[이광식의 천문학+] 태양 흑점은 왜 검게 보일까?

하늘이 맑은 가을이 왔다. 태양 흑점을 관측하기도 알맞은 계절이다. 마침 오랫동안 안 보이던 태양 흑점들이 출현하기 시작했다. 흑점은 매년 일정하게 발생하는 것이 아니라 11년을 주기로 흑점 수가 증감하기 때문이다.

그렇다면 태양 흑점은 어떻게 관측하는 걸까? 관측 전에 무엇보다 중요한 점은 천체망원경이나 쌍안경으로 바로 태양을 겨누는 일은 절대 하지 말아야 한다. 난생 처음 천체망원경을 손에 넣으면 흥분된 마음으로 대뜸 태양 흑점을 보겠다고 주경을 태양으로 겨누는 사람이 더러 있다. 위험천만한 일이다.

어느 망원경에든 이런 딱지가 붙어 있다. '이 망원경으로 태양을 바로 보지 마시오. 눈에 영구 장애를 초래할 수 있습니다' 말하자면 실명할 수도 있다는 뜻이다. 반드시 주경 앞에 태양 필터나 흑색 필름을 대고 태양을 봐야 한다. 중요한 사항이니 특히 어린 자녀들에게 잘 교육해야 한다. 태양 흑점을 관측하는 데 가장 간편한 방법은 쌍안경에다 태양 필터를 만들어 끼우는 것이다. A4용지 크기의 태양 필름을 구매해 종이컵에 적절히 부착하면 훌륭한 태양 필터가 된다. 하지만 이 필터 역시 3분 이상 지속적으로 관측하는 것은 위험하다. 가장 안전한 방법은 태양 필터 완제품을 구매해 천체망원경에 끼워서 보는 것이다.

태양 흑점을 처음 관측하는 사람들은 놀라운 경험과 충격을 받기도 하는데, “아, 저렇게 큰 불덩어리가 하늘에 떠있다는 건가!” 또는 “저게 그냥 생겼을 수는 없지. 빅뱅 아니면 어떻게 생겨났겠어!” 등등이 가장 많은 소감 목록이다. 여러분도 태양 흑점을 보고 우주의 출발인 빅뱅을 직접 실감해보기 바란다.

태양 흑점이 검은 이유

태양의 빛나는 표면을 광구라 하는데, 온도가 약 6000K에 이른다. 흑점은 주변 광구에 비해 1500K 정도 온도가 낮아 어둡게 보이는 것이다. 하지만 태양 표면에서 흑점만을 꺼내놓고 본다면, 3500K가 넘는 심홍빛의 가스는 보름달보다 밝다.

태양 흑점은 왜 생기는가? 정답은 태양의 복잡한 자기마당 현상에서 비롯된다는 것이다. 지구나 태양은 하나의 거대한 자석이기 때문에 남북으로 길게 자기마당을 형성하고 있다. 가스체인 태양은 대략 적도에서는 25일, 극지에서는 34일에 한 번씩 자전한다. 이 자전주기의 차이로 인해 자력선이 꼬이고 엉키면서 한 지점에서 집중적으로 자기장이 강한 부분이 생겨나게 되고, 강한 자기장으로 인해 태양의 대류가 지체가 되고 온도가 낮아지면서 흑점이 생겨나는 것이다. 자기마당의 흐름이 바뀌면 흑점 역시 사라진다. 흑점의 크기는 다양하여 작은 것은 16㎞짜리도 있지만, 큰 것은 지구 10개가 퐁당 들어갈 만한 16만㎞나 되는 것도 있다. 태양 흑점 등에서 열에너지 폭발이 발생하면 거대한 플라스마 파도가 지구를 향해 초속 400~1000㎞로 돌진한다. 이럴 경우 마치 지구 자기장에 구멍이 난 것처럼 대량의 입자들이 지구에 영향을 미치는데, 이를 ‘태양폭풍’이라 한다. 이 물질들은 대기를 통과하는 과정에서 사람에게 직접적인 해를 입히지는 않지만, 위성통신과 통신기기를 활용하는 전자 시스템에 영향을 줄 수 있다. 이 경우 전력망, 스마트폰, GPS 등 위성통신을 사용하는 모든 서비스가 마비될 수 있으며, 대규모 정전사태를 가져와 엄청난 재산상 피해를 낼 수도 있다. 하지만 이것이 고위도의 지구 상공에 아름다운 오로라를 만들기도 한다.

역사상 태양 흑점을 가장 먼저 발견한 사람은 누구일까? 이탈리아의 갈릴레오 갈릴레이가 1613년 망원경으로 태양 흑점을 최초로 발견했다고 주장하지만, 이미 그 전에 여러 발견자들이 있었음이 밝혀졌다. 갈릴레오는 만년에 종교재판을 받고 자택에 종신 유폐되었는데, 얼마 후에는 눈까지 멀고 말았다. 이때의 강도 높은 태양 관측 때문이라고 한다.

기록으로 볼 때 태양 흑점의 최초 발견자는 중국인일 가능성이 아주 높다. 2000년쯤 전 사막에서 날아온 모래먼지가 하늘을 뒤덮어 태양을 직접 볼 수 있을 때, 중국인들이 이 흑점을 관측했다는 기록이 남아 있다. 그래서 중국인들은 태양에 다리가 셋 달린 까마귀, 곧 삼족오가 살고 있다고 상상했다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com