풍과 관련이 있습니다.
미야케의 발견은 나무 고리에 대한 다른 연구와 남극과 그린란드와 같은 장소에서 수집된 코어의 고대 얼음 분석에 의해 확인되었습니다. 후자는 탄소-14와 유사한 대기 과정에서 생성되는 베릴륨-10과 염소-36의 상관된 특징을 포함하고 있습니다. 그 이후로, 이러한 거대한 우주 방사선 폭발과 입자가 알려져 있기 때문에 더 많은 미야케 사건이 발견되었습니다. 미야케 사건으로 확인되지 않은 탄소-14의 다른 스파이크가 몇 개 있지만, 총 7개의 잘 연구된 사건이 지난 15,000년 동안 발생한 것으로 알려져 있습니다.
가장 최근의 사건은 서기 993년에 1,000년이 조금 넘는 시간 전에 일어났습니다. 연구원들은 이러한 사건들이 드물게 발생하지만, 아마도 매 400년에서 2,400년 사이에 일정한 간격으로 발생한다고 믿고 있습니다.
가장 강력한 것으로 알려진 미야케 사건은 바드와 그의 동료들이 14,300년 전으로 거슬러 올라가는 남부 프랑스의 화석화된 스코틀랜드 소나무에서 탄소-14 스파이크를 발견했다고 발표했을 때인 2023년까지 발견되었습니다. 그들이 본 스파이크는 이전에 보았던 어떤 미야케 사건보다 두 배나 더 강력했으며, 이는 이미 의심스러운 이 괴물 사건들이 이전에 생각되었던 것보다 훨씬 더 클 수 있음을 시사합니다.
우주에서 이 슈퍼스톰을 발견한 뒤에 팀은 남프랑스 알프스에서 화석화된 나무들을 찾아냈고 강에 의해 노출된 나무들을 발견했습니다. 그들은 전기톱을 사용하여 샘플을 수집하고 실험실에서 그것들을 조사하여 거대한 탄소-14 스파이크의 증거를 발견했습니다. "우리는 새로운 미야케 사건을 발견하는 꿈을 꾸었고, 이것을 발견하게 되어 매우 행복했습니다, "라고 프랑스 엑상 마르세유 대학의 수지 연대학자이자 이 연구의 공동 저자인 세실 미라몽이 말했습니다.
그러나 그러한 사건이 오늘날 다시 일어난다면, 그 영향은 전례가 없을 것입니다. "수천 년 전에 살았던 사람들은 아마도 오로라를 보았을 것이고, 하늘에서 빛을 보았을 것입니다"라고 피어슨은 말합니다. "그들은 그것에 경악했을 것입니다. 그러나 그 이상으로는, 이것은 그들에게 전혀 영향을 미치지 않았을 것입니다. 우리는 지구상에서 이러한 사건들 중 하나가 매우 취약하고 거대한 영향을 받는 것을 볼 수 있는 첫 번째 사회입니다."
오늘날 우리의 태양은 11년 주기로 최대 및 최소 활동 기간을 거치며, 이 기간 동안 코로나 질량 방출 (CME) 이라고 불리는 거대한 플라즈마 플레어와 태양 플레어라고 불리는 거대한 방사선 폭발을 발사할 수 있습니다. 만약 태양이 지구 방향으로 CME를 회전시키면 하전 입자가 우리 대기로 흘러 들어감에 따라 지자기 폭풍이 발생하여 북극광과 남극광으로 알려진 오로라를 방출할 수 있습니다. 2024년 5월, 우리의 태양이 현재 태양 최대치를 향해 가고 있는 가운데, 20년 만에 가장 강력한 지자기 폭풍이 영국 런던 남쪽과 캘리포니아 샌프란시스코 근처까지 보이는 오로라를 만들어냈습니다.
