지구에 자기장이 사라진다면 어떻게 될까요?

지구에 자기장이 사라진다면 어떻게 될까요?

훌륭하진 않겠지만, 재난영화 같지도 않을 것입니다. 눈에 보이지 않는 스파게티처럼 지구에서 뻗어나가는 것은 행성의 자기장입니다. 지구의 핵이 휘저어지면서 생성된 이 장은 일상생활에 중요합니다. 태양 입자로부터 지구를 보호하고 항해의 기초를 제공하며 지구 생명체의 진화에 중요한 역할을 했을 수도 있습니다.

 

하지만 내일 지구 자기장이 사라진다면 어떻게 될까요? 더 많은 수의 충전된 태양 입자가 지구를 폭격하여 전력망과 위성을 혼란에 빠뜨리고 인간이 암을 유발하는 더 높은 수준의 자외선에 노출되는 것을 증가시킬 것입니다. 즉, 자기장이 없으면 문제가 될 수 있지만 적어도 단기적으로는 반드시 종말론적일 필요는 없는 결과를 초래할 수 있습니다.

 

그리고 그것은 좋은 소식입니다. 왜냐하면 100년 이상 동안 그것은 약화되어 왔기 때문입니다. 지금도 남반구의 남대서양 이상현상과 같이 저궤도 위성에 기술적 문제를 일으키는 특히 취약한 지점이 있습니다.

 

자기장에 대해 가장 먼저 이해해야 할 점은 약해지더라도 적어도 수십억 년 동안은 사라지지 않을 것이라는 점입니다. 지구는 대부분 철과 니켈로 이루어진 용융된 외핵으로 인해 자기장이 형성됩니다. 휘젓는 외핵은 내핵이 성장하고 굳어지면서 방출되는 열의 대류에 의해 구동된다고 로체스터 대학의 지구물리학자인 존 타두노는 말했습니다. 내부 코어는 1년에 약 1mm씩 성장합니다.

 

발전기라고 알려진 이 자기장 엔진은 수십억 년 동안 계속해서 움직이고 있습니다. 과학자들은 그 무렵 자기장의 세기가 도약한 것을 발견한 2015년 연구에 따르면 현재의 핵 배열이 약 15억년 전에 자리를 잡았을 수 있다고 생각합니다. 그러나 타두노와 그의 연구팀은 42억년 전으로 거슬러 올라가는 지구상에서 가장 오래된 광물인 지르콘에서 지구 자기장의 증거를 발견했습니다. 이는 핵의 활동이 매우 오랫동안 자기를 생성해 왔음을 시사합니다.

 

타두노는 "왜 발전기가 시작되었는지는 확실하지 않지만, 달을 생성한 엄청난 행성 충격이 주요 동인이었을 가능성이 있다"라고 말했습니다. 아마도 지구가 합쳐진 지 1억년 후에 발생한 이 충격은 지구 중심부의 물질의 모든 층위나 층을 뒤흔들 수 있었을 것입니다. 행성 규모로 기름과 물 한 병을 흔드는 것을 상상해 보십시오. 이러한 혼란은 오늘날에도 여전히 지구의 발전기를 구동하는 대류를 촉진했을 수 있습니다.

 

결국, 내부 코어는 외부 코어의 대류가 더 이상 효율적이지 않을 만큼 충분히 커질 것이며 자기장은 실패할 것입니다. 그러나 그 시나리오는 너무 멀리 떨어져 있어서 잠을 많이 자는 것이 가치가 없습니다. 타두노는 "우리는 수십억 년을 이야기하고 있습니다"라고 말했습니다.

 

자기장 약화

인간의 삶과 훨씬 더 관련이 있는 것은 자기장이 약화되고 있다는 것입니다. 과학자들은 지난 160년 동안 자기 관측소와 위성을 사용하여 이러한 약화를 직접 측정해 왔습니다. 그 이전에 현장이 흔들렸는지 여부는 조금 더 불분명하며, 다음에 무엇을 할 것인지도 마찬가지입니다. 자기장은 현재 약 80% 쌍극성이라고 타두노는 말했습니다.

 

이는 대부분 막대자석처럼 작동한다는 것을 의미합니다. 지구 주위에 철 파일을 놓을 수 있다면, 그리고 태양풍이라고 불리는 하전 입자의 끊임없는 흐름을 지구를 향해 분출하여 미풍의 긴 머리카락처럼 자기장을 주위에 불어넣는 태양의 영향을 제거할 수 있다면, 결과적으로 자기장은 선에는 명확한 북쪽과 남쪽이 표시됩니다. 그러나 자기장의 20%는 비쌍극성이므로 더 복잡합니다. 지역적 변형이 있습니다.

