상층 대기에서 전리층 밀도가 갑작스럽게 요동하며 전파 신호가 불안정해졌다. 강한 전자·자외선 방출을 동반한 태양 플레어가 지구 대기권 상부를 급격히 이온화시키면서 구조 변형이 감지된 것이다. 이달 9일부터 14일까지 이어진 연속적인 X급 태양 플레어가 지구 전리층을 강하게 교란한 사실이 미국 뉴저지공과대학(NJIT) 연구진의 전파 관측으로 확인됐다.
이번 플레어 중 11일 발생한 X5.1 규모 폭발은 올해 가장 강력한 태양 플레어로 기록되었으며, 아프리카·유럽 지역에서 R3 등급의 단파 통신 장애가 보고됐다. 이어 발생한 코로나질량방출(CME)이 G4 등급의 지자기 폭풍을 유발해 낮은 위도 지역까지 오로라가 확장되는 현상이 관측되었다.
강력한 태양 플레어와 코로나질량방출(CME)로 유입된 대량의 고에너지 입자가 지구 자기장을 흔들면서, 평소 관측되지 않는 지역까지 오로라가 내려왔다. 사진은 북미 중·남부 지역에서 촬영된 붉은·보라색 오로라로, 전리층 상부에서 발생한 산소·질소 광방출이 만들어낸 색이다. [사진=phys]
연속 플레어는 태양 활동 영역 AR4274에서 발생했고, NJIT 태양-지구연구센터(CSTR)는 새로 구축된 전파망원경 네트워크를 통해 폭발 이후 전리층 변화를 실시간 기록했다. 관측 자료에 따르면 평온한 상태에서 수직형 구조를 보이던 타입 III 전파 버스트는 플레어 이후 곡선형·혼란형 신호로 전환되었으며, 주로 저주파수 영역에서 변형이 크게 나타났다. 연구진은 이를 전리층 이온화 수준 상승과 전하 밀도 변화가 반영된 신호로 해석했다.
관측은 마이크로파 대역(EOVSA)부터 미터파·데카미터파(OVRO-LWA) 영역까지 넓은 주파수 범위를 동시에 분석하는 방식으로 수행되었다. 연구팀은 고정밀 GPS 측정 장치 F-LUMPH를 통해 실제 항법 신호의 위상 변화 및 지연 데이터를 확보했으며, 이는 태양 폭발이 통신 및 위성항법 시스템에서 발생시키는 교란을 정량적으로 보여주는 자료로 평가된다.
상단 그래프는 2025년 9월 29일 평온한 전리층 상태를 보여준다. 안정적인 세로선 형태의 전파 신호가 나타난다.
하단 그래프는 2025년 11월 9일 X급 태양 플레어 이후 기록된 데이터로, 전리층이 강하게 뒤흔들리며 전파 신호가 휘어지고 흐트러진 모습이 관측된다. 이는 태양 플레어로 전리층 전자 밀도가 급변해 전파가 불안정하게 굴절된 결과다.
[자료=NJIT/OVRO-LWA]
지구 자기장의 압축 정도를 나타내는 Dst 지수는 폭풍 진행 중 약 –250nT까지 급격히 하락했다. 이 기간 전파 통신 장애, GPS 위치 오차 증가, 극지 항공 운항 제한이 보고되었으며 연구진은 후속 분석을 통해 교란이 발생한 주파수 대역과 전리층 변동 구조의 상관 방식 정리에 집중하고 있다.
연구진은 이번 자료가 OVRO-LWA 전파망원경의 태양 연구 체계가 안정적으로 운영된 첫 사례이며, 폭발이 태양 코로나에서 발생한 순간부터 지구 전리층 반응까지 연속적으로 추적 가능한 기반이 마련되었다는 점을 강조했다. OVRO-LWA와 EOVSA는 현재 통합 관측 시스템으로 운용되고 있으며, 전파 교란 분석과 지구 상층 대기 플라스마 변동 연구에 활용되고 있다.
손동민 기자/ hello@sciencewave.kr
자료: New Jersey Institute of Technology
Science Wave에서 더 알아보기
구독을 신청하면 최신 게시물을 이메일로 받아볼 수 있습니다.