이 폭풍들은 지구에 혼란을 일으킬 수 있습니다. 지자기 폭풍은 우리 대기를 팽창시켜 위성들에 대한 대기의 항력을 증가시킬 수 있습니다 (예를 들어, 2024년 5월 지자기 폭풍 동안 허블 망원경은 하루에 40-80m (141-262ft)만큼 떨어졌습니다). 지자기 폭풍은 또한 전력망을 파괴하여 제때 꺼지지 않은 것들을 압도할 수 있는데, 1989년 퀘벡의 전력망 중 하나가 9시간 동안 중단되고 캐나다 인구의 4분의 1에 해당하는 600만 명이 정전되었을 때 발생한 운명입니다.
최근 역사상 가장 강력한 태양 폭풍인 1859년의 캐링턴 사건은 지구의 두 반구에서 강렬한 오로라 쇼를 유발하고 전 세계의 전신선에서 발생하는 전기 서지 현상을 촉발했습니다. 오늘날 캐링턴 수준의 사건의 영향은 재앙이 될 것입니다. 최악의 경우 위성이 제자리에 밀려나거나 섬세한 전자 장치가 손상되면서 위성위치확인시스템(GPS)이 고장 날 수 있고, 지구와 인터넷의 여러 전력망이 고장 날 수도 있습니다. 2013년 한 보고서는 캐링턴 수준의 사건으로 미국에서만 0.6tn-2.6tn (파운드 0.4tn-파운드 2tn)의 경제적 손실이 발생할 수 있다고 추정했습니다.
하지만 미야케 사건은 캐링턴 사건보다 최소 10배 이상 큰 입자들이 분출됩니다. 사실, 그에 비해 캐링턴 사건은 너무 작아서, 그 사건에서 생성된 탄소-14의 스파이크는 나무 고리에 거의 나타나지 않습니다. 지난 3월, 한 연구에서 캐링턴 사건에서 발생한 탄소-14의 아주 미묘한 징후가 발견되었지만, 미야케 사건과 비교한 것은 없었습니다. 피어슨은 "그것은 나타나지 않습니다"라고 말합니다. "그것은 무언가 다른 일이 일어나고 있다는 것을 의미하거나, 아니면 [미야케 사건은] 캐링턴 사건보다 훨씬 더 큰 규모에 있습니다. 그것이 잠재적으로 극적인 측면이 놓여있는 곳입니다. 만약 그것들이 캐링턴 사건과 같은 사건이지만 단지 더 큰 규모라면, 우리는 가능한 한 빨리 심각한 완화 전략이 필요합니다."
14,300년 전에 지구를 휩쓸었던 규모의 사건은 우리의 생명이 의지하는 현대 기술에 그렇게 광범위한 손상을 줄 수 있습니다.
"캐링턴 사건은 최악의 시나리오로 추정됩니다," 라고 스웨덴 룬드 대학의 태양 과학자인 라이문드 무슐러(Raimund Muscheller)가 말했습니다. "그렇다면 문제는, 그들이 정말로 훨씬 더 나쁠 수 있을까요?"
우리는 일부 항성들, 특히 우리 태양보다 더 작고 더 어두운 적색 왜성들은 주변을 돌고 있는 행성들의 대기를 찢을 수 있는 초플레어를 일으키기 쉽다는 것을 알고 있습니다. 우리 태양이 지구에 그러한 위험을 초래할 가능성은 희박하지만, 미야케 사건의 존재는 그것이 오늘날 우리가 관측하는 11년 주기보다 훨씬 더 극단적인 활동을 폭발시킬 수 있고 심지어 캐링턴 사건보다도 훨씬 더 강력할 가능성을 높여줍니다.