 

과거에는 자기장이 반전되어 북쪽과 남쪽이 바뀌었습니다. 이러한 반전 중 마지막 반전은 780,000년 전, 즉 호모 에렉투스 시대 즈음에 일어났습니다. 장의 약화는 일반적으로 이러한 플립에 앞서 발생하여 또 다른 플립플롭이 임박했는지에 대한 의문을 제기합니다. 그러나 자기장은 때때로 약화되었다가 뒤집히지 않고 다시 강화되는데, 이러한 현상을 편위라고 합니다.

 

타두노와 그의 연구팀은 남아프리카 공화국 중심부의 이상한 소용돌이가 이러한 약점의 일부에 기여할 수 있음을 발견했습니다. 이 소용돌이는 브라질 동쪽 약 300km에서 남아메리카 대부분을 가로질러 뻗어 있는 현장의 약점으로 알려진 남대서양 변칙 현상을 일으키는 것으로 보입니다. 이 지역에서는 태양풍의 하전 입자가 평소보다 지구에 더 가깝게 내려갑니다.

 

남대서양 변칙 현상은 지상에서 특별히 눈에 띄지 않습니다. 그러나 지구 궤도를 도는 위성은 그곳에서 더 많은 피해를 주는 태양 입자를 만나게 되며, 국제 우주 정거장에서 이 지역을 여행한 우주비행사들은 그곳의 낮은 지구 궤도 수준에서 상대적으로 높은 수준의 방사선으로 인해 발생하는 것으로 생각되는 유성 시각적 현상을 보고했습니다.

 

자기장이 없는 지구

타두노와 그의 연구팀은 남아프리카 공화국의 맨틀 변화가 과거 자기장 반전의 촉발점이었을 수 있다고 의심합니다. 좋은 소식은 자기장이 약해지거나 반전을 준비하더라도 사라지지 않을 것이라는 점입니다. 반전 중에 자기장이 완전히 사라졌다는 증거는 없습니다. 타두노는 "비록 자기장이 반전되더라도 우리는 여전히 약간의 자기장이 존재하게 될 것이며 그것은 매우 약한 자기장이 될 것"이라고 말했습니다.

 

자기장이 최소화된 세상은 어떤 모습일까요? 우선 나침반이 작동하지 않을 것입니다. 타두노는 "그것은 가장 높은 자기장의 영역을 가리키게 될 것"이라고 말했습니다. 그것은 당신에게 아주 가까울 수도 있고, 아주 멀리 있을 수도 있습니다.

 

북극광과 남극광은 낮은 위도에서도 볼 수 있습니다. 왜냐하면 이 다채로운 쇼는 태양풍과 지구 자기권에서 태양으로부터 던져진 전하 입자 사이의 상호 작용의 결과이기 때문입니다. 현재 이러한 오로라는 지구의 남북 자기장선을 따라 극 근처에 나타나지만, 자기장이 약하면 입자가 지구 대기를 관통하여 적도에 가까운 하늘을 밝게 비출 수 있습니다.

 

위성에 대한 남대서양 이상 현상의 조건은 전 세계적으로 흔해지며 이로 인해 기술적 결함이 발생할 수 있습니다. 태양 입자는 전자 장치에 신호를 보내 단일 이벤트 업셋이라고 하는 메모리 비트를 방해할 수 있습니다. 태양 입자가 전리층이라고 불리는 지구 대기의 전하를 띠는 층과 상호 작용할 때, 그들은 또한 분자 궤도에서 전자를 떨어뜨립니다. 이러한 자유 전자는 통신에 사용되는 고주파수 전파의 전송을 방해합니다.

 

타두노는 "태양풍과 지구 대기 사이의 상호 작용은 시간이 지남에 따라 오존층을 파괴할 수 있으며, 이는 인류의 집단적인 자외선 노출을 증가시키고 피부암 위험을 증가시킬 것"이라고 말했습니다. 런던 퀸 메리 대학의 우주 플라즈마 물리학자인 마틴 아처는 "생명에 완전히 재앙이 되는 것은 아니지만 자기장이 없다면 지상에서는 훨씬 더 높은 방사선량이 있을 것"이라고 말했습니다.

 

과거의 자기장 변화가 지구의 생명체에 영향을 미쳤다는 증거는 거의 없습니다. 그럼에도 불구하고 자기장은 의심할 여지 없이 지구 표면을 형성하여 태양풍의 끊임없는 힘에 의해 지구의 취약한 대기가 우주로 날아가는 것을 막는 데 도움이 된다고 아처는 말했습니다.

 

자기장은 대기를 갖는 데 중요하지 않습니다. 금성은 자기장이 없으며 거대하지만 환영받지 못하는 대기를 가지고 있지만 확실히 추가적인 보호층 역할을 합니다. 화성은 원래 자기장을 갖고 있었지만 약 40억년 전에 자기장을 잃어버렸고, 대기권이 거의 완전히 사라졌습니다. 그리고 달에 지구와 같은 대기를 제공할 수 있는 방법이 있다면 태양풍으로 인해 단 한 세기 안에 달이 사라져 버릴 것입니다.