현재로서 명확하지 않은 것은 미야케 사건과 지자기 폭풍 사이의 연관성입니다. 이 사건들에서 생성된 탄소-14 스파이크들은 태양으로부터 매우 에너지가 많은 입자들이 폭발하면서 생긴 것 같습니다. 하지만 이러한 사건들이 지구에서 강력한 지자기 폭풍을 일으키는 CME와 항상 연관되어 있는지는 확실하지 않습니다. "여러분이 태양에 매우 큰 폭풍이 몰아칠 때, 여러분은 종종 많은 에너지가 있는 입자들과 CME들을 얻습니다"라고 센트럴 랭커셔 대학의 태양 물리학자인 실비아 달라는 말합니다. 하지만 그녀는 이 연관성이 "정확히 일대일은 아닙니다"라고 말합니다.
에너지 입자들은 태양 표면의 일부를 식히고 활동을 촉진하는 뒤틀린 자기장인 흑점으로부터도 흐를 수 있지만, 모든 입자들이 대규모 분출을 일으키지는 않습니다. 일부 연구원들은 미야케 사건과 흑점 사이에는 상관관계가 없는 것으로 보인다고 말했습니다. 게다가 그들은 이 사건이 훨씬 더 장기화된 폭풍과 1년 또는 그 이상 지속되는 태양 활동의 폭발 때문일 수도 있다고 말합니다.
우리의 기술 의존적인 세계에서는 매우 문제가 됩니다.
이러한 고에너지 입자 및 방사선의 공세에 직면하면 최고의 차폐 장비를 제외한 모든 장비가 취약할 수 있습니다.
무슐러는 "위성이 파괴될 수도 있다"고 말합니다.
우리는 지구상에서 이러한 사건들 중 매우 취약한 사건들을 목격할 수 있는 첫 번째 사회입니다 – 샬롯 피어슨
지구에 있는 기반시설들도 위험에 처하게 될 것입니다. "칩을 통해 휙휙 소리를 내며 지나가는 입자들을 얻게 되고, 그 입자들 중 하나를 1에서 0으로 바꿉니다."라고 오웬은 말합니다. 이런 현상은 정상적인 조건하에서 가끔 일어나는데, 이로 인해 당황스럽고 예상치 못한 컴퓨터 오류가 발생하게 됩니다. 하지만 미야케호 사고가 발생하면 너무나 많은 전자 시스템들이 사용할 수 없게 되거나 심지어 민감한 회로망이 파괴될 수도 있습니다.
오웬스는 "원자력 발전소를 드나드는 연료를 조절하는 무언가에서 당신은 정말로 그런 것들에 대해 걱정합니다."라고 말합니다. "우주 날씨에서 우리는 100년 중 1년 행사에 대해 이야기하는 경향이 있지만, 원자력 산업은 종종 1000년 중 1년 행사, 정말로 큰 것들에 대해 걱정합니다."
태양 입자의 폭발은 항공에도 큰 영향을 미쳐, 항공편이 지구의 자기장에 의해 구멍이 뚫릴 극에서 멀어지게 함으로써, 승객들이 잠재적으로 해로운 수준의 방사선에 노출되는 것을 막을 수 있습니다. 하지만 이러한 입자들이 태양에서 지구까지 빛의 속도에 가까운 거리로 여행한다는 것을 감안하면, 준비할 시간은 거의 없을 것입니다. "여러분은 어떤 사건이 여러분이 실제로 예측할 수 있는 것보다 더 진행 중이라는 것을 알고 있는 경향이 있습니다"라고 오웬스는 말합니다.
물론, 나무 나이테는 미야케 사건이 발생한 일 년 전체에 대한 스냅사진만 제공하기 때문에, 이 사건들이 단 한 번의 재앙적인 태양폭발로 인한 것인지, 아니면 일 년에 걸쳐 여러 번의 활동 증가로 인한 것인지는 여전히 불분명합니다. "우리는 그것이 어느 날 일어난 단일 사건인지, 초플레어 가설인지, 아니면 그해에 비정상적으로 많은 수의 매우 큰 입자 폭풍이 우연히 발생한 것인지 알 수 없습니다. 하지만, 이 모든 폭풍들은 여전히 크고 잠재적으로 위험할 것입니다.
더 많은 미야케 사건을 찾기 위한 나무 고리와 얼음 코어에 대한 추가 분석이 더 많은 해답을 제공해 줄 것이라는 희망 하에 진행 중입니다. "저는 더 많은 사건들이 숨겨져 있다고 생각합니다."라고 미야케는 말합니다. 스위스의 공립 연구 대학인 ETH 취리히의 태양 과학자 니콜라스 브렘은 지난 5,000년 동안의 나무 고리 데이터의 약 95%가 연구되었으며, 이는 최근 역사에서 미야케 사건이 더 많이 발견될 가능성이 낮다는 것을 의미한다고 말합니다. 그 이상으로, 비록 그 분석은 어렵지만, 보존된 나무에는 약 3만 년 가치의 데이터가 있다는 한계가 있습니다. 브렘은 "이 시기로부터 좋은 물질을 얻기는 어렵습니다."라고 말합니다.
그럼에도 불구하고, 더 많은 미야케 행사를 위한 사냥이 계속되고 있습니다. 6월에, 바드는 더 많이 노출된 나무들의 표본을 수집하기 위해 프랑스 알프스로 돌아갔습니다. 이제, 표본을 가지고, 그는 몇 달에 걸쳐, 나무의 나이테를 연구하는 "지루한 작업"을 시작할 것이라고 그는 말합니다. 아마도, 언젠가, 14,300년 전보다 훨씬 더 큰 행사가 발견될 것입니다.
그리고 물론 다시 한 번 이런 일이 일어날 수 있는 가능성은 아직 있습니다. 우리는 우리가 그것에 대비할 준비가 되어 있기를 바라야 합니다.
미야케 사건
1. 발견 배경
- 미야케 사건(Miyake Event)은 8세기와 10세기에 발생한 것으로 추정되는 극도로 강력한 우주 방사선 폭발 사건을 가리킵니다. 이 사건은 태양 활동 또는 초신성 폭발과 같은 극한의 천문학적 현상에 의해 발생한 것으로 여겨집니다. 미야케 사건의 이름은 이 현상을 처음 발견한 일본의 연구자 미야케 후사에(Fusa Miyake)에서 따왔습니다.
- 미야케 후사에는 2012년에 고대 나무의 연륜(나이테)을 연구하던 중, 774년과 775년 사이에 나이테에 저장된 방사성 탄소 동위원소인 탄소-14의 농도가 급격히 증가한 것을 발견했습니다. 이 현상은 매우 비정상적이었고, 같은 시기의 다른 나이테에서도 확인됨으로써 그 원인이 전 지구적인 사건임이 밝혀졌습니다. 이후 993년과 994년 사이에도 유사한 탄소-14 급증 현상이 발견되었습니다.
2. 원인에 대한 가설
2-1. 태양 플레어
- 가장 널리 받아들여지는 가설 중 하나는 태양의 거대한 플레어(태양 폭발)로 인해 지구에 방사선이 대량으로 도달했을 가능성입니다. 그러나 현재까지 기록된 태양 플레어로는 미야케 사건과 같은 수준의 방사선을 설명하기에는 부족하다고 여겨집니다.
2-2 초신성 폭발
- 초신성 폭발은 매우 강력한 방사선을 방출하며, 이러한 폭발이 미야케 사건의 원인일 수 있습니다. 하지만 해당 시기의 천문 기록에서 초신성 폭발을 뒷받침할 만한 증거는 부족합니다.
2-3. 감마선 폭발(Gamma-ray burst)
- 또 다른 가설은 두 개의 중성자별이 합쳐지면서 발생하는 감마선 폭발이 지구에 영향을 미쳤을 가능성입니다. 이러한 폭발은 매우 강력하지만, 아주 짧은 시간 동안 발생하며, 특정 방향으로만 방사선을 방출합니다.